DE923676C

DE923676C - Hochfrequenzenergiekabel

Info

Publication number: DE923676C
Application number: DEL4007D
Authority: DE
Inventors: Fritz Dr Gutzmann; Rudolf Dr Hintze; Willy Kohl; Heinrich Peters
Original assignee: LOVAKABEL LORENZ VACHA HOCHFRE
Current assignee: LOVAKABEL LORENZ VACHA HOCHFRE
Priority date: 1941-04-04
Filing date: 1941-04-05
Publication date: 1955-02-21

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 21. FEBRUAR 1955

L 4007 VIIIb/sic

Stuttgart

(Ges. v. 15. 7. 51)

Zur Fortleitung von hochfrequenten Strömen größerer Leistung werden häufig koaxiale Leitersysteme verwendet, die aus einem Innen- und einem rohrförmigen Außenleiter bzw. mehreren Rohrleitern bestehen. Das Dielektrikum ist bei diesen bekannten Anordnungen in der Hauptsache ein gasförmiges. Bei bekannten koaxialen Hochfrequenzkabeln ist die Anordnung der Leiter derart getroffen, daß der äußere Leiter aus Einzelgliedern besteht, die kugelgelenkartig aneinandergesetzt sind. Zweckmäßigerweise ist hierbei der äußere Leiter aus zwei schalenartigen Hälften gebildet. Auf den rohrförmigen Innenleiter sind zur Distanzierung des Außenleiters Isolierringe aufgebracht. Während bei dieser bekannten Anordnung, die sich als einzige in die Praxis eingeführt hat, Luft als Dielektrikum verwendet wird, wird in anderen bekannten Hochfrequenzkabeln zur Trennung des Innenleiters vom Außenleiter lockere Glaswolle, Quarzwolle od. dgl. benutzt. Derartige Hochfrequenzkabelanordnungen besitzen durch die Lufteinschlüsse in der Quarz- oder Glaswolle den Nachteil, daß durch diese Lufteinschlüsse die schon geringe Durchschlagsfestigkeit dieser Isolierstoffe stark herabgesetzt wird. Diese bekannten Kabel gehören daher infolge ihrer Bauweise zur Gruppe der spannungsbegrenzten Kabel, wenigstens für größere Leistungen und im Bereich der mittel- und langwelligen Hochfrequenz. Infolge der verwendeten Dielektriken, meistens Luft von atmosphärischem Druck, erfordert diese Bauweise große Abmessungen.

Um die geschilderten Nachteile bei den bekannten Anordnungen zu vermeiden, wird in der vorliegenden Erfindung ein Hochfrequenzenergiekabel mit koaxial angeordneten Leitern verwendet, das erfindungsgemäß aus einem aus Hochfrequenzlitze bestehenden, nach dem Gesetz

h_cu opt = 24,4

ίο⁶ 0,07

7 τ

mm

ίο aufgebauten Innenleiter und einem biegsamen rohrförmigen Außenleiter besteht, wobei der Innenleiter mit einem Dielektrikum von plastischen Polymerisationsprodukten ungesättigter Kohlenwasserstoffe der Alkylenreihe, wie Polyäthylen, Polyisobutylen usw., bzw. Mischpolymerisate der Kohlenwasserstoffe dieser Reihe, wie Polyvinylbenzol (Polystyrol), Polydivinylbenzol, Polyvinyldibenzopyrrol (Polyvinylcarbazol) usw., oder auch Gemische einzelner Polymerisate dieser Reihe, derart umgeben ist, daß jegliche Lufteinschlüsse zwischen Innen- und Außenleiter vermieden sind.

Ein derart aufgebautes Kabel hat den Vorteil,

daß durch die Isolationsschicht, die unhygroskopisch ist, eine Verschlechterung des Kabels durch Feuchtigkeit nicht eintreten kann. Gegenüber einem Luftraumkabel hat dieses erfindungsgemäße Kabel mit Vollisolation noch den ganz erheblichen Vorteil, daß in ihm keine Ionisation von Gasen eintreten kann, so daß das erfindungsgemäße Kabel um so viel spannungsfester ist, wie die Spannungsfestigkeit des Isolators gegenüber der Luft beträgt. Der biegsame rohrförmige Außenleiter besteht entweder aus einem idealen Rohr, beispielsweise aus Blei, oder aus einem nachgebildeten Rohr. Das nachgebildete Rohr besteht vorzugsweise aus elektrisch verbundenen Bändern, bei denen ein bestimmtes Schlagverhältnis zum Innenleiter eingehalten werden muß. Das Verhältnis des Schlages des Außenleiters zum Schlag des Innenleiters

