DE19544898A1

DE19544898A1 - Niederspannungs-Energiekabel mit LWL-Element

Info

Publication number: DE19544898A1
Application number: DE19544898A
Authority: DE
Inventors: Hansjoerg Dr Widler; Martin Dipl Ing Ludwig; Bernhard Dipl Ing Mueller
Original assignee: BAYERISCHE KABELWERKE AG
Current assignee: BAYERISCHE KABELWERKE AG
Priority date: 1994-12-01
Filing date: 1995-12-01
Publication date: 1996-07-11

Description

Die Erfindung betrifft ein Niederspannungs-Energiekabel mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.

Ein derartiges Energiekabel ist z. B. aus DIN VDE 0266 Teil 2, April 1993 bekannt und für Niederspannungen bis zu 1000 V, oftmals 380/220 V ausgelegt. Bei die sem Energiekabel weisen die Adern in einer Ausführungsform kreissektorförmige Leitungsquerschnitte auf. Mit derartigen Leitungsquerschnitten wird der Kabel querschnitt gut ausgenutzt, so daß beim Verlegen des Energiekabels ein geringe rer Raumbedarf erforderlich ist. Dieses Energiekabel versorgt Haushaltungen und sonstige Abnehmer, wie z. B. technische Anlagen und Maschinen mit elektrischer Energie.

Neben der elektrischen Energieversorgung spielt heutzutage auch die Versorgung der Haushaltungen mit Nachrichten und Daten eine große Rolle. Technische An lagen und Maschinen werden ebenso mit großen Datenmengen, insbesondere Meß- und Steuerdaten versorgt. Bei dieser Datenübertragung gewinnt die opti sche Nachrichtentechnik mit Lichtwellenleitern zunehmend an Bedeutung. Die Installation von Datenleitungen bzw. Datenkabeln zu den technischen Anlagen hin erfolgte bislang nicht zuletzt aufgrund des Monopols der Telekom (ehemals Deut sche Bundespost) nachträglich und von der elektrischen Energieversorgung ge trennt. Dies erfordert regelmäßig einen hohen technischen Aufwand und erhebli che Kosten. Die hohen Installationskosten können zwar gesenkt werden, indem beim Neuanschluß des Energiekabels an eine technische Anlage der hierfür vor gesehene Leitungskanal zusätzlich das für diese Anlage oder einen anderen elektrischen Abnehmer erforderliche Datenkabel aufnimmt. Auch ist der Kabel querschnitt des Energiekabels durch die oben beschriebenen Adern geringfügig reduzierbar, dennoch erfordert die Aufnahme eines Energiekabels und eines zu sätzlichen Datenkabels insgesamt einen größeren Leitungskanalquerschnitt für die fachgerechte Handhabung der Kabel. Dementsprechend hat dieser Leitungs kanal einen hohen Raumbedarf, was sich bei Installationsarbeiten in Räumlichkei ten oder im Erdboden nachteilig auswirkt. Außerdem kann bei Montagearbeiten am Energiekabel das Datenkabel beschädigt werden und umgekehrt. Dadurch steigen die Instandsetzungs- und Betriebskosten für die Kabel und die techni schen Anlagen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Einsatz eines Energiekabels der eingangs genannten Art die Energie- und Datenversorgung von technischen An lagen kostengünstig und mit geringem Installationsaufwand zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des Anspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird ein als Datenkabel wirksames LWL(Lichtwellenleiter)-Ele ment in das Niederspannungs-Energiekabel eingebettet, ohne daß hierzu der Querschnitt des Energiekabels vergrößert oder ein zusätzlicher Raumbedarf in nerhalb des Energiekabels berücksichtigt werden müßte. Zu diesem Zweck wird das LWL-Element in den ohnehin bei dem Energiekabel vorhandenen Blindraum zwischen den Adern eingebettet. Der Blindraum ist je nach Anforderungen an das Energiekabel als Isolierung und/oder Schutzmantel und/oder Bewehrung od. dgl. ausgebildet. Das LWL-Element ist gewissermaßen ein integraler Bestandteil des Blindraumes.

