DE2951528A1

DE2951528A1 - Geschirmter anschlusstecker fuer hochspannungskabel

Info

Publication number: DE2951528A1
Application number: DE19792951528
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: Amerace Corp
Current assignee: Amerace Corp
Priority date: 1978-12-28
Filing date: 1979-12-20
Publication date: 1980-07-10
Also published as: US4222625A; IT7951147A0; GB2040114A; JPS5591573A; AU5359179A; FR2445634B1; BR7908533A; CA1115798A; IT1120236B; DE2951528C2; NL7909302A; SE7910291L; BE880968A; FR2445634A1; GB2040114B; JPS6346540B2

Description

PATENTANWÄLTE O Q C 1 DR. DIETER V. BEZOLD / W 0 I

DIPL. ING. PETER SCHÜTZ DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER

MAHIA-THEHESIA STRASSE 22 POSTFACB »β»««Ν

D-8OOO MUENCUEN 8β - 6 -

TELEFON ΟβΒ/47β»Οβ

10 697/H/Mü/ga

,,„,-, », ni A ^r, Λ TELEX 022H3S

U.S.Ser.No. 974,084 _{mi(JH4MM 8OMBM}

Filed: December 28, 1978

AMERACE CORPORATION New York, N.Y. (V.St.A.)

Geschirmter Anschlußstecker für Hochspannungskabel

Die Erfindung bezieht sich auf geschirmte Anschlußstecker für Hochspannungskabel und betrifft eine Konstruktion der Abschirmung, die es ermöglicht, den Anschlußstecker für höhere Spannungen zu verwenden, ohne daß schädliche Koronaerscheinungen auftreten, wenn der Stecker nicht mit einer Steckbuchse in Verbindung gebracht ist, jedoch unter hoher Spannung steht.

In der jüngeren Vergangenheit ist man immer mehr dazu übergegangen, die Leitunger, für die Starkstromverteilung in Gewerbeanlagen und Wohngebieten zu verkabeln. Für diese Verteileranlagen sind zahlreiche Baukomponenten wie abgeschirmte Hochspannungskabel, Transformatoren, elektrische Verbindungsstecker und dgl. entwickelt worden. Zu diesen Komponenten gehören auch geschirmte elektrische Steckverbindungen, die im Freien in der Anlage an den Kabelenden angebracht sind, um den Aufbau des Kabelverteilungssystems zu erleichtern. Die mit derartigen Steckverbindungen gekoppelten Vorteile haben den Wunsch aufkommen lassen, die Steckverbindungen zu vereinfachen, wobei sie dennoch erfolgreich sogar bei höheren Spannungen als bisher einsetzbar sein sollen.

030028/0769

POSTSCHECK MÜNCHEN NR. β Bl 4S-8OO - BANKKONTO HVPOBANK MÜNCHEN (BLZ 70O20O4O) KTO. 6ΟΘΟ2.Ί73 78 SWIFT HYPO DE MM

So konnten Verbindungselemente geschaffen werden, die das Verbinden und Lösen eines geschirmten HochspannungsSteckers, etwa eines Winkelsteckers, mit einem Hochspannungsanschluß, z. B. einer Anschlußbuchse, unter Last ermöglichen. Bei Betrieb mit höheren Spannungswerten von mehr als etwa 35 kV können jedoch Koronaerscheinungen an dem nicht angeschlossenen, unter Spannung stehenden Stecker auftreten, die auf die große Felddichte im Luftspalt zwischen dem Kontaktstift des Steckers und seiner Abschirmung bei nicht geschlossener Verbindung zurückzuführen sind. Dadurch stellen sich neben unerwünscht starkem Geräusch auch andere schädigende Erscheinungen ein.

Der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es deshalb, einen geschirmten Hochspannungsstecker zu schaffen, bei dem die Konstruktion der Abschirmung derart ist, daß zwischen dem Steckkontakt und der Abschirmung bei offenem, unter Spannung stehendem Stecker die Feldstärkewerte in dem den Stecker umgebenden Luftraum so herabgesetzt sind, daß Koronaerscheinungen nicht auftreten.

