CN103597686A - 用于电缆的端接件及该端接件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电缆的端接件，该端接件包括外绝缘管状体；同轴地设置在所述绝缘管状体内的导电杆；同轴地设置在所述绝缘管状体内并围绕所述导电杆的端部延伸的弹性体套筒；同轴地设置在所述弹性体套筒内的连接器件，所述连接器件机械和电气地连接到所述导电杆上并适于机械和电气地连接到电缆上；同轴地设置在所述绝缘管状体内并适于电气连接到大地的导电管状元件；同轴地设置在所述导电管状元件内，并在所述导电杆的、相对于所述连接器件的相对侧上、在所述弹性体套筒内部分地延伸的半导体元件。还公开了用于制造用于电缆的端接件的方法和用于将电缆连接到用于电缆的端接件上的方法。

Description

用于电缆的端接件及该端接件的制造方法

技术领域

本发明涉及电缆端接件，该端接件尤其用于中压、高压或超高压电缆。

本发明还涉及用于制造上述端接件的方法。

背景技术

在整个说明书和所附权利要求中，术语“端接件”用于表示专门设置用于将电缆机械和电气连接到裸导体例如架空导体的接合组件，该接合组件又连接到不同的器件，例如电源、变换器、用户装置等等。

在本说明书中，术语“中压”用于指典型地从约1kV到约30kV的电压，而术语“高压”指约30kV的电压。术语“超高压”用于定义大于约150kV或220kV的电压，直到500kV或更大。

中压、高压或超高压电缆典型地包括绝缘层覆盖的一个或多个导体。导电屏蔽相对于导体的绝缘层同轴地应用在径向外部位置。半导体层径向地插入在导体的绝缘层和导电屏蔽之间。保护鞘相对于导电屏蔽同轴地应用在径向外部位置。

用于中压、高压或超高压电缆的端接件典型地包括弹性材料制成的套筒和适于连接到裸导体上的导电杆。接头设置在套筒内，以机械和电气地将导电杆连接到电缆上，从而在电缆和裸导体之间提供电气连接。套筒还包括半导体圆筒形插入物，以控制套筒内的电场，尤其是避免出现具有高电场密集度的区域，其中不想要的放电和击穿可能发生。导电元件以接触关系设置在半导体圆筒形插入物的径向外部位置。

当将电缆连接到端接件上时，电缆以这样的方式处理，使得导体相对于径向外层轴向地突出预定的量。然后这样的导体电气和机械地连接到端接件的接头上，以在电缆和端接件导电杆之间提供理想的电连续性。

随着电缆连接到端接件上，电缆的半导体层将与端接件的半导体插入物以稳固接触的关系设置，以通过端接件的导电元件为电缆提供合适的接地连接。

US5316492公开了在端接件外面、用于高压下的高压塑性电缆的插入连接。该插入连接包括具有压控导电体的弹性体套筒绝缘体、包围该套筒绝缘体的绝缘本体和包围该绝缘本体的导电鞘。套筒绝缘体以机械稳固和防漏的方式组装在位于外部端接件地板中的金属脚板上。

申请人观察到，上述类型的端接件的导电体和导电鞘都由刚性材料制成，不能够径向扩展以允许端接件连接到比设计阶段预定的直径更大的直径的电缆上。

申请人还观察到，当上述端接件与比设计阶段预定的直径更小的直径的电缆连接时，端接件导电鞘和电缆的半导体层之间不能实现理想的稳固接触。

事实上，申请人注意到，出于上述理由，现有技术的每个端接件都只能够用于特定尺寸的电缆，也即，具有不同直径的电缆需要采用不同尺寸的端接件以为电缆提供合适的接地连接。

除此以外，申请人还观察到，还是由于现有技术的端接件的半导体元件由刚性材料制成的事实，这些端接件也不允许电缆由于在其运行生命周期中可能发生热变形而径向扩展。

而且，申请人观察到，在US5316492的端接件中，填料盒设置在导电鞘的径向外部位置，以在端接件内提供理想的轴向紧密性。然而，申请人注意到，这样的轴向紧密性可能被损害，因为例如由于端接件与具有比设计阶段预定的更大直径的电缆连接，或者由于连接到端接件上的电缆在运行生命周期中发生热变形，导电体和导电鞘会发生径向扩展。