Auf Grund der erfindungsgemäßen Einbettung des LWL-Elementes in ein her kömmliches Niederspannungs-Energiekabel kann auch auf aufwendige Schutz maßnahmen zum Schutz des LWL-Elementes vor mechanischen Beschä digungen verzichtet werden. Dieser mechanische Schutz ist vorteilhaft bereits durch die Isoliermäntel der Adern und den verbleibenden Blindraum bzw. den Au ßenmantel des Energiekabels gewährleistet. Auf diese Weise ist die Herstellung eines den Anforderungen an den Beschädigungsschutz entsprechenden LWL- Elementes vereinfacht und kostengünstig. Aufwendige Schutzmaßnahmen für das LWL-Element entfallen auch nicht zuletzt deshalb, da in den Niederspannungs- Energiekabel Störfaktoren wie z. B. elektrische Feldstärken, Kriechstromeffekte und Feuchtigkeitseinflüsse im Vergleich zum Mittelspannungs- oder Hochspan nungsbereich erheblich reduziert sind.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Niederspannungs-Energiekabels können die Installationsarbeiten für die Energie- und Datenversorgung von technischen Anla gen in einem Arbeitsgang erledigt werden. So können z. B. auch in der Industrie hochintegrierte Anlagen und Maschinen mit elektrischer Energie versorgt und gleichzeitig die im Energiekabel mitgeführten LWL-Elemente zur Prozeßautomati sierung bzw. zur Steuerung der Anlagen genutzt werden.

Je nach der Anordnung innerhalb des Blindraumes kann das LWL-Element auch als Fixierhilfe oder als Bewehrung für die Adern dienen und insbesondere uner wünschte Relativbewegungen zwischen den Adern verhindern.

Die Adern sind vorzugsweise aus Kupfer oder Aluminium hergestellt. Die Isoliermäntel der Adern bestehen z. B. aus VPE oder aus PVC.

Gemäß Anspruch 2 ergänzen sich die aneinandergereihten Adern zu einem Ringsegment. In diesem Fall eignet sich das verbleibende, als ein Blindraum wirk sames Ringsegment zur Aufnahme und Einbettung des LWL-Elementes. In die sen verhältnismäßig großen Blindraum können problemlos auch LWL-Elemente mit großem Gesamtquerschnitt, z. B. ein ganzes Bündel von Lichtwellenleitern oder auch mehrere nebeneinander angeordnete LWL-Elemente oder auch ein komplettes LWL-Kabel eingebettet werden.

Die Adern und dementsprechend deren Isoliermäntel sind an ihren Übergangsstel len zwischen ihren drei in Kabellängsrichtung verlaufenden Außenflächen mehr oder weniger abgerundet. Zwischen benachbarten Adern begrenzen die Abrun dungen bezüglich des Kabelquerschnitts einen radial außenliegenden Außen zwickel und einen zentralen Innenzwickel. Während diese Zwickel bei herkömmli chen Niederspannungs-Energiekabeln durch eine Füllmasse od. dgl. ausgefüllt sind, schlägt Anspruch 3 den Außenzwickel und Anspruch 4 den Innenzwickel als Blindraum zur Einbettung des LWL-Elementes vor. Das LWL-Element wird gewis sermaßen zwischen benachbarten Isolierelementen verklammert und ist deshalb vor unerwünschten Lageänderungen gut geschützt.

Das gemäß Anspruch 4 im Innenzwickel eingebettete LWL-Element wirkt in einer weiteren Funktion als geometrische Stabilisierung des Energiekabels, d. h. es bil det eine zentrale Armierung für das Energiekabel.

Gemäß Anspruch 5 wird ein vom LWL-Element nicht ausgefüllter Blindraum oder auch der gesamte unbesetzte Blindraum mit einer geeigneten, einen Füllmantel bildenden Füllmasse ausgefüllt. Diese Füllmasse ist z. B. durch eine Kunststoff mischung gebildet. Diese Mischung wird extrudiert und füllt die durch LWL- Elemente unbesetzte Blindräume aus.

Die Ansprüche 6 bis 8 betreffen bevorzugte Ausführungsformen des LWL- Elements.

Gemäß Anspruch 7 kann mit dem erfindungsgemäßen Energiekabel nicht nur ei ne Übertragung von Meß- und Steuerdaten, sondern auch eine Bildabtastung und Bildübertragung erfolgen.

Nach Anspruch 8 sind die einzelnen LWL-Fasern oder ein Faserbündel mittels einer Schutzhülle, z. B. einem Kunststoffrohr ummantelt und dadurch gegen me chanische Beschädigungen während oder nach der Herstellung des Energieka bels gut geschützt.