Ein derartiger geschirmter Stecker soll eine möglichst einfach gebaute Abschirmung haben, die für die gewünschte Verminderung des Koronarauschens bei offenem, unter höherer Spannung stehendem Stecker sorgt, und er soll sich am Einsatzort eines Hochspannungsverteilerkabels leicht an dessen Ende anbringen lassen. Ferner ist es nötig, daß der in der erfindungsgemäßen Weise gestaltete, geschirmte elektrische Stecker mit den bereits im Einsatz befindlichen Anschlußkontakten zusammenpaßt. Er muß sich überdies unter Anwendung bisheriger Herstellungstechniken leicht fertigen lassen, wobei es wichtig ist, daß eine Fertigung bei gleichmäßig hoher Qualität in großer Stückzahl auf wirtschaftliche Weise durchgeführt werden kann.

Zur Lösung der obengenannten Aufgabe und unter Beachtung der weiteren angestrebten Ziele wird erfindungsgemäß ein geschirmter elektrischer Anschlußstecker für Hochspannungskabel geschaffen, der ein Gehäuse besitzt, das mit einem kabelseitigen Ende mit dem elektrischen Hochspannungskabel in Verbindung tritt,

030028/0769

während es an seinem Vorder- oder Anschlußende ein Steckkontaktelement trägt, das mit dem Kontaktteil eines Hochspannungsanschlusses in Verbindung tritt. Die sich über die Länge des Gehäuses erstreckende Abschirmung zeichnet sich dadurch aus, daß sie aus einem ersten Abschirmungsabschnitt besteht, der am kabelseitigen Gehäuseende beginnt, und daß ferner ein zweiter Abschirmungsabschnitt im Bereich des Anschlußendes besteht, der vom ersten Abschirmungsabschnitt getrennt ist, so daß die Potentialdifferenz zwischen dem Steckkontaktelement und dem zweiten Abschirmungsabschnitt bei unter Spannung stehendem Stecker kleiner ist als die Potentialdifferenz zwischen dem Steckkontaktelement und dem ersten Abschirmungsabschnitt.

Anhand eines in der Zeichnung im einzelnen dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nun näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Längsschnittdarstellung durch einen geschirmten Hochspannungsstecker und einen Teil einer zugehörigen Anschlußsteckbuchse und

Fig. 2 der Stecker und die Steckkontaktbuchse in zusammengestecktem Zustand ebenfalls in geschnittener Darstellung.

Der erfindungsgemäße Stecker ist in der Zeichnung in einer Ausführungsform als Winkelstecker 10 wiedergegeben, der zum Aufstecken auf eine Hochspannungsanschlußbuchse 12 geeignet ist. Der Winkelstecker 10 befindet sich am Ende eines Hochspannungskabels 14, dessen Innenleiter 16 von einem Isoliermantel 18 und einer äußeren Abschirmung 20 umgeben ist.

Der Winkelstecker 10 weist ein Gehäuse 22 auf, das mit seinem einen Ende über das Ende 24 der Abschirmung 20 und den von der Abschirmung befreiten Abschnitt 26 der Isolierung 18 geschoben ist und das eine Klemme 28 aufweist, die elektrisch und mechanisch mit der Seele 16 des Kabels 14 mittels einer Quetschverbindung zwischen einer Hülse 30 der Anschlußklemme

030028/0769

und der Leiterseele 16 verbunden ist. Das sich zwischen dem kabelseitigen Ende 32 und dem steckerseitigen Ende 34 erstreckende Gehäuse 22 ist im Guß- oder Spritzverfahren aus Elastomerwerkstoffen hergestellt. Ein erster Gehäuseteil 36 ist aus einem isolierenden Elastomer geformt und erstreckt sich im wesentlichen über die gesamte Gehäuselänge. Eine äußere Abschirmung 38 aus leitfähigem Elastomer in Gestalt eines zweiten und eines dritten Gehäuseteils 40 bzw. 42 ist mit dem ersten Gehäuseteil 36 in einer Einheit gegossen oder geformt. Durch ein viertes Gehäuseteil 44 aus leitfähigem Elastomermaterial wird eine innere Abschirmung 44 gebildet, die wiederum einstückig mit dem ersten Gehäuseteil 36 gegossen ist.

