DE2621642C2 - Stoßverbinder zum Verbinden von Hochspannungskabeln - Google Patents

Description

auf, da Mittel vorgesehen sind, die gewährleisten, daß die Bestandteile des Stoßverbinders während seines Zusammenbaus im Freien sowie auch in seinem späteren Betriebszustand zwangsweise in der richten gegenseitigen Zuordnung sind.

Die kombinierte Wirkung der mechanischen Festigkeit und der verbesserten Wärmeübergangsfähigkeit, die von dem Wärmeübergangsmantel hervorgerufen wird, sorgt für einen gesteigerten mechanischen Zusammenhalt und eine Leistungsübertragungsfähigkeit der Verbindung entsprechend wie bei durchgehenden Kabeln. Insbesondere bilden das Gehäuse und die Adapterhülsen eine dichte Isolierung für die freigelegten Enden der Innenleiter, die jedes Eindringen von Schmutz, Wasser und dergieichen verhindert Der erfindungsgemäße Stoßverbinder ist für einen weiten Bereich von Kabeldurchmessern einsetzbar und gewährleistet den Einsatz höherer elektrischer Spannungen.

Eine bevorzugte Ausführungsform des rrfindungsgemäßen Stoßverbinders wird nun anhand der Zeichnungen erläutert In diesen ist

F i g. 1 ein teilweise aufgebrochener Längsschnitt der Ausführungsform des Stoßverbinders zum Verbinden von Hochspannungskabeln,

F i g. 2 ein Schnitt auf der Linie 2-2 der F i g. 2,

F i g. 3 ein Längsschnitt der fertigen Stoßverbindung und

F i g. 4 eine vergrößerte Einzelheit aus der F i g. 3.

F i g. 1 zeigt die Bestandteile des Stoßverbinders 10, wie sie zum Verbinden zweier Hochspannungskabel 12 und 14 zusammengebaut werden. Die Kabel 12,14 weisen jeweils einen Innenleiter 16 auf, den eine Isolierung 18 umgibt, die ihrerseits von einer leitenden Abschirmung 20 umgeben ist Ein Teil der Abschirmung 20 ist am Ende des Kabels entfernt, um einen Abschnitt der Isolierung (bei 22) offenzulegen, und auch ein Teil dieser Isolierung 18 ist entfernt worden, um das Ende 24 jedes Innenleiters 16 freizulegen.

Der Verbinder 10 weist ein äußeres Gehäuse 30, ein Paar Adapterhülsen 32, ein elektrisches Kontaktelement in Form einer metallischen Hülse 34 sowie einen Wärmeübergangsmantel 36 auf, der in zwei einzelne Teile aufgeteilt dargestellt ist. Nach der Vorbereitung der Enden der Kabel 12, 14 zum Freilegen der Abschnitte 22 der Isolierung und der Teile 24 jedes Verbinders werden die Bestandteile des Verbinders wie folgt zusammengebaut.

Das Gehäuse 30. dessen Innenbohrung 40 einen größeren Durchmesser als den·Außendurchmesser des Kabels 12 bzw. 14 aufweist, wird auf das Ende eines der Kabel (in diesem Fall das Kabel 12) aufgeschoben und das Kabel ein Stück hinaufgeschoben, damit es unmittelbar am Kabelende zunächst nicht im Wege ist Diese Schiebebewegung erfährt nur geringen Widerstand, da die Bohrung 40 einen größeren Durchmesser hat als das Kabel. Sodann wird eine Adapterhülse 32 auf jedes Kabel aufgesetzt Jede Adapterhülse 32 ist aus elastomerem Material hergestellt und weist eine Mittenbohrung 42 mit einer Innenfläche 44 auf. Die relativen Abmessungen des Durchmessers der Innenfläche 44 und der Durchmesser der Länge 22 der Isolierung 18 sind so gewählt, daß die Bohrung 42 sich aufweitet, wenn die Adapterhülse 32 auf das Kabel aufgesetzt und so angeordnet wird, wie dargestellt, und fest genug auf der Isolierung aufliegt, um auf dem Kriechstrompfad entlang der Außenfläche des Abschnitts 22 der Isolierung 18 zwischen dem Abschluß der Abschirmung und dem Ende 48 der Hülse eine dielektrische Festigkeit zu gewährleisten, die ausricht, daß kein Strom z-wischen dem Leiter 16 und der Abschirmung 20 die Isolierung 18 entlang fließen kann.

