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Übergangsverbindungsmuffe für unterschiedliche
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Starkstromkabelsysteme Die Erfindung bezieht sich auf eine Übergangsverbindungsmuffe
für unterschiedliche Starkstromkabelsysteme, insbesondere für den Übergang von Papiermassekabeln
auf kunststoffisolierte Kabel, bestehend aus einem nach außen abgeschlossenen Hohlkörper
mit wenigstens einer Verbindungshülse und einer Isolierwicklung.
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In den Energieversorgungsnetzen werden in zunehmendem Maße kunststoffisolierte
Kabel verlegt, die im Laufe der Zeit die bisher eingesetzten Papiermassekabel ersetzen
sollen. Außer den Verbindungsstellen von Kabelsystemen gleicher Art kommt e8 hierbei
auch zu Verbindungsstellen von unterschiedlichen Kabelsystemen. Die hierfür erforderlichen
Ubergangsverbindungsmuffen können im wesentlichen in zwei Ausführungsformen unterteilt
werden. Hierbei unterscheidet man eine nasse (ölgetränkte) und eine trockene AusfUhrung.
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Die Übergangsverbindungsmuffe in der nassen Ausführung entspricht
weitgehend einer Muffe für Massekabel. Die Isolationswicklung besteht aus ölgetränktem
Papier und befindet sich direkt auf der Aderisolation. tbn das Abwandern des Öls
in das kunststoffisolierte Kabel zu verhindern, befindet sich auf der Aderisolation
unmittelbar am Kabelmantel ein Verschlußwickel. Da diese Wickelanordnung in einer
von einer Schutzmuffe umgebenen Innenmuffe aus Metall untergebracht ist, kann das
Ölpapier im Kabel und in der Wicklung nachgetränkt werden.
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Die tbergangsverbindungsmuffe in Troc kenausführung ist weitgehend
wie eine Kunststoffverbindungsmuffe aufgebaut. Um zu verhindern, daß das Kabelöl
an die Kunststoffteile des Kabels bzw. der Isolierwicklung gelangt, wird eine Sperrbewicklung
direkt auf das Papier über die gesamte Länge der abgesetzten Isolierung aufgebracht.
Das isolierende Teil innerhalb der Muffe besteht aus gewickelten, zumeist selbstverschweißenden
Kunststoffbändern.
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Die WickluPgsanordnungen für beide Ausführungsarten befinden sich
in einer äußeren Schutzmuffe bzw. einem rohrförmigen Körper, wo sie in Vergußmasse
eingebettet sind.
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Die beiden bekannten Ausführungsarten von Übergangsverbindungsmuffen
werden jedoch kaum den Anforderungen beider Kabelsysteme gerecht, da sie je nach
Ausführungsart entweder vorwiegend für den Kunststoffbereich oder überwiegend für
den Massebereich ausgelegt sind.
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So ist bei der nassen Ausführungsart das kunststoffisolierte Kabel
lediglich am Mantel gegen das Eindringen von Öl geschützt.
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Die abisolierte Kunststoffader ist von einem ölgetränkten Papierwickel
umgeben. Nun hat das Polyäthylen bzw. vernetzte Polyäthylen jedoch die Eigenschaft,
im Öl aufzuquellen.
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Bei Inbetriebnahme einer Muffe der nassen Ausführungsart erwärmt sich
die Kunststoffisolation und versucht sich auszudehnen. Diese Bewegung versucht der
gewickelte Papierkonus zu verhindern, da er einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten
als die Kunststoffisolation aufweist. Da das Konusende keine Bandage mehr gestattet,
kann es vorkommen, daß die Aderisolation an dieser Stelle bei der Ausdehnung platzt,
was die Zerstörung der Muffenverbindung zur Folge hat.
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Für eine Muffe der nassen Ausführungsart ist ferner der Dichtwickel
am Kabelmantel problematisch, da an den Abschirmdrähten des Kabels eine Abdichtung
nur sehr schwer zu erzielen ist. Das Öl der Innenmuffe kann an dieser Stelle in
den Mantel abwandern.
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Die bekannten tibergangsverbindungsmuffen in der trockenen Ausführungsform
sind vorzugsweise für den Einsatz in flachem Gelände geeignet. In hügeligem Gelände
scheidet ein Einsatz dieser über gangsverbindungsmuffe dann aus, wenn ein Endverschluß
unterhalb dieser Muffe zu montieren ist. Hierbei trocknet die Papierisolation des
Kabels bis zur Höhe des Massestandes im Endverschluß aus. Die Trockenbauweise der
Ubergangsverbindungsmuffe gestattet demnach keine Ölzufuhr. Das ausgetrocknete Papier
verliert somit sein Isolationsverhalten und an diesen Stellen erhöht sich für das
Kabel die Gefahr eines Durchschlages vom Leiterpotential zur Abschirmung beträchtlich.
