DE1939661A1 - Kabelendverschluss fuer Hochspannungsleiter - Google Patents

Description

4 DÜSSELDORF 1 1939661 PATENTANWÄLTE

Malkastenstraße2 DIPL.-ING. ALEX STENGER

Telefon (0211) 360514 DIPL.-ING. WOLFRAM WATZKE

Unser Zeichen: 10 459 Datum: 1. AUgUSt 1969

Furukawa Denki Kogyo Kabuahiki Kaisha, 8, Marunouohi 2-chome, Chiyoda-ku, Tokyo; Japan

Kabelendverschluß für Hochspannungsleiter

Die Erfindung betrifft einen Kabelendverschluß für einen Hoohspannungslelter mit einer Isolierung, einem diese umgebenden Abschirmmantel und einer Über diesem angeordneten Kunststoffumhüllung.

Es gibt bereits verschiedene Ausführungen derartiger Kabelendverschlüsse· Bei einer von diesen wird um die Isolierung des Leiters Isolierband herumgewickelt und auf dieses eine Leitschicht aufgebracht. Diese AusfUhrungsform hat den Nachteil, daß das Isolierband sich im Laufe der Zeit löst. Bei einer anderen Ausführungsform eines Kabelendverschlusses ist ein Ringkern vorgesehen, der aus einem hitzehärtbaren Harz besteht und in den ein Ableitkegel eingbettet 1st. Der Ringkern ist auf die Isolierung aufgepaßt, und der Ableitkegel ist mit dem Über der Isolierung angeordneten Abschirmmantel elektrisch verbunden. Bei dieser AusfUhrung ist zwisohen der Isolierung und dem Ringkern ein Luftspalt vorhanden, in dem oft Teilentladungen auftreten. Außerdem ist die elektrische Feldstärke an der Kante des Ableitkegels besonders hoch, so daß es nicht mehr möglich ist, die dielektrische Belastbarkeit des Kabelendverschlusses zu erhöhen.

Die Erfindung hat die Aufgabe, einen Kabelendverschluß zu schaffen, bei dem weder die Gefahr bestehen kann, daß das Isolierband sich löst, noch daß durch einen Luftspalt Bereiche besonders großer Feldstärke hervorgerufen werden, die die dielektrischen Eigenschaften nachteilig beeinflussen. Im Übrigen gehört es zur Aufgabe der Erfindung, die Schwierigkeiten und Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen.

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Für einen Kabelendverschluß der eingangs genannten Art wird deshalb erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß ein mit einer axialen Bohrung versehener Ringkern auf die Isolierung des Leiters fest aufgesetzt ist, daß der Ringkern an seinen beiden Enden konische Außenflächen aufweist, daß an dem ersten Ende des Ringkerns ein Ableitkegel aus elastischem und elektrisch leitendem Material mit einem kegligen und einem zumindest teilweise über das betreffende Ende des Ringkern hinausragenden zylindrischen Teil eingesetzt ist, daß der zylindrische Teil des Ableitkegels mit dem Abschirmmantel elektrisch verbunden ist, daß Über den Ringkern ein Spannzylinder mit einer konischen Innenfläche gesetzt ist, die auf der am zweiten Ende des Ringkerns liegenden konischen Außenfläche aufliegt, daß im Spannzylinder an einer in Verlängerung des kegligen Teils des Ableitkegels liegenden Stelle eine geerdete Ringelektrode eingebettetist, daß auf die am ersten Ende des Ringkerns befindliche keglige Außenfläche ein Klemmring mit einer entsprechenden kegligen Innenfläche aufgesetzt ist und daß der Klemmring mittels einer Spannvorrichtung gegen den Spannzylinder und gegen den Ringkern gepreßt wird.

Ein derartig aufgebautet Kabelendverschluß enthält keine Wicklungen aus Isolierband mehr, die sich lösen können und die die Durchschlagfestigkeit herabsetzen. Auch ist die Form der einzelnen Konstruktionsteile so gewählt, daß Luftspalte nicht mehr auftreten können, wobei die Spannvorrichtung dafür sorgt, daß ein zum Beispiel durch Temperatureinflüsse bedingtes Ausdehnen oder Sichzusammenziehen der einzelnen Teile des Kabelendverschlusses s&ndig ausgeglichen wird.