jede Adapterhüse 32 weist einen ersten Teil 50 aus isolierendem elastomerem Material, einen zweiten Tei! 52 aus elektrisch leitendem elastomerem Material sowie einen dritten Teil 54 aus elektrisch leitendem elastomerem Material auf. Vorzugsweise sind die einzelnen Teile durch gemeinsames Formen aneinandergefügt so daß die Übergänge 56,58 zwischen den Teilen stetig und frei von Hohlräumen sind, sämtliche der Teile 50,52 und 54 weisen eine gemeinsame Außenfläche 59 auf. Der leitende Teil 52 hat einen Bohrungsteil 60, der an der Abschirmung 20 anliegt und in elektrischer Verbindung mit ihr steht

Nachdem die Adapterhülsen 32 in ihre Arbeitsstellung gebracht sind, werden die Enden 24 der Leiter 16 dauernd angeschlossen. Ein Verbindungsverfahren ist die freigelegten Leiterabschnitte 24 in eine Hülse 34 einzuführen und die Hülse dann dauerhaft auf jedem Leiter festzulegen — beispielsweise durch Aufquetschen bei 62 (vergl. F i g. 2) —, um eine Verbindung bei 63 herzustellen. Ein weiteres Verfahren ist, die freigelegten Leiterteile 24 unmittelbar miteinander zu verschweißen. Weitere Anschlußarten sind der Fachwelt bekannt

Der Zusammenbau des Stoßverbinders wird zur Herstellung der Stoßverbindung 64 der F i g. 3 vervollständigt, indem man das Gehäuse 30 auf die Adapterhülsen 32 aufzieht und damit die freigelegten angeschlossenen Abschnitte 24 der Leiter 16 umschließt Die Abmessungen der Bohrung 40 des Gehäuses sind relativ zu den Außenflächen 59 der Adapterhülsen 32 so gewählt, daß die Bohrung 40 sich aufweitet und eine Auflagekraft zwischen dem Gehäuse und den Adapterhülsen entlang der Trennfläche 66 ausübt, die die erforderliche Abdichtung bewirkt, gleichzeitig aber auch dem Kriechstrompfad entlang jeder Trennfläche 66 zwischen den leitenden Teilen 52 und 54 der Adapterhülsen 32 die erforderliche dielektrische Festigkeit erteilt.

Wie am besten in F i g. 3 zu sehen, bleibt infolge des seitlichen Abstands der Oberfläche der Bohrung 40 von dem angeschlossenen freigelegten Ende 24 der Leiter 16 in der fertigen Stoßverbindung 64 ein erheblicher Spalt 68 zwischen dem Gehäuse und den Leitern in der Nähe der dauerhaften Verbindung 63 zwischen den freigelegten Teilen der Leiter. Während des Betriebs der Stoßverbindung muß die in den Leitern erzeugte Wärme abgeleitet werden, indem sie durch das Gehäuse hindurch zum Außenraum abfließt, wie auch die Wärme von den Kabelleitern durch die Isolierung und die Abschirmung hindurch abgeleitet wird, damit die Kabel mit hohem Wirkungsgrad arbeiten können.

