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Die
Erfindung betrifft einen Kabelendverschluss, insbesondere für Freiluftanwendung,
vorzugsweise einen Freiluftendverschluss für Hochspannung. Der Gegenstand
gehört
zu Endverschlüssen
mit Stützerfunktion,
bei denen Öle
(Silikonöle, Polyisobutylen)
oder andere fluide Füllungen
als Isoliermaterial verwendet werden. Ein auf Silikonbasis gefüllter Isolierkörper eines
Kabelendverschlusses ist beispielsweise in der
DE 34 20 500 A1 beschrieben.
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Es
sind Endverschlüsse
bekannt, bei denen ein mechanisch stabil ausgebildeter Isolierkörper die auf
den Endverschluss wirkenden Kräfte
(Zuglasten und Biegekräfte
vom Freileiterseil, Gewicht des eingeführten Kabels) aufnimmt. Solche
Isolierkörper können aus
Porzellan oder aus faserverstärkten Kunststoffen
hergestellt sein. Wesentlich bei Kabelendverschlüssen mit selbsttragender Struktur
ist, dass Querkräfte
am Kopfendes des Kabelendverschlusses vollständig abgefangen werden.
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Es
werden bei Kabelendverschlüssen
durch innere Lichtbogen ausgelöste
Störfälle beobachtet, bei
denen durch den plötzlich
entstehenden hohen Innendruck Zerstörungen am Kabelendverschluss auftreten.
Die Zerstörungen
führen
zum Austreten des fluiden Isolationsmediums, und zum Zerbrechen oder
Zersplittern des Kabelendverschlusses, so dass Teile des Endverschlusses
weggeschleudert werden. Das Austreten von Isolationsmedium kann
zu Umweltschäden
führen;
welche möglicherweise
dadurch vermeidbar sind, dass geeignete Auffangbehältnisse unterhalb
des Endverschlusses angebracht werden. Allerdings stellen herumfliegende
Teile des Endverschlusses, insbesondere durch Ablösen der
Kopfarmatur vom Isolator eine Gefahrenquelle dar, insbesondere für sich in
der Nähe
aufhaltende Personen dar.
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Zum
Stand der Technik – insbesondere
Sicherungsmittel für
gasgefüllte
Kabel-Garnituren bei Auftreten eines von durch einen Lichtbogenstörfall ausgelösten Überdrucks – wird genannt:
Die
DE 2743057 C2 zeigt
eine Fußarmatur
zu einem Isolator, an dem ein gasisoliertes Kabel in den Isolator
herausgeführt
wird. Es handelt sich um eine Fußarmatur zu einem Isolator,
bei dem ein zum Druckausgleich geschaffenes Gehäuse mit Gas gefüllt ist und
einen Füllanschluss
und ein Rückschlag-
bzw. Überdruckventil
aufweist.
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Aus
der
DE 3641573 A1 ist
ein Isoliergas gefülltes
Gehäuse
mit einem Tellerventil zur Druckentlastung zu entnehmen. Die Anordnung
zeigt eine Druckentlastungseinrichtung mittels Tellerventil, in dem
elektrische Schalter angeordnet sind.
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Schließlich ist
ein gasgefülltes
Gehäuse
mit einer Berstscheibe bekannt (
DE 69212536 T2 ). Zur Entlastung eines Überdrucks
ist eine Reißscheibe und
ein Auffanggitter vorgesehen.
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Von
einem Störlichtbogen
ausgelöste
innere Druckwellen haben in gasgefüllten Räumen und in flüssigkeitsgefüllten Räumen unterschiedliche
Auswirkungen. Gase sind kompressibel, sodass der Druckaufbau und
die Druckfortpflanzung zeitlich relativ langsam erfolgt. Das besondere
Problem bei flüssigkeitsgefüllten Räumen liegt
darin, dass die Isolierflüssigkeit
inkompressibel ist. Die von einem Störlichtbogen ausgelöste Druckwelle
hat einen extrem steilen Druckanstieg, so dass es zu einer explosionsartigen
Ausbreitung kommt. Flüssigkeitsgefüllte Endverschlüsse sind – auch bei
Vorhandensein von Sicherungsöffnungen – somit
stärker
gefährdet
als gasgefüllte
Gehäuse.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, einen flüssigkeitsgefüllten Endverschluss
anzugeben, welcher gegen explosionsartig auftretenden Innendruck
mit möglichst
großen
Entlastungsöffnungen
gesichert ist, und bei dem bei dem Aufreißen oder Aufbrechen der Öffnungen
durch den entstehenden Innendruck keine Teile wegfliegen können.
