DE9321083U1 - Power transmission cable with fiber optic element - Google Patents
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Description
GR 93 G 4137GR 93 G 4137
BeschreibungDescription
Energieübertragungskabel mit LichtwellenleiterelementEnergy transmission cable with optical fiber element
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Energieübertragung und befaßt sich mit der konstruktiven Ausgestaltung eines Energieübertragungskabels, bei dem unterhalb des Kabelmantels ein Lichtwellenleiterelement (LWL-Element) angeordnet ist. Bei bekannten Kabeln dieser Art ist auf den Leiter eine extrudierte, in aller Regel vernetzte Kunststoffisolierung aufgebracht, der sowohl eine innere als auch eine äußere extrudierte Leitschicht zugeordnet ist; weiterhin sind auf die äußere Leitschicht ein Drahtschirm und darüber eine Bewicklung und ein Außenmantel aus Kunststoff aufgebracht.The invention is in the field of energy transmission and concerns the structural design of an energy transmission cable, in which an optical waveguide element (FO element) is arranged beneath the cable sheath. In known cables of this type, an extruded, usually cross-linked plastic insulation is applied to the conductor, to which both an inner and an outer extruded conductive layer is assigned; furthermore, a wire shield is applied to the outer conductive layer, and above this a winding and an outer sheath made of plastic.
Energieübertragungskabel dieser Art werden durch die zusätzliche Anordnung von LWL-Elementen im Bereich des Leiters, im Bereich von Zwickelräumen oder im Bereich des Schirmes bzw. des Kabelmantels zusätzlich mit den Funktionen "Nachrichtenübertragung" und "Sensoren" ausgerüstet. Bei einadrigen Mittel-, Hoch- und Hochstspannungskabeln, bei denen die Verwendung derartiger LWL-Elemente insbesondere in Betracht kommt, bietet sich vor allem eine Anordnung eines oder mehrerer LWL-Elemente unterhalb des Kabelmantels im Schirmbereich an, sofern dieser Schirm aus drahtförmigen Elementen aufgebaut ist. In diesem Fall können einer oder mehrere Schirmdrähte durch jeweils ein LWL-Element ersetzt werden. Derartige LWL-Elemente sind beispielsweise in Form eines Kunststoff- oder Metallröhrchens mit darin lose angeordneten Lichtleitfasern handelsüblich {DE 35 18 909 Al, DE 40 27 538 Al). Bei diesen bekannten Energieübertragungskabeln ist das LWL-Element infolge der unmittelbaren Nachbarschaft von Schirmelementen gegen unzulässige 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.Energy transmission cables of this type are additionally equipped with the functions of "communication transmission" and "sensors" through the additional arrangement of fiber optic elements in the area of the conductor, in the area of the interstices or in the area of the shield or the cable sheath. In the case of single-core medium, high and very high voltage cables, where the use of such fiber optic elements is particularly considered, an arrangement of one or more fiber optic elements below the cable sheath in the shield area is particularly suitable, provided that this shield is made up of wire-shaped elements. In this case, one or more shield wires can be replaced by one fiber optic element each. Such fiber optic elements are commercially available, for example in the form of a plastic or metal tube with optical fibers loosely arranged in it {DE 35 18 909 Al, DE 40 27 538 Al). In these well-known power transmission cables, the fiber optic element is protected against impermissible mechanical influences due to the immediate proximity of shielding elements. However, this is no longer the case if the cable sheath is made of metal and the shielding function is integrated into the cable sheath.
GR 93 G 4137 ?♦·* " .* 'Ill I : :..GR 93 G 4137 ?♦·* " .* 'Ill I : :..
Für Nachrichtenübertragungszwecke sind an sich Lichtwellenleiter-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 Al, DE 25 13 723 Al, DE 23 55 853 Al, DE 26 00 100 Al). 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 Al).For communication purposes, fiber optic cables are known per se which are flat and in which reinforcement components consisting of stranded copper and/or steel wires are arranged on both sides of one or more optical fibers (DE 23 28 490 Al, DE 25 13 723 Al, DE 23 55 853 Al, DE 26 00 100 Al). It is also known to use fiber optic elements for optical cables which consist of several optical fibers arranged next to one another on a film or in a common sheath (DE 39 13 372 Al).