Man könnte hieraus den Schluß ziehen, eine Übergangsverbindungsmuffe unterhalb des
Endverschlusses einzubauen, doch läßt sich dies in der Praxis nicht immer durchfuhren.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Übergangsverbindungsmuffe
der eingangs geschilderten Art zu entwickeln, die außerhalb der Verbindungshülse
eine einwandfreie und dauerhafte Trennung des Kunststoff- und Massebereichs in nasser
oder trockener Ausführungsform gestattet und sich unabhängig von der jeweiligen
Geländeform einsetzen läßt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Isolierwicklung
aus einer Band- und einer Papierwicklung besteht, die durch einen im Abstand über
der Verbindungshülse angeordneten, rotationssymmetrischen Isolierkörper voneinander
getrennt sind, dessen Außenwand und eine der Wicklungen von ölbeständigem Material
abdichtend umgeben sind, und daß die Innenwand des Isolierkörpers mit einem Rohr
ausgekleidet und der verbleibende Raum zwischen Rohr und Verbindungshülse mit einem
mittig durch eine Dichtung unterbrochenen Kontakt element ausgefüllt ist.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß sich
eine derartige Übergangsverbindungsmuffe im wesentlichen lageunabhängig einsetzen
läßt, dabei den Gegebenheiten des Eunststoff-und des Massebereichs gleichermaßen
gerecht wird und außerdem eine variable Verwendung in nasser oder trockener Ausfuhrungsform
ermöglicht. Isolierkörper und ölbeständiges Material einerseits und Verbindungshülse,
Dichtung und Rohr andererseits bilden eine zuverlässige und sichere Ölsperre.
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Eine wirkungsvolle Trennung des Massebereichs vom Kunststoffbereich
wird nach einer Ausführungsform der Erfindung dadurch erreicht, daß der Isolierkörper
aus einem zylindrischen Mittelteil besteht, das zu beiden Seiten in einen Konus
übergeht, der gegebenenfalls mit Stufen versehen ist.
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Während das zylindrische Mittelteil der Dichtung mit dem ölbeständigen
Material dient, wird durch die konischen Flanken des Isolierkörpers ein Radialspalt
vermieden und damit die Durchschlagsgefahr im Bereich der Trennfuge zwischen den
jeweiligen Aderisolationen und den jeweiligen Wickeln im wesentlichen beseitigt.
Die Stufenform dient hierbei der Auflage der Wickelbänder.
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Bs hat sich nun als zweckmäßig herausgestellt, wenn das Rohr flach
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung aus einem leitenden, nichtmagnetischen
Werkstoff, z.B. Kupfer oder leitfähigem Kunststoff, besteht und fugenlos in die
Bohrung des Isolierkörpers eingelassen ist, wobei die Länge des Rohres mit der Länge
des Isolierkörpers übereinstimmend gehalten ist.
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Hierbei hat sich als Vorteil herausgestellt, daß das Rohr nicht nur
zur Feldglättung des Leiterpotentials beiträgt, sondern durch Erweiterung der Oberfläche
eine Verringerung der Feldstärke zur Folge hat. Außerdem vermeidet die fugenlose
Einfügung des Rohres in den Isolierkörper den Einschluß von Luft.
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Auch ist die Erfindung dadurch weitergebildet, daß das Kontaktelement
zwischen dem Rohr und der Verbindungshülse aus einem Kontaktwickel oder aus Kontaktfedern
besteht.
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Damit wird vorteilhafterweise das gleiche Potential zwischen der Verbindungshülse
und dem Rohr hergestellt.
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Um diese Muffe auch für höhere Spannungsreichen einsetzen zu können,
ist es zweckmaßig, wenn nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung der Kontaktwickel
zu beiden Seiten des Rohres konisch ausläuft und mindestens eine Lage des Kontaktwickels
das Rohr an seinen Enden umschließt.
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Durch die Form der Kontaktwickel wird somit vorteilhafterweise eine
technische Übereinstimmung mit der herkömmlichen Ausführung der Verbindungshülse
erreicht.
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Nun kann man einerseits eine derartige Muffe in nasser Ausführungsform
betreiben, indem der Hohlkörper nach einer Ausführungsform der Erfindung als eine
metallene, mit Öl zu füllende Innenmuff-e mit einer der Leiterzahl entsprechenden
Anzahl von abdichtbaren Ausgängen ausgebildet ist, die zusätzlich von einer äußeren
Schutzmuffe umgeben ist.
