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Luftisolierte, aus starr verlegten Leiterrohren bestehende Hochspannungsleitung
für Kraftübertragung, insbesondere auf weite Entfernungen und für die Verlegung
in Kanälen, Tunnels oder Führungsrohren Zur Fortleitung elektrischer Energie sind
einerseits an Masten verlegte oberirdische Freileitungen, andererseits unterirdisch
verlegte Kabel bekannt. Für die Freileitungen ergeben sich bei Anwendung der für
größere Leistungen und Entfernungen erforderlichen hohen Betriebsspannungen auch
bei der Verwendung von Hohlseilen relativ sehr große Abstände zwischen den einzelnen
Leitern. Diese erheblichen Abstände sind jedoch nicht nur durch die sonst auftretenden
hohen Glimmverluste, sondern auch durch die Überschlagsfestigkeit der Isolatoren
bzw. Isolatorketten sowie durch die großen Durchhangbeträge bedingt, die sich bei
den aus wirtschaftlichen Gründen üblichen weiten Abständen der Maste als erforderlich
erweisen, um gegenseitige Berührungen der Leiterseile bei deren Ausschwingen zu
vermeiden.
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Aus den angegebenen Gründen werden die Abmessungen des Mastbildes
bei Hoch- und Höchstspannungsfreileitungen sehr groß. Dies bedingt aber einen erheblichen
Baustoffaufwand, vornehmlich an Eisen, für die Maste, insbesondere bei den Abspannmasten,
Straßenkreuzungen usw. Die Folge davon ist wieder, daß sich die Material-,
Errichtungs-
und Unterhaltungskosten beträchtlich steigern. Daneben treten aber auch noch andere
Nachteile in Erscheinung. So bedingen die Hochspannungsfreileitungen nicht zu unterschätzende
Verluste an bebaubarer Wohn- oder sonst nutzbarer Landfläche; außerdem führen sie,
insbesondere in verdichteten Versorgungsnetzen eine Beeinträchtigung des Landschaftsbildes
herbei. Ganz besonders sind aber Freileitungen aus der Luft gut sichtbar und daher
sehr stark luftgefährdet und Feindeinwirkungen ausgesetzt. In Anbetracht der genannten
Nachteile sowie der künftig zu erwartenden Zunahme der Stromversorgungsdichte einerseits
sowie der umfangreichen Bebauungsvorhaben andererseits kann daher ein weiterer Ausbau
von Hochspannungsfreileitungen als begrenzt angesehen werden.
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In elektrischer Hinsicht weisen die Hochspannungsfreileitungen beim
Betrieb mit Wechsel- oder Drehstrom infolge der großen Leiterabstände den Nachteil
hoher induktiver Spannungsverluste sowie, unabhängig von der Stromart, eine starke
Anfälligkeit gegenüber atmosphärischen Störungsbeeinflussungen auf. Als Folge der
hohen Spannungsverluste tritt bei längeren Leitungen bekanntlich einerseits eine
schwierige Spannungshaltung, andererseits eine Gefährdung der Stabilität beim Parallelbetrieb
von Drehstromkraftwerken in Erscheinung, die über eine solche Leitung miteinander
gekuppelt sind. Der Umstand, daß die Freileitungen atmosphärischen Einflüssen durch
Gewitter USW.
ausgesetzt sind, bewirkt indessen zahlreiche Erdschlüsse, welche
die Sicherheit der Energieversorgung beeinträchtigen. Auch Leitungsbrüche infolge
von Sturm, Eislast usw. sind bei Freileitungen nicht selten.
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Alle genannten Nachteile der Freileitungen legen es nahe, die der
Kraftübertragung dienenden Hochspannungsleitungen ebenso zu verkabeln, wie es etwa
bei den Fernsprechleitungen geschieht. Einem allgemeinen Ersatz der Hochspannungsfreileitungen
durch Kabel stehen jedoch in erster Linie die Kosten sowie der Bedarf an devisengebundenen
Rohstoffen, wie Blei, 01 usw., entgegen. Außerdem weisen auch die Hochspannungskabel
in elektrischer Hinsicht bekanntlich nachteilige Eigenschaften auf. So bedingen
die Kabel beim Betrieb mit Wechsel-oder Drehstrom wegen der geringen f,eiterabstände
relativ sehr hohe Ladeströme, die namentlich bei der Kraftübertragung auf weite
Entfernungen den Strombelag in wirtschaftlich sehr ungünstiger Weise beeinflussen
und Erschwerungen in der Spannungshaltung sowie im Parallelbetrieb verursachen können.