Das gemäß Anspruch 9 vorgeschlagene LWL-Kabel enthält eine Schutzhülle und eine Zugentlastung und weist dadurch eine verbesserte mechanische Eigenstabili tät auf. Auf diese Weise armiert und stabilisiert das LWL-Element das Energieka bel zusätzlich.

Anspruch 10 berücksichtigt die einfache Herstellung der verschiedenen Adern für das Energiekabel.

Anspruch 11 schlägt ein konstruktiv und montagetechnisch einfach aufgebautes Energiekabel mit vier Adern vor. Diese vier Adern ergänzen sich zu einem Ring und stabilisieren in aneinandergereihter Stellung gegenseitig ihre Soll-Lage. Die ser Aufbau des Energiekabels ist besonders für Drehstromsysteme mit drei Au ßenleitern (Phasenleiter) und einem Schutzleiter geeignet.

Die Ansprüche 12 und 13 berücksichtigen die entsprechenden VDE-Vorschriften bzw. Sicherheitsvorschriften beim Aufbau des Energiekabels und der Adern.

Der Erfindungsgegenstand wird anhand der in den Figuren dargestellten Aus führungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt des erfindungsgemäßen Energieka bels mit vier Adern, die sich zu einem Ringsegment ergänzen,

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt des erfindungsgemäßen Energieka bels in einer zweiten Ausführungsform mit vier Adern, die sich zu einem Ring ergänzen.

Das in Fig. 1 und in Fig. 2 dargestellte mehradrige Niederspannungs-Energiekabel 1 (nachfolgend kurz: Energiekabel 1) dient der Versorgung technischer Anlagen oder von Haushaltungen mit elektrischer Energie und mit Nachrichten bzw. Daten. Das Energiekabel 1 ist mittels eines Außenmantels 2 nach außen geschützt. So wohl in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 als auch gemäß Fig. 2 enthält des Energiekabel 1 vier stromführende Adern 3. Zwischen dem Außenmantel 2 und den Adern 3 befinden sich Blindräume 4, 5, 6.

Die Adern 3 weisen jeweils einen kreissektorförmigen Leitungsquerschnitt mit einem Sektorwinkel α auf. Jede Ader 3 ist von einem im Querschnitt ebenfalls kreissektorförmigen Isoliermantel 8 umgeben. In Umfangsrichtung des Energieka bels 1 sind die Adern 3 nach Art eines Ringes aneinandergereiht und ergänzen sich zu einem Ringsegment (Fig. 1) bzw. zu einem Ring (Fig. 2). Erfindungsgemäß ist in einen oder mehrere Blindräume 4, 5, 6 mindestens ein zusätzliches LWL- Element 9, 10 eingebettet.

In Fig. 1 weisen die vier identischen Adern 3 jeweils einen Sektorwinkel α von et wa 60° auf und ergänzen sich dadurch, wie bereits gesagt zu einem Ringseg ment. Das in Kabelumfangsrichtung des Energiekabels 1 verbleibende Ringseg ment bildet den Blindraum 6, in den das LWL-Element 9 eingebettet ist. Der Blindraum 6 ist so groß, daß er auch problemlos zur Einbettung eines ganzen Lichtwellenleiter-Bündels oder mehrerer solcher Bündel geeignet ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes nimmt ein radial außenliegender Außenzwickel 4 das LWL-Element 10 auf. Dieser Blindraum des Energiekabels 1 ist zwischen zwei benachbarten Adern 3 bzw. deren Isoliermänteln 8 gebildet (Fig. 1, 2). In einer weiteren Ausführungsform ist das LWL-Element 10 in den zentralen Innenzwickel 5 des Energiekabels 1 eingebettet. Dieser Blindraum ist ebenfalls zwischen den Adern 3 bzw. deren Isoliermänteln 8 gebil det.

Diejenigen Blindräume 4, 6, die nicht durch ein LWL-Element 9, 10 besetzt sind, werden mit einer einen Füllmantel 11 bildenden Füllmasse z. B. durch Extrusion ausgefüllt (Fig. 2). Selbstverständlich kann auch bei dem in Fig. 1 lediglich sche matisch dargestellten Kabel-Querschnitt zwischen dem Außenmantel 2 und den Isoliermänteln 8 ein Radialspalt vorgesehen sein, der mit der Füllmasse ausgefüllt ist.

