EP0277157B1 - Selbsttragendes freileitungsseil - Google Patents

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EP0277157B1
EP0277157B1 EP87904832A EP87904832A EP0277157B1 EP 0277157 B1 EP0277157 B1 EP 0277157B1 EP 87904832 A EP87904832 A EP 87904832A EP 87904832 A EP87904832 A EP 87904832A EP 0277157 B1 EP0277157 B1 EP 0277157B1
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EP
European Patent Office
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self
composite elements
transmission lines
cable
cross
Prior art date
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Revoked
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EP87904832A
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English (en)
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EP0277157A1 (de
Inventor
Othmar Voser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kupferdraht-Isolierwerk AG Wildegg
Original Assignee
Kupferdraht-Isolierwerk AG Wildegg
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Publication date
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Application filed by Kupferdraht-Isolierwerk AG Wildegg filed Critical Kupferdraht-Isolierwerk AG Wildegg
Priority to AT87904832T priority Critical patent/ATE87120T1/de
Publication of EP0277157A1 publication Critical patent/EP0277157A1/de
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Publication of EP0277157B1 publication Critical patent/EP0277157B1/de
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Revoked legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B5/00—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
    • H01B5/08—Several wires or the like stranded in the form of a rope
    • H01B5/10—Several wires or the like stranded in the form of a rope stranded around a space, insulating material, or dissimilar conducting material

Definitions

  • the invention relates to a self-supporting overhead line cable with a plurality of metallic wires stranded in layers and at least one strain relief element made of a plurality of reinforcing fibers arranged in the manner of a strand, the reinforcing fibers being impregnated with a binding material and forming a composite element.
  • An overhead line cable of this type is known from European Patent No. 25 461.
  • the metallic wires and the strain relief element are each arranged in an independent cross section.
  • the strain relief element consists of synthetic fibers which run approximately parallel to one another and are surrounded by a protective sheath, this protective sheath simultaneously enclosing the metallic wires and establishing the connection between the two cross sections.
  • the protective jacket is also necessary to protect the synthetic fibers from ultraviolet rays, for example as a result of sunlight.
  • the synthetic fibers are impregnated with a binder material, for example a natural resin, which resin is said to disintegrate into powder when overused.
  • a binder material for example a natural resin, which resin is said to disintegrate into powder when overused.
  • overhead line cables of this type are a sheathing for connecting the strain relief element to the metallic wires need, the structure is complicated and time-consuming. In practice, they are mainly used for special applications, for example as transmission lines for control signals, but are not particularly suitable for high-voltage overhead lines because of the high manufacturing costs. In the case of high-voltage overhead lines, there is also a demand for an optimal ratio between the total cross-section of the overhead line cable and the cross-sectional area available for power transmission.
  • the cables used for high-voltage overhead lines today mostly consist of a combination of steel and aluminum wires or of high-strength aluminum alloys.
  • the aluminum wires are used because of their low weight and the relatively good conductivity. Since they have a low tensile strength, overhead line ropes made of pure aluminum wires have to be reinforced with steel wires, which, however, considerably increase the weight of such overhead line ropes. Heavy ropes require reinforced masts.
  • the steel wires are also not suitable for power lines and are susceptible to corrosion. The use of two different metallic materials increases the risk of corrosion. Due to the dense population, it is exceptional today difficult to find suitable routes for overhead lines. Due to the increasing demand for electricity, new routes should be built, which is difficult for the reasons mentioned.
  • the overhead line rope according to the invention has essentially the same structure as an overhead line rope made of steel and aluminum wires or, for example, the aluminum alloy Aldrey. Purely aluminum wires are expediently used for the conductors, since these cost represent the cheapest solution. Depending on the application, wires made of copper or another conductive material can also be used.
  • the strain relief elements consist of composite elements which consist of reinforcing fibers embedded in binding material, preferably a curable synthetic resin. In principle, all fibers which can be used in composite materials can be used as reinforcing fibers. Fibers made from aromatic polyamides, glass fibers or so-called Kevlar fibers have proven particularly suitable.
  • These fibers are arranged in a strand-like manner and approximately parallel to one another and embedded in a hardened reactive resin in such a way that a rod-shaped element with a solid structure and a fixed cross section is formed.
  • the cross-sectional shape of these composite elements is determined by the desired type of reinforcement of the overhead line cable according to the invention.
  • a particularly simple manufacture of the overhead line cable according to the invention is possible if the composite elements serving as strain relief elements have the same cross-sectional area and shape as the metallic wires.
  • Such composite elements can be stranded with the metallic wires without difficulty, the number of composite elements embedded between the metallic wires being determined by the desired tensile strength of the overhead line cable.
  • the composite elements Due to the incorporation of the fibers in hardened synthetic resin, the composite elements have a dimensionally stable cross-section, which cannot be compressed by the metallic wires during stranding. In contrast to previous tests with strain relief elements made of reinforcing fibers, this gives the possibility of producing a dimensionally stable overhead line cable without additional measures being necessary.
