DE19530949A1

DE19530949A1 - HT overhead cable operating at low and high temps.

Info

Publication number: DE19530949A1
Application number: DE1995130949
Authority: DE
Inventors: Roger Dipl Ing Weber; Helmut Prof Dr Ing Boehme; Rolf Dr Paschen; Gernot Schlayer
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB Patent GmbH
Priority date: 1995-08-23
Filing date: 1995-08-23
Publication date: 1997-02-27

Abstract

The HT overhead cable has a carrier of a fibre compound material and a metallic conductor, for clamping between two support pylons. The carrier is structured to take up the mechanical loadings at max. working temp. The conductor wires are given a plastic shaping at the carrier, and can take up the max. tensile strength of their loading portion. Also claimed is a process for laying the overhead cable, where the carrier core is bonded to the conductor material, generally parallel to the carrier. The carrier and conductor are attached to the pylon at one end, and led to the next pylon and tensed before attachment to it. On stretching, the conductor wires take up the load and are given a plastic distortion through elasticity or over-stretch, so that they can absorb tension and wind forces at max. working temps., up to the max. tensile strength level. The carrier is pref. of carbon fibres, synthetic fibres, glass fibres, or silicon carbide or boron fibres.

Description

Die Erfindung betrifft ein Freileitungsseil, insbesondere für eine Hochspannungs freileitung, mit einem Tragelement aus einem Faserverbundmaterial und hiermit verei nigten metallischen Leiterdrähten, welches Freileitungsseil zwischen wenigstens zwei Masten gespannt ist sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.The invention relates to an overhead line cable, in particular for a high voltage overhead line, with a support element made of a fiber composite material and hereby verei nigen metallic conductor wires, which overhead line between at least two Masts is stretched as well as a process for its manufacture.

Freileitungen, insbesondere zur Hochspannungsübertragung, werden seit langem ein gesetzt. Derartige Leitungen besitzen im allgemeinen einen Kern aus Stahldraht, der den Hauptteil der Seilkräfte, zum Beispiel aus Spannkräften und Eigengewicht, auf nimmt, um welchen in mehreren Lagen einzelne Leiterdrähte, vorzugsweise aus Alu minium oder einer Aluminium-Legierung geschlagen sind. Aufgrund des vergleichswei se hohen elektrischen Widerstandes des Stahlseils erfolgt die Stromübertragung bei derartigen Seilen über die Aluminiumdrähte, wobei deren Gesamtquerschnitt auf die vorgesehene Stromstärke ausgelegt ist. Der Querschnitt des Stahldrahtkerns ist hin gegen so bemessen, daß mit ausreichender Sicherheit jegliche plastische Verformung (Längung) des Freileitungsseils vermieden wird.Overhead lines, especially for high-voltage transmission, have been around for a long time set. Such lines generally have a core of steel wire, the the main part of the rope forces, for example from tension forces and dead weight takes, around which in several layers individual conductor wires, preferably made of aluminum minium or an aluminum alloy are struck. Because of the comparatively The high electrical resistance of the steel cable is used to transmit the current such ropes over the aluminum wires, the total cross section of which provided current is designed. The cross section of the steel wire core is gone against dimensioned so that any plastic deformation with sufficient certainty (Elongation) of the overhead line rope is avoided.

Ein bisher ungelöstes Problem bei derartigen Freileitungen ist die relativ geringe Spannweite, das heißt der Abstand zwischen einzelnen Masten, und der hierbei nicht zu vernachlässigende Durchhang der Freileitungsseile infolge Eigengewichts. Die Ko sten für jeden Leitungsmast sind erheblich - sowohl bei der Errichtung als auch später bei der Wartung der Freileitung - und so besteht ein großes Interesse daran, die Zahl der erforderlichen Masten möglichst gering zu halten. A hitherto unsolved problem with such overhead lines is the relatively small one Span, that is, the distance between individual masts, and not here Negligible sag of the overhead line cables due to their own weight. The knockout Costs for every mast are significant - both during construction and later in the maintenance of the overhead line - and so there is great interest in the number to keep the required masts as low as possible.

Infolge unterschiedlichen Dehnungsverhaltens des Stahldrahtes einerseits und des Leitermaterials des Freileitungsseils andererseits kann dabei die Zugfestigkeit des Stahldrahtes nicht ausgenutzt werden, ohne eine Überdehnung und damit eine plasti sche Verformung des Leiterseils zu verursachen. Daher wird allgemein hierin keine Möglichkeit gesehen, größere Mastabstände durch höhere Ausnutzung der Tragseil- Festigkeit zu erhalten. Auch besteht das Problem des unterschiedlichen thermischen Dehnungsverhaltens infolge der abweichenden Ausdehnungskoeffizienten des Träger- und Leitermaterials.Due to different expansion behavior of the steel wire on the one hand and the Conductor material of the overhead line cable, on the other hand, the tensile strength of Steel wire can not be used without overstretching and thus plasti cause deformation of the conductor rope. Therefore, generally none is used herein Seen the possibility of greater mast spacing through greater utilization of the suspension cable To maintain strength. There is also the problem of different thermal Elongation behavior due to the different expansion coefficients of the carrier and conductor material.

