DE2312670A1 - Verbindung fuer elektrische kabel und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Verbindung fuer elektrische kabel und verfahren zu ihrer herstellung

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George Bahder
Felipe Garcia
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G15/00—Cable fittings
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    • H—ELECTRICITY
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    • H02G15/003—Filling materials, e.g. solid or fluid insulation

Description

Patentanwalt DipL-Phys.Gerhard Ltedl Säüiffiiiun22 Steinsdötfstr.21-22 Tel.200462
A 5972
PHELPS DODGE INDUSTRIE S , INC . 300 Park Avenue, NEW YORK , New York / USA
Verbindung für elektrische Kabel und Verfahren zu ihrer Herstellung
Die Erfindung betrifft eine Verbindung für elektrische Hochspannungskabel und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Die Erfindung eignet sich besonders zum Verbinden extrudierter Kabel, d. h. solcher Kabel, bei denen wenigstens die Hauptisolierung um den mittigen Leiter herum extrudiert worden ist. Demgemäß wird auch die
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Erfindung im folgenden mit solchen Kabeln beschrieben, obwohl sich die Kabelverbindung und das Verfahren zu ihrer Herstellung auch für Kabel von anderer Art eignen.
Zur Verbindung von Kabeln der extrudierten Art sind verschiedene Verbindungskonstruktionen bekannt. Solch eine bekannte Verbindung ist beispielsweise ein selbstbindendes bzw. selbstklebendes E PR-Isolierungsband (EPR = equivalent parallel resistance = effektiver Parallelwiderstand), das in der üblichen Weise aufgebracht ist. Dieses Band weist hohe dielektrische Verluste auf und besitzt eine relativ geringe Belastungsfähigkeit hinsichtlich der Durchschlags spannung; dies hat zur Folge, daß die elektrischen Parameter solch einer Verbindung gerade noch die an sie gestellten Forderungen erfüllen. Darüber hinaus ist die Anwendung dieses Bandes ein äußerst langwieriges und zeitraubendes Verfahren, das zudembeträchtliche Sorgfalt erfordert. Auf diese Weise lassen sich die Güte und das Ausmaß der Sorgfalt der bei jeder einzelnen Verbindung zur Anwendung gelangten Arbeit nicht kontrollieren.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer bekannten Kabelverbindungsart ist diejenige, die an Ort und Stelle durch Gießen geformt wurde und die aus Materialien mit guten elektrischen Eigenschaften besteht. Diese Art der Kabelverbindung erfordert jedoch eine teure und sperrige Formvorrichtung, deren Anwendung an Ort und Stelle mit Schwierigkeiten verbunden ist. Die Erfahrung lehrt auch,, daß es schwierig ist, bei solchen Verbindungen qualitätsmäßig ein hohes Ausmaß an Konsistenz bzw. Übereinstimmung zu erhalten. Demgemäß ist diese Art der Verbindung auch nicht mit Erfolg angewendet worden.
Eine dritte vorbekannte Art der Kabelverbindung ist die vorfabrizierte Aufschiebeverbindung, die relativ leicht installiert werden kann. Diese
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Ausführungsform erfordert jedoch einen äußerst dichten Paßsitz zwischen der Verbindung und dem Kabel. Diese Art der Kabelverbindung ist gegenwärtig nur bis zu einer bestimmten begrenzten Nennspannung belastbar, die auf höchstens 35 kV begrenzt ist, wobei dies hauptsächlich auf die schlechte Leistung bzw. schlechte Übertragungsfähigkeit bei dieser Kabelverbindung bei höheren Spannungen zurückzuführen ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eins Kabelverbindung sowie ein Verfahren zu deren Herstellung zu schaffen, bei denen die vorerwähnten Nachteile beseitigt sind.
Die Merkmale der zur Lösung dieser Aufgabe geschaffenen Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen.
Erfindungsgemäß zeichnet sich die Verbindung für zwei axial zueinander ausgerichtete Kabel, die jeweils einen mittigen Leiter und eine diesen umgebende Isol ie rungs schicht aufweisen, wobei die Isolierungsschichten zur Freilegung einander gegenüberliegender Enden der Leiter weggeschnitten sind, dadurch aus, daß die Verbindung ein Kupplungsteil zur koaxialen, mechanischen und elektrischen Verbindung der Leiterenden miteinander sowie ein Isolierungsteil aufweist, das eine sich um das Kupplungsteil sowie um die Isolierungsschichten erstreckende, geschlossene Ringkammer bildet und einen Fülleinlaß sowie einen Luftauslaß besitzt, die beide geschlossen sind, wobei das Isolierungsteil eine das Kupplungsteil und die Schichten im Abstand umgebende Isolierungshülse aufweist und die Ringkammer mit einem Material von hoher Dielektrizitätskonstante gefüllt ist.
