DE1515651C3 - Elektrisches Kupplungsstück zur Herstellung von dichten Hochspannungsverbindung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kupplungsstück zur Herstellung von dichten Hochspannungsverbindungen zwischen Kabeln und untereinander gleichen Potentials oder zu deren Anschluß an Hochspannungs-Endanschlüsse mit einem isolierten elektrischen Leiter, der an seinem Ende ein Kontaktteil (Stecker oder Buchse) trägt. Das Kontaktteil ist von elastischen, elektrisch leitenden sowie elastischen nicht leitenden Werkstoffschichten umgeben, die innig einheitlich verbunden sind.

Elektrische Kabel müssen oft, z. B. bei Verlegung auf dem Erdboden oder bei Einbettung in das Erdreich oder beim Eintauchen in Wasser, unter ungünstigen Betriebsbedingungen arbeiten. Für solche Fälle hat man elektrische Kupplungsstücke entwickelt, die man im Freien leicht zusammenbauen kann und die sich mit der gebotenen Sicherheit verwenden lassen.

Solche Kupplungsstücke werden in aufeinander abgestimmten und zum Zusammenbau im Freien geeigneten Einzelteilen geliefert und sollen hochwertige elektrische Verbindungen ergeben, die auch unter ungünstigen Betriebsbedingungen die erforderliche Sicherheit und Robustheit bieten. Bei der Verwendung solcher Kupplungsstücke zur Verbindung von Hochspannungskabeln hat sich jedoch herausgestellt, daß die in der Praxis unvermeidbaren Fertigungstoleranzen der Einzeiteile den Einschluß von Luft zwischen den zusammengesetzten Einzelteilen erlauben. Die Lufteinschlüsse führen bei höheren Betriebsspannungen zum Luftdurchschlag und zur Koronabildung innerhalb der Kupplungsstücke mit zerstörenden Wirkungen. Dazu gehören Energieverluste durch Koronarauschen, übermäßige Erwärmung und Korrosion, die die Werkstoffe des Kupplungsstücks chemisch und physikalisch angreifen.

Zur Vermeidung von Lufteinschlüssen mit der Folge von Koronabildung sind bereits zweiteilige, aus Buchse und Stecker bestehende Kupplungsstücke mit Metallhülse für Hochspannungskabel bekannt, bei denen der Zwischenraum zwischen der abisolierten Kabelseele bzw. dem Kontaktstück und der umgebenden äußeren Isolierschicht mit einer Zwischenschicht aus leitendem Gummi ausgefüllt ist, die mit der äußeren Isolierschicht innig verbunden ist. Zur Entfernung von Lufteinschlüssen bei Einführung des Kabels in jedes Kupplungsstück müssen diese Kupplungsstücke in Formarbeit und anschließenden Vulkanisiervorgängen an die Kabelen·- den angeschlossen werden, die nur in Werkstätten, nicht dagegen bei Kabelverlegung im Freien durchführbar sind.

Des weiteren ist es bei Steckern bekannt, das in die Steckerhülse beim Zurückziehen des Kabels eingeschobene Kontaktglied durch eine Verengung in der Bohrung der Steckerhülse in dieser zu verrasten.

Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Kupplungsstück für Hochspannungskabel zu schaffen, das auch im Freien mit den üblichen Montagewerkzeugen ohne Zuhilfenahme von Vulkanisiervorrichtungen an die Enden von Hochspannungskabeln anschließbar ist und Koronabildung innerhalb des Kupplungsstücks vermeidet.

Beim Kupplungsstück nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß ein äußerer, elastischer Isolierkörper in einer Längsbohrung eine elektrisch leitende, teilweise eine Verengung bildende, elastische Innenschicht aufweist, daß in an sich bekannter Weise der Kontaktteil und der angeschlossene Leiter von Hand mit Paßsitz in den hohlen Isolierkörper einschiebbar und mittels der Verengung verrastbar sind, daß die leitende Innenschicht sich vom eingeschobenen Kontaktstück über die Leiteranschlußstelle bis über das Ende des Isoliermantels des elektrischen Leiters erstreckt und mit Abstand vom hinteren Ende des Isolierkörpers endet und daß die Innenschicht am

vorderen, dem Gegenkupplungsstück zugewandten Ende radial nach außen flanschartig vergrößert ist.