Ausgehend von einem Energieübertragungskabel mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Schutzanspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Anordnung des Lichtwellenleiterelementes 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.Based on a power transmission cable with the features of the generic term of claim 1, the invention is based on the task of selecting the arrangement of the optical waveguide element below the cable sheath in such a way that the protection of the optical waveguide element against impermissibly high pressure loads is ensured even if no shielding wires are arranged on either side of the optical waveguide element.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß bei Verwendung eines metallenen Kabelmantels mit integrierter Schirmfunktion dem LWL-Element beidseits Stützelemente zugeordnet sind, deren radiale Höhe wenigstens gleich der radialen Höhe des LWL-Elementes ist und die mit dem LWL-Element formschlüssig verbunden sind. Bei einer derartigen Ausgestaltung werden Druckbeanspruchungen von den seitlich des LWL-Elementes angeordneten Stützelementen aufgefangen, wobei der Abstand dieser Stützelemente zum Lichtwellenleiterelement durch deren formschlüssige Verbindung mit dem LWL-Element fixiert und damit beim Verlegen des Kabels oder bei Auf- und Abwickelvorgängen nicht veränderbar ist.To solve this problem, the invention provides that when using a metal cable sheath with an integrated shielding function, support elements are assigned to both sides of the fiber optic element, the radial height of which is at least equal to the radial height of the fiber optic element and which are positively connected to the fiber optic element. With such a design, compressive stresses are absorbed by the support elements arranged to the side of the fiber optic element, the distance between these support elements and the fiber optic element being fixed by their positive connection to the fiber optic element and thus not being able to be changed when laying the cable or during winding and unwinding processes.
Als Stützelemente im Sinne der Erfindung können die beidseits des LWL-Elementes angeordneten Bereiche einer flachen, das LWL-Element einschließenden Umhüllung aus einem Kunststoff dienen, sofern für diese Umhüllung ein Kunststoff hoher Festigkeit verwendet wird. Geeignete Kunststoffe sind bei-The areas of a flat plastic casing enclosing the fiber optic element arranged on both sides of the fiber optic element can serve as support elements within the meaning of the invention, provided that a high-strength plastic is used for this casing. Suitable plastics are
spielsweise vernetztes oder unvernetztes Polyäthylen, Polyurethan und Polyamid. - Insbesondere dann, wenn als Lichtwellenleiterelement wenigstens ein Röhrchen mit darin lose angeordneten Lichtleitfasern eingesetzt wird, empfiehlt es sich, drahtförmige Stützelemente, beispielsweise Kupferdrähte, zu verwenden, deren Abstand von dem LWL-Element kleiner als der Durchmesser des LWL-Elementes ist, und die Stützelemente und das LWL-Element gemeinsam 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 angeordneten 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. Fertigungstechnisch besonders einfach ist es aber, die flache Umhüllung als Band auszubilden, dessen Breite größer als das 6-fache seiner Höhe ist. Ein solches Band, bei dem die Umhüllung selbst die Stützfunktion wahrnehmen kann oder in das außer 0 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 Doppelte des Durchmessers des LWL-Elementes beträgt.for example cross-linked or non-cross-linked polyethylene, polyurethane and polyamide. - In particular, if at least one tube with optical fibers loosely arranged in it is used as the optical waveguide element, it is recommended to use wire-shaped support elements, for example copper wires, whose distance from the optical waveguide element is smaller than the diameter of the optical waveguide element, and to embed the support elements and the optical waveguide element together in a flat plastic sheath. When creating such an assignment and mutual fixation of the optical waveguide element and support elements, one can proceed in such a way that the optical waveguide element and the support elements arranged on both sides are stranded onto the respective cable core and that a plastic layer is then extruded onto the cable core, in which the optical waveguide element and the two support elements are then embedded. In terms of production technology, however, it is particularly simple to form the flat sheath as a band whose width is greater than 6 times its height. Such a tape, in which the sheath itself can perform the supporting function or in which support elements are embedded in addition to the fiber optic element, can be strung onto the respective cable or cable core. When using such a tape, it is recommended that its height is approximately 1.2 times to a maximum of twice the diameter of the fiber optic element.
Anstelle von LWL-Elementen, die aus einem Röhrchen mit darin lose angeordneten Lichtleitfasern bestehen, können auch LWL-Elemente verwendet werden, die aus mehreren in einem flachen Bändchen nebeneinander angeordneten Lichtleitfasern bestehen.Instead of fiber optic elements consisting of a tube with loosely arranged optical fibers inside, fiber optic elements can also be used that consist of several optical fibers arranged next to each other in a flat ribbon.