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Die
Lösung
der Aufgabe wird im Hauptanspruch formuliert. Weiterführenden
Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Der
Kern der Erfindung eines auf einer Unterlage angeordneten Kabelendverschlusses
für Freiluft-
oder Innenraumanwendung ist folgender. Der Kabelendverschluss umfasst
mindestens eine Fußarmatur
zur Aufständerung
auf einer Unterlage und ein Isoliergehäuse zur Aufnahme eines fluiden Isolationsmediums.
An dem Freiluftendverschluss ist mindestens eine mit Verschlussmitteln
verschließbare
Druckentlastungsöffnung
für das
Isolationsmedium ausgebildet, wobei die Verschlussmittel ein Öffnen der
mindestens einen Druckentlastungs öffnung bei Überschreiten eines vorbestimmbaren
Innendrucks gestatten. Es sind Sicherungsmittel vorhanden, die Mittel
darstellen, um ausschließlich
Isolationsmedium bei erhöhtem
inneren Überdruck – ausgelöst durch
einen Störfall – austreten
zu lassen. Sicherungsmittel und Verschlussmittel wirken derart zusammen,
dass bei Überschreiten
eines vorbestimmbaren Innendrucks sich keine Teile des Kabelendverschlusses
unkontrolliert ablösen
und wegfliegen.
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Mindestens
eine Druckentlastungsöffnung ist
in der Fußarmatur
und mindestens eine Druckentlastungsöffnung ist in der Kopfarmatur
ausgebildet. Die Druckentlastungsöffnung(en) ist/sind jeweils
in einer Fußplatte
der Fußarmatur
oder in einer Kopfplatte der Kopfarmatur ausgebildet.
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Bevorzugte
und weiterführenden
Ausgestaltungen der Erfindungen werden im Folgenden aufgeführt, wobei
diese einzeln oder in Kombination miteinander beansprucht sein können.
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Das
Isoliergehäuse
ist ein rotationssymmetrischer Hohlkörper aus glasfaserverstärktem Kunststoff
und ist auf der Außenfläche mit
Isolierrippen versehenen. Das Isoliergehäuse ist am unteren Ende (zur
Fußplatte)
und am oberen Ende (zur Kopfplatte) mit je einem in den Hohlkörper integrierten
Metallring befestigt. Das Isoliergehäuse steht senkrecht auf der waagerecht
liegenden Fußplatte.
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Bei
der Ausbildung und Gestaltung von Druckentlastungsöffnungen
in der Kopfarmatur muss darauf geachtet werden, dass die Oberfläche der
mit Druckentlastungsöffnungen
versehenen Kopfarmatur frei ist von Taschen oder Vertiefungen, in
denen sich Niederschlag (Schnee, Regen) sammeln kann. Die Kopfarmatur
liegt auf Potential des herausgeführten Leiters, so dass bei
Ansammlung von Feuchtigkeit im Bereich der Kopfarmatur die Isolierfestigkeit reduziert
ist. Es muss vermieden werden, dass bei Benetzung von Feuchtigkeit
auf der Kopfarmatur Kriechstrecken entstehen. Diese besondere Problematik
der Oberflächengestaltung
liegt für
Druckentlastungsöffnungen
in der Fußarmatur
nicht vor. Daher schlägt
die Erfindung verschiedene Druckentlastungsöffnungen in der Fußarmatur
und in der Kopfarmatur vor.
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Eine
Druckentlastungsöffnung
in der Fußplatte
sollte als ringförmige Öffnung ausgebildet
sein. Eine solche Druckentlastungsöffnung kann jedoch auch identisch
in der Kopfarmatur ausgebildet sein. Diese ringförmige Öffnung ist konzentrisch um
eine in der Fußplatte
ausgebildete Kabel-Einführöffnung ausgebildet
und mit mindestens zwei Stegen zwischen innerhalb der ringförmigen Öffnung und
außerhalb
der ringförmigen Öffnung liegendem
Material der Fußplatte überbrückt. Vorzugsweise
kann die ringförmige Öffnung in
drei oder vier Segmente geteilt sein, so dass entweder drei oder
vier Stege vorhanden sind. Das Verschlussmittel ist ein massiver Ring,
der passend von unten in die Öffnung
eingelegt ist und mit Befestigungsschrauben, die eine festgelegte
Zugfestigkeit aufweisen müssen
('Abreißschrauben'), gesichert. Die
Druckentlastungsöffnung in
der Fußplatte
bleibt nach dem Wegsprengen des Rings offen. Der Ring kann in der
Druckentlastungsöffnung
mit einem Dichtungsmittel (Dichtungsring als O-Ring) abgedichtet
sein.
