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Elektrisches Mehrmantelstarkstromkabel und Verfahren zu dessen Herstellung
Bei Mehrleiterkabeln, z. B. solchen mit imprägnierter Papierisolierung, sind im
allgemeinen die zur Kabelseele verseilten isolierten Adern von einem einzigen Bleimantel
umgeben. Daneben hat sich, insbesondere für höhere Spannungen, in den letzten Jahrzehnten
eine weitere Kabelkonstruktion in großem Umfang durchgesetzt, bei der die isolierten
Adern einzeln mit Bleimänteln umpreßt und dann durch Verseilung zum Mehrleiterkabel
vereinigt sind. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, bei der letzterwähnten
Bauform die einzeln ummantelten Adern sektorförmig zu gestalten. Weiterhin ist bekannt,
innerhalb der sektorförmigen Mäntel solcher Kabel runde isolierte Adern unterzubringen
und die dann zwischen der Aderoberfläche und den Sektorecken entstehenden sichelförmigen
Räume als Ölkanäle zu benutzen. Bei allen genannten Vorschlägen wurden die durch
Verseilung zu einer runden Seele zusammengefaßten ummantelten Adern armiert, und
zwar wurden sie mit einer solchen Bedeckung und Bewehrung versehen, daß hierdurch
die Änderung der runden Kabelform zuverlässig verhindert wurde.
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Nach der Erfindung wird vorgeschlagen, bei den beschriebenen, sogenannten
Mehrmantelstarkstromkabeln den einzelnen Adern zwecks Anpassung an die durch die
wechselnde Betriebstemperatur bedingten Volumenänderungen der Adern Mäntel aus einem
Metall von höherer Elastizitätsgrenze als Blei und von solcher unrunder Querschnittsform
zu geben, daß sie sich lückenlos oder annähernd lückenlos zum Gesamtquerschnitt
zusammenschließen, und
dabei über diesen Adern keine oder eine elastisch
nachgiebige Bewehrung anzuordnen. Die Mäntel der einzelnen Adern werden vorteilhaft
scharf sektorförmig gestaltet (Fig. i). Man kann ihnen auch vorteilhaft eine rhombische
Querschnittsform (Fig. a) oder einen Querschnitt in Form eines Tropfens oder eines
Flügelprofils (Fig. q.) geben, wobei die Mäntel der einzelnen Adern auch einander
überlappen können. Durch die Weglassung oder die elastische Ausbildung der Bewehrung
wird diesen Mänteln eine Ausdehnungsmöglichkeit belassen, damit das Kabel entsprechend
den auftretenden. Temperaturschwankungen atmen kann. Die elastische Ausbildung der
Bewehrung kann z. B. in bekannter Weise durch Wellung oder Rillung der Bewehrungsbänder
geschehen. Durch die Anzahl und Höhe der Wellen einerseits, durch die Banddicke
andererseits wird die Kraft bestimmt, mit der die Bewehrung bei gegebener Bandspannung
federnd auf die Aderoberflächen drückt. Durch die Formgebung der Einzelmäntel, wie
sie aus den Fig. 3 und q. bei a, b, c, d, e und f ersichtlich ist,
wird die ohnehin bereits beträchtliche Volumenveränderlichkeit der axialsymmetrischen
Form der Fig. i noch wesentlich erhöht. Die Mäntel der einzelnen Adern können ferner
auch auf ihrem ganzen Umfang zur Erhöhung ihrer Formelastizität mit vorzugsweise
parallel zur Aderachse verlaufenden Rillen oder Wellenfalten versehen sein. Von
der Erfindung werden in gleicher Weise nahtlos gepreßte Mäntel wie auch solche Mäntel
umfaßt, die aus Streifen durch Zusammenlöten oder Zusammenschweißen der Streifenränder
gefertigt sind. Im letzteren Fall ist es zweckmäßig, die Schweiß- oder Lötstellen
der Mäntel in den Mittelzwickel des Kabels zu verlegen, damit sie beim Biegen weitgehend
von den hierdurch bewirkten Kräften entlastet sind. Kabel gemäß der Erfindung können
sowohl runde als auch elliptische oder sektorförmige isolierte Leiter besitzen.
