EP2360700A1

EP2360700A1 - Elektrischer Leiter, insbesondere ein Hochspannungs-Energiekabel oder Hochfrequenz-Kabel mit einem grossen Leiterquerschnitt

Info

Publication number: EP2360700A1
Application number: EP10000958A
Authority: EP
Inventors: Jörg Waskönig
Original assignee: Waskonig+walter Hochspannungskabel & Co KG GmbH
Current assignee: Waskonig+walter Hochspannungskabel & Co KG GmbH
Priority date: 2010-01-30
Filing date: 2010-01-30
Publication date: 2011-08-24

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Leiter, insbesondere ein Hochspannungs-Energiekabel oder Hochfrequenz-Kabel mit einem großen Leiterquerschnitt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leiterausbildung aufzufinden, mit welcher der Skin-Effekt weiter verringert wird, als dies bei dem Millikenleiter der Fall ist. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Leiter in gleich langen Abschnitten auf seiner gesamten Querschnittsfläche von jeder seiner Litzen auf einer Positionsbahn von innen nach außen und umgekehrt durchlaufen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Leiter, insbesondere ein Hochspannungs-Energiekabel oder Hochfrequenz-Kabel mit einem großen Leiterquerschnitt, und mit einer gewählten Anzahl von aus Einzeldrähten zusammengesetzten Litzen, die gegeneinander isoliert sind und in Lagen um das Leiterzentrum angeordnet sind.
In elektrischen Leitern und Kabeln für die Hochspannungs-Wechselstrom-Übertragung und in Hochfrequenz-Kabeln treten insbesondere Verluste durch sowohl den so genannten Skin-Effekt als auch durch den sogenannten "Proximity-Effekt" auf, welche bewirken, dass die Stromdichte im Inneren eines Leiters niedriger ist als an der Oberfläche des Leiters. Ursache ist das Entstehen von Wirbelströmen in dem Leiter, die dem Stromfluss im Zentrum des Leiters entgegengerichtet sind. Als Folge dieser mittig induzierten Gegenspannung kommt es zu einer Verdrängung des Stromes an den Rand des Leiters. Das wirkt wie eine Verringerung des wirksamen Leiterquerschnitts. Je höher die Frequenz ist, desto stärker ist dieser Effekt. Abhilfe wurde hier teilweise durch den so genannten Millikenleiter erreicht, der aus mehreren Segmenten besteht, die gegeneinander isoliert und um ein Tragorgan, einen in der Mitte befindlichen Rundleiter, verseilt sind, wobei jedes Segment aus mehreren Lagen von gegenseitig isolierten Drähten besteht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leiterausbildung aufzufinden, mit welcher der Skin-Effekt weiter verringert wird, als dies bei dem Millikenleiter der Fall ist.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Leiter in gleich langen Abschnitten auf seiner gesamten Querschnittsfläche von jeder seiner Litzen auf einer Positionsbahn von innen nach außen und umgekehrt durchlaufen ist.
Durch die erfindungsgemäße kontinuierlich erfolgende Positionsveränderung der einzelnen Litzen des Leiters wird der Verdrängungseffekt des elektromagnetischen Feldes auf die inneren Lagen gleichmäßig auf alle Litzen verteilt. Dabei wird der Sektoraufbau des Millikenleiters vermieden. Der Aufbau der Litzen aus Einzeldrähten ergibt den Vorteil, dass scharfe Bequetschungen von Drähten, die zu erhöhter Querleitfähigkeit führen, vermieden werden. Gleichzeitig wird ein hoher Verdichtungsgrad ohne Kompaktierungsarbeit erzielt. Durch die Vermeidung von Lackdrahtschichten wird eine gute Montagefreundlichkeit erreicht.
Die mit der erfindungsgemäßen Leiterkonstruktion erzielte Herabsetzung des Skin-Effekts ergibt insgesamt den Vorteil, dass bei gleichem Leiterquerschnitt ein größerer Strom fließen kann und umgekehrt bei vorgegebenem Strom der Leiterquerschnitt kleiner gewählt werden kann, was dann entweder zu kostenmäßig großen Einsparungen an Leitermaterial, wie insbesondere Kupfer, führt oder aber zu geringeren Wechselstrom-Widerständen und dadurch zu geringere Betriebsverluste der gesamten Kabelanlage führt.
Der erfindungsgemäße Leiteraufbau besitzt eine hohe Stromtragfähigkeit. Dieselbe liegt zum Beispiel bei einem Kabel mit 2500 mm² um bis zu 23 % über der Stromtragfähigkeit eines Normalleiters.
Weitere Ausbildungen und Vorteile des erfindungsgemäßen Leiters ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der Figurenbeschreibung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1a:: einen schematischen Querschnitt durch einen 3-lagigen Leiter großen Querschnitts mit 37 zu einem Leiterseil zusammengefassten Litzen mit eingezeichneten Positionswechseln nach der gleichmäßigen Methode in einem Schritt s = 0;
Fig. 1 b:: den Leiter gemäß Fig. 1a nach einem Schritt s = 1;
