DE4333827C2

DE4333827C2 - Energieübertragungskabel mit Lichtwellenleiterelement

Info

Publication number: DE4333827C2
Application number: DE4333827A
Authority: DE
Inventors: Lothar Goehlich; Stefan Schedl; Dirk Kunze
Original assignee: Pirelli Cavi e Sistemi SpA
Current assignee: Prysmian Cavi e Sistemi Energia SRL
Priority date: 1993-09-30
Filing date: 1993-09-30
Publication date: 2003-08-07
Anticipated expiration: 2013-10-01
Also published as: DE4333827A1

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Energieübertragung und befaßt sich mit der konstruktiven Ausgestaltung eines Energieübertragungskabels, bei dem unterhalb des Kabelman tels ein Lichtwellenleiterelement (LWL-Element) angeordnet ist. Bei bekannten Kabeln dieser Art ist auf den Leiter ei ne extrudierte, in aller Regel vernetzte Kunststoffisolie rung aufgebracht, der sowohl eine innere als auch eine äu ßere extrudierte Leitschicht zugeordnet ist; weiterhin sind auf die äußere Leitschicht ein Drahtschirm und darüber eine Bewicklung und ein Außenmantel aus Kunststoff aufgebracht.

Energieübertragungskabel dieser Art werden durch die zu sätzliche Anordnung von LWL-Elementen im Bereich des Lei ters, im Bereich von Zwickelräumen oder im Bereich des Schirmes bzw. des Kabelmantels zusätzlich mit den Funktio nen "Nachrichtenübertragung" und "Sensoren" ausgerüstet. Bei einadrigen Mittel-, Hoch- und Höchstspannungskabeln, bei denen die Verwendung derartiger LWL-Elemente insbeson dere in Betracht kommt, bietet sich vor allem eine Anord nung eines oder mehrerer LWL-Elemente unterhalb des Kabel mantels im Schirmbereich an, sofern dieser Schirm aus drahtförmigen Elementen aufgebaut ist. In diesem Fall kön nen einer oder mehrere Schirmdrähte durch jeweils ein LWL- Element ersetzt werden. Derartige LWL-Elemente sind bei spielsweise in Form eines Kunststoff- oder Metallröhrchens mit darin lose angeordneten Lichtleitfasern handelsüblich (DE 35 18 909 A1, DE 40 27 538 A1). Bei diesen bekannten Energieübertragungskabeln ist das LWL-Element infolge der unmittelbaren Nachbarschaft von Schirmelementen gegen un zulässige mechanische Einwirkungen geschützt. Dies ist jedoch dann nicht mehr der Fall, wenn der Kabelmantel aus Metall besteht und die Schirmfunktion in den Kabelmantel integriert ist.

Für Nachrichtenübertragungszwecke sind an sich Lichtwellen leiter-Kabel bekannt, die flach ausgebildet sind und bei denen beidseitig zu einem oder auch mehreren Lichtleitfasern Verstärkungsbauteile angeordnet sind, die aus verseilten Kupfer- und/oder Stahldrähten bestehen (DE 23 28 490 A1, DE 25 13 723 A1, DE 23 55 853 A1, DE 26 00 100 A1). Weiterhin ist es bekannt, für optische Kabel Lichtwellenleiterelemente zu verwenden, die aus mehreren nebeneinander auf einer Folie oder in einer gemeinsamen Umhüllung angeordneten Lichtleitfasern bestehen (DE 39 13 372 A1).