Vorzugsweise steht das Füllmaterial unter Überdruck; zu diesem Zweck wird der Luftauslaß der Kammer geschlossen, wenn diese
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weitgehend gefüllt ist; daraufhin wird durch den Einlaß zusätzliches Material in die Kammer eingebracht, um das Material unter Druck zu setzen, worauf der Einlaß geschlossen wird, um den Überdruck aufrechtzuerhalten.
Die Kabelverbindung ist von einfacher Ausbildung und kann äußerst schnell angewendet werden, wobei hierfür lediglich einfache Werkzeuge erforderlich sind. Darüber hinaus können auch die einzelnen Isolierungselemente der Kabelverbindung vorgeprüft werden. Weiterhin besitzt die Kabelverbindung eine hohe dielektrische Belastbarkeit und einen geringfügigen Korona-Effekt. Sie kann daher für jede erforderliche Maximalspannung gebaut werden, d. h. sogar für 230 kV oder noch höher.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der,beschriebenen Kabelverbindung zeichnet sich dadurch aus, daß die einander gegenüberliegenden, axial zueinander ausgerichteten Leiterenden zur Bildung einer mechanischen und elektrischen Verbindung miteinander gekuppelt werden, daß die einander benachbarten Endteile des Kabels mit einer Isolierungshülse umgeben werden und eine sich um die Verbindung sowie um die Isolierungsschichten herum erstreckende Kammer gebildet wird, die bis auf einen Einlaß und einen Auslaß geschlossen ist, daß unter gleichzeitigem Ausstoß von Luft durch den Auslaß ein Füllmaterial mit hoher Dielektrizitätskonstante durch den Einlaß hindurch eingebracht wird, daß der Auslaß nach erfolgtem Füllen der Kammer geschlossen wird, daß sodann eine zusätzliche Menge des Materials durch den Einlaß eingedrückt und das in der Kammer enthaltene Material unter Überdruck gesetzt wird, worauf der Einlaß geschlossen und das in der Kammer enthaltene Material unter Überdruck gehalten wird.
Die Erfindung wird im folgenden in Form eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Kabelverbindung.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich, weisen die zwei miteinander zu verbindenden Kabel mittlge Leiter 1,2 auf, die dicht von extrudlerten Isolierungsschichten 7 bzw. 6 umgeben sind. Letztere können aus vernetztem Polyäthylen bestehen. Falls erwünscht, kann zwischen den Leitern 1,2 und Ihren Isollerungsschlehten 6,7 eine nicht dargestellte dünne, Innere Schutz- bzw. Abschirmungsschicht angeordnet werden. Die Schichten 6,7 werden von solchen Kabellsollerungsabschlrmungen 8 bzw. 9 umgeben, wie sie Üblicherwelse für Hochspannungskabel verwendet werden.
Die Isollerungsschlehten 6,7 sind zur Freilegung der einander gegenüberliegenden Endteile der Kabelleger 1,2 zurückgeschnitten. Diese Endteile der Kabelleiter 1,2 sind auf geeignete Weise koaxial miteinander gekuppelt bzw. verbunden, um zwischen ihnen eine mechanische und elektrische Verbindung zu schaffen. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, weist diese Kupplung einen konventionellen Leiterverbinder 3 auf. Auf den Leitern 1,2 sind halbleitende Hohlschalenelektroden 4,5 angeordnet, die den zurückgeschnittenen Enden der Kabelisolierung 6 bzw. anliegen. Die Isolierungsabschirmungen 8,9 sind gegenüber den zurückgeschnittenen Enden der jeweiligen Isollerungsschlehten 6 bzw. 7 zurückgeschnitten, und zwar um einen Abstand, der durch die Nennspannung des Kabels diktiert ist.
Um die einander benachbarten Endtetle der beiden Kabel herum ist eine Isollerungshülse 10 angeordnet, deren einander gegenüberliegende Enden die Isolierungsabschirmungen 8,9 dicht umgeben und aiLdiesen auf geeignete Welse, beispielsweise mittels Klammern 11,12, befestigt sind. Die Isolierungshülse 10 umgibt die Teile 3 bis 5 sowie die freigelegten Teile der Kabelisolierung 6,7 im Abstand hierzu, wodurch eine um diese Teile herum sich erstreckende Ringkammer ge-
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bildet wird. Diese Kammer ist bis auf einen Fülleinlaß 13 und einen Luftauslaß 14 geschlossen.
