DE19748887C1 - Steckverbindungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Steckverbindungssystem mit einem Anlagenanschlußteil und einem komplementären Kabel­ steckteil zum Anschluß eines Hochspannungskabels an eine mit einem Isoliergas oder -fluid gefüllte Hochspannungs­ anlage, wobei das Anlagenanschlußteil ein als Außenkonus ausgebildetes hartes Isolierteil und das Kabelsteckteil ein komplementäres nachgiebiges Isolierteil aufweist.

Starkstrom wird üblicherweise in Freileitungen oder feststoffisolierten Kabeln mit 110 kV, 220 kV oder 400 kV Hochspannung an den Stadtrand herangeführt (unter "Hoch­ spannung" wird in der vorliegenden Anmeldung eine Spannung größer als 30 kV, vorzugsweise größer als 90 kV verstan­ den). Am Stadtrand muß diese Hochspannung im allgemeinen auf ein Mittelspannungs-Verteilernetz (meist 20 kV) umge­ setzt werden. Die hierzu erforderlichen Schaltanlagen - bestehend aus Transformatoren, Sammelschienen, Überspan­ nungsableitern, Schaltsystemen etc. - waren zunächst lufti­ soliert ausgeführt und hatten wegen der erforderlichen großen Abstände zwischen spannungsführenden Teilen und Erde oft die Größe eines Fußballfeldes.

Seit 20 bis 30 Jahren verwendet man zur Vermeidung eines derartigen Raumverbrauchs stattdessen SF₆-Hochspan­ nungsanlagen. SF₆ hat eine wesentlich höhere elektrische Festigkeit als Luft. Es ist relativ stark elektronegativ, freie Ladungsträger werden also rasch eingefangen. Wegen ihrer großen Masse werden die dann negativ geladenen SF₆- Ionen nur relativ wenig beschleunigt, so daß die Wahr­ scheinlichkeit für eine Lawinenentstehung gering ist. Bei Überdruck (relativ zum Atmosphärendruck) ist die freie Weglänge kürzer, so daß hier noch wesentlich höhere elek­ trische Festigkeiten erreicht werden. Derartige SF₆-Anlagen sind meist als Rohranlagen aufgebaut. Im Inneren der Rohre sind die Leiter in Form von Stangen geführt. Die Rohre sind mit SF₆ bei einem Druck von 3 bis 4 bar gefüllt. Wenn die Hochspannung zudem nicht durch Freileitungen, sondern durch Kabel herangeführt wird, erreicht man so äußerst kompakte Anlagen, die nur einen Bruchteil des früher benötigten Raumes einnehmen.

Allgemein stellt sich bei einem derartigen Übergang von einem Kabel mit einer bestimmten Feldgeometrie in ein solches gekapseltes Isoliersystem mit einer unterschiedli­ chen Feldgeometrie das Problem, wie das im Kabel herrschen­ de elektrische Feld in das gekapselte Isoliersystem über­ führt werden kann. Ein entsprechendes Problem tritt nicht nur bei den o. g. Schaltanlagen auf, sondern bei den ver­ schiedensten Hochspannungsgeräten, z. B. Öl- oder stick­ stoffgefüllten Geräten, wie Transformatoren. Der hier ver­ wendete Begriff "Hochspannungsanlage" deckt auch solche Hochspannungsgeräte ab, entsprechend hat der Begriff "An­ lagenanschlußteil" auch die Bedeutung "Gerätanschlußteil".

Die im Stand der Technik heute am weitesten verbreite­ te Kabeleinführung in eine SF₆-Anlage ist zur Veranschauli­ chung in der angefügten Fig. 2 dargestellt. Ein SF₆-gefüll­ tes Rohr 2 einer Hochspannungsanlage 1 weist eine mittige Leiterstange 3 auf. Das Rohr 2 ist ein Einsatzteil, hier in Form einer Rohrverlängerung 4 angeflanscht. In dieser Rohr­ verlängerung befindet sich ein zweiteiliges Steckverbin­ dungssystem 5. Der eine Teil ist ein in der Rohrverlänge­ rung festmontiertes Anlagenanschlußteil 6 mit einem Iso­ lierteil 7 aus Gießharz in Form eines Innenkonus. Der ande­ re Teil ist ein Kabelsteckteil 8 mit einem nachgiebigen Isolierteil 9 aus Silicon-Kautschuk, welches im gesteckten Zustand nur den unteren Teil des vom Gießharzteil 7 defi­ nierten Raumes ausfüllt. Der darüberliegende Teil ist teils mit Isolieröl 10 und teils mit Luft 11 gefüllt.

Obwohl sich dieser Stand der Technik grundsätzlich bewährt hat, ist er doch in der Herstellung, Installation und im Betrieb relativ teuer und aufwendig. Das bekannte Steckverbindungssystem ist zudem nicht vor der Befüllung mit Isolieröl prüfbar, die meist nur von oben - und damit meist nur vor der SF₆-Befüllung der Anlage - erfolgen kann. Eine Werksprüfung des Steckverbindungssystems ist damit praktisch nicht oder nur mit relativ großem Aufwand mög­ lich. Zum Auswechseln des (an der Leiterverbindung ver­ schraubten) Kabels muß das SF₆ aus der Anlage abgelassen werden. Dazu kommt, daß Öldichtungen undicht werden können und auslaufendes Isolieröl umweltschädlich sein kann. Noch aufwendiger sind solche Ausführungsformen, bei denen die Steckrichtung nicht - wie in Fig. 2 - vertikal von unten nach oben, sondern horizontal verläuft, weil dann innerhalb des Gießharzteilhohlraums kein luftgefüllter Kompressions­ raum verbleiben kann. Diese Ausführungsformen müssen daher i. a. mit einem externen Expansionsgefäß ausgestattet sein. Entsprechende Systeme werden für andere Geräteinführungen, z. B. Transformatoreinführungen, verwendet. Statt SF₆ ver­ wendet man dort i. a. Öl, welches neben der Isolierung auch die Funktion einer konvektiven Kühlung des Geräts über­ nimmt. Bei derartigen Geräten stellt es ebenfalls einen sehr großen Aufwand dar, das Öl z. B. zum Auswechseln des Kabels ablassen zu müssen.