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Mit dieser Nachtränkungsmöglichkeit kann die Muffe vorteilhafterweise
unabhängig von der Gelände- und Bodenstruktur verlegt werden.
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Zum Schutz des Kunststoffbereichs hat es sich als zweckmäßig herausgestellt,
daß das den Isolierkörper tangierende ölbeständige Material nach einer Seite der
Innenmuffe über ein Stützrohr herausziehbar angeordnet ist und zur anderen Seite
der Innenmuffe den Isolierkörper überlappt und einen Teil der Papierwicklung abdeckt.
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Damit ist in jedem Fall sichergestellt, daß der Kunststoffbereich
der Muffe vor dem Öl geschützt ist. Ferner bewirkt das Uberlappen des ölbeständigen
Schrumpfschlauches über den Isolierkörper hinaus, daß sich der Weg zwischen beiden
Potentialen vergrößert. Damit wird vorteilhafterweise an dieser Stelle ein Durchschlag
vermieden. Das Stützrohr wirkt hierbei als Stabilisationsfaktor.
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Andererseits kann diese Muffe aber auch in trockener Ausführungsform
eingesetzt werden, wenn nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung der Hohlkörper
ein die Verbindungsstelle abdeckender Schrumpfschlauch ist, innerhalb dessen im
Abstand hierzu das ölbeständige Material angeordnet ist, welches den Isolierkörper
abdichtend tangiert und diesen überlappt und andererseits den im Massebereich liegenden
Wickel vollkommen umschließt, wobei der auslaufende Schrumpfschlauch das Ende des
ölbeständigen Materials übergreift und die Enden des ölbeständigen Materials und
des Schrumpfschlauches jeweils mit einem plastischen Dichtwickel unterlegt sind.
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Das wiederum bietet den Vorteil, daß diese Muffe in trockener Ausführungsform
für ein beschränktes Einsatzgebiet bis maximal 10 kV Betriebsspannung betrieben
werden kann. Das als Ölsperre
wirkende ölbeständige Material verhindert
vorteilhafterweise das Auslaufen der molmasse aus dem Kabel im Massebereich und
dichtet somit in Zusammenarbeit mit dem Isolierkörper den Kunststoffbereich vollkommen
ab. Die plastische Masse unterhalb der Enden des ölbeständigen Materials und des
Schrumpfschlauches bewirkt dabei vorteilhafterweise einen Ausgleich der bei Lastwechsel
auftretenden Ausdehnungen und Schrumpfungen. Der Schrumpfschlauch verhindert das
Eindringen von Feuchtigkeit in die Muffe, womit ein wirksamer Abschluß nach außen
erreicht wird. Damit kann auf fjede äußere Schutzmuffe verzichtet werden.
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Aus Sicherheitsgründen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß nach
einer weiteren Ausbildung der Erfindung an der Innenseite des Schrumpfschlauches
ein Band oder ein Schlauch aus Metall, vorzugsweise Kupfer, angeordnet ist.
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Damit ist die Muffe weitgehend vor Beschädigungen von außen geschützt.
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Es dient auch dem Schutz dieser Muffe, wenn in weiterer Ausgestaltung
der Erfindung das dem Massebereich zugeordnete Ende des Schrumpfschlauches mit einem
kurzen Schrumpfschlauch überzogen ist.
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Nach einer Weitergestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft
herausgestellt, wenn das dem Kunststoffbereich zugeordnete Ende der Muffe mit einer
Schrumpfaufteilungskappe abgeschlossen wird, die mit einer der Leiteranzahl entsprechenden
Anzahl von Öffnungen versehen ist und an deren Innenseite ein Stützrohr eingeschoben
ist, wobei ein einziger Schrumpfschlauch alle Verbindungsstellen einschließt und
mit der über dem Stützrohr liegenden Fläche der Schrumpfaufteilungskappe eine überlappende
Verbindung bildet.