  • the overhead line rope formed in this way can be clamped at the ends with the known devices, since the strain relief elements are arranged between the conductors and are spirally stranded with them.
  • the composite elements point as Strain relief elements compared to those made of steel depending on the selected fiber material the factor 1.5 to 4 less weight. With the same tensile strength of the relief elements, the weight and thus the conductive cross section of the metallic wires can be increased.
  • the arrangement with a waveguide in the core is easy to manufacture and is used in particular as an earth rope. If necessary, an optical cable can be pulled into the waveguide, which is freely movable in relation to the metallic wires.
  • the optical cable is not a component the supporting structure and is therefore well protected against deformation.
  • Spiral-stranded overhead line cables according to the invention have an approximately 70% higher transmission capacity than conventional aluminum steel cables of the same weight per unit length. Compared to the known bundled ropes with a reinforcing element as the core, they have a much smaller diameter with the same conductive cross section. This makes it possible to transmit higher outputs on existing routes when using the ropes according to the invention. With the same transmission performance, an overhead line cable of the type according to the invention becomes lighter, and the associated supporting masts and guy lines can be made lighter and simpler, or larger spans can be provided between the individual masts. As a result, the construction costs of such overhead lines are reduced and the further advantage that smaller masts can be better fitted into the landscape.
  • the spiral stranded overhead line cable shown in Figure 1 consists of metallic wires 1, which are stranded in three layers 7, 8 and 9.
  • the core 2 is also formed from a metallic wire 1.
  • composite elements 3 and 4 are arranged in the cavities 5, between the first layer 7 and the second layer 8 and in the cavities 6 between the second layer 8 and the third layer 9.
  • composite elements 3 and 4 are arranged in the cavities 5, between the first layer 7 and the second layer 8 and in the cavities 6 between the second layer 8 and the third layer 9.
  • composite elements 3 and 4 are arranged in the cavities 5, between the first layer 7 and the second layer 8 and in the cavities 6 between the second layer 8 and the third layer 9.
  • These composite elements 3, 4 consist of polyaramid fibers, which are embedded in a hardened synthetic resin.
  • an unsaturated polyester resin dissolved in styrene is used as the synthetic resin.
  • Such resins are known under the name Leguval from Bayer.
  • the composite elements 3, 4 have a circular cross section, which is firm and dimensionally stable.
  • the metallic wires 1 of all layers 7, 8, 9 and the core 2 have a diameter of 3.36 mm and consist of pure aluminum.
  • the overhead line cable shown consists of 37 metallic wires 1, which results in a conductive cross section of 328 mm2.
  • the composite elements 3 have a diameter of 1.17 mm and the composite elements 4 of 1.07 mm.
  • the copper cross-section with the same conductance value in this example, which is important for the comparison of overhead line ropes and the calculation of the transmission power, is 201 mm2.
  • the conductive cross section of the overhead line cable according to FIG. 1 is thus 69% larger than that of the conventional steel / aluminum cable. If overhead cables of the conventional type on an existing route are replaced by ropes according to FIG. 1, a correspondingly higher power can be transmitted on the same route.
  • Figure 2 shows a cross section through an overhead line with metallic wires 1 and composite elements 10, which are also arranged between the metallic wires 1 and have the same cross section as these.
  • Polyaramide fibers which are processed together with the hardened synthetic resin to form the rod-shaped composite element 10 with a circular cross-section, also serve as reinforcement elements.
  • These composite elements 10 are as dimensionally stable as the metallic wires 1 and can therefore be stranded with these metallic wires 1 in a known manner without difficulty.
  • Two composite elements 10 are arranged in the first layer and three in the second layer. There are no composite elements 10 in the third and outer layer 9, since the material used is not resistant to ultraviolet radiation.
  • the overhead line rope shown is formed from metallic wires made of pure aluminum with a diameter of 3.54 mm, the rope contains 32 metallic wires 1.
  • the copper cross-section of the same conductance value for this rope is 193 mm2.
  • the rope also has a weight of 912 kg / km.
  • the conductive cross section of the overhead line cable according to FIG. 2 is therefore also substantially larger here, namely 63%. It is obvious that even in this embodiment according to the invention, significantly higher outputs can be transmitted with the same weight load on a route.
  • the rope according to the invention has a higher one Strength by the breaking strength being approx. 55% higher than with the steel-aluminum rope mentioned. This results in the possibility of reducing the distance between support masts and / or the sag of the overhead line cables with increased transmission power.
  • the overhead line cable shown in cross section in FIG. 3 shows an embodiment which can be produced on a stranding machine with a limited number of wire feeds. If, for example, the stranding machine has only 48 wire feeds, a rope according to FIG. 1 cannot be produced in one operation.
