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Starkstromkabel Die l:rfindttug bezieht sich auf ein Starkstromkabel
mit einem aus Blei oder anderem dichten Material bestehenden Mantel, der sich im
Querschnitt aus stark gekrümmten Teilen und dazwischenliegenden, weniger gekrümmten
oder flachen Teilen zusammensetzt, wodurch sich Membranfl;ichen ergeben, welche
außen durch eine federnde Bandage oder Bewicklung gestützt werden, damit sie Druckunterschieden
auf der Innenseite des Kabels entsprechend elastisch nachgeben können. Dadurch wird
ermöglicht, daß ein mit C51 getränktes oder gefülltes Kabel sich den Volumenänderungen
des Öls bei schwankender Temperatur elastisch anpassen kann unter Vermeidung z.
B. der Bildung vo»t 1 lohlr@iumen im Innern des Kabels bei sinkender Temperatur,
so daß ein gewisser erwünschter Ö1-überdruck während aller Betriebszustände aufrechterhalten
werden kann.
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Es ist eine Ausführungsform eines solchen Kabels bekannt (vgl. das
dänische Patent Nr. 58 a70), bei welchem die flachen Teile des Mantels mit einem
in der Querrichtung versteifenden und in der Längsrichtung biegsamen Haltemittel
versehen sind, welches durch ein Metallband gebildet ist und durch die äußere Bewicklung
in seiner Lage gehalten wird. Dieses Metallband erstreckt sich derart quer über
die Membranflächen des Kabels, daß seine Kanten beim Anbringen der äußeren Bewicklung
zwischen dem Kabel und dem Mantel eingeklemmt werden. Schaut man sich ein kleines,
quer zum Kabel
herausgeschnittenes Element an, so kann daher das
Metallband als ein Balken betrachtet werden, der an den Enden unterstützt ist und
von innen durch den Mantel von dem im Kabel herrschenden Druck beeinflußt wird.
Dementsprechend hat man, wie es aus der in der Beschreibung des Patents gezeigten
Ausführungsform hervorgeht; versucht, das Band in der Querrichtung zu versteifen,
indem ihm Wellenform gegeben wird. Durch das dort gezeigte flache Kabel wird dann
auch in der die kurze Achse des Kabelquerschnittes enthaltenden Ebene eine gute
Biegsamkeit erhalten.
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Das quer versteifende Metallband ist verwendet worden, da nach der
bisherigen Auffassung die Bewicklung allein zur Unterstützung der Membranflächen
nicht tauglich sein würde. Wenn beim Be, Wicklungsvorgang das Bewicklungsmittel
um die stark gekrümmten Teile des Mantels herumgebogen wird, treten im Material
Biegespannungen auf, so daß das Bewicklungsmittel auf den Membranflächen die Form
eines abstehenden Bogens einzunehmen sucht. Wenn die Bewicklung aufgelegt wird,
ohne daß das quer versteifende Metallband darunter liegt, und das Kabel alsdann
einem inneren Überdruck ausgesetzt wird, so gibt der Mantel nach, bis er an der
Bewicklung anliegt und der Innendruck nunmehr durch Spannungen im Bewicklungsmaterial
aufgenommen wird. Wird, wie bisher, ein verhältnismäßig hartes und steifes Bewicklungsmaterial,
wie Bronzedraht, verwendet, dann erhält der abstehende Bogen des Drahtes und dementsprechend
der ausgebuchtete Mantel eine ziemlich weite Wölbung, so daß däs Ölvolumen des Kabels
sogar bei niedrigstem während des Betriebes angewendeten Ölüberdruck und der niedrigsten
Temperatur im Vergleich zur bekannten Ausführungsform mit quer versteifenden Metallbändern
wesentlich vergrößert wird. Dies ist jedoch ungünstig, da das kleinstmögliche Ölvolumen
und bei wechselnder Temperatur die kleinstmöglichen Volumenänderungen erwünscht
sind. Wenn man ein Bewicklungsmaterial von geringer Steifigkeit verwenden würde,
um die Wölbung des Bogens zu vermindern, so könnte der innere Druck während der
Ausbuchtung der Membranflächen nur dadurch aufgefangen werden, daß das Bewicklungsmaterial
hohen Zugbeanspruchungen unterworfen wird, womit ein starker, nach innen gerichteter
Druck an den stark gekrümmten Teilen des Mantels verbunden ist, welcher Druck eine
unerwünschte Beanspruchung des Isoliermaterials des Kabels hervorruft.
