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Einrichtung zum Schutz von im Zuge von Hochspannungsfreileitungen
verlegten Luftkabeln Elektrische Luftkabel, dies sind in der Regel Fernmeldeluftkabel,
werden bekanntlich entweder an besonderen Tragdrähten oder Tragseilen aufgehängt
oder gemäß einer jüngeren Entwicklung diese Gebietes ,der Kabeltechnik unter Verstärkung
ihrer (häufig auch als Panzerung bezeichneten) Bewehrung selbsttragend ausgeführt
und aufgehängt. Die Luftkabel sind, wie schön vor längerer Zeit erkannt worden ist,
in elektrischer Hinsicht in erheblich stärkerem Maße als erdverlegte Kabel gefährdet,
nämlich sowohl durch Starkstrominduktionem als auch durch Blitzeinschläge und ihre
Auswirkungen. Die praktischen Erfahrungen haben nun zu der prinzipiellen Erkenntnis
geführt, daß elektrische Luftkabel durch besondere Maßnahmen geschützt werden müssen,
insbesondere auch die durch ihre stärkere Bewehrung an sich schon besser geschützten-selbsttragenden
Luftkabel.
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Auf Grund dieser Erkenntnis sind bereits zahlreiche Vorschläge zum
Schutz der elektrischen Luftkabel 'gemacht worden, ,die teils die Kabel als solche,
teils die Kabelanlagen im ganzen betreffen. Diene Vorschläge lassen sich in zwei
Gruppen einteilen, nämlich einerseits die Erdung der Kabel oder Kabelanlagen an
einzelnen Punkten oder, wie auch schon bekanntgeworden ist, sogar an allen Punkten
der Kabelaufhängung, und andererseits die fortlaufende elektrische Verbindung der
Kabelmäntel mit der Bewehrung der Kabel, die dann gegebenenfalls, d. h. auch bei
Erdung der
Bewehrung nur an einzelnen Punkten der Kabelanlage, zu
einer fortlaufenden Erdung der Kabelmäntel führt. Die fortlaufende elektrische Verbindung,der
Kabelmäntel mit der Bewehrung kann z. B. dadurch erreicht werden, daß die üblicherweise
zwischen Kabelmantel und Bewehrung angeordnete Polsterschicht durch Metalleinlagen
od. dgl. leitend gemacht wird.
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Es war im übrigen eine für die Entwicklung der Luftkabel wesentliche
Erkenntnis, daß bei Luftkabeln auf jeden Fall besondere Sorgfalt darauf verwendet
werden muß, zwischen Kabelmantel und Bewehrung eindeutige Potentialverhältnisse
zu schaffen. Die aus der Erdkabeltedhnik übernommene Anordnung von Jutepolsterschichten
zwischen Kabelmantel und Bewehrung führt bei Luftkabeln wegen der wechselenden Luftfeuchtigkeit
tLnd,des dadurch bedingten schwankenden und auch örtlich unterschiedlichen Trocknungszustandes
der Polsterschicht nicht zu einsdeutigen PotentialverhältnIssen. Es ist deshalb
neben der fortlaufenden elektrischen Verbindung von Kabelmantel und Bewehrung auch
die Anordnung von elektrisch hochwertigen und insbesondere wärmebeständigen Schichten
hoher Durchschlagsfestigkeit zwischen Kabelmantel und Bewehrung vorgeschlagen worden.
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Bei Luftkabeln, die im Zuge von Hochspannungsfreileitungen verlegt
werden, treten besondere Schwierigkeiten auf. Dabei dienen solche Kabel in selbsttragender
Ausführung einerseits nicht nur verschiedenen Aufgaben der Fernmeldetechnik, z.
B. der Fernsprechverständigung und Fernsteuerung zwischen Kraftwerken untereinander
und mit Schaltstationen, sondern andererseits häufig auch zugleich als Erdseil der
Hochspannungsfreileitung. In solchen Fällen werden die Luftkabel in der Regel auf
den, Mastspitzen verlegt und an den Mastaufhängepunkten geerdet. Aber auch in jenen
Fällen, wo das Kabel unterhalb oder zwischen den Hochspannungsleitern aufgehängt
wird, legt man die Bewehrung des Kabels an Erde, tun statische Aufladungen desselben
zu vermeiden. In der Regel erfolgt die Erdung bereits durch die Art der Auf -bängevorrichtung
am Mast, sofern sie nicht durch zusätzliche Erdungsmaßnahmen verbessert wird. Bei
Isölatorüberschlägen oder Blitzeinschlägen im Mast wird ein Teil der Überströme
auch in .die Bewehrung des Kabels .gelangen. Die hierbei auftretenden Potentialunterschiede
zwnschen Kabelmantel und Bewehrung begünstigen Überschläge zwischen beiden, wenn
sie nicht fortlaufend elektrisch miteinander verbunden .sind. Es ist bekannt, daß
die bei Blitzeinschlägen entstehenden Wanderwellen auf den Leitungen mit steiler
Wellenfront fortlaufen und zu Überspannungen führen können. Bei allen diesen Vorgängen
handelt es sich um relativ große Ströme und Spannungen. Es stellt jedoch ein technisch
beherrschbares Problem dar, sie unschädlich zu machen.
