DE969317C

DE969317C - Telecommunication cables with paper-insulated cores or groups of cores

Info

Publication number: DE969317C
Application number: DES12097D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans Ochem; Dr Wilhelm Rihl; Walter Wild
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1943-07-06
Filing date: 1943-07-06
Publication date: 1958-05-22

Description

Die Erfindung betrifft Fernmeldekabel mit papierisolierten Adern bzw. Adergruppen, die seitens benachbarter Starkstromanlagen oder durch atmosphärische Entladungen hohen Gefährdungsspannungen ausgesetzt sind. Diese durch Induktionswirkung hervorgerufenen Spannungen, die zwischen den Kabeladern und dem geerdeten metallischen Kabelmantel eine Größe bis zu io kV und darüber annehmen können, lassen sich in erheblichem Maße durch in bestimmten Abständen in das Fernmeldekabel eingeschaltete Übertrager herabsetzen. Die Einschaltung von Übertragern in das Fernmeldekabel ist aber vielfach unerwünscht, insbesondere dann, wenn über die Kabelleitungen auch Gleichströme übertragen werden, z. B. für Fernsteuerzwecke bzw. für sonstige Wahlsysteme mit Hilfe von Gleichströmen. Um höhere Gefährdungsspannungen zulassen zu können, ist es daher üblich, die Kabelseele zur Erzielung einer erhöhten Durchschlagsfestigkeit zwischen den Kabeladern und dem Kabelmantel durch zusätzliche Papierlagen zu verstärken. Besondere Schwierigkeiten treten aber bei Spannungen solcher Größe auf, die eine Ionisierung der zwischen den Adern und dem Kabelmantel vorhandenen Lufträume zur Folge haben. Um derartige Ionisierungen zu vermeiden, könnte man nach den Angaben der britischen Patentschrift 404345 entweder die Leiterstärke vergrößern oder die Isolierschicht zwischen der Kabelseele und dem Bleimantel in der bei Hochspannungskabeln üblichen Weise ausbilden. Beide Maßnahmen sind jedoch unwirtschaftlich. Deshalb wird in dieser britischen Patentschrift vorgeschlagen, die Kabelseele zunächst mit einem leitenden Schirm zu umgeben und diesen leitenden Schirm gegen den metallischen Kabelmantel zu isolieren. Der die Kabelseele umgebendeThe invention relates to telecommunication cables with paper-insulated cores or groups of cores, which are on the part of adjacent High voltage systems or exposed to high hazardous voltages due to atmospheric discharges are. These voltages, caused by induction effects, which are between the cable cores and the earthed metallic cable sheath can have a size of up to io kV and above, can be achieved to a considerable extent by transformers that are switched into the telecommunication cable at certain intervals reduce. The inclusion of transformers in the telecommunication cable is often undesirable, especially when direct currents are also transmitted via the cable lines, e.g. B. for remote control purposes or for other voting systems with the help of direct currents. To higher hazardous voltages To be able to allow, it is therefore common to use the cable core to achieve increased dielectric strength between the cable cores and the cable sheath to be reinforced with additional layers of paper. Special Difficulties arise with voltages of such magnitude that ionization of the between the wires and the cable jacket result in existing air spaces. To avoid such ionizations, one could either increase the conductor thickness according to the information in British patent specification 404345 or the insulating layer between the cable core and the lead sheath in the case of high-voltage cables usual way to train. However, both measures are uneconomical. That is why in this British patent proposed to first surround the cable core with a conductive screen and to isolate this conductive screen from the metallic cable sheath. The one surrounding the cable core