Bei verseilten Kabeln bringen schließlich die geringen Leiterabstände bei Kurzschlüssen
sehr hohe dynamische Kräfte mit sich, so daß insbesondere bei der Verwendung von
Gleichstrom die Gefahr von Deformationen innerhalb der Kabel und damit von Kabeldurchschlägen,
also schwerwiegenden Betriebsstörungen entsteht.
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Durch die Erfindung ,werden nicht nur alle obengenannten Nachteile
der bisher üblichen Hochspannungsleitungen für Kraftübertragung, insbesondere auf
weite Entfernungen, in mehr oder wenige weitgehendem Maße vermieden, sondern sie
mache auch, außer für die metallischen Leiter, sowohl der. Aufwand von Metall wie
anderer devisenerfordernder Baustoffe überflüssig. Der Erfindungsgedanke beruht
in der Hauptsache auf der praktischen Ausnutzung der an sich bekannten Gesetz-Mäßigkeit,
die darin besteht, daß die Überschlags-' länge bzw. der zur Vermeidung des Überschlags
erforderliche kleinste lichte Abstand zwischen Spannung gegeneinanderführenden zylindrischen
Leitern bei gleichbleibender Betriebsspannung und Maximalfeldstärke an der Leiteroberfläche
mit zunehmendem Leiterdurchmesser zunächst sehr rasch, später jedoch nur noch langsam
abnimmt. Wird also durch Vergrößern der Leiterdurchmesser der lichte Abstand zwischen
den Leitern immer mehr verringert, so nehmen die äußeren Gesamtabmessungen der Anordnung
zunächst schnell ab, um jedoch später infolge des gleichzeitigen Anwachsens des
Leiterdurchmessers wieder zunehmen. Der Durchmesser eines als Maßstab für die Gesamtabmessung
dienenden, die Anordnung umhüllenden Umkreises durchläuft daher mit zunehmendem
Leiterdurchmesser einen minimalen Wert. Ähnlich verhält es sich mit den Abmessungen
einer Anordnung, bestehend aus einem oder mehreren zylindrischen Leitern und einem
aus mehr oder weniger gut leitendem Stoff, etwa Metall, Beton od. dgl., bestehenden
Führungsrohr, in dem die Leiter parallel zur Achse dieses Führungsrohres verlegt
sind.
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Erfindungsgemäß werden nun als Hochspannung führende Leiter Metallrohre
(Leiterrohre) von derartigem Außendurchmesser verwendet, daß die Abstände der Leiterrohre
gegeneinander und gegen die geerdete, mehr oder weniger leitende Umgebung oder Umhüllung
auch bei der Verwendung der atmosphärischen Luft als Isolierstoff auf einen Bruchteil
desjenigen Betrages herabgesetzt sind, wie er sonst bei Freileitungen für die gleiche
Betriebsspannung erforderlich ist, und zwar derart, daß die Verlegung solcher aus
Rohren bestehenden Leitungen in wirtschaftlicher Weise in unter- oder oberirdisch
verlegten Kanälen, Tunnels oder Rohren (Führungsrohren) aus Metall, Beton od. dgl.
möglich wird. Dabei können die Abmessungen der Leiterrohre sowie ihre Abstände gegeneinander
und gegen Erde bzw. die Wandungen des mit Erde in Verbindung stehenden Führungskanals
oder -rohres derart gewählt werden, daß die Gesamtabmessungen des Querschnittbildes
der Leitung etwa den oben näher beschriebenen Minimalbetrag einhalten. Gleichzeitig
ergibt sich bei diesem Vorgehen der weitere Vorteil, daß die Beträge des Induktivitäts-und
des Kapazitätsbelages zwischen den entsprechenden Werten der Hochspannungsfreileitungen
bzw. -kabel liegen, wodurch der große induktive Spannungsabfall, wie er bei den
Freileitungen, sowie der erhebliche Ladestrom, wie er bei den Kabeln auftritt, wesentlich
vermindert werden. Dadurch sinkt der Wellenwiderstand der vorliegenden Leitung gegenüber
demjenigen der
Hochspannungsfreileitungen, derart, daß die übertragbare
natürliche Leistung bei der gleichen Betriebsspannung auf etwa das fünf- bis sechsfache
zunimmt. Bild r zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Erfindungsgegenstand. Darin
bedeuten R die Leiterrohre, FK FT FR den Querschnitt des Führungskanals,
-tunnels oder -rohres.
