CN114080731A - 用于具有矿物质绝缘材料的屏蔽电缆的终端装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于具有矿物质绝缘材料的电缆的终端装置(1)，终端装置具有金属套管(3)和陶瓷绝缘构件(4)，金属套管的一端用于固定于矿物质绝缘电缆的端部。本发明还在于特征，所述陶瓷绝缘构件由接纳在金属套管(3)中的圆柱体件(4)组成，圆柱体件的一端部从所述金属套管(3)伸出，而另一端部接纳在金属套管(3)中，具有孔(41)，所述圆柱体件(4)的接纳在金属套管(3)中的所述端部具有锥形的形状。

Description

用于具有矿物质绝缘材料的屏蔽电缆的终端装置

技术领域

本发明涉及用于具有矿物质绝缘材料的屏蔽电缆的终端装置，其提供良好的密封性，在高温下，尤其是在高达1000℃的高温、在几千伏下，提供很好的介电强度。

背景技术

用于具有矿物质绝缘材料的屏蔽电缆是由金属中间导线和圆柱形空心金属护套构成的电缆，其间插入粉末耐火绝缘材料，例如镁粉、氧化铝或者硅石，外护套由不锈钢、铜或者镍铬合金例如因康乃尔镍铬合金600构成。

这种电缆耐火，用于公众频繁出现的场所，例如购物中心、机场、接待室、或者具有危险区域的工业环境例如核电站。特别是，其用于许多使用传感器、加热元件或者电信号传输电缆的工业区域，其必须经受住具有越来越高的要求条件的外界条件(温度、高电压、湿度等等)。

因此，这种电缆用于连接装置，这些连接装置彼此间隔开，因此，必须提供使这些电缆连接于装置、实际上是使连接电缆彼此连接的连接件。

电缆终端装置，一般是连接器，是这些元件的极为关键的部分，因为其必须确保导线的电气连接，防止湿气进入到绝缘材料内，同时保持电缆的介电强度。

实际上，这常常是一个弱点，因为其有时难以在高温环境中同时确保所有这些特性。

因此，屏蔽电缆可以是电热元件或者信号传输光缆，其具有矿物质绝缘材料例如镁粉、氧化铝或者硅石，也具有不锈钢、铜或镍铬合金外护套。

当屏蔽矿物质绝缘电缆剥掉装配终端装置例如连接器时，外护套和矿物质绝缘材料去掉，露出金属导线，连接器/电缆接口处电缆的介电阻挡层大为削弱。具体地说，在该操作之后，基本上紧密的矿物质绝缘材料留有气隙，介电强度于是仅仅取决于导线与护套之间的距离以及该接合面的环境参数，例如温度、压力。

为了保持介电强度，已经提出各种型式的终端装置。在FR-A-1150390中，提出一种使电缆绝缘的附件，其由两个陶瓷插头，每个陶瓷插头具有圆锥形端部，其由玻璃密封件彼此连接。这两个插头接纳在金属管中,具有中央通孔，导线可以容纳在其中。电缆由中央导线组成，其接纳在外护套中，吸湿性矿物质绝缘材料布置在外护套与中央导线之间。电缆端部的矿物质绝缘材料具有圆锥形环形空腔，其接纳构成绝缘体的陶瓷插头的圆锥形端部。绝缘体由两个陶瓷插头组成，其连接于玻璃密封件，这两个插头接纳在金属护套中。绝缘体的圆锥形端部接纳在电缆端部的锥形空腔中，而绝缘体的金属护套焊接于电缆的外护套。这些装配条件可使吸湿性绝缘材料防潮。

FR-A-2832558述及一种圆柱形连接套筒，其具有第一入口和第二端部，所述第一入口可以安装在第一矿物质绝缘电缆的金属护套的外周边上，所述第二端部安装在辅助装置的第二电缆的外周边上，如此安装的套筒直接焊接于连接件的外周边。因此，套筒形成空腔，导线连接在其中。套筒具有开口，可使所述空腔填以绝缘材料。但是，难以确保这种连接装置的介电强度，因为插入的矿物质绝缘材料的紧密度实际上不可控制。

也已经提出使矿物质绝缘电缆的终端使用环氧树脂或者丙烯酸树脂。即使这些树脂提供良好的电气绝缘强度和良好的密封性，其也不能承受230℃以上的温度。这种装置尤其在US-B-6437246中述及，其提出一个金属套管压接在电缆的外护套上，其内部围绕导线的自由端填以环氧树脂，或者与另一个导线进行连接。同样，终端可以用陶瓷胶结材料乃至易熔玻璃制成。后一种解决方案的缺陷是，耐高温能力低，容易破裂，影响电缆抗湿。