Ausgehend von einem Energieübertragungskabel mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Anordnung des Lichtwel lenleiterelementes unterhalb des Kabelmantels so zu wählen, daß der Schutz des LWL-Elementes gegen unzulässig hohe Druckbelastungen auch dann gewährleistet ist, wenn beidseits des LWL-Elementes keine Schirmdrähte angeordnet sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß ein metallener Kabelmantel mit integrierter Schirmfunktion vorgesehen ist, und daß dem Lichtwellenleiterelement beidseits Stützelemente zugeordnet sind, deren radiale Höhe wenigstens gleich der radialen Höhe des Lichtwellenleiterelements ist und die mit dem Lichtwellenleiterelement formschlüssig verbunden sind. Bei einer derartigen Ausgestaltung werden Druckbeanspruchungen von den seitlich des LWL-Elementes angeordneten Stützele menten aufgefangen, wobei der Abstand dieser Stützelemente zum Lichtwellenleiterelement durch deren formschlüssige Verbindung mit dem LWL-Element fixiert und damit beim Ver legen des Kabels oder bei Auf- und Abwickelvorgängen nicht veränderbar ist.

Als Stützelemente im Sinne der Erfindung können die beid seits des LWL-Elementes angeordneten Bereiche einer fla chen, das LWL-Element einschließenden Umhüllung aus einem Kunststoff dienen, sofern für diese Umhüllung ein Kunst stoff hoher Festigkeit verwendet wird. Geeignete Kunst stoffe sind beispielsweise vernetztes oder unvernetztes Po lyäthylen, Polyurethan und Polyamid. - Insbesondere dann, wenn als Lichtwellenleiterelement wenigstens ein Röhrchen mit darin lose angeordneten Lichtleitfasern eingesetzt wird, empfiehlt es sich, drahtförmige Stützelemente, bei spielsweise Kupferdrähte, zu verwenden, deren Abstand von dem LWL-Element kleiner als der Durchmesser des LWL-Ele mentes ist, und die Stützelemente und das LWL-Element ge meinsam in eine flache Kunststoffumhüllung einzubetten. Beim Herstellen einer solchen Zuordnung und gegenseitigen Fixierung von LWL-Element und Stützelementen kann man so vorgehen, daß das LWL-Element und die beidseitig angeordne ten Stützelemente auf die jeweilige Kabelader aufgeseilt werden und daß anschließend eine Kunststoffschicht auf die Kabelader extrudiert wird, in die dann das LWL-Element und die beiden Stützelemente eingebettet werden. Fertigungs technisch besonders einfach ist es aber, die flache Umhül lung als Band auszubilden, dessen Breite größer als das 6- fache seiner Höhe ist. Ein solches Band, bei dem die Umhül lung selbst die Stützfunktion wahrnehmen kann oder in das außer dem LWL-Element auch Stützelemente eingebettet sind, kann auf das jeweilige Kabel bzw. die Kabelader aufgeseilt werden. Bei Verwendung eines solchen Bandes empfiehlt es sich, daß dessen Höhe etwa das 1,2-fache bis max. das Dop pelte des Durchmessers des LWL-Elementes beträgt.

Anstelle von LWL-Elementen, die aus einem Röhrchen mit darin lose angeordneten Lichtleitfasern bestehen, können auch LWL-Elemente verwendet werden, die aus mehreren in ei nem flachen Bändchen nebeneinander angeordneten Lichtleit fasern bestehen. In diesem Fall ist das LWL-Bändchen lose in einer Kammer einer flachen, aus extrudiertem Kunststoff bestehenden Umhüllung anzuordnen, wobei entweder in diese Umhüllung beidseits des LWL-Bändchens drahtförmige Stütz elemente eingebettet sind oder daß die flache Umhüllung aus einem Kunststoff hoher Festigkeit besteht. Bei Verwendung von drahtförmigen Stützelementen sollte deren Durchmesser wenigstens gleich der Höhe der Kammer sein, während ihr Ab stand von der Kammer etwa das 1- bis 2-fache der Kammer breite betragen sollte.

Bezüglich der Betriebseigenschaften eines so ausgerüsteten Kabels kann es von Vorteil sein, wenn die Umhüllung, in die das Lichtwellenleiterelement eingebettet ist, elektrisch leitfähig ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig. 1 bis 3 dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 1 ein einadriges Energieübertragunskabel mit Wellmantel und einem zusammen mit zwei Stützelementen in eine Leitschicht einge betteten LWL-Element,

Fig. 2 ein flaches Band mit eingebetteten Stütz elementen und eingebettetem rohrförmigen LWL-Element und

Fig. 3 ein flaches Band mit eingebettetem LWL- Bändchen und beiseitig angeordneten Stütz- Elementen.

