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Konzentrisches oder symmetrisches Hochfrequenzenergiekabel Die Erfindung
betrifft konzentrische und symmetrische Hochfrequenzenergiekabel zur Übertragung
großer Hochfrequenzenergien, z. B. für die Speisung von Sendeantennen. Hierbei entstehen
durch Widerstandsverluste und Verluste im Dielektrikum verhältnismäßig starke Erwärmungen
des Kabels, die dann besonders groß werden, wenn infolge von durch wechselnde äußere
Umstände bedingter Fehlanpassung der Antenne an das Kabel stehende Wellen auftreten.
Um möglichst kleine Verluste im Dielektrikum zu erhalten, ist es zweckmäßig, die
Isolierung als Luftraumisolierung auszubilden und die hierbei verwendeten Abstandhalter
aus möglichst verlustarmen Isolierstoffen herzustellen. Beispielsweise kann die
Luftraumisolierung durch mehrere übereinanderliegende und . durch geschlossene Isolierschichten
getrennte Abstandhalterlagen aus Polystyrol od. dgl. gebildet sein, um gleichzeitig
eine große Durchschlagfestigkeit und eine kleine Kapazität und kleine dielektrische
Verluste zu erhalten. Trotz einer derartigen verlustarmen Ausbildung des Dielektrikums
verbleibt aber noch die Gefahr schädlicher Erwärmungen des Kabels durch Widerstandsverluste,
verstärkt durch stehende Wellen.
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Zur Vermeidung von unzulässig hohen Erwärmungen von konzentrischen
Hochfrequenzenergiekabeln ist es neuerdings bekanntgeworden, das Verhältnis zwischen
dem Innendurchmesser des Außenleiters und dem Außendurchmesser des Innenleiters
kleiner als das für das Dämpfungsminimum in Betracht kommende Durchmesserverhältnis
von
3,6 zu wählen, um durch die hierdurch bedingte Vergrößerung des Innenleiterdurchmessers
die Wärmeabfuhr und damit auch die Strombelastbarkeit des Kabels zu vergrößern.
Die Vergrößerung des Innenleiterdurchmessers ist aber insbesondere wegen des vergrößerten
Aufwandes an leitendem Material und der Vergrößerung der Dämpfung nachteilig.
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Gemäß der Erfindung wird bei konzentrischen oder symmetrischen Hochfrequenzenergiekabeln
mit vorzugsweise luftraumisoliert angeordneten Hohlleitern, wobei der oder die (erforderlichenfalls
mit einer flüssigkeitsdichten Auskleidung versehenen) Innenleiter mit einer gekühlten,
im Betriebszustand zirkulierenden Flüssigkeit gefüllt sind, unter Vermeidung des
Eintritts der Kühlflüssigkeiten in das Dielektrikum des Kabels entweder durch Verwendung
einer dielektrisch hochwertigen Kühlflüssigkeit oder durch dielektrisch hochwertige
Isolierung der Kühlflüssigkeit von mindestens einem der beiden Leiter (Hin- und
Rückleitung) dafür gesorgt, daß an denjenigen Stellen des Kabels, an denen die Kühlflüssigkeit
zu- oder abgeführt wird, eine merkliche Vergrößerung der Kapazität und der Verluste
des Kabels nicht eintritt.
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Es ist bei Starkstromkabeln zwar schon bekanntgeworden, diese zusätzlich
zu kühlen, um starke Erwärmungen des Kabels und schädliche Energieverluste zu vermeiden;
wobei innerhalb des Kabels, z. B. in den hohl ausgebildeten Leitern, besondere Kühlrohre
vorgesehen werden, durch die ein gasförmiges oder flüssiges Kühlmittel hindurchgeführt
wird. Demgegenüber betrifft die Erfindung Hochfrequenzenergiekabel, bei denen die
Verluste im wesentlichen durch die Anwendung sehr hoher Frequenzen bedingt sind
und bei denen besondere Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden müssen, um bei Anwendung
der zusätzlichen Kühlmittel schädliche Änderungen der Kapazität und der Verluste
des Hochfrequenzkreises und schädliche Störungen des übertragungsbetriebes zu vermeiden.
Es zeigt sich, daß die bei Starkstromkabeln bekannten Kühlverfahren bei den erfindungsgemäß
behandelten Hochfrequenzenergiekabeln nicht ohne weiteres anwendbar sind.