US-B-9583933提出一种矿物质绝缘电缆终端装置，其具有导电元件，形成销，且具有空腔，用于接纳相当于电缆剥皮端部的导电体，销围绕导线接合，直至电缆本身。围绕该销，在电缆处，密封环也装配在金属销与护套中矿物质绝缘材料之间。绝缘套管围绕金属销进行装配。为防止湿气腐蚀矿物质绝缘材料，端部在装配期间进行加热。但是，装配时，在围绕导线去掉矿物质绝缘材料的一部分之后，密封环插入在矿物质绝缘材料与导电体或者圆锥形终端装置的端部之间，以便楔入在矿物质绝缘材料中。这种装置也需要O形环确保气密性，其限制在高温下的使用。因此，随着时间的推移，由于材料老化，密封件会降低品质，湿气会进入，等等。

也已经提出玻璃对金属密封馈电导体或者陶瓷对金属密封馈电导体这样的终端装置，前者通常耐受500℃，后者耐受1000℃。但是，这类连接器在剥皮期间需要暴露陶瓷绝缘材料和导线，从而在使用中可能在导线与屏蔽之间形成电弧。如果电缆在高电压下工作(例如对于屏蔽加热元件或者与特定检测器连接的信号传输电缆)，这种危险性更大。因此，不能长期应用高电压。

FR-B-2988514述及这种终端构件，其中，矿物质绝缘电缆的端部具有终端套筒，其在具有陶瓷绝缘构件的一端具有套筒管，其具有两个通孔通孔，终端管接纳在其中，另一个端部安装在剥皮电缆的端部上，矿物质绝缘材料插入在电缆端部与陶瓷构件之间。因此，裸导体通过绝缘材料，然后，陶瓷构件通过终端管。为确保介电强度，终端套筒的空白空间填以矿物质绝缘材料，其布置在电缆的空白空间与陶瓷绝缘构件之间。在这种情况下，矿物质绝缘材料的紧密度也难以控制。

为了克服先有技术的装置的缺陷，本发明提出一种终端装置，其确保介电强度(至数千伏)，能被使用在例如直至1000℃高温的严酷环境条件之下，同时，设计简单，易于在屏蔽矿物质绝缘电缆上实施。

发明内容

为此，本发明涉及用于具有矿物质绝缘材料的电缆的终端装置，该终端装置是形成电缆终端的装置，或者是形成与例如另一个电缆或装置的连接器的装置，允许克服现有装置的缺陷。

特别是，本发明涉及用于具有矿物质绝缘材料的电缆的终端装置，终端装置具有金属套管和陶瓷绝缘构件，金属套管的一端用于固定于矿物质绝缘电缆的端部，其特征在于，所述陶瓷绝缘构件由接纳在金属套管中的圆柱体件组成，圆柱体件的一端部从所述金属套管伸出，而另一端部接纳在金属套管中，具有孔，圆柱体件的接纳在金属套管中的所述端部具有锥形的形状。

因此，有利地，这种终端装置可安装在具有矿物质绝缘材料的电缆的已经剥皮的端部，以致电缆的剥皮的导线可接合在套管中，然后，接合在陶瓷绝缘构件的孔中，套管布置在电缆的外周边上以便固定在其上，陶瓷绝缘构件的圆锥形状可使圆柱体形的陶瓷绝缘构件逐渐前移到矿物质绝缘材料上，从而可使陶瓷的圆柱体件对矿物质绝缘材料的表面施加压应力。这样，因为剥皮致使绝缘材料局部损失紧密度，所以陶瓷绝缘构件的锥形的端部对该绝缘材料施加的压应力修复该紧密度，可使电缆包括一个均匀介电阻挡层，没有弱点。

