EP3279901A1 - Stromübertragungseinrichtung mit mindestens einem drehstromkabel - Google Patents

Stromübertragungseinrichtung mit mindestens einem drehstromkabel Download PDF

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EP3279901A1
EP3279901A1 EP17001258.7A EP17001258A EP3279901A1 EP 3279901 A1 EP3279901 A1 EP 3279901A1 EP 17001258 A EP17001258 A EP 17001258A EP 3279901 A1 EP3279901 A1 EP 3279901A1
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power transmission
cable
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EP17001258.7A
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Christian Fischbacher
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B9/00—Power cables
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B9/00—Power cables
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/30—Insulated conductors or cables characterised by their form with arrangements for reducing conductor losses when carrying alternating current, e.g. due to skin effect
    • H01B7/303—Conductors comprising interwire insulation

Definitions

  • the present invention relates to a power transmission device with at least one three-phase cable.
  • a cable, or power cables for three-phase is about a cable, or power cables for three-phase.
  • Such cables are also known as three-phase cables.
  • this three-phase cable between frequency converter and motors should be used, where special requirements are made.
  • Previously known three-phase cables have, for example, several phase conductors stranded around a cable core. Also known are solutions with three phase and three protective conductors. These designs are sufficient case by case in networks for low-frequency three-phase. In the case of medium frequency three-phase current and in particular in the above example of use, however, there are a number of significant disadvantages. Among other things, there are relatively high transmission losses, problematic induction currents and magnetic field emissions.
  • the invention has the object to provide a power transmission device with at least one three-phase cable, in which the disadvantages mentioned can be largely avoided.
  • the inventive power transmission device corresponds to the characterizing features of claim 1. Further advantageous Embodiments of the inventive concept are apparent from the dependent claims.
  • the resistance to AC increases as a result of the skin and proximity effect.
  • the resistance to AC increases as a result of the skin and proximity effect.
  • the three-phase cable is additionally shielded. This shield attenuates the electromagnetic field radiation up to 30 MHz by at least 80 dB.
  • the power transmission device to a three-phase cable 1 with a central, also marked PE in the drawing protective conductor 2, around which a plurality of phase conductors 3, 4 and 5 grouped.
  • the centrally guided protective conductor 2 must not be a live conductor, but exclusively a PE conductor.
  • phase conductors 3 or 4 or 5 are present per phase.
  • These pairings are also indicated in the drawing as L1a / L1b, L2a / L2b and L3a / L3b, respectively. That means, the three pairings form together a two-part phase conductor 3, 4 and 5 for one phase. Accordingly, in the illustrated embodiment, three phases are present. By this arrangement, the induction problem is solved on the protective conductor 2.
  • the respective associated phase conductors 3, 4 and 5 of a phase of the current transmission device are connected to at least two connection points 6 and 7 in an electrically conductive manner.
  • this will be the case at the cable ends, as is purely schematic in FIG Fig. 2 is indicated.
  • Fig. 2 Incidentally, for the arrangement of the phase conductors 3, 4 and 5 and the already only indicated protective conductor 2 is not relevant. Not shown in Fig. 2 the technically already known stranding of the phase conductors 3, 4 and 5. These are stranded around the protective conductor 2, that the latter forms a continuous cable core.
  • the lay length of the stranding is preferably at most 1 m, this being dependent on the cross section of the three-phase cable 1.
  • the distance 8 between the at least two connection points 6 and 7 corresponds to a multiple of the lay length of the stranding.
  • this distance 8 will be at least 1 m; or 1.5 m, 2 m, 2.5 m and so on.
  • phase conductors 3, 4 and 5 are, viewed in the cable cross-section, mirror-symmetrically arranged so that the associated and each associated with a common phase phase conductors 3 or 4 or 5 are each diametrically opposite each other on an axis of symmetry D, approximately through the center Z des Protective conductor 2 leads.
  • the result is a conceived hexagon.
  • the distance R between the center Z of the protective conductor 2 and the respective center M of the phase conductors 3, 4 and 5, ie the radius, is the same the distance S between the centers M of adjacent phase conductors 3 -4, 4-5 or 3-5, ie a respective side of the imaginary hexagon. This means that the distances R between the phase conductors 3, 4 and 5 on the one hand and the protective conductor 2 on the other hand and the six distances S of adjacent phase conductors are equal to each other. So R is equal to S.
  • phase conductors 3, 4 and 5 should be the same cross section.
  • the protective conductor 2 has the same cross-section as the phase conductors.
  • phase conductors 3, 4 and 5 as shown here and technically known, each be provided with a non-conductive insulation. It is also possible, however, an interstices fills, insulating cable sheath.
  • a shield 10 is present between the phase conductors 3, 4 and 5 on the one hand and the cable sheath 9 on the other hand.
  • the three-phase cable 1 and / or its surroundings are shielded against electrical and / or electromagnetic fields.
  • an RF shield against high-frequency radiation is used.
  • the respectively double or two-part guided phase conductors 3, 4 and 5 can be chosen to be smaller in cross section than would be the case if only one phase conductor were used in each case.
  • the cross-section of the three-phase cable 1 is smaller, which is favorable when mounted in cable ducts and the like, but it also results in a cost savings and moreover a weight saving.
  • the latter is a welcome plus in the above-mentioned example of use in engine technology.
  • the three-phase cable 1, the protective conductor 2, the phase conductors 3, 4 and 5 and / or the cable sheath 9 and / or the shield 10 in detail form differently than shown in the purely schematic drawing ,
  • phase conductors 3, 4 and 5 and / or the protective conductor 2 need not necessarily have a circular cross-section. Also, the cross section of the three-phase cable 1 does not have to correspond to the drawn.
  • the power transmission device may also have more than one three-phase cable 1.
  • phase conductor (s) 3 brown for the phase conductor (s) 3, light gray for the phase conductor (s) 4, and black for the phase conductor (s) 5.
  • the protective conductor 2 is green / yellow.