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In gewissen Fällen würde jedoch das Weglassen des Metallbandes z.
B. zur Vereinfachung der Fabrikation dienlich sein. Die Erfindung sucht dies mittels
besonderer Maßnahmen dadurch zu ermöglichen, daß der Bewicklung eine sich ändernde
Steifigkeit gegeben wird, und dementsprechend ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet,
daß die Bewicklung wenigstens ein Bewicklungsmittel umfaßt, das längs des Mantelumfanges
sich ändernde Steifigkeit besitzt, die an den Membranflächen am größten ist. An
den stark gekrümmten Teilen des Mantels, wo demnach die Steifigkeit geringer sein
wird, kann sie einen so geringen Wert haben, daß die $ewicklung an diesen Stellen
während des Bewicklungsvorganges leicht nachgibt, wodurch keine merkbaren Biegebeanspruchungen
auftreten, die die Bewicklung hindern, an den Membranflächen aufzuliegen, wobei
gleichzeitig erreicht wird, daß die Bewicklung an den stark gekrümmten Teilen eng
an dem Kabelmantel anliegt, um so gut wie möglich eine unbewegliche Befestigung
des Mantels an der Mitte der stark gekrümmten Teile zu erzielen, wo die Naht oder
die Nähte des Mantels angeordnet sind, um bei Deformierungen des Kabelquerschnittes
soweit wie möglich geschont zu sein.
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Es ist bekannt, in Hochspannungsmehrleiterkabeln, bei welchen der
Bleimantel im Querschnitt flache oder nahezu flache Abschnitte aufweist, zwischen
der Bewehrung und dem Bleimantel federnde Mittel einzulassen, die gegen diese flachen
Mantelteile einen Druck ausüben. Wenn die Bewehrung hierbei als ein Bewicklungsmittel
betrachtet wird, so besitzt das letztere keine sich ändernde Steifigkeit längs des
Mantelumfanges.
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Die veränderliche Steifigkeit kann durch Erhöhung der Steifigkeit
des Materials an einigen Stellen und Verminderung derselben an dazwischenliegenden
Stellen erzielt werden oder durch Anwendung nur einer dieser Maßnahmen. Außerdem
ist es nicht von Bedeutung, ob dem Material die veränderliche Steifigkeit während
oder unmittelbar vor der Bewicklung um das Kabel gegeben wird oder ob diese Steifigkeit
bereits vor Beginn des Wickelvorganges erzielt ist.
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Gemäß der Erfindung kann die sich ändernde Steifigkeit dem Bewicklungsmaterial
durch örtliche Hitze- oder mechanische Behandlung gegeben werden, indem das Material,
z. B. im Falle von Stahl, durch Erhitzen getempert und an den Membranflächen abgeschreckt
werden kann und, im Falle der Verwendung von Bronze und Stahl, bei den stark gekrümmten
Teilen des Mantels ausgeglüht werden kann. Eine erhöhte Steifigkeit längs der Membranfläche
kann auch dadurch erreicht werden, daß das Material durch eine mechanische Behandlung,
z. B. durch Ziehen oder Walzen in kaltem Zustand gehärtet wird.