Weitere Merkmale der Erfindung und weitere mit der Erfindung erzielbare Vorteile gehen aus der Beschreibung eines AusfUhrungsbeispiels hervor, das nachfolgend an Hand einer Zeichnung erla utert wird; im einzelnen zeigen:

Fig. 1 Die schematische Darstellung eines nach der Erfindung ausgäUhrten Kabelendverschlusses, teilweise im Schnitt,

Fig. 2 eine abgewandelte AusfUhrungsform des Kabelendverschlusses nach Figur 1,

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Flg. 3a einen Schnitt durch den Ringkern des Kabelendverschlusses,

Flg. 3b eine die Druckbelastung des Ringkerns darstellende Kurve,

Fig. 4 eine andere AusfUhrungsfortn der Erfindung,

Flg. 5 einen Schnitt entlang der Linie V - V in Figur 4.

In sämtlichenFiguren sind ähnliche oder sich entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.

Bei den in den Figuren 1 und 2 gezeigten AusfUhrungsformen ist ein Leiter 1 mit einer Isolierung 2 umgeben, die zum Beispiel aus einem vernetzten Polyäthylen bestehen kann und deren Ende fest in der axialen Bohrung eines Ringkerns 3 sitzt; dieser kann aus einem gummiähnlichen Material hergestellt sein. Der Ringkern 3 1st an seinen beiden Enden außen abgeschrägt, so daß er im wesentlichen keglige Außenflächen hat. In denRLngkern 3 ist ein elastischer Ableitkegel 4 eingesetzt, der zum Beispiel aus eingebettetem, elektrisch leitendem Gummi bestehen kann. Der Durchmesser der im Ringkern 3 befindlichen axialen Bohrung wird etwas kleiner gewählt als der Außendurchmesser der Isolierung 2. Der elastische Ringkern 3, der teils keglig und teils zylindrisch ist, kann bereits bei der Herstellung in der Fabrik mit dem Ableitkegel 4 so zusammengesetzt sein, daß der zylindrische Teil des Ableitkegels 4 ein Stück aus dem Ringkern 3 hervorsteht. Ein Spannzylinder 5 von fester Ausführung besteht aus einem hitzehärtbaren Harz wie zum Beispiel aus Epoxydharz, so daß er mechanisch hoch belastbar ist. In dem Spannzylinder 5 ist eine Ringelektrode 6 eingebettet. Der Spannzylinder 5 kann ebenfalls bei der Herstellung so vorgefertigt werden, daß er eine keglige Innenfläche hat, die einer kegligen Außenfläche an einem Ende des Ringkerns 3 entspricht. Die ringförmige, zur Überspannungsableitung dienende Ringelektrode 6 ist an ihrer Außenkante mit einem relativ großen Krümmungsradius R abgerundet und im Spannzylinder 5 so angeordnet, daß sie entsprechend der in den Figuren dargestellten Lage in zusammengesetztem Zustand des Kabelendverschlusses auf einer Verlängerung der Kegelmantellinien

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des kegligen Teiles des Ableitkegele 4 liegt. Durch eine solche Anordnung des Ableitkegels 4 und der Ringelektrode 6 zueinander erhalten die Äquipotentialflächen einen optimalen Verlauf, wie es in Figur 2 durch die gestrichelten Linien P₁, P« und P, dargestellt iat. In den Spannzylinder 5 sind Schrauben 7 fest eingesetzt, die mit der Ringelektrode 6 in Verbindung stehen. Die Schrauben 7 sind durch einen Klemmring 8 geführt, der eine konische Innenfläche aufweist, die der konischen Außenfläche an dieser Seite des Ringkerns 3 entspricht. Durch das Festziehen von Gewinde<-tnuttern 9 wird im Zusammenwirken mit dem Spannzylinder 5 in axialer Richtung ein Druck auf den Ringkern 3 ausgeübt. Dieser wird dadurch zurfesten Auflage im Spannzylinder 5 an seiner konischen Innenfläche b und außerdem an der Außenfläche der Isolierung 2 gebracht. Hierdruch wird das Auftreten von Teilentladungen verhindert. Da das elektrische Feld das Bestreben hat, sich gerade an der Übergangszone zwischen dem zylindrischen Teil und dem kegligen Teil des Ableitkegele 4 zu verstärken, 1st es günstig, wenn in dieser Zone die Auflage aller Teile aneinander verstärkt wird. Zu diesem Zweck wird die relative Lage zwischen dem elastischen Ringkern 3 und dem Klemmring 8 so gewählt, daß die Übergangszone zwischen dem kegligen und dem zylindrischen Teil des Ableitkegels in Höhe des auf der Innenfläche des Klemmringes 8 aufliegenden konischen Außenflächenteils des Ringkerns 3 liegt.