Die Erfindung bringt den Vorteil, daß die Kupplungsstücke und die wichtige innige Verbindung der elektrisch isolierenden und leitenden Schicht bereits in der Werkstatt vorbereitet und fertiggestellt werden können. Besteht die Kupplung aus nach Art von Hülse und Zapfen ineinander steckbaren Teilen, dann werden diese beiden Steckteile in der Werkstatt als einheitliche Stücke angefertigt und an die Montagestelle geliefert. Dort wird das Hochspannungskabel durch die Längsbohrung in jedes Kupplungsteil eingeschoben, dann am Ende abisoliert, mit Buchsen- oder Steckerkontakt versehen und schließlich so weit zurückgezogen, bis das Kontaktteil mit der Verengung in der leitenden Innenschicht verrastet. In dieser Stellung übergreift die leitende Innenschicht von einem Ende des Kupplungsstücks das Kontaktglied und die abisolierte Kabelseele und schließlich auch noch ein Stück des Isoliermantels des Hochspannungskabels, so daß der gesamte über dem blanken Hochspannung führenden Teil des Kupplungsstücks liegende Raum mit den unvermeidbaren Lufteinschlüssen auf das Leiterpotential angehoben und Koronabildung dadurch ausgeschlossen ist. Beim Zusammenstecken der beiden Kupplungsteile zur geschlossenen Kupplung mit Hilfe der als Steckhülse und Steckzapfen ausgebildeten kontaktseitigen Enden der Kupplungsteile stoßen dann die radial nach außen flanschartig erweiterten leitenden Innenschichten flach aufeinander, so daß auch eventuell zwischen den Stirnseiten der Kupplungsteile eingeschlossene Luft auf das elektrische Potential des Leiters angehoben und Koronabildung auch zwischen den Stirnseiten verhindert ist.

Die Zeichnung erläutert die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen. Dabei zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch den Buchsen-Kupplungsteil eines zweiteiligen Kupplungsstücks vor Einführung von Kabel- und Kontaktstück;

Fig.2 einen Längsschnitt entsprechend Fig. 1, jedoch mit eingeführtem Hochspannungskabel und Kontaktstück;

F i g. 3 einen Längsschnitt durch den Stecker-Kupplungsteil vor Einführung von Kabel und Kontaktstück;

F i g. 4 einen Längsschnitt entsprechend F i g. 3 nach Einführung von Kabel und Kontaktstück;

F i g. 5. einen Längsschnitt durch die zusammengesteckte Kupplung laut F i g. 1 —4 und **"

Fig.6 einen Längsschnitt durch eine Kupplung an einem Transformator-Endanschluß.

Beim Buchsen-Kupplungsteil 30 nach den F i g. 1 und 2 ist das Ende des Hochspannungskabels 10 mit seinem Isoliermantel 14 und seinem massiven oder geflochtenen Leiter 12 von links her eingeführt, der Isoliermantel ab der Stelle 16 abgeschält und der blanke Leiter 12 in der Hülse 24 der Kontaktbuchse 20 durch Einpressen an der Stelle 23 mechanisch und elektrisch leitend befestigt. Das Mundstück 22 und die Hülse 24 der Kontaktbuchse 20 sind durch einen Hals 26 verbunden.

Zur Verbindung des Hochspannungskabels 10 mit der Kontaktbuchse 20 wird das Kabelende von links her durch die Längsbohrung des Kupplungsteils 30 durchgeschoben. Das Buchsenkupplungsteil 30 besteht über seine ganze Länge aus einem zylindrischen und verhältnismäßig dicken Isolier-Außenkörper 40. Die Längsbohrung hat im Abschnitt 32 im Verhältnis zum Außendurchmesser des Hochspannungskabels 10 solche lichte Weite, daß das Hochspannungskabel 10 von Hand mit Paß- oder Reibsitz eingeführt werden kann. Die Kabeleinführung wird durch die Auskehlung 33 am Eingang von Abschnitt 32 der Längsbohrung erleichtert. Im Isolier-Außenkörper 40 sitzt in inniger Verbindung mit dem Isolier-Außenkörper die schwächere, aber elektrisch leitende Innenschicht 42, deren Innenumriß 34 der Außenfläche der Kontaktbuchse 20 angepaßt ist und die eine Verengung 36 zur Feststellung des Halses 26 der Kontaktbuchse 20 besitzt. Der Innenumriß 34 der Innenschicht 42 und das Außenprofil der Kontaktbuchse 20 sind so aufeinander abgestimmt, daß sich die Kontaktbuchse 20 von Hand in die Innenschicht 42 unter Zurückziehung des Hochspannungskabels 10 einführen läßt. Nach Verrasterung des Halsteils 26 in der Verengung 36 sind dann alle Teile durch die elastische Spannung gegenseitig wasserdicht festgestellt.