Es besteht daher ein Bedürfnis nach einer trockenen steckbaren Kabeleinführung in SF₆-Anlagen oder sonstige gas- oder fluidgefüllte Anlagen oder Geräte.

In jüngster Zeit wurden bereits trockene Steckverbin­ dungssysteme entwickelt, bei denen der Gießharzkörper kür­ zer ausgebildet ist und das Isolierteil aus Silicon-Kau­ tschuk den vom Gießharzkörper gebildeten Raum weitgehend ausfüllt. Dieser Stecker wird ohne Öl gesteckt. Ein perma­ nenter Andruck erfolgt durch Federn. Diese "Stopfbuchsen"- Lösung funktioniert grundsätzlich. Wie unten noch näher ausgeführt wird, scheint diese Lösung hinsichtlich der erzielbaren elektrischen Festigkeit und Lebensdauer nicht optimal zu sein.

Bei einer weiteren bekannten Lösung wurde der Gieß­ harzkörper weggelassen; das Silicon-Kautschuk-Isolierteil des Kabelsteckers wird hier direkt in die Rohrverlängerung gesteckt. Auch bei dieser Lösung muß - wie bei der obigen am weitesten verbreiteten Lösung - vor dem Stecken das SF₆ abgelassen werden; eine Werksprüfung ist daher nicht mög­ lich. Ferner dürfte es durch den Silicon-Kautschuk hindurch zu Gasverlust kommen. Vorzug derartiger Lösungen scheint nur die trockene Steckbarkeit zu sein. Daß die Fachwelt derartige Lösungen akzeptiert, zeigt, wie groß das Bedürf­ nis nach einem trocken steckbaren Steckverbindungssystem ist.

Im Mittelspannungsbereich sind Steckverbindungssysteme zum Anschluß eines Kabels an ein Gerät bekannt, wobei das Gerätanschlußteil ein als Außenkonus ausgebildetes hartes Isolierteil und das Kabelsteckteil ein komplementäres nach­ giebiges Isolierteil aufweist, siehe z. B. Helgo Brüggemann: Starkstrom-Kabelanlagen, vde-Verlag, Frankfurt 1992, S. 140/141. Das harte Isolierteil (üblicherweise Gießharz) ist als Doppel-Außenkonus ausgebildet. Einer der beiden Außenkonusse ragt aus dem Gerät heraus; über ihn wird der komplementäre Konus des Kabelsteckteils gesteckt. Der ande­ re Außenkonus ragt ins Innere des Geräts hinein.

Ein entsprechendes Steckverbindungssystem ist auch aus der WO 96/10851 bekannt.

Aus der DE 39 35 360 C2 ist schließlich ein Isolier­ körper für Kabelstecker, Kabelendverschlüsse und derglei­ chen bekannt. Es handelt sich um einen außenkonusförmigen Silikonkautschuk-Isolierteil eines Kabelsteckers, der in einen entsprechenden innenkonischen Buchsenkörper aus Gieß­ harz gesteckt wird. Die Druckschrift behandelt nicht spe­ ziell Steckverbindungssysteme für den Anschluß an ein mit Isoliergas oder Isolierfluid gefüllte Hochspannungsanlage.

Die Erfindung hat zum Ziel, ein weiteres trocken steckbares Steckverbindungssystem der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches einfach aufgebaut ist und Nachteile der verschiedenen bekannten Steckverbindungssy­ steme überwindet. Dieses Ziel wird erfindungsgemäß er­ reicht durch das Steckverbindungssystem gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das harte Isolierteil des Anlagenanschlußteils als Hohlkörper ausgebildet ist, der sich nicht in das Innere der Hochspannungsanlage erstreckt.

Das in dem o. g. Buch von Brüggemann gezeigte Gerät­ anschlußteil weist den ins Innere des Geräts reichenden Gießharzkonus offenbar u. a. deshalb auf, um den im Gerät­ einneren liegenden Weg zwischen dem hochspannungsführenden Leiter und der Erde zu vergrößern. Zumindest bei den im Rahmen der Erfindung interessierenden Hochspannungen wäre eine solche Wegvergrößerung zur Erzielung ausreichender elektrischer Festigkeit vorteilhaft. Für die hier inter­ essierenden Hochspannungen würde ein derartiges doppelkoni­ sches Gießharzteil jedoch relativ große Abmessungen anneh­ men, mit entsprechend großem Aufwand in Herstellung und Installation. Durch die großen Abmessungen würde sich auch (bei vertikaler Steckrichtung) die erforderliche Bauhöhe der ganzen Hochspannungsanlage vergrößern, was einen bedeu­ tenden Kostenfaktor darstellt.

Die Erfindung hat demgegenüber erkannt, daß ein Nach- Innen-Reichen des harten Isolierteils, also dessen doppel­ konische Ausbildung, nicht erforderlich ist. Vielmehr kann die im hier interessierenden Hochspannungsbereich gewünsch­ te Wegvergrößerung zwischen Innenleiter und Erde auch durch eine einfachkonische hohle Ausbildung des harten Isolier­ teils erreicht werden.