  • the overhead line cable according to FIG. 3 has a total of four composite elements 10 as core 2 and in the inner layer 7, which have the same cross-section as the metallic wires 1. In the cavities 5 of the inner layer 7, six additional composite elements 3 are inserted with a smaller cross section and stranded with the wires 1. This combination of thirty-three wires 1, four composite elements 10 and six composite elements 3 can be produced in one operation on a stranding machine with 48 wire feeds.
  • the composite elements 10 and 3 are also made of polyaramide fibers, which are embedded in a hardened synthetic resin. Depending on the needs, different combinations of arrangements of the different cross sections of the composite elements 3 and 10 can be selected. If you compare this rope with overhead line ropes of a conventional type, you can see that a steel-aluminum rope with a copper cross-section of the same conductance value has a weight per km is about 64% higher. With a rope made of Aldrey, a well-known and frequently used aluminum alloy with a copper cross section with the same conductance, the weight per km is still approx. 53% higher. For the same transmission performance, routes that are equipped with ropes of the conventional type must be equipped with much more massive masts and stronger guy lines.
  • the composite elements 3 and 10 are completely surrounded by metallic wires 1 and thereby protected from the action of harmful ultraviolet radiation. If necessary, additional layers of wire can be applied to the rope shown here and stranded into a larger rope.
  • the construction of the overhead line rope shown in FIG. 4 corresponds to the overhead line rope according to FIG. 2 in the construction of the metallic wires 1 and the composite elements 10.
  • the inner layers in the rope shown are replaced by a hollow body 16 which has a cavity 17.
  • the rope has an outer layer 15 of metallic wires 1, and the composite elements 10 are all arranged in the inner layer 9 here.
  • the rope shown is used in particular as a grounding rope. If necessary, optical conductors can be inserted into the cavity 17 of the hollow body 16. These optical conductors advantageously have a waveform, as a result of which any changes in length or deformations of the overhead line cable can be compensated for.
  • This version is a particularly simple and inexpensive combination of an overhead line cable with metallic wires and an integrated optical conductor.

Landscapes

  • Ropes Or Cables (AREA)
  • Non-Insulated Conductors (AREA)
  • Insulated Conductors (AREA)
  • Communication Cables (AREA)
  • Suspension Of Electric Lines Or Cables (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein selbsttragendes Freileitungsseil mit mehreren in Lagen verseilten metallischen Drähten und mindestens einem Zugentlastungselement aus einer Vielzahl von strangartig zueinander angeordneten Verstärkungsfasern, wobei die Verstärkungsfasern mit einem Bindematerial getränkt sind und ein Verbundelement bilden.
  • Ein Freileitungsseil dieser Art ist aus der europäischen Patentschrift Nr. 25 461 bekannt. Bei diesem Freileitungsseil sind die metallischen Drähte und das Zugentlastungselement je in einem voneinander unabhängigen Querschnitt angeordnet. Das Zugentlastungselement besteht aus etwa parallel zueinander verlaufenden Kunstfasern, welche von einem Schutzmantel umgeben sind, wobei dieser Schutzmantel gleichzeitig die metallischen Drähte umschliesst und die Verbindung zwischen den beiden Querschnitten herstellt. Der Schutzmantel ist auch notwendig, um die Kunstfasern vor ultravioletten Strahlen, z.B. infolge des Sonnenlichtes, zu schützen. Mit Freileitungsseilen dieser Art können grosse Spannweiten zwischen den Aufhängemasten überbrückt werden, da die Kunstfasern eine wesentlich höhere Zugspannung aufnehmen können als die metallischen Drähte. Als geeignete Kunstfasern werden Fasern aus organischen Polymeren beschrieben. Die Kunstfasern sind mit einem Bindermaterial, z.B. einem natürlichen Harz, getränkt, wobei dieses Harz bei Ueberbeanspruchung in Pulver zerfallen soll. Da Freileitungsseile dieser Art eine Ummantelung zur Verbindung des Zugentlastungselementes mit den metallischen Drähten benötigen, ist der Aufbau kompliziert und aufwendig. Sie finden in der Praxis vorwiegend bei Spezialanwendungen, zum Beispiel als Uebertragungsleitungen für Steuersignale, Verwendung, sind jedoch insbesondere für Hochspannungsfreileitungen wegen der hohen Herstellkosten nicht geeignet. Bei Hochspannungsfreileitungen besteht zudem die Forderung nach einem optimalen Verhältnis zwischen dem Gesamtquerschnitt des Freileitungsseiles und der für die Stromübertragung zur Verfügung stehenden Querschnittsfläche.
