Das Elektrische Kabel: Eine Darstellung der Grundlagen für Fabrikation, Verlegung und Betrieb

413 Pages·1910·20.074 MB·German

by  Dr. phil. C. Baur (auth.)

Das
Elektrische Kabel.
Eil1e Darstellul1g
del' Gl'ul1dlagen fiir Fabrikatiol1,
Verlegul1g und Betrieb.
Von
Dr. phil. C. Baul',
Ingenicnr.
Zweite, umgearbeitete A uflage.
Mit 91 Textfigurcn.
Berlin.
Vel" I a g von J u I ius S p r i n gel".
1910.
ISBN -13: 978-3-642-89520-3 e-ISBN -13: 978-3-642-91376-1
DOl: 10.1007/978-3-642-91376-1
Softcover reprint of the hardcover 2nd edition 1910
AHe Rechte, insbesondere das der tJbersetzung
in fremde Sprachen, sind vorbehalten;
Universitllts-Buchdruckerei von Gustav Schade (Otto Francke)
in Berlin und Fiirstenwalde (Spree).
V orwort zur ersten Auflage.
Das Gebiet des menschlichen Wissens, das siCh an das elektrische
Kabel knupft, ist ein so ungeheuer groBes, daB kaum ein Mann zu finden
ist, der es vollstandig beherrscht. Wenn ich es trotzdem unternommen
habe, daruber ein Buch zu schreiben, so geschah es nicht im BewuBt
sein, daB ich einer dieser Auserwahlten sei, sondern aus Liebe zu meinem
Beruf, und dann noch mit der Absicht, einen Teil jener Verlegenheiten
und Schwierigkeiten wegzuraumen, mit denen der Kabelfabrikanli
infolge der mangelhaften Kenntnisse der Besteller von Kabeln sehr
haufig zu kampfen hat.
Es war also mein Bestreben, moglichst alIes zu besprechen, was
gegenwartig bekannt ist (mit Ausnahme von submarinen Telegraphen
kabeln), um aIle diejenigen Leser zu befriedigen, die ein Interesse an dem
Kabel haben. Meine langjahrige Erfahrung mit demselben erstreckt
sich hauptsachlich auf die Fabrikation und was damit zusammenhangt.
Deshalb kommt diese ausfUhrlicher zur Besprechung als Verlegung
und Betrieb. Doch sind auch die Grundlagen fUr diese beiden gelegt.
Der Betriebsingenieur eines Elektrizitatswerkes und die Beamten von
Telephon- und Telegraphennetzen finden das fUr sie Nutzliche in ver
schiedenen Kapiteln nebst den allgemeinen Kenntnissen uber das
Kabel. Fur die Besteller von Kabeln ist eine groBe Sammlung von
Spezifikationen aller gebrauchlichen Typen eingefUgt, aus den wich
tigsten Kulturlandern zusammengesucht, Vorschriften uber Material
dicken,Prufungs-und Garantievorschriften, Proben vonMaterialien usw.,
alles Sachen, die bisher noch nie zur offentlichen Kenntnis gelangt sind.
Es war nicht moglich, in besonderen Kapiteln zu sammeln, was die ver
schiedenen Interessenten zu wissen wunschen. Mit Hilfe des ausfUhr
lichen Sachregisters kann sich aber jedermann die Stell en heraussuchen,
wo die gewunschten Angaben zu finden sind.
In der Behandlung des Stoffes habe ich mich meistens der groBten
Knappheit beflissen und durchgehends nur Resultate von Untersuchun
gen ohne deren Ableitung gegeben. Da das Buch fUr akademisch ge
bildete Ingenieure bestimmt ist, die in der Praxis stehen und fUr Studien
keine Zeit haben, glaube ich, daB diese knappe Form Beifall finden wird.
AIle gegebenen Formeln und Regeln sind zuverlassig und erprobt.
IV Vorwort zur ersten Auflage.
Dber das elektrische Kabel ist bis heute noch sehr wenig geschrieben
worden, und es besteht kein Verband·von Kabelingenieuren, wo Er
fahrungen gegenseitig ausgetauscht werden. Bei der Abfassung war
ich also groBtenteils auf eigenes Studium und eigene Erfahrungen
angewiesen, so daB mein Buch einen ganz individuellen Charakter hat.