Die Erfindung stellt also ein trocken steckbares Steckverbindungssystem bereit, dessen hartes Isolierteil gegenüber der oben skizzierten, denkbaren Doppelkonuslösung wesentlich kleiner - und damit weniger aufwendig - ausge­ bildet sein kann, was insgesamt eine geringere Bauhöhe einer so ausgerüsteten Hochspannungsanlage erlaubt.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltun­ gen der Erfindung angegeben.

Anspruch 2 zählt beispielhaft drei häufig verwendete und eingangs bereits erwähnte Isolierfluide bzw. -gase auf.

Anspruch 3 verdeutlicht, daß das im Stand der Technik stets erforderliche Aufnahmeteil für das Anlagenanschluß­ teil (das im allgemeinen die Form eines Verlängerungsrohres hat) entfallen kann, weil sich bei der Erfindung das harte Isolierteil nicht ins Innere der Hochspannungsanlage er­ streckt. Hiermit ist ein beträchtlicher Einsparungseffekt verbunden.

Gemäß Anspruch 4 ist der Konus der Isolierteile rela­ tiv kurz ausgebildet. Anders ausgedrückt, ist der Konuswin­ kel relativ groß, vorzugsweise zwischen 13° und 30°, beson­ ders vorzugsweise zwischen 15° und 22° zur Axialrichtung (d. h. zur Steckrichtung).

Die oben erwähnte "Stopfbuchsen"-Lösung erscheint aus folgenden Gründen nicht optimal: sie hat - wie jedes der­ artige Steckverbindungssystem - zwei elektrisch beanspruch­ te Fugen, nämlich eine erste Fuge zwischen dem (auf Erdpo­ tential liegenden) Isoliermantel des Kabels und dem nach­ giebigen Isolierteil des Kabelsteckteils und eine zweite Fuge zwischen dem nachgiebigen und dem harten Isolierteil. Zur Erzielung ausreichend hoher elektrischer Festigkeit ist an beiden Fugen eine gute Anpassung des nachgiebigen Iso­ lierteils an das jeweilige Gegenstück erforderlich. Hierfür ist eine starke Anpressung in Axialrichtung nötig. Es wurde nun erkannt, daß sich der Druck sehr gering unvollständig in dem nachgiebigen Isolierteil (Silicon-Kautschuk-Keil) fortpflanzt, und zwar wegen dessen Eigenelastizität und Reibungseffekten. Folglich wird zumindest im Endbereich des Silicon-Kautschuk-Keils keine optimale Anpassung erzielt. Es wurde weiter erkannt, daß bei dem gegebenen Aufbau die unvermeidliche thermische Kabelausdehnung und Erweichung des Polyethylens des Kabelisoliermantels sowie des Silicon- Kautschuks auf die Dauer zu bleibender Verformung führen dürfte. Der gegebene Aufbau führt bei Ausdehnung nämlich zu hohem Druckanstieg. Es ist daher zu erwarten, daß das Poly­ ethylenmaterial austritt, der Isoliermantel sich dadurch verjüngt, und durch die folgende Abkühlungskontraktion im Lauf der Zeit eine Spalte entsteht. Die folgenden Ausge­ staltungen gemäß Ansprüchen 5, 7, 8, 9 und 10 helfen, sol­ che Effekte zu vermeiden.

Und zwar sind gemäß der Ausgestaltung nach Anspruch 5 die beiden Fugen in Axialrichtung versetzt angeordnet, derart, daß sie in dieser Richtung nicht überlappen. Durch diese Anordnung wirkt sich ein hoher Druck auf die zweite Fuge nicht oder nur geringfügig auf die erste Fuge aus. Die obigen nachteiligen Verformungseffekte können mit dieser Maßnahme weitgehend vermieden werden, was der elektrischen Festigkeit und der Lebensdauer zugute kommt.

Gemäß Anspruch 6 ist diese Trennung zwischen den bei­ den Fugen durch einen dazwischenliegenden Hohlraum vergrö­ ßert. Dieser verhindert, daß beim Aufstecken auftretende Spreizkräfte aus dem Konusbereich (d. h. aus dem Bereich der zweiten Fuge) in die erste Fuge eingeleitet werden und daß folglich das nachgiebige Isolierteil im Endbereich der ersten Fuge von dem Isoliermantel des Kabels abhebt.

Aufbauend auf obiger Erkenntnis, daß sich äußerer Druck nicht weit in einem Silicon-Kautschuk-Keil fort­ pflanzt, schlägt Anspruch 7 eine Ausrüstung des Steckver­ bindungssystems mit zwei unterschiedlich wirkenden Anpreß­ mitteln (oder Gruppen solcher Anpreßmittel) vor: und zwar ein Anpreßmittel, das hauptsächlich in Axialrichtung wirkt, und ein weiteres, das hauptsächlich in Radialrichtung wirkt. Diese Ausgestaltung gewährleistet eine ausreichende Anpassung des nachgiebigen Isolierteils über die gesamte Länge des Konus (d. h. der zweiten Fuge).

Gemäß Anspruch 8 wirkt das Radialanpreßmittel haupt­ sächlich im Bereich des Konus (d. h. im Bereich der zweiten Fuge). Das Axialanpreßmittel greift vorzugsweise im Bereich der ersten Fuge an und übt so Druck hauptsächlich auf den Anfangsbereich der zweiten Fuge aus. Beide Anpreßmittel bewirken zusammen eine optimale Anpressung des nachgiebigen Isolierteils über die gesamte Länge der zweiten Fuge. Hin­ gegen ist im Bereich des von nachgiebigem Isolierteil um­ schlossenen Kabelisoliermantels keine radial unnachgiebige Einfassung dieses Isolierteils vorhanden, was eine Ausdeh­ nung der Kabelisolierung unter Wärmebeanspruchung ohne bleibende Verformung erlaubt.