Dieser Zusammenbau setzt gewisse gegenseitige Toleranzen der Elemente voraus, die das Eindringen von Luft an verschiedenen Stellen der Kontaktbuchse 20 und des blanken Leiters 12 erlauben und durch Anheben der leitenden Innenschicht 42 auf das Leiterpotential ausgeschaltet werden. Die Innenschicht 42 muß zur Vermeidung von Lufteinschlüssen mit dem Außen-Isolierkörper 40 innig verbunden sein. Der Außen-lsolierkörper 40 und die leitende Innenschicht 42 haben beide Muffenform. Beim Zusammenstecken der Elemente des Buchsen-Kupplungsteils 30 kommt es dann durch Pressung auch zum elektrischen Kontakt der Innenschicht 42 mit der Kontaktbuchse 20. An einzelnen Stellen zwischen der Kontaktbuchse 20 oder dem Kabelleiter 12 und der Innenschicht 42 etwa eingeschlossene Luft kann jedoch keinen Koronaeffekt mehr hervorrufen, da die im Buchsen-Kupplungsteil 30 liegende Kontaktbuchse 20 und auch noch eine gewisse Länge des Kabelisoliermantels 10 voll von der leitenden Schicht 42 umfaßt sind. Die leitende Innenschicht 42 und der Außen-Isolierkörper 40 bestehen beide vorzugsweise aus elastomerem Werkstoff. Elastomere Werkstoffe werden durch Beimischung von Graphitpulver elektrisch leitend. Die innige Verbindung der beiden Muffen erhält man unschwierig durch elastomere Werkstoffe mit geringem Elastizitätsmodul. Ein mit Erfolg sowohl als elektrischer Leiter als auch Isolator verwendbarer elastomerer Werkstoff ist ein unter dem Handelsnamen Nordol verfügbares Äthylenpropylen Terpolymer.

An der kabelfreien Seite läuft das Buchsen-Kupplungsteil 30 bzw. sein Außen-Isolierkörper 40 in eine elastische, zylindrische Steckhülse 44 mit am Ende 46 ausgekehlter Innenfläche aus. Die Innenschicht 42 endet etwa am Beginn dieser Steckhülse 44 mit eine^r radialen Querschnittsvergrößerung nach außen, die einen Flansch 48 bildet und berührt noch die Innenfläche der Steckhülse 44.

Das andere Stecker-Kupplungsteil 130 ist analog aufgebaut und nimmt laut den F i g. 3 und 4 das Ende eines zweiten Hochspannungskabels 110 auf, das aus dem elektrischen Leiter 112 mit Isoliermantel 114 besteht, wobei der Isoliermantel 114 an der Stelle 116 wieder auf eine bestimmte Länge abgeschält ist. Das blanke Leiterende ist hier an einen Steckerkontakt 120 durch Verpressen der Fläche 125 der Hülse 124 angeschlossen. Der Steckerkontakt endet im Steckerstift 122.

Im weiteren entsprechen die Elemente dieses Stecker-Kupplungsteils 130 nach Funktion, Zahl, Abmessungen und Zusammenbau voll jenen beim Buchsen-Kupplungsteil 30 und haben deshalb gleiche, aber durch

eine vorgesetzte Eins ergänzte Bezugszeichen. Beim Stecker-Kupplungsteil 130 verjüngt sich der Außen-Isolierkörper 140 am den Steckerstift 122 tragenden Ende zu einem in die Steckhülse 44 des Buchsen-Kupplungsteils 30 einführbaren zylindrischen Steckzapfen 144, in den auch die leitende und den Stecker-Kontakt 120 tragende Innenschicht 134 bis zur Zapfenstirn 148 hineinreicht und dort radial nach außen im Querschnitt vergrößert ist. Der Steckzapfen 44 geht mit einer konischen Ringschulter 146 in den im Durchmesser größeren Außen-Isolierkörper 140 über.

