Elektrisches Kabel zur Übertra-Sung hochfrequenter
Ströme.
Zur Übertragung größerer Hochfrequenzenergien
werden in neuerer Zeit
fast ausschließlich koaxiale Kabel benützt,
die aus zwei Leitern be-
stehen, von denen der eine als Außenleiter
den Innenleiter konzen-
trisch umschließt. Die-zentrische
Lage des Innenleiters wird durch
Isolierstoff zwischen den Leitern
gesichert. Dieser Isolierstoff kann
den Zwischenraum zwischen
den beiden Leitern voll, teilweise oder so
ausfüllen, daß er nur
zur Halterung des Innenleiters dient, während
der größte Teildes
Zwischenraumes mit Luft oder Gas gefüllt ist. Da mit steigender
Frequenz eine immer dünnere Schicht der Innenleiter-
oberfläche an
der Stromleitung beteiligt ist, genügt es, statt eines
Vollleiters
ein Rohr zu verwenden, um so das Material im Innern des
:Kabels
einzusparen. Da ein Teil der über das so ausgebildete Kabeltransportierten
Leistung durch die Verluste in den Leitern sowie im
Isolierstoff
in Wärme umgesetzt wird, begrenzt die tehermische Festig-
keit des
Isolierstoffes die zulässige Kabeltemperatur und damit die
übertragbare Leistung.
Versuche, die in dem koaxialen Kabel entstehende Verlustwärme durch
Kühlung
abzugführen, damit die übertragbare Leistung eines gekühlten Kabels die
eines nicht gekühlten beträdtlich übersteigt, führten in-
sofern
zu Schwierigkeiten, als die bekannten Kühlmittel, beispiels-
weise:
Wasser, Glycol-Wasser-Gemische, Ö1, Glycerin und dergle sich
durch
die: ständige Wärmeaufnahme sowie den Kontakt mit anderen.
Werk-
stoffen oder durch gelegentliche elektrische Durchschläge
allmählich
zersetzen. Die Folgen davon sind öfteres Auswechseln
der Flüssigkeit,
Reinigen der Anla e und dergl., was neben
den hohen Kosten zu ständigen Betriebsstörungen" , hrt..Die elektrische
Leiifähigkeiit-dea Wassers oder
eines leitfähigen Kühlmittels
ist weiterhin ein schwerwiegender
Nachteil insbesondere
dann, wenn die Anlage unter hoher Spannung gegen
Erde arbeiten muß,
wie es bei Kabeln immer wieder vorkommen kann. Diese Schwierigkeiten beim
Betrieb eines elektrischen Kabels zur Über-
tragung hochfrequenter Ströme
werden durch ä.e Erfindung überwunden.
Gemäß der Erfindung wird
der Raum zwischen dem Innenleiter und dem zu
diesem-konzentrischen
Außenleiter und/oder der gegebenenfalls im
Innern des Innenleiters von
einem inerten Kühlmitöel durchströmt. Als
inertesKühlmittel
kann eine Flüssigkeit oder auch ein Gas verwendet
werden. Als besonders
vorteilhaft haben sich jedoch inerte Flüssigkeitea erwiesen, di.e
in großem Umfange als dielektrische Kühlmittel verwen-
det werden
und außergewöhnlich gute elektrische Eigenschaften verbunden
mit vorteilhaften
Wärmeübertragungsmerkmalen aufweisen. Solche inerteit Flüssigkeiten können
infolge ihres niedrigen ,Siedepunktes die Wärme
erheblich schneller
als nichtflüchtige organische Kühlmittel abführen.
Dies ermöglicht eine
Verminderung sowohl des tffanges als auch des Ge-
wichtes von
Einrichtungen, die zur Kühlung des Kabels notwendig sind und
bietet Gelegenheit zu einer durchgreifenden Verkleinerung der gesamten
Anlage. Electrical cable for the transmission of high-frequency currents. For the transmission of larger high-frequency energies, coaxial cables have recently been used almost exclusively , which consist of two conductors , one of which, as the outer conductor, concentrically surrounds the inner conductor. The central position of the inner conductor is secured by insulating material between the conductors. This insulating material can fill the gap between the two conductors completely, partially or in such a way that it only serves to hold the inner conductor , while the largest part of the gap is filled with air or gas. Since an ever thinner layer of the inner conductor surface is involved in the power line with increasing frequency , it is sufficient to use a tube instead of a solid conductor in order to save the material inside the cable . Since a part of the thus formed is converted via the cable Transported by the power losses in the conductors, as well as in the insulating material to heat, limits the strength strength tehermische ness of the insulating material the allowable cable temperature and thus the transferable power.
