CN1026640C - 电缆连接器元件和电缆接头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可贮存的电缆连接器元件,此元件具有一支承硬管(1)和用以连接直径范围很宽的电缆接头及其导线接头的管套(2),此管套在弹性扩张状态下装在支承硬管(1)上。管套(2)由两个彼此同轴并相互叠置的套管(3,6;4,7)构成;其中,在径向最外层套管(4,7)上,由于承受一定时间的拉伸而产生的残余变形小于径向最内层套管(3,6)的残余变形。

Description

本发明涉及电缆连接器元件,特别涉及围绕两根对接的电缆导线接头装有弹性束紧管套的电缆连接器元件。
本发明还涉及用上述元件连接的电缆接头和用以套在电缆导线接头的外面,并弹性束紧对接的电缆接头的管套。
已知的电缆连接器至少具有一个管套,至少部分的管套厚度是用绝缘材料制成的,管套套在导线接头的外面,并弹性束紧对接的电缆端头。
已知连接器的各种实例在申请人的149,032号欧洲专利、在3,001,158号德国专利和54-49588号日本专利中都已有阐述。
所有已知的连接器都具有一个元件,此元件具有一支承硬管,用于电缆接头的管套以弹性扩张的状态装在此支承硬管上,从管套中取出支承硬管即可使管套弹性收缩,从而始终弹性束紧对接的电缆端头,包住电缆导线的电气和机械接头。
各种已知连接器的缺陷与其所用的具体元件有关。
就已知的一些连接器元件的支承硬管来说,其内腔直径仅比需 连接的电缆外径稍大一些。
这是为了减少弹性扩张管套的径向延伸,以免产生永久的弹性变型,这种永久的弹性变形会使套装在电缆导线接头上的管套难以束紧电缆端头。
避免电缆接头管套的永久变形实际上是很重要的,因为,如果包住电缆导线机械和电气接头的管套在电缆接头中受到径向的永久弹性变形,此管套就不再能充分地压紧为其所包着的电缆绝缘端头。在这种状态下,接头上在工作期间在静电应力的作用下有出现穿孔的危险。
事实上,如管套作用在电缆绝缘端头的压力不够充分就不能保证在其与所述元件相互接触的表面之间完全避免气泡或很小的气泡,不能保证充分地束紧电缆接头以防止在所述表面之间渗入微量的水份。
上述情况不论是对电缆连接器元件。电缆接头还是对电缆接头的管套,都构成严格的适配要求,因为目前都必需采用很多不同直径的支承硬管和装在支承硬管上的相应的不同直径的管套,以便连接直径范围很广的各种电缆。这就构成了一种缺陷,迫使用户贮存相当数量的各种管套和支承硬管,以适应各种可能的情况。
通常为了避免管套永久变形,目前都在连接接头之前才将管套套装在支承硬管上。
这是因为随着时间的增长装在支承硬管上承受较大径向拉伸的 接头管套有遭到永久变形的危险,承受所述拉伸的时间越长变形就越大。
在连接接头之前才将管套装在支承硬管上,这意味着需在现场进行这一操作,因而不可避免地由于难以控制的环境条件而遭到各种风险,并不可避免地会增加连接接头的时间,此外也不可能贮存预制的电缆连接器元件。
本发明的目的是克服已知技术的上述各种缺陷而提供一种可贮存达两年之久的电缆连接器元件,而且可以仅用一种元件就可连接直径范围较大的各种电缆,甚至可以连接最大直径与最小直径之比达1.6的成组电缆也不会产生任何缺陷。
本发明的另一目的是提供一种电缆接头管套,用以制取上述元件。
本发明的目的物是电缆连接器元件,此元件包括一个支承硬管和一个用于电缆导线接头的管套,此管套具有第一管套和第二套管,这两个套管都可作径向弹性扩张,彼此同轴且相互叠置,都由交联聚合材料复合物制成,并在径向弹性扩张的状态下套装在所述支承硬管上,第一套管位于第二套管之内,至少其部分厚度是绝缘的,其特征是:在构成第二套管的交联复合物上,在承受一定时间的拉伸后而产生的残余变形小于构成第一套管的复合物的残余变形。