Nach dem im Freien ausführbaren Anschluß der beiden Hochspannungskabel 10 und 110 an die Kupplungsteile 30 und 130 kann man nun die Kupplung schließen. Dazu steckt man die beiden Kupplungsteile 30 und 130 gemäß F i g. 5 zusammen. Dabei dringt der Steckerstift 122 in das Mundstück 22 und der Steckzapfen 144 des Stecker-Kupplungsteils 130 in die Steckhülse 44 des anderen Buchsen-Kupplungsteils 30 ein, wobei die Luft entweicht, bis schließlich die leitenden Flansche 48 und 148 gegeneinander stoßen und der Konus 46 auf dem Konus 146 wasserdicht aufsitzt. Die Durchmesser der zylindrischen Flächen von Steckzapfen 44 und Steckhülse 144 sind so gewählt, daß diese Paßflächen streng und wasserdicht schließen. Die Einführung des Steckzapfens 144 in die Steckhülse 44 wird durch die Auskehlung 46 an der Steckhülse 44 erleichtert. Die Verbindung läßt sich durch Auseinanderziehen der beiden Kupplungsteile 30, 130 auch wieder leicht lösen. Eventuell zwischen den Stirnflächen 48,148 eingeschlossene Restluft liegt auf dem Potential der Kontaktstücke 20, 120 und kann nicht mehr stören. Deshalb ist die radiale Querschnittsvergrößerung der Innenschicht der Steckhülse 44 und des Steckzapfens 144 zweckmäßig.

Selbstverständlich können Kabelenden auch bereits im Kabelwerk maschinell mit solchen Kupplungsteilen ausgerüstet werden.

Bei der Endanschlußkupplung laut Fig.6 ist das Stecker-Kupplungsteil 130 der F i g. 4 an das Ende des Hochspannungskabels 110 angeschlossen und erlaubt dessen lösbaren Anschluß an die Transformatoreinführung 210, die aus dem Leiter 212 mit Isoliermantel 214 und einem Verbindungselement besteht, das Teil des Transformatorgehäuses 215 ist. Das Verbindungselement besteht aus einem bogenförmigen und mit dem Leiter 212 verbundenen Kontakt 220 und endet an seiner freien Seite in einer Steckhülse 222 zur Aufnahme des Steckerstifts 122 am Stecker-Kupplungsteil 130 des Hochspannungskabels 110. D&s Verbindungselement liegt in einem Gehäuse 230, das einen Außen-Isolierkörper 240 aus elastischem Werkstoff besitzt und in einer zylindrischen Steckhülse 244 endet, die am freien Ende eine Auskehlung 246 zur leichten Einführung des zylindrischen Steckzapfens 144 mit Steckerstift 122 am Stecker-Kupplungsteil 130 besitzt. Die zylindrischen Flächen von Steckhülse 244 und Steckzapfen 144 sitzen

ίο streng und wasserdicht aufeinander. Wie bei den bereits erläuterten Kupplungsteilen besitzt der Außen-Isolierkörper 240 längs der Steckhülse 222 eine elektrisch leitende Innenschicht 242 aus elastomerem Werkstoff. Da das Gehäuse 230 voll in der Werkstatt angefertigt wird, kann man seine elastischen Elemente 242,240 zum einheitlichen Anschlußstück um das Kontaktstück 220 herumformen, so daß eine Innenschicht aus leitendem elastischem Werkstoff über die ganze Länge des Kontaktstücks 220 überflüssig ist. Die leitende Innenschicht 242 ist nur längs der Kontakthülse 222 vorgesehen, wo unter Umständen durch die geringe Durchmesseränderung der Kontakthülse 222 beim Einsetzen und Entfernen des Steckerstiftes 122 und des Steckzapfens 144 Luft zwischen der Kontakthülse 222 und dem Außen-Isolierkörper 240 aufgenommen werden kann. Auch hier erweitert sich die leitende Innenschicht 242 am Mund der Kontakthülse 222 radial nach außen zu einem Flansch 248, so daß beim Eins'tecken des Stecker-Kupplungsteils 130 dessen elektrisch leitender Flansch 148 auf den ebenfalls elektrisch leitenden Flansch 248 drückt und so bei den Kontaktstücken 120, 122 den Spannungsgradienten längs der Flansche 148 und 248 der sich überlappenden Flächen von Steckzapfen 144 und Steckhülse 244 auf ein Minimum reduziert und so die elektrische Beanspruchung von zwischen den Flanschen 148 und 248 eingeschlossener Restluft steuert. Nach dem Einsetzen des Stecker-Kupplungsteils 130 in das Gehäuse 230 ist das Hochspannungskabel HO in einfacher und wirksamer Weise lösbar mit der Transformatoreinführung 210 verbunden.

