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Biegsames Kabel.
Biegsame Kabel werden seit einigen Jahren für Spannungen von mehreren zehntausend Volt benutzt.
Eine wichtige Anwendung solcher Kabel liegt auf dem Gebiete der Röntgentechnik, wo sie für die elektrische Verbindung von Röntgenröhren mit dem die Hochspannung liefernden Gerät dienen.
Je höher die Spannung ist, für die die Kabel benutzt werden sollen, um so schwieriger wird es, die Forderung der Biegsamkeit zugleich mit der einer genügenden elektrischen Sicherheit zu befriedigen.
Aus der Starkstromtechnik war es bereits bekannt, Anschlussleitungen zur Vermeidung der Gefahr des Brechen der Leiter infolge mechanischer Beanspruchungen bewegbar und auswechselbar in einem isolierenden biegsamen Schlauch anzuordnen.
Durch die Erfindung wird eine Vergrösserung der Belastungsfähigkeit eines biegsamen Hochspannungskabels ermöglicht, ohne dass die Biegsamkeit im geringsten herabgesetzt wird. Es ist eine bekannte Tatsache, dass die Durchschlagsgefahr einer Kabelisolation dadurch vermindert werden kann, dass der Durchmesser des Stromleiters grösser gewählt wird, als dies allein mit Rücksicht auf die Stromdichte oder die mechanische Festigkeit notwendig wäre. Dadurch verringert sich nämlich die Feldstärke an der Oberfläche. Dies bedingt aber eine besondere Konstruktion der Leiter, da die Biegsamkeit erhalten werden muss.
Nichtsdestoweniger werden in der Praxis öfters Durchschläge bei Spannungen wahrgenommen, die die Kabel berechnungsgemäss aushalten könnten. Solche Durchschläge werden nun durch Verwirklichung der vorliegenden Erfindung vermieden, deren Wesen durch die folgende Auseinandersetzung über die vermutlich Ursache der erwähnten Durchschläge erläutert werden soll.
Bei Stromleitern grossen Durchmessers, die um der Biegsamkeit willen aus einer Anzahl von Drähten zusammengesetzt oder durch ein schraubenförmig gewundenes Band gebildet werden, weist die Oberfläche immer Unebenheiten auf. Ein vollkommenes Anliegen des Isolierstoffes an dieser Oberfläche beeinflusst die Biegsamkeit ungünstig. Liegt die Isolation nicht eng an der Oberfläche des Leiters an, so zeigt sich der Nachteil, dass zwischen dem Leiter und der Isolation Luftmengen eingeschlossen werden, die, elektrostatisch belastet, die Ursache einer Verletzung und eines Durchschlages der Isolation sein können.
Auch wenn der Isolierstoff sich der Oberfläche des Leiters anschliesst, bewirken die Unebenheiten dieser Oberfläche ungünstige Unterschiede in der Kraftliniendichte. Das Kabel nach der Erfindung besteht, wie gebräuchlich, in der Hauptsache aus einem isolierenden Körper aus geschmeidigem Material, wie Gummi, der mit einem oder mehreren Kanälen versehen ist, die einen Stromleiter enthalten. Die Kanäle haben gemäss der Erfindung eine glatte Wandung, auf ein vollkommenes Anliegen dieser Wandung an dem Leiter wird somit verzichtet ; die Wand ist jedoch mit einer gut haftenden leitenden Schicht versehen, die den besonderen, durch den Kanal hindurchgeführten Stromleiter mit Spielraum umgibt.
Bei diesem Kabel bleiben daher die Lufteinschlüsse zwischen dem Stromleiter und der Isolierung unbelastet, und dieser Tatsache ist wohl die grössere Belastungsfähigkeit zu verdanken.
Als Stromleiter kann ein Rohr dienen, das einen geringeren Widerstand gegen Biegung, jedoch einen grossen Widerstand gegen Änderung der Form seines Querschnittes besitzt, oder es können ein oder mehrere Stromleiter von einem solchen Rohr umschlossen sein. Ein biegsamer Metallschlauch eignet sich besonders zu diesem Zwecke. Es wird hiedurch vermieden, dass bei starker Biegung des Kabels die Form des Kanals sich ändert und an der leitenden Schicht stark gekrümmte Stellen auftreten, an denen sich das elektrische Feld zusammendrängt.