Als Metalle für die Mäntel kommen Aluminium und Aluminiumlegierungen, Messing, Tombak,
Hartkupfer, unmagnetischer Stahl oder andere in Frage. Die Wandstärke der Mäntel
richtet sich nach den spezifischen Materialeigenschaften einerseits, der gewünschten
Biegbarkeit und Volumenveränderlichkeit sowie den Betriebsdruckgrenzen des Kabels
andererseits. Die an sich bekannten Mittel zur Erhöhung der Biegbarkeit der einzelnen
Adern, wie Rillung, Wellung usw., am ganzen Umfang können gegebenenfalls zusätzlich
Anwendung finden. Erhebliche Vorteile können durch richtige Wahl der Verseilschlaglänge
hinsichtlich der Biegsamkeit bzw. der Vermeidung der bei Biegungen auftretenden
unerwünschten Formänderungen einerseits sowie der Volumenveränderlichkeit andererseits
erzielt werden. In die Mäntel der einzelnen Adern können an den Stellen der stärksten
Oberflächenkrümmung zur Begrenzung derselben Drähte eingelegt sein. Auch können
vorteilhaft außerhalb der Mäntel der einzelnen Adern, vorzugsweise in dem Mittelzwickel
oder in den äußeren Zwickeln, zwecks Schaffung von Biegefalten oder zur Begrenzung
der Oberflächenkrümmung Drähte eingelegt sein. Der Korrosionsschutz der Kabel gemäß
der Erfindung kann in bekannter Weise durch Faserstoffbänder und Compounde, jedoch
auch durch Kunststoffmäntel bewirkt werden, wobei es kaum der Erwähnung bedarf,
daß die Korrosionsschicht selbst zweckmäßig eine ausreichende Nachgiebigkeit besitzen
muß. Bei Wahl biegeempfindlicher Stoffe, bei denen es eventuell bei den sich sehr
häufig wiederholenden Atmungen des Kabels durch Ermüdung zu lokalen Brüchen kommen
könnte, kann es angezeigt sein, die einzelnen Adern mit sogenannten Formhaltungsbändchen
aus Material von höherer Elastizitätsgrenze zu umgeben. Dies trifft beispielsweise
unter Umständen für Aluminium und weiche Aluminiumlegierungen zu.
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Kabel gemäß der Erfindung können auf verschiedene Weise hergestellt
werden. Bei größeren Aderabmessungen wäre die Herstellung von beispielsweise Dreileiterhochspannungskabeln
aus drei geradegestreckten ummantelten Sektoradern unzweckmäßig, weil hierbei bei
jedem Verseilschlag eine Verdrehung der Ader um etwa 36o° mit entsprechender Härtung
des Materials und gegebenenfalls unerwünschten Formänderungen stattfinden würde.
Allgemein vorteilhaft dagegen ist, insbesondere bei Anwendung kurzer Schlaglängen,
das an sich bei bleiummantelten Adern ebenfalls bekannte Verfahren, die isolierten
und ummantelten Adern vor der Verseilung bereits vorzudrallieren, damit sie nachher
ohne Zwang miteinander verseilt werden können. Am einfachsten ist schließlich ein
Verfahren, wonach, wie ebenfalls bekannt, die ummantelten Adern als Rundadern bis
zum Verseilpunkt hingeführt werden und hier beispielsweise durch einen sich stetig
verjüngenden Nippel in die Sektorform übergeführt werden. Bei den letzterwähnten
Verfahren kann man gleichzeitig durch die Gestaltung der Verformungswerkzeuge, beispielsweise
eines feststehenden oder drehbaren Nippels, von Walzenanordnungen usw. erreichen,
daß die Form der Einzeladern nach dem Verseilen keine symmetrische Sektorform aufweist,
sondern Unsymmetrien, Furchen und Wülste, die sich bezüglich der Volumenveränderlichkeit
günstig auswirken.
