CN103201510A - 发电装置的电气连接系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发电装置（2）的电气连接系统，该电气连接系统具有设置在第一电缆（10a）一端的第一连接件（18）和设置在第二电缆（10b）一端的或在第一电缆（10a）另一端的、与第一连接件（18）互补的第二连接件（28）。由此确保了特别简单的装配，即，第二连接件（28）为自锁地设置在容纳部（24）中的销钉（30）。

Description

发电装置的电气连接系统

技术领域

本发明涉及一种发电装置的电气连接系统，其具有设置在第一电缆一端的第一连接件和设置在第二电缆一端的、与第一连接件互补的第二连接件。本发明还涉及一种将电缆连接在发电装置的电气连接系统中的方法。

背景技术

电能获取装置，如风电装置如今都装配有铜电缆或铝电缆。由于上升的铜价，铝电缆装配得越来越多。特别是对于50m至150m高的风力发电轮，需要大量的电缆，从而使铝电缆的节约潜能巨大。

由于风电装置较高的高度而需要，然而不可能实现，将设置在风力发电装置塔内的发电机通过唯一的电缆与设置在装置基座内的变流器相连。因此，在单个塔区段中，分别预装配有电缆。为将单个区段的电缆彼此相连，必须将其在区段边界处导电地拧在一起或拼合在一起。如果使用铜电缆，将电缆拧在一起或拼合在一起则没有问题，因为在铜表面没有附着对导电性造成负面影响的材料，该材料风电装置运行期间会导致连接部位导电性的减弱。然而在使用铝电缆时情况则不一样。拼合连接必须受到保护不受环境影响。进而必须防止在过渡区域生成氧化铝，这会显著提高过渡电阻。对于承载有数十安培甚至数百安培的电缆，过渡电阻会导致高的功率损失。因此必须尝试，将连接位置处的电缆之间的过渡电阻设计得尽可能小。

因此，如今在区段边界建议使用各个区段的电缆的拼合连接。为此，将拼合套拧在电缆上。为此，工作人员必须爬上塔身，在区段边界对电缆进行整修和剥皮处理。接着，工作人员必须将电缆的剥皮端涂上导电膏。由此应当避免在铝线表面生成氧化铝。接着，工作人员必须将拼合套推上暴露的电缆端，并在一个费事的工艺过程中用多个螺栓与电缆拧在一起。这样形成的装配是费时且费钱的。另外，电气连接的质量不稳定，即，经一段时间，过渡电阻上升，因为导电膏不能完全阻止氧化铝的生成。

发明内容

以此为背景，本发明的目的在于，提供一种发电装置的电气连接系统，其能够以简单的方式装配。

该目的通过根据权利要求1的连接系统得以实现。

已知，铝电缆的拼接和螺栓连接是容易出错的，并不能实现足够小的过渡电阻。还已知，已知的装配方法非常费时。因此建议了，在各个电缆端设置容纳部和相应的销钉，它们能够彼此插接在一起。如此形成销钉，即，它能够设置为在容纳部中自锁的。

自锁可以作如下理解，即，容纳部中销钉的黏结摩擦导致了阻止销钉在容纳部中的轴向滑动和转动的阻力。在此，倾斜角以及销钉的表面粗糙度以及容纳部如此发生变化，即，自锁如此之强，从而吸收了电缆轴向作用的拉力。特别是对于风电装置，可以在区段边界的电缆之间进行连接。在区段中预集束的电缆可以如此设计，即，在区域边界设置有根据本发明的销钉，而另一区段相对的电缆设置有根据本发明的容纳部。工作人员仅需将销钉推入容纳部，从而使电缆电气地、而且机械地彼此相连。容纳部中螺栓的自锁导致了，彼此插接起来的电缆由于其自重不再彼此分离。就是说，根据本发明的连接是力配合的，其中维持力要大于由电缆重力造成的拉力。通过由区段边界直至第一固定点的电缆重量造成的重力处于区段内部。电缆区段的重量向容纳部和销钉之间的插接连接施加拉力。