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Um die Abstände der Leiterrohre gegeneinander und gegen ihre mit Erde
in Verbindung stehenden Stützpunkte auf die durch die Durchschlagsfestigkeit der
atmosphärischen Luft gegebenen Beträge begrenzen zu können, um also größere Abstände
der Leiter gegeneinander und gegen die geerdete Umgebung oder Umhüllung, etwa die
Wandungen des Führungskanals oder -rohres zu vermeiden, die sonst durch die Länge
der Überschlagswege (Kriechstrecken) an den Stütz- bzw. Befestigungspunkten der
Leiterrohre bedingt wären, können die letzteren an diesen Stützpunkten erfindungsgemäß
mit auf-die-Leiterrohre aufgebrachten Hüllen oder I@'ülsen äus-geeig_netem
Isolierstoff und von derartigen Abmessungen bzw. von einer Formgebung derart umgeben
werden, daß die Kriechstrecken _nicht wie bei den Freileitungen quer zur Leitungsachse
liegen, sondern überwiegend in deren LängSriCh= tung verlegt sind. Dadurch ist gewährleistet,
daß keine nachte_ilizen Störungen der Feldverhältnisse e enüber denjenigen
der frei verlaufenden Strecken der_Leiterroh_re auftreten. I3ei der Verlegung
einer solchen Leitung in Führungskanälen, -tunnels oder -rohren ist diese Isolation
den Witterungseinflüssen und den damit verbundenen Nachteilen entzogen, so daß die
Isolationsabmessungen etwa auf diejenigen von Isolatoren in Innenräumen beschränkt
bleiben können.
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Bild 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel; hierin bedeuten R die Leiterrohre
und H die Isolierhüllen.
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Die Erfindung gestattet eine sehr weitgehende Vereinfachung der Montage
und damit eine erhebliche Senkung der Montagekosten dadurch, daß sie es möglich
macht, die Leiterrohre in einfach und billig herzustellende Formstücke als Tragstützen,
z. B. aus Erden oder Beton einzulegen und nachträglich zu verriegeln. Diese Tragstützen
können beispielsweise in der Sohle des Führungskanals oder -rohres angebracht oder
auf dessen Wandungen aufgesetzt werden. Bild :2 zeigt auch hierfür ein Ausführungsbeispiel.
Darin bedeuten T Tragstützen, h Verriegelungen. Die zur Halterung der Leiterrohre
dienenden Tragstützen können je nach physikalischen oder örtlichen Erfordernissen
an beliebigen Stellen des Führungskanals oder -rohres ohne besondere Vorbereitung
und Hilfsmittel durch einfaches Aufsetzen angebracht oder auch, etwa bei Ausbesserungsarbeiten,
beliebig versetzt werden. Für diesen Zweck können die Isolierhüllen erfindungsgemäß
verschiebbar angeordnet werden, wobei zur Vermeidung von Lufteinschlüssen zwischen
den Isolierhüllen und Leiterrohren die Oberfläche der letzteren vorher an den Stellen,
die die Isolierhüllen neuerlich einnehmen sollen, mit einer Schicht aus geeignetem
abdichtendem bzw. die Hohlräume ausfüllendem Stoff, wie z. B. Öl, Fett od. dgl.,
überzogen werden kann.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Verwendung von Rohren als Leiter
bringt den weiteren Vorteil mit sich, daß das Widerstandsmoment des Leiterrohrquerschnitts
gegen Knickung infolge der bei Kurzschlüssen auftretenden dynamischen Kräfte, verglichen
mit gleich großen Querschnitten bei anderen Querschnittsformen oder äußeren Abmessungen
vergrößert wird, ein Umstand, der noch durch die vollkommen starre Verlegung der
Leiterrohre begünstigt wird, wie sie z. B. durch eine Anordnung nach Bild 2 gewährleistet
wird. Auf diese Weise können die Tragstützen überdies nur auf Zug oder Druck beansprucht
werden; es können also hier keine gefährlichen Biegungsbeanspruchungen auftreten,
wie sie sonst etwa bei der üblichen Befestigung von Sammelschienen an Stützisolatoren
möglich sind.
