DE1790123A1 - Elektrisches Kabel zur UEbertragung hochfrequenter Stroeme - Google Patents

Description

• Elektrisches Kabel zur Übertra-Sung hochfrequenter Ströme. Zur Übertragung größerer Hochfrequenzenergien werden in neuerer Zeit fast ausschließlich koaxiale Kabel benützt, die aus zwei Leitern be- stehen, von denen der eine als Außenleiter den Innenleiter konzen- trisch umschließt. Die-zentrische Lage des Innenleiters wird durch Isolierstoff zwischen den Leitern gesichert. Dieser Isolierstoff kann den Zwischenraum zwischen den beiden Leitern voll, teilweise oder so ausfüllen, daß er nur zur Halterung des Innenleiters dient, während der größte Teildes Zwischenraumes mit Luft oder Gas gefüllt ist. Da mit steigender Frequenz eine immer dünnere Schicht der Innenleiter- oberfläche an der Stromleitung beteiligt ist, genügt es, statt eines Vollleiters ein Rohr zu verwenden, um so das Material im Innern des :Kabels einzusparen. Da ein Teil der über das so ausgebildete Kabeltransportierten Leistung durch die Verluste in den Leitern sowie im Isolierstoff in Wärme umgesetzt wird, begrenzt die tehermische Festig- keit des Isolierstoffes die zulässige Kabeltemperatur und damit die

  übertragbare Leistung.

  Versuche, die in dem koaxialen Kabel entstehende Verlustwärme durch Kühlung abzugführen, damit die übertragbare Leistung eines gekühlten Kabels die eines nicht gekühlten beträdtlich übersteigt, führten in- sofern zu Schwierigkeiten, als die bekannten Kühlmittel, beispiels- weise: Wasser, Glycol-Wasser-Gemische, Ö1, Glycerin und dergle sich durch die: ständige Wärmeaufnahme sowie den Kontakt mit anderen. Werk- stoffen oder durch gelegentliche elektrische Durchschläge allmählich zersetzen. Die Folgen davon sind öfteres Auswechseln der Flüssigkeit, Reinigen der Anla e und dergl., was neben den hohen Kosten zu ständigen Betriebsstörungen" , hrt..Die elektrische Leiifähigkeiit-dea Wassers oder eines leitfähigen Kühlmittels ist weiterhin ein schwerwiegender Nachteil insbesondere dann, wenn die Anlage unter hoher Spannung gegen Erde arbeiten muß, wie es bei Kabeln immer wieder vorkommen kann. Diese Schwierigkeiten beim Betrieb eines elektrischen Kabels zur Über- tragung hochfrequenter Ströme werden durch ä.e Erfindung überwunden. Gemäß der Erfindung wird der Raum zwischen dem Innenleiter und dem zu diesem-konzentrischen Außenleiter und/oder der gegebenenfalls im Innern des Innenleiters von einem inerten Kühlmitöel durchströmt. Als inertesKühlmittel kann eine Flüssigkeit oder auch ein Gas verwendet werden. Als besonders vorteilhaft haben sich jedoch inerte Flüssigkeitea erwiesen, di.e in großem Umfange als dielektrische Kühlmittel verwen- det werden und außergewöhnlich gute elektrische Eigenschaften verbunden mit vorteilhaften Wärmeübertragungsmerkmalen aufweisen. Solche inerteit Flüssigkeiten können infolge ihres niedrigen ,Siedepunktes die Wärme erheblich schneller als nichtflüchtige organische Kühlmittel abführen. Dies ermöglicht eine Verminderung sowohl des tffanges als auch des Ge- wichtes von Einrichtungen, die zur Kühlung des Kabels notwendig sind und bietet Gelegenheit zu einer durchgreifenden Verkleinerung der gesamten Anlage.
• Darüber hinaus sind die inerten Flüssigkeiten in Gegenwart von Metallen und anderen Konsüukti.onswerkstoffen stabil, das gilt auch oberhalb solcher Temperaturen, die für alle anderen dielektrischen Kühlmittel als-höchstzulässig bezeichnet werden müsse,. Auch unter exstremen Be- dingungen bilden inerte Flüssigkeiten keine .Schlämme oder Harze. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß inerte Flüssigkeiten.z.B. nach erfolgten elektrischen Durchschlägen nicht ersetzt werden müssen, da sie sich selbst- regenerieren. Die inerte Flüssigkeiten sind nicht brennbar und chemisch inaktiv, -sowie anti.korro.siv und ungiftig. Alsinerte Flüssigkeit kann beispielsweise eine Flüorcarbon-Inert-Flüssigkeit verwendet werden, die infolge ihrer-hervorragenden dielektrischen Eigenschaften sogar als Isoliermittel @einae.setzt werden kann. So beträgt beispielsweise die Dielektrizitätskonstante etwa 1,8 bis 1999 der Verlustfaktor ist bei ikHz kleiner als 3 bis 4 mal 1o 4, bei i MHz kleiner als 5 x 10 4 und die Durchschlagsfestigkeit bei 250 C beträgt etwa 17 bis 22 kV/mm.
• In Durchführung des Erfindungsgedankens läßt sich eine Inert-Flüssigkeit als Kühlmittel bei einer hochfrequent betriebenen Anlage in der Weise einsetzen, dsß die zur Anlage gehörenden koaxialen Kabel so-ausgebildet sind, daß der z.B. aus einem Rohr bestehende Innenleiter ge- kühlt wird.. Auf diese Weise ist es möglich, die zu übertragende Leistung wesentlich zu steigern. Das ist besonders dann wichtig, wenn eine bestehende Anlage in ihrer Leistung erhöht werden soll und verhindert werden muß, daß ein zur Anlage gehörendes Kabel ausgewechselt oder ein weiteres Kabel für einen Parallelbetrieb hinzugefügt werden muß. Anstatt- das kühlende Medium durch den als Rohr ausgebildeten Innenleiter'zu führen, ist es auch möglich, die Kühlung den Kabels durch Ausfüllen des zwischen den beiden konzentrischen Rohren befindlichen Hohlraumes. zu ermöglichen. Infolge der giihstigen Eigenschaften des verwendeten kühlenden Mediums ist es ferner möglich und oft besonders zweckmäßig, wenn, es nicht um die Steigerung der zu übertragenden Leistung geht, bei gleicher Leistung die Abmessungen des Kabels zu vermindern$ Auf diese Weise: lassen sich exstren kleine äußere Ab- messungen erreichen. Das gilt insbesondere noch dran, wenn nicht nur die Kabel, sondern auch die mit diesem Kabel. verbundenen weiteren elek- trischen Anlagen, beispielsweise Senderöhre, Yeratärkeranlagen und .dergl. an einen gemeinsamen Kühlmittelumlauf angeschlossen sind. Be- sonders vorteilhaft dürfte daher der Einsatz solcher, inefolge des verwendeten inerten Kühlmittels möglicher Anordnungen geringer Abmessungen in ortsveränderlichen Anlagen sein, beispielsweise in Bord- anlagen und dergl. von Flugzeugen, Schiffen. Die Erfindung sei an Hand der in den Figuren 1 .bis 4 dargestellten AusfÜhrungsbeispiele.näher erläutert.
• Das aus dem als .Rohr ausgebildeten Innenaeit.er 1 und dem ebenfalls als Rohr ausgebildeten Außenleiter 2 bestehende elektrische.Kabel zur Übertragung-hochfrequenter Ströme wird, wie in der Figur 1 dargestellt, in der Weise gekühlt, daß die inerte Flüssigkeit, beispielsweise eine Fluorcabon-Inert-Flüssigkeit in Pfeilrichtung das Innenrohr durchströmt. Infolge des niedrigen Siedepunktes dieser Inert-Flüssigkeit kann die Wärme beim Verdampfen erheblich schneller als bei nicht flüchtigen or-