发明内容

申请人面对这样的技术问题提供了一种端接件，其能够连接到具有不同直径的电缆上，允许电缆由于在其运行生命周期中发生热变形而径向扩展，同时通过保持端接件的半导体元件和电缆的半导体层之间的稳固接触而为电缆提供合适的接地连接。

申请人面对这样的技术问题还提供了一种端接件，其能够在不同电缆直径时和在出现热膨胀时确保理想的紧密性。

如同下面更详细地公开的，申请人发现上述问题能够通过在端接件的导电元件和端接件的半导体元件之间设置弹性导电元件而解决，所述至少一个弹性的导电元件沿着朝向端接件纵向轴线的至少一个径向方向将弹性力施加到端接件的半导体元件上。

具体地，申请人发现，通过沿着朝着端接件纵向轴线的至少一个径向方向在端接件的半导体元件上施加弹性力，能够确保连接到端接件的电缆的半导体元件和端接件的半导体元件之间想要的稳固接触，而与电缆的具体直径和电缆在运行生命周期中可能发生的热变形无关。这样，端接件的半导体元件能够根据连接到其上的电缆的实际直径而朝着或离开端接件的纵向轴线沿径向移位，同时保持与端接件的导电元件稳固的电接触关系。

相应地，在第一方面，本发明涉及一种用于电缆的端接件，包括：

具有纵向轴线的外绝缘管状体；

同轴地设置在所述外绝缘管状体内的导电杆；

同轴地设置在所述外绝缘管状体内并围绕所述导电杆的端部延伸的弹性体套筒；

同轴地设置在所述弹性体套筒内的连接器件，所述连接器件机械和电气地连接到所述导电杆上并适于机械和电气地连接到电缆上；

同轴地设置在所述绝缘管状体内并适于电气连接到大地的导电管状元件；

同轴地设置在所述导电管状元件内，并在所述导电杆的、相对于所述连接器件的相对侧上、在所述弹性体套筒内部分地延伸的半导体元件；

径向地插入在所述导电管状元件和所述半导体元件之间并与所述导电管状元件和所述半导体元件接触的至少一个弹性导电元件，所述至少一个弹性导电元件沿着朝着所述纵向轴线的至少一个径向方向将弹性力施加到所述半导体元件上。

在第二方面，本发明涉及用于制造电缆端接件的方法，包括：

设置弹性体套筒，其具有纵向轴线，并在其径向内部位置包括连接器件；

相对于所述弹性体套筒同轴地设置半导体元件，从而使得所述半导体元件的第一部分在所述弹性体套筒内部轴向地延伸，所述半导体元件的第二部分在所述弹性体套筒外部轴向地延伸；

在相对于所述半导体元件的相对侧上将导电杆的端部插入到所述弹性体套筒内，以将所述导电杆电气和机械地连接到所述连接器件上；

在相对于导电管状元件的径向内部位置中设置至少一个弹性导电元件；

将所述导电管状元件安装到所述半导体元件的所述第二部分上，从而使得所述至少一个弹性导电元件径向地插入在所述导电管状元件和所述半导体元件之间并与所述导电管状元件和所述半导体元件接触，并且沿着朝着所述纵向轴线的至少一个径向方向施加弹性力到所述半导体元件上；

在相对于所述导电杆、所述弹性体套筒和所述导电管状元件的径向外部位置同轴地设置外绝缘管状体。

在整个说明书和下面的权利要求中，术语“径向”和“轴向”（或“纵向”）用于分别指关于端接件的参考纵向轴线的垂直方向和平行方向，上述参考纵向轴线通过端接件的外绝缘管状体、导电杆、弹性体套筒和导电管状元件中任一个的纵向轴线定义。表达“径向内/外”选择性地通过参考沿着关于上述纵向轴线的径向方向的位置而使用。

