[0001] Die Erfindung betrifft ein Elektrokabel, insbesondere für Solar- bzw. Windkraftwerke,
mit mindestens einem vorzugsweise mehrdrähtigen Stromleiter, der mit einer zwischen
einem inneren und einem äusseren Kunststoffmantel liegenden Metallarmierung versehen
ist.
[0002] Derartige Elektrokabel eignen sich für den Transport von grossen Strömen in der Luft
und im Erdreich. Sie werden daher vor allem in grossen Solarkraftwerken zur Energieübertragung
von Gleich- oder Wechselströmen angewandt, insbesondere dort, wo eine hohe Stromdichte
eine ebenfalls hohe thermische Erwärmung bewirkt, zu der gleichzeitig die Erwärmung
durch die Sonneneinstrahlung hinzukommt, oder wo bei einer vorgegebenen Stromstärke
eine möglichst geringe Erwärmung erfolgen soll.
[0003] Durch die grossen beanspruchten Flächen der Solarfelder ist eine kostengünstige Architektur
der Anlage mit optimierten Elektrokabeln sehr wichtig. Hierbei ist anzustreben, dass
eine thermisch optimale Abstrahlung respektive die Wärmeabgabe der Kabel an die Umwelt
sowie geringe Übertragungsverluste mitunter als entscheidende Faktoren erfüllt sind.
[0004] Die Metallarmierung der Kabel soll ihrerseits sicherstellen, dass die Kabel gegen
mechanische Beschädigungen oder gegen Ratten- oder Termitenbisse gut geschützt sind.
Bei den bisher bekannten Elektrokabeln dieser Art ist die Metallarmierung aus Stahl-
oder Aluminiumdrähten, respektive umwickelten Stahl- oder anderen Metallbändern hergestellt.
Eine solche Armierung ist fertigungstechnisch aufwendig und hat in Bezug auf den mechanischen
Schutz nur eine begrenzte Wirkung.
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Elektrokabel der eingangs genannten
Art zu schaffen, welches sich bei höchstmöglicher Wärmeabstrahlung, geringen Wärmeübertragungsverlusten
und hoher Lebensdauer durch günstige Herstellungskosten und gute Abisoliereigenschaften
sowie einen guten Schutz gegen mechanische Beschädigungen auszeichnet.
[0006] Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Metallarmierung durch
eine längslaufende Bandkonstruktion, bestehend aus einem oder mehreren konzentrisch
um den inneren Kunststoffhülle aufgebrachten Längsbändern gebildet wird, die vorzugsweise
an der Überlappungsstelle mit einem dort aufgebrachten Kleber, insbesondere einem
Heisskleber verklebt sind. Sie können aber auch verschweisst oder nur längseinlaufend
umlegt sein.
[0007] Weitere bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Elektrokabels bilden den
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
[0008] Durch die erfindungsgemäss längslaufende Bandkonstruktion ergibt sich beim einzeln
armierten Einleiteraufbau die grösstmögliche beidseitige Kontaktoberfläche, die eine
bestmögliche radiale und transversale Wärmeleitung im Kabel mit sich bringt.
[0009] Bei Mehrfachleitern wird durch eine offene Verseilung der Kabel die grösstmögliche
Oberfläche erreicht, über welche die Wärme optimal an die Umgebung abgegeben werden
kann.
[0010] Durch die Ausführung der Armierung mit mindestens einem verklebten Längsband wird
zudem die Querwasserdichtigkeit beinahe ohne Mehrkosten realisiert. Dadurch kann die
Lebensdauer der Isolation signifikant verbessert werden, da die elektrische Alterung
über die Feuchtigkeitsdiffusion angeschoben wird.
[0011] Durch die metallische Barriere wird der Wasserzutritt dauerhaft unterbunden. Die
Dichtigkeit und mechanische Verbindung der Überlappungsstelle wird vorzugsweise mit
einem dort aufgetragenen Kleber, insbesondere einem Heisskleber, sichergestellt.
[0012] Die erfindungsgemässe Armierung ermöglicht zudem die Führung des Schutzpotentials
und die Abschirmung gegen elektrische Felder, wobei im Falle eines Kurzschlusses die
vollflächige Bandarmierung sehr grosse Ströme ohne Beschädigung ableiten kann, weil
der thermische Vollkontakt mit den Kunststoffmänteln ermöglicht, extrem grosse Wärmemengen
sofort abzuführen, womit eine Überhitzung der Armierung vermieden wird.