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Die Verwendung von Rohren als Leiter bringt schließlich infolge der
größeren abkühlenden Oberfläche, wie sie Rohren, etwa im Vergleich zum massiven
gleich großen Kreisquerschnitt eigen ist, eine erhöhte Strombelastbarkeit und damit
eine Ersparnis an Leitermetall mit sich. Eine noch darüber hinausgehende Steigerung
der Stromdichte kann infolge der Verwendung von Rohren als Leiter dadurch erzielt
werden, daß die Leiterrohre erfindungsgemäß von einem flüssigen oder gasförmigen
Kühlmittel durchspült werden, wobei das Küh'1-mittel sowohl durch Anwendung von
Über- wie von Unterdruck oder von beiden gleichzeitig durch die Leiterrohre getrieben
werden kann.
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Die für die Verlegung der Leitung zweckmäßig herzustellenden Kanäle,
Tunnels oder Führungsrohre können im Zuge der Trassierung von Reichsautobahnen,
Wasserstraßen, Bahnkörpern usw. angelegt werden, wodurch sich der Aufwand für Erdbewegungen
und damit die Baukosten weiterhin erheblich verringern. Zur Durchquerung von Gebirgen,
Meeresarmen, Sumpfstrecken oder Niederungen können die Leitungen durch Tunnels oder
Führungsrohre aus Beton, Metall od. dgl. geführt werden. Die Führungskanäle, -tunnels
oder -rohre können ferner so bemessen werden, daß sie nach Abschaltung der Leitung
begehbar und die Leiterrohre von Hand erreichbar sind, so daß etwa auftretende Schäden
schnell aufgefunden und beseitigt werden können.
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Die Leiterrohre können nicht nur zum Transport elektrischer Energie,
sondern in Anbetracht der Größenordnung ihres Durchmessers gleichzeitig auch vollzählig,
einzeln oder wahlweise zur Fortbeförderung von flüssigen oder gasförmigen Körpern,
wie Öl, Treibgas od. dgl., dienen. Gleichzeitig ist es möglich, das flüssige oder
gasförmige Beförderungsgut als Druck- oder Saugmittel dazu zu benutzen, um z. B.
Rohrpost oder andere feste Körper durch die Leiterrohre zu befördern, wobei das
flüssige oder gasförmige Beförderungsgut in schon angeführter Weise gleichzeitig
zur Kühlung der Leiterrohre dienen kann. Schließlich können die Führungskanäle,
-tunnels oder -rohre auch zur
Verlegung von fremden Flüssigkeits-,
Gas- oder elektrischen Leitungen ausgenutzt werden.
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Bei einem etwaigen Wechsel des Stromsystems, z. B. beim Übergang von
Drehstrom auf Gleichstrom unter Ausnutzung vorhandener Führungskanäle usw., der
beschriebenen Art ist eine etwa erforderlich werdende Umverlegung der Leiterrohre
bei der Verwendung von Tragstützen z. B. der vorgeschlagenen Ausführungsform in
einfacher Weise und mit geringen Kosten möglich, im Gegensatz zu einem entsprechenden
Wechsel des Stromsystems bei Freileitungen und Kabeln.
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Es ist auch die Verlegung mehrerer z. B. zweier parallel arbeitender
Leitungssysteme in einem gemeinsamen Führungskanal oder -rohr bzw. an gemeinsamen
Tragstützen möglich, wobei die Leitungssysteme sowohl nebeneinander wie ineinandergeschachtelt
verlegt werden können.
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An sich sind Kabel bekannt, bei denen Rohre als Leiter in einem Führungsrohr
untergebracht sind. Die Füllung besteht hierbei aus einem flüssigen Dielektrikum
zwischen Leiter und Führungsrohr, und an eine Dimensionierung des Durchmessers der
Leiter im Sinne der vorliegenden Erfindung ist bei diesem vorbekannten Kabel nicht
gedacht. Die elektrischen Verhältnisse bei einem mit flüssigem Isolierstoff gefüllten
Kabel sind ganz andere als bei der Leitung nach der vorliegenden Erfindung.