Bei höheren Spannungen muß die in der Verbindung eingesetzte Isolierung dicker ausgeführt werden, was ihre Fähigkeit senkt, Wärme von den angeschlossenen Leiterteilen abzuleiten. Damit bei diesen hohen Spannungen auch ausreichend hohe Leistungen übertragen werden können, ist erwünscht, Mitte! vorzusehen, mit denen die an der Verbindungsstelle erzeugte Wärme besser abgeleitet werden kann. Um die Fähigkeit zu erhöhen, Wärme von der Verbindung 63 durch das Gehäuse 30 hindurch abzuleiten, wird ein WärmeübergahfcSmantel 36 auf die verbundenen freigelegten Leiterteile 24 und die Hülse 34 aufgesetzt, bevor man das Gehäuse 30 über die Hülsen 32 zieht, um die Verbindung zu vervollständigen. Der Wärmeübergangsmantel 36 ist aus einem Material mit ausreichend hoher War-

meleitfähigkeit ausgeführt und als aus Aluminium bestehend dargestellt; er füllt den Spalt 68 im wesentlichen aus und bewirkt eine wirkungsvollere Ableitung der erzeugten Wärme. Die Montage des Wärmeübergangsmantels 36 wird erleichtert, indem man den Mantel in s zwei einzelnen Teilen 30 ausführt, die sich auf die Verbindung 63 aufsetzen und dann — beispielsweise mit Schrauben 70 — miteinander verbinden lassen.

Der Wärmeübergangsmantel 36 ist im zusammengebauten Zustand im wesentlichen rohrförmig und weist eine Wandung aus massivem wärmeleitenden Material mit einer seitlichen Breite bzw. Dicke radial zwischen der allgemein zylindrischen Außenfläche 72 ist im wesentlichen der gleiche wie der der Außenflächen 59 der Adapterhülsen 32, so daß die Außenfläche 72 an der is Oberfläche der Bohrung 40 des Gehäuses 30 anliegt Der Durchmesser der Innenfläche 74 ist gering genug, um den Mantel 36 so nahe an die Verbindung 63 heranzubringen wie praktisch ist, aber groß genug, daß Unterschiede im Gesamtdurchmesser der Verbindung 63 zwischen den freigelegten Enden 24 der Leiter 16 an der Hülse 34 noch aufgenommen werden können. Infolge der Notwendigkeit, solche Unterschiede aufzunehmen, ist ein kleinerer Spalt 78 zwischen der Innenfläche 74 und der Verbindung 63 vorgesehen. Der Spalt 78 ist ebenfalls mit einem Material verhältnismäßig hoher Wärmeleitfähigkeit ausgefüllt, indem man die Verbindung 63 vor dem Aufsetzen der Teile 38 des Wärmeübergangsmantels 36 auf die Verbindung mit einem Band 80 hoher Wärmeleitfähigkeit umwickelt. Auf diese Weise wird Wärme auf wirkungsvolle Weise von den freigelegten Enden 24 der Innenleiter 16 und der Hülse 34 über das Band 80 und den Wärmeübergangsmantel 36 an das Gehäuse abgegeben. Diese wirkungsvolle Wärmeableitung ermöglicht, die Verbindung mit geeigneten Leistungswerten, aber bei höheren Spannungen, d. h. mehr als 46 kV, zu betreiben, als bisher möglich war, mit Verbindungen derjenigen Art, die aus im Werk hergestellten Teilen im Feld hergestellt werden.

Zusätzlich dazu, daß er den Widerstand gegen einen Wärmeübergang über einen wesentlichen Teil des Durchmessers der Verbindung verringert, erreicht der Wärmeübergangsmantel 36 weitere wesentliche Ziele. Der Mantel 36 weist Mittel auf, um die Bestandteile der Verbindung während des Zusammenbaus und im Betrieb relativ zueinander in der richtigen Zuordnung zu halten. Jede Adapterhülse 32 weist an ihrem Ende 48 eine Umfangsnut 82 auf. Jedes einzelne Teil 38 des Wärmeübergangsmantels 36 weist eine Umfangsrippe 84 auf, die am Ende 86 des Mantelteils einwärts vorsteht Der Wärmeübergangsmantel 36 ist in Längsrichtung lang genug, daß beim Zusammenbau der Teile 38 des Wärmeübergangsmantels 36 um die Verbindung 63 herum und bei in der richtigen gegenseitigen Zuordnung liegenden Adapterhülsen 32 die Rippen jeweils in eine zugehörige Nut 82 eingreifen, wie in F i g. 3 und 4 gezeigt, damit die Hülsen 32 die richtige Lage einnehmen und die Hülsen 32 sowie der Mantel 36 in der richtigen relativen Lage gehalten werden. Auf diese Weise ist eine Längsbewegung der Adapterhülsen 32 relativ zueinander verhindert