Das gesamte Steckergehäuse 22 läßt sich leicht in bekannter Weise am Ende des Kabels 14 befestigen. Dazu wird das kabelseitige Ende des Gehäuses über das Kabelende so weit hinübergeschoben, daß der erste Gehäuseteil 36 das von der Abschirmung befreite Ende 26 der Isolation 18 umspannt und das zweite Gehäuseteil 40 den Kabelschirm 20 im Bereich des Steckergehäuseendes 32 erfaßt, wodurch eine gut isolierende Verbindung gebildet wird und dennoch die Abschirmung auch über das Steckergehäuse erhalten bleibt. Ein Kontaktstift 46 ist in die Anschlußklemme 28 mit einer Gewindeverbindung 48 eingeschraubt und durchzieht koaxial eine Aussparung 50, die sich vom steckseitigen Ende 34 in das Gehäuse 22 hinein erstreckt, wodurch der Aufnahmeraum für die Steckkontaktbuchse 12 gebildet wird. Der Kontaktstift 46 hat einen bestimmten Außendurchmesser D, der dem Innendurchmesser einer Kontakthülse 52 in der Steckkontaktbuchse 12 angepaßt ist.

Die Steckkontaktbuchse 12 bildet den Anschluß eines Hochspannungstransformators 54 und weist eine die Kontakthülse 52 umschließende Isolatorbuchse 56 auf. Wenn der Anschluß zwischen dem Stecker 10 und der Anschlußbuchse 12 hergestellt ist, wie dies die Fig. 2 zeigt, dann fügt sich die Isolatorbuchse 56

030028/0769

genau in die Ausnehmung 50 des Gehäuses ein, und der Kontaktstift 46 ist dann in stromleitender Berührung mit der Kontaktbuchse 52. Eine ringförmige Manschette 58 am steckerseitigen Ende 34 des Gehäuses 22 legt sich auf eine Schulter 59 der Anschlußbuchse 12.

In dem in der Fig. 1 gezeigten Zustand, in welchem der Stecker nicht aufgesteckt ist, soll nun der Zustand betrachtet werden, bei welchem das Kabel 14 und der Winkelstecker 10 Spannung führen. Es baut sich dann ein elektrisches Feld im Luftspalt 60 zwischen dem Kontaktstift 46 und der Abschirmung 38 und speziell zwischen dem Kontaktstift 46 und einem Abschnitt 61 der Abschirmung 38 im Manschettenteil 58 auf. Bei den bisher verwendeten Winkelsteckern ist die Abschirmung geerdet, wenn das mit dem Stecker verbundene Kabel Spannung führt, so daß die Potentialdifferenz und damit auch der Feldgradient am Luftspalt zwischen Kontaktstift und Abschirmung vom Potential zwischen Kontaktstift und Erde abhängig ist. Bei Hochspannung von 35 kV und mehr erfolgt durch die im Luftspalt auftretende Feldstärke bei üblichen Winkelsteckern Koronaentladung. Diese ist mit unangenehmem Prasseln und sonstigen schädlichen Nebenwirkungen verbunden.

