Kabel mit Eisenbewehrung. Treten in Starkstromleitungen Erdfehler auf, so induzieren die über die Erde fliessen den Erdschlussströme in benachbarten Fern meldeleitungen Längsspannungen, die durch ihre Höhe die Isolation der Fernmeldeanlage gefährden können. Diese Längsspannungen lassen sich durch geerdete, in der Nähe der Starkstromleitungen oder der vor Störungen zu schützenden Leitungen geführte Schutz leiter vermindern. Einen besonders wirk samen Schutz in dieser Richtung übt be kanntlich der leitende Mantel eines beeinflus senden Starkstromkabels oder der eines beein flussten Fernmeldekabels für die in seinem Innern befindlichen Fernmeldeadern aus.
In erster guter Näherung ist die Schutz wirkung eines Kabelmantels dem Verhältnis seines Scheinwiderstandes mit Erde als Rück leitung zu seinem Gleichstromwiderstand proportional. Man besitzt deshalb in der Verkleinerung des Gleichstromwiderstandes durch Anwendung einer Bandeisenbewehrung mit hoher Permeabilität zwei seit langem gebrauchte Mittel zur Verbesserung der Schutzwirkung des Mantels.
Da die Permeabilität eines magnetischen Materials allgemein von der jeweils herr schenden magnetischen Feldstärke abhängt, sind die Selbstin.duktivität und damit der Scheinwiderstand und die Schutzwirkung eines eisenbewehrten Kabelmantels Funk tionen der im Bewehrungseisen auftretenden magnetischen Feldstärke, die selbst von der elektrischen Durchflutung der Bewehrung abhängt.
Die Durchflutung ist beim Fern meldekabel durch den Mantelstrom und die in den Fernmeldeleitungen fliessenden Ströme, beinx Starkstromkabel durch die Summe aus Phasenströmen und Mantelstrom gegeben.
Es wurde nun gefunden, dass entsprechend dem Verlauf einer Permeabilitätskurve die Schutzwirkung des Kabelmantels mit stei gender elektrischer Durchflutung des Be- wehrungseisens zunächst zunimmt, im Ge- biet günstigster Feldstärken bei maximaler Permeabilität einen Höchstwert erreicht und bei stärkerer Durcbflutung wieder absinkt.
Bei hohen Störströmen, insbesondere Erd- schluss.strömen, zum Beispiel bei Doppelerd- schlüssen in .der Starkstromanlage, wird die günstigste Feldstärke für die Bewehrung des gestörten Starkstromkabels fast immer, für die eines stark benachbarten Fernmelde kabels zumeist weit überschritten.
Es ist dann die Schutzwirkung der Kabelmäntel verhältnismässig gering, und ausserdem treten in den induzierten Längsspannungen starke, die Isolation gefährdende Spannungsspitzen auf, .die den bekannten Spitzen eines Magne- tisierungsstromes beim Arbeiten im Gebiet starker Eisensättigung entsprechen.
Gemäss der Erfindung werden Kabel mit Eisenbewehrung dadurch verbessert, dass der Gleichstromwiderstand des Kabelmantels der art bemessen und das Bewehrungseisen der art dimensioniert und aus solchem Material hergestellt sind, dass bei einer Magnetisierung des Bewehrungseisens infolge Beeinflussung des Kabels durch Störfelder bestimmter Grösse die magnetische Feldstärke im Beweh- rungseisen, bei der die Permeabilität ihren Höchstwert erreicht, höchstens um 50 überschritten wird.
Nach einer besonderen Ausführungsform werden ,die Kabel derart bemessen, dass die Permeabilität des Beweh- rungseisens bei der stärkst vorkommenden Beeinflussung ihren Höchstwert besitzt.
Vorzugsweise wird die Bewehrung des Kabels aus einem Eisen gewählt, dessen maximale Permeabilität bei magnetischen Feldern auftritt, die über 3,5 Gauss liegen. Durch diese Bemessung können die spitzen Spannungskurven vermieden und eine Er höhung der Schutzwirkung, die durch dein Schutzfaktor bestimmt ist, erreicht werden. Unter Schutzfaktor des Starkstromkabel mantels ist das Verhältnis von Gleichstrom widerstand zum Scheinwiderstand des Man tels zu verstehen.