Zur Abhilfe dieser Problematik ist in der DE 44 24 007 A1 vorgeschlagen worden, an Stelle eines Kerns aus Stahldraht ein aus Carbonfasern gebildetes Tragelement vorzu sehen, um welches einzelne Leiterdrähte aus einem Metall in einer oder in mehreren Lagen geschlagen sind, wobei das Tragelement die mechanischen Lasten aufnimmt und die einzelnen Leiterdrähte keinerlei Kräfte aufnehmen, sondern in engerer oder lockerer Wicklung, abhängig von dem jeweiligen temperaturinduzierten Dehnungszu stand des Tragelements, von dem Tragelement getragen werden.To remedy this problem, it has been proposed in DE 44 24 007 A1 Instead of a core made of steel wire, a support element made of carbon fibers see what single conductor wires from a metal in one or more Layers are struck, the support element absorbing the mechanical loads and the individual conductor wires do not absorb any forces, but in closer or loose winding, depending on the respective temperature-induced expansion stood the support element, are carried by the support element.

Da die Leiterdrähte hierbei das Tragelement quasi konzentrisch umschließen, kann die elastische Dehnung des Carbonfasermaterials für das Tragelement voll ausgenutzt werden, ohne daß es zu den unerwünschten plastischen Verformungen der Leiterdräh te kommt. Die Problematik der thermisch bedingten unterschiedlichen Ausdehnung des Tragelements einerseits und der Leiterdrähte andererseits tritt bei dieser Gestaltung in den Hintergrund, da für die Leiterdrähte ausreichend Raum in radialer Richtung be steht. Auch das Problem der sogenannten Aufkorbung, wobei sich die außen anliegen den Leiterdrähte infolge stärkerer thermischer Dehnung vom Tragelement lösen, was zu einer Zerstörung des Verbundes und damit zu einer Gefährdung der Energieüber tragung beziehungsweise der Betriebssicherheit führt, kann hier außer Betracht blei ben. Ungelöst bei dieser vorgeschlagenen Lösung ist bislang die Befestigung an den Masten, da eine Klemmbefestigung entsprechend der bei Stahlkern-Freileitungsseilen üblichen Art als nicht möglich angesehen wird.Since the conductor wires enclose the support element quasi concentrically, the elastic stretch of the carbon fiber material for the support element fully utilized be without causing the undesirable plastic deformation of the conductor wire te is coming. The problem of the thermal expansion of the Support element on the one hand and the conductor wires on the other hand occurs in this design the background, because there is enough space in the radial direction for the conductor wires stands. Also the problem of so-called Aufkorbung, where the outside concern detach the conductor wires from the support element as a result of greater thermal expansion, which to destroy the network and thus endanger the energy transfer carrying or operational safety can be disregarded here ben. So far, the attachment to the is unsolved in this proposed solution Masts, as a clamp attachment corresponding to that of steel core overhead cables usual type is considered impossible.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Freilei tungsseil der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung anzu geben, bei welchem die aufgezeigten Probleme vermieden werden, das mit hohen me chanischen Spannungen und Dehnungen bis 1% montiert und sowohl bei niedrigen Temperaturen, zum Beispiel -20°C, als auch bei betriebsbedingt hohen Temperaturen betrieben werden kann.Starting from this prior art, it is an object of the invention to provide a free part cable of the type mentioned and a method for its manufacture give, in which the problems shown are avoided, that with high me mechanical stresses and strains up to 1% and both at low Temperatures, for example -20 ° C, as well as at operationally high temperatures can be operated.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale der Pa tentansprüche 1 und 10 gelöst. Das erfindungsgemäße Freileitungsseil ist dement sprechend dadurch gekennzeichnet, daß das Tragelement zur Aufnahme der gesamten angreifenden mechanischen Last vorgesehen ist, daß die mit dem Tragelement verei nigten Leiterdrähte verformt werden und höchstens den ihrer Verformung entsprechen den Lastanteil aufnimmt. Dabei kann abhängig von der Festigkeit des verwendeten Werkstoffes für die Leiterdrähte eine elastische oder auch eine plastische Verformung planmäßig vorgesehen sein. Mit Hilfe der Erfindung können wesentlich höhere Lei stungen mit entsprechend hohen Energiedichten übertragen werden, die zu einer we sentlich höheren ertragbaren Betriebstemperatur führen, als mit heute bekannten Frei leitungsseilen möglich und zulässig ist.According to the invention this task is characterized by the characteristic features of Pa Claims 1 and 10 solved. The overhead line cable according to the invention is demented speaking characterized in that the support element for receiving the entire attacking mechanical load is provided that verei with the support member ned conductor wires are deformed and at most correspond to their deformation takes up the load share. It can depend on the strength of the used Material for the conductor wires an elastic or a plastic deformation be scheduled. With the help of the invention, much higher lei Stungen are transmitted with correspondingly high energy densities, which lead to a we considerably higher tolerable operating temperature than with today's known free line ropes possible and permitted.

Zur Befestigung des erfindungsgemäßen Freileitungsseils am jeweiligen Mast können herkömmliche Klemmbefestigungen verwendet werden, die allerdings auf die Beson derheiten des aus Faserverbundmaterial gebildeten Tragelements eingerichtet sind, so daß dieses nicht beschädigt oder gar zerstört wird.To attach the overhead line cable according to the invention on the respective mast conventional clamp fasteners are used, however, on the Beson units of the support element formed from fiber composite material are set up, so that it is not damaged or even destroyed.

Die Volumenanteile des Faserverbundmaterials für das Tragseil und des jeweiligen Metalls für das Leitermaterial sind so aufeinander abgestimmt, daß für alle Betriebszu stände am Freileitungsseil auftretende beziehungsweise angreifende Druckspannun gen ausgeschlossen sind, und somit eine Aufkorbung vermieden wird.The volume fractions of the fiber composite material for the suspension cable and the respective Metals for the conductor material are coordinated so that for all operations the compressive stress occurring or attacking on the overhead line gene are excluded, and thus a Aufkorbung is avoided.