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In der Lit=eratur sind bereits Dreileiterkabel mit einem volumenveränderlichen
Mantel angegeben worden, z. B. Drehstromkabel mit dreieckigem Bleimantel, bei denen
eventuell ebenfalls durch federnde Gliederabgestützte nachgiebige Flächen vorliegen.
Mäntel dieser Art mit ihren großen Abmessungen haben sich jedoch nicht bewährt,
wenn man sie beispielsweise in Druckkabeln anwendete, bei denen die Rückbewegung
der Flächen durch Preßgas bei Abkühlung des Kabels bewirkt wird, noch sind sie je
in der Form mit besonderer Bewehrung gefertigt worden. Es ist weiterhin bekannt,
für Druckkabel leicht ovale Einzeladern, die miteinander verseilt sein können, anzuwenden.
Die Formgebung erreicht hier im wesentlichen jedoch nur den Zweck, daß das Zusammendrücken
der Adern wenigstens bis zu einem gewissen Grad geregelt wird. Man kann jedoch
leicht
nachweisen, daß bei dem gewöhnlich vorliegenden Verhältnis von Breite zu Höhe von
etwa i : i der ummantelten Adern nur eine sehr geringe Volumenveränderung durch
die mögliche Formänderung herbeigeführt werden kann.
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Im Gegensatz hierzu kann bei Dreimantelkabeln gemäß der Erfindung
eine beträchtliche Volumenveränderlichkeit erzielt werden, die oft allein ausreicht,
um eine genügende Atmung des Kabels bei stets mit Masse oder Öl voll getränktem
Dielektrikum zu gewährleisten, so daß die bei hohem Druck besonders teueren Ausdehnungsgefäße
nicht benötigt werden. Darüber hinaus tritt hier eine wesentlich günstigere mechanische
Beanspruchung auf, die den Mantel beim Biegen des Kabels weit weniger gefährdet.
Weiterhin ist es bei der Gestaltung der Mäntel gemäß der Erfindung möglich, mit
weniger Mantelmaterial als bei einem Einmantelkabel gegebenenfalls größere elastische
Drücke zu erzielen und, was am wichtigsten ist, lokale Veränderungen, die die Ausgangspunkte
für Brüche darstellen, also Falten, Knicke usw., in weit höherem Maße zu vermeiden
und damit eine hohe Lebensdauer zu erreichen. Schließlich wird nachweislich im Vergleich
zum Dreileiterkabel mit gemeinsamem Mantel eine größere Biegsamkeit bei gleicher
Mantelmaterialmenge erzielt sowie günstigere Möglichkeiten für den Korrosionsschutz
gegenüber Dreimantelkabeln mit runden ummantelten Einzeladern, was insbesondere
bei korrosionsempfindlicheren Metallen, wie z. B. Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen,
von Bedeutung ist. Um mit einer geringen Formänderung der Mäntel eine größere Temperaturänderung
des Kabels zu beherrschen, ist es zweckmäßig, in an sich bekannter Weise für die
Isolierung, sofern sie nicht überhaupt aus nicht saugfähigen Filmstreifen besteht,
sondern aus Papier, hierfür in an sich bekannter Weise solche Papiere zu wählen,
die durch Kalandrieren verdichtet sind und demzufolge nur einen geringen Öl- oder
Tränkmasseninhalt besitzen. Hinsichtlich des flüssigen Anteils besteht weitgehende
Freiheit bezüglich Höhe der Viskosität bei Kabeln gemäß der Erfindung.
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Bei der Herstellung von Mehrmantelkabeln aus mit Aluminium ummantelten
Adern sowie bei der Formgebung der Einzeladermäntel solcher Kabel empfiehlt es sich,
die hierzu verwendeten Walz- oder Ziehwerkzeuge statt aus Stahl ganz oder teilweise
aus Hartholz oder Kunststoff herzustellen, weil Aluminium auf Stahl nicht genügend
gleitet.