DK169113B1 - Komposit luftledning med optiske fibre - Google Patents

Description

DK 169113 B1

Opfindelsen angår en komposit luftledning med indbyggede optiske fibre til brug som stærkstrømsledning eller antenneledning.

En sådan komposit luftledning med indbyggede op-5 tiske fibre i stærkstrøms- eller antenneledninger bru- · ges til at beskytte og styre linietransmissionskredsen.

Fra EP-A-0060061 kendes en sådan komposit luftledning, som har både en effektbærende og en signaltransmitterende funktion.

10 Fig. 1 viser et snit gennem en komposit luftled ning af kendt art svarende til kablet, som er beskrevet i EP-A-0060061, der omfatter en central fiberenhed 1 omgivet af et lag 6 af dugt formede, strømførende 15 ledere 6', der f. eks. er aluminiumbeklædte ståltråde.

Den optiske fiber-enhed 1 omfatter en streng 2 i et beskyttelsesrør 5. Strengen 2, der f.eks. består af aluminium har sin yderflade udformet med et an-20 tal noter 3, der forløber som en skrue og hver indeholder en fiber. Beskyttelsesrøret 5 består også f.eks. af aluminium. Fig, 3 viser et snit gennem en af de fibre 4, der er anbragt i de tilhørende noter 3. Fibrene omfatter en kerne 7 af opstisk glas omgivet af en kap-25 pe, der eksempelvis består af en første beklædning 8 af f.eks. siliconeharpiks og en anden beklædning 9 af f.eks. fluorholdig harpiks.

En komposit luftledning i denne udformning har en passende mekanisk styrke, eftersom fibrene 4 er ind-30 lagt i deres noter 3 i strengen 2 og denne streng er beskyttet med røret 5. Et sådant kabel egner sig dog ikke til indbygning af et stort antal fibre, fordi når det skal erstatte eksisterende ledninger, må det have samme diameter som en konventionel luftledning, medens 35 det rum, der står til rådighed for anbringelse af fibrene i den optiske enhed 1 reduceres i samme omfang som strengen 2's tværsnitsareal. Dertil kommer, at det antal noter, der kan fremstilles over strengens periferi, DK 169113 B1 2 begrænses i relation til strengens yderdiameter.

Det antages f.eks., at en optisk glasfiber 7 har en yderdiameter på 125 y. Det lag siliconeharpiks, der påføres glasfibrene for at danne den første beklæd-5 ning, bevirker at yderdiameteren nu er på 0/4 mm, og hvis der nu påføres den anden beklædning 9 af fluor-holdig harpiks, vokser diameteren til 0,7 mm således, at man i noterne over omkredsen af en streng 2, som antages at have en yderdiameter på 4 mm, ikke kan have mere 10 end fem beklædte optiske fibre 4.

Under brugen udsættes komposite luftledninger vedvarende for høje temperaturer på mellem 100 og 150°C og hvis der under stærkstrømsføring forekommer jord- eller fasekortslutning, kan temperaturen stige op til 300°C.

15 Imidlertid er transmissionstabene i en optisk fiber temperaturafhængige, hvilket primært beror på mikrobøjninger af glasfiberen, når den høje temperatur får den anden beklædning til at krympe.

Opfindelsen giver anvisning på en komposit luft-20 ledning, hvor disse problemer er afhjulpet, og som er i stand til uden forøgelse af den optiske fiber-enheds diameter at rumme et stort antal beklædte fibre.

Opfindelsen angår således en komposit luftledning, som angivet i den indledende del af krav 1, hvilken 25 ledning ifølge opfindelsen er ejendommelig ved den i krav l's kendetegnende del angivne udformning.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til den skematiske tegning, hvor fig. 1 viser et snit gennem en komposit luftled-30 ning af kendt type, fig. 2A og 2B perspektiviske billeder af to udførelsesformer for en dugt af optiske fibre til indbygning i en komposit luftledning i overensstemmelse med opfindelsen, 35 fig. 3 et snit gennem en optisk fiber med beklæd ning af konventionel type, fig.4 og 5 snitbilleder gennem yderligere to udførelsesformer for en dugt af optiske fibre til indbyg- 3 DK 169113 B1 ning i den komposite luftledning i overensstemmelse med opfindelsen, fig. 6 et snit gennem en optisk fiber-enhed, hvor en fiberdugt, der har den i fig. 5 viste konfiguration, 5 er indlagt i en af noterne i strengen, og fig. 7 en graf, der viser resultaterne af en vibrationsprøve foretaget på optiske fiber-enheder.

Fig. 2A og 2B viser to udførelsesformer for en dugt 4 af optiske fibre, som skal anbringes i en til-10 hørende skrueviklet not 3 i strengen 2 i en komposit luftledning af den i fig. 1 viste art.