本发明的另一目的物是电缆接头,电缆接头包括两根电缆导线间的电气和机械接头和用于此接头的管套,此管套包括第一套管和 第二套管,这两个套管可作径向弹性扩张,彼此同轴且相互叠置,都由交联聚合材料制成,包复在所述接头外面,并在径向弹性扩张的状态下束紧电缆绝缘的端头,第一套管位于第二套管之内,至少其部分厚度是绝缘的,其特征是:在构成第二套管的交联复合物上,在承受一定时间的拉伸后而产生的残余变形小于构成第一套管复合物的残余变形。
本发明的又一目的物是电缆接头管套,此管套包括第一套管和第二套管,这两个套管可作径向弹性扩张,彼此共轴、且相互叠置,都由交联聚合材料复合物制成,用以包复在电缆导线的机械和电气接头的外面,并以径向弹性扩张的状态弹性束紧电缆端头,第一套管位于第二套管之内,至少其部分厚度是绝缘的,其特征是:在构成第二套管和复合物上,在承受一定时间的拉伸后而产生的残余变形小于构成第一套管的复合物的残余变形。
通过以下对实例(本发明不受此实例限制)及其附图的详细说明可更加清楚地了解本发明。
附图如下:
图1为本发明元件的透视图;
图2为图1所示元件的电缆接头管套纵剖面图;
图3为本发明元件另一实施例的透视图;
图4为图3所示元件的电缆接头管套纵剖面图;
图5为本发明电缆接头管套另一实施例的纵剖面图;
图6为用图3元件连接的电缆接头的纵剖面图。
图1所示为本发明电缆连接器元件的透视图。
如图1所示,元件具有支承硬管1,例如,一段硬聚氯乙烯管,管上装有处于弹性扩张状态的电缆接头管套2,其结构将在下面予以阐述,管套2的尺寸可使管套连接外径范围很宽的电缆,例如,可连接外径在21mm至33mm之间的电缆。
因此,在无弹性扩张时,管套2的筒形内腔直径可使套管连接外径尺寸相当于上述范围内最小值的电缆,例如,在无弹性扩张时,其直径为17mm′。
然而,管套2的总厚度可使管套包复外径为上述范围内最大值的电缆接头,在无弹性扩张时,管套2的总厚度为15mm。
此外,支承硬管1的内径大于用图1所示元件连接的一组电缆中外径最大的电缆外径。
例如,支承硬管1的内径在上述实例所规定的电缆范围内为38mm。
在弹性扩张的状态下安装在支承硬管1上的管套2具有以下结构。管套2具有第一套管3和第二套管4,第一套管3由交联聚合材料复合物制成,此复合物可作径向弹性变形,其特征在下面予以阐述;同轴叠置在第一套管3上的第二套管4也由交联聚合材料复合物制成,此复合物可作径向弹性变形,其特征也将在后面予以阐述。
第一套管3和第二套管4沿表面5相互连结,例如,在用含具 有化学亲和力的原料聚合物的复合物制造套管3和4时可通过挤压或交联将此两套管3和4连结在一起。
套管3和4也可以是彼此独立的,也就是二者沿表面5相互接触而并不连结。
在任何情况下,就本发明的目的而言,主要特征之一是:在构成第二套管4的材料上,由于承受一定时间的拉伸所产生的残余变形小于第一套管3的材料的残余变形。
如上所述,第一套管3是由可作径向弹性变形的交联聚合材料复合物制成的,这种套管是绝缘的。
从电气观点来看,套管3的径向厚度不小于对采用此套管的一组电缆中直径最大的电缆进行连接所需厚度。
而且,构成第一套管3的交联复合物的模数E不低于0.05kg/mm2,其极限延伸率不低于250%,以避免在将第一套管3装上支承硬管1时撕裂套管。构成第一套管的复合物模数E最好为0.05至0.5kg/mm2
现举一构成第一套管3的交联聚合材料复合物实例,此复合物按重量比份计:配方如下:
-乙烯-丙烯共聚物,例如由DUTRAL公司提供的商品名称为DUTRAL    CO-054的共聚物    100
一氧化锌    5
-硬脂酸    1
-氧化铅(Pb3O4) 5
-表面上用三甲氧基乙氧基乙烯基二甲苯处理过的煅烧陶土
70
-氧尿酸三烯丙基酯    1.5
-石蜡增塑剂    18
-聚1,2二氢2,2,4三甲喹啉    1.5
-硫基苯并咪唑    2
-丙苯    1.7
-α,α′双三丁基过氧    1.7
用上述复合物制成的第一套管3在交联之后具有以下特性:
-极限抗拉强度 70kg/mm2
-极限延伸率    560%
-模数E 0.15kg/mm2
-根据UNI    7321-74标准,在100℃下使一个扁平试样承受50%的拉伸达500小时时的残余变形    28
-按ASTM    D150标准的介电常数ε    3
-按ASTM    D257标准的体电阻率    1015ohm×cm
作为本发明的一个实施例,整个用绝缘材料制成的第一套管是由数个挤压组合的同心管层构成,这些管层用具有不同机械性能的绝缘材料制成。
按从内向外的径向顺序,构成第一套管3的各管层具有递增的 模数E和递减的极限延伸率。
例如:第一套管3由两个管层构成,内管层的模数E为0.10kg/mm2,极限延伸率为550%,外管层的模数E为0.40kg/mm2,极限延伸率为280%。
如上所述,第二套管4也是由可作径向弹性变形的交联聚合材料复合物构成,这种复合物的特性如下:
构成第二套管4复合物的极限延伸率不低于150%,以免撕裂套管,其模数E不小于构成第一套管复合物模数的两倍。
例如:构成第一套管复合物的模数E在0.05至0.5kg/mm2之间,而构成第二套管复合物的模数E则在0.1至1.5kg/mm2之间。
此外,为达到本发明的目的,应使整个管套在介于环境温度和第二套管复合物的工作温度之间的温度下承受不小于两年的拉伸所引起的残余变形小于构成第一套管复合物的残余变形。
最好使第二套管复合物的残余变形在承受50%的拉伸时小于15%。拉伸的方法由UNI    7321-74标准规定,即:在100℃下使一扁平试样承受500小时的拉伸(此拉伸时间远大于上述标准规定的最长时间,即72小时)。
此外第二套管4径向厚度的选定方法是:由于将管套装上支承硬管所产生的弹性变形,此管套可贮存足够的能量,从而使第一套管3在从管套中抽出支承硬管以进行电缆连接时不仅随之作弹性收缩,而且能使第一套管3充分地束紧在电缆连接区的端头上。
第二套管4的厚度最好不小于第一套管3厚度的20%。
作为实例,第二套管4的交联聚合材料复合物具有下述按重量比份计的配方:
-乙烯-丙烯共聚物,例如由DUTRAL公司提供的商品名称为DUTRAL    TER-046E3的共聚物    100
-导电碳黑,例如由CABOT公司提供的商品名称为VULCANP的碳黑    39
-超导电碳黑,例如由AKZO公司提供的商品名称为KETIENEC的碳黑    13
-氧化锌    5
-聚1,2二氢2,2,4三甲喹啉    1.5
-石蜡增塑剂    18.6
-石蜡    4
-硬脂酸    1
-氰尿酸三烯丙基酯    1
-过氧化二枯基    5
在图1所示特定的实施例中用上述实例的交联复合物制成的第二套管4厚4mm,具有以下机械性能:
-极限抗拉强度 78kg/mm2
-极限延伸率    230%
-模数E 0.5kg/mm2
-根据UNI    7321-74标准在100℃下使一扁平试样承受50%的拉伸达500小时时的残余变形    13%
-按ASTM    D257标准的体电阻率    500ohm×cm
在图1所示电缆连接元件和图2所示相应管套的特定实施例中,在所述元件可能用于连接无外部屏蔽的电缆时,第一套管3整个地用绝缘聚合材料制成,而对制造第二套管4的聚合材料复合物则不一定要求绝缘或介电的性能,但必须理解,这并不能限制本发明的范围。
事实上,在图1所示实施例中,虽然此元件可用于连接无外部屏蔽的电缆,第二套管4仍具有半导体的性能而是用上述半导体交联复合物制成的。
图4为本发明连接电缆用管套另一实施例的剖面图,此管套具有内半导体层和外半导体层。而图3所示为本发明具有图4所示接头管套的电缆连接元件的另一实施例。
如图3和图4所示,管套由三个同心叠合的套管构成,三者在互相接触的表面处连结,例如:在用化学性质相似的原料聚合物的复合物制成各套管时,可用挤压和交联方法将三个套管连结在一起,也可以使这三个套管彼此独立而互不连结。
特别是,图3和图4所示管套的第一套管6是用绝缘的交联聚合材料复合物制成的,例如:是用图1和图2的特定实施例中第一套管3所用复合物制成。
此外,第一套管6的径向厚度,从电气观点来看,不小于按本发明可连接的一定范围内的电缆中连接直径最大的电缆所需厚度,例如:在一组外径为21至33mm的电缆中,第一套管6的厚度为8mm。
在第一套管6的径向外面为第二套管7,此套管是用交联聚合材料的复合物制成的。例如,是用图1和图2所示特定实施例中构成第二套管4的复合物制成的。
此外,当一组电缆的直径在上述规定范围内的特定情况下,第二套管7的厚度为4mm。
在第一套管6的径向内部为第三套管8(在本说明中还称为“应力级配套管”),此套管用交联聚合材料复合物制成,其特征为:介电常数ε不低于10。
第三套管8的厚度为在其所属的一组电缆中在满足对其提出的性能要求的前提下所需的最小厚度,例如:在前面已给定直径范围的一组电缆中,套管8的厚度为2mm。
至于第三套管8的机械性能,特别是模数E和极限延伸率,都与第一套管3相同。
作为一实例,构成第三套管8的交联聚合材料复合物按重量比份计的配方如下:
-乙烯-丙烯共聚物,例如由DUTRAL公司提供的商品名称为DUTRALCO-054的共聚物    100
-氧化锌    5
-碳黑,例如由DEGUSSA公司提供的商品名称为HUBERN990的碳黑    140
-石蜡增塑剂    40
-聚1,2二氧2,2,4三甲喹啉    1.5
-硬脂酸    1
-氰尿酸三烯丙基脂    1
-过氧化二枯基    2
构成第三套管8的上述复合物交联之后的特性如下:
-极限抗拉强度 70kg/mm2
-极限延伸率    560%
-模数E 0.15kg/mm2
-按照UNI7321-74标准,在100℃下使一扁平试样承受500小时50%的拉伸后的残余变形    28%
-按照ASTM    D150标准的介电常数ε    15
-按照ASTM    D527标准的体电阻率    1010ohm×cm
图5所示为本发明在电缆接头中连接导线用管套另一实施例的剖面图,在将此管套装在支承硬管上时即可得出本发明电缆连接元件的另一实施例。
如图5所示,管套具有第一套管9,其两端呈锥形,由绝缘材料制成,此材料则由交联聚合材料复合物构成,此管套内部装有一由 交联聚合材料复合物制成的半导体管件10。
在第一套管9的外面为第二半导体套管11,此套管11单独构成图5所示管套的两端。
第一套管9和其中的半导体管件10具有与图2和图4所示实施例中第一套管3和6相同前述机械性能。
此外,厚度不小于第一套管9最大厚度20%的第二套管11具有与图2和图4所示实施例中第二套管4和7相同的前述机械性能。
制造第一套管9和第二套管11所用复合物实例分别是前述图1和图2中套管3和4所用复合物;而作为制造半导体管件所用复合物实例,其按重量比份计的配方如下:
-乙烯-丙烯共聚物,例如由DUTRAL公司提供的商品名称为DUTRAL    CO-054的共聚物    100
-氧化锌    5
-导电碳黑,例如由CABOT公司提供的VULKAN    P的碳黑    80
-石蜡增塑剂    35
-硬脂酸    1
-聚1,2二氢2,2,4三甲喹啉    1.5
-氰尿酸三烯丙基脂    2
-过氧化二枯基    3.2
构成半导体管10的上述复合物交联之后的特性如下:
-极限抗拉强度 1.1kg/mm2
-极限延伸率    520%
-模数E 0.15kg/mm2
-按照UNI7321-74标准,在100℃下对一扁平试样进行500小时50%的拉伸后的残余变形    28%
-按照ASTMD257标准的体电阻率    500ohm×cm
图6所示为连接外径为26mm(举例)的两根挤压绝缘电缆12的本发明接头的特定实施例。
每根电缆12都有一截面为150mm2的铝制导线13(举例)。导线13的周围为一厚1.5mm(举例)的半导体层14。在半导体层14上为厚5.5mm的电缆绝缘层15,绝缘层15外部复有厚1mm的半导体层16。
在接头内两根电缆12的两端,导线13和电缆本身的绝缘层15分别露出一定长度。
此外,将两根电缆12的导线13端头相互对置,并用金属线夹或低温焊点17使其相互连接。
在两根导线13的连接区最好装有外径与电缆外径相同的筒形金属连接器,从而使连接器的外表面与电缆绝缘层的外表面相互对齐。
使一管套弹性束紧在电缆端头和电缆导线接头的周围。此管套 的结构、机械和电气性能与图3和4所示特定实施例中的管套相同。事实上图6接头的管套从内到外依次具有第三应力级配套管8。第一绝缘套管6和第二半导体套管7。
此外,还可设法在电缆的外半导体层16与第二半导体套管7之间进行电气连接,例如,可采用半导体材料制成的端盖18。
在图6所示本发明的接头中,第三应力级配套管8以其两端套接在两根电缆的两个外半导体层16上。
本发明电缆接头的另外一些实施例,即:将图2和图5所示实施例的管套束紧在两根电缆导线的连接区和两根电缆的端头上的实施例不用一一予以图示。
因为大家已经知道用本发明的各种元件连接接头的方法,因此也不再一一予以重述。
从上述对特定实施例的说明和以下的一些考虑中可以认为通过本发明已达到了预定目的。
本发明的主要元件是本说明中称之为第二套管的一种特定套管,此套管具有这样一种性能,即:在此套管中在介于环境温度和电缆工作温度之间的温度下承受不少于两年的拉伸后而产生的残余变形小于位于径向最内层并与第二套管连接而在本说明中称之为第一套管的另一套管中所产生的残余变形。
第二套管与第一套管不同,由于具有上述性能,随着时间的增长,实际上并不会丧失弹性收缩的能力。
此外,位于第一套管径向外面的第二套管可使第一套管随着第二套管的弹性收缩而收缩。
因此,采用具有上述性能(以及如半导体性能等其他性能)的第二套管,可构成连接电缆接头的元件,此元件中用于导线接头的管套可通过弹性扩张套装在此整体元件的支承硬管上,以使连接直径范围较大的电缆和长时间地贮存所述元件,从而不致再沿用只是在连接电缆时才将管套装上支承硬管的作法。
尽管已阐述了本发明的一些实施例,可以理解,在本发明的范围内还包括本领域内一般技术人员所能作出的任一其它实施例。

Claims (26)

1、电缆连接器元件,此元件具有一支承硬管(1)和一用于电缆导线接头的管套(2),此管套(2)具有第一套管(3,6)和第二套管(4,7),两个套管均可作径向弹性扩张,彼此同轴并相互叠置,均由交联聚合材料复合物制成,并在径向弹性扩张的状态下装在支承硬管(1)上,位于第二套管(4,7)径向内部的第一套管(3,6)至少部分厚度是绝缘的,其特征是:在构成第二套管(4,7)的交联复合物上在承受一定时间的拉伸后而产生的残余变形小于第一套管(3,6)复合物的残余变形。
2、权利要求1所述元件,其特征是:在构成第二套管(4,7)的交联复合物上,在100℃下承受500小时约50%的拉伸后而产生的残余变形小于15%。
3、权利要求1或2所述元件,其特征是:第二套管(4,7)的径向厚度等于或大于第一套管(3,6)径向厚度的20%。
4、权利要求1所述元件,其特征是:第一套管(3,6)和第二套管(4,7)在二者相互接触的表面上彼此连接。
5、权利要求4所述元件,其特征是:第一套管(3,6)和第二套管(4,7)在相互接触的表面上通过挤压和交联彼此连结在一起。
6、权利要求1所述元件,其特征是:第二套管(4,7)是半导体套管。
7、权利要求1所述元件,其特征是:构成第一套管(3,6)的交联复合物具有等于或大于0.05kg/mm2的模数E和等于或大于250%的极限延伸率。
8、权利要求1所述元件,其特征是:构成第二套管(4,7)的交联复合物的模数E等于或大于构成第一套管(3,6)的交联复合物的模数F值的两倍,其极限延伸率等于或大于150%。
9、权利要求1、7或8所述元件,其特征是:构成第一套管(3,6)的交联复合物的模数E为0.05-0.5kg/mm2,构成第二套管(4,7)的交联复合物的弹性模数E为0.1-1.5kg/mm2
10、权利要求1所述元件,其特征是:第一套管(3,6)至少由两个由交联聚合材料复合物共同挤压成的同轴管层构成,径向最内层的复合物的极限延伸率和模数E都较径向最外层的低。
11、权利要求1所述元件,其特征是:此元件具有第三应力级配套管(8),套管(8)可作径向弹性扩张,并可在弹性扩张的状态下装在一支承硬管(1)上,套管(8)位于相对于第一套管(6)的径向最内层,由介电常数等于或大于10的交联复合物制成。
12、权利要求11所述元件,其特征是:第三套管(8)与第一套管(6)在其相互接触的表面上彼此连接。
13、权利要求1或11所述元件,其特征是:所有套管(3,4,6,7,8)都由含具有化学亲和力的原料聚合物的交联复合物制成。
14、电缆接头,此接头具有一位于两根电缆(11,12)的导线(13)之间的电气和机械接头(17)和一用于此接头的管套,此管套具有第一套管(3,6)和第二套管(4,7),这两个套管均可作径向弹性扩张,彼此共轴,且相互叠置,均由交联聚合材料复合物制成,包复在接头(17)的周围,并在径向弹性扩张的状态下束紧两根电缆(11,12)的端头,位于第二套管(4,7)径向内部的第一套管(3,6)的至少部分厚度是绝缘的,其特征是:在构成第二套管(4,7)的交联复合物上,在承受一定时间的拉伸而后产生的残余变形小于第一套管(3,6)复合物的残余变形。
15、权利要求14所述的接头,其特征是:在构成第二套管(4,7)的交联复合物上,在100℃下承受500小时约50%的拉伸后而产生的残余变形小于15%。
16、权利要求14或15中任一要求所述接头,其特征是:第二套管(4,7)的径向厚度等于或大于第一套管(3,6)径向厚度的20%。
17、权利要求14所述的接头,其特征是:第一套管(3,6)和第二套管(4,7)在其相互接触的表面上彼此连结在一起。
18、权利要求17所述的接头,其特征是:第一套管(3,6)和第二套管(4,7)在相互接触的表面上通过挤压和交联连结在一起。
19、权利要求14所述接头,其特征是:第二套管(4,7)是半导体套管。
20、权利要求14所述接头,其特征是:构成第一套管(3,6)的交联复合物具有等于或大于0.05kg/mm2的弹性模数E和等于或大于250%的极限延伸率。
21、权利要求14所述接头,其特征是:构成第二套管(4,7)的交联复合物的模数E等于或大于构成第一套管(3,6)的交联复合物的模数E值的两倍,其极限延伸率等于或大于150%。
22、权利要求14、19或21所述接头,其特征是:构成第一套管(3,6)的交联复合物的模数E为0.05-0.5kg/mm2,而构成第二套管(4,7)的交联复合物的模数E为0.1-1.5kg/mm2
23、权利要求14所述接头,其特征是:第一套管(3,6)至少由两层由交联聚合材料复合物制成的挤压同轴管层形成,径向最内层复合物的极限延伸率和模数E均较径向最外层复合物的低。
24、权利要求14所述接头,其特征是:可作径向弹性扩张的第三应力级配套管(8)在径向弹性扩张的状态下装在支承硬管(1)上,位于相对于第一套管(3,6)的径向最内层,由介电常数ε等于或大于10的交联复合物制成。
25、权利要求24所述接头,其特征是:第三套管(8)与第一套管(3,6)在其相互接触的表面上彼此连结。
26、权利要求14或24所述接头,其特征是:所有套管(3,4,6,7,8)均由含具有化学亲和力的原料聚合物的交联复合物制成。
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