在整个说明书和下面的权利要求中，术语“上面”和“下面”关于端接件的直立位置而使用，即当上述参考纵向轴线竖直定向的时候。

本发明的至少一个上述发明分别或组合地包括至少一个下面的优选特征。

优选地，所述端接件包括防漏元件，其轴向地插入在所述弹性体套筒和所述导电管状元件之间。

有利地，申请人观察到，在弹性体套筒和导电管状元件之间提供在轴向方向上作用的防漏元件允许为端接件提供密封系统，其对端接件的半导体元件可能的径向扩展例如由于在连接到端接件的电缆的运行生命周期中发生的热变形完全不敏感。这样，想要的轴向密封效果和径向电气连接通过两个不同的系统提供，这两个不同的系统在结构上和功能上是独立彼此的。

在优选实施方式中，端接件包括设置在不同的轴向位置的至少两个弹性导电元件。

优选地，所述至少一个弹性导电元件包括至少一个环形弹簧，其同轴地设置在所述导电管状元件内，在相对于所述半导体元件的径向外部位置中。

更优选地，所述环形弹簧包括金属线，其沿着环形路径螺旋地缠绕，该环形路径围绕所述纵向轴线延伸，以限定出多个线圈。

更优选地，每个所述线圈设置在不包括所述纵向轴线的平面上。

在优选实施方式中，至少以硅胶至少部分地填充所述绝缘管状体。

在优选实施方式中，所述连接器件包括用于所述电缆的插入连接件的第一座和用于所述导电杆的插入连接件的轴向相对的座。

优选地，制造本发明的端接件的方法包括在所述弹性体套筒和所述导电管状元件之间轴向地插入防漏元件。

优选地，制造本发明的端接件的方法包括至少以硅胶至少部分地填充所述绝缘管状体。

可选地，所述绝缘管状体可以填充有另一种绝缘流体，例如油或类似材料。

附图说明

本发明的其他特征和优点将从下面一些优选实施方式的详细的说明中变得更加清晰，这样的说明仅通过非限制性的例子并参考附图而提供。在这样的图中：

图1是根据本发明的端接件的示意和部分截面图；

图2是用于图1的端接件中的导电弹性元件的透视图；

图3是图1的端接件的制造过程的步骤的示意截面图；

图4是图1的端接件的制造过程的其他步骤的示意截面图；

图5是图1的端接件的制造过程的其他步骤的示意截面图；

图6是图1的端接件的制造过程的其他步骤的示意截面图；

图7是图1的端接件在工厂测试构造中的示意截面图；

图8是图1的端接件的现场安装步骤的示意图；

图9是图1的端接件的现场安装的其他步骤的示意图。

具体实施方式

关于图1，根据本发明的用于电缆的端接件以附图标记10表示。

具体地，图1的端接件用于中压或高压电缆，但是其也可以用于超高压电缆。

如将在下文中更好解释的，端接件10是预先制造好的端接件，也即其可以整体地在工厂中组装。相应地，端接件10还可以在运输到安装区域现场安装之前在工厂中测试。这允许减少在安装区域开展的操作以及涉及的操作技能。

端接件10包括具有纵向轴线X-X的外绝缘管状体15。管状体包括部分15a，其成形为用于限定出多个翼片。图1中以16指示了其中一个翼片。

优选地，绝缘管状体由合成材料制成。

弹性体套筒20同轴地设置在绝缘管状体15内。连接器件25同轴地设置在弹性体套筒20内。

优选地，弹性体套筒20包括预先模制的硅体。

导电杆30同轴地设置在绝缘管状体15内。方便地，导电杆30涂覆有绝缘层30a。导电杆30（和相关的绝缘层30a）的端部同轴地设置在弹性体套筒20内。

连接器件25是所谓的“插入”型。该连接器件包括插口26，在插口的第一侧上具有座27a，该座27a适于将与电缆100（图8和9）的导体的端部连接的柱销102容纳和锁定到想要的轴向位置，在插口的轴向相对侧上具有座27b，该座27b适于将与导电杆30的端部连接的柱销31（图3）容纳和锁定在想要的轴向位置。优选地，插口26由导电材料（例如铝、铜等等）制成，并由半导体本体26a包围。

上述柱销102和31每个分别依次包括适于接收电缆100的端部和导电体30的端部的座，并通过夹持、皱缩、螺纹或焊接的方式保持该端部。

随着分别连接到电缆100的端部和导电杆30的端部上，柱销102、31机械和电气地联接在一起，并以方便的方式联接到连接器件25上（例如，如在US5316492中公开的），这样在电缆100和导电杆30之间提供机械和电气连接。