Abstract

Die erfindungsgemässe Stromübertragungseinrichtung weist mindestens ein Drehstromkabel (1) auf, mit einem zentralen Schutzleiter (2), um den Phasenleiter (3, 4, 5) verseilt sind. Pro Phase sind mindestens je zwei gleiche Phasenleiter (3, 4, 5) vorhanden, die jeweils gemeinsam einen zwei- oder mehrteiligen Phasenleiter (3, 4, 5) bilden, wozu sie an mindestens je zwei Verbindungspunkten (6, 7) elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Der Abstand (8) zwischen diesen Verbindungspunkten (6, 7) entspricht einem Vielfachen der Schlaglänge der Verseilung. In bevorzugter Ausführung sind sechs Phasenleiter (3, 4, 5) spiegelsymmetrisch angeordnet, wobei die drei zusammen gehörenden und jeweils einer Phase zugeordneten Phasenleiter (3, 4, 5) jeweils einander auf einer Symmetrieachse (D) diametral gegenüber liegen, die durch den Schutzleiter (2) führt. Der Abstand (R) zwischen dem Zentrum (Z) des Schutzleiters (2) und der jeweiligen Mitte (M) der Phasenleiter (3, 4, 5) ist gleich dem Abstand (S) zwischen den Mitten (M) benachbarter Phasenleiter (3, 4, 5), also einer Seite eines dadurch gebildeten, gedachten Sechsecks. Vorzugsweise ist eine HF-Abschirmung (10) vorhanden. Dieses Drehstromkabel (1) zeichnet sich durch eine extrem niedrige Magnetfeldabstrahlung aus. Es ist induktionsfrei gegenüber dem Schutzleiter (2) und weist einen sehr hohen Wirkungsgrad bei kleinem Querschnitt auf. Beispielsweise ist es zwischen Frequenzumrichter und Motoren einsetzbar.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromübertragungseinrichtung mit mindestens einem Drehstromkabel.
  • Insbesondere geht es um ein Kabel, beziehungsweise Starkstromkabel für Drehstrom. Solche Kabel sind auch als Drehstromkabel bekannt. Beispielsweise soll dieses Drehstromkabel zwischen Frequenzumrichter und Motoren einsetzbar sein, wo besondere Anforderungen gestellt werden.
  • Bisher bekannte Drehstromkabel weisen beispielsweise mehrere um eine Kabelseele verseilte Phasenleiter auf. Bekannt sind auch Lösungen mit drei Phasen- und drei Schutzleitern. Diese Konstruktionen genügen fallweise in Netzen für Niederfrequenzdrehstrom. Im Fall von Mittelfrequenzdrehstrom und insbesondere im obigen Einsatzbeispiel, stellt sich jedoch eine Reihe von erheblichen Nachteilen ein. Unter anderem kommt es zu relativ hohen Übertragungsverlusten, problematischen Induktionsströmen und Magnetfeldabstrahlungen.
  • Auf der Grundlage dieser Erkenntnisse setzt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Stromübertragungseinrichtung mit mindestens einem Drehstromkabel zu schaffen, bei der die genannten Nachteile weitgehend vermieden werden können.
  • Die erfindungsgemässe Stromübertragungseinrichtung entspricht den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausbildungen des Erfindungsgedankens sind aus den abhängigen Patentansprüchen ersichtlich.
  • Ab circa 35 mm2 Leiterquerschnitt erhöht sich der Wirkwiderstand bei Wechselstrom infolge des Skin- und Proximity-Effekts. Durch die Aufteilung eines einzelnen Phasenleiters in mehrere Teilleiter kann man diesen Effekten entgegenwirken. Beispielsweise lässt sich mit 2 x 95 mm2 mindestens gleichviel Strom übertragen wie mit 1 x 240 mm2. Dies bedeutet weniger Cu-Verbrauch, dadurch leichter, flexibler und günstiger. Für den Einsatz bei Frequenzumrichtern (FU) wird das Drehstromkabel zusätzlich abgeschirmt. Diese Abschirmung dämpft die elektromagnetische Feldabstrahlung bis 30 MHz um mindestens 80 dB.