Ein einzelner Mensch, auf sich selbst angewiesen, geht nicht immer
den richtigen Weg. Wenn ich also gelegentlich irre gegangen bin, bitte
ich meine Kollegen um Nachsicht und um Richtigstellung dar Tat
sachen. lch bin der Verantwortung voll bewuBt, aus der Schweigsam
keit der Kabelwelt herausgetreten zu sein und die Grundziige zu einer
Wissenschaft gelegt zu haben, die sich mit anderen Erfahrungen da und
dort vielleicht anders gestaltet hatte.
Es war bisher ein ungeschriebenes Gesetz, daB ein Kabelingenieur
nichts veroffentlichen darf. lch glaube, daB die Zeit da ist, mit dieser
Oberlieferung zu brechen, da die Interessen des Faches es erfordern.
S win bur n e , der Prasident des Londoner elektrotechnischen Vereins,
hat vor einem Jahr in der Eroffnungsrede gesagt, es ware kein Zweig
der gesamten Elektrotechnik so wichtig wie die Kabelfabrikation, und
trotzdem stehe keiner auf einer so unwissenschaftlichen Basis wie diese.
Da Swin burne kein Kabelmann ist, muB man sein herbes Urteil
nicht gerade wortlich nehmen. Das Geheimnis aber, mit welchem das
Kabel und die Kabelfabrik umgeben wird, rechtfertigt solche Ausspriiche.
lch hoffe, daB einer der Erfolge des vorliegenden Werkes darin
bestehen wird, daB das elektrische Kabel endlich auch einmal zur
Besprechung in elektrotechnischen Vereinen und Zeitschriften gelangt,
so daB zweifelhafte Punkte zur Aufklarung kommen, und Fortschritte.
die dringend notig sind, rascher als bisher erfolgen konnen.
Zum Schlusse darf ich nicht unterlassen, den verschiedenen staat
lichen Behorden und privaten Firmen, die mich bei der Abfassung
und Ausstattung unterstiitzt haben, meinen Dank abzustatten, sowie
auch Herrn Dr. Breisig und dem Verleger.
Anregungen, Berichtigungen und Erganzungen fiir eine eventuelle
zweite Auflage nehmen Verleger und Verfasser dankbarst an.
Lausanne, II. Mai 1903.
C; BanI'.
V orwort zur zweiten A uflage.
.Als mich vor nahezu zwei Jahren der Verleger aufforderte,
fiir eine neue Auflage des vorliegenden Werkes die Vorbereitungen
in die Hand zu nehmen, fiihlte ich eher Besorgnis als Freude.
Wahrend fiir die erste Ausgabe sozusagen gar keine Literatur vor
lag, hatte sich dieselbe seit 1903 zu wahren StoBen angehauft.
Sie war nun nochmals durchzuarbeiten, was auBerordentlich viel
Miihe und Zeit erforderte. Was ich zum voraus vermutete, stellte
sich als Tatsache heraus: das Ergebnis dieser Studien war fiir
meine Zwecke in den meisten Fallen so gut wie Null.
So blieb wieder nichts anderes iibrig, als selbst aufzubauen
unter Verwertung der wenigen Bausteine, die ich vorgefunden hatte.
Auf diese Art ist u. a. der Stoff iiber freie Schwingungen, Resonanz
und Dberspannung entstanden, der in einigen Abschnitten und in
einem eigenen Kapitel eingepaBt worden ist.
In der Erkenntnis, daB die weitere Entwicklung des Hoch
spannungskabels wesentlich durch die in einem Netz auftretenden
Dberspannungen bestimmt ist, habe ich der DarsteUung der all
gemein bekannten, auf diese beziiglichen Tatsachen sowie der Ver
wertung dersel ben eine groBc Wichtigkeit beigemessen und hoffe
dadurch etwas zur Erforschung dieser Erscheinungen beizutragen.