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Die Bewicklung kann vorzugsweise aus einer Anzahl von Drähten oder
Bändern bestehen und wenigstens zwei über- oder nebeneinanderliegende Wicklungen
umfassen. Wenn demnach zwei identische, gleichlaufende Wicklungen verwendet werden,
so liegt der Zweck dieser Anordnung allein darin, daß die eine Wicklung die andere
teilweise ersetzen können soll, falls letztere während des Betriebes beschädigt
würde. Beide Wicklungen können jedoch auch von unterschiedlicher Struktur sein,
z. B. derart, daß sie die Membranflächen des Kabelmantels an verschiedenartigen
Stellen stützen, was später genauer erwähnt werden wird. Bei übereinanderliegenden
Wicklungen kann die eine aus einem Material von durchwegs geringer Steifigkeit bestehen
und einfach als Unterlage für die andere Wicklung dienen, welche dann hauptsächlich
allein zur elastischen Unterstützung der Membranflächen
dient. 1)ie
Wicklungen können auch derart angeordnet sein, daß sie an den stark gekrümmten 'feilen
des :Mantels nebeneinander- und an den Meinbranflächen übereinanderliegen. Die letztgenannte
Anordnung kann z. B. erzielt werden, indein die Drähte der liewicklung in entgegengesetzter
\Vicklungsrichtung angebracht werden oder beim :\iihringen am Kabel miteinander
verzwirnt werden.
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tlbrigens umfaßt die Bewicklung vorzugsweise wenigstens zwei \Vicklungen
mit entgegengesetzter \Vicklungsrichtung, damit vermieden werden kann, daß sich
(las Kabel bei änderndem Druck um seine eigene Achse zu drehen sucht.
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Die sich ändernde Steifigkeit des Bewicklungsmittels kann nicht nur
durch periodische Änderung der \laterialeigenschaften, sondern auch durch periodische
Profiländerung des Bewicklungsmittels liings des Mantelumfanges erzielt werden.
In dieser Ausführungsform liegt sogar die bessere Möglichkeit einer betonten Änderung
der Steifigkeit, weshalb sie als die für die Praxis bevorzugte Ausfiihrtingsforin
bezeichnet werden muß. Ein sich iinderndesProfi l kann entweder durch veränderlichen
oder gleichbleibenden Querschnitt erzielt werden. lm letztgenannten Fall muß sich
die Lage des Querschnitts in bezug auf die Unterlage ändern. I#:iiie veränderliche
Querschnittsform kann z. B. durch ürtliclies Aufpressen eines flachen Bandes zu
einem winkelförmigen, U-förmigen oder gewellten Querschnitt hervorgebracht werden.
Dieser Preßvorgaiig kann mehr oder weniger abgestuft ausgeführt werden, wodurch
z. B. erreicht werden kann, (laß der niedrige Querschnitt von den Rändern der \lenibranflächen
an allmählich in einen ausgesprochen profilierten Querschnitt übergeht. Andere Ausführungsformen
mit sich änderndem Querschnitt können z. B. hervorgebracht werden, indem ein zuvor
hergestelltes, beispielsweise U-förmiges, V-füriliiges oder kreisförmiges (hohles
oder massives) Profil örtlich platt gedrückt oder gewalzt wird, wobei dafür gesorgt
wird, daß die Flöhe und (las \Viderstandsmoment des Querschnittes ihre größten Werte
gegenüber den Membranflächen und ihre minimalen Werte gegenüber den stark gekrümmten
Teilen des Mantels aufweisen. Wird z. B. ein runder Draht verwendet, dessen Profil
örtlich platt gewalzt wird, so kann (las abgeflachte Profil entweder hochkant gegenüber
den 1Xlenibranflä chen oder mit der Breitseite gegenüber den stark gekrümmten Teilen
des Mantels angebracht werden, während die dazwischenliegenden, nicht abgeflachten
Teile des runden Drahtes dann gegenüber den stark gekrümmten Teilen bzw. gegenüber
den Membranflächen liegen.
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1).is örtliche Walzen des Drahtes kann auch kreuzweise ausgeführt
werden, so daß der runde Prallt abwechslungsweise zusammengedrückt und abgeflacht
w ird. In diesem Falle ist die Anordnung solcher Art, (laß das Profil gegenüber
den 1VIantelflachseiten hochkant steht und gegenüber den stark gekrümmten \lantelteilen
flach liegt, während der Draht nur an den Cbergangsstellen sein normales rundes
Profil aufweist. Ist das sich ändernde Profil mittels eines konstanten Querschnittes
des Bewicklungsmittels zu erzeugen, so wird ein Querschnitt verwendet, der in zwei
zueinander senkrechten Richtungen unterschiedliche Widerstandsmomente besitzt, und
das Bewicklungsmittel wird beim Bewicklungsvorgang um seine eigene Achse derart
tordiert, daß das höchste Profil an den Membranflächen vorliegt.