la

da² — di²

muß dabei eingehalten werden. Dadurch, daß weiterhin der Innenleiter verlitzt ist, wird eine Kabeldämpfung erzielt, die kleiner ist als diejenige eines gleich starken Luftraumkabels. DieDämpfungsminderung durch Litze ist nach Messungen sehr beachtlich. Die elektrischen Verhältnisse einer Hohllitze sind mit denen einer langen Spule gleichzusetzen. In beiden Fällen steigt die magnetische Feldstärke innerhalb des Litzenraumes linear vom Wert Null auf den Höchstwert ξ>,_ηαχ an. Der einzige Unterschied besteht darin, daß.bei der Hohllitze die Höchstfeldstärke außen, bei der Spule hingegen innen ist. Die Höchstfeldstärken sind dieselben, wenn der Strombelag je Zentimeter Länge der Spule gleich dem Strombelag je Zentimeter Umfang der Hohllitze ist.

Hieraus ergibt sich, daß die Formeln für die Widerstandserhöhung von Hohllitzen dieselben sind wie für Hochfrequenzlitzen in langen Spulen.

Für lange Litzenspulen gilt:

— ι

W-W_n _

W₀

w Zweckmäßig wird der Wirbelstromfaktor k = -r—

eingeführt:

k = φ [ξ) -j · ψ {ξ), (2)

3
wobei

ξ = 31

* j/3,

(3)

Hierbei bedeuten: w = Widerstand bei Hochfrequenz, w₀ — Widerstand bei Gleichstrom, r = Radius des Einzeldrahtes (in Zentimeter) der Hochfrequenzlitze, ν = Anzahl der Einzeldrähte je Litze, ω = Kreisfrequenz, σ = Leitfähigkeit, h = Ganghöhe der Spule, m = Lagenzahl der Spule.

ψ (ξ) = 2 ξ

@ttt2g + sin 2 ξ Süf 2 ξ — cos 2 ξ

©in ξ — sin I

(4)

(5)

6of I + cos ξ '

Das Gebiet mit der Bedingung ξ ^ ι ist dasjenige, innerhalb dessen Litze besser ist als ein Volleiter. Auf Grund der Formel (3)

ξ = π

5,56

/— ω

und Einführung des Füllfaktors f_k ergibt sich bei lagenweiser Anordnung der Litzendrähte und Vernachlässigung jeglicher Isolation

ξ — π · r]/i,78 · ω · σ.

Für die normalerweise schlechteren Füllfaktoren gilt dann: no

ξ ^ π

· ω · σ.

Bei der Reihenentwicklung der Funktionen φ (ξ) und ψ (ξ) für den Bereich ξ ^ ι und Einführung der effektiven Kupferbelagshöhe ergibt nach Formel (2):

K=I 0,0222 £⁴ + 0,0013 I⁸ -j

3,56² σ² (ι — 0,0411 · f* + 0,0017 · I⁸). (6)

Aus dieser Formel (6) ist zu entnehmen, daß in dem Bereich 0<£<i der Wirbelstromfaktor eines Litzenaufbaues im wesentlichen außer von der Frequenz nur von den beiden Aufbaugrößen h_cu und r abhängt. Beachtlich ist hierbei die Abhängigkeit von der Kupferbelagshöhe h_cu, da diese den Gleichstromwiderstand des Litzenaufbaues bestimmt. Es gibt somit bei gegebenem Durchmesser r und gegebenem ω eine Kupferauftragshö'he h_cu opt, die die kleinstmöglichen Verluste ergibt.

Bei der Betrachtung der Eindringtiefe E für Hochfrequenzlitze

E =

12,2 · io~

io^b

0,07 d

mm

(7)

unter Berücksichtigung der durch den Litzendrall

entstehenden Stromumwege u erkennt man, daß der Leiter aus Hochfrequenzlitze um so mehr Vorteile bringt, je kleiner der Einzeldrahtdurchmesser d ist.