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Damit erhält man nicht nur einen sicheren Abschluß auf der Kunststoffseite,
sondern zusätzlich mit Hilfe des Stützrohres einen Stabilisator für die einzuführenden
Einleiterkabel.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insgesamt darin,
daß sich der Isolierkörper sowohl in der nassen als auch in der trockenen Ausführungsform
für eine Übergangsverbindungsmuffe einsetzen läßt und in beiden Fällen für eine
klare Trennung der unterschiedlichen Bereiche gesorgt ist. Dies bewirkt, daß eine
Zerstörung des Kunststoffbereiches dieser Muffe sowohl durch das Öl in der Blechinnenmuffe
als. auch durch das Kabelöl des Massekabels weitgehend ausgeschlossen ist. Auch
im Fall des Nachtränkens ist ein gleichbleibender Massestand im Papiermassekabel
gewährleistet. Somit bleiben auch dem Papiermassekabel die mechanischen und elektrotechnischen
Eigenschaften voll erhalten.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig.1 eine Übergangsverbindungsmuffe
für den Übergang von einem Dreileiter-Papiermassekabel auf drei Einleiter-Kunststoffkabel
in nasser Ausführungsform, teilweise im Schnitt Ring.2 eine Verbindungsstelle dieser
übergangsverbindungsmuffe für eine höhere Spannungsreihe, im Schnitt F;3 eine Übergangsverbindungsmuffe
für den Übergang von einem Dreileiter-Papiermassekabel auf drei Einleiter-Kunststoffkabel
in trockener Ausführungsform, teilweise im Schnitt Fç4 die Ausgänge dieser Muffe
auf der Kunststoffseite, im Schnitt Wie Fig. 1 zeigt, besteht die Übergangsverbindungsmuffe
aus je einer Verbindungsstelle für die zu verbindenden Leiter und einer diese Verbindungsstellen
umschließenden Innenmuffe 9, die von einer zusätzlichen, hier nicht dargestellten,
äußeren Schutzmuffe umgeben ist. Die Verbindungsstellen sind hierbei für alle Leiterverbindungen
gleich,
so daß sich die Beschreibung im wesentlichen auf eine Verbindung beschränken kann.
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Die Leiter 22a, b (c nicht dargestellt) eines im Aufbau bekannten
Papiermassekabels 22 sind einzeln in die Innenmuffe 9 eingeführt, deren Ausgänge
11 abgedichtet sind. In der Innenmuffe 9 sind die Leiterenden an Ende bis zur Ader
abgesetzt, im Bereich bis zur Leiterisolation bis auf die Papieraderisolation 23
bzw. bis auf die Feldbegrenzungsschicht 24 aus Rußpapier.
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Die einzelnen gleichfalls im Aufbau bekannten kunststoffisolierten
Einleiterkabel 25a, b (c nicht dargestellt) sind mit Stopfbuctsrerschraubungen 26a,
b (c nicht dargestellt) in die Innenmuffe 9 eingeführt. Die einzelnen Leiter sind
hierbei an den Enden bis zur Ader abgesetzt, im nachfolgenden Bereich bis zur Aderisolation
27 und für den restlichen Bereich zur Leiterisolation hin bis zur Felbegrenzungsschicht
28 aus Graphitierung und Rußpapier.
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Über beide Aderenden ist eine Verbindungshülse 3 geschoben, die von
einem Kontakt element 8 umgeben ist. Dieses Kontaktelement 8 ist lediglich durch
eine etwa in der Mitte befindliche ölfeste Dichtung 7 unterbrochen. Über dem Kdntaktelement
8 und der Dichtung 7 befindet sich ein Isolierkörper 4, in dessen Bohrung ein Rohr
6 aus einem nichtmagnetischen Metall, z.B. Kupfer, oder einem leitfähigen Kunststoff
untergebracht ist. Der Isolierkörper 4 besitzt ein zylindrisches Mittelteil, das
mit einem über den Isolierkörper 4 gezogenen ölbeständigen Material 5 eine Dichtfläche
bildet. Der Isolierkörper 4 läuft zu beiden Seiten konsich aus und endet mit dem
eingeschobenen Rohr 6 auf der Oberfläche der jeweiligen Aderisolation 23 bzw. 27.
Auf der Masseseite ist auf den einen Konus des Isolierkörpers 4 und auf die Papierisolierung
23 eine konusförmige Papierwicklung 2
aus ölgetränktem Papier direkt
aufgetragen. Auf der Kunststoffseite ist auf den anderen Konus des Isolierkörpers
4 und auf die Aderisolation 27 eine Bandwicklung 1 aus selbstverschweißenden Bctndern
aufgetragen.
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Das ölbeständige Material 5 überlappt den Isolierkörper 4 zur Masseseite
in einem gewissen Bereich. Zur anderen Seite ist es jeweils über ein Stützrohr 10
innerhalb der Stopfbuchsverschraubung 26a, b, c aus der Innenmuffe 9 herausgeführt.