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Eine Ausführungsform eines Starkstromkabels nach der Erfindung, bei
welcher die letztgenannte Form und Anordnung des Bewicklungsmittels verwendet worden
ist, wird im folgenden unter Hinweis auf die Zeichnung näher beschrieben.
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Fig. r zeigt eine Seitenansicht des Kabels, bei welchem die verschiedenen
Bewicklungen von unten her stufenweise entfernt sind, und Fig. 2 zeigt einen Querschnitt
des Kabels.
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Das dargestellte Kabel ist mit drei Leitern 1o versehen, deren Achsen
in einer gemeinsamen Ebene liegen und von denen jeder mit einer Isolation 12 umschlossen
ist. Um die Leiterisolation herum ist ein Bleimantel 14 gepreßt, der sich auf der
Ober-und Unterseite flach von Leiter zu Leiter erstreckt (Fig. 2) und die Membranflächen
des Kabels bildet und seitlich der gekrümmten Oberfläche der Isolation der äußeren
Leiter folgt. Die Hohlräume im Kabel sind mit 01 15 gefüllt. In der Mitte
der gekrümmten Oberflächen befinden sich die Nähte 16 des Bleimantels. Der Bleimantel
kann wechselweise auch nur auf einer Seite eine Naht besitzen. Auf der Außenseite
kann der Bleimantel 14 asphaltiert und mit einer asphaltierten Papier- oder Leinwandbewicklung
18 umwickelt sein. Auf diese Bewicklung sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel
zwei dünne, starke Bänder 2o schraubenförmig (eines über dem anderen) mit einem
schmalen Abstand zwischen den Windungen und in solcher Weise gewickelt, daß der
Zwischenraum zwischen den Windungen des inneren Bandes durch das äußere Band überdeckt
ist, wodurch der Mantel 14 vollständig bedeckt und ihm nur eine beschränkte Schrumpfungsmöglichkeit
gegeben wird. Da diese Bänder aufeinandergleiten können, werden sie das Biegen des
Kabels bis zu einem vernünftigen Ausmaß nicht hindern. Auf den Bändern 20 ist eine
Bewicklung in entgegengesetzter Wicklungsrichtung angeordnet, welche aus flachen
Drähten 22 besteht, die in doppelter Schraubenlinie und in solcher Weise angebracht
worden sind, daß jeder Flachdraht jeweils längs einer Membranfläche einer halben
Umdrehung um seine eigene Achse unterzogen wird. Die Tordierung auf der oberen und
unteren Kabelseite kann in gleichem, aber auch in entgegengesetztem Drehsinn verlaufen.
An den stark gekrümmten Seiten des Kabels liegen die so angebrachten Drähte 22 mit
der flachen Seite am Kabel an, während sie auf der oberen und unteren Kabelseite
mit dem einen Rand aufliegen, am ausgeprägtesten in der Mitte der Membranflächen.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, haben die Drähte 22 an den stark gekrümmten
Seiten des Kabels ein niedriges Profil, wogegen sie an den oben- und entenliegenden
Membranflächen eine Profilhöhe
aufweisen, die gegen die Mitte dieser
Membranflächen zunimmt, bis sie gleich der Breite des Drehquerschnittes ist. Die
Drähte 22 weisen in Übereinstimmung damit auch ein von beiden Enden der \lembranflächen
gegen deren Mittellinie zunehmendes Widerstandsmoment auf. Beim Wickeln der Drähte
22 wird jeweils deren einer seitliche lZand gezwungen, den ebenen Membranflächen
zu folgen, während dieser Rand ohne diesen Zwang einen nach innen konvexen Bogen
bilden würde. So wird aber die Mittellinie des Drahtquerschnitts nach außen gedrückt,
weshalb der Innenrand der Drähte gegen die Membranflächen einen gewissen Druck ausübt.