Bei den LWL-Elementen 9, 10 kann es sich sowohl um einzelne LWL-Fasern als auch um ein Bündel bzw. Band als auch um ein LWL-Kabel handeln. Je nach dem Gesamtquerschnitt des LWL-Elementes 9, 10 sind entweder die verhältnismäßig kleinen Außenzwickel 4 bzw. Innenzwickel 5 oder der verhältnismäßig große Blindraum 6 zur Einbettung der LWL-Elemente 9, 10 geeignet.

In Fig. 1 weisen die vier Adern 3 - ebenso wie in Fig. 2 - eine identische Quer schnittsform auf. Während der Sektorwinkel α der Adern 3 in Fig. 1 etwa 60° be trägt, beträgt er bei den Adern 3 gemäß Fig. 2 jedoch 90°. Andere Sektorwinkel α sind ebenfalls denkbar.

Üblicherweise sind die Adern 3 miteinander verseilt. Hierbei werden auch das in den Blindraum 6 eingebettete LWL-Element 9 (Fig. 1) bzw. die in den Außenzwic keln 4 eingebetteten LWL-Elemente 10 verseilt. Je nach Anforderungen an das Energiekabel 1 bestehen die Adern 3 entweder aus einem Massivleiter oder aus miteinander verseilten Leitungsdrähten.

Bezugszeichenliste

1 Energiekabel
2 Außenmantel
3 Ader
4 Außenzwickel
5 Innenzwickel
6 Blindraum
8 Isoliermantel
9 LWL-Element
10 LWL-Element
11 Füllmantel

Claims

1. Mehradriges Niederspannungs-Energiekabel (1) zur Versorgung technischer Anlagen und/oder Maschinen

- mit einem das Energiekabel (1) schützenden Außenmantel (2),
- mit stromführenden Adern (3) im Außenmantel (2) und
- mit einem Blindraum (4, 5, 6) zwischen den Adern (3), wobei die einzelnen Adern (3)
- jeweils einen kreissektorförmigen Leitungsquerschnitt aufweisen,
- jeweils von einem Isoliermantel (8) umgeben sind und
- in Umfangsrichtung des Energiekabels (1) nach Art eines Ringes aneinan dergereiht sind,

dadurch gekennzeichnet,
daß in den Blindraum (4, 5, 6) mindestens ein zusätzliches LWL(Lichtwellen leiter)-Element (9, 10) eingebettet ist.

2. Energiekabel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- daß sich die Adern (3) zu einem Ringsegment ergänzen und
- daß das LWL-Element (9) in den in Kabelumfangsrichtung verbleibenden Blindraum (6) eingebettet ist.

3. Energiekabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das LWL-Element (10) in einen von einem radial außenliegenden Au ßenzwickel (4) zwischen zwei benachbarten Adern (3) gebildeten Blindraum eingebettet ist.

4. Energiekabel nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das LWL-Element (10) in einen von einem zentralen Innenzwickel (5) zwi schen den Adern (3) gebildeten Blindraum eingebettet ist.

5. Energiekabel nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch das LWL-Element (9, 10) unbesetzter Blindraum (4, 6) mit einer einen Füllmantel (11) bildenden Füllmasse ausgefüllt ist.

6. Energiekabel nach einem der Ansprüche 1-5, gekennzeichnet durch eine einzelne LWL-Faser als LWL-Element (9, 10).

7. Energiekabel nach einem der Ansprüche 1-5, gekennzeichnet durch mehrere, zu einem Bündel oder einem Band zusammengefaßte LWL-Fasern als LWL-Element (9, 10).

8. Energiekabel nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das LWL-Element (9, 10) eine Schutzhülle für die mindestens eine LWL- Faser enthält.

9. Energiekabel nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß das LWL-Element (9, 10) ein LWL-Kabel ist.

10. Energiekabel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Adern (3) eine identische Querschnittsform aufweisen.

11. Energiekabel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Energiekabel (1) vier Adern (3) enthält, deren Sektorwinkel (α) jeweils 90° beträgt.

12. Energiekabel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Adern (3) miteinander verseilt sind.

13. Energiekabel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ader (3) aus miteinander verseilten Leitungsdrähten besteht.