Fig. 1 zeigt den Querschnitt eines Energieübertragungska bels, das für eine Übertragungsspannung von 110 kV vorgese hen ist. Dieses Kabel besteht aus dem Leiter 1, einer inne ren extrudierten Leitschicht 2, einer vernetzten Polyathylenisolierung 3, einer äußeren extrudierten Leit schicht 4, einer darüber angeordneten Einbettungsschicht 5, einer Bebänderung 8 und einem gewellten Aluminiummantel 9. - Die auf die äußere Leitschicht 4 aufgebrachte Einbet tungsschicht 5 bildet eine Umhüllung für ein rohrförmiges Lichtwellenleiterelement 6 und zwei beidseitig angeordnete drahtförmige Stützelemente 7. Das LWL-Element 6 und die Stützelemente 7 sind dabei auf die äußere Leitschicht 4 aufgeseilt worden, im gleichen Arbeitsgang ist die Einbet tungsschicht 5 extrudiert worden. Diese ist ebenso elek trisch leitend ausgebildet wie die Bebänderung 8. - Der Ka belmantel 9 übernimmt zugleich die Schirmfunktion des Ka bels. Anstelle eines Wellmantels aus Aluminium kann auch ein gewellter Kupfermantel vorgesehen sein. Ebenso kommt ein nicht gewellter Bleimantel oder ein sogenannter Schich tenmantel mit einer Metallschicht aus Kupfer in Betracht, deren Dicke so bemessen ist, daß sie den erforderlichen Schirmquerschnitt aufweist.

Anstelle der in Fig. 1 gezeigten Anordnung mit einem auf die äußere Leitschicht aufgeseilten LWL-Element und paral lel angeordneten Stützelementen sowie einer extrudierten Einbettungsschicht kann man gemäß Fig. 2 auch ein flaches Band 10 aus einem extrudierten Kunststoff wie Polyäthylen, Polyurethan oder Polyamid verwenden, das zugleich eine Um hüllung für ein rohrförmiges LWL-Element 11 und zwei beid seitig angeordnete Stützelemente 12 bildet. Dieses Band, dessen Breite b etwa das 6-fache seiner Höhe h beträgt, kann auf die äußere Leitschicht eines Energieübertragungs kabels aufgesponnen werden. Um dabei das rohrförmige LWL- Element 11 beim Betrieb des Kabels von durch den Kabelman tel ausgeübten Druckbeanspruchungen zu entlasten, ist der Durchmesser der Stützelemente D_S wenigstens gleich, vor zugsweise etwas größer als der Durchmesser D_L des LWL-Ele mentes 11 gewählt, der beispielsweise 1,2 mm beträgt. In der gemäß Fig. 2 vorgesehenen, möglichst flach ausgestalteten Ausführung des Bandes 10 sind bei gleichen Außendurchmes sern des LWL-Elementes 11 und der Stützelemente 12 der ge genseitige Abstand a dieser Elemente etwas kleiner als der Durchmesser D_S der Stützelemente 12 gewählt. Die Höhe h des Bandes 10 beträgt etwa das 1,2-Fache des Durchmessers D_S der Stützelemente. Im übrigen ist der Kunststoff des Bandes 10 elektrisch leitend ausgebildet.

In Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2 können auch zwei oder mehr rohrförmige LWL-Elemente 11 zwischen jeweils zwei oder mehreren Stützelementen 12 angeordnet sein.