Gegenüber der "Stopfbuchsen"-Lösung erlauben die Maß­ nahmen der Ansprüche 5, 7 und 8 die Erzielung höherer elek­ trischer Festigkeit sowie einer längeren Lebensdauer.

Da die Axial- und Radialanpreßmittel auf verschiedene Bereiche der zweiten Fuge wirken, sind sie gemäß Anspruch 9 vorteilhaft individuell einstellbar. Gemäß Anspruch 10 ist ferner das Radialanpreßmittel in mehrere unabhängig voneinander einstellbare Abschnitte unterteilt. Hierdurch kann man beispielsweise auf den Anfangsbereich einen ande­ ren (z. B. kleineren) Anpreßdruck als auf den Endbereich ausüben. (Es sei an dieser Stelle angemerkt, daß sich in der gesamten vorliegenden Beschreibung die Begriffe "An­ fang" und "Ende" auf die Steckrichtung oder - anders ausge­ drückt - auf eine Betrachtungsrichtung von außen vom Kabel nach innen in die Anlage längs der Achse beziehen. Der "Anfang" z. B. einer Fuge ist also deren äußeres, das "Ende" deren inneres Ende. Entsprechendes gilt für das Begriffs­ paar "vor" und "hinter".)

Um die Radial-Andruckkomponente durch die Verstellung eines Anpreßteils in Axialrichtung erzeugen zu können, erweitert sich gemäß Anspruch 11 das nachgiebige Isolier­ teil leicht konisch nach außen; das Anpreßteil ist mit einem entsprechenden Innenkonus ausgestattet. Eine Relativ­ verschiebung dieser beiden Konusse in Axialrichtung bewirkt eine Radialverschiebung.

Bei herkömmlichen Kabelgarnituren sind i. a. an Stellen mit hoher Feldstärke sog. Steuerelektroden oder Deflektoren vorgesehen. Üblicherweise befindet sich jeweils ein in das nachgiebige Isolierteil eingebettete Steuerelektrode am Anfang und am Ende der Fuge zwischen Kabelisoliermantel und nachgiebigem Isolierteil. Bei der Ausgestaltung gemäß An­ spruch 12 ist das nachgiebige Isolierteil hingegen mit einer durchgehenden Erdüberführungs-Steuerelektrode ausge­ rüstet, die vom Eintritt des Kabels in das nachgiebige Isolierteil bis zu dessen anlagenseitigem Ende reicht.

Hochspannungskabel werden - je nach zu übertragendem Strom - mit kleineren oder größeren Leiterquerschnitten, und damit auch kleineren oder größeren Kabeldurchmessern ausgeführt. An sich erfordern unterschiedliche Leiterquer­ schnitte und Kabeldurchmesser ein für die jeweilige Abmes­ sung besonders ausgelegtes Steckverbindungssystem. Die Maßnahmen der Ansprüche 13 und 14 erlauben es hingegen, ein und dieselbe Konstruktion mit geringfügigster Anpassungs­ arbeit mit verschiedenen Leiterquerschnitten und Kabel­ durchmessern verwenden zu können. Hierzu ist eine Steck­ buchse des Anlagenanschlußteils mit einer Steckbuchse aus­ gerüstet, welche ausreichend groß dimensioniert ist, um den Strom beim größten auslegungsgemäßen Leiterquerschnitt sicher vom Kabel in die Anlage übertragen zu können. Vor der Steckbuchse ist ein Raum mit größerem Durchmesser als jener der Steckbuchse vorgesehen, welcher zur Aufnahme einer Preßhülse für den größten auslegungsgemäßen Leiter­ querschnitt geeignet ist. Der Durchmesser des zur Steck­ buchse komplementären Steckteils ist für alle Leiterquer­ schnitte gleich; der Durchmesser der Preßhülse nimmt jedoch mit zunehmenden Leiterquerschnitten zu. Die Maßnahme er­ laubt es folglich, Kabel mit unterschiedlichen Leiterquer­ schnitten ohne jegliche Anpassung mit ein und demselben Anlagenanschlußteil zu verbinden. Nur das nachgiebige Iso­ lierteil erfordert eine Anpassung an den jeweiligen Leiter­ querschnitt bzw. Kabeldurchmesser. Aufgrund des im Über­ gangsbereich zwischen erster und zweiter Fuge ausgebildeten Hohlraums und einer als "Universalelektrode" ausgebildeten Feldsteuerelektrode (die in der Figurenbeschreibung näher erläutert wird) beschränkt sich die jeweils erforderliche Anpassungsarbeit auf das Anbringen einer entsprechenden Bohrung (deren Durchmesser zur Erzielung eines Paßsitzes mit Untermaß gewählt wird).

Mit dem erfindungsgemäßen Steckverbindungssystem ist die Schnittstelle zwischen Kabel und SF₆-Anlage klar defi­ niert. Dies erlaubt einerseits eine Werksprüfung von Steck­ verbindungssystemen, also eine Prüfung ohne SF₆-Anlage. Andererseits kann die SF₆-Anlage (oder, allgemeiner, ein isoliergas- oder -fluidgefülltes Gerät) auch ohne ange­ stecktes Kabel unter Hochspannung betrieben werden. Hierzu ist gemäß Anspruch 15 statt des Kabelsteckteils ein Blind­ steckteil mit abgerundeter Elektrode vorgesehen. Dieses wird auf den Anlagenanschlußteil gesteckt und gewährleistet dort eine derartige Verminderung der Feldstärke, daß Über­ schläge an dieser Stelle ausgeschlossen sind.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispie­ len sowie der angefügten Fig. 1 näher erläutert, die eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steckverbindungssy­ stems im Querschnitt zeigt.