圆筒形半导体元件40同轴地设置在绝缘管状体15内，以提供电场控制。

半导体元件40的端部在弹性体套筒20内部同轴地延伸，同时半导体元件40的其余部分在弹性体套筒20外部同轴地延伸。

导电管状元件50同轴地设置在绝缘管状体15内，位于相对于半导体元件40的径向外部位置中。

弹性导电元件60径向地设置在导电管状元件50和半导体元件40之间，与弹性导电元件60和导电管状元件50都保持稳固接触的关系，这样在弹性导电元件60和半导体元件40之间提供电气和机械连接。

弹性导电元件60沿着朝着纵向轴线X-X的径向方向将弹性力施加到半导体元件40上，将半导体元件40推压在电缆100的半导体层101上，从而实现端接件10的半导体元件40和电缆100的半导体层101之间的稳固接触，而与电缆100的实际直径无关。这样实现了电缆100想要的接地连接。

优选地，设置多于一个的弹性导电元件60。在本发明的优选实施方式中，两个弹性导电元件60设置在导电管状元件50和半导体元件40之间的不同轴向位置处。

为了提供弹性导电元件60相对于导电管状元件50的稳固定位，合适的座51设置在导电管状元件50的径向内表面中，以容纳弹性导电元件60的径向外表面，如在图4中更好示出的那样。

现在参见图2，弹性导电元件60优选是环形弹簧61，其由金属线62沿着环形路径螺旋缠绕而成，从而限定出多个线圈。这些线圈中只有一个在图2中以63指示出。

每个线圈63设置在不是在径向上延伸的平面上，即该平面不包括纵向轴线X-X。这允许当弹簧61在导电管状元件50和端接件10的半导体元件40之间设置在径向受压状态下时，弹性力提供在朝着纵向轴线X-X的径向方向上。从而实现半导体元件40和电缆100的半导体层101之间想要的稳固接触关系，而与电缆100的实际直径无关。

例如，当采用具有200mm外径和170mm内径的环形弹簧61时，电缆100的直径可以在85mm到95mm的范围内。

绝缘管状体15填充以填充化合物70。优选地，该填充化合物70包括硅胶71和PE小球72（图6）。填充到绝缘管状体15内的填充化合物70的量选择成使得当端接件10处于如图1所示的直立位置时，填充化合物70达到预定高度。在该构造中，限定在绝缘管状体15和导电杆30之间的腔的一部分75未采用填充材料70进行填充。

硅胶71以液态填充到绝缘管状体15内。在聚合之后，其达到软固态，从而防止流出绝缘管状体15.

在可选的实施方式中，绝缘管状体15填充以油或其他合适的绝缘流体。

如图1所示，防漏元件80（例如环形垫圈）同轴地设置在绝缘管状元件15内。防漏元件80轴向地插入在弹性体套筒20和导电管状元件50之间，从而避免填充材料70流入到导电管状元件50内，从而提供端接件内想要的轴向紧密度。

此外，防漏元件80用作弹性体套筒20和导电管状元件50之间的中间垫，这样防止弹性体套筒20和导电管状元件50之间任何的摩擦或磨耗，允许弹性体套筒20和连接到弹性体套筒20上的端接部件的重量不直接承受在导电管状元件50上，防止弹性体套筒20可能的凹进。

优选地，防漏元件80由橡胶状材料制成。

优选地，防漏元件80具有环形形状，该环形形状具有基本矩形的横截面。

防漏元件80具有几厘米的厚度，优选从约5mm到约15mm。

弹性体套筒20和导电管状元件50之间的紧密度提供在轴向方向上。这确保随着弹性体套筒的膨胀或收缩，密封不受影响，或者至少只受轻微影响，该膨胀或收缩主要作用于径向方向上。