Bei der Ausführungsform nach Figur 2 dient ein metallischer Fußring 12 als Auflage für eine Druckfeder S und als Erdungsverbindung für die Ringelektrode 6; der Klemmring 8 wird dabei von den Schrauben 7 nicht mehr durchsetzt, und die Druckfeder S liegt konzentrisch zua Leiter 1 zwischen dem Klemmring 8 und dem Fußring 12.

Als elektrische Verbindung zwischen dem herausstellenden zylindrischen Teil des Ableitkegele 4 und einem Abschirmmantel 10 auf der Isolierung 2 dient ein elektrisch leitendes Band 11, das über den zylindrischen Teil des Ableitkegels 4 gewickelt ist.

Diese zum Spannungsschutz dienende Anordnung befindet sich in einem

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Isolator 13 aus Porzellan, dessen untere Seite durch eine Schutzkappe 22 verschlossen wird; diese ist unter Zwischenlegen eines Diohtringes 14 an einem Fußspannring angeschraubt, der seinerseits am Isolator 13 befestigt ist. Die an der Unterseite der Schutzkappe 22 befindliche öffnung, durch die das Kabel 1 hindurchtritt, wird in bekannter Weise abgedichtet. Der Isolator 13 ist mit Isoliermaterial 21 gefüllt. Die obere Seite des Isolators 13 wird durch einen oberen Deckel 16 verschlossen, der unter Zwischenlegen eines Dichtringes 37 auf einem oberen Spannring 42 festgeschraubt ist, der am Isolator 13 befestigt ist. Durch den oberen Deckel 16 ist eine Ableitung 15 hindurchgeführt, die fest in diesem sitzt und mit dem Leiter des Kabels 1 verbunden ist. Zum Abdichten der Durchführung im Deckel 16 enthält der obere ringförmige Teil desselben Scheiben 18 und 19, zwischen denen ein Dichtring 17 angeordnet ist. In den oberen ringförmigen Teil des Deckels 16 ist eine Ringmutter 20 eingeschraubt.

Wie sich aus der bisherigen Beschreibung klar ergibt, kann ein Kabelendverschluß nach der Erfindung nach seiner Vorfertigung am HersBllungsort leicht Im Freien auf ein Kabel aufgesetzt werden. Die relative Lage zwischen der im Spannzylinder 5 sitzenden Ringelektrode 6 und dem Ableitkegel 4 im Ringkern 3 ermöglicht ein Herabsetzen der elektrischen Beanspruchung am Rande des Ableitkegels und in der Ubergangszone zwischen dem zylindrischen und dem kegligen Teil des Ableitkegels, verbunden mit dem festen Anliegen des elastischen Ringkerns 3 an der Isolierung 2; hierdruch wird die dielektrische Belastbarkeit des Kabelendverschlusses wesentlich verbessert.

Der elastische Ringkern 3 mit dem Ableitkegel 4 kann vorzugsweise aus einem elastomeren Material bestehen, das eine geringere . fihore-Härte hat als 50. Der Ableitkegel 4 kann ebenfalls aus einem solchen elastomeren Material bestehen, das mit einem Staub aus leitendem Material wie zum Beispiel Graphitstaub durchsetzt 1st. Der aus dem oben genannten Material hergestellte Ringkern 3 kann in einfacher Weise auf das Kabel 1 aufgesetzt und mit der Isolierung 2 in enge Berührung gebracht werden. Bei einem axialen Zusammen-

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drucken des Ableitkegels 4 mit Hilfe des Spannzylinders 5, der Schrauben 7» des Kleramringes 8, der Gewindemuttern 9, des Fußringes 12 und der Druckfeder S wird ein ausreichend großer, nach innen gerichteter Druck erzeugt, wie es in Figur J5b durch eine durchgezogene Linie angedeutet ist und wie es zum Vergleich mit einer gestrichelt gezeichneten Linie gegenübergestellt wird, die den entsprechenden Druck bei einem Ringkern üblicher Ausführung darstellt. Dieser Druck herrscht auf der gesamten Auflagefläche gegenüber der Isolierung 2. Die dielektrische Belastbarkelt des Kabelendverschlusses wird somit erheblich verbessert.