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und diese mit einer gut anliegenden leitenden Schicht überzogen wird. Die Stärke der Isolierschicht kann dann unter Beibehaltung der Belastungsfähigkeit verkleinert werden, was wieder die Biegsamkeit befördert.
Die leitende Schicht braucht die Biegsamkeit nicht im geringsten Masse zu beeinträchtigen. Sie wird vorzugsweise durch einen fein verteilten Stoff, z. B. eine Graphitsuspension, gebildet. Ein geeignetes Mittel ist das unter dem Namen Aquadag"erhältliche Graphitprodukt.
Eine gut geschlossene und gleichmässige Oberfläche wird durch das Anbringen der leitenden Schicht auf ein gut anliegendes Textilgewebe, wie Leinwand, erzielt. Die dünne Schicht braucht nicht an der Stromleitung teilzunehmen, sondern dient lediglich zur Bildung einer Oberfläche gleichen Potentials um den Leiter herum. Sie ist an mehreren Stellen mit dem Stromleiter in Berührung, so dass in ihr und zwischen ihr und dem Stromleiter keine grossen Spannungsunterschiede auftreten, wodurch ihre gute Beschaffenheit aufrechterhalten und die eingeschlossene Luft unbelastet bleibt. Beim Biegen des Kabels wird sie vom Leiter gegen die Wandung des Kanals gedrückt, was ein gutes Anliegen sichert.
Bei Benutzung eines biegsamen Metallschlauches als Stromleiter ist vorzugsweise das Aussenprofil des Metallbandes gewölbt, damit die leitende Schicht durch die gegen sie reibenden Windungen des Schlauches nicht abgekratzt, sondern vielmehr glattpoliert wird.
Ein Ausführungsbeispiel eines Kabels nach der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, u. zw. zeigt Fig. 1 ein Stück eines Kabels und Fig. 2 das Innere in vergrössertem Massstabe.
Das Gummirohr 1 bildet die Kabelisolation. Das Kabel besitzt hier einen Einzelkern ; die Erfindung ist aber auch bei Mehrleiterkabeln wie z. B. Dreiphasenkabeln anwendbar. Der Kern besteht aus einem biegsamen Metallschlaueh . Solehe Schläuche werden öfters als Schutzhülle für Gummisehläuche oder für elektrische Leiter benutzt. Sie bestehen meistens aus einem schraubenförmig gewundenen
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Die Ränder der aufeinanderfolgenden Windungen greifen umeinander herum. Ein soleher Schlauch hat eine stark veränderliche Länge, da sieh die Windungen leicht ineinanderschieben lassen, ist somit sehr biegsam. Wird er aus einer steifen Metallegierung hergestellt, so ist der Widerstand gegen Änderung des
Querschnittes sehr gross.
Ein Teil dieses Leiters ist in Fig. 2 im Querschnitt dargestellt. Die Fig. zeigt eine Anzahl aufeinanderfolender Windungen. 3, die ineinandergreifen. Die S-förmig gebogene Form des Bandes, aus dem der Schlauch 2 gewunden ist, bildet eine schraubenförmig hemmlaufende Rille. Diese könnte man mit dem Isoliermaterial ausfüllen, was jedoch das Biegen erheblich erschweren würde. Lässt man aber die Rille offen, so entsteht ein luftgefüllte Kanal 4 zwischen der Innenwandung des Rohres 1 und dem Metallsehlaueh. Wird die eingeschlossene Luft stark elektrostatisch belastet, so entsteht die Gefahr, dass das Isolationsmaterial angegriffen und zersetzt wird, was in kürzerer oder längerer Zeit einen Durchschlag herbeiführen kann.
Dies würde noch durch die Feldverdichtung an den hakenförmig umgelegten Rändern des Metallbandes erleichtert werden.
