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Endverschluß
für Hochspannungsplastkabei, vorzugsweise mit;
Polyäthylenisollerung Die Erfindung-betrifft einen llindverschluß für Hochspannungsplastkabel,
vorzugsweise mit Polyäthylenisolierung. Der Endverschluß wird vorzugsweise zum Abschließen
von Einleiter.-kabeln eingesetzt.
Er kann jedoch unter Einsatz von zusätzlichen
Aufteilungsgehäusen auch für Dreileiterkabel angewandt werden.
Na ist bekannt,
zur L#rieichterung der Montage und zur Einsparung von Montagezeit serienmäßig vorgef
ertigte Hohlkörper aus Gießharz zum Abschließen von Hochspannungskabeln einzusetzen*
Während der Montage vierden die vorgefertigten Hohlkörper auf die vorbereiteten
Kabeladern aufgesteckt, befestigt und der verbleibende Hohlraum wird mit Gießharz
ausgegossen. Zur Verringerung der elektrischen Feldstärke werden Potentialtrichter
verwendet. Bei dem bekannten Endversohluß ist der Potentialtrichter in don vorgef
ertigten Hohlkörper eingegossen*
Damit das Gießharz zum flüssigkeitadiohten
Abschluß des Kabelmantels in den untü#ren Teil des Badverschlusses eindringen kanng
ist der frei aus dem vorgefertigten Hohlkörper aus GJ,9-Oha.-z herausragende Teil
des Potentialtrichters mit Durchbiilohen versehen.
| Bei ein4m Weiteren bekannten Endversobluß mit einem teilweise |
| in das *Orgefertigte Gießharzgehäuse eingebetteten Potential- |
| trioht« =O Rohr erfolgt die Abdichtung zw:Laohen dem
Kabel- |
| aMtel « 0.»tall und dem Potentialtrichter durch eine
Löt- |
| plenbe', AU'erdem ist im oberen Teil des Gießharzgehäuses
eine |
| b@Ulto»rtigo ]3rweiterung aus Metall vorgesehen, in die Kabel- |
| :Lsolieral oder Vorgaftanse zur Ausfüllung des verbleibenden |
| Sohlrauxen gefüllt wirde |
| Zur Yoldoteuerung worden bekannterweloe auah Notallringe, |
| DMbfmpiral@U Mit geaobloasonen oder crl:Cenon Windungen und |
| Petentialtriohter aus leit:täUgpn Kunstharzen verwendet, |
wobei diese vollkommen in Gießharz eingegossen sind.
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Es ist ferner bekanntt bei Isolierhüllen, die aus mehreren Schichten
bestehen, die obere Schicht mit dem darauf befindliehen halbleitenden Belag trichterförmig
aufzuweiten und als Potentialtrichter zu verwenden. Der Zwickel im Potentialtrichter
wird in diesem Falle mit einer zähflüssigen Isoliermasse ausgegossen. Das so vorbereitete
Kabelende wird durch eine Gießharzumkleidung abgeschlossen. Die bekannten Endverschlüsse
weisen eine Reihe von Nachteilen auf.
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Der Endverschluß mit teilweise eingebettetein Potentialtrichter, bei
dem der verbleibende Hohlraum zwischen dem Gießharzkörper und dem Kabelende am blontageort
mittels Gießharz ausgegossen wird, ist'fürpolyätbvlanisolierte Hochspannungskabel
nicht zu verwenden, da das Gießharz auf dem -iierkstoff Polyäthylen nicht genügend
haftet. Außerdem ergeben sich im Betriebszustand durch die unvermeidbaren Temperaturschwankungen
unzulässige Hohlräume im Endverschluß, weil die 1,liärme-ausdehnungs-Izoe.'L'fizienten
von Polyäthylen und Gießharz sehb unterschiedlich sind. .-"lrot;z der Durchbrüche
im f rei aus dein vorgef ertigten Gießharzkörper herausragenden Teil des
Potentialtrichters, isb ohne Anwendung von Vakuum ein blasenfreier Guß im unteren
Berc-,Lch des Kabelendverschlusses nicht möglich. Gerade in diesem Bereich wird
durch die eingeschlossenen Gasblasen und durch hohe Poldstärken der Isolierstoff
bedeutend geschwächt. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß für jeden Kabelquerschnitt
eine bestimmte Endverschlußgröße hergestellt werden muß, weil durch die Ausführung
des Potentialtrichters nur kleine Toleranzen ausgeglichen werden können.