Attempts to dissipate the heat loss occurring in the coaxial cable by cooling so that the transferable power of a cooled cable significantly exceeds that of a non- cooled cable, led to difficulties as the known coolants, for example : water, glycol-water mixtures , Oil, glycerine and dergle themselves through : constant heat absorption and contact with others. Works materials or gradually decomposed by occasional electric breakdowns. The consequences are frequent changing liquid, cleaning the Appendices E and the like. What hrt..Die electrical Leiifähigkeiit-dea water or a conductive coolant remains in addition to the high cost to constant breakdowns "a serious disadvantage especially if the system must operate under high voltage to ground, as may occur again and again for cables. These difficulties in the operation of an electric cable for over- transmission high-frequency currents are overcome by ä.e invention. According to the invention the space between the inner conductor and the for this-concentric outer conductor and / or the dielectric optionally flows through the interior of the inner conductor of an inert Kühlmitöel. as inertesKühlmittel may be a liquid or a gas may be used. as a particular advantage, however, inert Flüssigkeitea have proved, di.e on a large scale than Coolants are used and exceptionally good el Have electrical properties combined with advantageous heat transfer characteristics. Due to their low boiling point, such inert liquids can dissipate heat considerably faster than non-volatile organic coolants. This enables a reduction both in the area and in the weight of the devices that are necessary for cooling the cable and offers the opportunity for a radical downsizing of the entire system.
Darüber hinaus sind die inerten Flüssigkeiten
in Gegenwart von Metallen
und anderen Konsüukti.onswerkstoffen
stabil, das gilt auch oberhalb
solcher Temperaturen, die für
alle anderen dielektrischen Kühlmittel
als-höchstzulässig bezeichnet
werden müsse,. Auch unter exstremen Be-
dingungen bilden
inerte Flüssigkeiten keine .Schlämme oder Harze. Ein
weiterer
Vorteil ist darin zu sehen, daß inerte Flüssigkeiten.z.B. nach
erfolgten
elektrischen Durchschlägen nicht ersetzt werden müssen, da
sie sich
selbst- regenerieren. Die inerte Flüssigkeiten sind nicht
brennbar
und chemisch inaktiv, -sowie anti.korro.siv und ungiftig.
Alsinerte
Flüssigkeit kann beispielsweise eine Flüorcarbon-Inert-Flüssigkeit
verwendet werden, die infolge ihrer-hervorragenden dielektrischen
Eigenschaften sogar als Isoliermittel @einae.setzt werden kann.
So
beträgt beispielsweise die Dielektrizitätskonstante etwa 1,8 bis
1999
der Verlustfaktor ist bei ikHz kleiner als 3 bis 4 mal 1o 4,
bei
i MHz kleiner als 5 x 10 4 und die Durchschlagsfestigkeit
bei 250 C
beträgt etwa 17 bis 22 kV/mm. Moreover, the inert liquid in the presence of metals and other Konsüukti.onswerkstoffen are stable, which also applies above such temperatures, which should be referred to as a maximum permitted-for all other dielectric coolant ,. , Even under exstremen loading form inert liquids not .Schlämme or resins. Another advantage is the fact that inert Flüssigkeiten.zB to made electrical breakdowns do not have to be replaced because they regenerate self. The inert liquids are non- flammable and chemically inactive as well as anti.corrosive and non-toxic. Alsinerte liquid can a Flüorcarbon inert liquid can be used, for example, the excellent result of their-dielectric properties can even be einae.setzt as insulating @. For example, the dielectric constant is around 1.8 to 1999, the loss factor is less than 3 to 4 times 10 4 at ikHz, less than 5 x 10 4 at i MHz and the dielectric strength at 250 C is around 17 to 22 kV / mm.