Hieraus ergibt sich, daß nach dem Dimen-

h_m opt = 24,4 · ίο"

ίο⁶

■mm

(8)

die Verwendung von Hochfrequenzlitze gegenüber dem Volleiter vorteilhafter ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Kabel wird das Dielektrikum aus Gemischen von plastischen PoIyalkylenen aufgebaut, beispielsweise aus Polyisobutylen, und Gemische dieses Produktes mit Polyvinylbenzol in Form von Bändern auf den Innenleiter lagenweise aufgebracht. Die einzelnen Bänder werden dadurch zusammengesintert, daß man den Körper mit Textil- oder Metallbändern bandagiert und einer Erwärmung von 120⁰ C aussetzt. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß man auf das Dielektrikum einen Außenleiter, der aus elektrisch verbundenen Einzelleitern besteht, wobei das Verhältnis des Schlages des Außenleiters zum Schlag des Innenleiters

la ~K

da² ·—■ di" dp '

ist, aufbringt. Bei der Erwärmung tritt nun eine Volumenvermehrung des Isolierstoffes ein, so daß außer der Wärme noch ein Druck auf den Isolierstoff einwirkt. Dieser Druck läßt den in Form von Bändern aufgewickelten Isolierstoff zu einer homogenen Masse zusammenfließen. Das Dielektrikum erhält infolgedessen ein vollkommen gleichmäßiges Gefüge und wird dadurch spannungsfest.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann das Dielektrikum statt in Form von Bändern auf den Innenleiter aufgespritzt werden. Hierbei ist darauf zu achten, daß die Spritzmaschine, die mit einem Preßstempel arbeitet, auf einer Temperatur von unter 8o° C, die Austrittsdüse auf einer Temperatur von über ioo° C gehalten wird. Das aufzubringende Dielektrikum wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung derart hergestellt, daß das Gemisch, das aus 90 bis 10% Polyisobutylen und 10 bis 90% Polystyrol besteht, in einem Kneter bei erhöhter Temperatur, im besonderen zwischen 100 und 200⁰ C, für längere Zeit durchgemischt wird. Bei dem Mischverfahren in einem Kneter wird erreicht, daß das Gefüge gleichmäßig ist und bleibt. In einem Gemisch, was statt in einem Kneter auf der Mischwalze verarbeitet werden würde, würden sich die einzelnen Bestandteile wieder trennen.

Soll das Gemisch für das Dielektrikum auf der Spritzmaschine verarbeitet werden, so ist es vorteilhaft, dem Gemisch noch Monostyrol oder auch Divenylbenzol beizugeben. Das beigegebene Monostyrol polymerisiert bei der Verarbeitung, vorwiegend beim Austritt in der Spritzdüse, zu Polystyrol, so daß der aufgespritzte Isolierkörper wiederum nur aus einem Gemisch der beiden Stoffe Polyisobutylen und Polystyrol besteht.

Um das erfindungsgemäße Hochfrequenzkabel frei von einem Bleimantel zu machen, wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung der Außenleiter wieder mit Bändern aus einem Gemisch von Polyisobutylen und Polystyrol und/oder Polyäthylen umwickelt, wobei dieser Isoliermantel mit einem mit Rostschutzmasse versehenen Panzergeflecht gegen mechanische Beschädigungen umflochten ist. Bei den bekannten Kabeln diente der Bleimantel erstens dazu, das Kabel gegen Feuchtigkeit zu schützen, und zweitens, einen Schutz gegen mechanische Beeinflussung zu gewährleisten. Die vorliegende Erfindung vermeidet den Bleimantel und teilt die Anforderungen, die an einen Bleimantel gestellt werden, dahingehend auf, daß die Wasserdichtigkeit durch eine Maßnahme und die mechanische Festigkeit durch eine andere erzielt wird. Zur Erreichung der ersteren wird der Außenleiter mit einer Masse umgeben, die aus Polyisobutylen und Polystyrol und/oder Polyäthylen besteht, die wasserundurchlässig ist. Dieses Gemisch besitzt eine Diffusionskonstante, die kleiner als 0,1 · io~⁸ g/h, cm, mm Hg ist und die somit wenigstens um eine Zehnerpotenz kleiner ist als die Diffusionskonstante aller Kunststoffe. Gegen die mechanische Beeinflussung wird der zweiten Forderung gemäß die Isolationsschicht mit einem Panzergeflecht umgeben, das noch außerdem mit einer Rostschutzmasse versehen ist. Derart aufgebaute Kabel sind in ihren Aufbauabmessungen sehr klein und besitzen eine große Beweglichkeit, so daß sie leicht und in großen Längen verlegt werden können. Sollen derartige Kabel im Erdboden verlegt werden, so wird das Kabel nicht mit einem Panzergeflecht versehen, sondern auf den Isoliermantel, der den Außenleiter umgibt, wird in bekannter Weise eine Eisenarmierung mit einer Schutzhülle aufgebracht werden.

