[C] oi) Patent nr (51) mt. Cl 3 H 01 B 7/00. (21) Patentsøknad nr. 4004/69. (22) Inngitt (24) Løpedag

Transkript

1 i Må ikke fjernes [C] oi) Patent nr NORGE <w)[noj STYRET FOR DET INDUSTRIELLE. RETTSVERN (51) mt. Cl 3 H 01 B 7/00 (21) Patentsøknad nr. 4004/69 (22) Inngitt (24) Løpedag (45) Patent meddelt Offentliggjort: (30) Prioritet begjærl Ingen. (54) Oppfinnelsensbenevnelse EMP-BESKYTTET KABEL. (73) Patenthaver FORSVARETS F 0 RS K NIN GSI NS TI TUTT 2007 Kjeller. (72) Oppfinnar per THORESEN, Oslo, KARL L.. GRØNHAUG, Skedsmokorset. (74) Fullmerktig (56) Anførte publikasjonar Siv.ing. 0. Holm, Standard Telefon og Kabelfabrik A/S, Oslo. BRD (OE) patent nr

2 Den foreliggende oppfinnelse angår en kabel beskyttet mot elektromagnetisk puls (EMP) fra atomvåpen. EMP fra atomvåpen kan sammenlignes med EMP fra lynnedslag. Kraftige elektriske og magnetiske feiter genereres av eksplosjoner, og elektriske strømmer induseres i bakken, i kabler og strømkretser. Strømmene kan ødelegge kablene ved overslag gjennom isolasjon slik som vi observerer ved lynnedslag, strømmer og spenninger som induseres i ledningsopplegget transmitteres til elektronisk utstyr og kan forårsake ødeleggeiser ved overslag og avsmeltning. Dette er fenomen som vil være kjent i områder med stor lyntetthet, og fra den tiden da telefonlinjene hovedsakelig var luftlinjer. Virkningen er imidlertid kraftigere fra atomvåpen enn fra lyn, og en del forskjellig. Ikke alle beskyttelsesmetodene som en kjenner i forbindelse med lyn, er effektive ved EMP fra atomvåpen, og ødeleggeise kan oppstå på andre steder i opplegget. Tidligere kjente metoder har vært å grave ned kraft- og sambandslinjer dypest mulig. Slike kabler har også vært lagt i metallrør eller inne i vevede metallstrømper. En annen teknikk for skjerming av nedgravde kabler er bruk av ikke-isolerte metallkabler plasser 7-15 cm over kablene som skal skjermes. Disse kabler avskjerer den induserte strøm som går nedover fra luft/bakke-flaten. Det må også sørges for elektrisk kontinuitet i hele lengden av metalledere (rør), metallskjerming eller kabler for å forhindre høyspent buevirkning (overslag) ved diskontinuiteter. Problemer forbundet med beskyttelse av kabler mot EMP fra atomvåpen er forøvrig også omtalt i en artikkel av J.B. Hays i IEEE Speetrum, Mai 1984 "Protecting Communication Systems from EMP Effects of Nuclear Explosions". Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å frembringe en kabel som i seg seiv er beskyttet mot EMP og således ikke forutsetter at kabelen må legges i spesielle metallrør. Kabelen omfatter i likhet med en rekke konvensjonelle kabler et isolasjonslag anbragt utenpå kabelkjernen samt et metallskjermarrangement. Det særegne ved oppfinnelsen fremgår av det fremsatte krav.

3 Ved å benytte kabler i henhold til den foreliggende oppfinnelse oppnås langt rimeligere og bedre EMP-beskytteIse enn tidligere. Kjernen i kabelen kan' forandres etter behov. Den kan således omfatte koaksialledere, signalledere, bærefrekvenspar,- telefonpar eller sterkstrømledere. Kabelens skjermtverrsnitt (A) kan uttrykkes ved formelen: A = k der k = konstant avhengig av beskyttelsesnivå a = ledningsevne av skjerm, S/m d - indre diameter av skjerm mm 7 For en kabel med ønsket beskyttelsesfaktor k = 3,7. 10, med skjerm av alu- 7 minium (a = 3,6. 10 nødvendig tverrsnitt A = 400 mm. S/m) og med indre diameter av skjerm d = 25 mm, blir 2 Skjérmens langsmotstand (R) er gitt ved: " ohm/ A. a, Tr p n m k. ]/ d. ^ 2 7 Ved innsetting av de ovenfor nevnte verdier A = 400 mm og = 3,6. 10 S/, gir dette: R = ohm/m Ovenfor nevnte og andre formål og særtrekk ved oppfinnelsen vil klart fremgå av den følgende detaljerte beskrivelse hvor flere utførelser av kabelen er omtalt under henvisning til tegnignene. I figur 1 er vist tverrsnittet av en kabel-utførelse som er ansettt for å være fordelaktig for beskyttelse av kjernen 1 mot EMP fra atomvåpen. Umiddelbart utenpå kjernen er det anbragt et isolasjonslåg 2, som igjen er omgitt av en metallskjerm 3. Utenpå metallskjermen er det anbragt et korrosjonsbeskyttende lag 4, armering 5 og ytre korrosjonsbeskyttelse 6. Kjernen 1 kan som nevnt endres etter behov. Isolasjonslaget 2 må være av slik utførelse at det har minimum gjennomslagsspenning på 8 kv og kan tåle en