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Wie bereits angegeben, kommt es bei der Erfindung darauf an, daß durch
die zusätzliche Kühlung des oder der Leiter eine merkliche Vergrößerung der Kapazität
und der Verluste zwischen der Hin- und Rückleitung des Hochfrequenzenergiekabels
nicht eintritt. Hierunter soll gleichzeitig verstanden werden, daß die zusätzliche
Kühlung keine störende Erdung des gekühlten Leiters zur Folge hat. Zur Isolierung
der Kühlflüssigkeit von mindestens einem der beiden Leiter ist es möglich, das innerhalb
des hohlen Leiters angeordnete Kühlflüssigkeitsrohr aus Isolierstoff herzustellen.
Wegen der geringen Wärmeleitfähigkeit eines Isolierstoffrohres ist es aber zweckmäßiger,
das innerhalb des hohlen Leiters angeordnete Kühlflüssigkeitsrohr aus Metall herzustellen,
dagegen die an das metallische Kühlflüssigkeitsrohr angeschlossenen Zu- und Abflußrohre
aus vorzugsweise dielektrisch hochwertigen Isolierstoffen. Die aus Isolierstoff
bestehenden Zu- und Abflußrohre werden dabei vorteilhaft in radialer Richtung durch
das Dielektrikum des Kabels hindurchgeführt.
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Bei einem konzentrischen Hochfrequenzenergiekabel ist beispielsweise
der Innenleiter die Hinleitung, der Außenleiter die Rückleitung, während beim symmetrischen
Kabel die Hin- und Rückleitung in bekannter Weise durch eine innerhalb eines Schirmes
liegende verdrillte Doppel- -oder Sternviererleitung gebildet wird. Bei den letzteren
symmetrischen Kabeln wird vorteilhaft durch jeden hohl ausgebildeten Leiter eine
Kühlflüssigkeit hindurchgeführt, indem z. B. bei einer symmetrischen Doppelleitung
die durch den einen Leiter hindurchgeführte Kühlflüssigkeit durch den anderen Leiter
zurückgeleitet wird, wodurch sich ein geschlossener Flüssigkeitsstrom ergibt. Es
ist aber auch möglich, die Kühlflüssigkeit durch beide Leiter in der gleichen Richtung
zu leiten und durch ein besonderes außerhalb des Kabels liegendes Rohr zurückzuleiten.
Hierbei ist im Sinne der Erfindung darauf zu achten, daß durch die Kühlflüssigkeit
eine merkliche Vergrößerung der Kapazität und der Verluste des symmetrischen übertragungskreises
nicht eintritt.
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Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin möglich, das Kabel von außen
zu kühlen, indem bei konzentrischen Kabeln über dem Außenleiter und bei symmetrischen
Kabeln über dem Schirm zwei flüssigkeitsdichte Rohre mit in Längsrichtung durchlässigem
Zwischenraum zur Durchleitung der Kühlflüssigkeit koaxial übereinander angeordnet
werden. Zum gleichen Zweck ist es aber auch möglich, den Außenleiter bzw. Schirm
selbst flüssigkeitsdicht auszubilden und hierüber unter Anordnung eines in Längsrichtung
durchlässigen Zwischenraumes zur Durchleitung der-Kühlflüssigkeit ein zweites flüssigkeitsdichtes
Rohr anzuordnen. Dabei bildet zweckmäßig die im hohlen Innenleiter und die außerhalb
des Außenleiters oder Schirmes fließende Kühlflüssigkeit zusammen einen geschlossenen
Flüssigkeitsstrom.