Für die Befestigung des Leitermaterials am Tragelement genügt es gemäß der Erfin dung grundsätzlich, örtliche Verbindungen in Form von Halteösen oder ähnlichem vor zusehen, welche den Zusammenhang des Leiterseils mit dem Tragseil sicherstellen.For fastening the conductor material to the support element, it is sufficient according to the inven fundamentally, local connections in the form of eyelets or the like watch, which ensure the connection of the conductor rope with the support rope.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist für den Betrieb des Freilei tungsseil ein bestimmtes Temperaturintervall (Δϑ) vorgesehen. Dabei läßt sich durch die Kombination von Faserverbundmaterialien und plastisch verformbaren Metallen unter Ausnutzung geeigneter, das heißt genau vorgebbarer, Querschnittsverhältnisse des Leitermaterials und des Tragmaterials ein ausreichendes, überschaubares Tempe raturintervall für die thermomechanischen Belastungen des Freileitungsseiles errei chen. Hieraus resultiert entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Er findung, daß für dieses Temperaturintervall die Querschnittsflächen des Tragelements und des Leiterseils die nachfolgend angegebene Beziehung erfüllen:According to an advantageous development of the invention is for the operation of the free part cable a certain temperature interval (Δϑ) is provided. It can be done by the combination of fiber composite materials and plastically deformable metals taking advantage of suitable, that is to say precisely definable, cross-sectional relationships a sufficient, manageable temperature of the conductor material and the support material Raturinterval for the thermomechanical loads on the overhead line rope chen. According to a preferred embodiment, this results in the Er finding that for this temperature interval the cross-sectional areas of the support element and the conductor rope fulfill the following relationship:

mit σ_M = Zugfestigkeit des Leitermaterials
A_M = Querschnittsfläche des Leitermaterials
α_M = Ausdehnungskoeffizient des Leitermaterials
E_M = E-Modul des Leitermaterials
E_FV = E-Modul des Faserverbundmaterials
A_FV = Querschnittsfläche des Faserverbundelements
Δϑ = Temperaturintervallwith σ _M = tensile strength of the conductor material
A _M = cross-sectional area of the conductor material
α _M = coefficient of expansion of the conductor material
E _M = modulus of elasticity of the conductor material
E _FV = E-module of the fiber composite material
A _FV = cross-sectional area of the fiber composite element
Δϑ = temperature interval

Anstelle der zuvor erwähnten Befestigungsmittel für die Halterung der Leiterdrähte am Tragelement ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß das Tragelement zentral angeordnet ist, um welches die Leiterdrähte gleichförmig in Windungen geschlagen sind, so daß die Leiterdrähte in enger Anlage am Tragele ment gehalten sind.Instead of the aforementioned fastening means for holding the conductor wires on Support element is provided according to an advantageous development of the invention, that the support element is arranged centrally around which the conductor wires are uniform are struck in turns so that the conductor wires are in close contact with the carrier ment are kept.

Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Trag element z. B. aus Kohlenstoffasern gebildet, während als Material für die Leiterdrähte vorzugsweise Aluminium oder eine seiner Legierungen vorgesehen ist.According to a further advantageous embodiment of the invention, the support element z. B. formed from carbon fibers, while as a material for the conductor wires preferably aluminum or one of its alloys is provided.

Andererseits kann es unter Umständen auch vorteilhaft sein, insbesondere wegen der höheren Stromtragfähigkeit, daß die Leiterdrähte aus Kupfer oder einer gut leitenden Legierung, z. B. Cu Al 5, gebildet ist.On the other hand, it can also be advantageous under certain circumstances, in particular because of the higher current carrying capacity that the conductor wires made of copper or a good conductor Alloy, e.g. B. Cu Al 5 is formed.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Freileitungsseiles der erfindungsgemäßen Art, bei welchem ein Tragelement und wenigstens ein Leiterdraht miteinander vereinigt sind, ist gemäß der Erfindung durch die folgenden Schritte gekennzeichnet:A method for producing an overhead line rope of the type according to the invention, in which a support element and at least one conductor wire are combined with one another characterized according to the invention by the following steps:

a) Ein als Tragelement dienender Kern wird mit Leiterdrähten verbunden, die quasi parallel zum Tragelement verlaufen; a) A core serving as a support element is connected to conductor wires, the quasi run parallel to the support element;
b) ein Ende des Tragelements wird gemeinsam mit den Leiterdrähten an einem Mast befestigtb) one end of the support element is together with the conductor wires on a mast attached
c) das Freileitungsseil wird anschließend zum jeweils nächstfolgenden Mast geführt und gespannt, bevor dessen Befestigung an diesem Mast erfolgt;c) the overhead line cable is then led to the next mast in each case and tensioned before it is attached to this mast;
d) beim Spannen werden die Leiterdrähte aufgrund der angreifenden Lasten abhängig von ihrer Festigkeit elastisch oder infolge Überdehnung plastisch verformt, wodurch erreicht wird, daß abgesehen von dem elastischen Anteil der Leiterdrähte entspre chenden Kräfte die am Freileitungsseil angreifenden Lasten, zum Beispiel aus Spann kräften und Windkräften, vom Tragelement aufgenommen werden.d) during tensioning, the conductor wires become dependent on the applied loads elastically deformed by their strength or plastically deformed due to overextension, whereby is achieved that apart from the elastic portion of the conductor wires correspond the forces acting on the overhead line cable, e.g. from tension forces and wind forces are absorbed by the support element.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Freileitungsseils beziehungsweise des zu seiner Herstellung vorgesehenen Verfahrens zeigt sich darin, daß mit Hilfe der Erfindung nunmehr die Festigkeit hochfester Faserverbundwerkstoffe, wie zum Beispiel von Car bonfasern, Aramidfasern oder auch Glasfasern ausgenutzt werden kann, um größere Spannweiten zwischen den Masten zu erzielen. Ebenso können aufgrund des geringen Seildurchhangs erheblich niedrigere Masten Verwendung finden bei gesteigerter Lei stungsdichte, was zu geringerer Bodennutzung führt und sich so umweltgünstig aus wirkt wegen geringeren Landschaftsverbrauchs.The advantage of the overhead line cable according to the invention or to it The intended method of manufacture shows that with the help of the invention now the strength of high-strength fiber composite materials, such as Car candy fibers, aramid fibers or glass fibers can be used to make larger To achieve spans between the masts. Likewise, due to the low Rope sag significantly lower masts are used with increased lei density, which leads to less land use and is thus environmentally friendly works due to lower landscape consumption.

Ausgehend von der Erkenntnis, daß Faserverbundwerkstoffe elastische Dehnungen von über 1% erlauben, während metallische Werkstoffe bereits bei Dehnungen ober halb 0,1% plastisch, das heißt irreversibel, verformt werden, wird, wie vorstehend aus geführt, das metallische Leitermaterial bei der Montage der Freileitung gezielt elastisch bzw. plastisch verformt, so daß das so gestaltete Freileitungsseil über den gesamten Temperaturbereich an seinem jeweiligen Einsatzort sicher betrieben werden kann.Based on the knowledge that fiber composite materials have elastic strains allow of over 1%, while metallic materials already at elongations above half 0.1% plastic, that is irreversible, is deformed, as above led, the metallic conductor material specifically elastic when installing the overhead line or plastically deformed, so that the overhead line cable designed in this way over the entire Temperature range can be operated safely at its respective location.

Bei dieser Erfindung wird ferner das unterschiedliche Dehnungsverhalten der zum Ein satz vorgesehenen Werkstoffe bei unterschiedlichen Temperaturen berücksichtigt. Während Faserverbundwerkstoffe nahezu keine Wärmedehnung zeigen, kommt bei metallischen Werkstoffen jeweils ein werkstoffspezifischer Ausdehnungskoeffizient zum Tragen.In this invention, the different elongation behavior is also the one provided materials at different temperatures. While fiber composite materials show almost no thermal expansion, metallic materials each have a material-specific expansion coefficient for Carry.

Werden Aluminiumdrähte bei einer Dehnung über ihre elastische Dehnungsgrenze von etwa 0,05% bis zu 0,25% hinaus bis zu 1% gedehnt und anschließend wieder entlastet, entsprechend einer Temperaturerhöhung mit einhergehender thermisch bedingter Län gung, so verhält sich der Werkstoff während dieser Entlastungsphase rein elastisch. Are aluminum wires stretched beyond their elastic limit of about 0.05% up to 0.25% stretched up to 1% and then relieved, corresponding to an increase in temperature with associated thermally induced length supply, the material behaves purely elastic during this relief phase.

Das bedeutet in der Praxis, daß bei Entlastung des Aluminiumseils der elastische Ver formungsanteil vom Betrag der Gesamtverformung abzuziehen ist, so daß nur der plastische Anteil bleibt.In practice, this means that the elastic Ver subtraction from the amount of total deformation, so that only the plastic part remains.

Für Aluminiumwerkstoffe hoher Festigkeit ist bekannt, daß sie gegenüber weichen Al-Werkstoffen größere elastische Bereiche aufweisen. Thermomechanische Untersu chungen zeigen, daß auch die Elastizitätsgrenzen von harten, das heißt hochfesten Al-Werkstoffen in Kombination mit Faserverbundwerkstoffen, bei Dehnungen bis 1% und darüber hinaus, für den für Freileitungen geforderten Temperaturbereich nicht ausrei chend sind. Erst eine detaillierte Betrachtung der Kräfteverteilung in Seilkonstruktionen der erfindungsgemäßen Art unter Temperatureinwirkung zeigen einen zusätzlichen elastischen Dehnungsgewinn für die Leiterdrähte.It is known for high strength aluminum materials that they give way to Al materials have larger elastic ranges. Thermomechanical investigation Research shows that the elastic limits of hard, that is, high-strength Al materials in combination with fiber composite materials, with strains up to 1% and moreover, not sufficient for the temperature range required for overhead lines are correct. First a detailed examination of the distribution of forces in rope constructions the type according to the invention under the influence of temperature show an additional elastic gain in elongation for the conductor wires.

Entsprechend den für den Betrieb ermittelten Temperatureckwerten läßt sich mit der erfindungsgemäßen Gestaltung des Freileitungsseils erreichen, daß der überwiegende Lastanteil vom Tragelement aus Faserverbundwerkstoff übernommen wird, während das metallische Leiterseil nur mit maximal dem seiner elastischen Verformung entspre chenden Lastanteil belastet wird.According to the temperature parameters determined for operation, the Design of the overhead line rope according to the invention achieve that the predominant Load share is taken over by the support element made of fiber composite material, while the metallic conductor rope only corresponds to that of its elastic deformation appropriate load portion is loaded.