4 doserate på IO 10 rad/sek. uten å få redusert gjeimomslagsspenningen med mer enn en faktor 2. Det anses som fordelaktig å benytte et isolasjonsmateriale -5 som PVC eller PE. Metallskjermen 3 må ha en maksimal langsmotstand på 7. IQ ohm/meter og dersom et korrosjonsbeskyttende lag 4 er nødvendig, må' dette være halvledende slik at det gir en minimum ledningsevne til jord på 10 3 siemens/ meter. Armeringen.5 og den ytre korrosjonsbeskyttelse 6 bør ikke være dårligere enn ved konvensjonelle kabler. Kabelen bør eventuelt ha bedre armering dersom den ikke skal graves ned, men legges i åpne kanaler, da kabelen i slike tilfeller er sterkere utsatt for sjokkbølger. Isolasjonslaget 2, metallskjermen 3 og halvlederlaget 4 kan på fordelaktig måte påføres ved ekstrudering. I en utførelse av oppfinnelsen som tilfredsstiller ovennevnte betingelser består isolasjonslaget 2 av et polyetylenlag med 2-3 mm tykkeise, mens metallskjermen 3 består av en ekstrudert aluminiums- 2 kappe med 400 mm tverrsnitt. Det halvledende lag 4 kan f.eks. bestå av plast som er gjort ledende ved tilsetning av et hensiktsmessig fyllstoff, f.eks. sot. Lagets tykkelse har i en utførelse vært ca. 3 mm. Som armering har vært benyttet 2 lag vanlig stålbånd og for korrosjonsbeskyttelse av stålbåndene brukes som vanlig jute og asfalt. I en annen utførelse av oppfinnelsen som er antydet i figur 2 er metallskjermarrangementet 3 (i fig. 1) oppbygget på en annen måte, idet metallskjermen er delt i to deler, 3a og 3c, adskilt av et isolasjonslag 3b. Metallskjermtverrsnittet trenger i en slik utførelse ikke være så stort som i utførelsen i henhold til figur 1. Metallskjermen 3a trenger således ikke ha mindre -4 langsmotstand enn 5,6 10 ohm/meter, mens metallskjermen 3c ina ha maksimalt 2, ohm/meter. Dette tilsvarer et aluminiumtverrsnitt på henholdsvis 2 50 og 100 mm. Det adskillende isolasjonslag 3b ma imidlertid ha én minimum gjennomslagsspenning på 50 kv for å gi kabelkjernen tilstrekkelig EMPbeskyttelse. Metallskjermene og isolasjonslaget kan som nevnt i forbindelse med figur 1 på hensiktsmessig måte ekstruderes. I en fordelaktig utførelse er det benyttet aluminiumskjermer adskilt av et polyetylenlag. Isolasjonslaget 2 samt ytre beskyttelse som halvledende lag 4, armering 5 og ytre korrosjonsbeskyttelse 6 kan være av samme utførelse som i figur 1.

5 Patentkrav EMP-beskyttet kabel hvor kabelens kjerne er omgitt av en rekke lag som gir kjernen den ønskede EMP-beskyttelse, karakterisert ved at det nærmest kjernen er anbragt et isolasjonslag som fortrinnsvis omfatter et termoplastisk materiale og som har en minimum gjennomslågspenning på 8 kv og tåler en doserate på 10^ rad/sek uten å få redusert gjennomslagspenningen med mer enn en faktor 2, hvilket isolasjonslag er omgitt av et metallskermarrangement som gir tilstrekkelig refleksjon og svekking av induserte spenninger forårsaket av EMP og som består av én metallisk skjerm med maksimal langsmotstand på 7 10 ^ ohm/meter eller kombinasjonen av en -4 metallisk skjerm med maksimal langsmotstand på 5,6 * 10 ohm/meter omgitt av et isolerende termoplastisk materiale, f.eks. av PVC eller PE med gjennomslågspenning på minimum 50 kv som igjen er omgitt av en metallisk -4 skjerm med maksimal langsmotstand på 2,8 10 ohm/meter, hvilket metallskjermarrangement er omgitt av et, korrosjonsbeskyttende lag av termoplastisk materiale som ér gjort halvledende f.eks. ved tilsetning av sot slik at laget har en minimum ledningsevne til omgivelsene på 10 ^ siemens/ meter, og at kabelen på i og for seg kjent måte er omgitt av ytre beskyttende armering, fortrinnsvis bestående av stålbånd, jute og asfalt.

6 11 z 5 7i