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Eine
Abreißschraube
für den
Ring sollte durch einen Steg geführt
sein, so dass man bei dem Vorhandensein von drei Stegen, drei Abreißschrauben
einsetzen kann.
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Wegen
der zuvor erwähnten
Problematik der Oberflächengestaltung
der Kopfarmatur, liefert die Erfindung als Verschlussmittel für Druckentlastungsöffnung(en)
in der Kopfplatte mindestens ein Tellerventil.
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Die
Ventilstange des Tellerventils ist in das Innere des Hohlkörpers gerichtet;
das Tellerventil dichtet die Druckentlastungsöffnung mit einem Ventilteller
von außen
ab und öffnet
sich durch Bewegung von innen nach außen.
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Das
Tellerventil ist über
die Ventilstange an einem Rückhalteelemente
befestigt. Das Rückhalteelement
liegt im Inneren des Hohlkörpers
und ist als Ring ausgebildet. Das Tellerventil wird mit einer als Vorspannfeder
ausgebildeten und zwischen Kopfplatte und Rückhalteelement abgestützten Schraubenfeder
geschlossen gehalten, solange der Innendruck im Isoliermedium unterhalb
eines vorbestimmbaren Werts bleibt.
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Die
Druckentlastungsöffnungen
in der Kopfplatte verschließen
sich nach einer Druckentlastung wieder.
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Die
Erfindung ist in Ausführungsformen
in Zeichnungen dargestellt, welche im Einzelnen zeigen:
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1:
Schnittdarstellung eines Freiluftendverschlusses,
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2:
Aufsicht auf die Fußarmatur
von innen und oben ohne Endverschluss,
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3:
Fußarmatur
(im Schnitt),
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4:
Kopfarmatur des Freiluftendverschlusses (im Schnitt) und
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5:
Aufsicht auf die Kopfarmatur von innen und unten,
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Die 1 zeigt
eine Schnittdarstellung eines Freiluftendverschlusses für ein Hochspannungs-Energiekabel,
beispielsweise kunststoffisoliert, mit einem zentralen Leiter. Auf
einer – nicht
dargestellten – Unterlage
ist der Freiluftendverschluss 10 mit einer Fußarmatur 50 aufgeständert. Der
Isolierkörper
ist ein rotationssymmetrischer Hohlkörper 12, zur Aufnahme
eines fluiden Isolationsmediums, wie beispielsweise Silikonöl. Der Hohlkörper 12 besteht
aus glasfaserverstärktem
Kunststoff, und weist auf der Außenfläche Schirmrippen 14 auf.
Der Hohlkörper
ist am unteren Ende zur Fußplatte 52 und
am oberen Ende zur Kopfplatte 32 mit je einem in den Hohlkörper integrierten
metallischen Stützring 15,16 an
der Fußplatte
und an der Kopfplatte befestigt (über einen Flansch verschraubt,
siehe auch 2). Ein Hochspannungskabel wird
von unten durch den Kabel-Einführzylinder 56 in
den Endverschluss eingeführt
und mit Feldsteuerelemente am Übergang
von Kabelisolierung zum Inneren des Endverschlusses abgesteuert.
Das in der Regel konisch ausgebildete Abschlußende des Kabels wird mittels
Spannmitteln kraft- und formschlüssig
verpresst. Der Leiter des Kabels wird auf seiner ganzen Länge nach
oben geführt und
am oberen Ende durch eine Leiterdurchführung 34 in der Kopfplatte 32 nach
außen
zur Ankopplung, beispielsweise an ein Freileiterseil herausgeführt. In den
Figuren ist ein Kabel mit seinem Leiter und seinen Feldsteuerelementen
nicht dargestellt.
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An
dem Freiluftendverschluss 10 sind mehrere Druckentlastungsöffnungen 36, 58 vorhanden, die
mit Verschlussmitteln 38, 60 verschließbar sind. In
einem Störfall
gestatten die Verschlussmittel 38, 60 ein Öffnen der
Druckentlastungsöffnungen
(36, 58) bei Überschreiten
eines vorbestimmbaren Innendrucks. Es sind Sicherungsmittel 44,46 (60, 64)
gegen ein Ablösen
von Teilen des Endverschlusses im Falle eines massiven Störfalls vorhanden.
Verschlussmittel und Sicherungsmittel wirken derart zusammen, dass
es nicht zu einer Zerstörung,
auch nicht in Teilen des Endverschlusses kommt, sondern nur zur Öffnung von
Druckentlastungsöffnungen,
wobei Isolationsmedium austreten kann.
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Aus 1 ist
entnehmbar, dass in der Kopfplatte 32 ringsum neun, in 4 und 5 näher erläuterte Ventile
angeordnet sein können.