  • Gemäss dem Britischen Patent Nr. 838 494 wurde vorgeschlagen, das Zugentlastungselement im Zentrum des Seiles, als Kern anzuordnen. Entsprechend den beschriebenen Lösungen gehen dabei bis zu 50% des Seilquerschnittes zu Lasten des Zugentlastungselementes verloren. Zur Herstellung von Seilen mit grösserem Querschnitt wird hier vorgeschlagen, bündelverseilte Seile herzustellen. Das Seil besteht dabei aus einem Zugentlastungselement, welches den Kern bildet und mehreren um diesen Kern verseilten Bündeln. Jedes Bündel weist wiederum einen Kern aus einem Zugentlastungselement auf, wobei um diesen Kern Metalldrähte mit einer bestimmten Schlaglänge verseilt sind. Die metallischen Drähte weisen in Bezug auf die Zugentlastungselemente immer eine andere Schlaglänge auf, was zusätzlich zu voluminösen, bzw. grossen Seilquerschnitten führt. Bei Zugbelastungen des Seiles ergeben sich unterschiedliche Streckbewegungen der Drähte und der Zugentlastungselemente, was zu Ueberbelastungen und Zerstörung einzelner Zugentlastungselemente führen kann. Sowohl bei einfachen wie auch bei bündelverseilten Seilen dieser Art treten zudem erhebliche Probleme bei der Endbefestigung der Seile auf, da das den Kern bildende Verstärkungselement nur mit grossem technischem Aufwand gefasst und eingespannt werden kann. Bei bündelverseilten Seilen wird dieses Problem vervielfacht, da jedes der Bündel einen Kern in der Form eines Zugentlastungselementes aufweist. Diese Schwierigkeiten sind offenbar auch die Ursache dafür, dass derartige Freileitungsseile bis heute nicht zum Einsatz gelangt sind und nur bei Spezialanwendungen Lösungen gemäss EP 25 461 B1 verwendet werden.
  • Aus US-2 675 420 ist ein elektrischer Leiter bekannt, bei welchem zwischen der Aussenisolation und den metallischen Drähten lose Glasfaserstränge eingelegt sind. Mit derartigen losen Glasfasersträngen kann kein druckfester Querschnittsaufbau des Leiters gebildet werden, da die losen Glasfaserstränge die Neigung haben, ins Zentrum des Leiters auszuweichen oder sich gegenüber den Drähten in anderer Weise zu verschieben. Die Endbefestigung der Leiter ist kaum möglch, da zwischen Drähten und losen Glasfaserbündeln kein Verbund möglich ist und die losen Glasfaserbündel nur mit grossem Aufwand eingespannt, bzw. gefasst werden können.
  • Die heute bei Hochspannungsfreileitungen verwendeten Beseilungen bestehen zumeist aus einer Kombination von Stahl- und Aluminiumdrähten oder aus hochfesten Aluminiumlegierungen. Die Aluminiumdrähte werden wegen ihres geringen Gewichtes und der gleichzeitig relativ guten Leitfähigkeit eingesetzt. Da sie eine geringe Zugfestigkeit aufweisen, müssen Freileitungsseile aus Reinaluminiumdrähten mit Stahldrähten verstärkt werden, welche jedoch das Gewicht derartiger Freileitungsseile erheblich erhöhen. Schwere Seile erfordern verstärkte Tragmasten. Die Stahldrähte sind zudem für die Stromleitung nicht geeignet und korrosionsanfällig. Die Verwendung von zwei unterschiedlichen metallischen Materialien erhöht die Korrosionsgefahr zusätzlich. Infolge der dichten Besiedlung ist es heute ausserordentlich schwierig, geeignete Trassen für Freileitungen zu finden. Wegen des weiterhin zunehmenden Strombedarfes sollten neue Trassen gebaut werden, was aus den erwähnten Gründen auf Schwierigkeiten stösst. Es wird deshalb versucht, die bestehenden Trassen besser auszunutzen, indem grössere Masten mit einer anderen Beseilung, d.h. Beseilungen mit einer höheren Uebertragungsleistung, eingesetzt werden. In vielen Fällen ist jedoch eine weitere Verdichtung der bestehenden Freileitungstrassen aus verschiedenen Gründen ebenfalls nicht mehr möglich, und die Erhöhung der Uebertragungsleistung stösst deshalb an Grenzen.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Freileitungsseil zu schaffen, welches einen grösseren Leiterquerschnitt für die Stromübertragung und damit eine höhere Uebertragungsleistung aufweist als Stahl-Aluminium-Seile mit gleichem Gewicht und als die bekannten Seile mit nicht metallischen Zugentlastungselementen mit gleichem Durchmesser, welches einfach und wenn möglich auf den bekannten Verseilmaschinen für spiralverseilte Seile herstellbar ist, bei welchem die Zugentlastungselemente und die metallischen Drähte bei Zugbelastungen die gleichen Streckbewegungen ausführen, welches keine zusätzlichen Mittel für die Herstellung der Verbindung zwischen Verstärkungselementen und metallischen Drähten bei den Abspannungen und keine zusätzliche Ummantelung als Schutz gegen ultraviolette Strahlung benötigt. Im weiteren ist es auch Aufgabe der Erfindung, ein spiralverseiltes Freileitungsseil zu schaffen, welches bei gleicher Uebertragungsleistung grössere Spannweiten zwischen den Masten ermöglicht sowie eine hohe Korrosionsbeständigkeit und damit eine höhere Betriebssicherheit aufweist.
  • Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 definierten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich nach den Merkmalen der abhängigen Patentansprüche.
  • Das erfindungsgemässe Freileitungsseil weist im wesentlichen den gleichen Aufbau wie ein aus Stahl- und Aluminiumdrähten oder z.B. der Aluminiumlegierung Aldrey bestehendes Freileitungsseil auf. In zweckmässiger Weise finden für die Leiter Reinaluminiumdrähte Verwendung, da diese die kosten günstigste Lösung darstellen. Je nach Anwendungsfall können auch Drähte aus Kupfer oder einem anderen leitenden Material eingesetzt werden. Die Zugentlastungselemente bestehen aus Verbundelementen, welche aus in Bindematerial, vorzugsweise einem aushärtbaren Kunstharz eingebetteten Verstärkungsfasern bestehen. Als Verstärkungsfasern sind grundsätzlich alle Fasern einsetzbar, welche bei Verbundwerkstoffen Verwendung finden können. Als besonders geeignet erweisen sich Fasern aus aromatischen Polyamiden, Glasfasern oder sogenannte Kevlarfasern. Diese Fasern sind strangartig und etwa parallel zueinander angeordnet und so in einem ausgehärteten Reaktivkunstharz eingelagert, dass sich ein stabförmiges Element mit fester Struktur und festem Querschnitt bildet. Die Querschnittsform dieser Verbundelemente ist durch die gewünschte Art der Verstärkung des erfindungsgemässen Freileitungsseiles bestimmt. Eine besonders einfache Herstellung des erfindungsgemässen Freileitungsseiles ist möglich, wenn die als Zugentlastungselemente dienenden Verbundelemente die gleiche Querschnittsfläche und -form aufweisen wie die metallischen Drähte. Solche Verbundelemente können ohne Schwierigkeiten mit den metallischen Drähten verseilt werden, wobei die Anzahl der zwischen den metallischen Drähten eingelagerten Verbundelemente durch die gewünschte Zugfestigkeit des Freileitungsseiles bestimmt wird. Die Verbundelemente weisen durch die Einlagerung der Fasern in ausgehärtetem Kunstharz einen formstabilen Querschnitt auf, welcher beim Verseilen durch die metallischen Drähte nicht zusammengedrückt werden kann. Dadurch ergibt sich im Gegensatz zu früheren Versuchen mit Zugentlastungselementen aus Verstärkungsfasern die Möglichkeit, ein formbeständiges Freileitungsseil herzustellen, ohne dass zusätzliche Massnahmen notwendig sind. Das derartig gebildete Freileitungsseil lässt sich an den Enden mit den bekannten Einrichtungen einspannen, da die Zugentlastungselemente zwischen den Leitern angeordnet und mit diesen spiralverseilt sind. Die Verbundelemente weisen als Zugentlastungselemente gegenüber solchen aus Stahl je nach gewähltem Fasermaterial ein um den Faktor 1,5 bis 4 geringeres Gewicht auf. Bei gleicher Zugfestigkeit der Entlastungselemente kann das Gewicht und damit der leitende Querschnitt der metallischen Drähte erhöht werden. Dies ergibt eine höhere Uebertragungsleistung für ein Kabel von gleichem Gewicht. Bei geeigneter Kombination von Verstärkungsfasern mit dem Kunstharz können auch höhere Festigkeitswerte erreicht werden. Dies ergibt sich z.B. bei der Verwendung von Aramidfasern in Verbindung mit ungesättigten Polyesterharzen oder mit Epoxyharzen.
  • Ein noch kompakteres Freileitungsseil ergibt sich, wenn der gewünschte Leiterquerschnitt in herkömmlicher Weise vollständig aus metallischen Drähten, insbesondere den kostengünstigen Reinaluminiumdrähten, bzw. -litzen hergestellt wird, und die Verbundelemente in die beim Verseilen entstehenden Hohlräume zwischen den Drähten eingelegt werden. Je nach geforderter Festigkeit weisen die Verbundelemente bei dieser Lösung den grösstmöglichen runden Querschnitt auf, oder ihre Querschnittsfläche entspricht dem Querschnitt des Hohlraumes. Solche Seile lassen sich zusätzlich verdichten, indem sie in der Verseilmatrize geglättet und zusammengepresst werden.
  • Bei Freileitungsseilen gemäss der Erfindung ist im weiteren die Gefahr der Korrosion praktisch ausgeschlossen, da nur Drähte aus gleichem Material vorhanden sind. Die zumeist für die Drähte verwendeten Materialien Aluminium oder Kupfer sind von Natur aus korrosionsbeständig. Damit erhöht sich die Betriebs- und Langzeit-Sicherheit der Freileitungsseile.