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Es kann weiterhin die Gefahr bestehen, daß der Außenleiter bzw. Schirm
des Kabels durch äußere Wärmezufuhr, z. B. durch Sonneneinstrahlung, unzulässig
hohe Temperaturen annimmt. Da man in diesem Falle die aufgenommenen Wärmemengen
über die Innenleiterkühlung abführen würde, was eine unerwünschte Belastung der
Kühlanlage zur Folge hätte, wird zweckmäßig über dem Außenleiter bzw. Schirm eine
zusätzliche Wärmeisolierung in Form von Polsterschichten mit schlechter Wärmeleitfähigkeit
angeordnet und dadurch der Wärmefluß von außen nach innen vermindert. Falls auch
der Außenleiter bzw. Schirm zusätzlich gekühlt wird, ist diese zusätzliche Wärmeisolierung
über dem äußeren Rohr der Außenkühlung anzuordnen.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand der in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Die Fig. i zeigt als Ausführungsbeispiel
einen Endverschluß für ein konzentrisches Hochfrequenzenergiekabel mit einem flüssigkeitsgefüllten
Innenleiter, wobei das innerhalb des rohrförmigen Innenleiters angeordnete Kühlflüssigkeitsrohr
aus Metall und das Zu- bzw. Abflußrohr aus Isolierstoff besteht. Der Innenleiter
des konzentrischen Hochfrequenzkabels ist mit io, -der Außenleiter mit i i bezeichnet.
Beide Leiter sind in bekannter Weise gegeneinander isoliert, z. B. durch eine mehrschichtige
Luftraumisolation. Innerhalb des rohrförmigen Innenleiters io befindet sich das
flüssigkeitsdichte Rohr 12, z. B. ein Bleirohr. Der Endverschluß besteht aus den
konzentrisch zueinander angeordneten rohrförmigen Teilen 13 und 14, mit denen der
Innen- und Außenleiter leitend verbunden sind. Die Abstandhalterscheiben 15 und
16 halten das Rohrstück 13 innerhalb des rohrförmigen Außenteiles 14 in zentrischer
Lage und dichten gleichzeitig das Kabel nach dem Ende zu ab. Unter Zwischenfügung
der rohrförmigen Hülse 17 ist an das metallische Rohr 12 das als Zu- bzw. Abflußrohr
für die Kühlflüssigkeit dienende Isolierstoffrohr 18 angeschlossen, das durch den
Stutzen i9 des Endverschlusses in radialer Richtung nach außen geführt ist. Durch
Herstellung des Zu- bzw. Abflußrohres aus Isolierstoff wird erreicht, daß die Hindurchführung
der Kühlflüssigkeit keine schädliche Vergrößerung der Kapazität und der Verluste
zwischen dem Innen- und Außenleiter zur Folge hat. Zweckmäßig wird aber als Kühlflüssigkeit
eine isolierende Flüssigkeit verwendet, die vorzugsweise eine hohe spezifische Wärmekapazität,
eine günstige Wärmeleitfähigkeit, möglichst günstige dielektrische Eigenschaften
und einen niedrigen Erstarrungspunkt aufweist.
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Zum Unterschied von der Fig. i wird gemäß der Fig. 2 das Zu- bzw.
Abflußrohr für die Kühlflüssigkeit vom Ende her in axialer Richtung in den Innenleiter
eingeführt. Es ist 2o der Innenleiter, 21 der Außenleiter, 22 und 23 sind zwei Abstandhalterscheiben
aus Isolierstoff. Es ist angenommen, daß der rohrförmige Innenleiter 20 flüssigkeitsdicht,
z. B. als nahtlos gepreßtes Aluminiumrohr aus Reinstaluminium ausgebildet ist, so
daß das aus Isolierstoff bestehende Zu- bzw. Abflußrohr 24 unmittelbar mit dem Innenleiter
flüssigkeitsdicht verbunden werden kann.
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In der Fig. 3 ist eine zweckmäßige Ausführung eines für die Erfindung
benutzten Hochfrequenzenergiekabels dargestellt. Der Kern des Kabels wird durch
das beispielsweise aus Blei bestehende flüssigkeitsdichte Rohr 25 gebildet. Der
rohrförmige Innenleiter 26 besteht aus einer geschlossenen Verseillage von dünnen
gutleitenden Profilbändern, die durch eine dünne offene Folienwicklung 27 aus Isolierstoff
in ihrer Lage zusammengehalten werden. Die Ausbildung der Folienwicklung 27 als
offene Wicklung hat den Vorteil besserer Wärmeabführung. Hierüber folgt eine fünfschichtige
Luftraumisolierung, die aus den Abstandhaltern 28, 29, 30, 31 und 32 und den über
jeder Abstandhalterlage liegenden geschlossenen Isolierstoffbandwick-Lungen 33,
34, 35, 36 und 37 besteht. Über der äußeren Isolierstof-fbandwicklung 37 liegt der
in Form einer geschlossenen Verseillage gut leitender Bänder ausgeführte Außenleiter
38, der mit den beiden Metallbändern 39 und 40 umwickelt ist. Um das Kabel auch
gegen Wärmeeinwirkung von außen zu schützen; ist die wärmeisolierende, verhältnismäßig
dicke Polsterschicht 41 vorgesehen, die beispielsweise aus einer vielschichtigen
Bandwicklung aus Faserstoffen, z. B. aus Papier und/oder Glasfasern besteht. 42
ist der wasserdichte Kabelmantel. Die zwischen dem Innenleiter 26 und dem Außenleiter
38 liegenden Isolierelemente bestehen vorteilhaft aus einem dielektrisch hochwertigen
Kunststoff, z. B. aus Polystyrol oder Polyäthylen.