  • Nachfolgend wird anhand der Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben.
    • Fig. 1
    zeigt einen Schnitt durch das Drehstromkabel der Stromübertragungseinrichtung;
    Fig. 2
    zeigt, rein schematisch, die einander zugeordneten Phasenleiter.
  • Im vorliegenden Beispiel weist die Stromübertragungseinrichtung ein Drehstromkabel 1 auf, mit einen zentralen, in der Zeichnung auch mit PE gekennzeichneten Schutzleiter 2, um den sich eine Mehrzahl von Phasenleitern 3, 4 und 5 gruppiert. Der zentrisch geführte Schutzleiter 2 darf kein stromführender Leiter sein, sondern ausschliesslich ein PE-Leiter.
  • Für die Erfindung wesentlich ist, dass pro Phase mindestens je zwei gleiche Phasenleiter 3 oder 4 oder 5 vorhanden sind. Diese Paarungen sind in der Zeichnung jeweils auch als L1a / L1b, L2a / L2b und L3a / L3b gekennzeichnet. Das heisst, die drei Paarungen bilden jeweils gemeinsam einen zweiteiligen Phasenleiter 3, 4 und 5 für jeweils eine Phase. Dementsprechend sind im dargestellten Ausführungsbeispiel drei Phasen vorhanden. Durch diese Anordnung wird das Induktionsproblem auf den Schutzleiter 2 gelöst.
  • Die jeweils zusammen gehörenden Phasenleiter 3, 4 und 5 einer Phase der Stromübertragungseinrichtung sind an mindestens zwei Verbindungspunkten 6 und 7 elektrisch leitend miteinander verbunden. Vorzugsweise wird dies an den Kabelenden der Fall sein, so wie dies rein schematisch in Fig. 2 angedeutet ist. Fig. 2 ist im Übrigen für die Anordnung der Phasenleiter 3, 4 und 5 sowie des ohnehin nur angedeuteten Schutzleiters 2 nicht massgebend. Nicht dargestellt ist in Fig. 2 die technisch ohnehin bekannte Verseilung der Phasenleiter 3, 4 und 5. Diese sind derart um den Schutzleiter 2 verseilt, dass letzterer eine durchgehende Kabelseele bildet. Die Schlaglänge der Verseilung beträgt vorzugsweise maximal 1 m, wobei dies abhängig vom Querschnitt des Drehstromkabels 1 ist. Der Abstand 8 zwischen den mindestens zwei Verbindungspunkten 6 und 7 entspricht einem Mehrfachen der Schlaglänge der Verseilung. Beispiel: wenn die Schlaglänge 0,5 m beträgt, dann wird dieser Abstand 8 mindestens 1 m betragen; oder 1,5 m, 2 m, 2,5 m und so weiter. Durch diese Massnahme wird das Gegeninduktionsproblem gelöst.
  • Die Phasenleiter 3, 4 und 5 sind, im Kabelquerschnitt betrachtet, spiegelsymmetrisch so angeordnet, dass die zusammen gehörenden und jeweils einer gemeinsamen Phase zugeordneten Phasenleiter 3 oder 4 oder 5 jeweils einander auf einer Symmetrieachse D diametral gegenüber liegen, die annähernd durch das Zentrum Z des Schutzleiters 2 führt.
  • Verbindet man die jeweilige Mitte M der sechs Phasenleiter 3, 4 und 5 dieses Ausführungsbeispiels, ergibt sich ein gedachtes Sechseck. Der Abstand R zwischen dem Zentrum Z des Schutzleiters 2 und der jeweiligen Mitte M der Phasenleiter 3, 4 und 5, also der Radius, ist gleich dem Abstand S zwischen den Mitten M benachbarter Phasenleiter 3 -4, 4 - 5 oder 3 - 5, also einer jeweiligen Seite des gedachten Sechsecks. Das bedeutet, dass die Abstände R zwischen den Phasenleitern 3, 4 und 5 einerseits und dem Schutzleiter 2 andererseits sowie die sechs Abstände S benachbarter Phasenleiter untereinander gleich gross sind. Also R ist gleich S.
  • Zumindest die Phasenleiter 3, 4 und 5 sollten gleichen Querschnitts sein. Vorzugsweise weist auch der Schutzleiter 2 denselben Querschnitt wie die Phasenleiter auf.
  • Die Phasenleiter 3, 4 und 5 können, wie hier dargestellt und technisch bekannt, jeweils mit einer nicht leitenden Isolierung versehen sein. Möglich ist aber auch ein die Zwischenräume ausfüllender, isolierender Kabelmantel.
  • In bevorzugter Ausführung ist jedoch zwischen den Phasenleitern 3, 4 und 5 einerseits und dem Kabelmantel 9 andererseits eine Abschirmung 10 vorhanden. Dadurch sind das Drehstromkabel 1 und/oder dessen Umgebung gegen elektrische und/oder elektromagnetische Felder abgeschirmt. Beispielsweise wird eine HF-Abschirmung gegen hochfrequente Strahlung eingesetzt.
  • Wegen des Skin-Effekts kann der jeweils doppelt, beziehungsweise zweiteilig geführte Phasenleiter 3, 4 und 5 im Querschnitt kleiner gewählt werden, als dies bei Verwendung von jeweils nur einem Phasenleiter der Fall wäre. Dadurch wird nicht nur der Querschnitt des Drehstromkabels 1 kleiner, was bei dessen Montage in Kabelkanälen und dergleichen günstig ist, sondern es ergibt sich auch eine Kosteneinsparung und darüber hinaus eine Gewichtseinsparung. Letzteres ist im einleitend erwähnten Verwendungsbeispiel in der Motorentechnik ein durchaus willkommener Pluspunkt.
  • Die erfindungsgemässe Stromübertragungseinrichtung mit mindestens einem Drehstromkabel bietet folgende, enormen Vorteile:
    • extrem niedrige Magnetfeldabstrahlung,
    • induktionsfrei gegenüber dem Schutzleiter,
    • geringe HF-Abstrahlung,
    • höchster Wirkungsgrad,
    • kleinst mögliche Verluste,
    • kleinerer Querschnitt.
  • Es liegt im Rahmen der Erfindung nach Patentanspruch 1, das Drehstromkabel 1, dessen Schutzleiter 2, die Phasenleiter 3, 4 und 5 und/oder den Kabelmantel 9 und/oder die Abschirmung 10 im Einzelnen anders auszubilden als dies in der rein schematischen Zeichnung dargestellt ist.
  • Theoretisch denkbar ist es, jede Phase in mehr als zwei Phasenleiter zu zergliedern. Ebenso könnte mehr als ein Schutzleiter 2 vorhanden sein. Die Phasenleiter 3, 4 und 5 und/oder der Schutzleiter 2 müssen nicht zwingend einen kreisrunden Querschnitt aufweisen. Auch der Querschnitt des Drehstromkabel 1 muss nicht dem gezeichneten entsprechen.
  • Je nach Verwendung des Drehstromkabels 1 ist es zum Beispiel auch nicht ausgeschlossen, mehr als drei Doppel-Phasenleiter zu verwenden, also mehr als sechs Phasenleiter 3, 4 und 5. Beispielsweise könnten dies vier Doppel-Phasenleiter, also insgesamt acht Phasenleiter sein. Das macht in der Praxis allerdings weniger Sinn, da die sich bei Labormessungen als besonders Vorteilhaft erwiesene Gleichheit R gleich S nur in der Sechservariante mit dem gedachten Sechseck zum Tragen kommt.
  • Die Stromübertragungseinrichtung kann auch mehr als ein Drehstromkabel 1 aufweisen.
  • Sinnvoll ist es in jedem Fall, wenn den einzelnen Phasen, wie an sich bekannt, je eine Farbe zugeordnet wird. Zum Beispiel, Braun für den/die Phasenleiter 3, Hellgrau für den/die Phasenleiter 4 und Schwarz für den/die Phasenleiter 5. Der Schutzleiter 2 ist Grün/Gelb.

Claims (10)

  1. Stromübertragungseinrichtung mit mindestens einem Drehstromkabel (1), gekennzeichnet durch mindestens einen Schutzleiter (2), um den eine Mehrzahl von Phasenleitern (3, 4, 5) verseilt ist, wobei pro Phase mindestens je zwei gleiche Phasenleiter (3, 4, 5) vorhanden sind, die jeweils gemeinsam einen zwei- oder mehrteiligen Phasenleiter (3, 4, 5) für jeweils eine Phase bilden, wozu die mindestens je zwei gleichen Phasenleiter (3, 4, 5) an mindestens je zwei Verbindungspunkten (6, 7) elektrisch leitend miteinander verbunden sind und wobei der Abstand (8) zwischen diesen mindestens zwei Verbindungspunkten (6, 7) einem Mehrfachen der Schlaglänge der Verseilung entspricht.
  2. Stromübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlaglänge der Verseilung der Phasenleiter (3, 4, 5) um den Schutzleiter (2) maximal 1 m beträgt.
  3. Stromübertragungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenleiter (3, 4, 5) des mindestens einen Drehstromkabels (1), in einem Kabelquerschnitt betrachtet, spiegelsymmetrisch angeordnet sind, wobei die zusammen gehörenden und jeweils einer gemeinsamen Phase zugeordneten Phasenleiter (3, 4, 5) jeweils einander auf einer Symmetrieachse (D) diametral gegenüber liegen, die durch den Schutzleiter (2) führt.
  4. Stromübertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass im mindestens einen Drehstromkabel (1) insgesamt sechs Phasenleiter (3, 4, 5) vorhanden sind, von denen je zwei gemeinsam eine Phase bilden, also insgesamt drei Phasen.
  5. Stromübertragungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die sechs Phasenleiter (3, 4, 5) im Kabelquerschnitt betrachtet so angeordnet sind, dass durch Verbinden der jeweiligen Mitte (M) der sechs Phasenleiter (3, 4, 5) untereinander durch eine gedachte Linie ein gedachtes Sechseck ergibt.
  6. Stromübertragungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Abstände zwischen den einzelnen Phasenleitern (3, 4, 5) untereinander gleich gross sind.
  7. Stromübertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenleiter (3, 4, 5) gleichen Querschnitts sind.
  8. Stromübertragungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzleiter (2) denselben Querschnitt wie die Phasenleiter (3, 4, 5) aufweist.
  9. Stromübertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (R) zwischen einem Zentrum (Z) des Schutzleiters (2) und der jeweiligen Mitte (M) der Phasenleiter (3, 4, 5) gleich einem Abstand (S) zwischen den Mitten (M) benachbarter Phasenleiter (3, 4, 5) ist, also einer jeweiligen Seite des gedachten Sechsecks.
  10. Stromübertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Phasenleitern (3, 4, 5) einerseits und einem Kabelmantel (9) andererseits eine Abschirmung (10) vorhanden ist, beispielsweise eine HF-Abschirmung gegen hochfrequente Strahlung.
EP17001258.7A 2016-08-06 2017-07-24 Stromübertragungseinrichtung mit mindestens einem drehstromkabel Withdrawn EP3279901A1 (de)

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