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Gasgekühltes koaxiales Hochfrequenz-Energiekabel Bei der Bemessung
und beim Aufbau von koaxialen Hochfrequenz-Energiekabeln zur Übertragung großer
Hochfrequenzenergien, z. B. für die Speisung von Sendeantennen, muß nicht nur auf
die hohen Frequenzen der zu übertragenden Wellen und auf die auftretenden hohen
Spannungen, sondern auch auf die starke Erwärmung des Kabels Rücksicht genommen
werden. Letzteres trifft besonders für das Gebiet der Meterwellen zu. In den heute
bekannten vorkommenden Fällen kann der Innenleiter des koaxialen Hochfrequenz-Energiekabels
Temperaturen von z5o° und mehr annehmen, während der Außenleiter wesentlich niedrigere
Temperaturen aufweist. Die hierdurch bedingten großen Temperaturdifferenzen zwischen
dem Innen- und Außenleiter bringen es mit sich, daß der stärker erwärmte Innenleiter
gegenüber dem Außenleiter eine Verlängerung erfährt. Ferner hat die starke Erwärmung
des Innenleiters eine zusätzliche Steigerung seines elektrischen Widerstandes und
damit auch eine zusätzliche Dämpfung der zu übertragenden Energie zur Folge. Für
Abstandhalter aus den bekannten Thermoplasten Polyäthylen und Polystyrol entstehen
dabei bereits Schwierigkeiten bei Innenleitertemperaturen unter 10o° C. Die eben
noch zulässige Wärmebelastung eines Kabels kommt in der Begrenzung der übertragbaren
Leistung, die sich bei isolierstoffarmen Kabeln etwa umgekehrt mit I' i ändert,
zum Ausdruck. Die übertragbare Leistung wächst in erster
Näherung
mit dem Kabeldurchmesser. Dem Kabeldurchmesser sind aber wegen der zu fordernden
Biegbarkeit, aus herstellungstechnischen Gründen und wegen der Tatsache, daß die
Ableitungsverluste unabhängig vom Kabeldurchmesser sind, wirtschaftliche Grenzen
gesetzt. Es ist versucht worden, durch Änderung des Verhältnisses Innendurchmesser
des Außenleiters zu Außendurchmesser des Innenleiters auf Werte kleiner als 3,6
also durch Abweichung vom Dämpfungsminimum, günstigere Verhältnisse zu schaffen.
Tatsächlich kann durch diese Maßnahme in gewissen Grenzen eine Steigerung der übertragbaren
Leistung erzielt werden, doch sprechen andere Faktoren, z. B. erhöhte Verlustleistung,
gegen solche Maßnahmen.
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Es sind daher auch neuerdings koaxiale Hochfrequenz-Energiekabel vorgeschlagen
worden, bei denen von der an sich schon seit langem bekannten Maßnahme Gebrauch
gemacht wird, die Ableitung der Verlustwärme durch ein strömendes gasförmiges oder
flüssiges Kühlmittel zu bewirken.
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Bei diesen bekannten Hochfrequenz-Energiekabeln wird das Kühlmittel
durch den rohrförmig ausgebildeten Innenleiter geleitet. Lediglich in der Art der
Rückführung des Kühlmittels bestehen gewisse Unterschiede. Bei einer bekannten Ausführung
erfolgt die Rückführung in einfacher Weise durch eine besondere, außerhalb des Kabels
angeordnete Rohrleitung. Bei einer anderen Ausführung sind unmittelbar über dem
Außenleiter zwei konzentrisch zueinander liegende und in Abstand gehaltene Rohre
angeordnet, so daß der Hohlraum zwischen den beiden Rohren zur Rückführung der Kühlflüssigkeit
ausgenutzt werden kann. Eine ähnliche bekannte Ausführung besteht darin, daß innerhalb
des Innenleiters ein zusätzliches Kühlmittelrohr mit einem kleineren Außendurchmesser
als der Innendurchmesser des Innenleiters angeordnet ist.
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Bei großen Kabellängen kann nun der Fall eintreten, daß an dem von
der Zuführungsstelle für das Kühlmittel am weitesten entfernt gelegenen Ende des
Kabels das Kühlmittel'bereits so stark erwärmt ist, daß an diesem Ende eine ausreichende
Kühlwirkung nicht mehr gewährleistet ist. Eine Erhöhung der Kühlwirkung könnte dadurch
erzielt werden, daß die Temperatur des Kühlmittels erniedrigt und/oder seine Strömungsgeschwindigkeit
vergrößert wird. Diesen Maßnahmen sind aber wirtschaftliche und technische Grenzen
gesetzt, so daß als einzige Möglichkeit für eine Erhöhung der Kühlwirkung eine Unterteilung
des Kabels in einzelne Kabelabschnitte verbleibt. Infolge der besonderen Kühlmittelführung
bei den bekannten koaxialen Hochfrequenz-Energiekabeln bereitet aber die Zu- und
Abführung- des Kühlmittels zu bzw. von; den einzelnen Kabelabschnitten konstruktive
Schwierigkeiten.