In Durchführung des Erfindungsgedankens läßt
sich eine Inert-Flüssigkeit als Kühlmittel bei einer hochfrequent
betriebenen Anlage in der
Weise einsetzen, dsß die zur
Anlage gehörenden koaxialen Kabel so-ausgebildet sind, daß der
z.B. aus einem Rohr bestehende Innenleiter ge-
kühlt wird..
Auf diese Weise ist es möglich, die zu übertragende Leistung wesentlich
zu steigern. Das ist besonders dann wichtig, wenn eine
bestehende
Anlage in ihrer Leistung erhöht werden soll und verhindert
werden
muß, daß ein zur Anlage gehörendes Kabel ausgewechselt oder ein
weiteres
Kabel für einen Parallelbetrieb hinzugefügt werden muß. Anstatt- das
kühlende Medium durch den als Rohr ausgebildeten Innenleiter'zu führen,
ist es auch möglich, die Kühlung den Kabels durch
Ausfüllen des
zwischen den beiden konzentrischen Rohren befindlichen
Hohlraumes.
zu ermöglichen. Infolge der giihstigen Eigenschaften des
verwendeten
kühlenden Mediums ist es ferner möglich und oft besonders zweckmäßig, wenn,
es nicht um die Steigerung der zu übertragenden Leistung
geht, bei gleicher Leistung die Abmessungen des Kabels zu
vermindern$
Auf diese Weise: lassen sich exstren kleine äußere Ab-
messungen
erreichen. Das gilt insbesondere noch dran, wenn nicht nur
die Kabel, sondern auch die mit diesem Kabel. verbundenen
weiteren elek-
trischen Anlagen, beispielsweise Senderöhre,
Yeratärkeranlagen und .dergl. an einen gemeinsamen Kühlmittelumlauf angeschlossen
sind. Be-
sonders vorteilhaft dürfte daher der Einsatz solcher,
inefolge des
verwendeten inerten Kühlmittels möglicher Anordnungen geringer
Abmessungen in ortsveränderlichen Anlagen sein, beispielsweise in Bord-
anlagen
und dergl. von Flugzeugen, Schiffen.
Die Erfindung
sei an Hand der in den Figuren 1 .bis 4 dargestellten AusfÜhrungsbeispiele.näher
erläutert. In carrying out the inventive concept, an inert liquid as coolant at a high frequency operated plant can be used in the manner DSSS belonging to the system coaxial cables are so-constructed that the example is cooled from a pipe existing inner conductor overall .. In this Way, it is possible to increase the power to be transmitted significantly. This is particularly important if an existing system is to be increased in its performance and it must be prevented that a cable belonging to the system has to be replaced or another cable has to be added for parallel operation . Instead of guiding the cooling medium through the inner conductor designed as a tube , it is also possible to cool the cable by filling the cavity located between the two concentric tubes. to enable. As a result of giihstigen properties of the cooling medium used, it is possible and often particularly useful when it is not about increasing is power to be transmitted with the same power to reduce $ In this way, the dimensions of the cable: can exstren small external Ab - achieve measurements. This is especially true when not only the cables, but also those with this cable. associated elec- tric other systems, such as transmitting tube, Yeratärkeranlagen and .dergl. are connected to a common coolant circuit. The use of such arrangements of small dimensions in portable systems , for example in on-board systems and the like of aircraft, ships, should therefore be particularly advantageous as a result of the inert coolant used. The invention will be explained in more detail with reference to the AusfÜhrungsbeispiele . shown in Figures 1 .to 4.
Das aus dem als .Rohr ausgebildeten Innenaeit.er
1 und dem ebenfalls als
Rohr ausgebildeten Außenleiter 2 bestehende
elektrische.Kabel zur Übertragung-hochfrequenter Ströme wird, wie
in der Figur 1 dargestellt, in
der Weise gekühlt,
daß die inerte Flüssigkeit, beispielsweise eine
Fluorcabon-Inert-Flüssigkeit
in Pfeilrichtung das Innenrohr durchströmt.