有利地，漏泄路径因此加长，因为电缆的导线和金属护套不再彼此相对。对于形成的电弧，其将必须在终端装置外部运动更长的漏泄路径。这意味着更高的绝缘击穿电压。

优选地，套管通过钎焊固定于陶瓷绝缘构件。

根据本发明的一个优选实施例，陶瓷的圆柱体件的锥形的端部是圆锥形的。

根据第一实施例，陶瓷绝缘构件具有孔，从套管伸出的孔的端部可以封闭，终端装置因此构成具有矿物质绝缘材料的电缆的末梢装置。

因此，有利地，剥皮的导线接合在套管中以便接合在孔中，套管接合在电缆的外周边上以便固定在其上，而围绕导线的圆柱体件的锥形的端部支承在围绕所述导线的矿物质绝缘材料上，以便挤压所述矿物质绝缘材料。一旦导线的剥皮的端部接纳在孔中，孔予以封闭，终端装置形成电缆的末端。

根据第二实施例，陶瓷绝缘构件具有贯通的孔，金属管在陶瓷绝缘构件的从金属套管伸出的端部处安装在该孔的端部处，终端装置是个连接器装置。

因此，有利地，终端装置可固定在已经预先剥皮的矿物质电缆上，使剥皮的导线接合在套管中以便接合在圆柱体件的贯通的孔中，通过管从终端装置伸出，套管接合在电缆的外周边上以便固定在其上，而围绕导线的圆柱体件的锥形的端部支承在围绕所述导线的矿物质绝缘材料的表面上，以便挤压所述矿物质绝缘材料。

根据另一个实施例，终端装置还可具有套筒，陶瓷绝缘构件和金属管安装在套筒中，套筒安装在套管中。

套管的用于安装在电缆外周边上的端部可通过压接被固定于电缆外的护套上。

根据一个优选实施例，套管的端部具有固定件，用于与电缆端部外周边上的互补固定件相互配合，优选地，套管/电缆固定件配合允许形成由圆柱体件的锥形端头在矿物质绝缘材料上施加的挤压力。

优选地，互补固定件由布置在套管内壁上的内螺纹和布置在电缆外护套上的螺环构成，有利地，套管拧在螺环上，允许产生圆柱体件的端头在矿物质绝缘材料上的挤压力。

因此，在装配之后，电缆的矿物质绝缘材料和陶瓷绝缘构件保持在压缩状态，从而即使在高温条件下也给电缆提供介电阻挡层。

有利地，套管/套筒组件可接纳多个陶瓷绝缘构件和相关的金属管，均可接纳在所述套管/套筒组件中，但是，每个都具有孔，适合于不同导线的直径。这些不同的导线的直径一般导致不同的电缆直径，在这种情况下，与套管相互作用的螺环适应电缆的直径。

因此，本发明的终端装置，无论是用作终端装置还是用作连接器，允许获得具有采用尤其是高温钎焊的完全密封的装置的电缆，没有有机材料也没有接头，仅仅使用金属和陶瓷。

另外，绝缘材料强力压缩在一个锥体上，这确保与电缆的绝缘材料的稳定接合面。这是耐高电压所需的。

本发明的装置的主要焦点是使用在“恶劣环境”和安全环境(例如核环境)。

因此，本发明的装置可用于直至800℃乃至1000℃的工作温度，最高工作电压高达6000VAC(在

毫米的电缆上)，耐快速热循环。

本发明的装置还提供氦密封度(漏泄率<10-8大气压.立方厘米/秒)，耐压性(>250巴)，以及随着时间的流逝而提供很好的稳定性，因为其不包含任何有机化合物。

本发明还涉及具有矿物质绝缘材料的屏蔽电缆，屏蔽电缆在一端具有终端装置，终端装置具有金属套管和陶瓷绝缘构件，金属套管的一端固定于屏蔽电缆的端部的外周边上，其特征还在于，所述陶瓷绝缘构件由通过端部接纳在金属套管中的圆柱体件构成，圆柱体件的所述端部具有孔，屏蔽电缆的剥皮的导线插入在孔中，圆柱体件的接纳在金属套管中的所述端部还具有围绕导线压靠矿物质绝缘材料呈锥形的形状。

附图说明

现在，参照附图详述本发明，附图如下：

图1是本发明终端装置第一实施例的纵剖面图；

图2是配有图1所示终端装置的矿物质绝缘电缆的纵剖面图；

图3是本发明终端装置安装在电缆上的透视图；

图4是图1所示电缆的侧视透视图；

图5是本发明终端装置的第二实施例的透视图；

图6是本发明终端装置第三实施例的纵剖面图；

图7是本发明终端装置第四实施例的纵剖面图；

图8是本发明终端装置第五实施例的纵剖面图。

具体实施方式

本发明的终端装置1用于安装在具有矿物质绝缘材料的电缆2上。

这种电缆2由中央的金属的导线21和围绕所述导线21的外金属护套22组成，矿物质绝缘材料23插入在这两者之间。为了完成这种电缆2，本发明的终端装置1安装在电缆的端部上。为了装配终端装置，电缆2剥皮，以一定长度露出中央的导线21。