  • Die Anordnung mit einem Hohlleiter im Kern ist einfach herstellbar und findet insbesondere als Erdseil Verwendung. In den Hohlleiter kann bei Bedarf ein optisches Kabel eingezogen werden, welches gegenüber den metallischen Drähten frei beweglich ist. Das optische Kabel bildet keinen Bestandteil der Tragstruktur und ist deshalb gut gegen Deformationen geschützt.
  • Spiralverseilte Freileitungsseile gemäss der Erfindung weisen eine etwa 70 % höhere Uebertragungsleistung auf als herkömmliche Aluminiumstahlseile von gleichem Gewicht pro Längeneinheit. Gegenüber den bekannten bündelverseilten Seilen mit einem Verstärkungselement als Kern weisen sie bei gleichem leitendem Querschnitt einen wesentlich kleineren Durchmesser auf. Dies macht es möglich, auf bestehenden Trassen bei Einsatz der erfindungsgemässen Seile höhere Leistungen zu übertragen. Bei gleicher Uebertragungsleistung wird ein Freileitungsseil der erfindungsgemässen Art leichter, und die zugehörigen Tragmasten und Abspannungen können leichter und einfacher ausgebildet, oder es können grössere Spannweiten zwischen den einzelnen Masten vorgesehen werden. Dies hat zur Folge, dass die Erstellungskosten solcher Freileitungstrassen reduziert werden und den weiteren Vorteil, dass kleinere Masten besser in die Landschaft eingepasst werden können.
  • Im folgenden werden Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen Querschnitt durch ein erfindungsgemässes Freileitungsseil mit in die Hohlräume eingelegten Verstärkungselementen mit rundem Querschnitt,
    Fig. 2
    einen Querschnitt durch ein erfindungsgemässes Freileitungsseil mit Verstärkungselementen, welche den gleichen Querschnitt wie die metallischen Drähte aufweisen,
    Fig. 3
    einen Querschnitt durch ein Freileitungsseil mit Verstärkungselementen, welche unterschiedliche Querschnitte aufweisen,
    Fig. 4
    einen Querschnitt durch ein Freileitungsseil mit einem als Hohlkörper ausgebildeten Kern und gleichem Querschnitt der Verbundelemente und der metallischen Drähte.
  • Das in Figur 1 dargestellte spiralverseilte Freileitungsseil besteht aus metallischen Drähten 1, welche in drei Lagen 7, 8 und 9 verseilt sind. Der Kern 2 ist ebenfalls aus einem metallischen Draht 1 gebildet. In den Hohlräumen 5, zwischen der ersten Lage 7 und der zweiten Lage 8 sowie in den Hohlräumen 6 zwischen der zweiten Lage 8 und der dritten Lage 9 sind Verbundelemente 3, bzw. 4 angeordnet. Diese Verbundelemente 3, 4 bestehen aus Polyaramidfasern, welche in einem ausgehärteten Kunstharz eingebettet sind. Als Kunstharz wird in diesem Beispiel ein in Styrol gelöstes ungesättigtes Polyesterharz verwendet. Solche Harze sind unter der Bezeichnung Leguval der Firma Bayer bekannt. Die Verbundelemente 3, 4 weisen einen kreisförmigen Querschnitt auf, welcher fest und formstabil ist. Die metallischen Drähte 1 aller Lagen 7, 8, 9 und der Kern 2 weisen einen Durchmesser von 3,36 mm auf und bestehen aus Reinaluminium. Gesamthaft besteht das dargestellte Freileitungsseil aus 37 metallischen Drähten 1, womit sich ein leitender Querschnitt von 328 mm² ergibt. Die Verbundelemente 3 haben einen Durchmesser von 1,17 mm und die Verbundelemente 4 von 1,07 mm. Als weitere Kennwerte für das Seil ergeben sich daraus ein Gewicht von 907 kg/km und eine Bruchkraft von ca. 80.000 N. Der für den Vergleich von Freileitungsseilen und die Berechnung der Uebertragungsleistung wichtige leitwertgleiche Kupferquerschnitt beträgt bei diesem Beispiel 201 mm².
  • Ein herkömmliches spiralverseiltes Freileitungsseil aus Stahl-/Aluminiumdrähten mit gleichen Gewicht pro km Länge weist nur einen leitwertgleichen Querschnitt von 119 mm² auf. Der leitende Querschnitt des Freileitungsseiles gemäss Figur 1 ist somit um 69 % grösser als beim herkömmlichen Stahl-/Aluminiumseil. Werden Freileitungsseile der herkömmlichen Art auf einem bestehenden Trasse durch Seile gemäss Figur 1 ersetzt, so kann auf dem gleichen Trasse eine entsprechend höhere Leistung übertragen werden.
  • Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch ein Freileitungsseil mit metallischen Drähten 1 und Verbundelementen 10, welche ebenfalls zwischen den metallischen Drähten 1 angeordnet sind und den gleichen Querschnitt wie diese aufweisen. Als Verstärkungselemente dienen auch hier Polyaramidfasern, welche gemeinsam mit dem ausgehärteten Kunstharz zum stabförmigen Verbundelement 10 mit kreisförmigem Querschnitt verarbeitet sind. Diese Verbundelemente 10 sind ebenso formstabil wie die metallischen Drähte 1 und können deshalb ohne Schwierigkeiten mit diesen metallischen Drähten 1 in bekannter Weise verseilt werden. In der ersten Lage werden zwei und in der zweiten Lage drei Verbundelemente 10 angeordnet. In der dritten und äusseren Lage 9 befinden sich keine Verbundelemente 10, da das verwendete Material nicht beständig gegen ultraviolette Strahlung ist. Die in der hier äussersten Lage 9 angeordneten metallischen Drähte 1, welche das Freileitungsseil entlang des ganzen Umfanges abdecken, bilden für die in den unteren Lagen angeordneten Verbundelemente 10 eine wirksame Schutzschicht gegen ultraviolette Strahlen. Es ist deshalb nicht nötig, einen zusätzlichen Schutzmantel um das Freileitungsseil anzuordnen, da der durch die äussere Lage der metallischen Drähte 1 erreichbare Schutz genügend ist. Wird das dargestellte Freileitungsseil aus metallischen Drähten aus Reinaluminium mit einem Durchmesser von 3,54 mm gebildet, so enthält das Seil 32 metallische Drähte 1. Der leitwertgleiche Kupferquerschnitt für dieses Seil beträgt 193 mm². Im weiteren erhält das Seil ein Gewicht von 912 kg/km. Ein herkömmliches Freileitungsseil aus Stahl-Aluminiumdrähten, welches das gleiche Gewicht pro km aufweist hat wie schon oben erwähnt einen leitwertgleichen Kupferquerschnitt von 119 mm². Der leitende Querschnitt des Freileitungsseiles gemäss Figur 2 ist somit auch hier wesentlich grösser, nämlich 63 %. Es ist offensichtlich, dass auch bei dieser erfindungsgemässen Ausführung bei gleicher Gewichtsbelastung eines Trasses wesentlich höhere Leistungen übertragen werden können. Gleichzeitig weist das erfindungsgemässe Seil eine höhere Festigkeit auf, indem die Bruchfestigkeit ca. 55 % höher ist als beim erwähnten Stahl-Aluminiumseil. Damit ergibt sich die Möglichkeit, bei erhöhter Uebertragungsleistung auch die Distanz zwischen Abstütz-Masten und/oder den Durchhang der Freileitungsseile zu reduzieren. Sollte die Festigkeit des Seiles noch höher sein, so kann diese noch gesteigert werden, indem in die Hohlräume 5, 6 zusätzliche Verbundelemente 3, 4 entsprechend der Anordnung in Figur 1 eingelegt werden. Da der Seilaufbau und der Leiterquerschnitt dadurch nicht verändert werden, ergibt sich für den Seilkonstrukteur ein wesentlich grösserer Spielraum für die Berechnung, als es bei den herkömmlichen Seilen möglich war.
  • Das in Figur 3 im Querschnitt dargestellte Freileitungsseil zeigt eine Ausführungsform, welche auf einer Verseilmaschine mit einer beschränkten Anzahl von Drahtzuführungen herstellbar ist. Weist die Verseilmaschine z.B. nur 48 Drahtzuführungen auf, so lässt sich ein Seil gemäss Figur 1 nicht in einem Arbeitsgang herstellen. Das Freileitungsseil gemäss Figur 3 weist als Kern 2 und in der inneren Lage 7 gesamthaft vier Verbundelemente 10 auf, welche den gleichen Querschnitt wie die metallischen Drähte 1 haben. In den Hohlräumen 5 der inneren Lage 7 sind sechs zusätzliche Verbundelemente 3 mit kleinerem Querschnitt eingelegt und mit den Drähten 1 verseilt. Diese Kombination von dreiunddreissig Drähten 1, vier Verbundelementen 10 und sechs Verbundelementen 3 lässt sich in einem Arbeitsgang auf einer Verseilmaschine mit 48 Drahtzuführungen herstellen. Die Verbundelemente 10 und 3 sind auch hier aus Polyaramidfasern, welche in ein ausgehärtetes Kunstharz eingelagert sind, gebildet. Je nach Bedürfnissen können unterschiedliche Anordnungskombinationen der verschiedenen Querschnitte der Verbundelemente 3 und 10 gewählt werden. Vergleicht man dieses Seil wiederum mit Freileitungsseilen herkömmlicher Art, so zeigt sich, dass ein Stahl-Aluminiumseil mit leitwertgleichem Kupferquerschnitt ein Gewicht pro km aufweist, welches ca. 64 % höher ist. Bei einem Seil aus Aldrey, einer bekannten und häufig verwendeten Aluminiumlegierung mit leitwertgleichem Kupferquerschnitt ist das Gewicht pro km immer noch ca. 53 % höher. Bei gleicher Uebertragungsleistung müssen somit Trassen, welche mit Seilen der herkömmlichen Art bestückt sind mit wesentlich massiveren Masten und stärkeren Abspannungen ausgerüstet werden.