Eine andere AusfUhrungsform der Erfindung ist in den Figuren 4 und 5 dargestellt. Das mit einer Kunststoffumhüllung versehene Kabel 1 weist zwischen der Isolierung 2 und dem Abschirmmantel

10 zusätzlich eine halbleitende Schicht 72 auf. Die Schicht 72 und der Abschirmmantel 10 sind stufenweise abgesetzt. Auf die Isolierung 2 des Kabels 1 ist eine elektrisch leitende Schicht aufgebracht, die vom Ende der halbleitenden Schicht 72 bis zu der Ubergangszone zwischen dem zylindrischen Teil und dem kegligen Teil des Ableitkegels 4 reicht. Teilentladungen, die zwischen der Isolierung 2 und dem zylindrischen Teil des Ableitkegels 4 sonst auftreten könnten, wenn der enge Kontakt zwischen ihnen verloren geht, werden somit wirksam verhindert. Außerdem stellt die leitende Schicht 71 eine elektrische Verbindung zwischen dem Ableitkegel 4 und dem Abschirmmantel 10 sicher, wenn die durch das leitende Band

11 hergestellte elektrische Verbindung unterbrochen wird. Als leitende Schicht 71 kann auch ein leitendes Band dienen, das anstelle einer Beschichtung auf die Isolierung 2 aufgewickelt wird.

Während bei der AusfUhrungsform nach Figur 2 eine einzige Druckfeder S in koaxialer Anordnung mit dem Kabel 1 verwendet wird, um den Klemmring 8 in axialer Richtung gegen den Ringkern 3 zu pressen, wird bei der in den Figuren 4 und 5 gezeigten AusfUhrungsform eine Vielzahl von Druckfedern S¹ verwendet, die einen relativ kleinen Außendurchmesser haben und auf dem Umfang verteilt angeordnet sind. Bei der in diesen Figuren gezeigten AusfUhrungsform

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gibt es eine erste Art von Schrauben 7a, die an ihrem einen Ende mit der Ringelektrode 6 verbunden sind und die mit ihrem anderen Ende an einem metallenen Zwischenring 7b befestigt sind. Eine zweite Art von Schrauben 7c 1st so durch den Flanschteil des Klemmringes 8 geführt, wobei diese Schrauben mit einem Ende in den Zwischenring 7b eingeschraubt sind. Wie aus Figur 5 hervorgeht, sind in gleichmäßigem Winkelabstand 6 Schrauben 7c am Umfang verteilt angeordnet. Eine Druckfeder S¹, die als Schraubenfeder ausgebildet 1st, 1st auf jede Schraube 7c aufgesteckt, wobei das eine Ende der Feder vom Klemmring 8 getragen wird, während das andere Ende auf dem Fußring 12 aufliegt. An ihrem anderen Ende sind die Schrauben 7c durch den Fußring 12 hindurchgeführt. Durch Festziehen der Gewindemuttern 9^f, die auf den hindurengeführten Enden der Schrauben 7c sitzen, werden die Druckfedern S* gespannt, so daß sie den Klemmring 8 in axialer Richtung gegen den Ableitkegel 4 pressen. Die gleichmäßige Verteilung einer Vielzahl von Druckfedern S' am Umfang ermöglicht es, daß der Ringkern 3 mit dem Ableitkegel 4 in axialer Richtung gleichmäßig zusammengedrückt wird; gleichzeitig wird die Erzeugung eines relativ großen Druckes gegen den Ableitkegel 4 sichergestellt. Sogar wenn eine der Druckfedern S' bricht, ist der Verlust an axialer Druckkraft relativ gering.

Der von den Schrauben 7c, dem Klemmring 8, den Druckfedern S', dem Fußring 12 und den Gewindemuttern 9' eingenommene Raum wird durch eine Hülse 51 abgedeckt, deren obere Kante mit der Außenfläche des Zwischenringes 7b verbunden ist, währende ihre «niere Kante an die Form der Kunststoffumhüllung auf dem Kabel angepaßt ist und gegenüber dieser durch ein Dichtband 52 abgedichtet wird. Damit wird das Isoliermaterial 21 daran gehindert, in diesen Raum einzudringen. Die untere Schutzkappe 22 ist an ihrer oberen Kante mit einem Ring 6l verschweißt, der den Dichtring 14 trägt. Dieser wird wiederum durch das Verschrauben einer Grundplatte 54 mit einem unteren Fußspannring 55 aus Metall gegen die untere Seite des Isolators 13 gepreßt. Der Fußspannring 55 ist um den ganzen Umfang des Isolators 13 herum mit diesem verbunden. Zum Anpressen des Ringes 61 an den Isolator 13 sind mehrere Schrauben 56 vorgesehen,

