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Leitungsseil für Hochspannungsfreileitungen
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Die Erfindung betrifft ein Leitungsseil für Hochspannungsfreileitungen
zur gleichzeitigen Energie- und Nachrichtenübertragung, insbesondere Phasenseil-Lichtwellenleiterkabel
oder Erdseil-Lichtwellenleiterkabel, bei dem die Lichtleitfasern im Kern des Leitungsseils
angeordnet sind.
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Derartige Leitungsseile sind in der Veröffentlichung von R. Ruchet
et al.: "Transmission of information by means of optical fibres incorporated in
an overhead earth conductor" (CIGRE 1982, Rapport 35-08) beschrieben. Dieses Leitungsseil
weist in seinem Zentrum einen mit Plastik umhüllten Stahldraht auf, der durch mehrere
ummantelte optische Fasern, die den Informationsübertragung dienen, umgeben ist.
Stahldraht und.optische Fasern sind durch einen Mantel aus Polyäthylen umgeben,
der seinerseits durch ein Aluminiumband umwickelt ist. Auf das so gebildete optische
Kabel ist der erforderliche Trag- und Leiterquerschnitt aus Aldreydrähten aufgebracht.
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Ein derartig aufgebautes Leitungsseil hat den Nachteil, daß sein Außendurchmesser
gegenüber einem konventionellen Leitungseil, das keinen integrierten Lichtwellenleiter,
jedoch in etwa die gleichen mechanischen und elektrischen Eigenschaften aufweist,
erheblich vergrößert ist. Diese Durchmesservergrößerung ist vorallem auf den Polyäthylenmantel
zurückzuführen, der relativ dick ausgebildet werden muß, um die erforderliche Feuchtigkeitsdichtigkeit
und mechanische Festigkeit zu gewährleisten.
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Dennoch ist der Polyäthylenmantel nicht in der Lage, wesentliche Anteile
der Zugspannung des Leiterseils zu übernehmen, daß seine Zugfestigkeit relativ gering
ist.
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Eine Vergrößerung des Durchmessers führt aber zu einer vergrößerten
Windangriffsfläche, so daß größere Kräfte wirksam werden als für konventionelle
Leitungseile. Auch das Durchhangsverhalten eines Phasenseil-Luftkabels (Nachrichtenkabel)
weicht von dem eines konventionellen Leiters ab. Da ein Phasenseil-Luftkabel häufig
gemeinsam mit konventionellen Leitungsseilen auf einer Trasse geführt wird, können
sich durch das unterschiedliche Durchhangsverhalten Abstandsverminderungen zwischen
den Leitungsseilen ergeben, die unter Umständen nicht zulässig sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Leitungsseil der eingangs genannten
Art derart auszubilden, daß es sich hinsichtlich seiner mechanischen und elektrischen
Eigenschaften von einem Leitungsseil gleichen Durchmessers, welches jedoch konventionell,
d.h. ohne Lichtwellenleiter, ausgebildet ist, nicht wesentlich unterscheidet.
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Das bedeutet mit anderen Worten, daß durch die Integration eines Lichtwellenleiters
in das Leitungsseil sich insbesondere dessen Seildurchmesser nicht wesentlich vergrößern
soll. Die Seilquerschnitte, Seildurchmesser, Seilfestigkeit und die elektrische
Ubertragungsfähigkeit des Seiles sollen gemäß DIN 48204 in etwa eingehalten werden.
Ferner sollen die geschilderten Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lichtleitfasern
durch ein hochzugfestes, hochdruckfestes, schwingungsfestes, feuchtigkeitsundurchlässiges,
für Freileitungen geeignetes Material mit einer Zugfestigkeit von wenigstens 700
N/mm2 umhüllt sind, um das die metallischen Leitungsdrähte verseilt sind. Als Umhüllungsmaterial
ist solches auf Kunststoffbasis besonders geeignet.
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Das Umhüllungsmaterial kann dabei als Mantel oder Rohr ausgebildet
sein, in dem eine begrenzte Relativbewegung der Lichtwellenleiter möglich ist. Schwingungsfest
sind nach DIN VDE 0212, Teil 51, solche Leitungsseile, die bei mindestens 108 Lastwechseln
keine Brüche aufweisen.
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Für das Umhüllungsmaterial kann vorzugsweise auch eine Zugfestigkeit
von wenigstens 900 N/mm2 vorgeschrieben werden.