Dieses Stützrohr 10 wird über den jeweiligen Mantel der Einleiterkabel 25a, b, c
und die dazugehörigen Schirmdrähte 29 geschoben. Darüber hinaus sind die Stopfbuchsverschraubungen
26a, b, c mit Kabelkitt 30 gegen das Eindringen von Vergußmasse auch von außen her
geschützt. Zur äußeren Felbegrenzung sind auf der Masseseite eine Schicht 31 aus
Rußpapier auf die Papierwicklung 2 und auf der Kunststoffseite ein Leitband 32 auf
die Bandwicklung 1 aufgebracht.
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Wie Fig. 2 zeigt, sind bei dieser Ausführungsform der Übergangsverbindungsmuffe
die Kontaktelemente 8 so ausgelegt, daß sie hinter den Enden des Rohres 6 konisch
auslaufen und dabei jeweils die Leiterglättungen 33 beider Kabel kontaktieren. Die
Kontaktelemente 8 sind dabei im Bereich der Rohrenden 34 als Wickel mit einer Lage
über das Rohr 6 gewickelt. Im übrigen stimmt die Verbindung mit der in Fig. 1 gezeigten
Darstellung überein, So ist die Verbindungshülse 3 von der Dichtung 7 und den Kontaktelementen
8 umgeben. Hierüber befindet sich der Isolierkörper 4 mit dem in seiner Bohrung
eingelassenen Rohr 6.
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Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform stimmt der innere Aufbau
der Verbindungsstelle mit der Ausführungsform nach Fig. 1 überein. Dies betrifft
die Verbindungshülse 3, die die Adern der Enden der jeweiligen Leiter 22a und 25a;22b
und 25b, (22c und 25c nicht dargestellt) einfaßt, die darüber befindlichen Kontaktelemente
8
aus Leitband und Rußpapier, die durch die Dichtung 7 getrennt sind, und den Isolierkörper
4 mit dem eingelassenen Rohr 6 und schließlich die Band 1- und Papierwicklung 2,
die auf den konischen Teil des Isolierkörpers 4 und auf die Aderisolationen 23 und
27 direkt aufgebracht sind. Zwischen den Bereichen der Aderisolationen 23 und 27
und den Mänteln des Papiermassekabels 22 bzw. der kunststoffisolierten Einleiterkabel
25 befinden sich Feldbegrenzungsschichten aus Rußpapier 24 bzw. Graphitierung und
Rußpapier 28.
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Das ölbeständige Material 5 tangiert den Isolierkörper 4 abdichtend,
überlappt diesen zum Kunststoffbereich 18 hin und ist zum Massebereich 14 hin bis
zur Leiterisolrung geführt, wo er unter Einfügung eines plastischen Dichtwickels
15 auf dem Mantel des Papiermassekabels 22 eng umschließend aufliegt.
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Die gesamte Verbindungsstele einer Ader ist nach außen durch einen
Schrumpfschlauch 13a abgedeckt und zusätzlich durch ein innerhalb des Schrumpfschlauches
13a befindliches Band oder einen Schlauch 16 aus Metall vor äußeren Beschädigungen
geschützt.
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Hierbei kontaktiert der Schlauch oder das Band 16 den Mantel des Papiermassekabels
22 und die Schirmdrähte 29 des kunststoffisolierten Einleiterkabels 25. Der Schrumpfschlauch
13a überlappt auf der Masseseite 14 das ölbeständige Material 5 und endet gleichfalls
unter Einfügung eines plastischen Dichtwickels 15 auf dem Mantel des Papiermassekabels
22. Dabei ist ein freies Teilstück zwischen einer Stahlbewehrung 35, einem Kontaktwickel
36 und den einzelnen Mänteln des Papiermassekabels 22 mit einem kurzen Schrumpfschlauchende
17 geschützt.
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Fig. 4 zeigt die Ausgangsseite der Ubergangsverbindungsmuffe im Kunststoffbereich.
Der Abschluß wird durch eine Schrumpfaufteilungskappe 19 gebildet, die entsprechende
Öffnungen 20 für die kunststoffisolierten Kabel 25a, b (c nicht dargestellt) aufweist.
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Unter der Schrumpfaufteilungskappe 19 befindet sich ein Stützrohr
21, das für alle eingeführten Kabel 25a, b, c gemeinsam ist.
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Gemeinsam ist auch ein Schrumpfschlauch 13b, der die gesamte Verbindungsstelle
nach außen hin abschließt, und dabei die Schrumpfaufteilungskappe 19 in einem gewissen
Bereich überlappt, womit auch an dieser Stelle ein dichter Abschluß erreicht wird.