Wenn dann das Gehäuse 30 auf die Adapterhülsen 32 und den Mantel 36 aufgebracht wird, greift ein Vorsprung im Gehäuse, der als Umfangsrippe 88 einwärts auf der Oberfläche der Bohrung 40 dargestellt ist, in eine entsprechende Nut 90 ein, die in Umfangsrichtung um den Wärmeübergangsmantel herum verläuft, so daß das Gehäuse 30 ebenfalls in der richtigen Lage relativ zu den Adapterhülsen 32 festgehalten wird.

Infolge der Steife des zusammengebauten Wärmeübergangsmantels 36 und der Art und Weise, in der der Mantel 36 in Eingriff mit den Hülsen 32 steht, den Raum zwischen den aneinanderstoßenden Enden 48 der Hülsen 32 überbrückt und im wesentlichen ausfüllt, wird die zusammengebaute Verbindung verstärkt und mit einem hohen Maß an mechanischer Festigkeit und Steife versehen. Die kombinierten Wirkungen der mechanischen Festigkeit und der Wärmeübergangsfähigkeit, die von dem Wärmeübergangsmantel 36 erteilt werden, tragen dazu bei, den mechanischen Zusammenhalt und die Leistungsübertragungsfähigkeit der Verbindung an die entsprechenden Werte der Kabel selbst heranzubringen.

Um den Zusammenhalt der Verbindung 64 weiter aufrechtzuerhalten, sind die freigelegten Leiterteile 24 gegenüber der Trennfläche 66 abgedichtet, so daß Feuchtigkeit oder andere Schadstoffe, die aus dem Inneren der Kabel hervortreten können, während die Leiter an der Verbindungsstelle 63 freigelegt werden, nicht an die Trennflächen 66 gelangen können. Eine Umfangslippe 92 steht in jede Nut 82 auswärts vor, und an jede Lippe 92 legt sich eine Rippe 84 an, wie in F i g. 4 ersichtlich, um an jedem Ende 48 jeder Adapterhülse 32 eine wirksame Abdichtung zu erreichen. Die auf diese Weise hergestellten Dichtungen halten Feuchtigkeit oder andere Schadstoffe, die an den Leiterabschnitten 24 auftreten können, in dem zusammgengebauten Wärmeübergangsmantel 36 fest Zusätzlich kann man auf die Flächen 96, 98 der Teile 38 des Mantels 36 eine Dichtmasse 94(F i g. 2) aufbringen, damit das Innere des Mantels 36 dicht auf der Anordnung der Teile 38 aufliegt

Die elektrische Spannungsbelastung innerhalb der Verbindung 64 ist wie in F i g. 3 ersichtlich, auf geeignete Weise abgestuft, indem man am Gehäuse 30 elektrisch leitende Teile 100 an dessen Enden sowie einen hülsenartigen Teil 102 aus elektrisch leitendem Material vorsieht, das an die Bohrung 40 zwischen den Gehäuseenden angrenzt Die Teile 100 und 102 sind aus einem elektrisch leitenden Elastomer gefertigt. Die Teile 100 sind elektrisch mit entsprechenden Teilen 52 der Adapterhülsen 32 verbunden, damit sich ein stetiger Übergang im Verlauf der elektrischen Spannungsbelastungen von den Enden 46 jeder Abschirmung 20 entlang der Verbindung von einem zum anderen Ende derselben ergibt Ein äußerer Teil 104 aus elektrisch leitendem Material bewirkt eine durchgehende Abschirmung über die Verbindung zwischen den Abschirmungen 20 der Kabel. Der Teil 102 ist elektrisch an die Teile 54 der Adapterhülsen 32 und an die Verbindung 63 angeschlossen, so daß das Innere der Verbindung, die im Teil 102 liegt, in eine Umhüllung mit im wesentlichen gleichen elektrischem Potential eingebracht und damit eine schädliche elektrische Spannungsbelastung von Hohlräumen innerhalb der Verbindung vermieden ist, während gleichzeitig der Verlauf der elektrischen Spannungsbelastung zwischen den aneinanderstoßenden Enden 48 der Adapterhüisen 32 auf geeignete Weise abgestuft wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 2 und daß jede Lippe so angeordnet ist, daß sie mit Patentansprüche: einer Lippe in dem Wärmeübergangsmantel in Eingriff steht, um die Verbindung innerhalb des Wärme-