  ganischen Kühlmitteln abgeführt werden. Anstatt die inerte 1 Kühlfjissig-

  keit durch das Innenrohr 1 strömen zu lassen, ist.es aber, wie in der

  Figur 2 dargestellt, auch möglich, das kühlende Medium in den Raum zxi

  zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr einlaufen zu lassen. Weitere

  Ausführungsbeispiele sind in den Figuren 3 und 4 dargestellt, bei denen das inerte Kühlmedium sowohl durch den als Rohr ausgebildeten Innen- leiter 1 als auch durch den Raum zwischen dem Innenleiter 1 und dem Außenleiter 2 strömt. Hierbei kann man auch, wie aus den Figuren er- sichtlich, die Strömungsrichtung so wählen, daß sie in dem Innenrohr und dem Raum zwischen den Rohren gleich oder entgegengesetzt gerichtet eist. Auf diese Weise läßt sich leicht eine Anpassung an die mit dem Kabel verbundenen-anderen elektrischen. Geräte oder Anlagen erreichen. Abweichend von den dai°Eestellten Ausführungsbeispielen ist es aber auch möglich und oft von besonderem Vorteil, den Außehleiter mit einem oder mehreren weiteren konzentrischen Rohren zu umgeben, so daß weitere Kühlkanäle gebildet werddn. So kann beispielsweise der als Volleiter ausgebildete Innenleiter eines Kabels von dem rohrförmä.een Außenleiter und einem weiteren Rohr umgeben sein, wobei die inerte Flüssigkeit den Raum zwischen dem Innen- und Außenleiter und dem Außenleiter und dem zusätzlichen Rohr durchströmt. Insbesondere bei Kabeln kleiner Abmessungen kann es aber auch schon ausreichen, die inerte Flüssigkeit lediglich durch den vom Außenleiter und dem zusätzlichen Rohr gebildeten-Kanal strömen zu lassen, so daß die entstehende Wärme von der Oberfläche des Außenleiters abgeführt wird. Eine solche Anordnung wird auch dann besonders vorteilhaft sein, wenn

  die inerte Flüssigkeit pYe#s Dielektrikumo zwischen Innen- und Außen-

  leiten nicht erwünscht ist.

Claims (1)

1. Patentansprüche 1. Elektrisches Kabel zur Übertragung hochfrequenter Ströme, bestehend aus einem Innenleiter und einem koaxial zu diesem angeordneten Außenleiter, insbesondere in Form zweier konzentrisch»r zueinander angeordneter Rohre, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen dem -- Innenleiter und dem Außenleiter und/.oder gegebenenfalls im Innern des Innenleiters von einem inerten Kühlmittel durchströmt wird. 2. Elektrisches Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenleiter von *mindestens einem weiteren konzentrischen Rohr um- geben ist. :)..Elektrisches Kabel aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten Rohren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungs- richtung im Innern des Innenleiters unterschiedlich zu der im Raum zwishhen dem Innenleiter und dem Außenleiter ist. Elektrisches Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmittel eine Fluorcarbon-Inert-Flüssigkeit verwendet ist.-5- .Verwendung eines nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 ausgebildeten elektrischen Kabels zur Übertragung hochfrequenter Ströme zum Anschluß ,an eine an sich bekannte Strahlunsenderöhre mit gemeinsamem oder unterschiedlichem Kühlmittelkreislauf. . 6.- Verwendung eaeh einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 herge- stellten elektrischen Kabels zur Übertragung hochfrequenter Ströme: zum Anschluß an eine Verstärkeranlage, die selbst mit der inerten_ Flüssigkeit gekühlt-ist, in einem gemeinsamen Kühlmittelkreislauf.