Faserverbundwerkstoffe hoher Zugfestigkeit, z. B. glasfaser- oder kohlen stoffaserverstärkte Kunststoffe sind querkraftempfindlich. Um dennoch mit her kömmlichen Seilarmaturen hohe Seilzugkräfte mit dem erfindungsgemäßen Freileitungsseil übertragen zu können, müssen die Seilverbindungsarmaturen entsprechend angepaßt werden. Eine Möglichkeit, die bei bestehenden Freilei tungen eingesetzten Armaturen zu nutzen, besteht in der Verwendung von querkraftunempfindlichen Fasermaterialien, beispielsweise Aramidfasern, be ziehungsweise durch die Kombination mit anderen Fasermaterialien in Form eines konzentrischen Schichten gebildeten Tragelements, bei welchem der Kern aus hochfesten aber querkontraktionsempfindlichen Fasern, wie z. B. Carbonfasern, gebildet ist, um welchen Kern weitere konzentrische Lagen von Fasern aus geringer querkontraktionsempfindlichen Fasermaterial angeordnet sind.Fiber composite materials with high tensile strength, e.g. B. glass fiber or carbon Fiber-reinforced plastics are sensitive to lateral forces. To still come along conventional rope fittings high tensile forces with the invention To be able to transmit overhead line rope, the rope connection fittings be adjusted accordingly. One way with existing free card to use fittings used consists in the use of shear-resistant fiber materials, for example aramid fibers, be or by combining with other fiber materials in shape a concentric layers formed support member, in which the Core of high-strength but cross-contraction sensitive fibers, such as. B. Carbon fibers, is formed around which core further concentric layers of Fibers made from less cross-contraction-sensitive fiber material are.

Anhand eines nachfolgend behandelten Ausführungsbeispiels für ein erfin dungsgemäßes Freileitungsseil mit einem Tragelement aus Carbonfasern und Leiter drähten aus einem Al-Werkstoff sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sowie weitere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.Using an exemplary embodiment for a invented item discussed below Overhead cable according to the invention with a support element made of carbon fibers and conductor wires from an Al material, the invention, advantageous embodiments and Improvements of the invention and further advantages of the invention are explained in more detail and to be discribed.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 die zur Seildimensionierung verwendeten Formeln; Figure 1 shows the formulas used for rope dimensioning.

Fig. 2 den Zusammenhang von Dehnung und Zugkraft für ein Aluminium/Carbon Faser Freileitungsseil für eine konstruktiv festgelegte maximale Betrieb stemperatur von 149°C; Figure 2 shows the relationship of elongation and tensile force for an aluminum / carbon fiber overhead line for a design maximum operating temperature of 149 ° C.

Fig. 3 den Zusammenhang von Dehnung und Zugkraft für ein zweites Anwen dungsbeispiel mit einer konstruktiv festgelegten maximalen Betriebstempera tur von 273°C; Figure 3 shows the relationship of elongation and tensile force for a second application example with a design maximum operating temperature of 273 ° C .;

Fig. 4 eine grafische Umsetzung der in Fig. 1 gegebenen Formel 5 für die in den Fig. 2 und 3 behandelten Beispiele. FIG. 4 shows a graphic implementation of the formula 5 given in FIG. 1 for the examples dealt with in FIGS. 2 and 3.

Während die in Fig. 1 in den Formeln 1 und 2 beschriebenen Zusammenhänge als hinlänglich anzusehen sind, trifft dies für die Formeln 3 bis 5 nicht mehr zu.While the relationships described in formulas 1 and 2 in FIG. 1 are to be regarded as sufficient, this no longer applies to formulas 3 to 5.

Der in Formel 3 beschriebene Zusammenhang betrifft die Gesamtdehnung eines Ver bundkörpers, das heißt eines aus wenigstens zwei unterschiedlichen Werkstoffen ge bildeten Bauteils.The relationship described in Formula 3 relates to the total elongation of a ver bund body, that is, one made of at least two different materials formed component.

Formel 4 wiederum beschreibt die thermisch induzierte Dehnung, die im vorliegenden Fall nur beim metallischen Leiter auftritt.Formula 4 in turn describes the thermally induced elongation, which is in the present Case only occurs with the metallic conductor.

Die Formel 5 schließlich ist eine aus den Formeln 3 und 4 gebildete Gleichung, in wel cher die unterschiedlichen Dehnungen der beteiligten Werkstoffpartner berücksichtigt sind.Finally, formula 5 is an equation formed from formulas 3 and 4, in which The different strains of the material partners involved are taken into account are.

mit σ_M = Zugfestigkeit des Leitermaterials
A_M = Querschnittsfläche des Leitermaterials
α_M = Ausdehnungskoeffizient des Leitermaterials
E_M = E-Modul des Leitermaterials
E_FV = E-Modul des Faserverbundmaterial
A_FV = Querschnittsfläche des Faserverbundelements
Δϑ = Temperaturintervallwith σ _M = tensile strength of the conductor material
A _M = cross-sectional area of the conductor material
α _M = coefficient of expansion of the conductor material
E _M = modulus of elasticity of the conductor material
E _FV = E-module of the fiber composite material
A _FV = cross-sectional area of the fiber composite element
Δϑ = temperature interval

In Fig. 2 ist die Kraftverteilung eines erfindungsgemäßen Freileitungsseils über der zugehörigen Dehnung für "weiches" Aluminium bei einer Temperatur von 149°C aufge tragen. Mit den angegebenen Werkstoffkennwerten und Seildaten lassen sich die ma ximalen Kräfte für den Faseranteil (F_Cmax) und den Metallteil (F_Almax) ablesen.In Fig. 2, the force distribution of an overhead line cable according to the invention over the associated elongation for "soft" aluminum at a temperature of 149 ° C wear. The maximum material forces for the fiber content (F _Cmax ) and the metal part (F _Almax ) can be read using the specified material properties and rope data.