[0013] Diese Ableitung von grossen Strömen bzw. die gute Wärmeableitung des Elektrokabels
ist auch im Falle eines Blitzeinschlages in die Solaranlage oder dergleichen sehr
vorteilhaft.
[0014] Bei einer Beschädigung des Kabels erfolgt immer zuerst der Kontakt mit dem Bandschirm.
Das ist gegenüber nicht armierten Kabeln vorteilhaft und auch ein wichtiger Sicherheitsaspekt
bei Solarkabeln, die auf und in Gebäuden eingesetzt werden. Im Fall einer Bekämpfung
eines Feuers trifft nämlich der Löschstrahl von Löschflüssigkeit immer zuerst auf
eine geerdete Leiterschicht des Kabels, so dass der Feuerwehrmann vor zu hohem Potential
geschützt wird.
[0015] Die Vorteile der erfindungsgemässen Armierung sind sowohl bei Einleiterkabeln als
auch bei Mehrfachleitern voll wirksam. Durch die Geometrie von verseilten koaxialen
Zwei- oder Vierleiterkabeln für Gleichstrom oder auch Einphasensysteme entstehen zudem
symmetrische elektrische Felder, eine Eigenschaft die speziell interessant ist in
Bereichen, wo höherfrequente Störströme des Wechselrichters sowohl auf der DC wie
auf der AC Seite die Gleichströme resp. 50 bzw. 60 Hz Ströme überlagern. Bei einem
Drehstromsystem erbringen drei verdrillte Einleiter das beste Resultat.
[0016] Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Schnitt eines perspektivisch dargestellten erfindungsgemässen Elektrokabels,
als Einleiter ausgeführt,
- Fig. 2
- einen perspektivischen Schnitt einer anderen Variante, als Zweileiterkabel ausgeführt,
und
- Fig. 3
- einen perspektivischen Schnitt einer dritten Variante, als Vierleiterkabel ausgeführt.
[0017] Das in Fig. 1 dargestellte Elektrokabel 1 wird insbesondere bei Solar- und Windkraftwerken,
aber auch bei anderen ähnlichen Anlagen eingesetzt und es wird vor allem im Aussenbereich
bzw. in feuchter Umgebung verlegt.
[0018] Das Elektrokabel 1 umfasst einen Innenleiter 2 aus mehreren miteinander verseilten
Drähten aus Aluminium oder Kupfer mit einer inneren Kunststoffhülle 3 und einer konzentrisch
um ihn aufgebrachten Armierung, bestehend aus einem Längsband 4, das aus einer Metallfolie
aus Aluminium, Kupfer, Stahl oder Messing mit ca. 0,3 mm Stärke hergestellt ist.
[0019] Das Armierungsband 4 wird vorzugsweise an der Überlappungsstelle 5 längs verklebt
und bildet damit eine wasserdichte Diffusionssperre, welche die Querwasserdichtigkeit
des Elektrokabels sicherstellt. Als Klebstoff eignet sich besonders ein in die Überlappungsstelfe
5 des Bandes aufgetragener Heisskleber.
[0020] Das Armierungsband 4 kann auch vollflächig mit dem äusseren Kunststoffmantel 6, 7
durch eine klebende Schicht verklebt werden.
[0021] Über die Metallarmierung 4 wird ein äusserer Kunststoffmantel 6, 7 mit vorzugsweise
mehreren funktionalen Schichten aufgebracht, zum Beispiel einer Innenschicht 6 mit
sehr flammwidrigen Verhalten und einer Aussenschicht 7, einer sogenannten Termigon-Schicht,
die gegen Termitenfrass und Nagetiere sowie zum Schutz des Elektrokabels gegen Abrieb
beim Einziehen des Kabels wirksam ist.
[0022] Die Metallarmierung 4 besteht aus einem einzelnen Längsband, das an der Überlappungsstelle
5 verklebt ist. Es ist aber auch im Rahmen der Erfindung möglich, als Metallarmierung
eine Bandkonstruktion bestehend aus mehreren längslaufenden Einzelbändern vorzusehen,
die miteinander an den Überlappungsstellen verklebt sind.
[0023] Die Kunststoffisolation des Kabels, bestehend aus der inneren Kunststoffhülle 3 und
dem äusseren Kunststoffmantel 6, 7 wird mittels Extruder-Maschinen hergestellt, die
es ermöglichen, entweder nur eine Schicht oder aber gleichzeitig in einem Arbeitsgang
mehrere Schichten aufzutragen. Beim erfindungsgemässen Elektrokabel sind beide Verfahrensweisen
anwendbar.