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Der bekannte End:verschlux#) mit vorgef artigtein Gießharzgehäuse
,
beillmeise eingebetteteni Potentialtrichter aus Rohr und behälberarbiger
Erweiterung im oberen Teil ist nur für Massekabel mit Metallmantel einsetzbarg da
durch die Hohlräume oberhalb dos PotenUaltrichters zwischen der Oberfläche der Kabelader
und
dem Innenraum des Gießharzgehäuses der Endverschluß in Folge der auftretenden Glimmentladungen
zerstÖrt wird. Eine Anpassung des Rohrstutzens des Potentialtrichters an den Nabelmantel
ist auch bei diesem Endverschluß nur in einem geringen Toloranzbereich möglich.
Daraus resultiert, daß auch dieser Endverschluß nur für einen bestimmt-en Leiterquerschnitt
verwendbar ist.
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Wie bereits dargelegt, ist die Haftung von Gießharz auf Polyäthylen
unzureichend. Deshalb scheiden auch vollkommen in Gießliarz eingebettete Metallringe
und Drahtspiralen mit geschlossenen oder offenden Ulindungen zur Feldbegrenzung
bei Hochspannungsplastkabeln mit Polyäthylenisolierung aus. Potentialtrichter aus
leitfähigen Kunstharzen besitzen den Nachteil, daß sie schlecht an den Kabeldurchmesser
anpassbar sind. Obwohl bei einem Potentialtrichter, der aus einer offenen Drahtspirale
besteht, eine Anpassung an das Kabel in mäßigen Grenzen möglich ist, sind in der
Nähe der Kabelader schroffe Übergänge an den elektrisch stark beanspruchten Stellen
des Endverschlusses nicht zu vermeiden. An diesen Stellen wird die Feldstärkeverteilung
ungünstig beeinflußt. Außerdem ist ein derartiger Potentialtrichter in seinem Aufbau
labil, wodurch zusätzliche 1,-laßnahmen zur Befestigung erforderlich sind, Es hat
sich gezeigt, daß Hochspannungsplastkabel mit mehrschichtigen Isolierhüllen äußerst
störanfällig sind, da eine hohlraumfreie Verbindung der einzelnen Schichten der
Isolierhülle trotz der Anwendung von Vakuum kaum möglich ist. Auf Grund dieser Erkenntnis
werden jetzt für Hochspannungsplastkabel fast; nur noch einschichtige Isolierhüllen
mit liohlraumfreien Schirmungen hergestellt. Eine Ausformung des Potentialtrichters
aus der Isolierhülle mit dem halbleitenden Belag ist damit nicht gegeben.
| Zweck der Erfindung ist es, einen Endversch.luß für lioch- |
| spannungsplastkabel, vorzugsweise mit Polyäthylenisolierung |
| zu entwickeln, bei dem durch serieimnäßige Vorf erti.L-uiig
die' |
| Montage wesentlich erleichtert und die lgont,-gezoi-L-
auf der |
| Baustelle wesentlich herabgesetzt wird. Außerdem soll der |
| Eild:verschluß für mehrere habelquerschnitte 3ein, |
so daß nur wenige Typen des Endverschlusses gefertigt werden müssen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,--den Endverschlu-B für Hochspannungsplastkabel
konstruktiv so auszugestalten, daß eine völlige Hohlraumfreiheit zwischen der Isolierhülle
der Kabelader und der Innenwandung des-vorgefertigten Gießharzgehäuses erreicht
wird. Gleichzeitig soll' der Potentialtrichter eine genaue Anpassung auch bei unterschiedlichen
Kabelquerschnitten ermöglichen, ohne daß dadurch die elektrischen Eigenschaften
des Endverschlusses verschlechtert werden. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch
gelöst;p daß bei einem vorgeformten Gießharzgehäuse unterhalb einer Einfüllöffnung
ein durchgehender annähernd zylindrischer Innenraum einen Mindestdurchmesser Dmin
Dmin 2 Z (00 095) + d
besitzt, wobei sich der Mindestdurchmesser Dmin
aus der Wanddicke s der-Isolierhülle und dem Aderdurchmesser d ergibt.