Ist bei einer Anlage die Permeabilität für grössere Störströme bereits weit überschritten, so genügt in manchen Fällen schon eine verhältnismässig geringe Erhöhung der Induktivität des Mantels, zum Beispiel durch Anbringen einer weiteren magnetisierbaren Bandlage. Durch die Er höhung der Induktivität des Bleimantels wird die Schutzwirkung des Kabelmantels erhöht und der :das Eisen magnetisierende Strom verringert.
Dadurch verringert sich die Feldstärke im Eisen, so dass dadurch die Selbstinduktion des Mantels noch etwas er höht wird, so lange bei dieser Feldstärke die maximale Permeabilität noch überschrit ten ist. Die hier in Aufeinanderfolge angege benen Änderungen treten natürlich gleich- zeitig ein und führen zu einem durch die Wechselwirkung festgelegten Wert der Man telinduktivität. Bei verhältnismässig geringer Erhöhung .der Induktivität des Bleimantels durch eine weitere Bandlage kann daher bei geeigneter Konstruktion des Kabels schon eine bedeutende Erhöhung der Schutz wirkung eintreten.
In ähnlicher Weise wirkt die Verwen dung eines Bewehrungsmaterials, welches erst bei höheren Feldstärken gesättigt ist. Ungünstig wäre beim Arbeiten im Gebiet hoher magnetischer Feldstärken im Eisen oberhalb der optimalen Permeabilität eine Verminderung des Gleichstromwiderstandes des Mantels beim Fernmeldekabel,
da da durch auch der Scheinwiderstand des Mantels kleiner und die elektrische Durchflutung wegen des wachsenden Mantelstromes noch grösser würde. Beim Arbeiten im Gebiet magnetischer Feldstärke unterhalb .der opti malen Permeabilität ist dagegen eine Ver minderung des ohmschen Mantelwiderstandes wirksamer als die Steigerung der Mantel- induktivität durch stärkere Eisenbedeckung.
Bei Kabeln, deren Eisenbewehrung wegen der hohen Beeinflussung elektrisch stark durchflutet wird, ist die Verwendung eines Bewehrungseisens zweckmässig, bei dem die maximale Permeabilität erst bei hoher Feld stärke auftritt. Obwohl die mittlere Per meabilität (gerechnet als Mittel für .die ganze Hystereseschleife) solcher meist billiger Eisensorten kaum höher liegt als bei hoch wertigen Sorten mit hoben Anfangspermeabi- litäten, so ist der Vorteil darin begründet,
dass die Augenblickswerte der Permeabilität, die durch das Verhältnis
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gegeben sind, im Punkte maximaler Durchflutung grösser sind als bei den hochwertigen Eisensorten. Für die Spannungsspitzen, die vermieden werden sollen, ist gerade dieser Augenblicks wert der Permeabilität im Gebiet maximaler Durchflutung wichtig. Durch einen hohen Wert des Augenblickswertes der Permea- bilität in dem genannten Gebiet wird er reicht, dass die Bleimantelinduktivität hoch liegt und dadurch der maximale Wert des Bleimantelstromes herabgesetzt wird.
Es treten daher bei magnetischen Stoffen, die erst bei hohen Feldstärken gesättigt wer den, geringere Spannungsspitzen auf als bei Stoffen, deren maximale Permeabilitä,t im Gebiet niedriger Feldstärke liegt. Die Verwendung von Eisensorten, deren maxi male Permeabilität erst bei hohen Feld- --tärken auftritt, ist besonders empfehlens wert.
Materialien solcher Eigenschaften sind zum Beispiel: Gusseisen, Flusseisen, Fluss- ctahl und Elektrolyteisen. Bei etwaiger Wärmebehandlung ist diese so zu führen, da.ss die Sättigung erst bei hohen Feld stärken, vorzugsweise bei solchen über 3,5 Gauss, eintritt. Beispielsweise würde bei un- geglühten Siliziumeisen mit etwa ä % Sili- ziumgehalt die maximale Permeabilität erst bei 8 Gauss eintreten.