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 Stützelemente eingebettet sind oder daß die flache Umhüllung aus einem Kunststoff hoher Festigkeit besteht. Bei Verwendung von drahtförmigen Stützelementen sollte deren Durchmesser wenigstens gleich der HöheIn this case, the fiber optic ribbon is to be arranged loosely in a chamber of a flat sheath made of extruded plastic, with either wire-shaped support elements embedded in this sheath on both sides of the fiber optic ribbon, or the flat sheath made of a high-strength plastic. When using wire-shaped support elements, their diameter should be at least equal to the height
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der Kammer sein, während ihr Abstand von der Kammer etwa das 1- bis 2-fache der Kammerbreite betragen sollte.the chamber, while their distance from the chamber should be about 1 to 2 times the chamber width.
Bezüglich der Betriebseigenschaften eines so ausgerüsteten Kabels kann es von Vorteil sein, wenn die Umhüllung, in die das Lichtwellenleiterelement eingebettet ist, elektrisch leitfähig ist.With regard to the operating characteristics of a cable equipped in this way, it can be advantageous if the sheath in which the optical fiber element is embedded is electrically conductive.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren 1 bis 3 dargestellt. Dabei zeigtEmbodiments of the invention are shown in Figures 1 to 3.
Figur 1 ein einadriges Energieübertragunskabel mitFigure 1 a single-core power transmission cable with
Wellmantel und einem zusammen mit zwei Stützelementen in eine Leitschicht eingebetteten
LWL-Element, Figur 2 ein flaches Band mit eingebetteten Stützelementen
und eingebettetem rohrförmgien LWL-Element und
Figur 3 ein flaches Band mit eingebettetem LWL-Bändchen und beiseitig angeordneten Stütz-0
Elementen.Corrugated jacket and an optical fiber element embedded in a conductive layer together with two support elements, Figure 2 a flat band with embedded support elements and embedded tubular optical fiber element and
Figure 3 shows a flat band with embedded fiber optic ribbon and support elements arranged on both sides.
Figur 1 zeigt den Querschnitt eines Energieübertragungskabels, das für eine Übertragungsspannung von 110 kV vorgesehen ist. Dieses Kabel besteht aus dem Leiter 1, einer inneren extrudierten Leitschicht 2, einer vernetzten Polyäthylenisolierung 3, einer äußeren extrudierten Leitschicht 4, einer darüber angeordneten Einbettungsschicht 5, einer Bebänderung 8 und einem gewellten Aluminiummantel 9. - Die auf die äußere Leitschicht 4 aufgebrachte Einbettungsschicht 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 Einbettungsschicht 5 extrudiert worden.Figure 1 shows the cross-section of a power transmission cable designed for a transmission voltage of 110 kV. This cable consists of the conductor 1, an inner extruded conductive layer 2, a cross-linked polyethylene insulation 3, an outer extruded conductive layer 4, an embedding layer 5 arranged above it, a banding 8 and a corrugated aluminum jacket 9. - The embedding layer 5 applied to the outer conductive layer 4 forms a sheath for a tubular optical fiber element 6 and two wire-shaped support elements 7 arranged on both sides. The optical fiber element 6 and the support elements 7 are stranded onto the outer conductive layer 4, and the embedding layer 5 is extruded in the same operation.
Diese ist ebenso elektrisch leitend ausgebildet wie die Bebänderung 8. - Der Kabelmantel 9 übernimmt zugleich die Schirmfunktion des Kabels. Anstelle eines Wellmantels ausThis is designed to be just as electrically conductive as the strapping 8. - The cable sheath 9 also takes over the shielding function of the cable. Instead of a corrugated sheath made of
GR 93 G 4137GR 93 G 4137
Aluminium kann auch ein gewellter Kupfermantel vorgesehen sein. Ebenso kommt ein nicht gewellter Bleimantel oder ein sogenannter Schichtenmantel mit einer Metallschicht aus Kupfer in Betracht, deren .Dicke so bemessen ist, daß sie den erforderlichen Schirmquerschnitt aufweist.A corrugated copper sheath can also be used for aluminum. A non-corrugated lead sheath or a so-called layered sheath with a metal layer made of copper can also be used, the thickness of which is such that it has the required shield cross-section.