Auch habe ich einen befreundeten Fachmann veranlaBt, eine mathe
matische Theorie der Dberspannungen auszuarbeiten und bringe die
selbe zum Abdruck.
Auf S. 282 habe ich eine Methode angegeben, um zur Kenntnis
der wichtigsten Konstanten eines Kabelnetzes, des Koeffizienten der
Selbstinduktion, zu gelangen. Die Idee ist etwas gewagt, doch bin
ich durch den Rat kompetenter Freunde veranlaBt worden, die
selbe zu publizieren.
Bei der Bearbeitung des Stoffes steUte ich mir das Ziel,
die neue Ausgabe so viel als mir moglich den Bediirfnissen der
jenigen Ingenieure anzupassen, die am elektrischen Kabel das
meiste Interesse haben. Dies sind die Betriebsleiter von elektrischen
Zentralen sowie deren Gehilfen, und ich hoffe, daB ich viel Neues
bringe, das fiir ihren Beruf von Vorteil ist. SoUte dies nicht direkt
zutreffen, so gibt das Buch doch auf jeden Fall Anregungen, deren
VI Vorwort zur zweiten Auflage.
Ausbau den praktischen Elektrizitatsunternehmungen von groBem
Nutzen sein wird.
Fiir diese Praktiker ist unter anderm das Kapitel "Das Kabel
im Betrieb", 37 Seiten umfassend, neu eingefiigt worden, neben
zahlreichen kiirzeren Angaben, die im Text an passenden Orten
Verwendung gefun~en haben.
Das Kapitel "Theorie der Telephonkabel" ist in 34 Seiten
vollstandig neu redigiert worden. Es enthalt nun die komplette
Theorie der Leitung mit gleichmaBig verteilter Selbstinduktion, die
Theorie der Leitung nach Pupin, Vergleiche der beiden Leitungen
und Beschreibung von je einem Kabel nach den beiden Bauarten.
Das Kapitel sollte auch diesmal wieder vollstandig auf der Hohe
der Zeit stehen.
1m allgemeinen war es notig, von der ersten Ausgabe Veraltetes
und Unwichtiges zu streichen, um dem Neuen Platz zu machen und
den Band auf maBigen Umfang zu beschranken. Weit iiber ein
Drittel hat fallenmiissen. Besonders das Kapitel iiber Fabrikation
und was damit zusammenhangt ist gekiirzt worden, und es waren
nur wenige Neuerungen einzutragen. Auch ist darauf geachtet
worden, den Stoff nach Art eines Lehrbuches in logischer Folge zu
ordnen. Doch ist dies der Natur der Sache nach nicht immer
moglich gewesen. Weiter war ich bestrebt, die knappe Form bei
zubehalten und die Prazision des Ausdruckes zu vermehren.
Es bleibt mir noch die Pilicht iibrig, aller derjenigen zu ge
denken, die mich bei der Abfassung unterstiitzt haben, was durch
wegs mit grbBer Aufopferung verbunden war.
Mons. A. de Montmollin in Lausanne hat die mathematische
Theorie der Dberspannungen ausgearbeitet. Prof. Landry, eben
falls in Lausanne, ist fUr Dberspannungen und anderes vielfach
von mir konsultiert worden. Herr F. Liischen in Berlin hat bei
der Abfassung der Theorie der Telephonkabel ganz wesentlich mit
geholfen. Herr J. Kiibler in Baden hat die Beschreibung der Priif
anlage fiir Hochspannungskabel geliefert. Fiir die Beisteuerung von
wertvoliem Material seien die Herren Krarup in Kopenhagen,
W. Dieselhorst in London, Dr. Ebeling in Berlin, Nowotny in
Wien und Gati in Budapest erwiihnt.
Von Behorden sind zu erwahnen: Die Deutsche Reichspost,
der englische Postmeister und die englische Admiralitat,
durch deren Gefalligkeit die neuesten Spezifikationen von Kabeln
alier Art erhalten worden sind. Die Privatfirmen Siemens &
Halske in Berlin, Fried. Krupp, Grusonwerk in Magdeburg,
Briider Demuth in Wien und die A.-G. Brown, Boveri in Baden
haben eine groBere Anzahl von Klischees beigesteuert.