该终端装置1具有金属套管3和接纳在所述金属套管3中的由圆柱体件4组成的陶瓷绝缘构件。该金属套管3或者基部(或者装配零件)钎焊于陶瓷绝缘构件4。这种终端适于作为整体件。

金属套管3的一个端部用于尤其是通过本身围绕外护套22定位，固定于电缆2的端部。为此，金属套管3具有用于固定于电缆2的固定件。

根据一个优选实施例，这些固定件由布置在金属套管3的固定端部的内壁上的内螺纹构成，用于与布置在固定于外护套22的端部的环5的外壁上的螺纹进行配合。该环5尤其是通过钎焊固定于护套22。

优选地，凸肩31设置在金属套管3内的孔中，以致通过将金属套管3拧在环5上，环5和/或护套22的端部可对接在所述凸肩31上。这在凸肩31之后，直至陶瓷圆柱体件4接纳在其中的金属套管3的另一个端部，限定金属套管3的在其端部与凸肩31之间延伸的、例如具有螺纹的固定部分32以及接纳部分33。

本发明装置的陶瓷圆柱体件4具有贯通的孔41，优选为中央贯通孔。该贯通的孔41成形成接纳电缆2的剥皮中央导线21。

金属管6一部分在贯通的孔41中延伸，一部分从圆柱体件伸出，剥皮的导线21也可通过其进行接合，其安装在贯通的孔41的一端，因此安装在圆柱体件4的一端。该管6钎焊固定于陶瓷绝缘构件4。一旦导线接合，贯通的孔41也可封闭，从而与由装置形成的终端形成电缆。

如图5所示，金属管6可取帽60的形式，其固定于圆柱体件4的端部。

圆柱体件4具有圆形截面，在其接纳部分中，圆柱体件的直径相当于金属套管3的内径。此外，接纳在金属套管3中的圆柱体件4的端部42呈锥形，优选地呈圆锥形。

圆柱体件4的长度可使之装入金属套管3，以致圆锥形端头42延伸超过凸肩31，但是止于金属套管3的固定端部。

因此，在终端装置1装配期间，终端装置1接合在电缆2的剥皮端部的金属导线21上，以致后者接合在贯通的孔41中，而金属套管3拧在外护套22支承的环5上。

在拧紧期间，圆柱体件4的圆锥形端头42与矿物质绝缘材料23接触，压紧在绝缘材料23的表面上。

漏泄路径因此加长，因为导线21和外护套22不再彼此相对，圆锥形端头42将矿物质绝缘材料23推离护套22的端部22a。因此，对于形成的电弧，运动的漏泄路径必须长于终端装置之外的漏泄路径。因此，绝缘击穿电压较高。

当金属套管3拧在环5上时，产生圆锥形端头42对矿物质绝缘材料23的挤压力，这种挤压力通过控制紧固扭矩进行控制。

也可用一种专用工具对矿物质绝缘材料23进行预成形，使与陶瓷圆柱体件4的接合面最佳化。因此，电缆的有些吸湿性的绝缘材料的预成形，使接触最佳化，限制圆锥形陶瓷端头上的应力。

为了密封电缆2上的终端装置1，金属套管3钎焊于环5。在装配之后，矿物质绝缘材料23和陶瓷圆柱体件4保持在压紧状态，给电缆2提供新的介电阻挡层。

金属的导线21从金属管6的伸出端部突出，两者之间进行钎焊或者焊接。

优选地，金属套管3和绝缘管6用铁镍合金例如FN42制成，但是，膨胀系数接近氧化铝的任何其他合金或者纯金属是适用的。

优选地，环5由不锈钢制成，但是，也可用铜或者镍铬合金制成。

有利地，根据本发明实施例的终端装置是一个连接器装置，可在高达700℃的温度条件下使用，陶瓷圆柱体件与套筒之间的钎焊由银铜共晶合金构成。对于高达1000℃的温度很高的使用条件，钎焊焊料最好是100％的铜。

使金属套管3连接于电缆2的外护套的钎焊焊料可以是银/铜/锌/锡合金，例如Ag102，其耐高达600℃的温度，或者是硼/碳/铬/铁/硅/镍合金，例如商品名为“NicrobrazLM”的合金，其耐高达1000℃的温度