Fig. 2 dient hingegen der Veranschaulichung des in der Einleitung erwähnten Standes der Technik und wurde oben bereits abgehandelt.

In den beiden Figuren tragen funktionsgleiche oder -ähnliche Teile gleiche Bezugszeichen.

Eine (nicht näher dargestellte) Hochspannungsanlage dient zur Umsetzung und Verteilung von 110 kV Hochspannung in das 20 kV-Netz. Das Steckverbindungssystem 5 gemäß Fig. 1 verbindet ein 110 kV-Hochspannungskabel 12 mit der Anlage 1. Es ist direkt an einem SF₆-gefüllten Rohr 2 der Anlage angeflanscht, ohne Zwischenschaltung eines im Stand der Technik üblichen Aufnahmeteils, etwa in Form einer üblichen Rohrverlängerung.

Das Steckverbindungssystem 5 ist trocken, hat also keine Ölfüllung oder dergleichen. Es schafft eine klar definierte steckbare Schnittstelle zwischen der Hochspan­ nungsanlage 1 und dem anzuschließenden Kabel 12. Als vor­ teilhafte Folge kann einerseits das Steckverbindungssystem 5 werkseitig geprüft werden, andererseits kann die Hoch­ spannungsanlage 1 auch ohne angestecktes Kabel 12 unter SF₆- Füllung betrieben werden.

Das Steckverbindungssystem 5 besteht aus zwei Teilen, nämlich einem Anlagenanschlußteil 6 und einem Kabelsteck­ teil 8. Beide Teile weisen jeweils ein Isolierteil zur Herstellung einer durchgehenden Isolierung und ein Leiter­ verbindungsteil zur Herstellung einer durchgehenden elek­ trisch leitenden Verbindung auf. Das Isolierteil 7 des Anlagenanschlußteils 6 ist hart, hier ein Gießharzteil. Es hat die Form eines Außenkonus mit einem relativ großen Konuswinkel α, der gemessen zur Axialrichtung hier ca. 17° beträgt. Das komplementäre Isolierteil 9 des Kabelsteck­ teils 8 ist aus nachgiebigem Material, hier Silicon-Kau­ tschuk, gefertigt. Die Leiterverbindungsteile sind ein zum Anlagenanschlußteil 6 gehöriges Leiterbuchsenteil 13 und ein zum Kabelstecker 8 gehörendes Leitersteckteil 14. Das Steckverbindungssystem 5 ist im wesentlichen rotationssym­ metrisch aufgebaut. Die Leiterverbindungsteile 13, 14 sind konzentrisch zu den Isolierteilen 7, 9 angeordnet. Beim Anlagenanschlußteil 6 ist das Leiterbuchsenteil 13 im Gieß­ harzteil 7 eingesetzt (z. B. eingegossen). An seinem Ende ist es mit einer Leiterverlängerung verschraubt, welche durch eine Öffnung 17 des Rohres 2 in die Hochspannungs­ anlage 1 hineinreicht und dort mit einer (nicht dargestell­ ten) Leiterstange der Hochspannungsanlage 1 verschraubt wird. Das Gießharzteil 7 ist als Hohlkonus ausgebildet und erstreckt sich nicht in die Hochspannungsanlage 1 hinein, sondern endet an der Öffnung 17 außerhalb des SF₆-Rohrs 2 mit einem flanschartigen Rand 15. Dieser wird unter Zwi­ schenschaltung einer Dichtung 16 gegen den Rand der Öffnung 17 gedrückt. Der innere Hohlraum des Gießharzteils 7 öffnet sich zum Inneren der Hochspannungsanlage 1 und gehört zum SF₆-gefüllten Volumen. Die Ausbildung des Gießharzteils 7 mit einem innenkonusförmigen Hohlraum gewährleistet einen relativ langen Weg vom zentralen Leiter zur Erde entlang der inneren Gießharzteiloberfläche. Bei (nicht gezeigten) Ausführungsformen ist im Bereich der tiefstliegenden Stelle des SF₆-gefüllten Volumens, also in dem vom Leiter und vom Hohlkonus gebildeten Zwickel eine zusätzliche Feldsteuer­ elektrode vorgesehen, welches durch entsprechende in den Zwickel ragende Ausbauchungen die Feldstärke im Zwickelbe­ reich vermindert. Dies stellt sicher, daß im Zwickel zu liegen kommende Schmutzteilchen u. ä. keinen Überschlag hervorrufen können.

Das Leiterbuchsenteil 13 ist - in Steckrichtung gese­ hen - zunächst mit einem Aufnahmeraum 18 größeren Durch­ messers und sodann mit der eigentlichen Steckbuchse 19 kleineren Durchmessers ausgestattet, welche an ihrem inne­ ren Umfang eine Vielzahl federnder Kontaktlamellen 20 auf­ weist.

Das Kabelsteckteil 8 nimmt mittig das Hochspannungs­ kabel 12 auf. Dieses besteht - von der Kabelmittellinie nach außen gesehen - aus einem Leiter 21, einem Isolierman­ tel 22 (z. B. aus Polyethylen), einer leitenden Schicht 23 (z. B. aus elektrisch leitendem oder halbleitendem Kunst­ stoff) sowie einem Schutzmantel 24. Die leitende Schicht 23 liegt auf Erdpotential. Das Kabel tritt zunächst nicht abgemantelt, also mit dem Schutzmantel 24 als äußerster Schicht, in den Anfang einer konzentrischen Bohrung 25 im Silicon-Kautschuk-Teil 9 ein. Nach einer kurzen Strecke ist der Schutzmantel 24 für den Rest des Kabels 12 entfernt. Für den nächsten, ebenfalls kurzen Abschnitt bildet die leitende Schicht 23 die äußerste Schicht des Kabels 12. An dieser Stelle besteht ein elektrischer Kontakt zwischen der freigelegten leitenden Schicht 23 und einer im Siliconteil eingebetteten Erdüberführungselektrode 26, die unten noch näher erläutert wird. In einem folgenden, langen Abschnitt bildet der Isoliermantel 22 das Kabeläußere. Kurz vor dem hinteren Ende der Bohrung 25 ist schließlich auch der Iso­ liermantel 22 entfernt. Auf den somit freigelegten Leiter 21 ist eine Preßhülse 27 aufgesetzt und mit ihm verpreßt. Diese tritt aus dem hinteren Ende der Bohrung 25 aus. Die Preßhülse 27 geht schließlich über in einen Steckerab­ schnitt 28, dessen äußere Wandung im eingesteckten Zustand gegen die Kontaktlamellen 20 der Steckbuchse 19 drückt und so die elektrische Verbindung zwischen Kabelstecker 8 und Anlagenanschlußteil 6 herstellt.