Anstelle der in Figur 1 gezeigten Anordnung mit einem auf die äußere Leitschicht aufgeseilten LWL-Element und parallel angeordneten Stützelementen sowie einer extrudierten Einbettungsschicht kann man gemäß Figur 2 auch ein flaches Band 10 aus einem extrudierten Kunststoff wie Polyäthylen, Polyurethan oder Polyamid verwenden, das zugleich eine Umhüllung für ein rohrförmiges LWL-Element 11 und zwei beidseitig angeordnete Stützelemente 12 bildet. Dieses Band, dessen Breite b etwa das 6-fache seiner Höhe h beträgt, kann auf die äußere Leitschicht eines Energieübertragungskabels aufgesponnen werden. Um dabei das rohrförmige LWL-Element 11 beim Betrieb des Kabels von durch den Kabelmantel ausgeübten Druckbeanspruchungen zu entlasten, ist der Durchmesser der Stützelemente Ds wenigstens gleich, vorzugsweise etwas größer als der Durchmesser Dl des LWL-Elementes 11 gewählt,der beispielsweise 1,2 mm beträgt. In der gemäß Figur 2 vorgesehenen, möglichst flach ausgestalteten Ausführung des Bandes 10 sind bei gleichen Außendurchmessern des LWL-Elementes 11 und der Stützelemente 12 der gegenseitige Abstand a dieser Elemente etwas kleiner als der Durchmesser D3 der Stützelemente 12 gewählt. Die Höhe h des Bandes 10 beträgt etwa das 1,2-Fache des Durchmessers D3 der Stützelemente. Im übrigen ist der Kunststoff des Bandes 10 elektrisch leitend ausgebildet.Instead of the arrangement shown in Figure 1 with an optical fiber element strung onto the outer conductive layer and parallel support elements and an extruded embedding layer, a flat band 10 made of an extruded plastic such as polyethylene, polyurethane or polyamide can also be used according to Figure 2, which simultaneously forms a sheath for a tubular optical fiber element 11 and two support elements 12 arranged on both sides. This band, whose width b is approximately 6 times its height h, can be spun onto the outer conductive layer of an energy transmission cable. In order to relieve the tubular optical fiber element 11 of the compressive stresses exerted by the cable sheath during operation of the cable, the diameter of the support elements Ds is selected to be at least equal to, preferably somewhat larger than, the diameter Dl of the optical fiber element 11, which is, for example, 1.2 mm. In the design of the band 10 provided in accordance with Figure 2, which is as flat as possible, the mutual distance a between these elements is selected to be slightly smaller than the diameter D 3 of the support elements 12, with the same external diameters of the optical waveguide element 11 and the support elements 12. The height h of the band 10 is approximately 1.2 times the diameter D 3 of the support elements. Furthermore, the plastic of the band 10 is designed to be electrically conductive.
In Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 2 können auch zwei oder mehr rohrförmige LWL-Elemente 11 zwischen jeweils zwei oder mehreren Stützelementen 12 angeordnet sein.In a modification of the embodiment according to Figure 2, two or more tubular fiber optic elements 11 can be arranged between two or more support elements 12.
In einer weiteren Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 2 können die drahtförmigen Stützelemente 12 entfallen, wenn für das Band 10 ein Kunststoff hoher Festigkeit verwen-In a further modification of the embodiment according to Figure 2, the wire-shaped support elements 12 can be omitted if a high-strength plastic is used for the band 10.
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det wird, so daß die beiden Seitenabschnitte des Bandes 10 zugleich eine Stützfunktion wahrnehmen.so that the two side sections of the band 10 simultaneously perform a supporting function.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ist ein bändchenförmiges LWL-Element 15, das aus vier in einer gemeinsamen Umhüllung nebeneinander angeordneten Lichtleitfasern besteht, in einer Kammer 14 eines extrudierten Kunststoffbandes 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 gewählt 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.In the embodiment according to Figure 3, a ribbon-shaped fiber optic element 15, which consists of four optical fibers arranged next to one another in a common sheath, is arranged in a chamber 14 of an extruded plastic band 13. The cross-section of the chamber 14 is selected to be larger than the cross-section of the fiber optic ribbon 15, so that the latter is arranged loosely in the chamber 14. The height of the chamber is preferably at least twice the height of the fiber optic ribbon 15. - The wire-shaped support elements 16 are arranged in the band 13 to the side of the chamber 14, the diameter of which - with regard to the slightly larger distance from the chamber 14 - is selected to be larger than the height of the chamber. Overall, the width of the ribbon is approximately 10 times its height, so that twisting of the ribbon when it is wound onto a cable core is reliably avoided.
Claims (8)
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1993
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