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die in den Fußspannring 55 eingeschraubt sind und durch die Grundplatte 5^ führen, wobei auf ihre Enden Gewindemuttern 57 aufgeschraubt sind. Der sich verjüngende untere Teil der unteren Schutz· kappe 22 ist mit einer Hülse 62 verschweißt, die im Zusammenwirken mit einem Dichtring 63$ einer Unterlegscheibe 64 und einer Hingmutter 65 eine Abdichtung schafft* Die Hülse 51 ist durch eine Erdungsleitung 53 mit der unteren Schutzkappe 22 elektrisch verbunden*

Der Leiter 35 des Kabels 1 1st in eine am unteren Ende der Ableitung 15 befindliche axiale Bohrung eingeführt, und der freiliegende Teil desselben ist mit Isolierband 56 umwickelt· Der obere Deckel 16 mit dem Diohtring 37 an seiner dem oberen Hand des Isolators 13 gegenüberliegenden Seite 1st mit einem oberen Spannring 42 verschraubt. Der Deckel 16 ist an der Stelle, anoder die Ableitung 15 hindurehgef ührt wird, als Hülsenteil 38 Ausgebildet , das zusammen mit einem Dichtring 59, einem Dichtringhalter 40 und Schrauben 41 eine Abdichtung bildet» Auf des oberen Hand des Isolators 13 ist eine Abschirmglocke 44 aufgesetzt* Die Abschirmgloeke 44, durch die die Ableitung 15 nach außen führt, 1st mit einer Hülse 34 versehen, die zusammen mit einem Dichtring 33, einer Unterlegscheibe 32 und einer Ringmutter 31 eine Abdichtung bildet.

Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf besondere AusfUhrungsformen beschrieben wurde, sind natürlich zahlreiche Änderungen denkbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Ein Kabelendverschluß nach der Erfindung kann zum Beispiel in abgewandelter Weise auch so ausgeführt sein, daß er als Kabelverbinder dient«

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Claims (2)

1. - 9 Patentansprüche :

   Kabelendverschluß für einen Hochspannungsleiter mit einer Isolierung, einem diese umgebenden Abschirmmantel und einer über diesem angeordneten KunststoffumhUllung, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einer axialen Bohrung versehener Ringkern (3) auf die Isolierung (2) des Leiters (35) fest aufgesetzt ist, daß der Ringkern (3) an seinen beiden Enden konische Außenflächen aufweist, daß an dem ersten Ende des Ringkerns (3) ein Ableitkegel (4) aus elastischem und elektrisch leitendem Material mit einem kegligen und einem zumindest teilweise über das betreffende Ende des Ringkerns (3) hinausragenden zylindrischen Teil eingesetzt 1st, daß der zylindrische Teil des Ableitkegels (3) mit dem Abschirmmantel (10) elektrisch verbunden ist (Band 11), daß über den Ringkern (3) ein Spannzylinder (5) mit einer konischen Innenfläche gesetzt ist, die auf der am zweiten Ende des Ringkerns (3) liegenden konischen Außenfläche aufliegt, daß im Spannzylinder (5) an einer in Verlängerung des kegligen Teils des Ableitkegels (4) liegenden Stelle eine geerdete Ringelektrode (6) eingebettet 1st, daß auf die am ersten Ende des Ringkerns (3) befindliche konische Außenfläche ein Klemmring (8) mit einer entsprechenden konischen Innenfläche aufgesetzt 1st und daß der Klemmring (8) mittels einer Spannvorrichtung (Druckfeder S) gegen den Spannzylinder (5) und gegen den Ringkern (3) gepreßt wird.
2. 2. Kabelendverschluß nach Anspruch· 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkern (3) aus einem elastomeren Material mit einer 3 hore-Härte besteht, die kleiner als 50 1st.

   3· Kabelendverschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Isolierung (2) eine Leitschicht (71) aufgebracht ist, • die den Abschirmmantel (10) mit der Übergangszone zwischen dem kegligen Teil und dem zylindrischen Teil des Ableitkegels (4) verbindet.

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   Kabelendverschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Lage zwischen] dem elastischen Ringkern (3) und dem Klemmring (8) so gewählt ist, daß die Übergangszone zwischen dem kegligen und dem zylindrischen Teil des Ableitkegels (4) in Höhe des auf der Innenfläche des Klemmringes (8) auffliegenden konischen Außenflächenteils des Ringskerns O) liegt.

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