In Fig. 1 sind in ein und demselben Bild zwei Aus­ führungsformen mit unterschiedlichen Leiterquerschnitten und Kabeldurchmessern dargestellt: die linke Hälfte der Fig. 1 zeigt ein Kabel 12 mit relativ geringem Querschnitt und kleinem Durchmesser. In diesem Fall ist der Durchmesser der Preßhülse 27 kleiner als derjenige des Steckerab­ schnitts 28. Die rechte Seite zeigt hingegen ein Kabel 12 mit nahezu größtmöglichem Querschnitt und Durchmesser. Folglich hat die Preßhülse 27 einen entsprechend größeren Durchmesser, der den Durchmesser des Steckerabschnitts 28 übersteigt. Letzterer ist konstant, d. h. unabhängig vom jeweiligen Leiterquerschnitt.

Das Silicon-Kautschuk-Teil 9 nimmt im vorderen Bereich - wie gesagt - in der Bohrung 25 das Kabel 12 auf. Deren entsprechen der Abmantelung abgestufter Durchmesser ist etwas kleiner als der abgestufte Durchmesser des jeweils verwendeten Kabels 12 gewählt, um einen Paßsitz und damit eine Anschmiegung an die Kabeloberfläche zu erzielen. Im hinteren Bereich nimmt das Silicon-Kautschuk-Teil 9 im zusammengesteckten Zustand das Gießharzteil 7 auf und ist daher als ein zu diesem komplementärer Innenkonus ausgebil­ det. Die Größe dieses Innenkonus ist so gewählt, daß im zusammengesteckten Zustand zwischen diesen beiden Bereichen ein (unten näher erläuterter) Hohlraum 34 verbleibt. Ferner ist in diesem Übergangsbereich im Silicon-Kautschuk-Materi­ al eine Feldsteuerelektrode 29 eingebettet, welche mit der Preßhülse 27 in Kontakt steht und dadurch auf Hochspannung liegt. Sie dient mit ihren Verrundungen zur Minderung der Feldstärke in diesem Bereich.

Hinsichtlich der äußeren Form nimmt der Durchmesser des Silicon-Kautschuk-Teils 9 - von vorne nach hinten gese­ hen - in einem ersten Bereich 30 stark zu. Ein anschließen­ der zweiter Bereich 31 weist eine nur geringe Durchmesser­ zunahme auf, erweitert sich also leicht konusförmig nach hinten. Der Winkel β dieses Konus beträgt vorzugsweise zwischen 0,5° und 3°, hier ungefähr 2°, jeweils bezogen auf die Axialrichtung.

Das Steckverbindungssystem 5 weist zwei hochspannungs­ belastete Fugen auf. Eine erste Fuge 32 ist definiert durch die Oberfläche des stufenweise abgemantelten Kabels 12 und die Bohrung 25 des Silicon-Kautschuk-Teils 9. Der Anfang dieser Fuge liegt auf Erdpotential, dort befindet sich nämlich die freigelegte leitende Schicht 23 des Kabels 12 und der Anfang der Erdüberführungselektrode 26. Das Ende der Fuge 32 liegt auf Hochspannung, nämlich in dem Bereich, in dem die Preßhülse 27 austritt und die Feldsteuerelek­ trode 29 liegt. Eine zweite Fuge 33 ist definiert durch die Außenkonus-Oberfläche des Gießharzteils 7 und die korres­ pondierende Innenkonus-Oberfläche des Silicon-Kautschuk- Teils 9. Ihr Anfang liegt auf Hochspannung, nämlich im Bereich des Leiterbuchsenteils 13 und der Feldsteuerelek­ trode 29. Ihr Ende liegt auf Erdpotential, nämlich im Be­ reich des Endes der Erdüberführung 26. Die beiden Fugen 32, 33 sind in Axialrichtung versetzt angeordnet, und zwar so, daß sie in Axialrichtung nicht überlappen. Die beiden Fugen sind getrennt durch den bereits erwähnten Hohlraum 34. Dieser dient u. a. dazu, eine Einleitung von Spreizkräften aus dem Bereich der zweiten Fuge 33 in die erste Fuge 32 - und damit ein Öffnen der ersten Fuge 32 - zu vermeiden.