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Die Erfindung betrifft gasgekühlte koaxiale Hochfrequenz-Energiekabel
und bezweckt insbesondere, durch besondere Anordnung und Ausbildung der Zu- und
Abführung des Kühlgases eine ausreichende Kühlwirkung auch bei Kabeln großer Länge
zu erzielen. Die Erfindung besteht darin, daß zur Zu- und Abführung des Kabels mehrere
in abwechselnder Folge über die Kabellänge verteilte Zu- und Abführungsöffnungen
vorgesehen sind, von denen die Zuführungsöffnungen mit einer gemeinsamen, vorzugsweise
neben dem Kabel montierten Speiseleitung für das Kühlgas verbunden sind. Der Abstand
zwischen den Zu- und Abführungsöffnungen ist durch die Höhe der abzuführenden Wärmeenergie
und durch die Menge des Kühlgases pro Zeiteinheit bestimmt. Wird das Kabel über
Reduzierventile mit dem Kühlgas gespeist, so kann die Speiseleitung für das Kühlgas
verhältnismäßig dünn ausgebildet sein.
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Zur Zu- und Abführung des Kühlgases sieht die Erfindung an den Zu-
und Abführungsstellen schmale Ringe mit mindestens einem Loch vor, die beispielsweise
in vorbereitetem Zustand bei der Fertigung der Kabelseele zwischen jeweils zwei
Fabrikationsabschnitten in den rohrförmigen Außenleiter eingefügt, z. B. eingelötet
sein können. Es ist vorteilhaft, insbesondere die an den Zuführungsstellen angeordneten
Ringe mit mehreren, regelmäßig über den Umfang verteilten, z. B. mittels Schrauben
verschließbaren Löchern zu versehen. Die Schrauben werden zweckmäßig flach ausgeführt,
sollen aber noch so viel vorstehen, daß sie nach der Ummantelung der Kabelseele
durch den Schutzmantel, beispielsweise Kunststoffmantel, erfühlbar sind. Durch diese
beidem Maßnahmen wird die Verbindung der Zuführungsöffnungen mit der Speiseleitung
äußerst vereinfacht, indem nämlich nach der Verlegung des Kabels aus der Mehrzahl
der verschraubten Löcher in jedem der an den Zuführungsstellen angeordneten Ringe
das jeweils für die Speisung am günstigsten gelegene verschraubte Loch erfühlt werden
kann und die Verschlußschraube nach Entfernen des Kabelmantels an dieser Stelle
nur entfernt zu werden braucht, um dann die Verbindung der Öffnung mit der Speiseleitung,
beispielsweise über Anschlußstutzen, herstellen zu können.
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Besteht die Gefahr, daß das Kabel einen zu hohen Gasdruck bekommt,
so können in den an den Zuführungsstellen angeordneten Ringen gleichzeitig noch
Überdruckventile vorgesehen werden. Zweckmäßig werden auch die an den Abführungsstellen
angeordneten Ringe mit einem allerdings bereits auf kleinen Überdruck ansprechenden
Überdruckventil abgeschlossen, so daß sich bei Ausfall der Kühlung dieses Ventil
schließt und keine Feuchtigkeit in das Kabel eindringen kann.
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Die Figur zeigt rein schematisch ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung.
In der Figur ist mit i das koaxiale Hochfrequenz-Energiekabel bezeichnet. Die Zu-
und Abführungsstellen für das Kühlgas, die in der Figur durch die Bezugszeichen
21, 22 . . . und 31, 32, 33 ... angedeutet sind, sind erfindungsgemäß in
abwechselnder Folge über die Länge des Hochfrequenz-Energiekabels i verteilt. Der
Abstand zwischen den einzelnen Zu- und Abführungsstellen oder, was dasselbe besagt,
die Anzahl derselben ist, wie bereits erwähnt, durch die abzuführende
Wärmeenergie
und durch die Menge des zugeführten Kühlgases bestimmt. Als Beispiel sind in der
Figur fünf Zuführungs- und sechs Abführungsstellen eingezeichnet. An diesen angedeuteten
Zu- und Abführungsstellen sind-in den Außenleiter schmale Ringe eingefügt, von denen
die an den Zuführungsstellen angeordneten Ringe mit 4e. 42 ... und die an
den Abführungsstellen angeordneten Ringe mit 51, 52, 53 - . . bezeichnet sind. Über
die Anschlußstutzen 61, 62 . . . stehen die an den Zuführungsstellen angeordneten
Ringe mit einer gemeinsamen Speiseleitung 7 in Verbindung, die an eine den notwendigen
Druck erzeugende Pumpe 8 angeschlossen ist. Fernerhin sind gemäß der Figur in die
Speiseleitung noch ein Filter 9 und eine Vorrichtung io zum Trocknen des Kühlgases
eingeschaltet.
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Bei einem Hochfrequenz-Energiekabel gemäß der Erfindung ist sowohl
eine Kühlung mit umlaufendem Kühlgas als auch mit Frischluft möglich, die nach Verbrauch
über die Abführungsöffnung in die freie Atmosphäre ausgeblasen wird. Bei umlaufendem
Kühlgas ist die Einstellung des mittleren Gasdruckes im Kabel jedoch schwieriger,
und es werden dicke Rücklaufrohre benötigt. Bei Frischluftkühlung kann sich die
Verwendung einer besonderen Vorrichtung zum Trocknen des Kühlgases erübrigen, da
auf dem zu kühlenden Gegenstand kaum ein Feuchtigkeitsniederschlag stattfinden wird.
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Neben der Kühlung du: ch strömende Kühlgase können selbstverständlich
noch weitere an sich bekannte Maßnahm=e und Mittel zur Wärmeabfuhr vorgesehen werden.
So kann es beispielsweise bei einer Umlaufkühlung zweckmäßig sein, solche Gase als
Kühlmittel zu verwenden, die einen möglichst guten Wärmeaustausch zwischen Innen-
und Außenleiter durch Wärmeleitung oder Konvexion bzw. geringe Reibung verbürgen,
z. B. Wasserstoff.