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Die Vorteile eines Phasenseiles mit Lichtleiterkabel gemäß der Erfindung
sind insbesondere dort zu sehen, wo Lichtleiterkabel auf vorhandene Leitungen nachgerüstet
werden sollen. Dies trifft vorallem bei Mittelspannungsfreileitungen zu, wo keine
Erdseile vorhanden sind. Jedes zusätzliche Seil oder jede zusätzliche Durchmesservergrößerung
bedeutet eine zusätzliche mechanische Belastung auf Masten und Fundamente und macht
in der Regel Verstärkungen der Maste und Fundamente erforderlich. Die Erfindung
gibt ein Phasenseil-Lichtwellenleiterkabel an, welches diese Verstärkungen nicht
erforderlich macht, aber die gleichen elektrischen und mechanischen Eigenschaften
wie ein normales Phasenseil aufweist.
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Einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung zufolge besteht das
Umhüllungsmaterial aus faserverstärktem Kunststoff, z.B. glasfaserverstarktem oder
Kohlenstofffaser verstärktem Kunststoff. Diese Materialien weisen eine extrem hohe
Zugfestigkeit auf, die höher als die von Stahl liegen kann. Wegen ihrer hohen Zugfestigkeit
und Schwingungsfestigkeit haben sich glasfaserverstärkte Kunststoffseile beispielsweise
als Tragseile im Antennenbau bewährt, so daß dieses Material als erprobt gelten
kann.
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Die Umhüllung aus faserverstärktem Kunststoff zeichnet sich besonders
durch ihre hohe Druckfestigkeit aus, durch die Druckbeanspruchungen, die insbesondere
beim Verseilen der Seildrähte auftreten, von den im Inneren der Umhüllung liegenden
optischen Fasern, z.B. Glasfasern, abgehalten werden. Diese Eigenschaft tritt bei
kleinen Abmessungen der Umhüllung besonders vorteilhaft hervor.
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Die faserverstärkten Kunststoffe eigenen sich besonders gut als Hitzeschutzmantel
für die Lichtwellenleiter, sie sind wasserundurchlässig und gegen atmosphärische
Beanspruchungen unempfindlich. Ferner weisen sie ein geringes Gewicht auf.
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Die hohe Schwingungsfestigkeit der faserverstärkten Kunststoffe ist
hervorzuheben. Sie stellt die Uberlegenheit der erfindungsgemäßen Leitungsseile
gegenüber solchen mit Polyäthylen- oder Aluminiumummantelung der Lichtwellenleiter
heraus. Letztere sind gegen winderregte Schwingungen anfällig und neigen zum Schwingungsbruch.
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Vorzugsweise weist das Umhüllungsmaterial, je nach Anzahl der in ihm
enthaltenen Lichtwellenleiter (z.B. zwei bis sechs Lichtleiterfasern) und der erforderlichen
mechanischen Beanspruchung, einen Außendurchmesser von 3,5 bis 7 mm auf. Ein Außendurchmesser
von etwa 5 mm kann als besonders geeignet angesehen werden. Die Wandstärke des Umhüllungsmaterials
liegt zwischen 0,5 und 2 mm.
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Auf diese Weise ist ein kleiner Kerndurchmesser realisierbar, der
bei Einbau in ein Leitungsseil nur zu einer geringen Vergrößerung des Leitungsseilquerschnittes
führt. Wird bei einem Leitungsseil der metallische
durch den erfindungsgemäßen optischen Kern ersetzt, so kann unter Umständen eine
Querschnittsvergrößerung ganz vermieden werden. Dieser Vorteil tritt besonders bei
Leitungsseilen mit Stahlseele hervor, weil bei diesen Leitungsseilen das Fehlen
eines Stahldrahtes (Kerndraht) sich praktisch nicht auf die elektrischen Eigenschaften
des Leitungsseiles auswirkt, wobei die mechanische Beanspruchung des Stahldrahtes
zumindest teilweise durch den faserverstärkten Mantel des optischen Kerns aufgenommen
werden kann.
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Dort, wo beim Ersatz eines Stahldrahtes durch einen optischen Kern
die Zugspannung nicht vollständig von dem hochzugfesten Material übernommen werden
kann, ist es vorteilhaft, für die übrigen Stahldrähte der Stahlseele solche Stahldrähte
auszuwählen, die eine etwas höhere Zugfestigkeit als die üblichen Stahldrähte aufweisen.