盖板90设置在绝缘管状体15的自由端。盖板90包括中心孔91，以允许导电杆30插入到绝缘管状体15内。

凸缘95设置在绝缘管状体15与盖板90相对的自由端处。凸缘95包括中心孔96，以允许电缆100插入。

优选地，凸缘95制成为与导电管状元件50成单体件、焊接或另外地紧固到导电管状元件50上。

参见图3-6，用于制造本发明的端接件10的方法描述如下。该方法完全可以在工厂内进行。

首先，设置包括连接器件25和半导体元件40的第一轴向部的弹性体套筒20。如图3所示，半导体元件40的其余轴向部在半导体元件40的外部延伸。

弹性体套筒20支撑在直立位置，导电杆30从上面插入并锁定在连接器件25的座27b内（图3）。

另一方面，弹性导电元件60容纳在导电管状元件50的座51中，防漏元件80设置在导电管状元件50的上端部。

然后导电管状元件50从下面安装到半导体元件40的第二部分上，从而达到如图4所示的构造，其中弹性体套筒20抵靠在防漏元件80上，弹性导电元件60以径向受压状态插入在半导体元件40和导电管状元件50之间。

然后如图5所示，绝缘管状体15从上面安装到导电杆30上，并如图6所示连接到凸缘95上。

然后填充化合物70填充到绝缘管状体15内，直到达到预定高度。如图6所示，填充化合物70的填充包括从下面将硅胶71填充到绝缘管状体15内，并从上面将PE小球引入到绝缘管状体15内。

然后盖板90连接到绝缘端接件本体15的上端，从而获得如图1所示的端接件10。

根据上述方法制造的端接件10在运输到安装区域之前在工厂中测试。

如图7所示，为了合适地测试端接件10，采用了测试容器150，该测试容器填充有油151，具有部分插入其中并保持在竖向位置的测试电缆160。

端接件10从上部安装到在测试容器150上部延伸出的测试电缆160的部分上。测试电缆160的上端部锁定到端接件10的连接器件25上，且端接件10通过合适的夹持装置夹持到测试容器150上。

然后可以进行所需的电气常规测试。

测试之后，端接件10可以运输到安装区域以进行现场安装。

如图8和9所示，安装操作包括在安装区域提供框架200。

然后电缆100以这样的方式准备，使得导体相对于所有径向外层轴向突出预定的量，半导体层101相对于各个径向外层沿轴向突出预定量的部分。

然后柱销102连接到电缆100的导体上，且电缆100连接到框架200上并保持在竖向位置，如图8所示。

然后端接件10从上面安装到电缆100的、在框架200的上面延伸的部分上。柱销102锁定到端接件10的连接器件25上，端接件10通过合适的夹持装置夹持到框架200上，从而达到如图9所示的运行构造。

从上文可以清楚的是，弹性导电元件60提供用于允许半导体元件40可控的径向膨胀/收缩，同时在端接件的半导体元件40和电缆100的半导体层101之间保持稳固的接触关系，这样为电缆100提供想要的接地连接而与电缆100的实际直径无关。

当端接件10设置在水平位置并从工厂运输到安装区域时，弹性导电元件60还弹性地支撑半导体元件40和弹性体套筒20。

借助于通过半导体元件40将弹性体套筒20合适地支撑在相对于导电管状元件50的理想的同轴位置，弹性导电元件60还便于端接件10在工厂中的组装操作。

如果填充材料70发生不希望的泄漏，则弹性导电元件60还有助于隔离绝缘管状体15内的填充材料70。

此外，通过提供到电缆100上的增大的径向压力，弹性导电元件60还有助于增加端接件10的电容，以承受放电和击穿。事实上，上述径向压力越高，上述电容越大。

而且，弹性导电元件60提供了防爆屏障。事实上，弹性导电元件60的尺寸优选设置成使得能够经受击穿电流，击穿电流在运行中发生击穿时可能会出现。

此外，弹性导电元件60允许通过导电管状元件50将电容性电流放电到大地，该电容性电流在半导体元件40与电缆100的半导体层101接触时通过半导体元件40而聚集。

Claims (12)

1.一种用于电缆的端接件（10），所述端接件包括：

外绝缘管状体（15），所述外绝缘管状体具有纵向轴线（X-X）；

导电杆（30），所述导电杆同轴地设置在所述外绝缘管状体（15）内；

弹性体套筒（20），所述弹性体套筒同轴地设置在所述外绝缘管状体（15）内并围绕所述导电杆（30）的端部延伸；

连接器件（25），所述连接器件同轴地设置在所述弹性体套筒（20）内，所述连接器件（25）机械和电气地连接到所述导电杆（30）上并适于机械和电气地连接到电缆（100）上；