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Bei längs Höchstspannungsfreileitungen, beispielsweise 40o-kV-Leitungen,
verlegten L uftkabeln liegen die Verhältnisse noch erheblich schwieriger. Solche
Anlagen erhalten nämlich eine starre Nullpunkterdung, und man hat deshalb mil sehr
hohen Kurzschlußströmen von etwa io ooo A zu rechnen. Die an den Masten derartiger
Hochspannungsfreileitungen aufgehängten Luftkabel unterliegen .deshalb besonders
großen Starkstrombeeinflusisungen, die nunmehr näher untersucht werden sollen.
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Der in einer Phase auftretende Kurzsehlußstrom induziert in Mantel,uud
Bewehrung .des Luftkabels einen Strom von unter Umständen ebenfalls mehreren tausend
Ampere; der. eine thermische Überlastung des Kabels zur Folge haben kann. Dies bedeutet,
daß die Bewehrung und gegesbenenfalls auch der Kabelmantel schon wegen der induzierten
Ströme hinsichtlich Erwärmung genügend dimensiäniert sein muß. Aus diesem Grunde
muß vermieden werden, daß darüber hinaus noch andere Ströme in Kabelmantel und Bewehrung
gelangen können. Bei der bisher üblichen Art der Kabelaufhängung würde sich die
in Fig. i der Zeichnung dargestellte Stromverteilung in der Nähe einer Überschlagsstelle
ergeben.
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In Fig. i ist schematisch ein Mast i dargestellt, der über einen Erdübergangswiderstand
2 geerdet ist. Es sei beispielsweise angenommen, daß ein Luftkabe13 unterhalb der
Hochspannungsleiter aufgehängt ist, von denen nur die kranke Phase ,:1 dargestellt
worden ist, von der angenommen sei, daß der Kurzsahlußstrom durch Überspannung auf
den Mast übertrete. Ein besonderes Erdseil und die gesunden Phasen sind somit nicht
dargestellt. Aus dem kranken Leiter q. fließt demnach ein Phasenkurzsch.lußstrom
Jk in den !Mast i und teilt sich an dem geerdeten Aufhängepunkt ,des, Luftkabels
3 auf. Die Teilkurz.schlußströme Jk, und 42 fließen über das Luftkabel ab, der Teilkurzschlußstrom
Jk3 dagegen über den Mast i zur Erde 5. Der Kurzschlußstrom lk ruft im Luftkabel
einen induzierten Strom li hervor, der zusammen mit Jki eine gefährliche Höhe annehmen
kann.
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Um diese Gefahr zu beseitigen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen,
das Luftkabel in solchen Anlagen am Mast isoliert aufzuhängen und Kabelmantel und
Bewehrung mit einem vom Mast isoliert hernintengeführten Erdseil an einer solchen
Stelle zu erden, an der der ,Spannungstrichter am Mastfuß bereits abgeflacht ist.
Die Erdungsstel4e ist je nach den örtlichen Verhältnisasen so auszuwählen, d@aß
praktisch kein merklicher Kurzschluß,strom in das Luftkabel eintreten kann.
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Diese Anordnung gemäß der Erfindung ist in Fig. 2 ,der Zeichnung dargestellt,
wobei die Bezugszeichen i bis 5 der Fig. i übernommen worden sind. Das im Bereich
des Mastfußes an der Erdoberfläche herrschende Spanriungspotenti.al ist in Form
des bekannten aSpannungstrichters 6 unterhalb der Erde 5 dargestellt. Dabei ist
die Potentialhöhe an einem beliebigen Punkt in der Nähe des Mastes durch die Höhe
.des entsprechenden Punktes der Spannungskurve über der Nullinie wie üblich dargestellt.