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Hier können beispielsweise Stahldrähte StIV gemäß DIN 48200 anstelle
der konventionellen Stahldrähte StIII verwendet werden. Es können vorteilhaft auch
Stahldrähte mit höherer Zugfestigkeit eingesetzt werden, um so eine verringerte
Stahlquerschnittsfläche auszugleichen, die sich bei Verwendung dünnerer Stahldrähte,
als bei konventionellen Leitungsseilen üblich, ergibt. Durch diese usgestaltungen
der Erfindung erhält man eine Stahlseele mit integriertem optischen Kern, deren
Durchmesser in etwa gleich dem einer konventionellen Stahlseele ist.
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Sofern eine Stahlseele entbehrlich ist, können zweck-mäßigerweise
um den optischen Kern unmittelbar Drähte aus Aluminium, Kupfer, aus einer Aluminiumlegierung
oder einer Kupferlegierung oder aluminiumumhüllte Stahldrähte und dergleichen verseilt
werden. Wie schon erwähnt wurde, reicht die Druckfestigkeit des Umhüllungmaterials
hierfür aus.
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Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
gezeigt ist, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
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Es zeigt: Fig. 1 ein konventionelles Aluminium-Stahlseil nach DIN
48204 und Fig. 2 ein Aluminium-Stahlseil mit erfindungsgemäßem Lichtwellenleiterkabel.
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Das Aluminium-Stahlseil gemäß Fig. 1 besteht aus einer Stahlseele
mit sieben Stahldrähten 11 und aus sechsundzwanzig in zwei Drahtlagen angeordneten
Aluminiumdrähten 12. Die technischen Merkmale, die der DIN 48204 und VDE 0210 entnommen
werden können, sind folgende: 7 Stahldrähte (1+6) Drahtdurchmesser: 2,68 mm Stahlkern-Querschnitt:
39,5 mm2 26 Aluminium-Drahte (10+16) Drahtdurchmesser: 3,45 mm, Aluminium-Querschnitt:
243 mm2 Seildurchmesser: 21,9 mm Seilgewicht: 0,987 kg/m Ausschwingwinkel: 49,62°
Im
Unterschied zum Seil gemäß Fig. 1 weist das erfindungsgemäße Seil, das in Fig. 2
dargestellt ist, ein Lichtwellenleiterkabel auf. Dieses ist in der Achse des Seiles
angeordnet. Das Lichtwellenleiterkabel besteht aus vier optischen Fasern 23 (z.B.
lose coatierte Gradientenfasern), die um eine Kunststoff-Trense 24 gewickelt sind
und von einem Mantel 25 aus glasfaserverstärktem Kunststoff mit hoher Zugfestigkeit
umgeben sind. Der Mantel 25 sitzt so lose auf dem Faserbündel 23, daß dieses sich
leicht in dem Mantel 25 bewegen kann. Ferner können, was nicht dargestellt wurde,
die Hohlräume im Mantel inneren durch Füllmaterial aufgefüllt sein. Bei der Herstellung
des Mantels 25 können Glasfasern um das optische Faserbündel gelegt werden und anschließend
mit Kunstharz getränkt und ausgehärtet werden.
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Um den Mantel 25 sind zehn Stahldrähte 21 verseilt, die die Stahlseele
bilden. Die Stahlseele ist von zwei verseilten Lagen aus runden Aluminiumdråhten
22 umgeben, wobei die Schlagrichtungen dieser beiden verseilten Lagen gegenläufig
sind.
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Die technischen Merkmale des Seils gemäß Fig. 2.sind folgende: 1 Lichtwellenieiterkabel
mit 4'beschichteten Glasfasern und faserverstärktem Mantel Durchmesser: 5,0 mm 10
Stahldrähte Drahtdurchmesser: 2,24 mm Stahlseelen-Durchmesser: 39,40 mm2 12 Aluminiumdrähte
Drahtdurchmesser: 3,33 mm 20 Aluminiumdrähte Drahtdurchmesser: 3,00 mm Aluminiumquerschnitt:
245,76 mm2 Seildurchmesser: 22,14 mm Seilgewicht: 1,037 kg/m Ausschwingwinkel: 48,530
Ein
Vergleich der beiden Seile gemäß Fig. 1 und Fig. 2 zeigt, daß sich das Leitungsseil
mit integriertem Lichtwellenleiterkabel nur sehr wenig von dem DIN-Vergleichsseil
gemäb Fig. 1 unterscheidet. Es liegt bei dem Seil gemäß Fig. 2 auf der Hand, daß
durch Variation der Querschnittsaufteilung pro Drahtlage, eventuell unter Einbeziehung
einer Stahlsorte mit höherer Zugfestigkeit, sich für beide Aluminiumdrahtlagen gleiche
Drahtdurchmesser erreichen lassen und daß auch noch geringere Seildurchmesser realisierbar
sind.