I begge disse udførelsesformer er glasfibrene 7, der har en yderdiameter på f.eks. 125 μ, beklædt med en primær beklædning 8, hvorved der opnås en yderdiameter 15 på 0,4 mm, hvorpå de resulterende fibre 10 snos om en tråd 12, der sikrer trækstyrken. I den i fig. 2A viste udførelsesform er et tyndt varmebestandigt bånd 11, der eksempelvis består af tetrafluorholdig harpiks og har en tykkelse på 0,075 mm og en bredde på 6 mm, påført 20 i længderetningen og viklet om fiberdugten idet de overlappende kanter af båndet 11 klæbes sammen. I den i fig. 2B viste udførelsesform er et tyndt varmebestandigt bånd 11', der f.eks. består af polyimid og har en tykkelse på 0,0125 mm, skrueviklet om fiberdugten under an-25 vendelse af en passende viklingsmetode, hvor kanterne af båndet overlapper hinanden, ligger i kontakt med hinanden eller i afstand fra hinanden. Det trækstyrkegivende organ 12 består fortrinsvis af ikke-metallisk materiale.

30 Båndmaterialet er ikke begrænset til de her for disse to udførelsesformer angivne materialer og man kan anvende passende, varmebestandige bånd fra plastindustrien, eksempelvis bånd af fluorholdige harpikser anden end tetrafluorholdig harpiks og PPS-harpiks (polyphenylen-35 sulfid), alt efter de specifikke krav, der stilles med hensyn til varmebestandigheden.

4 DK 169113 B1

Der forekommer mikrobøjning i optiske fibre, hvis deres beklædning krymper ved høj temperatur. Endvidere kan man ikke undgå, at der forekommer siderettet kompression på grund af den uregelmæssighed på overfladen af 5 den båndbeviklede enhed, som tykkelsen af det varmebe-standige bånd indfører. Med henblik på at undgå mikrobøjning og siderettet kompression er det hensigtsmæssigt at anvende et varmebestandigt bånd, der ikke er tykkere end 0,1 mm.

10 Fig. 4 viser en udførelsesform, hvori der er an vendt et varmebestandigt flerlagsbånd. Som vist er et antal beklædte optiske fibre 10 snoet rundt om et trækstyrkegivende organ 12, hvorpå et tolagsbånd 14, der består af et ydre tyndt varmebestandigt bånd 11 og et 15 indre pudelag 13 er viklet i tværretningen rundt om fiberbundtet. Denne udformning giver et bundt optiske fibre 4 med forøget sammentrykkelighed i sideretningen. Pudelaget 13 kan bestå af et hvilket som helst materiale, der har et lavere Young's modul end det varmebestan-20 dige bånd 11 og som giver en passende pudeeffekt.

Fig. 5 viser en udførelsesform, hvori et antal beklædte, optiske fibre 10 er snoet rundt om et trækstyrkegivende organ 12, hvorefter et pudelag, der er fyldt med varmebeståndige fibre 15, eksempelvis fibre 25 af Kevlar, påføres fiberbundtet inden der rundt om bundtet vikles et tyndt varmebestandigt bånd 11. På samme måde som for den i fig. 4 viste udførelsesform giver dette pudelag en forøget sammentrykkelighed i sideretningen. Når temperaturen i strengen midlertidigt vokser på grund 30 af fejl i transmissionslinien virker pudelaget varmeisolerende således, at temperaturstigningen i de optiske fibre holdes på et minimum.

Fig. 6 viser en optisk fiber-enhed, hvori et bundt fibre, der har den i fig. 5 viste struktur og som er ble-35 vet forsynet med et varmebestandigt, fiberfyldt pudelag 5 DK 169113 B1 inden beviklingen med et tyndt varmebestandigt bånd, er presset i den tilhørende skrueformede not i strengens yderflade, hvilke noter har en størrelse i det væsentlige lig med eller mindre end yderdiameteren på fiber-5 bundtet. På grund af pudelagets elasticitet vil de enkelte fiberbundter presses tæt ind i de tilhørende noter og således være ud i ét med strengen således, at der ikke forekommer lokal mikrobøjning i de optiske fibre selv om kablet strækkes eller trækker sig sammen på grund 10 af trækpåvirkning, vibrationer på grund af vindpåvirkning, kortslutning og lynnedslag.

Den komposite luftledning i henhold til opfindelsen har følgende fordele: (1) Medens transmissionstabene. i optiske fibre 15 generelt vokser med temperaturen på grund af den mikrobøjning, der forekommer når den sekundære beklædning på fibren udviser termokrympning, vil den kraftpåvirkning, der ved krympning af den sekundære beklædning udøves på de optiske fibre i konstruktionen i henhold til opfin- 20 delsen, være reduceret til en minimum eftersom de i den komposite ledning i henhold til opfindelsen indbyggede optiske fibre som sekundær beklædning har et varmebestandigt bånd, hvis tykkelse ikke er på mere end det halve af 0,15 mm, hvilket er den minimale værdi, der ud 25 fra de gældende fremstillingsforhold kan opnås ved konventionel ekstrudering/støbeteknik.

(2) De optiske fibre der er indbygget i den komposite ledning har yderligere den fordel i relation til kendte optiske fibre, hvor den sekundære beklædning frem- 30 bringes ved ekstrudering/støbning, at det er væsentligt nemmere at fjerne den sekundære beklædning, når der skal foretages splejsning eller anden form for forbindelse.