Vorwort zur zweiten Auflage. VII
Fiir aHe diese Dienste sei bier 6ffentlich gedankt und auch
dem Herrn Verleger fiir seine Nachsicht bei der verspateten
Ablieferung des Manu~kripts.
Auch diesesmal ersuche ich die Kritik, Rucksicht zu nchmen
auf die Schwierigkeiten, unter welchen die neue Bearbeitung ent·
stehen muBte, und das Gauze zu wurdigen, wenn Einzelheiten
mangelhaft sind.
Zurich II, den 11. Mai 1910.
C. Baul'.
Iullaltsverzeiclluis.
(Die Ziffern hinter den einzelnen Titeln geben die Seitenzahlen an.)
I. \Vissenscbaftlicbe Grulldlagell.
Seite
A. Das Dielektrikulll unter Gieicbstrolll. . . . . . . . . . . . . . . . 1
Leiter und Isolator 1. - Liste der Isoliermittel 1. - Der Isolations
widerstand 2. - Isolationswiderstand und Feuchtigkeit 3. - Hohe
des Isolations-Widerstandes 4. - Isolationswiderstand und Dimen
sionen 6. - Der spezifische Isolationswiderstand 8. - Isolationswider
stand und Temperatur 9. - Der Kondensator 12. - Dr. v. Hoors Ver
suche 15. - Kapazitat von Kabeln 17. - Kapazitat der Schichten 19.
Das elektromagnetische Feld 19.
B. Das Dielektrikum unter WechseIs1rom ........,...... 21
Der lsolationswiderstand 21. - Der Ladungsstrom 21. - Entladung
eines Kondensators 22. - Der Kondensator unter Wechselstrom
betrieb 25. - Die elektrische Hysteresis 29. - Durchschlage in Luft 33.
- Durchschlage in festen Korpern 37. - Durchschlage in Fli.issigkeiten
40. - Abhangigkeit von der Peri ode 41. - Abhangigkeit von del'
Zeit 41. - Durchschlage in Kabeln 41. - Das Gesetz del' Durchschliige
45. - Auswahl des Dielektl'ikums fur Kabelzwecke 47. - Physi
kalische Vol'gange bei Dul'chschlagen 48. - Durchschlage und Tem
peratur 50. - Lebensdauel' erwarmter Materialien 51. - Spannungs
verteilung im Dielektrikum 52. - Spannungsvel'teilnng in einem
Kabel 54. - Vel'gro13el'ung del' Betriebsspannung 55. - O'Gormans
Theorie 55. - Das Kabel von J ona 56.
C. Leiter und Kabel . . . . . . . . . . . . . . . . 57
KupferWlderstand eines Drahtseiles 57. - Kupfel'widel'stand und
'Vechselstl'om 58. - Verluste in Wil'belstromen 61. - Erwal'mung
von Kabeln im Betl'ieb 63. - Belastungstabellen flil' Einleiter 700
Volt 64. - Belastungstabellen flil' Hochspannungskabel 64. - Be
lastungstabellen flil' extra stark isolierte Kabel 65. - Der Panzer 66.
D. Mefl- und Prlihnethoden ..... . . . . . . . . . . . . . . . . 66
Die lsoIatlOnsmessung 66. - Das Pruftelephon 67. - Del' Barretter 68.
- Die Kapazitatsmessung 70. - Die betriebsma13ige Kapazitat 71. -
Messung del' Leitungsfiihigkeit von Kupfer 75. - l\lessung del' effek
tiven Werte del' elektrischen Konstanten 76. - Spannungsprufungen 83.
E. Fehierbestillllllungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
Bruckenmethoden 85. - Kontrollmessungen 88. - Empfindlichkeit
del' Me13brucke 88. - Induktionsmethoden 89. - Praktische Winke 89.
- Del' Appal'at 91. - Beispiele 92.
I'. Theorie der Seile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
Formeln 94. - Anormale Seile 99. - Del' Drall 103. - Bestimmung
des Drahtdurchmessers 105. - Anormale runde Seile 106. - Kon
zentl'ische Kabel 109. - Seile von sektoralem Quel'schnitte 1l0. -
Zweileiter 111. - Dl'eileiter 111. - Vierleiter 112. - Untel'teilte
runde Seile 113. - Isolierte Seile 113.