Die behandelten Beispiele erläutern die Anwendung der Erfindung auf Kupplungsstücke für in üblicher Weise isolierte Kabel. Die Erfindung eignet sich jedoch auch für Kupplungsstücke für geschirmte Hochspannungskabel, bei denen zwischen dem Leiter und dem Schirm des Kupplungsstücks ein gut bestimmter **■ Hochspannungsgradient besteht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektrisches Kupplungsstück zur Herstellung von dichten Hochspannungsverbindungen zwischen Kabeln untereinander oder zu deren Anschluß an Hochspannungs-Endanschlüsse, mit einem isolierten elektrischen Leiter, der an seinem Ende ein Kontaktteil (Stecker oder Buchse) trägt, und mit diese dicht umgebenden elastischen, elektrisch leitenden sowie elastischen, nicht leitendem Werkstoffschichten, die innig einheitlich verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein äußerer, elastischer Isolierkörper (40 bzw. 140) in einer Längsbohrung (32, 42, 44 bzw. 132, 142, 144) eine elektrisch leitende, teilweise eine Verengung (36 bzw. 136) bildende, elastische Innenschicht (42 bzw. 142) aufweist, daß in an sich bekannter Weise der Kontaktteil (20 bzw. 120) und der angeschlossene Leiter (12 bzw. 112) von Hand mit Paßsitz in den hohlen Isolierkörper einschiebbar und mittels der Verengung verrastbar sind, daß die leitende Innenschicht sich vom eingeschobenen Kontaktstück über die Leiteranschlußstelle (25 bzw. 125) bis über das Ende (16 bzw. 116) des Isoliermantels (14 bzw. 114) des elektrischen Leiters erstreckt und mit Abstand vom hinteren Ende des Isolierkörper^" endet und daß die Innenschicht am vorderen, dem Gegenkupplungsstück zugewandten Ende radial nach außen flanschartig (48 bzw. 148) vergrößert ist.

2. Elektrisches Kupplungsstück nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (40 bzw. 140) und die leitende Innenschicht (42 bzw. 142) ineinander angeordnete, einteilige Muffen aus isomerem Werkstoff sind.

3. Elektrisches Kupplungsstück nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der das Hochspannungskabel (10 bzw. 110) aufnehmende Teil der Längsbohrung (32 bzw. 132) geringeren Durchmesser als der Isoliermantel (14 bzw. 114) des eingeführten Hochspannungskabels hat.

4. Elektrisches Kupplungsstück nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des das Ende (16 bzw. 116) des Hochspannungskabels (10 bzw. 110) übergreifenden Teils der leitenden Innenschicht (42 bzw. 142) dem Durchmesser der Längsbohrung (32 bzw. 132) des Isolierkörpers (40 bzw. 140) gleich ist.

5. Elektrisches Kupplungsstück nach den Ansprü-**" chen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das kontaktseitige Ende des einen Isolierkörpers (40) als Steckhülse (44) und das kontaktseitige Ende des Isolierkörpers (140) des Gegen-Kupplungsstücks als Steckzapfen (144) ausgebildet ist und Steckzapfen und Steckhülse gemeinsam eine wasserdichte Steckverbindung bilden.

6. Elektrisches Kuppiungsstück nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steckhülse (44) und der Steckzapfen (144) jeweils zylindrisch ist.