Die Anpressung des Silicon-Kautschuk-Teils 9 im Be­ reich der ersten Fuge 32 wird allein durch eine untermaßige Ausführung der Bohrung 25 bewirkt. Hingegen wird die nötige Anpressung des Silicon-Kautschuk-Teils im Bereich der zwei­ ten Fuge 33 mit Hilfe eines Anpreßmittels 35 erzielt. Die­ ses dient daneben auch einer hermetisch abdichtenden Befe­ stigung des Gießharzteils 7 am SF₆-Rohr 2. Es besteht aus mehreren außen am Steckverbindungssystem 5 angeordneten und in Axialrichtung verlaufenden Gewindestangen 36. Diese sind an ihrem hinteren Ende mit dem SF₆-Rohr verschraubt. Entlang der Gewindestangen 36 von hinten nach vorne gesehen kommt nach dieser Verschraubung zunächst jeweils ein Flanschnie­ derhalter 37, der den Rand 15 unter Verpressung der Dich­ tung 16 gegen den Rand der Öffnung 17 drückt. Weiter folgt eine Stellmutter 38, mit der unter Zwischenschaltung einer Feder 39 Druck in Axialrichtung auf eine Konusplatte 40 ausgeübt wird. Diese ist komplementär zur leicht konisch ausgebildeten Außenfläche des Silicon-Kautschuk-Teils 9 ausgebildet. Eine Verschiebung der Konusplatte 40 in Axial­ richtung nach hinten bewirkt eine Relativverschiebung die­ ser beiden Konusse und damit ein Verstellen der Konusplatte 40 und ein Zusammendrücken des Silicon-Kautschuk-Teils 9 in Radialrichtung. Die Konusplatte 40 erstreckt sich in Axial­ richtung ungefähr über dem Bereich der zweiten Fuge 33. Sie stellt damit (zusammen mit den zu ihrer Beaufschlagung vorgesehenen Teilen 36 bis 39) ein über die gesamte zweite Fuge 33 wirkendes Radialanpreßmittel dar. Am äußeren Ende der Gewindestange ist ein Bund 41 in Axialrichtung ver­ stellbar angeordnet, welcher auf eine zwischen dem ersten und zweiten Bereich 30, 31 am Silicon-Kautschuk-Teils 9 ausgebildete Stufe in Axialrichtung drückt. Bei (nicht gezeigten) Ausführungsformen ist auch dieser Bund federbe­ lastet; dies ermöglicht einerseits eine verbesserte Fein­ regulierung und erlaubt andererseits bei thermischer Bela­ stung eine axiale Ausdehnung des Silicon-Kautschukteils 9 ohne übermäßigen Druckanstieg. Der Bund 41 stellt also (zusammen mit den zu seiner Beaufschlagung dienenden Tei­ len) ein Axialanpreßmittel dar. Da sich - wie eingangs erwähnt - ein axialer Anpreßdruck nicht weit in dem Sili­ con-Kautschuk-Teil 9 fortpflanzt, beschränkt sich die Wir­ kung des Axialanpreßmittels hauptsächlich auf den Anfangs­ bereich der zweiten Fuge 33.

Durch die Anordung des Radialanpreßmittels ausschließ­ lich im Bereich der zweiten Fuge 33 und die praktisch rein axiale Wirkung des im Bereich der ersten Fuge 32 angeord­ neten Axialanpreßmittels besteht keine nennenswerte externe radiale Anpressung im Bereich der ersten Fuge 32. Folglich können sich der Isoliermantel 22 und das umgebende Silicon- Kautschuk-Material thermisch ausdehnen, ohne daß es hierbei zu einer nennenswerten Druckerhöhung und damit einhergehen­ den bleibenden Verformungen dieser Teile käme.

Die beiden Anpreßmittel 40, 41 sind unabhängig vonein­ ander einstellbar. Da sie auf unterschiedliche Bereiche der zweiten Fuge 33 wirken, kann die Anpreßkraft über deren Länge variiert werden.

Die Adaptierung des Steckverbindungssystems 5 auf verschiedene Leiterquerschnitte und Kabeldurchmesser er­ folgt auf einfachste Weise: das Anlagenanschlußteil 6 ist durch die beschriebene Ausbildung mit einem für den größten Querschnitt ausreichend dimensionierten Aufnahmeraum 18 und ausreichend dimensionierter Steckbuchse 19 von vorneherein für verschiedene Querschnitte und Durchmesser geeignet, ohne daß hier irgendeine bauliche Veränderung erforderlich wäre. Der Kabelstecker 8 ist hingegen für den jeweiligen Leiterquerschnitt und Kabeldurchmesser vorzubereiten. Dies geschieht einfach dadurch, daß nach Herstellung des Sili­ con-Kautschuk-Teils 9 der Durchmesser der noch anzubringen­ den Bohrung 25 gemäß dem (der jeweiligen Kabelabmantelung entsprechenden) Kabeldurchmesser gewählt wird. Bevor die Bohrung 25 angebracht wird, ist ein und dasselbe Silicon- Kautschuk-Teil für die verschiedenen Kabeldurchmesser ge­ eignet. Diese vorteilhafte Eigenschaft ermöglicht eine besondere Ausgestaltung der Elektrode 29 sowie der Erdüber­ führungselektrode 26: beide reichen einerseits so weit radial nach innen, daß sie auch bei dem kleinsten vorkom­ menden Durchmesser bzw. Querschnitt kontaktiert werden. Andererseits sind sie so geformt, daß sie ihre feldstärke­ mindernde Funktion auch bei dem größten vorkommenden Quer­ schnitt bzw. Durchmesser erfüllen. Bei der Elektrode 29 liegen beispielsweise die Verrundungsbereiche so weit radi­ al außen, daß sie selbst bei größtmöglicher Bohrung 25 praktisch nicht angeschnitten werden. Nach radial innen reicht nur ein radialverlaufender Verbindungssteg, welcher je nach Durchmesser bzw. Querschnitt beim Anbringen der Bohrung 25 mehr oder weniger entfernt wird. Die Funktion der Elektrode 29 bleibt hiervon unberührt.