G. Theorie der Telephonkahel ................... . 114
Emieitung 114. - Die Differentialgleichung der homogenen Leitung 117.
- Die Dampfung 122. - Messung der spezifischen Dampfung 125. -
Inhaltsverzeichnis. IX
Seite
Die Wellenllinge 125. - Die Charakteristik 127. - Minimalwert der
Selbstinduktion 128. - Theorie der Pupinleitung 129. - Zusammen
gesetzte Leitungen 133. - Da:s Krarupkabel in der Praxis 135. -
Das Simplonkabel 139. - Die Pupinsche Leitung 140. - Die Pupin
leitung in der Praxis 143. - Das Bodenseekabel 144. - Die Reich
weite 146.
II. Die Fabrikation von Kabeln.
A. Starkstromkabel .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
. Das Verseilen . . . . . . . . . .......... 148
Normale Seile 148. - Seile mit sektoralem Querschnitt 152. - Kom
binierte Seile 152. - Stahlseile 152. - Verseilen von Adern 153.
Das Plattieren der Kabel ................ 154
Dicke der Isolation 154. - Deutsche Normalien fiir Einleiterkabel 155.
- Normalien fUr konzentrische, bikonzentrische und verseilte Mehr
leiterkabell56. - Allgemeine N ormalien fUr Bleimantel und Panzer 157.
Isolationswiderstand 157. - Englische N ormalien 159.
Das TrlYcknen der Isolation . . . . . . . . . . . 161
Auskochen der Isolation 162. - Trocknen im Vakuum 163.
Das Tranken der Kabel. ..... 165
Das Umpressen mit Blei ............ 167
Allgemeines 167. - Waildstarke des Bleirohres 167. - Doppelter
Bleimantel 168. - Die Kabelpresse von Huber 169. - Dom und
Matrize 169. - Fiillen und Pressen 170. - Die Stromung des Bleies 171.
Das Blei 172. - Luftblasen 173. - Schmutz 174. - Falten 175. -
Locher am Bambusring 175.
Das Priifen der Bleikabel ................ 176
Wasserprobe 176. - Isolationsprobe 177. - Spannungsprobe 177.
- Die Biegungsprobe 178. - Art der Fehler 178. - Lokalisierung
von Fehlern 180. - Das Beheben von Fehlern 180.
Das Panzern von Kabeln ................ 181
Compound 181. - Panzer aus Bandeisen 181. - Bandbreiten 182. -
Drahtpanzer 183. - Flachdrahtpanzer 183. - Fassondrahtpanzer 184.
Vorbereitung fiir den Transport. . . . . . . 184
Grenze der Querschnitte 184. - Die Fabrikationsllinge 184. - Ver
packung 185.
B. Telephonkabel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
Allgemeines 186. - Der Leiter 186. - Die Isolation 187. - Das
Paar 187. - Das Verseilen 188. - Der SeiIdurchmesser 188. - Das
Trocknen 189. - Das Umpressen mit Blei 190. - Das Priifen und Be
heben von Fehlern 190. - Lokalisieren von Fehlem bei nassen Adem 193.
- EinfJu13 der Nachbaradem auf die Kapazitat 193.-Me13resultate 194.
- Armierung 194. - Kabel zum Aufhangen 195.
Spezifikationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
Deutsche Reichspost: Hauptkabel 195. - Papier-Abschlul3kabel 198.
- Faserstoff-Einfiihrungskabel 198. - Elektrische Eigenschaften 198.
Englische Post: Das Dieselhorst-Martin-Kabeloder Mehrfach-Zwilling
Kabel 199. - Geschirmte Leiter 204. - Gewohnliche Telephonkabel205
Das Normalkabel 209. - Vorschriften einer Privatgesellschaft 209.