Diese Nachteile werden dadurch vermieden, dass die Wand des Kanals im Rohre 1 mit einem Belag aus leitendem Stoff versehen ist, der an genügend vielen Punkten mit den Stromleitern in Berührung ist.
Die Leitfähigkeit braucht nicht gross zu sein ; sie muss nur hinreichen, um eine Fläche ungefähr gleichen Potentials zu bilden. Diese leitende Schicht, die z. B. aus aufgestautem Metallpuder bestehen oder. wie erwähnt, mittels des sogenannten Aquadag"gebildet werden kann, ist auf einem feinen Textilgewebe 5 angebracht. Ausserdem ist auch an der Aussenseite des Gummirohres 1 eine solche leitende Schicht vorgesehen, für die eine Leinwandbekleidung 6 als Träger dient. Diese Schicht wird ihrerseits von einem Metalldrahtgeflecht umgeben.
0 Es kann nun ein grosser Spannungsuntersehied zwischen dem Leiter 2 und dem Geflecht 8 angelegt werden, welch letzteres beim Betriebe zweckmässig geerdet wird. Die Metalldrähtchen des Geflechtes stehen an mehreren über die ganze Oberfläche verteilten Punkten mit der Schicht auf dem Träger 6 in Berührung, so dass zwischen den konzentrischen Oberflächen der beiden leitenden Schichten ein homogenes Feld in einem gänzlich von isolierender Masse ausgefüllten Raum herrscht.
Das Metallgeflecht kann ferner mit einer Bekleidung aus Baumwolle oder einem ändern Faserstoff oder etwa aus Gummi umgeben werden, die die Hantierung angenehmer macht und chemischen Angriffen des Metalles entgegenwirkt. Durch den Hohlleiter 2 hindurch kann gewünsehtenfalls für die Zuführung eines Kühlmittels ein Gummischlauch geführt werden oder es können ein oder mehrere elek- trische Leiter darin eingeschlossen sein. Im letzteren Falle kann der Hohlleiter selbst auch stromlos gehalten werden.
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Flexible cable.
Flexible cables have been used for voltages in the tens of thousands of volts for several years.
An important application of such cables is in the field of X-ray technology, where they are used for the electrical connection of X-ray tubes with the device supplying the high voltage.
The higher the voltage for which the cables are to be used, the more difficult it becomes to satisfy the requirement of flexibility at the same time as sufficient electrical safety.
It was already known from heavy current engineering to arrange connection lines in an insulating flexible hose so that they can be moved and exchanged in order to avoid the risk of the conductors breaking as a result of mechanical stresses.
The invention enables the loading capacity of a flexible high-voltage cable to be increased without the flexibility being reduced in the least. It is a well-known fact that the risk of breakdown in cable insulation can be reduced by choosing a larger diameter of the conductor than would be necessary with regard to the current density or mechanical strength alone. This reduces the field strength on the surface. However, this requires a special construction of the ladder, since the flexibility must be maintained.
Nevertheless, in practice, breakdowns are often perceived at voltages that the cables could withstand as calculated. Such breakthroughs are now avoided by implementing the present invention, the nature of which is to be explained by the following discussion of the presumable cause of the mentioned breakthroughs.
In the case of conductors with a large diameter, which are composed of a number of wires for the sake of flexibility or are formed by a helically wound band, the surface always has unevenness. A perfect contact of the insulating material on this surface has an unfavorable effect on the flexibility. If the insulation is not in close contact with the surface of the conductor, the disadvantage arises that amounts of air are trapped between the conductor and the insulation which, when exposed to electrostatic loads, can be the cause of injury and breakdown of the insulation.
Even if the insulating material adjoins the surface of the conductor, the unevenness of this surface causes unfavorable differences in the density of force lines. The cable according to the invention consists, as is customary, mainly of an insulating body made of flexible material, such as rubber, which is provided with one or more channels which contain a conductor. According to the invention, the channels have a smooth wall, so that this wall is not in perfect contact with the conductor; however, the wall is provided with a well-adhering conductive layer which surrounds the special current conductor passed through the channel with space.