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Der durchgehende annähernd zylindrische Innenraum wird mit einer isolierenden
Haftvermittlungsmasse, die an der vom Aderschirm befreiten Isolierhülle, dem freigelegten
Leiter und an der Wandung des annähernd zylindrischen Innenraumes hohlraumfrei haftet,
ausgegossen. Die Haftvermittlungsmasse muß annähernd die gleichen elektrischen Eigenschaften
wie-das Material der Isolierhülle und bei Vergußtemperatur eine Viskosität von höchstens
30'CP und bei Kabelbetriebstemperatur eine Viskosität zwischen 1200 cP und
8000 CP aufweisen.-Im Gießharzgehäuse ist ein Potentialtrichter eingegossen,
der aus einer Metallplatte geformt ist und teilweise aus dem Gießharzgehäuse
.
herausragt. Der Potentialtrichter besitzt im eingebetteten Teil Durchbrüche
und im nicht eingebetteten Teil in Richtung zur längsachse des Endverschlusses
Längsschlitze3 die gleichmäßig am Umfang verteilt sind-, Das Gießharzgehäuse des
Endverschlusses ist; am Kopfteil im
Außendurchmesser kleiner ala
die äußeren Abmessungen des Kabelschuhes ausgeführt.
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Am Kopfteil ist das Gießharzgehäuse durch-einen dünnwandigen Decke12
der mit dem vorgeformten Gießharzgehäuse -eine-Einheit; bildet, abgeschlossen.
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Der Potentialtrichter ist an derSahtstelle zusammengefalzt, wobei
der Falz in Iängsrichtung'nur bis zu den Iängsschlitzen reicht und an der Nahtstelle
in einen längsschlitz Übergeht. Der konische Hohlraum zwischen dem nicht eingebetteten
Teil des :Potentialtrichters und der Oberfläche der Isolierhülle wird mit einer
hohlraumfreien Bandbewicklung, die ähnliche elektrische Eigenschaften wie das Material
der Isolierhülle besitzt, ausgeglichen.
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Der konische Hohlraum zwischen dem nicht eingebetteten Teil des Potentialtrichters
und der Oberfläche der Isolierhülle kann zweckmäßigerweise auch mit Haftvermittlungsmasse
ausgefüllt werden. Der End:verschluß gemäß der Erfindung besitzt folgende Vorteile:
1. Der Endverschluß gestattet nicht nur einen hohlraumfreien Abschluß von
Hochspannungsplastkabeln mit Polyäthylenisolierung, sondern er ist auch für Hochspannungsplastkabel
mit anderen thermoplastischen Isolierstoffen, z,.Bl. Polyvinylchlorid, verwendbar.
2. Durch diese Ausgestaltung des Potentialtrichters ist für alle Endverschlüsse
im querschnittsbereich von 50 mm?-bis 500 mm 2 für eine bestimmte
Nennspannung der gleiche Potentialt2ichter einsetzbar, so daß diese serienmäßig
und sehr rentabel hergestellt werden können.-3. Im oben angeführten Querschnittsbereich
worden nur noch drei Vjpen für das Gießharzgehäuse benötigt.
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4. Durch die Einschränkung des Typensortimentes ist eine rentablere
Konfektionierung des Zubehörs und-eine rationellere Lagerhaltung möglich.
Ne6en
der rationelleren Herstellung der Endverschlüsse im Batrieb ergeben sich auch auf
den Baustellen 131insparungen an Arbeitszeit und erleichterte Montagebedingungen.-Die
Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
In den zugehörigen Zeichnungen zeigen: Pig. 1: eine Schnittdarstellung des
Endverschlusses, Fig. 2: eine vergrößerte Darstellung des Kopfteiles des Endverschlusses
im Schnitt, Fig. 3: eine vergrößerte Schnittdarstellung des teilweise --
im Gießharzgehäuse eingegossenen Potentialtrichters mit Bandbewicklung, Fig. 4:
-den Potentialtrichter.im Schnitt.