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In 2 ist
die Fußarmatur 50 ohne
Endverschluss mit Sicht von oben gezeigt auf die Fußplatte gezeigt,
wobei die Darstellung als Schnitt angelegt ist.
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Die 3 zeigt
die Fußarmatur
(ebenfalls) im Schnitt. 2 und 3 zeigen
(gemeinsam), dass die Druckentlastungsöffnung in der Fußplatte 52 als
ringförmige Öffnung 58 ausgebildet
ist. Die ringförmige Öffnung 58 ist
konzentrisch um eine in der Fußplatte 52 vorhandene
Kabel-Einführöffnung 55 ausgebildet
und hat ein nach unten sich verjüngendes
konisches Profil. Am Rand der Fußplatte 52 sind beiderseits
zwei Belüftungs-
bzw. Füllkanäle 70 zu
erkennen, die mit einem – nicht
dargestellten – Verschluss
gesichert sind.
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Das
Verschlussmittel der ringförmigen Öffnung 58 ist
ein massiver Metallring 60. Er ist mit mindestens einer
Abreißschraube 64 an
der Fußplatte 52 befestigt.
Die Abreißschrauben 64 für den Ring 58 sind
jeweils durch einen Steg 59 geführt, der die Ringöffnung zwischen
dem im inneren und dem im äußeren Material
der Fußplatte überbrückt. Der
Ring ist in der Druckentlastungsöffnung
mit Dichtungsringen (O-Ring 62) abgedichtet. Nach einer
explosionsartigen Druckerhöhung
im Inneren (bei einem Störfall)
zerreißen
die Abreißschrauben
und der Ring wird nach unten herausgedrückt.
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Der
Verschlussring 60 wird an der Fußarmatur 50 in unmittelbarer
Nähe der Öffnung 58 abgefangen,
nämlich
im unteren Bereich des Kabel-Einführzylinders 56. Dort
umgreift der Verschlussring 60 den oberen Teil des Hochspannungskabels,
bleibt dort hängen
und stellt keine Gefahr dar.
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Die 4 und 5 zeigen
die Kopfarmatur des Freiluftendverschlusses in zwei verschiedenen Ansichten.
Die Verschlussmittel der Druckentlastungsöffnungen 36 in der
Kopfplatte 32 sind als Tellerventile 38 ausgebildet,
deren Ventilstangen 42 an einem Rückhalteelemente 46 über Muttern 43 befestigt
sind. Die Tellerventile 38 sind mit innenliegenden O-Ringen
gedichtet und schließen
die Druckentlastungsöffnungen 36 mit
einem Ventilteller 40 von außen und können sich von innen nach außen öffnen. Die
Tellerventile 38 werden mit mehreren als Vorspannfeder
ausgebildeten und zwischen Kopfplatte 32 und Rückhalteelement 46 abgestützten Schraubenfedern 44 geschlossen
gehalten, solange der Innendruck im Isoliermedium unterhalb eines
vorbestimmbaren Werts bleibt. Das Rückhalteelement 46 ist
als Ring ausgebildet und liegt im Inneren des Hohlkörpers 12.
Aus der Zeichnung ist erkennbar, dass die Schraubenfedern 44 in
Sackbohrungen in der Kopfplatte gehalten sind.
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Die
Druckentlastungsöffnungen 36 in
der Kopfplatte 32 schließen wieder nach einer Druckentlastung.
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- 10
- Kabelendverschluss
- 12
- Isoliergehäuse (rotationssymm.
Hohlkörper)
- 14
- Isolierrippen
- 15
- Stützring Metall
(an Kopfplatte)
- 16
- Stützring Metall
(an Fußplatte)
- 30
- Kopfarmatur
- 32
- Abschlussplatte,
Kopfplatte
- 34
- Leiterdurchführung an
Kopfplatte
- 36
- Druckentlastungsöffnung,
Ventilöffnung
- 38
- Tellerventil
Verschlussmittel
- 40
- Ventilteller
- 42
- Ventilstange
- 43
- Muttern
- 44
- Federmittel,
Schraubenfeder
- 46
- Rückhalteelement,
Ring
- 50
- Fußarmatur
- 52
- Fußplatte
- 55
- Kabeleinführöffnung
- 56
- Kabel-Einführzylinder
- 58
- Druckentlastungsöffnung (ringförmig)
- 59
- Stege
(Material innen mit Material außen überbrückend)
- 60
- Ring
eingelegt Verschlussmittel
- 62
- Ring-Dichtung
(O-Ring)
- 64
- Befestigungsschraube(n),
Abreißschraube(n)
- 70
- Belüftungs-
bzw. Füllkanal