With this cable, the air pockets between the conductor and the insulation therefore remain unencumbered, and this fact is probably due to the greater load capacity.
A tube which has a lower resistance to bending but a high resistance to changing the shape of its cross-section can serve as the conductor, or one or more conductors can be enclosed by such a tube. A flexible metal hose is particularly suitable for this purpose. This prevents the shape of the channel from changing when the cable is bent sharply and strongly curved points appear on the conductive layer where the electric field is compressed.
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and this is covered with a well-fitting conductive layer. The thickness of the insulating layer can then be reduced while maintaining the load-bearing capacity, which again promotes flexibility.
The conductive layer need not affect the flexibility in the slightest. It is preferably carried out by a finely divided substance, e.g. B. a graphite suspension formed. A suitable agent is the graphite product available under the name Aquadag ".
A well-closed and even surface is achieved by applying the conductive layer to a well-fitting textile fabric such as canvas. The thin layer does not have to take part in the conduction of electricity, but only serves to form a surface of the same potential around the conductor. It is in contact with the conductor at several points, so that there are no large voltage differences in it or between it and the conductor, which means that its good condition is maintained and the enclosed air remains unencumbered. When the cable is bent, the conductor presses it against the wall of the duct, which ensures a good fit.
When using a flexible metal hose as a current conductor, the outer profile of the metal strip is preferably arched so that the conductive layer is not scratched off by the coils of the hose rubbing against it, but rather is polished smooth.
An embodiment of a cable according to the invention is shown in the drawing, u. Between FIG. 1 shows a piece of a cable and FIG. 2 shows the interior on an enlarged scale.
The rubber tube 1 forms the cable insulation. The cable here has a single core; but the invention is also applicable to multi-conductor cables such. B. three-phase cables applicable. The core consists of a flexible metal tube. Solehe hoses are often used as a protective cover for rubber hoses or for electrical conductors. They mostly consist of a helically wound
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The edges of the successive turns wrap around each other. Such a hose has a very variable length, since the coils can be easily pushed into one another, making it very flexible. If it is made from a rigid metal alloy, the resistance to change in the
Very large cross-section.
Part of this conductor is shown in cross section in FIG. The figure shows a number of consecutive turns. 3 that mesh. The S-shaped bent shape of the band from which the hose 2 is wound forms a helically escaping groove. This could be filled with the insulating material, but this would make bending much more difficult. If, however, the groove is left open, an air-filled channel 4 is created between the inner wall of the tube 1 and the metal tube. If the enclosed air is heavily charged electrostatically, there is a risk that the insulation material will be attacked and decomposed, which can cause a breakdown in a shorter or longer time.
This would be made easier by the field compression at the hook-shaped edges of the metal strip.
These disadvantages are avoided in that the wall of the channel in the pipe 1 is provided with a covering of conductive material which is in contact with the current conductors at a sufficient number of points.
The conductivity does not need to be great; it only has to be sufficient to form a surface of approximately the same potential. This conductive layer, which is e.g. B. consist of pent-up metal powder or. As mentioned, can be formed by means of the so-called Aquadag "is attached to a fine textile fabric 5. In addition, such a conductive layer is also provided on the outside of the rubber tube 1, for which a canvas clothing 6 serves as a carrier. This layer is in turn from a Metal wire mesh surrounded.
A large voltage difference can now be applied between the conductor 2 and the braid 8, the latter being suitably earthed during operation. The metal wires of the braid are in contact with the layer on the carrier 6 at several points distributed over the entire surface, so that a homogeneous field prevails between the concentric surfaces of the two conductive layers in a space completely filled with insulating material.
The metal mesh can also be surrounded by clothing made of cotton or a different fiber material or, for example, made of rubber, which makes handling more pleasant and counteracts chemical attacks on the metal. If desired, a rubber hose can be passed through the waveguide 2 for the supply of a coolant, or one or more electrical conductors can be enclosed therein. In the latter case, the waveguide itself can also be kept currentless.
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