Ein (bildlich nicht dargestellter) Blindstecker kann das Kabelsteckteil 8 ersetzen. Es unterscheidet sich vom dargestellten Kabelsteckteil 8 im wesentlichen nur dadurch, daß es keine Bohrung 25 aufweist und bei ihm die Elektrode 29 halbkugelförmig ausgebildet ist. Ein solcher Blindstec­ ker erlaubt somit, die Hochspannungsanlage 1 ohne ange­ stecktes Hochspannungskabel 12 mit SF₆-Füllung zu testen und zu betreiben.

Claims (15)

1. Steckverbindungssystem mit einem Anlagenanschlußteil (6) und einem komplementären Kabelsteckteil zum An­ schluß eines Hochspannungskabels (12) an eine mit einem Isoliergas oder -fluid gefüllte Hochspannungs­ anlage (1), wobei das Anlagenanschlußteil (6) ein als Außenkonus ausgebildetes hartes Isolierteil (7) und das Kabelsteckteil (8) ein komplementäres nachgiebiges Isolierteil (9) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das harte Isolierteil (7) als Hohlkörper ausgebildet ist, der sich nicht in das Innere der Hochspannungs­ anlage (1) erstreckt.

2. Steckverbindungssystem nach Anspruch 1, bei welchem das Isoliergas bzw. -fluid Schwefelhexafluorid (SF₆), Isolieröl oder Stickstoff ist.

3. Steckverbindungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das Anlagenanschlußteil (6) ohne Verwendung eines sonst erforderlichen Aufnahmeteils (4) an der Hochspannungsanlage (1) montiert und mit deren Hoch­ spannungsleitern (3) verbunden werden kann.

4. Steckverbindungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Konuswinkel (α) zwischen 13° und 30°, vorzugsweise zwischen 15° und 22° zur Axial­ richtung beträgt.

5. Steckverbindungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches zwei hochspannungsbelastete Fugen aufweist, nämlich eine erste Fuge (33) zwischen dem Isoliermantel (22) des Kabels (12) und dem nachgiebi­ gen Isolierteil (9) des Kabelsteckteils (8) und eine zweite Fuge (33) zwischen dem nachgiebigen (9) und dem harten Isolierteil (7), und wobei die beiden Fugen (32, 33) in Axialrichtung nichtüberlappend versetzt sind.

6. Steckverbindungssystem nach Anspruch 5, bei welchem zwischen dem Ende der ersten Fuge (32) und dem Anfang der zweiten (33) Fuge ein abstandschaffender Hohlraum (34) ausgebildet ist, der ein Einleiten von aufsprei­ zenden Kräften aus dem Konusbereich in die erste Fuge (32) und damit ein Abheben des nachgiebigen Isolier­ teils (9) von dem Isoliermantel (22) im Endbereich der ersten Fuge (32) vermeidet.

7. Steckverbindungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches mit wenigstens einem hauptsächlich in Axialrichtung und mit wenigstens einem hauptsäch­ lich in Radialrichtung wirkenden Anpreßmittel (40; 41) ausgerüstet ist, um durch Anpressen des Kabelsteck­ teils (8) an das Anlagenanschlußteil (6) eine ausrei­ chende Anschmiegung des nachgiebigen Isolierteils (9) über die gesamte Länge des Konus bzw. der zweiten Fuge (33) zu gewährleisten.

8. Steckverbindungssystem nach Anspruch 7, bei welchem das Radialanpreßmittel (40) hauptsächlich nur im Be­ reich des Konus bzw. der zweiten Fuge (33) wirkt, hingegen im Bereich des vom nachgiebigen Isolierteil (9) umschlossenen Isoliermantels (22) keine radial unnachgiebige Einfassung des nachgiebigen Isolierteils (9) vorgesehen ist, um eine Ausdehnung des Isolier­ mantels (22) bei Erwärmung ohne bleibende Verformung zu erlauben.

9. Steckverbindungssystem nach Anspruch 7 oder 8, bei welchem das Axialanpreßmittel (41) und das Radialan­ preßmittel (40) individuell einstellbar sind.

10. Steckverbindungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei welchem das Radialanpreßmittel (40) in mehrere unabhängig voneinander einstellbare Abschnitte unter­ teilt ist.

11. Steckverbindungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei welchem das nachgiebige Isolierteil (9) sich leicht konisch nach außen erweiternd ausgebildet ist, und bei welchem zur Erzielung der Radialanpreßfunktion ein axial verstellbares Anpreßteil (40) entsprechend konisch ausgebildet ist.

12. Steckverbindungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das nachgiebige Isolierteil (9) mit einer Erdüberführungselektrode (26) ausgerüstet ist, die vom Eintritt des Kabels (12) in das nachgie­ bige Isolierteil (9) bis zu dessen anlagenseitigem Ende durchgeht.

13. Steckverbindungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Anlagenanschlußteil (6) mit einem Leiterbuchsenteil (13) ausgerüstet ist, welches - in Steckrichtung gesehen - zunächst einen Raum (18) größeren Durchmessers zur Aufnahme einer Leiterpreß­ hülse (27) und, tiefer liegend, eine Steckbuchse (19) kleineren Durchmessers aufweist.

14. Steckverbindungssystem nach Anspruch 6, bei welchem das nachgiebige Isolierteil (9) im Bereich des Hohl­ raums (34) mit einer Feldsteuerelektrode (29) ausgerü­ stet ist, wobei der Hohlraum (34) und die Feldsteuer­ elektrode (29) so ausgebildet sind, daß bei der Her­ stellung ein und dasselbe halbfertige nachgiebige Isolierteil (9) an verschiedene Kabeldurchmesser al­ lein durch Anbringen einer entsprechenden Bohrung (25) angepaßt werden kann.

15. Steckverbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 7 bis 11, bei welchem statt des Kabelsteckteils (8) ein Blindsteckteil mit abgerundeter Elektrode vorgesehen ist.