1. Stoßverbinder zum Verbinden von Hochspan- Übergangsmantels abzudichten und dadurch die nungskabeln mit jeweils einem Innenleiter, einer den 5 Verbindung und die freigelegten Enden der Innenlei-Innenleiter umgebenden Isolierung und einer um die ter von der Zwischenfläche zwischen jeder Adapter-Isolierung gelegten Abschirmung, wobei der Verbin- hülse und dem Gehäuse zu isolieren.

der ein Paar Adapterhülsen, die auf jeweils ein Ende

jedes Kabeis aufbringbar sind, einschließt, mit einer

Verbindungseinrichtung für die freigelegten Enden 10 der Innenleiter, mit einem auf die Adapterhülsen

aufsetzbaren Gehäuse sowie mit einer Verbindungs- Die Erfindung betrifft einen Stoßverbinder zum Vereinrichtung, die sich an die Adapterhülsen entlang binden von Hochspannungskabeln mit jeweils einem Ineiner Trennfläche zwischen jeder Hülse und dem nenleiter, einer den Innenleiter umgebenden Isolierung Gehäuse anlegt, und die Verbindung zwischen den 15 und einer um die Isolierung gelegten Abschirmung, wofreigelegten Enden der Innenleiter umschließen, bei der Verbinder ein Paar Adapterhülsen, die auf jedadurch gekennzeichnet, daß ein Wärme- weils ein Ende jedes Kabels aufbringbar sind, einübsrgangsmantel (36) mit relativ hoher Wärmeleit- schließt, mit einer Verbindungseinrichtung für die freifähigkeit vorgesehen ist, der auf die Verbindung zwi- gelegten Enden der Innenleiter, mit einem auf die Adapschen den freigelegten Teilen (24) der Innenleiter 20 terhülsen aufsetzbaren Gehäuse sowie mit einer Ver-(16) aufsetzbar ist, daß die Länge des Mantels (36) bindungseinrichtung, die sich an die Adapterhülsen entausreicht, um sich in Längsrichtung zwischen den lang einer Trennfläche zwischen jeder Hülse und dem Adapterhülsen (32) zu erstrecken und daß die Dicke Gehäuse anlegt, und die Verbindung zwischen den freides Mantels ausreicht, um sich in radialer Richtung gelegten Enden der Innenleiter umschließen, zwischen den Verbindern und dem Gehäuse zu er- 25 Die Entwicklung von unterirdischen Stromversorstrecken, und daß komplementäre Glieder (84, 82) gungsnetzen, besonders in Bereichen mit leichter Induauf dem Wärmeübergangsmantel (36) und den strie, Geschäften und in Wohngegenden, hat an Bedeu-Adapterhiilsen (32) vorgesehen sind, um den Mantel tung gewonnen und verschiedene Stromnetzteile, wie fest mit jeder Adapterhülse zu verbinden, um die spezielle Kabel, Transformatoren und elektrische Ver-Adapterhülsen in Längsrichtung eindeutig festzule- 30 binder sind für den Einsatz in solchen Netzen entwickelt gen und eine Bewegung relativ zueinander zu ver- worden. Von Wichtigkeit war dabei auch die Entwickhindern, lung von Stoßverbindern von Hochspannungskabeln