Aufgrund der geringen Zugfestigkeit des Al-Werkstoffes wird bei zunehmender Deh nung dieser plastisch verformt und erreicht im Montagezustand eine Dehnung von 0,36%. Die Hauptlast wird hierbei vom Faseranteil getragen (B2 und B3). Bei steigen der Temperatur über die Montagetemperatur hinaus übernimmt der Faseranteil mehr und mehr den vom sich längenden Aluminium nicht mehr tragbaren Lastanteil bis schließlich der Lastanteil im Aluminium Null (C2) wird und der Faseranteil die gesamte Last aufnimmt (C1). Die Gesamtkraft des Seils wird vereinfachend als konstant ange nommen (B1). Damit ist die zulässige Betriebstemperatur von 149°C erreicht.Due to the low tensile strength of the Al material, increasing Deh This is plastically deformed and reaches an elongation of 0.36%. The main load is borne by the fiber content (B2 and B3). When rising If the temperature exceeds the assembly temperature, the fiber portion takes over more and more the part of the load that is no longer bearable by the lengthening aluminum finally the load share in aluminum becomes zero (C2) and the fiber share the total Load takes up (C1). To simplify matters, the total force of the rope is assumed to be constant taken (B1). The permissible operating temperature of 149 ° C has been reached.

Fällt die Temperatur ausgehend vom Montagezustand, kann vom Al-Anteil keine zu sätzliche Last aufgenommen werden, da die maximale Kraft F_Almax bereits erreicht wur de (A1). Infolge der abfallenden Temperatur, zum Beispiel auf -20°C, zieht sich der Al-Anteil zusammen, was zu einer weiteren bleibenden Dehnung führt. Die gesamte blei bende Dehnung ergibt sich aus der bleibenden Montagedehnung und der bleibenden Dehnung durch den Temperaturabfall. Steigt die Temperatur wieder auf den Wert der Montagetemperatur, dann befindet sich der Al-Anteil wieder im elastischen Zustand und kann bei fallender Temperatur wieder Lastanteile übernehmen.If the temperature drops from the installation state, no additional load can be taken up by the Al component, since the maximum force F _{Almax has} already been reached (A1). As a result of the falling temperature, for example to -20 ° C, the Al portion contracts, which leads to a further permanent expansion. The total permanent expansion results from the permanent assembly expansion and the permanent expansion due to the temperature drop. If the temperature rises again to the value of the assembly temperature, the Al component is again in the elastic state and can take over load components again when the temperature drops.

In Fig. 3 ist die Kraftverteilung gemäß einer Variante eines erfindungsgemäßen Freilei tungsseils über der zugehörigen Dehnung für "hartes" Aluminium aufgetragen. Mit den angegebenen Werkstoffkennwerten und Seildaten lassen sich die maximalen Kräfte für den Faseranteil (F_Cmax) und den Metallteil (F_Almax) ablesen.In Fig. 3, the force distribution according to a variant of a cable line according to the invention is applied over the associated elongation for "hard" aluminum. The maximum material forces (F _Cmax ) and metal part (F _Almax ) can be read off with the specified material properties and rope data.

Betrachtet man den Montagezustand bei einer Seildehnung von 0,19% so werden etwa 1/3 der Zugkraft (D3) vom Faseranteil und 2/3 der Zugkraft vom Aluminiumanteil getra gen. Mit zunehmender Temperatur längt sich der Al-Anteil entsprechend α_Al = 23_*10^-6 1/K, wodurch sich der Lastanteil vom Aluminium auf das Tragelement aus Carbonfaser verlagert, bis die gesamte Zugkraft schließlich vom Faseranteil getragen wird (E1). Wie im vorausgegangenen Beispiel (Fig. 2) wir die Gesamtkraft des Seils vereinfachend als konstant angenommen. If one looks at the assembly state with a rope elongation of 0.19%, about 1/3 of the tensile force (D3) is borne by the fiber portion and 2/3 of the tensile force by the aluminum portion. With increasing temperature, the Al portion lengthens accordingly α _Al = 23 _* 10 ^-6 1 / K, whereby the load portion is shifted from the aluminum to the carbon fiber support element until the entire tensile force is finally borne by the fiber portion (E1). As in the previous example ( Fig. 2), we simply assume that the total force of the rope is constant.

Auch für sinkende Temperaturen gilt das vorbeschriebene Verhalten, indem sich der Al-Anteil zusammenzieht und den anteiligen Lastanteil aus dem Faseranteil unter ein hergehender elastischer Dehnung bis zur maximalen Kraft (F_Almax) aufnimmt. Mit den hierbei eingesetzten Material- und Seildaten resultiert wie in Fig. 2 ein Bereich der möglichen Betriebstemperatur von insgesamt 338K, nämlich von -63°C bis 273°C.The behavior described above also applies to falling temperatures, in that the Al component contracts and absorbs the proportional load component from the fiber component under elastic expansion to the maximum force (F _Almax ). With the material and rope data used here, as in FIG. 2, a range of the possible operating temperature of a total of 338K results, namely from -63 ° C. to 273 ° C.