  • Auch bei dem in Figur 3 dargestellten Freileitungsseil sind die Verbundelemente 3 und 10 vollständig von metallischen Drähten 1 umgeben und dadurch vor der Einwirkung der schädlichen ultravioletten Strahlung geschützt. Bei Bedarf können auf das hier dargestellte Seil noch weitere Lagen von Drähten aufgebracht und zu einem grösseren Seil verseilt werden.
  • Das in Figur 4 dargestellte Freileitungsseil entspricht im Aufbau der metallischen Drähte 1 und der Verbundelemente 10 dem Freileitungsseil gemäss Figur 2. Die inneren Lagen sind beim dargestellten Seil jedoch durch einen Hohlkörper 16 ersetzt, welcher einen Hohlraum 17 aufweist. Zusätzlich weist das Seil eine äussere Lage 15 von metallischen Drähten 1 auf, und die Verbundelemente 10 sind alle in der hier inneren Lage 9 angeordnet. Das dargestellte Seil findet insbesondere als Erdungsseil Verwendung. In den Hohlraum 17 des Hohlkörpers 16 können bei Bedarf optische Leiter eingeschoben werden. Mit Vorteil weisen diese optischen Leiter eine Wellenform auf, wodurch allfällige Längenänderungen oder Deformationen des Freileitungsseiles ausgeglichen werden können. Diese Ausführung ist eine besonders einfache und günstige Kombination eines Freileitungsseiles mit metallischen Drähten und integriertem optischem Leiter.

Claims (9)

  1. Selbsttragendes Freileitungsseil mit mehreren in Lagen verseilten metallischen Drähten und mindestens einem Zugentlastungselement aus einer Vielzahl von strangartig zueinander angeordneten Verstärkungsfasern, wobei die Verstärkungsfasern mit einem Bindematerial getränkt sind und ein Verbundelement bilden, dadurch gekennzeichnet, dass in dem spiralverseilten Seil mindestens ein Verbundelement (3, 4, 10) in einer gemeinsamen Verseillage (7, 8, 9) mit metallischen Drähten (1) und in dieser Verseillage (7, 8, 9) zwischen den metallischen Drähten (1) angeordnet ist, alle Verbundelemente (3, 4, 10) und die metallischen Drähte (1) welche in der gleichen Lage (7, 8, 9) angeordnet sind mit der gleichen Schlaglänge parallel zueinander verseilt sind, und jedes der im Seil vorhandenen Verbundelemente (3, 4, 10) allseitig von metallischen Drähten (1) oder einer Kombination von metallischen Drähten (1) und anderen Verbundelementen (3, 4, 10) umgeben ist und dabei die äusserste Verseillage ausschliesslich aus metallischen Drähten besteht.
  2. Selbsttragendes Freileitungsseil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindematerial ein aushärtbares Reaktivkunstharz ist und das ausgehärtete Reaktivkunstharz und die in dieses eingebetteten Verstärkungsfasern biegbare, stabförmige Verbundelemente (3, 4, 10) bilden.
  3. Selbsttragendes Freileitungsseil nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Verbundelemente (3, 4, 10) eine feste Struktur und einen formstabilen Querschnitt aufweist.
  4. Selbsttragendes Freileitungsseil nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Verbundelemente (10) die gleiche Form und Grösse der Querschnittsfläche aufweist wie die metallischen Drähte (1).
  5. Selbsttragendes Freileitungsseil nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbundelemente (3, 4) eine Querschnittsfläche aufweist, deren maximale Abmessungen gleich gross oder kleiner sind als die Abmessungen der Querschnittsfläche des Hohlraumes (5, 6) zwischen je benachbarten Drähten (1) der gleichen und der daran angrenzenden Verseillagen und das Verbundelement (3, 4) in diesem Hohlraum angeordnet ist.
  6. Selbsttragendes Freileitungsseil nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Seil mehrere Verbundelemente (3, 4, 10) mit unterschiedlich grossen oder geformten Querschnittsflächen eingebaut sind.
  7. Selbsttragendes Freileitungsseil nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern der Verbundelemente (3, 4, 10) Aramidfasern sind.
  8. Selbsttragendes Freileitungsseil nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern der Verbundelemente (3, 4, 10) Glasfasern sind.
  9. Selbsttragendes Freileitungsseil nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Kern des Freileitungsseiles ein Hohlraum (17) ausgebildet und dieser Hohlraum (17) von einem Hohlkörper (16) begrenzt ist und metallische Drähte (1) und Verbundelemente (10) um diesen Hohlkörper verseilt sind.
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