(3) Den fiberstruktur, der anvendes i den komposite ledning i henhold til opfindelsen er mere hensigts- 35 mæssig end de kendte optiske fibre med sekundær beklæd- 6 DK 169113 B1 ning, når man ønsker at opnå fiber-enheder af lille diameter med flere fibre.

(4) Den i henhold til opfindelsen anvendte struktur med optiske fibre giver større pålidelighed og bedre 5 transmissionsegenskaber end når et antal optiske fibre placeres løst i en not i strengen, uden at blive bundet til hinanden ved hjælp af det varmebestandige bånd. Når fibrene ikke holdes sammen, vil friktionskoefficienten mellem de enkelte fibre og mellem den enkelte fiber og 10 inderfladen i en not i strengen ikke fordeles ensartet i længderetningen, hvorfor de optiske fibre frit kan bevæge sig separat i noten. Derfor kan der nemt udvikles lokale kræfter i fibrene, når de ude fra udsættes for kraftpåvirkninger såsom strækning, sammentrykning og vibration. 15 Dette problem er særligt stort, når den primære beklædning består af siliconharpiks med høj friktionskoefficient. Når flere optiske fibre med en sådan beklædning anbringes i en not uden at blive bundet til hinanden, vil omfanget af kontakt mellem siliconbeklædningen 20 og inderfladen i noten variere over fibrens længde og den heraf resulterende uensartethed i friktionskræfterne langs fibren og mellem fibren og inderfladen i noten bevirker, at der lokalt forekommer stress og mikrobøjning i de optiske fibre, når den komposite ledning ude fra ud-25 sættes for kræfter såsom krympning og vibration. I henhold til opfindelsen er flere optiske fibre samlet i et bundt ved hjælp af det varmebestandige bånd således, at der dannes en sammenhængende fiber-enhed. Da den friktionskraft der forekommer mellem dette fiberbundt og in-30 derfladen i noten er ensartet over kablets længde, kan de enkelte fiberbundter glide i deres not uden at dette medfører forøgelse af transmissionstabene i kablet.

Fig. 7 viser relationen mellem svingninger (amplitude: - 5 mm; frekvens: 35 Kz), der påtrykkes optiske 35 fiber-enheder af længde på 10 m og den heraf resulterende

Claims (8)

1. Komposit luftledning af den art, der omfatter et beskyttelsesrør (5), der omgiver et strengformet afstandselement (2), i hvis omkredsflade der er tilvejebragt et antal skrueviklede noter (3), der er indrettede til at rumme optiske fibre samt et i hver sin 20 skrueviklede not anbragt optisk fiberelement (10), kendetegnet ved, at hvert fiberelement indbefatter et antal glasfibre (7), der hver har et primært beklædningslag (8) og som tilsammen danner et bundt, om hvilket der er anbragt et tyndt, varmebestan-25 digt bånd (11, llf)·

2. Luftledning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det tynde varmebestandige bånd (11) er påført fiberbundterne i deres længderetning og viklet om hvert bundt, idet båndets sidekanter overlapper 30 hinanden og er forbundet med hinanden.

3. Luftledning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det tynde varmebestandige bånd (11) er skrueviklet om fiberbundterne.

4. Luftledning ifølge krav 1, kendeteg-35 net ved, at det varmebestandige bånd har et smeltepunkt på ikke mindre end 200°C og en tykkelse på ikke mere end 0,1 mm. 8 DK 169113 B1

5. Luftledning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at glasfibrene (7) er beklædt med silicone-harpiks og har en yderdiameter på ikke mere end 0,6 mm.

6. Luftledning ifølge krav 1, kendeteg-5 net ved, at det tynde varmebestandige bånd (14) omfatter mindst to lag, hvoraf det indre lag (13) har lavere Young's modul end det tynde lag (11), og har sådanne egenskaber, at det virker som en pude.

7. Luftledning ifølge krav 1, kendeteg-10 net ved et pudelag (15) anbragt mellem det tynde varmebestandige bånd (11) og glasfiberbundtet (10), hvilket pudelag består af varmebestandige fibre.

7 DK 169113 B1 variation i transmissionstabene i de optiske fibre, ved en kontinuerlig måling. De resultater, der gælder for optiske fiber-enheder i henhold til opfindelsen, jvf. fig 2A og 2B, angives med den fuldt optrukne streg. Den 5 stiplede streg angiver de resultater, der opnås med en fiber-enhed, hvor fibrene er indlagt i deres noter i strengen uden at blive bundet til hinanden ved hjælp af et varmebestandigt bånd. Det ses, at det transmissionstab, der skyldes vibrationer og som kan andrage op til 10 0,6 dB/m, kan reduceres til 0, når man anvender teknikken i henhold til opfindelsen.

8. Luftledning ifølge krav 7, kendetegnet ved, at hver not i det strengformede afstand- 15 selement har en størrelse i det væsentlige lig med eller mindre end yderdiameteren på hver af nævnte fiberbundter således, at hver af disse bundter kan holdes presset tæt i den tilhørende not.