In die durch die Hülse 10 gebildete Ringkammer wird durch deren Einlaß 13 ein Füllmaterial 15 mit einer hohen Dielektrizitätskonstante eingebracht bzw. injiziert, wobei die entsprechende vorher in der Ringkammer enthaltene Luft durch den Luftauslaß 14 ausgetrieben wird. Wenn das Füllmaterial 15 am Luftauslaß 14 sichtbar wird, wird dieser Luftauslaß, beispielsweise mittels eines Isolierungsstopfens 14 a, geschlossen. Auf diese Welse wird durch welter andauernde Einbringung des Füllmate rials 15 zwischen den Endtellen des Kabels und der umgebenden Isolierungshülse 10 ein Überdruck geschaffen. Wenn der gewünschte tiberdruck erreicht ist, wird der Einlaß 13, beispielsweise mittels eines !solle rungs Stopfens 13a, geschlossen, wodurch das Füllmaterial unter Überdruck gehalten wird. Das Füllmaterial 15 Ist vorzugsweise eine chemische Verbindung bzw. eine Zusammensetzung, die nicht nur eine hohe" dielektrische Konstante aufweist, sondern auch Innerhalb weniger Stunden nach ihrer Einbringung in die durch die Hülse 10 geformte Ringkammer aushärtet.
Die Isollerungshülse 10 Ist mit einer halbierenden Hülsenabschirmung abgedeckt. Falls erwünscht, kann auch über der Hülsenabschirmung 16 eine nicht dargestellte metallische Abschirmung angebracht werden.
Die Isollerungshülse 10, die hauptsächlich für die elektrische Isolierung der Verbindung sorgt, kann schon In der Fabrik hergestellt und vorgeprüft werden; sie weist außerordentlich gute dielektrische Eigenschaften auf, vorzugsweise solche, wie sie der Isolierung der Kabel eigen sind. Die Füllzusammensetzung 15 überträgt das elektrische Potential vom Bereich des Verbinders 3 In radialer Richtung zur Isolierungshülse 10
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und gewährleistet die richtige Spannungsverteilung In Längsrichtung. Da die Dielektrizitätskonstante des Füllmaterial 15 sehr viel höher Ist als diejenige der Kabelisolierung, sind die Spannungsbeanspruchungen im Füllmaterial 15 im Vergleich zu denjenigen in der Kabelisolierung außerordentlich gering. Unter diesen Umständen haben sogar auch geringfügige Fehler (kleine Lunker oder andere poröse Stellen), die gegebenenfalls In dem Füllmaterial 15 mit der hohen Dielektrizitätskonstante auftauchen können, keinerlei merkbaren Einfluß auf die Leistungsfähigkeit der Kabelverbindung.
Die entsprechende Ausgestaltung bzw. vorbereitende Behandlung der Kabelenden kann selbstverständlich auch in anderer Weise als der beschriebenen erfolgen. So kann beispielsweise die Kabelisolierung 6,7, anstatt halbleitende Napf elektrode η 4,5 zu verwenden, in konventioneller Weise angespitzt werden, so daß sie In Richtung auf den Verbinder 3 konisch sich verjüngend verläuft. Bei sehr hohen Spannungen können an den zurückgeschnittenen Enden der Kabellsollerungsabsehlrmungen 8 und 9 zusätzliche,nicht dargestellte halbleitende Napf- bzw. Hohlschalen verwendet werden. Bei ummantelten Kabeln kann die Hülse 10 auch - anstatt über den Isollerungsabschlrmungen - über den Ummantelungen angebracht werden.
Das folgende Ausführungsbeisplel bezieht sich auf eine erfindungsgemäß hergestellte Kabelverbindung, bei der die Kabelisolierung nicht mit den Hohlschalenelektroden 4,5 versehen, sondern angespitzt bzw. gebündelt war.
Bei einem Kabel, das einen 1/0-Leiter mit einer Isolierung aus vernetztem Polyäthylen aufwies, hatte eine 35 kV-Verbindung die folgenden Abmessungen:
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Länge der büschelförmigen bzw. angespitzten
Isolierung an jedem Kabel: 16,5 cm
Gesamtlänge der Verbindung: 64,8 cm
Gesamtdurchmesser der Isolierungshülse 10: 6,98 cm
Wanddicke der Hülse 10: 0,889 cm.
An dieser Verbindung wurden die folgenden Parameter gemessen:
Entladungs- (Korona-) Zahl: Übersteigt die Anforderungen der AEIC-
Vorschrift 5-69 für 35 kV-Polyäthylen-Kabel mit extrudieren Abschirmungen vor und nach 50 thermischen Zyklen.