809 515/61809 515/61

leitende Schirm wirkt dann in bezug auf den Kabelmantel als Leiter großen Durchmessers. Die Anordnung einer zusätzlichen leitenden Schicht unmittelbar über der Kabelseele bedingt aber nicht nur einen unerwünschten Material- und Kostenaufwand, sondern hat auch eine Erhöhung der Kapazität der Adergruppe zur Folge.Conductive shield then acts as a large-diameter conductor with respect to the cable sheath. The order However, an additional conductive layer directly above the cable core not only causes an undesirable one Material and costs, but also has an increase in the capacity of the vein group result.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die in den Adern von Fernmeldekabeln seitens Starkstromanlagen usw. induzierten Spannungen von so kurzer Dauer sind (z. B. entsteht durch atmosphärische Entladungen nur eine kurzzeitige Stoßwelle von einem Bruchteil einer Sekunde), daß ein durch Ionisierung der Lufträume verursachter Wärmedurchschlag noch nicht eintritt. Das bedeutet, daß die Isolierschicht zwischen der Kabelseele und dem Kabelmantel bei sehr hohen Gefährdungsspannungen nicht als verhältnismäßig dicke hochspannungsfeste Schicht unter Vermeidung von Lufträumen ausgebildet zu werden braucht. Ferner beruht die Erfindung auf näheren Untersuchungen, die der Feststellung dienten, wie sich die üblicherweise auf die Kabelseele gewickelten Papierbänder und wie sich Isolierschichten aus Isolierbändern hoher Durchschlagsfestigkeit, z. B. aus Zellulosetriazetat, einerseits gegenüber einer hohen Dauerspannung und andererseits gegenüber hohen kurzzeitigen Spannungen verhalten. Diese Untersuchungen führten zum überraschenden Ergebnis, daß die Durchschlagsfestigkeit von Papierbandwicklungen in gewissen Grenzen praktisch unabhängig von der Zeitdauer der angelegten Spannung ist, daß aber geschlossene Bandwicklungen aus Isolierstoffen hoher Durchschlagsfestigkeit bei sehr kurzzeitigen Spannungsbeanspruchungen eine wesentlich erhöhte Durch-Schlagsfestigkeit aufweisen. Hieraus wurde die Folgerung gezogen, daß es zur Erzielung hoher Durchschlagsfestigkeitswerte für kurzzeitige Spannungsbeanspruchungen unzweckmäßig ist, in der bisher üblichen Weise die Anzahl der Papierbandlagen über der Kabelseele zu vermehren, und daß andererseits Schichten aus Isolierstoffen hoher Durchschlagsfestigkeit wesentlich dünner bemessen werden können, als die üblichen Dauerspannungsprüfungen ergeben. Auf Grund dieser Erkenntnisse, Untersuchungen und Überlegungen wird erfindungsgemäß bei Fernmeldekabeln, die hohen Gefährdungsspannungen ausgesetzt sind, die Isolierschicht zwischen der Kabelseele und dem metallischen Kabelmantel aus nur wenigen geschlossenen Lagen von einem oder nur wenigen durch Wickeln oder in Längsrichtung aufgebrachten Bändern aus Isolierstoffen hoher Durchschlagsfestigkeit, wie Zellulosetriazetat, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polyäthylen od. dgl., hergestellt, ohne die Lufträume innerhalb der Bandwicklungen zu beseitigen, so daß die Isolierschicht zwar bei einer hohen 5operiodischen Dauerprüf spannung durchschlägt, jedoch bei noch höheren kurzzeitigen Gefährdungsspannungen von der Dauer nur weniger Perioden bzw. eines Bruchteils einer Periode eine ausreichende Durchschlagsfestigkeit aufweist.The invention is based on the knowledge that in the cores of telecommunication cables on the part of high-voltage systems etc. induced voltages are of such short duration (e.g. arises from atmospheric Discharges only a brief shock wave of a fraction of a second) that one is caused by ionization the heat transfer caused by the air spaces does not yet occur. That means the insulating layer between the cable core and the cable sheath is not considered proportionate in the case of very high hazardous voltages thick high-voltage-resistant layer to be formed while avoiding air spaces needs. Furthermore, the invention is based on closer investigations, which were used to determine how the paper tapes usually wound on the cable core and how insulating layers are made from insulating tapes high dielectric strength, e.g. B. from cellulose triacetate, on the one