C. Gnmmikabel nud Driihte ................... .. . 211
Der Leiter 211. - Die Isolation 212. - Die longitudinale Gummi
presse 213. - Die Schlauchmaschine 215. - Die Vulkanisierung 217. -
Anforderungen an vulkanisierten Gummi 219. - Fehler und deren Be
hebung 219. - Erhohung des Isolationswiderstandes 220. - Deutsche
Normalien 220. - Messung des Isolationswiderstandes 221.
Spezifikationen ..................... ~21
Englische Admiralitat 221. - Marinekabel224. - Feldtelegraphenkabel
225. - Feldtelephonkabel 225. - Sapeurader 225. - Minenkabel 226.
x
Inhaltsverzeichnis.
Seite
D. Mehrfache Kabel ........................ 226
Spezifikationen ..................... 227
Deutsche Reichspost: Guttaperchakabe1227. - Faserstoffkabel 227. -
Wetterbestandige Kabel fill Telephonzwecke 228. - Wetterbestandige
Kabel fUr Telegraphenzwecke 229. - Telegraphenkabel 229. - Eisen
bahnkabel 230. - Unterseeisches Telegraphenkabel 230. - FluBkabel
fUr Telegraphenzwecke 230.
III. Das V erl~en uml Verbinden von Kabelll ..
A. Das Verlegen ........................... 23 1
Zustellung auf die Baustelle 231. - Del' Graben 231. - Das Ver
legen 233. - Bettungsarten 234. - Das Hultmannsche Einzieh
system 236.
B. Das Verbinden von Starkstrornkabeln . . . . . . . . . . . . . . . . 250
Die SpleiBung 250. - AuBenleitel' von konzentl'ischen Kabeln 251. -
Die Abzweigung 252. - Die Kabelmuffe 252. - Die Fiillmasse 253. -
Armaturen 253. - Die Spleil3muffe 254. - Die A bzweigmuffe 255. -
Die Kreuzmuffe 255. - Del' Kopfkasten 255. - Endverschliisse 255. -
Vel'teilungskasten 256. - Dichtungen 258. - Konstruktive Details 259.
C. Das Verbinden von Telephonkabeln . . . .............. 259
Die Spleil3lUlg 259. - Die Abzweigung 263. - Die Endvel'bindung 264.
- Reparatur verlegter Kabel 265.
IV. Das Kabel iIll Betrieb.
A. Verschiedene N otizen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
Ein-oder l'.IehrleiterkabeI267. - Verbinden der Bleimantel268. - Die
Erdung des Neutralpunktes 269. - Die Hohe del' Betriebsspannung 270.
- Elektrische Osmose 270.
B. Uberspanmmgen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
DIe elektrische Anlage 272. - Betriebsverhaltnisse 272. - Sto
rungen 273. - Freie Schwingungen 273. - Dberspannungen durch
Abschalten 274. - Andere Falle von Dberspannungen 277. - Be-
las tete Netze 278. - Del' SchlieBungsfunken 278. - Dberspannungen
durch Resonanz 279. - Bestimmung del' Selbstinduktion eines Netzes
282. - Vermeidung del' Resonanz 283. - Andere Ursachen von Dber
spannungen 284. - Moglichkeit von Durchschlagen 286. - Schutz
apparate gegen Dberspannungen 287. - Das Differentialschutzsystem
von Merz und Price 291.
C. Theorie der Uberspannungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
Analyttsche Methode 291. - Graphische Methode 295. - Beispiel 301.
V. llfaterialienkunde.
Kupfer ......................... . 304
Konstanten 304. - Deutsche Kupfernormalien 305. - Englische
Kupfernormalien 305. - Schweizerischc Kupferdat.en 306. - Andere
Proben 310.
Blei .......................... . 3ll
Analysen 311. - Bleikolik 311. - Bleiasche 3ll. - Legiertes Blei 311.
- Verzinntes Bleirohr 312. - Zerstorung von Bleirohr 312.
Aluminium ....................... . 313
Eisen ................... . 314
Bandeisen 314. - Eisendraht 314. - Flachdraht 315. - Das Ver-
zinken 315. - Proben 315. - Stahldraht 316.
Jute ................ . 316
Garnnummern 317. - Gerben von Jute 317.
Baumwolle . 318
Leinengarn. . . 319