Fig. 2a:: einen schematischen Querschnitt durch einen 3-lagigen Leiter großen Querschnitts mit 37 zu einem Leiterseil zusammenfassten Litzen mit eingezeichneten Positionswechseln nach der abrupten Methode in einem Schritt s = 0;
Fig. 2b:: den Leiter gemäß Fig. 2a nach einem Schritt s = 1;
Fig. 3a:: einen schematischen Querschnitt durch einen 4-lagigen Leiter großen Querschnitts mit 61 zu einem Leiterseil zusammengefassten Litzen mit eingezeichneten Positionswechsel nach der gleichmäßigen Methode in einem Schritt s = 0;
Fig. 3b:: den Leiter gemäß Fig. 3a nach einem Schritt s = 1;
Fig. 4a:: einen schematischen Querschnitt durch einen 4-lagigen Leiter großen Querschnitts mit 61 zu einem Leiterseil zusammenfassten Litzen mit eingezeichneten Positionswechseln nach der abrupten Methode in einem Schritt s = 0;
Fig. 4b:: den Leiter gemäß Fig. 4a nach einem Schritt s =1; und
Fig. 5:: einen Querschnitt durch den Gesamtaufbau eines Leiters in der Ausführung als Kabel.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 1 und 2 ist ein Kupferleiter mit 1200 mm² dargestellt. Dieser Nennquerschnitt ist auf 37 gleich große Litzen verteilt, von denen jede aus Einzeldrähten zusammengesetzt ist. Die Litzen sind individuell zum Beispiel mit einer dünnen Folie umwickelt oder umlegt und somit isoliert. Die Litzen werden bei der Fertigung von individuellen Abläufen abgezogen und einer Verseilmaschine zugeführt. Während die Verseilmaschine für Vorschub und Rotation sorgt, ändern die Abläufe fortlaufend ihre Position. Damit verändern die Litzen über gewählte gleiche Längenabschnitte des Leiters längs einer vorgegebenen Positionsbahn ihre Lagenposition kontinuierlich derart, dass jede Litze jede mögliche Position im Leiter jeweils einmal einnimmt. Das ist in den Figuren 1 bis 4 veranschaulicht, in denen als Beispiele die 37 bzw. 61 Litzen eines Leiters schematisch dargestellt sind.
Bei der Ausführung gemäß Figuren 1a und 1b ist der Leiterquerschnitt in zwei in der Realisierung aneinanderliegende Sektionen aufgeteilt. Figur 1 a zeigt einen Schritt s = 0 als gedachten Ausgangspunkt der Betrachtung. Figur 1b zeigt, mit Pfeilen angedeutet, die gleichzeitig erfolgenden Positionswechsel jeder einzelnen der 37 Litzen nach einem Schritt s = 1. In 37 aufeinander folgenden Schritten durchlaufen die einzelnen Litzen die mit Pfeilen bezeichneten Positionswechsel, bis dieselben am Ende eines vorbestimmten gleich langen Abschnitts des Leiters die Position s = 0 wieder eingenommen haben, was sich dann fortlaufend wiederholt. Wie ersichtlich, durchlaufen die Positionswechsel der Litzen dabei die Lagen der Litzen zunächst in der einen Sektion des Leiterquerschnitts von Lage zu Lage in wechselnden Richtungen von innen nach außen fortschreitend und durchlaufen die Litzen nachfolgend die Lagen der Litzen in der anderen Sektion des Leiterquerschnitts in wechselnden Richtungen von außen nach innen fortschreitend bis in das Leiterzentrum (von 2 auf 1). Im Leiterzentrum erfolgt der Positionswechsel gleichmäßig auf die unterste Lage der ersten Sektion des Leiterquerschnitts, womit ein weiterer gleicher Positionsbahn-Durchlauf beginnt.
Die Figuren 2a und 2b beschreiben gleichfalls bei einem Leiter mit 37 Litzen die Positionswechsel von s = 0 bis s = 1, die hier so erfolgen, dass die Positionswechsel der Litzen den Lagen der Litzen unterhalb des Leiterzentrums sektorüberspringend folgen und von Lage zu Lage in wechselnden Richtungen dieselben von innen nach außen durchlaufen und schließlich von der äußeren Lage abrupt (von 3 auf 2) in das Leiterzentrum übergehen und dort auf die unterste Lage der Litzen überwechseln, worauf ein weiterer gleicher Positionsbahn-Durchlauf beginnt.
Die Figuren 3a und 3b zeigen ein Ausführungsbeispiel nach der gleichmäßigen Methode entsprechend Figuren 1a und 1b, dargestellt an einem Leiter mit 4 Lagen und 61 Litzen.
Die Figuren 4a und 4b zeigen ein Ausführungsbeispiel nach der abrupten Methode entsprechend Figuren 2a und 2b, dargestellt an einem Leiter mit 4 Lagen und 61 Litzen.
In Figur 5 ist eine beispielsweise vollständige Ausrüstung des Leiters als Kabel abgebildet. Mit 1 ist der in vorbeschriebener Weise in Litzen aufgeteilte Leiter bezeichnet. Mit 2 ist eine aufgetragene Leiterglättung bezeichnet. Die Isolierung ist mit 3 bezeichnet. 4 ist eine Feldglättung und 5 ist eine aus einem Quellvlies gebildete Bewicklung. 6 ist ein aus blanken Kupferdrähten hergestellter Schirm. 7 ist wieder eine Bewicklung aus Quellvlies. Ein Aluminium-Blechband ist mit 8 bezeichnet. 9 und 10 sind Mantelausbildungen des Kabels.