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Die dargestellten Ausführungsformen können in dieser oder jener Hinsicht
geändert werden, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann die
zwischen dem Innenleiter 26 und dem Außenleiter 38 befindliche Isolierung in anderer
an sich bekannter Weise ausgebildet sein. Eine zweckmäßige Abänderungsmöglichkeit
besteht beispielsweise darin, den Innenleiter 26 und gegebenenfalls auch den Außenleiter
38 als flüssigkeitsdichte gut leitende Metallrohre auszuführen. Falls der Außenleiter
nicht flüssigkeitsdicht zu sein braucht, kann er in bekannter Weise aus einem einzigen
rohrförmig gebogenen Band oder aus zwei in Längsrichtung verlaufenden halbschalenförmigen
Bändern bestehen, wobei das Band bzw. die Bänder in bekannter Weise in Abständen
mit verhältnismäßig tiefen Querrillen versehen sind. Falls zur Hindurchleitung der
Kühlflüssigkeit hohe Drücke angewendet werden, wird das Kühlflüssigkeitsrohr zweckmäßig
mit zusätzlichen Bändern hoher Festigkeit, z. B. mit Stahlbändern umwickelt. Zwischen
dem Kühlflüssigkeitsrohr 25 und dem Innenleiter 26 kann eine zusätzliche Schicht
angeordnet sein, die einen über die ganze Länge hin gleichmäßigen Durchmesser aufweist.
Hierzu eignet sich beispielsweise die Anordnung von zwei in Längsrichtung verlaufenden
halbschalenförmigen Bändern mit in Abständen angeordneten und in Längsrichtung gegeneinander
versetzten Querrillen. Bei Anwendung einer zusätzlichen Außenkühlung werden vorteilhaft
unmittelbar über dem Bleimantel 42 ein oder mehrere in offenen Schraubenwindungen
gewickelte Abstandhalter und hierüber ein weiterer flüssigkeitsdichter Mantel angeordnet,
so daß die Kühlflüssigkeit zwischen den beiden Mänteln hindurchgeleitet .werden
kann. Wird der Außenleiter selbst als flüssigkeitsdichtes gut leitendes Rohr ausgebildet,
so können zur Bildung eines Kanals für die Kühlflüssigkeit zwischen dem Außenleiter
und dem äußeren wasserdichten Kabelmantel ein oder mehrere in offenen Windungen
gewickelte Abstandhalter vorgesehen werden. An Stelle der in offenen Windungen gewickelten
Abstandhalter kann zur Bildung des in Längsrichtung durchlässigen Zwischenraumes
mindestens das eine Rohr mit nach dem Zwischenraum zugekehrten Längsrippen ausgeführt
werden. Der Raum zwischen dem Innen-und Außenleiter wird vorteilhaft mit trockener
Luft
gefüllt, um bei Temperaturänderungen die Bildung von Kondenswasser innerhalb des
Dielektrikums zu vermeiden. Die Zu- bzw. Abflußrohre für die Kühlflüssigkeit werden
außerhalb des Kabels zum Zwecke der leichten Verlegung vorteilhaft als armierte
kabelähnliche Rohre ausgeführt; wobei zusätzliche Druckschutzorgane vorgesehen sein
können, um das Zuführungsrohr gegen Reformierungen zu schützen. Selbstverständlich
kann das Zu- bzw. Abflußrohr außerhalb des Kabels, d. h. außerhalb des Dielektrikums
aus Metall bestehen.