Somit ist bereits eine Anfangsspannung vorhanden, um der Ausbuchtung des Kabelmantels
schon bei geringstem, während des Betriebes auftretendem Überdruck im Kabelinnern
entgegenzuwirken.
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Anstatt beide Drähte 22, wie veranschaulicht, an jeder blembranfläche
um eine halbe Umdrehung zu tordieren, kann der eine Draht z. B. um eine ganze Umdrehung
tordiert werden, so daß dieser Draht den Mantel 14 an zwei Stellen abstützt, die
je beiderseits von der Mittellinie der in Betracht gezogenen Membranfläche abgerückt
liegen. Dadurch kann eine besser verteilte Abstützung der ganzen Membranfläche erzielt
werden. Auch sind weitere Varianten dadurch möglich, daß allgemein ein Bewicklungsmittel
an jeder Membranfläche um eine oder mehrere Halbdrehungen um seine eigene Achse
tordiert sein kann, wogegen es allgemein vorzuziehen ist, daß das Bewicklungsmittel
gegenüber den stark gekrümmten Teilen des Kabelmantels keine wesentliche Torsion
oder Verdrehung aufweist, weil dort gewöhnlich die größtmögliche :luflagerfläche
mit dem Kabelmantel erwünscht ist. An Stelle zweier Drähte, wie sie beim dargestellten
Ausführungsbeispiel nebeneinander in doppelter Schraubenlinie umwickelt sind, kann
eine Mehrzahl von Drähten neben- oder übereinander und an jeder Membranfläche mit
einer oder mehreren oder, falls erwünscht, mit einer unterschiedlichen Anzahl von
Halbdrehungen tordiert, verwendet werden.
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Die Torsion oder Verdrehung der Drähte 22 wird z. 13. in der Weise
bewirkt, daß die Drahtrolle, von welcher je ein Draht während der Bewicklung des
Drahtes um das Kabel abrollt und welche rund um das Kabel herumgeführt wird, auch
um ihre eigene Achse rotiert, d. h. derart, daß die Drahtrolle eine Planetenbewegung
ausführen muß. Dabei kann die örtliche Drehung der Drahtrolle mit konstanter oder
veränderlicher Drehzahl stattfinden. Eine andere Möglichkeit ergibt sich dadurch,
daß der Draht zwischen der ablaufenden Drahtrolle und der Stelle, wo er (las Kabel
berührt, durch ein Führungsorgan läuft, welches sich hin und her dreht und dadurch
dem Draht eine entsprechende Torsion erteilt.
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Sowohl die Bänder 2o als auch die Flachdrähte 22 können aus Bronze,
rostfreiem oder galvanisiertem Stahl oder ähnlich geeignetem Material hergestellt
sein.
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Nachdem die Drähte 22 aufgelegt sind, wird das Kabel asphaltiert und
alsdann mit einer geteerten oder asphaltierten jutehülle 24 oder einer anderen Schutzhülle
oder Bewehrung versehen.
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Obwohl die Erfindung vorzugsweise in Verbindung mit flachen Kabeln,
wie denjenigen gemäß der Zeichnung, zur Anwendung kommt, so kann sie jedoch auch
auf Kabel angewendet werden, bei welchen die Achsen der einzelnen Leiter nicht in
der gleichen Ebene liegen, sondern z. B. gemäß den Ecken eines Dreiecks oder eines
anderen Vielecks angeordnet sind. Die Erfindung kann auch in Verbindung mit Einleiterkabeln
mit ovaler oder weniger flacher Querschnittsform als derjenigen in der Zeichnung
zur Anwendung gelangen. Außerdem werden jedenfalls einige der Vorteile der Erfindung
vorliegen, wenn das Kabel nur eine einzige Membranfläche besitzt, welche entweder
axial verläuft oder einer Schraubenlinie mit großer Steigung folgt.