hand compared to a high Continuous voltage and, on the other hand, behave towards high short-term voltages. These investigations led to the surprising result that the dielectric strength of paper tape windings is practically independent of the duration of the applied voltage within certain limits, but that is closed Tape windings made of insulating materials with high dielectric strength for very brief voltage loads have a significantly increased dielectric strength. From this became the conclusion drawn that it is inexpedient to achieve high dielectric strength values for short-term voltage stresses, in the hitherto usual way to increase the number of paper tape layers over the cable core, and that on the other hand Layers of insulating materials with high dielectric strength can be made much thinner, than the usual continuous voltage tests. Based on this knowledge, investigations and considerations is made according to the invention for telecommunication cables that are exposed to high hazardous voltages are, the insulating layer between the cable core and the metallic cable sheath consists of only a few closed layers of one or only a few tapes applied by winding or in the longitudinal direction made of insulating materials with high dielectric strength, such as cellulose triacetate, polyvinyl chloride, polystyrene, polyethylene Od. The like., Without eliminating the air spaces within the tape windings, so that the The insulating layer breaks down at a high 5operiodic endurance test voltage, but at still higher short-term hazardous voltages lasting only a few periods or a fraction one period has sufficient dielectric strength.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die aus einer beliebigen Anzahl von Adergruppen aufgebaute Kabelseele 10 ist mit einem oder nur wenigen überlappt gewickelten Bändern 11 aus Isolierstoffen hoher Durchschlagsfestigkeit, Vorzugsweise aus Zellulosetriazetat, und mit einer überlappten Papierbandwicklung 12 umgeben, worüber der Kabelmantel 13 aus Blei, Aluminium od. dgl. folgt. Die über dem Kabelmantel 13 liegende Schutzhülle, die je nach den vorliegenden Verhältnissen in beliebiger Weise ausgebildet sein kann, besteht im dargestellten Fall eines selbsttragenden Fernmeldeluftkabels aus der Faserstoffbandwicklung 14 und der Metallfolienwicklung 15, z. B. aus einer Aluminiumfolie. Die metallische Bewehrung besteht aus der offenen Bandeisenwendel 16 und der zugfesten Stahldrahtbewehrung 17. Die zwischen den Folien 11 und dem Kabelmantel 13 angeordnete Papierbandwicklung 12 ist mehr oder weniger als mechanische und thermische Schutzschicht vorgesehen und kann unter Umständen wegfallen. Andererseits ist es mögHch, auch unter der Folienisolierung 11 eine zusätzliche Papierbandwicklung anzuordnen. Die Bänder 11 können bei genügender Breite auch in Längsrichtung mit starker Überlappung der Seitenränder aufgebracht werden.The drawing shows an embodiment of the invention. Those from any number of wire groups constructed cable core 10 is made with one or only a few overlapping tapes 11 Insulating materials with high dielectric strength, preferably made of cellulose triacetate, and with an overlapped one Surrounding paper tape winding 12, over which the cable jacket 13 made of lead, aluminum or the like. Follows. The above the cable jacket 13 lying protective sheath, depending on the prevailing conditions in any way can be formed, consists in the illustrated case of a self-supporting telecommunication air cable from the Fiber tape winding 14 and the metal foil winding 15, e.g. B. from an aluminum foil. The metallic Reinforcement consists of the open iron band helix 16 and the tensile steel wire reinforcement 17. The between the foils 11 and the cable jacket 13 arranged paper tape winding 12 is more or less as a mechanical and thermal protective layer provided and may be omitted under certain circumstances. On the other hand, it is also possible under the foil insulation 11 to arrange an additional paper tape winding. The belts 11 can with sufficient Width can also be applied in the longitudinal direction with a strong overlap of the side edges.