Infolge des niedrigen
Siedepunktes dieser Inert-Flüssigkeit kann die
Wärme beim Verdampfen
erheblich schneller als bei nicht flüchtigen or-
ganischen Kühlmitteln abgeführt werden. Anstatt die inerte
1 Kühlfjissig-
keit durch das Innenrohr 1 strömen zu lassen, ist.es aber, wie
in der
Figur 2 dargestellt, auch möglich, das kühlende Medium in
den Raum zxi
zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr einlaufen zu lassen.
Weitere
Ausführungsbeispiele sind in den Figuren 3 und 4 dargestellt, bei denen
das
inerte Kühlmedium sowohl durch den als Rohr ausgebildeten Innen-
leiter
1 als auch durch den Raum zwischen dem Innenleiter 1 und dem
Außenleiter
2 strömt. Hierbei kann man auch, wie aus den Figuren er-
sichtlich,
die Strömungsrichtung so wählen, daß sie in dem Innenrohr und dem
Raum zwischen den Rohren gleich oder entgegengesetzt gerichtet
eist.
Auf diese Weise läßt sich leicht eine Anpassung an die mit dem
Kabel
verbundenen-anderen elektrischen. Geräte oder Anlagen erreichen.
Abweichend
von den dai°Eestellten Ausführungsbeispielen ist es aber auch
möglich
und oft von besonderem Vorteil, den Außehleiter mit einem oder
mehreren
weiteren konzentrischen Rohren zu umgeben, so daß weitere
Kühlkanäle
gebildet werddn. So kann beispielsweise der als Volleiter
ausgebildete
Innenleiter eines Kabels von dem rohrförmä.een Außenleiter
und einem
weiteren Rohr umgeben sein, wobei die inerte Flüssigkeit
den Raum zwischen dem Innen- und Außenleiter und dem Außenleiter und
dem zusätzlichen Rohr durchströmt.
Insbesondere
bei Kabeln kleiner Abmessungen kann es aber auch schon
ausreichen, die
inerte Flüssigkeit lediglich durch den vom Außenleiter
und dem zusätzlichen
Rohr gebildeten-Kanal strömen zu lassen, so daß die
entstehende
Wärme von der Oberfläche des Außenleiters abgeführt wird.
Eine solche
Anordnung wird auch dann besonders vorteilhaft sein, wenn
die inerte Flüssigkeit pYe#s Dielektrikumo zwischen Innen-
und Außen-
leiten nicht erwünscht ist. The existing from the designed as .Rohr Innenaeit.er 1 and outer conductor 2 which is also constructed as a tube for transmitting elektrische.Kabel-high-frequency currents, as shown in Figure 1, cooled in such a way that the inert liquid, for example a Fluorcabon -Inert liquid flows through the inner tube in the direction of the arrow. As a result of the low boiling point of this inert liquid, the heat during evaporation can be considerably faster than with non-volatile or- Ganischen coolants are discharged. Instead of the inert 1
The ability to flow through the inner tube 1 is, however, as in the Figure 2 shown, also possible, the cooling medium in the room zxi
to run in between the inner pipe and the outer pipe. Further
Exemplary embodiments are shown in FIGS. 3 and 4, in which the inert cooling medium flows both through the inner conductor 1, which is designed as a tube, and through the space between the inner conductor 1 and the outer conductor 2. Here, as can be seen from the figures , the direction of flow can be selected so that it is directed in the same way or in the opposite direction in the inner pipe and the space between the pipes . In this way it is easy to adapt to the other electrical ones connected to the cable. Reach devices or systems. In contrast to the exemplary embodiments presented here , it is also possible and often of particular advantage to surround the outer conductor with one or more further concentric tubes so that further cooling channels are formed . So designed as solid conductors inner conductor may for example be surrounded by a cable rohrförmä.een the outer conductor and a further tube, wherein the inert fluid flows through the space between the inner and outer conductors and the outer conductor and the extra tube. In the case of cables of small dimensions in particular, however, it may be sufficient to let the inert liquid flow only through the channel formed by the outer conductor and the additional tube, so that the resulting heat is dissipated from the surface of the outer conductor . Such an arrangement will also be particularly advantageous if the inert liquid pYe # s dielectric between the inner and outer
leadership is not desired .