2. Stoßverbinder nach Anspruch 1, dadurch ge- mit jeweils einem Innenleiter, die sich im Freien leicht kennzeichnet, daß die komplementären Glieder (88, zusammenbauen lassen. Bekannte Stoßverbinder dieser 90) auf dem Gehäuse (30) und dem Wärmeüber- 35 Art gehen aus den DE-OS 21 19 804 und 21 32 418 hergangsmantel (36) angeordnet sind, wobei die Glieder vor, die sich im Freien geeignet zusammenbauen lassen (88, 90) das Gehäuse relativ zu dem Wärmeüber- und für zuverlässige Verbindungen der Hochspangangsmantel eindeutig festlegen. nungskabel sorgen. Ein Problem stellt bei diesen be-

3. Stoßverbinder nach Anspruch 2, dadurch ge- kannten Stoßverbindern jedoch die Wärmeabführung kennzeichnet, daß eine Nut (90) sich uhifangsmäßig 40 aus dem Bereich der Verbindung zwischen den freigeum die äußere Oberfläche des Mantels (36) zwischen legten Enden der Innenleiter dar.

ihren Enden erstreckt und daß eine sich einwärts Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

erstreckende hervorstehende Rippe (88) zwischen Stoßverbinder zum Verbinden von Hochspannungska-

den Enden des Gehäuses (30) vorgesehen ist, um mit bein gemäß der eingangs erwähnten Art so zu gestalten,

der Nut (90) in Eingriff zu stehen. 45 daß eine verbesserte Wärmeabführung aus dem Bereich

4. Stoßverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis der Verbindung zwischen den freigelegten Enden der 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeüber- Innenleiter nach außen bei gleichzeitiger Erhöhung der gangsmantel (36) ein im wesentlichen starres, rohr- mechanischen Festigkeit des Stoßverbinders erreicht förmiges, sich in Längsrichtung erstreckendes Glied werden kann.

aufweist, das in Längsrichtung in Teile (38, 38) ge- 50 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, spalten ist zwecks Anbringung über sich gegenüber- daß ein Wärmeübergangsmantel mit relativ hoher Wärstehenden Endteilen der Adapterhülse (32) und der meleitfähigkeit vorgesehen ist, der auf die Verbindung Verbindung zwischen den freigelegten Enden der zwischen den freigelegten Teilen der Innenleiter auf-Innenleiter (16). setzbar ist, daß die Länge des Mantels ausreicht, um sich

5. Stoßverbinder nach Anspruch 4, dadurch ge- 55 in Längsrichtung zwischen den Adapterhülsen zu erkennzeichnet, daß jeder Teil (38) des aufgespaltenen strecken und daß die Dicke des Mantels ausreicht, um Mantels (36) eine Rippe (84) aufweist, die sich seitlich sich in radialer Richtung zwischen den Verbindern und einwärts erstreckt, und daß das gegenüberstehende dem Gehäuse zu erstrecken, und daß komplementäre Ende jeder Adapterhülse (32) eine komplementäre Glieder auf dem Wärmeübergangsmantel und den Nut (82) zur Aufnahme einer entsprechenden Rippe 60 Adapterhülsen vorgesehen sind, um den Mantel fest mit (84) einschließt, um die Adapterhülsen relativ zuein- jeder Adapterhülse zu verbinden, um die Adapterhülsen ander eindeutig festzulegen. in Längsrichtung eindeutig festzulegen und eine Bewe-

6. Stoßverbinder nach Anspruch 4, dadurch ge- gung relativ zueinander zu verhindern, kennzeichnet, daß jede Rippe (84) eine ununterbro- Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemächene umfangsmäßig verlaufende Rippe ist, und jede 65 Ben Stoßverbinders ergeben sich aus den Unicransprü-Nut (82) eine ununterbrochene umfangsmäßig ver- chen.

laufende Nut ist, daß eine umfangsmäßig verlaufen- Der erfindungsgemäße Stoßverbinder weist ein node elastomere Lippe (92) in jeder Nut vorgesehen ist, hes Maß an elektrischer und mechanischer Festigkeit