Gegebenenfalls werden die in Längsrichtung aufgebrachten Bänder mehrmals um die Kabelseele gerollt, so daß mit einem einzigen Band eine mehrschichtige Isolierung hoher Durchschlagsfestigkeit erreicht wird. Die aufeinanderliegenden Bandschichten können miteinander verklebt werden.If necessary, the strips applied in the longitudinal direction are rolled several times around the cable core, so that a multi-layer insulation of high dielectric strength is achieved with a single tape. The layers of tape lying on top of one another can be glued to one another.

Der durch die Erfindung erzielte technische und wirtschaftliche Erfolg geht deutlich aus den in der folgenden Tabelle aufgeführten Meßergebnissen an drei verschiedenen Ausführungen der Isolierschichten zwischen Kabelseele und Kabelmantel hervor.The technical and economic success achieved by the invention is evident from the The following table shows the measurement results on three different versions of the insulating layers between the cable core and the cable sheath.

Die Messungen wurden an Fernmeldekabeln mit Bleimantel durchgeführt, deren Seele aus dreißig Sternvierern mit 0,5 mm starken Leitern bestand.The measurements were carried out on telecommunication cables with lead sheath, the core of which consisted of thirty Star fours with 0.5 mm thick conductors consisted.

An zahlreichen kurzen Kabelstücken wurde die zwischen den Kabeladern und dem Bleimantel angelegte Spannung stetig oder in kleinen Schritten so lange gesteigert, bis der Durchschlag eintrat. Dabei wurden jeweils drei verschiedene Prüf spannungen angewendet, und zwar erstens eine Spannung von fünfzig Perioden langer anhaltend, zweitens die gleiche Spannung stoßweise (d. h. nur wenige Perioden) und drittens eine Stoßwelle mit einer Stirnzeit von 80 μ$ und einer Halbwertszeit von 2500 μβ. Die Form einer derartigen Stoßwelle entspricht ungefähr dem Verlauf einer durch atmosphärische Entladungen in den Kabeladern hervorgerufenen Stoß- bzw. Wanderwelle. Aus den in der Tabelle angegebenen Werten, die jeweils Mittelwerte aus Messungen an drei Kabelmustern darstellen, kann die grundsätzlich wichtige Folgerung gezogen Werden, daß bei Ergänzung einer aus zwei Papierbändern bestehenden Kabelseelenbespinnung durch eine oder zwei Lagen aus Zellulosetriazetatfolien die Durchschlagsfestigkeit bei Anwendung einer normalen Dauerprüfspannung nur von 4,8 kV auf 8,5 bzw. auf 13,7 kV, dagegen bei der Stoßwelle 80/2500 μβ überraschenderweise von 5,2 kV auf 19,3 bzw. 23,7 kV ansteigt. Dies ist in erster Linie eine Folge davon, daß die Durchschlagsfestigkeit bei der üblichen Herstellung der Isolierschicht aus Papierbändern praktisch unabhängig von der Zeitdauer der angelegtenOn numerous short pieces of cable, the voltage applied between the cable cores and the lead sheath was increased steadily or in small steps until the breakdown occurred. In each case, three different test voltages were used, firstly a voltage of fifty periods longer, secondly the same voltage intermittently (i.e. only a few periods) and thirdly a shock wave with a front time of 80 μ $ and a half-life of 2500 μβ. The shape of such a shock wave corresponds approximately to the course of a shock or traveling wave caused by atmospheric discharges in the cable cores. From the values given in the table, which represent mean values from measurements on three cable samples, the fundamentally important conclusion can be drawn that if a cable core spinning consisting of two paper tapes is supplemented with one or two layers of cellulose triacetate films, the dielectric strength only when a normal endurance test voltage is used from 4.8 kV to 8.5 or to 13.7 kV, in contrast to the shock wave 80/2500 μβ surprisingly increases from 5.2 kV to 19.3 or 23.7 kV. This is primarily a consequence of the fact that the dielectric strength in the usual production of the insulating layer from paper tapes is practically independent of the length of time it is applied

Durchschlag in kVBreakdown in kV

Dauerspannung
von 50 HzContinuous voltage
of 50 Hz

50 Hz stoßweise50 Hz intermittently

Stoßwelle Stirnzeit: 80 ιShock wave front time: 80 ι

Halbwertszeit: 2500Half-life: 2500

1. Muster: Isolierschicht zwischen Kabelseele und Bleimantel besteht in üblicher Weise aus zwei überlappten Bandwicklungen aus Papier, 0,11 bis 0,12 mm stark 1. Pattern: The insulating layer between the cable core and the lead sheath consists of two overlapped ones in the usual way Tape wraps of paper, 0.11 to 0.12 mm strong