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Das Gießharzgehäuse 1 wird im Betrieb auf einem Automaten unter
Anwendung von Vakuum hohlraumfrei hergestellt. Dabei wird der vorgefertigte -Potentialtrichter
2-auf einen Kern aufgesteckt und in die Gießform des Automaten eingepasät. Als Gießharze
werden heißhärtende Harze vervien-detg wodurch die Aushärtezeit gegenüber kalthärtenden
Harzen wesentlich wird. Im Potentialtrichter 2 sind in dem Bereich, das in Gießharz
eingebett et ist, gleichmäßig am Umfang verteilt kreisförmige Durchbrüche
3 eingearbeitet. Dadurch können Inftblasen, die im Gießharz enthalten sind,
leicht durch die kreisfÖrmigen Durchbrüche 3- entweichen, so daß ein völlig
blasenfreier Guß erreicht wird. Die kreisförmigen Durchbruche 3 dürfen nicht
zu groß gewählt werdeni weil sonst die elektrische Fäldverteilung ungüngtig beeinflußt
wird, Der Potentialtrichter 2 wird im Betrieb aus läatallblech in mehreren Arbeitsschritten
hergestellt. Nach dem Lochen der kreisf örmigen Durchbrüche 3 qnd Ausschneiden
der Längsschlitze. 4 wird mittels eines Schnittwerkzeuges die Abwicklung des Potentialtrichters
2 ausgeschnitten. Anschließend wird der Potentialtrichter 2 geformt und -an der
Nahtstelle 5 gefalzt.
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Die Anordnung der Längsschlitze 4 ist so gewählt, daß der Falz an
der Nahtstelle 5 durch einen Iängsschlitz 4,begrenzt
wird.
Dadurch ist der aus dem Gießharzgehäuse 1 herausragende Teil des Pot ',nUaltrichters
2 f lexibel und kann leicht auf ge-' bogen iverden. Der Potentialring
6 wird nach den vorgenannten .Arbeitsgängen eingerollt. Der relativ große
Aufwand an Werkzeugen zur Herstellung des Potentialtrichters 2 wird durch die Vereinheitlichung
des Fotentialtrichters 2 und #lie sich daraus ergebenden hohen Stückzahlen ausgeglichen.
Der Potentialtrichter 2 kann dadurch trot zdem rentabel hergestellt werden. Der
Mindestdurchmesser D . des annähernd zylindrischen Innenmin raumes
7 berechnet sich aus der Wanddicke s der Isolierhülle 8
und dem Aderdurchmesser
d des Kabels zu D in = 2 a (093 ***
025) + d
m d,h.9 daß bei dem Endverschluß eine Mindestspaltbreite in
zwischen der Wandung des annähernd zylindrischen Innenraumes 7
und der Oberf
läche der Isolierhülle 8
min (00 *es 095) s betragen
muß. Bei dea.Endverschlüssen für eine Nennspannung von 20 kV schwankt z.B.
die Mindestspaltbreite(fmin entsprechend dem jeweiligen Leiterquerschnitt zwischen
1,5 und 225 mm.
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Wird die Tilindestspaltbreite J min unterschritteng so ist
ein hohlraumfreies Ausgießen des Gießharzgehäuses 1 mittels der Haftvermittlungsmassenicht
gewährleistet. Dagegen ist die Vergrößerung der 1,5indestspaltbreite d min
für die Funktion des Endverschlusses ohne Belang, In diesem Falle erhält nur der
Endverschluß keine optimalen Abmessungen. Zur Herstellung der Eadverschlüsse wird
dann mehr.Gießharz und zum Ausgießen eine größere Menge Haftvermittlungsmasse benötigt.