In Fig. 4 ist eine grafische Umsetzung der in Fig. 1 gegebenen Formel 5 dargestellt. Hierbei wird das jeweilige Temperaturintervall Δϑ vorgegeben. Durch die Variation des Leiterwerkstoffes, zum Beispiel mit σ_M = 84 N/mm² für Aluminium der Festigkeitsklas se F8, sowie der Querschnittsverhältnisse von Leiter zu Faserwerkstoff kann die Di mensionierung des Freileitungsseils vorgenommen werden. FIG. 4 shows a graphic implementation of the formula 5 given in FIG. 1. The respective temperature interval Δϑ is specified here. The dimensioning of the overhead line cable can be carried out by varying the conductor material, for example with σ _M = 84 N / mm² for aluminum of strength class F8, as well as the cross-sectional ratios of conductor to fiber material.

Das erfindungsgemäße Freileitungsseil kann mit herkömmlichen Produktionsmaschi nen gefertigt werden. Der Seilaufbau kann hierbei ähnlich dem konventionellen Aufbau sein, wobei aber die Umschlingung der Leiterdrähte um das Tragseil aus Faserver bundwerkstoff letztlich zu dessen Halterung vorgesehen ist und weniger zur Kraftüber tragung, da der Querschnitt des aus Faserverbundwerkstoff gebildeten Tragseils so bemessen wird, daß er ausreicht, um die gesamte mechanische Last, im Fall der ma ximalen Betriebstemperatur aufzunehmen.The overhead line cable according to the invention can be used with conventional production machines be manufactured. The rope structure can be similar to the conventional structure be, but with the looping of the conductor wires around the support rope made of fiber Ultimately, bundle material is intended to hold it and less to transfer force bearing, because the cross section of the fiber rope made of fiber composite material is dimensioned so that it is sufficient to the total mechanical load, in the case of ma ximal operating temperature.

Durch den Einsatz unterschiedlicher Leiterwerkstoffe kann darüberhinaus bei konstan tem Querschnittsverhältnis der erwünschte Temperaturbereich variiert werden.By using different conductor materials, it is also possible to use constant tem cross-sectional ratio of the desired temperature range varies will.

Claims

1. Freileitungsseil, insbesondere für eine Hochspannungsfreileitung, mit einem Tragelement aus einem Faserverbundmaterial und einem metallischen Leitermaterial, welches Freileitungsseil zwischen wenigstens zwei Masten gespannt ist, dadurch ge kennzeichnet, daß das Tragelement bei der maximalen Betriebstemperatur zur Auf nahme der gesamten angreifenden mechanischen Last vorgesehen ist, daß die am Tragelement gehaltenen Leiterdrähte plastisch verformt sind und höchstens den ihrer maximalen Zugestigkeit entsprechenden Lastanteil aufnehmen.1. Overhead cable, in particular for a high-voltage overhead line, with a support element made of a fiber composite material and a metallic conductor material, which overhead cable is stretched between at least two masts, characterized in that the support element is provided at the maximum operating temperature for taking on the entire attacking mechanical load that the conductor wires held on the support element are plastically deformed and at most absorb the load proportion corresponding to their maximum tensile strength.

2. Freileitungsseil, insbesondere für eine Hochspannungsfreileitung, mit einem Tragelement aus einem Faserverbundmaterial und einem metallischen Leitermaterial, welches Freileitungsseil zwischen wenigstens zwei Masten gespannt ist, dadurch ge kennzeichnet, daß das Tragelement bei der maximalen Betriebstemperatur zur Auf nahme der gesamten angreifenden mechanischen Last vorgesehen ist, daß die am Tragelement gehaltenen Leiterdrähte elastisch verformt sind und höchstens den ihrer maximalen Zugestigkeit entsprechenden Lastanteil aufnehmen.2. overhead line rope, in particular for a high-voltage overhead line, with a Support element made of a fiber composite material and a metallic conductor material, which overhead cable is stretched between at least two masts, ge indicates that the support element for opening at the maximum operating temperature Assumption of the entire attacking mechanical load is provided that the am Carrier element held conductor wires are elastically deformed and at most their Take up the corresponding load share for maximum tensile strength.

3. Freileitungsseil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Be trieb des Freileitungsseil in einem bestimmten Temperaturintervall vorgesehen ist und daß für dieses Temperaturintervall die Querschnittsflächen des Tragelements und des Leitermaterials die nachfolgend angegebene Beziehung erfüllen: mit σ_M = Zugfestigkeit des Leitermaterials
A_M = Querschnittsfläche des Leitermaterials
α_M = Ausdehnungskoeffizient des Leitermaterials
E_M = E-Modul des Leitermaterials
E_FV = E-Modul des Faserverbundmaterials
A_FV = Querschnittsfläche des Faserverbundelements
Δσ = Temperaturintervall 3. overhead line rope according to claim 1 or 2, characterized in that the operation of the overhead line rope is provided in a certain temperature interval and that for this temperature interval the cross-sectional areas of the support element and the conductor material meet the following relationship: with σ _M = tensile strength of the conductor material
A _M = cross-sectional area of the conductor material
α _M = coefficient of expansion of the conductor material
E _M = modulus of elasticity of the conductor material
E _FV = E-module of the fiber composite material
A _FV = cross-sectional area of the fiber composite element
Δσ = temperature interval

4. Freileitungsseil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragelement zentral angeordnet ist, um welches die Leiterdrähte gleichförmig in Win dungen geschlagen sind.4. overhead line cable according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the Supporting element is arranged centrally around which the conductor wires are uniform in win are beaten.