Das erfindungsgemäße Kabel sei an Hand der Abbildung näher erläutert: Ist der Innenleiter als Hohlleiter ausgebildet, wird auf eine Hanf schnur 1, die mit Hanf zwirn 2 beflochten ist, eine dünne Schicht des Isoliermaterials 3 aufgebracht, die den Hochfrequenzhohllitzeninnenleiter 4 trägt. Auf diesen Hochfrequenzlitzenleiter wird zur Isolierung des Außenleiters ein Isolierstoffmantel 5 in Form von Bändern aufgebracht oder aufgespritzt, der aus Polymerisationsprodukten der Polyalkylene oder Mischpolymerisaten oder Gemischen derselben besteht. Auf diesen Isolierstoffmantel wird der Außenleiter 6 in Form von einzelnen aus versilbertem Flachkupfer bestehenden Leitern aufgebracht. Dieser Außenmantel wird quer zur Achsrichtung mit einer Lage versilberter Kupferbänder 7 umwickelt. Auf dieser Lage versilberter Flachkupferbänder wird eine weitere Lage versilberter Flachkupferbänder 8 derart aufgebracht, daß die Lage der Kupferbänder 8 die Stoßstellen der Kupferbänder 7 bedeckt. Die Bänder werden mit einem Isolierstoff 9, welcher wiederum aus einem Gemisch von Polymerisationsprodukten der Polyalkylene oder Mischpolymerisaten derselben besteht, und einem imprägnierten Band 10 umgeben.

Auf dieses als Feuchtigkeitsschutz dienende imprägnierte Band io wird ein Panzergeflecht ii, das mit Rostschutzmasse versehen ist, aufgebracht bzw. werden Eisenarmierungen mit einem entsprechenden Mantel für die Erdverlegung aufgebracht.

Claims

Patentansprüche:

i. Hochfrequenzenergiekabel mit einem Dielektrikum aus hochpolymeren Kohlenwasserstoffen und koaxial angeordneten Leitern, bei denen der Innenleiter aus Hochfrequenzlitze und der Außenleiter aus einem biegsamen Geflecht besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der aus Hochfrequenzlitze bestehende Innenleiter nach dem Gesetz

_cu opt = 24,4 ·ΐο-² ■ —-

0,07 i

mm

aufgebaut ist, worin bedeutet: h_ca in mm = radiale Stärke der Kupferschicht, / in Hz = Betriebsfrequenz, d in mm = Einzeldrahtdurchmesser.
2. Hochfrequenzenergiekabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der biegsame rohrförmige Außenleiter ein ideales Rohr, beispielsweise aus Blei bestehend, oder ein nachgebildetes Rohr ist, das beispielsweise aus elektrisch verbundenen Bändern besteht, wobei das Verhältnis des Schlages des Außenleiters zum Schlag des Innenleiters

la fat _ di*

eingehalten ist.

3. Hochfrequenzenergiekabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nach dem Gesetz

10"

Ä_ea opt = 24,4 · ίο"² · —

-mm

aufgebaute Innenleiter von dem Außenleiter durch ein homogenes Dielektrikum von plastischen Polyalkylenen getrennt ist bzw. Mischpolymerisaten dieser Reihe oder Gemischen einzelner Polymerisate.

4. Hochfrequenzenergiekabel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem rohrförmigen Außenleiter ein Gemisch aus plastischen polymeren Alkylenen aufgebracht ist, deren Diffusionskonstante kleiner als 0,1 · 10—⁸ g/h, cm, mm Hg ist, beispielsweise Polyisobutylen und Polyäthylen und/oder PoIyvinylbenzol, das wiederum mit einem mit PoIyalkylen imprägnierten Band umwickelt ist, über dem sich ein mit Rostschutzmasse versehenes Panzergeflecht gegen mechanische Beschädigungen befindet.

5. Hochfrequenzenergiekabel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum in Bandform auf den Innenleiter ohne jeglichen Lufteinschluß aufgebracht und/oder auf den Innenleiter aufgespritzt ist.

6. Hochfrequenzenergiekabel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der beispielsweise aus Flachkupferbändern bestehende Außenleiter quer zur Achsrichtung mit beispielsweise versilberten Kupferbändern derart umwickelt ist, daß eine Lage der versilberten Kupferbänder direkt auf den Außenleiter aufgewickelt ist, während die zweite Lage der Kupferbänder auf die Lücke der ersten Lage der Kupferbänder aufgewickelt ist.

7. Hochfrequenzenergiekabel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern, der einen als Hohlleiter ausgebildeten Innenleiter trägt, aus Rohseide und Hanf besteht.

8. Hochfrequenzenergiekabel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kern und Innenleiter eine Isolierhülle aus So polymerem Material aufgebracht ist.

Angezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 205 040.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 9591 2.55