Der Innenraum 7 des vorgeformten Gießharzgebäuses 1 ist von der Stelle
an, an der sich das Gießharzgehäuse 1 am Kopfteil-9 konisch v rjüngtg bis
zu der Stelle 3 an der der Potentialtrichter 2 aus dem Gießharzgehäuse
1 herausgeführt ist, -annähernd zylindrisch ausgestal*L-et.,Zur leichteren
Entformung des Gießharzgehäuses 1 nach dem Gießvor ang ist.es zweckmässi
wenn der Innenraum 7 -in Richtung zum. Potentialtriclit-ev.2-. leicht konisch
erweitert ausgebildet ist. Am Kopfteil 9 des
Gießharzgehauaes
1 ist eine Einfüllöffnung 109 die mit einem, Verschlußstopfen abgedichtet
wird, vorgesehen. Das Kopfteil 9
des GießharzgeliUuses 1 ist verjüngt
ausgeführt, damit die laßche 11 des Kabelschuhes 12 ohne Behinderung. an
den Samielschienen befestigt werden kann. Am oberen Ende des Kopfteiles
9
ist ein dVinnwandiger Deckel 13 am Gießharzgehäuse 1 angeformt.
Im Zentrum des dünnwandigen Deckels 13 befindet sich ein kreißförmi*ger Durchbruch,
der je nach Größe des Kabelschuhes 12 ausgearbeitet und angepaßt werden kann,#
Es.ist vorteilhaft" wenn der kreisförmige Durchbruch so bemessen istt daß er im
Durchmeisser-dem kleinsten verwendbaren Kabelquerschnitt für eine bestimmte Nennspannung
entspricht. Dadurch wird Zür die Aufarbeitung Zür größere Querschnitte im gleichen,
Spannungsbereich nur wenig Zeit in Anspruch genommen. Aus diesem Grunde ist auch
die Wanddicke-des-Deckels 13 cJünner als die übrige Wanddicke des Gießharzgehäuseg
1 gewählt -worden. Die geometrischen Abmessungen des Gießharzgehäuses
1 gestatten die Vberbrückung eines bestimmten(kuerschnittsbereiches. So ist
z.B. der Bridverschluß für eine, bestimmte Nennspannung im Bereich von-50 MM2
bis 120- mm?- einsetzba r. Dadurch sind für den QuersQhnittebereich
von #O mm 2 bie 300 mmz drei Typen des MiJverschlusses ausreichend. Bei Uesen
drei Typen wird der gleiche Potentialtrichter 2 verwendet.
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Bei JerMontage werden die vorgefertigten Gießharzgehäuse
1
auf die vom Aderschirm 14 befreite Isolierhülle 8 der Kabelader aufgesteckt.
Der Potentialtrichter 2-wJrd entsprechend dem Aderdurchü#esser cl angepaßt* Der
Potentialtri-chter 2 ist im unteren Teilt in dem die längsschlitze 4 angeordnet
'sind, so bemessen$ daß er stets auf der KabelaAer mit den kleinsten Abmessungen
straff aufsitzt, Die Anpaazuhg-,an größere Kabelquerschnitte erfolgt durch Aufweiten
des mit längeschlitzen 4 versehenen unteren-Teiles des Potentialtrichters.2.
Dadurch bleibt im Eins'atzb&reich-des jeweiligen Endverschlusses der Oftnungswinke'!-d-'d-es
Potentialtrichters P- konstant. Das hat zur Folge, daß- die Verteilung 'der
elektrischen Feldstärke in -all en z-que:#schniitt#eb-erei#chen unverändert
Der konische Hohlraum: zwischen dem nicht'im - Gle;ßharzgehäüse-21-- eingebetteten
Teil
des Potentialtrichters 2 und der Isolierhülle 8 der Kabelader wird durch
eine hohlraumfreie Bewicklung, diedem Öffnungswinl#,.elgL des Potentialtrichters
2 angepaßt istg ausgefüllt. Das verwendete Wickelmaterial muß ähnliche elektrische
Eigenschaften wie das Mat.erial der Isolierhülle 8
besitzen. Zur hohlraumfreien
Verbindung der'einzelnen Lagen der Bewicklung muß zweckmäßigerweise ein selbstklebendes
oder selbstverschweißendes Band verviendet werden. Nach dem Befestigen des Kabelschuhes
12 am freigelegten Leiter 16
wird das Gießharzgehäuse 1 soweit nach
oben geschoben, bis der dünnwandige Deckel 13 des Kopfteiles 9 am
Schaft-des Kabelschuhes 12 leicht anliegt. Danach wird der Potentialtrichter 2 mit
dem Aderschiim 14 in an sich bekannter Weise elektrisch verbunden. Mittels eines
Bandwickels 17 wird der untere Teil des Gießharzgehäuses 1 abge dichtet
und mechanisch befestigt. Zur leichteren Bewicklung ist; das Gießharzgehäuse
1 im unteren Teil treppenartig abgestuft. Durch die Einfüllöf fnung
10 wird die Haftvermittlungsmasse, die bei Gießtemperatur von ca.