Claims

Elektrischer Leiter, insbesondere Hochleistungs-Energiekabel oder Hochfrequenz-Kabel mit einem großen Leiterquerschnitt, und mit einer gewählten Anzahl von aus Einzeldrähten zusammengesetzten Litzen, die gegeneinander isoliert sind und in Lagen um das Leiterzentrum angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Leiter in gleich langen Abschnitten auf seiner gesamten Querschnittsfläche von jeder seiner Litzen auf einer Positionsbahn von innen nach außen und umgekehrt durchlaufen ist.
Elektrischer Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsbahn als überschneidungsfreie Umlaufbahn ausgebildet ist.
Elektrischer Leiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsbahn aus einer Anzahl von Abschnitten zusammengesetzt ist, die einen mäanderförmigen Lagenverlauf aufweisen.
Elektrischer Leiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiterquerschnitt in Sektionen unterteilt ist und mit jedem mäanderförmigen Verlauf der Positionsbahn eine Sektionsfläche von Lage zu Lage radial durchlaufen ist.
Elektrischer Leiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsbahn im Leiterquerschnitt in zwei aneinanderliegende Sektionen aufgeteilt ist, dass die Positionsbahn die Lagen der Litzen zunächst in einer ersten Sektion des Leiterquerschnitts von Lage zu Lage in wechselnden Richtungen von innen nach außen durchläuft und nachfolgend die Lagen der Litzen in einer zweiten Sektion des Leiterquerschnitts in wechselnden Richtungen von außen nach innen durchläuft und im Leiterzentrum gleichmäßig auf die unterste Lage der ersten Sektion des Leiterquerschnitts überwechselt.
Elektrischer Leiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsbahn im Leiterquerschnitt in zwei aneinanderliegende Sektionen aufgeteilt ist, dass die Positionsbahn die Lagen der Litzen einseitig zum Leiterzentrum sektionsüberspringend in wechselnden Richtungen von innen nach außen fortschreitend durchläuft und von der äußeren Lage abrupt in das Leiterzentrum übergeht und dort auf die unterste Lage der Litzen überwechselt.
Elektrischer Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Litzen mit einer Lack-Isolierschicht überzogen sind.
Elektrischer Leiter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Litzen von einer Isolier-Folie umhüllt sind.
Elektrischer Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von den Litzen der äußeren Lage zum Potentialausgleich die Isolierung entfernt ist.