还有可能，预集束的电缆在各个区段中的区段边界之前消减较短的一部分长度，并且设置有容纳部或销钉。然后区段边界通过连接电缆进行桥连，该连接电缆具有与在区段边界预集束的电缆互补的连接件。工作人员仅需将连接电缆推入各个预集束的电缆的电缆端的容纳部或销钉，即获得电缆的机械连接以及电气连接。

根据有利的实施例建议，第二连接件是在容纳部中自锁的锥形销，其中，特别是容纳部在锥形销推入方向上变窄。锥形销优选为圆柱状锥形销，其倾角如此设置，即，它设置为在容纳部中自锁。容纳部优选为与锥形销互补的圆柱体。

容纳部形成为锥形销，由此，电缆的角度位置不产生任何影响，这简化了电缆的装配。工作人员仅需将锥形销推入容纳部并固定住。电缆然后在机械上和电气上彼此相连。

连接件的直径大致相当于电缆直径。然而也有可能，对于多段连接系统，每一段设置有不同直径或不同形状的连接件。由此可以对例如三段系统的每一段分派具有不同直径的销钉、容纳部组对。特别对于风电装置，每个段使用三至七条电缆，从而使每个区段预集束有九至二十一条电缆。该电缆必须逐段对应地与另外区段的各个电缆相连。为了避免错误连接，每个段装配有各自的连接件的对，其中，各个段的连接件彼此并不互补且不相匹配。工作人员可以进行装配，而无需担心，装配出段不对应的连接。确保了，彼此相属的电缆彼此电气连接。

在使用铝电缆时优选，连接件同样由铝构成。这一点有这样的优势，在电缆和连接件之间的过渡区域不生成过渡区电阻和接触腐蚀。为了防止在连接件的表面生成氧化铝建议了，在连接件表面镀锡。还有可能，表面首先镀镍然后镀锡。通过镀镍实现了一个持久的涂层，而镀锡处理实现了小的接触电阻。

为将连接件安全地与电缆相连建议了，被剥皮的电缆端设置在套管中。该套管可以围绕电缆端受到压制处理，从而使经剥皮电缆的绳或线受到固定压制。接着，套管的前端受到剪切和铣切，从而使电缆端与套管前端侧对齐并不会生成氧化铝。接着，具有朝向电缆端的的电缆端的前侧面的连接件可以沿着前侧面与套管和电缆端焊接在一起。在此使用摩擦焊接，特别是旋转摩擦焊接。还有可能，使用超声焊接或电阻焊接，从而将连接件与套管和电缆端焊接在一起。

为制成纯粹的连接建议了，套管也由铝构成。在此，可以对套管镀锡或镀镍，如前所述。

当铝电缆具有高纯度时，通过使用铝电缆实现了特别高的导电性。特别是使用Al99.5证明是有利的。然而，还可以使用更高或更低价值的铝。

为了简化装配，具有大的电缆截面的铝电缆应当尽可能是柔性的。由于此原因建议了，铝电缆由退过火的铝制成。由此可以使电缆，特别是设置在电缆端的连接件特别轻易地移动并由此彼此连接并推到一起。

为了防止电缆间的机械连接脱落建议了，绝缘套管包围连接件。绝缘套管防止了，环境因素作用于连接件的电气连接。绝缘套可以如此设计，即，它对连接件的电气连接形成密封，从而使湿气不能抵达电气连接。为此例如可能，绝缘套管对湿气密封地在电缆端区域倚靠于电缆的绝缘部。这一点例如可以通过使用O形环来实现。还有可能，热缩塑性套管围绕绝缘套管并在电缆的绝缘部收缩。

特别有利的是，绝缘套管形成为两部件的。在这种情况下例如有可能，绝缘套管的第一部件被推至第一电缆上，接着，第一连接件设置在第一电缆上。绝缘套管的第二部件设置在第二电缆上，接着，同样，将连接件设置在第二电缆上。接着，两部件防止脱落地彼此机械相连。这可以由此进行，即，两部件推至相重叠的位置，并且机械地定位连接或螺栓连接。这可以例如通过使两部件相互旋转来进行。

当两部件机械地彼此相连时，可能的是，这样将轴向压力施加于连接件，即，将连接件轴向上挤在一起。这样的力可以例如通过设置在绝缘套中的环肩来施加。该环肩如此形成，即它在连接部件时对设置在连接件上的、优选环绕的凸缘进行挤压。对于两部件的彼此机械相连，该环肩例如轴向发生运动，这导致了，环肩对凸缘进行挤压，而将连接件挤压在一起。这导致了自锁以外的连接件的机械固定。

如果绝缘套管的两部件彼此相连，则电缆保险不发生脱落地彼此相连。施加于电缆上的拉力不会导致连接件的机械脱落。拉力通过绝缘套管，特别是通过凸缘和环肩被吸收，并不会作用于连接件的连接。

如开始已阐明，单个电缆在区段边界的装配是费时而且复杂的。为了实现特别简单的装配，工作人员必须以尽可能小的工具耗费来进行装配。为实现这一点建议了，在至少一个部件上设置防松螺母，用以容纳钩形扳手，其中，通过防松螺母，第一部件能够和第二部件拧在一起。第一部件可以设有外螺纹，而第二部件可以设有设置在防松螺母上的内螺纹。防松螺母能够围绕纵轴旋转地设置在第二部件上，并通过钩形扳手旋转。

为将绝缘套管的部件拧在一起，防松螺母被推到外螺纹上并被拧上。为在拧上时达到足够高的启动力矩，可以通过钩形扳手转动最后几圈。防松螺母通过O形环能够转动地设置在部件中，从而防止了，湿气经防松螺母渗入绝缘套管的内部。

根据有利的实施例建议了，电缆是风电装置的能量线路的部件。电气连接系统特别适用于经区段边界连接电缆时。电气连接系统还适用设置在各个区段中的电缆的预集束。

本发明的另一方面是根据权利要求10的方法。

在此建议了，电缆这样彼此固定，即，在第一电缆的一端的销钉通过自锁引入在第二电缆一端的容纳部，从而使电缆力配合地彼此相连。在这种情况下，工作人员仅需将两条电缆相互插接在一起，实现机械以及电气的连接。机械连接如此坚固，即，其吸收了通过电缆自重施加在连接上的拉力。

为了实现提高的强度建议了，接着将绝缘套管设置在连接上，该连接套管能够进一步吸收拉力。

附图说明

下面，凭借示出实施例的附图进一步阐明本发明。附图中：

图1示出了具有根据本发明的连接的风力发电轮；

图2示出了具有容纳部的电缆端；

图3示出了具有锥形销的电缆端；

图4示出了两个电缆端之间的连接。

具体实施方式

图1示出了具有吊舱2a和风轮6的风力发电装置2。吊舱2a能够转动地安装在由区段8a、8b、8c形成的塔2b上。在每个区段8a-c设置有电缆线10，通过该电缆线将电能从设置在吊舱2a内的发电机（未示出）传导至设置在塔2的基座中的变流器。

电缆线10示例性示出。因此在区段8a中例如设置电缆线10a和电缆线10c。每一段可以设置数个电缆线10，从而一定会出现，在区段8a中每一段各自设置三条电缆线10a。在区段8b中设置各个电缆10b、10d。在区段8c中设置另外的电缆线10。

为装配风力发电装置2，区段8预集束地提供有电缆10。电缆10在装配开始时就已经包括在区段8中，并且必须在区段边界12电气地且机械地彼此相连。电缆10的彼此连接通过连接系统14实现，如下文进一步述及。

一方面有可能，在区段边界12之前对电缆10a、10b进行整修并分别与连接件相连。过渡电缆16可以经区段边界12连接电缆10a、10b。过渡电缆16可以具有与设置在电缆端的连接件互补的连接件。

另一方面有可能，第一电缆10c具有第一连接件，而第二电缆10d具有与此互补的第二连接件。电缆10c、10d可以如此生产，即，它们经区段边界凸出。在装配时，连接系统14插接在区段边缘12，从而使电缆10c、10d直接机械地且电气地彼此相连。

连接系统14可以由两个连接件构成，该两个连接件形成为互补的。第一连接件18在图2中示出。

在图2中可以看出电缆10a的电缆端，其具有剥皮端20。围绕剥皮端20设有套管22。电缆10a优选由铝线或铝丝构成，铝线或铝丝通过同样由铝构成的套管22压制在一起。为此，套管22可以压制在铝线上。接着，套管与铝线一起在前侧被磨平、铣平或剪切。这样形成的前侧然后通过旋转摩擦焊接材料配合地与连接件18的前侧相连。

连接件18优选由铝构成。套管22和连接件18可以经过镀镍和镀锡。在将连接件18与套管22和线20的自由端焊接在一起时，表面涂层被掀开。可能在表面形成的氧化铝层同样在焊接时被掀开。在此形成了线20和连接件18之间的纯粹连接。

可以看出，连接件18具有容纳部24，其呈锥形逐渐变窄。连接件18进一步具有环绕的凸缘26。

图3示出了第二连接件28。对应于上文所述，第二连接件28与套管22和电缆10b的线20相连。可以看出，第二连接件28具有锥形销30，其与容纳部24互补。锥形销30以及容纳部24的倾角如此设置，即，锥形销30在容纳部24中维持在自锁状态。

连接件28可以像连接件18那样经过镀镍和镀锡，并由铝构成。进而，连接件28具有环绕的凸缘26。

为了装配电缆10a、10b，将连接件28和18推到一起。在此，这样发生自锁，即，连接件28维持在连接件18中。通过电缆10a、10b施加的拉力（通过电缆的自重生成）可以通过黏结摩擦吸收。由此防止了，连接件18、28在插接在一起之后自动脱落。

为提高连接强度，将绝缘套32推到连接件18、28上，如图4所示。

图4示出了带有各个连接件18、28的电缆10a、10b。连接件18、28被插接在一起，从而在电缆10a、10b之间形成机械的和导电的连接。

为了确保该连接，设置有绝缘套管32。绝缘套管32由两部分32a、32b构成，其中，部件32b具有防松螺母。部件32a可以例如推至电缆10a上，然后，将连接件18焊接在电缆10a的电缆端。部件32b同样被推至电缆10b上，然后，将连接件28固定在电缆10b上。由此，电缆10a、10b批量生产地与部件32a、32b、34和连接件18、26设置在风电装置2的各个区段8a、8b中。

装配工在装配电缆10时首先仅须将连接件18、28推到一起，并接着将绝缘套管32的部件32a、32b、34彼此相连。在此，装配工将部件32a、32b推至重叠位置并将部件32a、32b拧在一起。在此，在部件32b上设置有能够围绕纵轴转动地围绕部件32b设置的防松螺母34。防松螺母34具有内螺纹，并可以用钩形扳手进行旋转。防松螺母34通过O形环46进行密封。

部件32a在它的一端具有外螺纹，其与防松螺母的内螺纹互补。为了进行装配，防松螺母34置于部件32的外螺纹之上，并与其拧在一起。在此，部件32a、32b合并，直至将力36施加于连接件18、28。连接件18、28上的力36通过部件32a、32b的内置的环肩施加在环绕的凸缘26上。

可以看出，部件32a、32b的环肩直接倚靠在连接件18、28的环绕凸缘26上。由此将力36施加在连接件18、28之间的连接上。

进一步，可将内置的鼻部38设置在绝缘套管32的至少一个部件中。鼻部38如此形成，即，它在连接部件32a、32b时经凸缘26引导，并在此后咬合凸缘26。只要部件32a、32b拧动松开，例如通过使防松螺母34从部件32a上脱落，咬合的鼻部就向凸缘26施加一个与力32相反的拉力。由此实现了，由于连接件18、28之间的自锁，克服了维持力，而连接件18、28彼此脱落。

为了防止湿气抵达连接件18、28之间的连接位置，例如可以设置O形环40，其使绝缘套管32的内壁相对于电缆10a的绝缘部密封。还有可能，热缩塑性套管42被推上绝缘套管32的部件和电缆1ab的部件并在上面收缩。由此防止了，湿气抵达连接件18、28之间的连接区域。热缩塑性套管42可以被推上整个绝缘套管32。

还有可能，在防松螺母34和部件32a的外螺纹之间的连接区域，设有另一O形环44。该O形环防止了，湿气经螺纹渗入连接件18、28之间的连接位置区域。

最后还有可能，作为鼻部38的替代或补充，将固定环46（止动环）固定在电缆10a的绝缘部。环46导致，在推移部件32a、32b时相对于固定环46挤压绝缘套管，并将拉力施加于连接件18、28之间的连接，从而克服自锁。

凭借示出的连接系统实现了，将风电装置中的由铝构成的电缆以简单的方式彼此相连。极大地降低了装配耗费。电缆之间的过渡电阻维持的很小，从而使电能损失最小化。为了维护，电缆能够以简单的方式彼此分离，并确保了连接的持久性。

Claims (10)

1.一种发电装置的电气连接系统，所述电气连接系统具有

-设置在第一电缆（10a、16）一端的第一连接件（18）和

-设置在第二电缆（10b）一端的或在第一电缆（10a、16）另一端的、与第一连接件（18）互补的第二连接件（28），

其特征在于，

第一连接件（18）具有用于第二连接件（28）的容纳部（24），而

第二连接件（28）具有自锁地设置在容纳部（24）中的销钉（30）。

2.根据权利要求1所述的电气连接系统，其特征在于，所述第二连接件（28）是自锁在容纳部（24）中的锥形销（30），其中，特别是容纳部（24）在锥形销（30）推进方向上变窄。

3.根据权利要求1或2所述的电气连接系统，其特征在于，第一和第二连接件（18、28）由铝形成，并经过镀镍和/或镀锡。

4.根据权利要求1至3的任意一项所述的电气连接系统，其特征在于，将经过剥皮的电缆端设置在套管（22）中，而且，所述套管（22）和/或电缆端的前侧端与连接件（18、28）焊接在一起，其中，所述套管（22）特别由铝构成。

5.根据权利要求1至4的任意一项所述的电气连接系统，其特征在于，所述电缆（10）由铝、特别是Al99.5形成。

6.根据权利要求1至5的任意一项所述的电气连接系统，其特征在于，所述绝缘套管（32）包围连接件（18、28）。

7.根据权利要求6所述的电气连接系统，其特征在于，所述绝缘套管（32）是由两部件组成的，其中，第一部件（32a）设置在第一电缆（10a）上，而第二部件（32b、34）设置在第二电缆（10b）上，而且其中，所述部件（32、34）能够保险不脱离地如此彼此机械连接，即，在连接状态下通过部件（32、34）施加在连接件（18、28）上的力在轴向上挤压连接件（18、28）。

8.根据权利要求7所述的电气连接系统，其特征在于，在至少一个部件（32b）上设置防松螺母（34），用于容纳钩形扳手，其中，通过防松螺母（34），能够将第一部件（32a）与第二部件（32b）拧到一起。

9.根据权利要求1至8的任意一项所述的电气连接系统，其特征在于，所述电缆（10）是风力发电装置（2）的能量线路的部件。

10.一种在特别根据权利要求1至9的任意一项所述的、特别是风力发电装置（2）中的电气连接系统中固定电缆的方法，其中，在第一电缆（10b）的一端的销钉（30）通过自锁引入第二电缆（10a）一端的容纳部（24），从而使电缆（10）力配合地彼此相连。

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