导电管状元件（50），所述导电管状元件同轴地设置在所述外绝缘管状体（15）内并适于电气连接到大地；

半导体元件（40），所述半导体元件同轴地设置在所述导电管状元件（50）内，并在所述导电杆（30）相对于所述连接器件（25）的相对侧上、在所述弹性体套筒（20）内部分地延伸；

至少一个弹性导电元件（60），所述至少一个弹性导电元件径向地插入在所述导电管状元件（50）和所述半导体元件（40）之间并与所述导电管状元件和所述半导体元件接触，所述至少一个弹性导电元件（60）沿着朝着所述纵向轴线（X-X）的至少一个径向方向将弹性力施加到所述半导体元件（40）上。

2.根据权利要求1所述的端接件（10），所述端接件包括防漏元件（80），所述防漏元件轴向地插入在所述弹性体套筒（20）和所述导电管状元件（50）之间。

3.根据权利要求1或2所述的端接件（10），所述端接件包括设置在不同的轴向位置的至少两个弹性导电元件（60）。

4.根据前述任一权利要求所述的端接件（10），其中，所述至少一个弹性导电元件（60）包括至少一个环形弹簧（61），所述至少一个环形弹簧同轴地设置在所述导电管状元件（50）内，位于相对于所述半导体元件（40）的径向外部位置中。

5.根据权利要求4所述的端接件（10），其中，所述环形弹簧（61）包括金属线（62），所述金属线沿着环形路径螺旋地缠绕，该环形路径围绕所述纵向轴线（X-X）延伸，以限定出多个线圈（63）。

6.根据权利要求5所述的端接件（10），其中，每个所述线圈（63）设置在不包括所述纵向轴线（X-X）的平面上。

7.根据前述任一项权利要求所述的端接件（10），其中，至少采用硅胶（71）至少部分地填充所述外绝缘管状体（15）。

8.根据前述任一项权利要求所述的端接件（10），其中，所述连接器件（25）包括用于所述电缆（100）的插入连接件的第一座（27a）和用于所述导电杆（30）的插入连接件的轴向相对的座（27b）。

9.一种用于制造用于电缆的端接件（10）的方法，所述方法包括：

设置弹性体套筒（20），所述弹性体套筒具有纵向轴线（X-X），并在所述弹性体套筒的径向内部位置中包括连接器件（25）；

相对于所述弹性体套筒（20）同轴地设置半导体元件（40），从而使得所述半导体元件（40）的第一部分在所述弹性体套筒（20）内部轴向地延伸，所述半导体元件（40）的第二部分在所述弹性体套筒（20）外部轴向地延伸；

在相对于所述半导体元件（40）的相对侧上将导电杆（30）的端部插入到所述弹性体套筒（20）内，以将所述导电杆（30）电气和机械地连接到所述连接器件（25）；

在导电管状元件（50）的径向内部中设置至少一个弹性导电元件（60）；

将所述导电管状元件（50）安装到所述半导体元件（40）的所述第二部分上，从而使得所述至少一个弹性导电元件（60）径向地插入在所述导电管状元件（50）和所述半导体元件（40）之间并且与所述导电管状元件和所述半导体元件接触，并且沿着朝着所述纵向轴线（X-X）的至少一个径向方向将弹性力施加到所述半导体元件（40）上；

在相对于所述导电杆（30）、所述弹性体套筒（20）和所述导电管状元件（50）的径向外部位置中同轴地设置外绝缘管状体（15）。

10.根据权利要求9所述的方法，包括在所述弹性体套筒（20）和所述导电管状元件（50）之间轴向地插入防漏元件（80）。

11.根据权利要求9或10所述的方法，包括至少以硅胶（71）至少部分地填充所述外绝缘管状体（15）。

12.用于将电缆（100）连接到用于电缆的端接件（10）的方法，包括：

设置根据权利要求1-8中任一项所述的端接件（10）；

将所述电缆（100）机械和电气地连接到所述连接器件（25）上。

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