Durch Glühen kann das Material leichter bearbeitbar bezw. be- wickelbar gemacht werden und doch noch ein hoher Feldstärkenwert für die maximale Per meabilität eingehalten werden. Durch An wendung von Luftspalten kann bewirkt wer den, dass die Sättigung erst bei hoher Feld stärke eintritt. Die Luftspalten können fabri- katorisch einfach durch eine geeignet grosse Steigung der Bandwicklung (mit einem oder mehreren Bändern) verwirklicht werden.
Günstig ist .fernerhin das Auftreten von Wirbelströmen im Bewehrungseisen, die eine Verminderung der wirksamen Feldstärke im Eisen hervorrufen, wodurch es leichter ge lingt, im ansteigenden Ast der Permeabilität- Kurven arbeiten zu können. Als Bewehrungs- eisen wird vorzugsweise ein solches mit einer elektrischen Leitfähigkeit von mindestens <B>7</B> m/Ohm-mm\ benutzt.
Ein weiteres besonders wirksames Mittel, ein Arbeiten über der maximalen Permea.- bilität zu verhindern, besteht in der Anbrin- gung einer gut leitenden Hülle (zum Beispiel aus Kupfer, Aluminium oder dergleichen) über der magnetisierbaren Bewehrung.
Da die magnetisierbare Bewehrung wohl die In duktivität und damit den Scheinwiderstand des Bleimantels erhöht, nicht aber die Induk- tivität und den Scheinwiderstand der Hülle, wird bewirkt, dass der Strom hauptsächlich in der gut leitenden Hülle und nur zum geringeren Teil im Bleimantel verläuft. Der Strom des Bleimantels wird also sozusagen nach aussen verdrängt. Durch diese Strom verdrängung wird nun die elektrische Durch flutung des magnetisierbaren Bewehrungs- materials verringert.
Ausser einer günstigen Verschiebung des Arbeitspunktes auf der Permeabilitätskurve wird durch die Strom verdrängung erreicht, dass die in den Fern meldeadern des Kabels induzierten Span nungen (Längsspannungen) herabgesetzt werden. Dies kommt dadurch zustande, daB das für diese Spannung massgebende Produkt aus Bleimantelstrom und dem ohmschen Blei mantelwiderstand herabgesetzt wird.
Die erwünschte Stromverdrängung nach aussen lässt sich durch Ausnutzung des mag netischen Feldes, das durch die Steigung des Bewehrungseisens in der Richtung der Ka belachse entsteht, noch steigern. Dies kann dadurch geschehen, dass die magnetisierbare Bewehrung in Form von Drähten oder Bän dern, die gut leitende Hülle ebenso in Form von Drähten (zum Beispiel Flachdrähten) oder Bändern aufgebracht wird, jedoch der art, dass die Schutzleiter schraubenlinien- förmig um das Kabel verlaufen mit einem der Drallrichtung der Bandeisenbewehrung entgegengesetzten Windungssinn. Dadurch wird nämlich erreicht,
dass die magnetischen Längsfelder der Bewehrung in der gut lei- tenden Hülle zusätzliche Spannungen indu zieren, welche den in der gut leitenden Hülle bereits vorhandenen Strom unterstützen. Durch diese magnetische Kopplung wird anderseits der Bleimantelstrom entsprechend herabgesetzt. Durch geeignete Wähl der Steigung der entgegengesetzt aufgebrachten Wicklungen lässt sich ein Optimum der Wirkung erzielen.
Die als Schutzleiter über der magnetisier- ba.ren Bewehrung aufgebrachten Drähte oder Bänder können selbst aus magnetisierbarem Material bestehen, wodurch eine Erhöhung der Induktivität des Bleimantels bewirkt wird. Die Schu zleiter können beispiels weise aus einer Flachdrahtbewehrung oder einer Runddrahtbewehrung bestehen.
Die äussern Drähte oder Bänder werden vorzugs weise aus einem Material höherer spezifischer Leitfähigkeit und gegebenenfalls geringerer Permeabilität als die innern Drähte oder Bänder ausgeführt.