2. Muster: Isolierschicht besteht aus einer überlappten Papierbandwicklung, einer überlappten Bandwicklung aus einer Zellulosetriazetatfolie, 0,06 mm stark, und einer weiteren überlappten Papierbandwicklung, beide Papierbandwicklungen aus 0,11 bis 0,12 mm starkem Papier 2nd pattern: The insulating layer consists of an overlapped paper tape winding, an overlapped tape winding from a cellulose triacetate film, 0.06 mm thick, and another overlapped paper tape winding, both Paper tape wraps made of 0.11 to 0.12 mm thick paper

3. Muster: Isolierschicht wie beim zweiten Muster ausgebildet, jedoch mit zwei unmittelbar übereinanderliegenden Bandwicklungen aus Zellulosetriazetat 4,8 3rd pattern: insulating layer formed as in the second pattern, but with two directly superimposed tape windings made of cellulose triacetate 4.8

5,05.0

5,25.2

8,58.5

137137

11,011.0

15,015.0

19.319.3

23.723.7

Spannung ist, dagegen bei Herstellung aus durchschlagsfesten Folien bei sehr kurzzeitiger Spannungsbeanspruchung sehr hohe Werte annimmt. Tension is, on the other hand, when manufactured from dielectric films, it assumes very high values with very short-term tension stress.

Aus den gemessenen Werten wird zwecks Herabsetzung des Aufwandes an Isolierfolien auf ein Minimum erfindungsgemäß die weitere Lehre gezogen, die Isolierschicht zwischen der Kabelseele und dem metallischen Kabelmantel — z. B. durch Herstellung der Isolierschicht aus nur zwei Lagen überlappter Bandwicklungen hoher Durchschlagsfestigkeit — so dünn zu bemessen, daß sie bei einer 5operiodigen Dauerprüfspannung von 15 kV durchschlägt, da, wie die Meßresultate zeigen, bei einer derartigen Bemessung Durchschlagsfestigkeitswerte erzielt werden, die für die praktisch auftretenden kurzzeitigen Spannungsbeanspruchungen vollkommen ausreichend sind.The measured values are used to reduce the cost of insulating foils to a minimum inventively drawn the further teaching, the insulating layer between the cable core and the metallic cable sheath - e.g. B. by making the insulating layer from only two layers overlapped Ribbon windings of high dielectric strength - to be dimensioned so thin that they are at a 5operiod Continuous test voltage of 15 kV breaks down because, as the measurement results show, with such a rating Dielectric strength values can be achieved for the short-term voltage loads that occur in practice are perfectly adequate.

Claims

Patent claims:

i. Paper-insulated telecommunication cable with a metallic cable sheath that is used by high-voltage systems or is exposed to high hazardous voltages due to atmospheric discharges lie above the ionization limit, characterized in that the insulating layer between the Cable core and the metallic cable jacket from only a few closed layers of one or only a few strips of insulating material applied by winding or lengthways Dielectric strength, such as cellulose triacetate, polyvinyl chloride, polystyrene, polyethylene or the like. exists without eliminating the air spaces within the tape windings, so that the insulating layer Although it breaks down at a high soperiodic endurance test voltage, it does so at an even higher one short-term hazardous voltages lasting only a few periods or a fraction one period has sufficient dielectric strength.

2. Telecommunication cable according to claim 1, characterized in that the insulating layer - z. B. by making only two layers of overlapping tape windings - is so thin that it breaks down at a 5-period long-term test voltage of 15 kV.

Considered publications:

German patent specifications No. 744886, 664897, 656266, 736033;

Feiten and Guilleaume-Rundschau, 1932, issue 10, P. 16;

Special print of the Deutsche Reichsbahn, »The influence of the telecommunications operation by electr. Railways ”(see“ Electric Railways ”, 1926/27, p. 107);

Special print by Weehmann, 1926, p. 98, right column (»The influence of telecommunications operations by electr. Tracks «);

Book by Nietsche and Pfestorf, »Testing and preparation of electrotechn. Isolierstoffe «, 1940, p. 150, Fig. 17;

Journal »Kunststoffe« ·, 1941, pp. 281 to 286; Magazine »ΈΎΖ«, 1942, pp. 439 to 443;

Book by Prof. Schumann, "Die Hochspannungstechnik", 1930, p. 468.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings