DE1146153B - Gegen Starkstrombeeinflussungen und atmosphaerische Entladungen geschuetzte Kabelanlage - Google Patents

Description

• Gegen Starkstrombeeinflussungen und atmosphärische Entladungen geschützte Kabelanlage Die Erfindung bezieht sich auf eine gegen Starkstrombeeinflussungen und atmosphärische Entladungen geschützte Kabelanlage, die aus Kabeln mit zwei voneinander isolierten leitenden Kabelschirmen und einer zwischen diesen angeordneten magnetischen Schicht besteht. Es ist bekannt, Starkstrombeeinflussungen bei Fernmeldekabeln dadurch unwirksamer zu machen, daß man die Schirme der Fernmeldeleitungen durch ein Bewehrungseisen od. dgl. induktiv belastet. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, solche Fernmeldeleitungen mit ihren metallischen Mänteln isoliert im Erdreich zu verlegen und die Abschirmmäntel nur an den Enden der Leitungsstrecken zu erden. Man erreicht dadurch, daß bei einer Teilbeeinflussung des Fernmeldekabels längs einer Teilstrecke das gesamte Bewehrungseisen der ganzen Strecke dazu herangezogen wird, um die Gefährdungsspannungen am Fernmeldekabel unschädlich zu machen. Während von diesem Gesichtspunkt aus gesehen der Kabelmantel von Fernmeldekabeln isoliert in der Erde angeordnet sein soll, verlangt man bei blitzbeeinflußten Kabeln, daß der Kabelmantel möglichst gut längs der gesamten Strecke geerdet ist. Bei guter Bodenleitfähigkeit und Gesamterdung sind die bisher bekannten Kabel den Beanspruchungen durch Blitzeinschläge normalerweise gewachsen. In Gebieten mit schlechter Bodenleitfähigkeit jedoch ist ein normales Kabel bereits durch einen dem Kabel benachbarten Blitzeinschlag in den Boden sehr gefährdet. Für ein Bleikabel der üblichen Bauart z. B. würde die zulässige Spannung zwischen Kabelmantel und Kabeladern bei einem sich nach beiden Seiten des Kabels hin verzweigenden Blitzstrom ziemlich bald erreicht sein. Es muß noch beachtet werden, daß eine normale Bandeisenbewehrung bei Blitzeinschlag keinen Schutz mehr für ein Kabel bieten kann. Sie wird durch den Blitzstrom gesättigt und trägt durch Überschläge zum Bleimantel dazu bei, daß das Kabel infolge der an der überschlagstelle auftretenden Druckwellen auch mechanisch geschädigt wird.
• Es ist ferner ein Kabel bekannt, das zwei getrennte Schirme aufweist. Bei mit diesen Kabeln aufgebauten Anlagen sind die beiden Schirme in den Kabelmuffen miteinander verbunden. Bei Beeinflussung durch Starkstrom kann sich die induzierte Spannung nicht mehr auf dem inneren Schirm über die gesamte Kabelstrecke auslaufen, so daß die in den Schirmen auftretenden Ströme in jedem Falle sehr hoch sein werden.
• Es ist auch bereits eine Einrichtung zum Schutz von im Zuge von Hochspannungsfreileitungen verlegten Luftkabeln bekannt; bei der das Luftkabel an allen Masten isoliert aufgehängt ist und seine Bewehrung und gegebenenfalls auch sein Kabelmantel im Bereich einiger oder aller Maste mit einem vom Mast isolierten Erdseil an einer Stelle des Erdbodens geerdet ist, wo der Spannungstrichter in der Umgebung des Mastfußes bereits flach ist: Die Verbindung zwischen der Bewehrung und dem leitenden Kabelmantel erfolgt, falls ein solcher vorgesehen ist, galvanisch.
• Weitere Schutzmaßnahmen gegen Beeinflussungen von Kabeln hat man auch dadurch getroffen, daß man die Kabeladern über Entladungsstrecken mit Erde verbunden hat.
• Es ist auch bekannt, Fermneldekabel dadurch gegen Blitzeinschläge zu schützen, daß man das Kabel in eisernen Rohrleitungen verlegt. Bei dieser Verlegungsart muß aber gefordert werden, daß die Rohrleitungen untereinander verschweißt oder mittels Gewindemuffen dicht verbunden sind. Es ist verständlich, daß die notwendigen Verschraubungen und das umständliche Arbeiten an den Muffen diese Technik als nicht sehr empfehlenswert erscheinen lassen.
• Im folgenden soll nun die Wirkung eines Blitzes, der in der Nähe des Kabels in den Boden schlägt, näher untersucht werden. Der innere Widerstand der Blitzbahn beträgt einige kS2, so daß der Strom an der Einschlagstelle eingeprägt ist. Es entsteht beim Einschlagen, insbesondere bei schlechter Bodenleitfähigkeit, an der Einschlagstelle eine sehr hohe Spannung, z. B. 2 bis 5 MV. Diese riesige Spannung kann dann als Gleitfunke längs der Erdoberfläche Längen bis zu 60 m überschlagen und dann erst in das Kabel übertreten. Man sieht hieraus, daß es bei so hohen Spannungen sinnlos wäre, ein Erdkabel etwa durch Umhüllen mit einer dicken Isolationsschicht gegen Blitzschäden schützen zu wollen. Man muß daher Erdkabel in blitzgefährdeten Gebieten immer so verlegen, daß der Metallmantel leitenden Kontakt mit dem Erdreich hat. Dieser Zustand ist erfahrungsgemäß bei den üblichen Kabeln mit Juteüberzug schon nach kurzer Liegezeit erreicht. An der Eintrittsstelle des Blitzes in den Metallmantel von Fernmeldekabeln treten erfahrungsgemäß zwei Arten von Fehlern auf, von denen die eine Art die bei der Lichtbogenspannung auftretende hohe Schmelzwärme, die andere Art die dabei entstehende Druckwelle; insbesondere infolge der Metallverdampfung an der Einschlagstelle, zur Ursache hat. Die mechanische Beschädigung des Metallmantels, insbesondere bei koaxialen Kabeln, hat zur Folge, daß in diesen Stellen des Kabels Überschläge bereits bei normaler Betriebsspannung erfolgen können.
• Es ist für den Blitzschutz von Kabeln sehr bedeutungsvoll, über welche Länge der Blitzstrom auf dem Kabelmantel fließt, bis er in die Erde übergetreten ist, und welchen Spannungsabfall er dabei zwischen den Adern und dem Mantel des Kabels hervorruft. Maßgeblich für diesen Spannungsabfall ist mitunter der Kopplungswiderstand zwischen dem Kabelmantel und den Kabeladern. Überschläge von dem Kabelmantel zu den Adern aber ergeben Löcher im Bleimantel und Aderunterbrechungen, die oft auch einige Kilometer von der Einschlagstelle entfernt auftreten können.
• Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, eine Kabelanlage zu schaffen, bei der sowohl ein vollkommener Schutz gegen Starkstrombeeinflussungen als auch ein Schutz gegen Blitzbeeinflussungen möglich ist.
• Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei der neuen Kabelanlage erfindungsgemäß durch die Vereinigung folgender, an sich bekannter Merkmale: a) Nur der äußere leitende Schirm ist fortlaufend oder bei Luftkabeln an den Aufhängepunkten geerdet angeordnet.
• b) Der innere leitende Schirm ist nur an den Enden eines Leitungsabschnittes geerdet.
• c) Die beiden Schirme sind in Abständen über eine Entladungsstrecke, z. B. über eine Funkenstrecke, miteinander verbunden.
• Die Entladungsstrecke kann in jede Kabelverbindungsmuffe eingebaut werden. Ferner können die Kabeladern oder die Leitungen über symmetrische Drosseln an einen der leitenden Schirme angeschlossen werden. Die Ansprechspannung der Entladungsstrecke kann etwa die Hälfte des Wertes der Prüfspannung eines Kabels betragen, die für die Isolation zwischen den beiden leitenden Schirmen vorgegeben ist. Beispielsweise kann man als Ansprechspannung der Entladungsstrecke 5000 V zugrunde legen. Funkenstrecken mit kleinerer Ansprechspannung als 2000V neigen leicht zu Kurzschlüssen und würden unter Umständen auch schon bei Starkstrombeeinflussung zum Ansprechen kommen. Bei der vorgeschlagenen Beschaltung der leitenden Schirme mit der dazwischen angeordneten magnetisierbaren Schicht wird erreicht, daß der Kopplungswiderstand zwischen den beiden Schirmen sehr klein wird. Es hat sich auch gezeigt, daß bei relativ großen Strömen, z. B. bei einem Blitzstrom von 70 000 A, die relative Permeabilität des Bewehrungseisens noch größer als 1 ist, so daß auch große Blitzladungen mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand noch beherrscht werden können. Man erhält auf diese Weise eine Kabelanlage, bei welcher der innere Schirm bei Starkstrombeeinflussung zwischen den beiden galvanischen Erdungsstellen von Erde isoliert bleibt, während die beiden Schirme bei Blitzbeeinflussung über die Entladungsstrecken zusammengeschaltet sind und beide Schirme den Blitzstrom ableiten.
• Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
• Die Fig. 1 zeigt im Quer- und Längsschnitt den Aufbau eines Kabelmantels. Der Mantel besteht aus dem Aluminiummantel 1, der Flachdrahtbewehrung 2 sowie aus der zwischen diesen beiden Schirmen angeordneten Bandeisenbewehrung 3. Schließlidh ist noch der Korrosionsschutz 4 in Form einer Kunststoffschicht vorgesehen.
• In der Fig. 2 sind die leitenden Schirme 5 und 6 eines Kabels dargestellt. In bestimmten Abständen voneinander sind die Entladungsstrecken 7 vorgesehen, die bei Auftreten der Überspannung einen Spannungsausgleich zwischen den beiden leitenden Schirmen erzwingen. Vorteilhafterweise benutzt man hierzu Plattenfunkenstrecken.
• Besondere Bedeutung kommt der bei Blitzbeeinflussung auftretenden Spannung zwischen dem Kabelmantel und den Adern im Kabel, insbesondere bei koaxialen Leitungen, zu. Fließt über den Außenleiter der koaxialen Leitung im Kabel längs der ' Verstärkerfeldlänge eines Kabelabschnittes ein Strom; so sinkt der Einfluß des Bewehrungseisens, das parallel zu dem Außenleiter der koaxialen Leitung geschaltet ist. Bei isoliert geführtem Innenleiter der koaxialen. Leitung und einer Fernstromversorgungsspannung von 1000 V addieren sich die Scheitelspannungen. Bei einer angenommenen Spannung von 4000 V infolge Blitzeinschlages ergibt sich eine Gesamtspannung von etwa 5300 V, wenn man einen Reduktionsfaktor von 0,7 zugrunde legt. Bei dieser Spannung aber erfolgt bereits der Durchschlag der koaxialen: Leitung. Es wird daher vorgeschlagen, die Fernstromversorgung über symmetrische Drosseln zu betreiben, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. In der Figur stellen 8 und 9 koaxiale Leitungen dar, deren Innenleiter 10 über die symmetrischen Drosseln 11 miteinander verbunden sind. Bei dieser Beschaltung ist auch der Innenleiter der koaxialen Leitung am Beeinflussungsstrom mit beteiligt; so daß die Spannungsdifferenz zwischen Innen- und Außenleiter klein bleibt. Die Spannungsquelle 12 symbolisiert einen Generator, der das Kabel bei Blitzeinschlag belastet, 13 symbolisiert den durch den Kabelmantel dargestellten Widerstand, der den eingeprägten Strom im Kabel mitbestimmt.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Gegen Starkstrombeeinflussungen und atmiosphärische Entladungen geschützte Kabelanlage; bestehend aus Kabeln mit zwei voneinander isolierten leitenden Kabelschirmen, zwischen denen eine magnetisierbare Schicht angeordnet ist; gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender, " an sich bekannter Merkmale: a) Nur der äußere leitende Schirm ist fortlaufend oder bei Luftkabeln an den Aufhängepunkten geerdet angeordnet; b) der innere leitende Schirm ist nur an den Enden eines Leitungsabschnittes geerdet; c) die beiden Schirme sind in Abständen über eine Entladungsstrecke, z. B. über eine Funkenstrecke, miteinander verbunden.
2. 2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder KabelverbindungsmufEe eine Entladungsstrecke eingebaut ist. 3. Kabel nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabeladern oder Leitungen über symmetrische Drosseln an einen der leitenden Schirme angeschlossen sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 753 052, 703 628, 893 355, 702 952, 482 714, 536 904, 709 283; Zeitschrift »Elektrizitätswirtschaft«, Heft 16, 56. Jahrgang, 20. B. 1.957, S. 551 bis 554; Zeitschrift »Frequenz«, Bd. 11, 1957, Nr.
3. 3, S. 85.