[0024] Wie in Fig. 2 dargestellt, können zwei Einleiter 1 a, 1b miteinander zu einem Zweileiterkabel
8 verseilt werden. Sie ermöglichen damit den Transport des Vor- und Rückstromes, wobei
bei DC die beiden Polaritäten + und - geführt werden.
[0025] Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist es auch möglich, aus vier solcher miteinander verseilten
Einleitern 1a bis 1d ein Vierleiterkabel 9 herzustellen, womit die Leiteroberfläche
und die Abkühloberfläche nochmals erhöht werden, und die Transportkapazität bei einem
gegebenen Querschnitt verbessert wird.
[0026] Um eine Redundanz oder Verbesserung der elektrischen Isolierungseigenschaften, der
chemischen Beständigkeit oder der mechanischen Eigenschaften zu erzielen, ist es insbesondere
bei Zwei- oder Vierleiterkabeln vorteilhaft, wenn die Isolation der Kunststoffhülle
3 bzw. des Kunststoffmantels 6, 7 jeweils zweischichtig ausgeführt ist.
[0027] Weitere Elemente können noch eingesetzt werden, um die Verwendung des Elektrokabels
auch bei höheren Spannungen abzusichern. Um eine homogenere Verteilung des elektrischen
Feldes zu ermöglichen, können auch extrudierte Halbleiterschichten oder halbleitende
Bänder am Stromleiter, an der neutralen oder geerdeten konzentrischen Armierung sowie
am Kunststoffschirm aufgebracht werden.
[0028] Insbesondere bei Zwei-oder Vierleiterkabeln ist es vorteilhaft, die Isolationssysteme
mit je einem inneren Halbleiter, einem Dielektrikum und einem äusseren Halbleiter
zu versehen, wobei die Halbleiterschichten aus Bändern, Graphit oder einem extrudierten
Material bestehen können.
[0029] Bei einem Drehstromsystem sind vorteilhaft drei miteinander verdrillte Einleiter
mit je einem erfindungsgemässen Längsband vorgesehen.
1. Elektrokabel, insbesondere für Solar- bzw. Windkraftwerke, mit mindestens einem vorzugsweise
mehrdrähtigen Stromleiter (2), der mit einer zwischen einer inneren Kunststoffhülle
(3) und einem äusseren Kunststoffmantel (6, 7) liegenden Metallarmierung (4) versehen
ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Metallarmierung (4) durch eine längslaufende Bandkonstruktion gebildet ist, die
mit mindestens einem konzentrisch um die innere Kunststoffhülle (3) aufgebrachten
Längsband versehen ist, welches an der Überlappungsstelle (5) vorzugsweise mit einem
dort aufgetragenen Kleber, insbesondere einem Heisskleber, verbunden ist.
2. Elektrokabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandkonstruktion (4) aus einer metallischen Folie aus Metall, wie Aluminium,
Kupfer, Stahl und/oder Messing mit vorzugsweise grösser als 0,1 mm Dicke hergestellt
ist.
3. Elektrokabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Bandkonstruktion (4) aus mehreren Längsbändern mit miteinander verklebten
Überlappungsnähten (5) zusammensetzt.
4. Elektrokabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Bandkonstruktion (4) aus einem Einzelband besteht, das vollflächig mit dem äusseren
Kunststoffmantel (6, 7) durch eine klebende Schicht verklebt ist.
5. Elektrokabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
die innere Kunststoffhülle (3) bzw. der äussere Kunststoffmantel (6, 7) einen ein-
oder mehrschichtigen Aufbau aufweisen.
6. Elektrokabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
es als Einleiterkabel (1) mit halogenfreien Werkstoffen und höherem Temperaturindex
sowie vernetztem Isolationsmaterial hergestellt ist.
7. Elektrokabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
es als Einleiterkabel (1) mit halogenfreien und teilweise flammwidrigen Werkstoffen
hergestellt ist.
8. Elektrokabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
es als Zwei- oder Vierleiterkabel (8 bzw. 9), dessen Isolationssysteme (3 bzw. 6,
7) aus einer extrudierten und wärmebeständigen sowie biegsamen Kunststoffschicht bestehen,
hergestellt ist.
9. Elektrokabel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationssysteme (3 bzw. 6, 7) zweischichtig ausgeführt sind.
10. Elektrokabel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationssysteme (3 bzw. 6, 7) aus je einem inneren Halbleiter, einem Dielektrikum
und einem äusseren Halbleiter bestehen.