Das Luftkabel 3 ist isoliert vom Mast i aufgehängt und durch ein Erdseil 7 und einen
zusätzlichen Widerstand 8 geerdet. Der Punkt 9, an
dem das Erdseil
7 mit dem Luftlabel 3 leitend verbunden ist, befindet sich dicht auf oder wenigstens
nahe bei .dem im Interesse der Übersichtlichkeit der Zeichnung nicht,dargestellten
Aufhängei:s@.olator des Luftkabels. Der Punkt io, an dem das Erdseil 7 über einen
zusätzlichen Widerstand 8 mit Hilfe einer besonderen Erdungsplatte i i geerdet isst,
wobei der Widerstand 8 aber unter Umständen auch,durch ,den Übergangswiderstand
dieser Platte i i dargestellt sein kann, befindet sich in einem so großen Abstand
vom Fuß .des Mastes i, daiß dort der Spannungstrichter bereits fluch geworden ist,
wie aus der Fig. z ohne weiteres zu erkennen ist. Dieser örtliche Abstand richtet
sich nach den jeweiligen örtlichen Verhältnissen, insbesondere der Erdleiifähigkeit
der Umgebung des Mastes. Dieser Abstand kann auf bekannte Weise durch Messungen
festgelegt werden. Die Erdungsplatte i i gehört ,somit nicht zu der Erdungseinrichtung
des Mastes. Da das Erdseil 7 selbst keine Erdverbindung haben darf, sondern nur
über den zusätzlichen Erdungswiderstand 8 und die besondere Erdungsplatte i i mit
der Erde verbunden sein darf, muß das Erdseil gegen Hochspannung isoliert sein.
Dies kann z. B. durch Verwendung eines einadrigen Hoe'hspannungserdkabels üblicher
Ausführung erreicht werden. Es kann aber auch ein Erdseil verwendet werden, .das
mindestens im Bereich der Erdnähe mit einem geschlossenen Kunststoffmantel von ausreichender
Durchschlagsfestigkeit isoliert ist. Solche Kun ststoffmänteil sind seit einigen
Jahren bereits bekannt, beispielsweise auch in mehrschichtiger Form, z. B. mit einer
inneren Schicht aus Polyisobutylen oder Polyäthylen un.d einer äußeren Schicht aus
Polyvinylchilori.d, d. h. einer elektrisch hochwertigen Isolierschicht und einer
mechanisch widerstandsfähigen Schicht. Das Erdseil 7 oder das an dieser ,Stelle
verwendete Erdungskabel kann beispielsweise in :der Mitte des Mastes -i heruntergeführt
werden und vom Mastfuß aus in der für Erdkabel üblichen Weise in Erde verlegt sein.
Der Erdun@gswi:derst.and 8 kann entweder in der Nähe des Erdungspunktes io angeordnet
sein, wie dies Fig. 2 zeigt; er kann sich aber auch in der Nähe des Anschl@ulipunktes
9 befinden und gegebenenfalls in dem nicht dargestellten benachbarten Aufhängeisolator
untergebracht sein.
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Der Erdungswi:derstand 8 läßt sich in seiner Größe ohne besondere
Schwierigkeiten bestimmen, wobei jedoch darauf zu achten ist, daß er genügend klein
ist, um eine statische Aufladung des Luftkabels zu vermeiden. Wenn das Potential
:an der Erdungastelle -aus besonderen örtlichen iGrüniden noch so groß sein sollte,
daß es nicht vernachlässigt werden kann, oder, anders ausgedrückt, nicht vernachlässigbar
klein ist, .so läßt sich eine Verringerung .des Kurzschlußstronres im Luftkabiel
auch durch einte entsprechend höhere Bemessung des ErdungswIderstandes 8 erreichen.
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Die Maßnahme gemäß der Erfindung kommt vorzwg sweitse an -allen Punkten
der Luftkabelaufhäng ung zur Anwendung, mit anderen Worten also an jedem Mast. Es
kann aber auch ausreichen, das Luftkabel nur an jedem zweiten oder dritten ;Mast
erfindungsgemäß zu erden. Die Erfindung ist zwar für selbsttragende Luftkabel im
Zuge von Hödhstspannungsfreileitungen entwickelt worden und für sie von besonderer
Wichtigkeit. Sie kann aber in entsprechender Abwandlung auch bei anderen Luftkabeilanlagen,
z. B. auch bei an Tragseilen oder Tragdrähten aufgehängten Luftkabeln, angewendet
werden.