180 0
eine Viskosität von weniger als 30 CP aufweist;, in das Gießharzgehäuse
1 -eingegossen. Beim Gießvorgang-wird der gesamte Innenraum 7 des
Gießharzgehäuses 1 mit der Haftvexmittlungsmasse ausgefüllt. Da die Viskosität
der Haftvermittlungsmasse beim Vergießen weniger als 30 cP beträgt, kann
im Gießharzgehäuse 1 enthaltene Luft leicht nach oben entweichen und zwischen
dem KabeischÜh-12 und dem kreisfÖrmigen Durchbruch des Deckels 13
aus dem
Gießhar - zgehäuse 1 austr#ten,# weil der sich ergebende Spalt nicht
abgedichtet ist. Die Haftvermittlungsmasse be-
sitzt nach der Abkühlung auf
Kabelbetriebstemperatur eine Viskosität von 1200 cP bis 8000 cP und haftet
ausgezeichnet an der Wandung des'Innenraumes 7 des Gießharzgehäuses
1, an der Oberfläche den Isolierhülle 8 und am Leiter 16 an.,
Die Haftvermittlungsmasse ist ferner in der Lage-9 die unterschiedlichen
Ausdehnungen von Gießharz und Polyäthylen bei Temperaturschwankungen im Betriebszustand.dee
Endverschluss.es auszugleichen, so daß keinerlei Hohlräume unterhalb der Einfüllöffnung
10 entstehen können. Der,Hohlraum 15 im Kopftei1,9 oberhalb der Einfüllöffnung
10 ist ohne Einfluß auf die F nktionstüchtigkeit des Endverschlusses,
Nach dem Füllen
des Gießharzgehäuses 1- wird die EinfÜllÖff
riung. 10 - mit einem V.erschlußstopfen verschlossen.
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#Anstelle der Auswicklung das-Hohlraumes im 'unteren Teil des Endverschlusses
kann auch ein Ausgießen des Hohlraumes mit Haftvermi#t1ungsmasse, erfolgen.
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Damit der öffnungswinkelcz des Potentialtrichter s 2 durch Druckeinwirkung
des Band:wir-kels 17 nicht verändert wird, ist die Wanddicke des Potentialtrichters
2 entsprechend stark zu wählen. Vorzugsweise wird für die Herstellung des Potentialtrichters
2 Kupf er- oder Aluminiumblech veri#,iende-b.
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Die verwendete Haf tvermittlungsmässe muß ähnliche elektrische Eigenschaften
wie der Verkstoff der Isolierhälle 8 aufweisen, damit der Endverschluß die
gefordert-en elektrischen #'i'erte besitzt. Versuche haben ergeben> daß_ -eine Haf
tv--rmittlungämasse auf derb Basis pheaolfreier Erdölbitumen allen Anforderungen
entspricht. Ein gemäß der Erfindung hergestellter Endverschluß für eine Nennspannung
von 20 kV -in Verbindung mit einem Hochspanriungsplastkabel mit Polyäthylenis'olierung
wurde 5 Minuten -lang bei - einer Jechselspännung von
55 L-V geprüft, ohne daß sichtbare Entladungen und Durchschläge im CD Endverschluß
auftraten. Bei einer weiteren kontinuierlichen 2pannungssteigerung erfolgte im Mittel
bei 65 kV der Durchschlag im Kabel, während der Endverschluß, funktionsfähig
blieb. Die Spannung von 65 kV entspricht etwa-der Durchschlagsfestigkeit
des Isolierstoffes des Kabels. Da die Haftv-ermittlungsmasse gut an unpolaren Stoffen,-wie
z.B. Polyäthylen, sehr gut haftet, ist der erfindungsgemäße :fflndverschluß in Verbindung
mit der Haftvermittlungsmasse auch zum Abschluß von Kabeln mit anderen polymeren
Isolierstoffen, Z.B. PolyVinylchlorid, ein satzfähig.