终端装置1还可具有套筒7，陶瓷绝缘构件4和金属管6安装在其中，套筒7安装在金属套管3中。该套筒7最好由氧化铝制成。

因此，有利地，金属套管3/套筒7总成可接纳不同导线直径的不同的陶瓷绝缘构件和相关的金属管6。如图6、7和8所示，电缆2a、2b、2c具有不同的直径，尤其是不同直径的导线。因此，在相同的金属套管3/套筒7总成中，可装配陶瓷绝缘圆柱体件4a和适合于导线23a的直径的管6a，圆柱体件4b和适合于电缆23b的管6b，以及圆柱体件4c和适合于导线23c的管6c。但是，管6可保持相同，因为其尺寸确定成适合于多个直径的导线。这种终端可称作自适应终端。

因此，选择尺寸适合于电缆2a、2b和2c的外径的螺环5a、5b、5c，与金属套管3进行配合。

Claims (11)

1.用于具有矿物质绝缘材料的电缆(2)的终端装置(1)，终端装置具有金属套管(3)和陶瓷绝缘构件(4)，金属套管的一端用于固定于矿物质绝缘电缆(2)的端部，其特征在于，所述陶瓷绝缘构件由接纳在金属套管(3)中的圆柱体件(4)组成，圆柱体件的一端部从所述金属套管(3)伸出，而另一端部接纳在金属套管(3)中，具有孔(41)，圆柱体件(4)的接纳在金属套管(3)中的所述端部具有锥形的形状。

2.根据权利要求1所述的终端装置(1)，其特征在于，陶瓷绝缘构件(4)的锥形的端部(42)是圆锥形的。

3.根据权利要求1或2所述的终端装置(1)，其特征在于，陶瓷绝缘构件(4)具有孔，从金属套管伸出的孔的端部是能封闭的，终端装置是个末梢装置。

4.根据权利要求1或2所述的终端装置(1)，其特征在于，陶瓷绝缘构件(4)具有贯通的孔(41)，金属管(6)在陶瓷绝缘构件(4)的从金属套管(3)伸出的端部处安装在该孔的端部处，终端装置是个连接器装置。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的终端装置(1)，其特征在于，金属套管(3)的端部具有固定件，固定件用于与布置在矿物质绝缘电缆的端部的外周边上的互补固定件进行配合。

6.根据权利要求5所述的终端装置(1)，其特征在于，互补固定件由布置在金属套管(3)的内壁上的内螺纹和用于安装在矿物质绝缘电缆(2)的外护套(22)上的螺环(5)构成。

7.根据权利要求4所述的终端装置，其特征在于，陶瓷绝缘构件(4)和金属管(6)安装在套筒(7)中，套筒(7)安装在金属套管(3)中。

8.具有矿物质绝缘材料(23,23a,23b,23c)的屏蔽电缆(2,2a,2b,2c)，屏蔽电缆由导线(21)、金属护套(22)和插入在导线和金属护套两者之间的矿物质绝缘材料(23)构成，屏蔽电缆在一端具有终端装置(1)，终端装置具有金属套管(3)和陶瓷绝缘构件(4)，金属套管的一端固定于屏蔽电缆(2)的端部的外周边上，其特征在于，所述陶瓷绝缘构件由通过端部接纳在金属套管(3)中的圆柱体件(4)构成，圆柱体件的所述端部具有孔(41)，屏蔽电缆的剥皮的导线(21)插入在孔中，圆柱体件(4)的接纳在金属套管(3)中的所述端部还具有围绕导线(21)压靠矿物质绝缘材料(23)呈锥形的形状。

9.根据权利要求8所述的屏蔽电缆(2)，其特征在于，金属套管(3)的端部通过压接被固定在屏蔽电缆(2)的端部的外周边上。

10.根据权利要求9所述的屏蔽电缆(2)，其特征在于，屏蔽电缆(2)在屏蔽电缆(2)的端部的外周边上具有互补固定件，互补固定件与布置于终端装置(1)的金属套管(3)上的固定件互补。

11.根据权利要求10所述的屏蔽电缆(2)，其特征在于，互补固定件由布置在金属套管(3)的内壁上的内螺纹和通过钎焊固定在屏蔽电缆(2)外的金属护套(22)上的螺环(5)构成。

Images