In einer weiteren Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2 können die drahtförmigen Stützelemente 12 entfal len, wenn für das Band 10 ein Kunststoff hoher Festigkeit verwendet wird, so daß die beiden Seitenabschnitte des Ban des 10 zugleich eine Stützfunktion wahrnehmen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist ein bändchen förmiges LWL-Element 15, das aus vier in einer gemeinsamen Umhüllung nebeneinander angeordneten Lichtleitfasern be steht, in einer Kammer 14 eines extrudierten Kunststoffban des 13 angeordnet. Der Querschnitt der Kammer 14 ist dabei größer als der Querschnitt des LWL-Bändchens 15 gewählt, so daß dieses lose in der Kammer 14 angeordnet ist. Die Höhe der Kammer beträgt vorzugsweise mindestens das Doppelte der Höhe des LWL-Bändchens 15. - Seitlich der Kammer 14 sind in dem Band 13 die drahtförmigen Stützelemente 16 angeordnet, deren Durchmesser - mit Rücksicht auf den etwas größeren Abstand zur Kammer 14 - größer als die Höhe der Kammer ge wählt ist. Insgesamt beträgt die Breite des Bändchens etwa das 10-Fache seiner Höhe, so daß ein Verdrehen des Bandes bei seiner Aufwicklung auf eine Kabelader mit Sicherheit vermieden wird.

Claims

1. Energieübertragungskabel mit einer auf die Kunststoffisolierung des Leiters (1) aufgebrachten extrudierten äußeren Leitschicht (4) und mit einem auf die extrudierte Leitschicht (4) aufgeseilten Lichtwellenleiterelement (6; 11; 15) sowie mit einem Kabelmantel, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kabelmantel ein metallener Kabelmantel (9) mit integrierter Schirmfunktion ist, und
daß dem Lichtwellenleiterelement (6; 11; 15) beidseits Stützelemente (7; 12; 16) zugeordnet sind, deren radiale Höhe (D_S) wenigstens gleich der radialen Höhe (D₁)des Lichtwellenleiterelements (6; 11; 15) ist und die mit dem Lichtwellenleiterelement (6; 11; 15) formschlüssig verbunden sind.

2. Energieübertragungskabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente (7; 12; 16) aus einer flachen, das Lichtwellenleiterelement (6; 11; 15) einschließenden Umhüllung aus einem Kunststoff hoher Festigkeit bestehen.

3. Energieübertragungskabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Lichtwellenleiterelement (6; 11) aus wenigstens einem Röhrchen mit darin lose angeordneten Lichtleitfasern besteht und
daß die Stützelemente (7; 12) drahtförmig ausgebildet und gemeinsam mit dem Lichtwellenleiterelement (6; 11) in eine flache Kunststoffumhüllung (5; 10) eingebettet sind,
wobei der Abstand (a) der Stützelemente (7; 12) von dem Lichtwellenleiterelement (6; 11) kleiner als der Durchmesser (D₁) des Lichtwellenleiterelements (6; 11) ist.

4. Energieübertragungskabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die flache Umhüllung aus einer auf die äußere Leitschicht (4) extrudierten Schicht (5) besteht.

5. Energieübertragungskabel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die flache Umhüllung aus einem Band (10) besteht, dessen Breite (b) größer als das 6-fache seiner Höhe (h) ist.

6. Energieübertragungskabel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (h) des Bandes (10) kleiner oder höchstens gleich dem doppelten des Durchmessers (D₁) des Lichtwellenleiterelements (6; 11) ist.

7. Energieübertragungskabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Lichtwellenleiterelement (6; 11; 15) aus einem flachen Bändchen (15) mit mehreren nebeneinander angeordneten Lichtleitfasern besteht
und daß dieses Lichtwellenleiter-Bändchen (15) lose in einer Kammer (14) einer flachen, aus extrudiertem Kunststoff bestehenden Umhüllung (13) angeordnet ist, wobei entweder beidseits des Lichtwellenleiter-Bändchens (15) drahtförmige Stützelemente (16, 16) in die Umhüllung eingebettet sind, deren Durchmesser wenigstens gleich der Höhe der Kammer (14) ist,
oder die flache Umhüllung (13) aus einem Kunststoff hoher Festigkeit besteht.

8. Energieübertragungskabel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (5; 10; 13) elektrisch leitfähig ist.