5. Freileitungsseil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Steigung einer Windung zwischen 0,1 m und 5 m beträgt.5. overhead line cable according to one of the preceding claims, characterized ge indicates that the pitch of a turn is between 0.1 m and 5 m.

6. Freileitungsseil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Steigung einer Windung 0,7 m bis 1 m beträgt.6. overhead line cable according to one of the preceding claims, characterized ge indicates that the pitch of a turn is 0.7 m to 1 m.

7. Freileitungsseil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß das Tragelement aus Kohlenstoffasern gebildet ist.7. overhead line cable according to one of the preceding claims, characterized ge indicates that the support element is formed from carbon fibers.

8. Freileitungsseil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragelement aus Kunstoffasern gebildet ist.8. overhead line cable according to one of claims 1 to 6, characterized in that the support element is formed from plastic fibers.

9. Freileitungsseil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragelement aus Glasfasern gebildet ist.9. overhead line cable according to one of claims 1 to 6, characterized in that the support element is formed from glass fibers.

10. Freileitungsseil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragelement aus Silizium-Karbid gebildet ist.10. overhead line cable according to one of claims 1 to 6, characterized in that the support element is formed from silicon carbide.

11. Freileitungsseil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragelement aus Borfasern gebildet ist.11. overhead line cable according to one of claims 1 to 6, characterized in that the support element is formed from boron fibers.

12. Freileitungsseil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Leiterdrähte aus Aluminium oder einer seiner Legierungen ge bildet sind.12. overhead line cable according to one of the preceding claims, characterized ge indicates that the conductor wires made of aluminum or one of its alloys forms are.

13. Freileitungsseil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterdrähte aus Kupfer oder einer seiner Legierungen gebildet sind.13. overhead line cable according to one of claims 1 to 10, characterized in that the conductor wires are made of copper or one of its alloys.

14. Freileitungsseil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Umschlingung des Tragelements durch die Leiterdrähte zur Be festigung des Leitersmaterials am Tragelement dient. 14. Overhead cable according to one of the preceding claims, characterized ge indicates that the wrapping of the support element through the conductor wires for loading Fixing the conductor material on the support element is used.

15. Freileitungsseil nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 12 bis 14 gekenn zeichnet durch ein konzentrische Faserschichten aus unterschiedlichem Faserwerkstoff aufweisendes Tragelement, das mit Leiterdrähten vereinigt ist.15. Overhead cable according to one of claims 1 to 5 and 12 to 14 is characterized by a concentric fiber layers made of different fiber materials having supporting element which is united with conductor wires.

16. Freileitungsseil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern des Tragelements aus querkontraktionsempfindlichen Fasern, z. B. Kunstoffasern wie Aramidfasern, gebildet ist, um welchen Kern weitere konzentrische Lagen von Fasern aus geringer querkontraktionsempfindlichen Fasermaterial angeordnet ist.16. Overhead cable according to claim 15, characterized in that the core the support element made of cross-contraction-sensitive fibers, e.g. B. plastic fibers such Aramid fibers, around which core further concentric layers of fibers are formed is arranged from less cross-contraction-sensitive fiber material.

17. Verfahren zur Herstellung eines Freileitungsseils nach einem der vorherigen Ansprüche, bei welchem ein Tragelement und wenigstens ein Leiterdraht miteinander zu einem Freileitungsseil vereinigt sind, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

a) ein als Tragelement dienender Kern wird mit Leitermaterial verbunden, das quasiparallel zum Tragelement verläuft;
b) das Tragelement und Leitermaterial werden mit einem Ende an einem Mast befestigt;
c) das Tragelement und Leitermaterial werden anschließend zum jeweils nächst folgenden Mast geführt und gespannt, bevor deren Befestigung an diesem Mast erfolgt;
d) beim Spannen erfahren die Leiterdrähte aufgrund der angreifenden Lasten ei ne elastische oder infolge Überdehnung eine plastische Verformung, wodurch je nach Konstruktionsauslegung erreicht wird, daß abgesehen vom elastischen Anteil die am Freileitungsseil angreifenden Lasten, zum Beispiel aus Spannkräften und Windkräften, bei der maximalen Betriebstemperatur ausschließlich vom Tragelement aufgenommen werden.

17. A method for producing an overhead line cable according to one of the preceding claims, in which a support element and at least one conductor wire are combined to form an overhead line cable, characterized by the following steps:

a) a core serving as a supporting element is connected to conductor material which runs quasi-parallel to the supporting element;
b) the support element and conductor material are attached at one end to a mast;
c) the supporting element and conductor material are then guided and tensioned to the next following mast before they are attached to this mast;
d) during tensioning, the conductor wires experience elastic deformation due to the attacking loads or due to overstretching, which, depending on the design, ensures that, apart from the elastic component, the loads attacking the overhead line rope, e.g. from tensioning forces and wind forces, at the maximum operating temperature only be taken up by the support element.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterdrähte in gleichförmigen Windungen geschlagen werden.18. The method according to claim 17, characterized in that the conductor wires be struck in uniform turns.

19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterdrähte parallel oder quasiparallel zum Tragelement angeordnet und daran mittels Halteringen befestigt werden.19. The method according to claim 17, characterized in that the conductor wires arranged parallel or quasi-parallel to the support element and on it by means of retaining rings be attached.