Impuls-Kurzschluß- bzw. Durchschlagsbetrag: Mehr als 500 kV.
Die Isolierungshülse 10 war au& einer EPE-Zusammensetzung gemäß der folgenden Angabe gefertigt:
Verbindung Teile
Vistalon 404 100 Zinkoxid 5
Burgess KE-Ton 110
SRF Schwarz 10 Agerite Harz D 1-5
Pb3O4 5
Tryallyl-Zyanurat 1-5
D1 - Cup R 2. 7
Die Hülse 10 kann jedoch auch aus einer EPE-Verbindung mit anderer Zusammensetzung sowie aus einem anderen elastomeren Material gefertigt sein.
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Das bei der beschriebenen Kabelverbindung verwendete Füllmaterial 15 mit der hohen Dielektrizitätskonstante wies folgende Zusammensetzung auf:
Verbindung Teile
Hysol-Polyurethan CuA-308 260
Phllblack "A" Ruß 23. 5
Für diese Kabelverbindung kann auch jedes andere Material verwendet werden, das eine Dielektrizitätskonstante über 10, vorzugsweise jedoch näher an 30, aufweist und geeignete Flußeigenschaften besitzt.
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Claims (9)

  1. Patentansprüche
    . /Verbindung für zwei axial zueinander ausgerichtete elektrische Kabel, die jeweils einen mittigen Leiter und einen diesen umgebende Isolierungsschicht aufweisen, wobei die Isolierungsschichten zur Frellegung einander gegenüberliegender Enden der Leiter weggeschnitten sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung ein Kupplungsteil (3) zur koaxialen mechanischen und elektrischen Verbindung der Leiterenden (1,2) miteinander sowie ein Isollerungsteil (10,15) aufweist, das eine sich um das Kupplungsteil (3) sowie um die Isolierungsschichten (6 bis 9) erstreckende, geschlossene Ringkammer bildet, und einen Fülleinlaß (13) sowie einen Luftauslaß
    (14) besitzt, die beide geschlossen sind, wobei das Isolierungsteil (10,15) eine das Kupplungstell (3) und die Schichten (6 bis 9) Im Abstand umgebende Isollerungshülse (10) aufweist und die Ringkammer mit einem Material
    (15) von hoher Dielektrizitätskonstante gefüllt ist.
  2. 2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial (15) unter Überdruck steht.
  3. 3. Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Isollerungsschlcht (6,7) von einer Abschirmung (8,9) umgeben ist, die zur Frellegung eines Teils der von dem Füllmaterial (15) umgebenen Isollerungsschlcht (6,7) zurückgeschnitten Ist und jeweils von einem der einander gegenüberliegenden Enden der Hülse (10) abgedichtet umgeben Ist.
  4. 4. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (10) von einer Abschirmung (16) umgeben ist.
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  5. 5. Verbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (16). In Inniger Berührung mit der Hülse (10) steht und halbleitend ist.
  6. 6. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (10) von einer zusätzlichen Abschirmung umgeben ist, deren Enden die entsprechenden zugeordneten, einander gegenüberliegenden Enden der Hülse überlappen und mittels Befestigungsmitteln (11,12) an den jeweiligen zurückgeschnittenen Abschirmungen (8,9) festgelegt sind.
  7. 7. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ftillamterial (15) eine wesentlich höhere Dielektrizitätskonstante als die Isolierungsschichten (6,7) besitzt.
  8. 8. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial (15) eine nach dem Einbringen In die Ringkammer aushärtbare Verbindung Ist.
  9. 9. Verfahren zur Herstellung der Verbindung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberliegenden, axial zueinander ausgerichteten Leiterenden zur Bildung einer mechanischen und elektrischen Verbindung miteinander gekuppelt werden, daß die einander benachbarten Kabelendteile mit einer Isolierungshülse umgeben werden und eine sich um die Verbindung sowie um die Isollerungsschlchten herum erstreckende Kammer gebildet wird, die bis auf einen Einlaß und einen Auslaß geschlossen Ist, daß unter gleichzeitigem Ausstoß von Luft durch den Auslaß ein Füllmaterial mit hoher Dielektrizitätskonstante durch den Einlaß hindurch elngebracht'wlrd, daß der Auslaß nach erfolgtem Füllen der Kammer geschlossen wird, daß sodann eine zusätzliche Menge des Materials durch den Einlaß eingedrückt und das in der Kammer enthaltene Material unter Überdruck gesetzt wird, worauf der Einlaß geschlossen und das in der Kammer enthaltene Material unter Überdruck gehalten wird.
    Leerseite
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