Um diese Korona bei nicht eingesteckten, an Hochspannung liegenden Steckern zu vermeiden, ist die Abschirmung 38 zweiteilig aufgebaut, so daß sie aus dem zweiten und dritten Gehäuseteil 40 bzw. 42 besteht, die miteinander nicht leitend verbunden sind. Dadurch ist der dritte Gehäuseteil nicht geerdet, so daß die am Luftspalt 60 auftretende Feldstärke vermindert ist. Der zweite Gehäuseteil 40, der sich axial vom kabelseitigen Ende 32 in Richtung auf das steckseitige Ende 34 des Gehäuses 22 hin erstreckt und das erste, aus Isolierstoff bestehende Gehäuseteil 3 6 umschließt, endet bei 62 mit Abstand vor dem steckseitigen Gehäuseende 34, während der dritte Gehäuseteil 42, der als eine Art Hülse 64 ebenfalls den ersten Gehäuseteil 36 umschließt, sich in axialer Richtung vom steckseitigen Ende 34 aus über den Stecker erstreckt und an einer Kante 66 endet, die der Endkante 62

030028/0769

des zweiten Gehäuseteils 4O mit axialem Abstand gegenübersteht. Die Hülse 64 umschließt den Steckstift 46 koaxial und hält mit ihrer Innenfläche 68 von diesem und von der Aussparung einen radialen Abstand ein, erstreckt sich aber über einen wesentlichen Abschnitt der Aussparung 50 in axialer Länge. Wegen des Abstandes zwischen der Hülse 64 und dem übrigen Teil der Abschirmung in Gestalt des zweiten Gehäuseteils 40 ist die Hülse 64 elektrisch vom übrigen Teil der Abschirmung getrennt. Aufgrund der kapazitiven Kopplung zwischen dem Stift 46 und der Hülse 64 nimmt sie bei spannungführendem Kontaktstift und geerdetem, abschirmenden Gehäuseteil 40 ein bestimmtes Zwischenpotential an, wodurch die Potentialdifferenz zwischen dem Kontaktstift 46 und der Hülse 64 absinkt, was natürlich auch eine Verminderung der Feldstärke im Luftspalt 60 zur Folge hat. Die Koronaerscheinungen werden deswegen verringert oder gänzlich beseitigt.

Da eine Potentialdifferenz zwischen der Hülse 64 und dem zweiten Gehäuseteil 40 entstehen soll, greift der aus isolierendem Material bestehende erste Gehäuseteil 36 mit einem Abschnitt 70 zwischen die einander gegenüberstehenden Ränder 62 und 66 der beiden leitfähigen, abschirmenden Gehäuseteile 40 und 42 ein. Ein weiterer Abschnitt 71 des ersten Gehäuseteils 36 erstreckt sich axial entlang der Innenfläche 68 der Hülse 64 und endet kurz vor dem steckseitigen Ende 34, so daß ein leitfähiger Abschnitt 61 der Manschette 58 freibleibt. Außerdem umspannt ein überzugartiger Teil 72 des ersten Gehäuseteils 36 in axialer Richtung die Außenfläche 74 der Hülse 64, so daß keine äußeren Überschläge von der Hülse 64 auf den zweiten Gehäuseteil 40 auftreten können und eine Bedienungsperson gegenüber der kapazitiven Spannung der Hülse 64 geschützt ist.

Wenn der Winkelstecker 10 auf die Anschlußbuchse 12 aufgesteckt ist, kommt, wie es die Fig. 2 zeigt, die Manschette an der Schulter 59 zur Anlage, und der Manschettenteil 61 der Hülse 64 berührt die geerdete Abschirmung 78 der Anschlußbuchse 12, so daß dann die gesamte Abschirmung 38 geerdet ist.

030028/0769

Die Distanz zwischen den einander gegenüberstehenden Endrändern 62 und 66 ist so gering, daß dadurch keine Unterbrechung in der an sich geschlossenen Abschirmung auftritt.

Der axiale Abstand zwischen dem zweiten und dem dritten Gehäuseteil 40 und 42 reicht aus, um sicherzustellen, daß sie voneinander isoliert sind. Der Abstand soll jedoch so klein wie möglich gehalten werden, damit die Geschlossenheit der Abschirmung nicht beeinträchtigt ist. Ein geeigneter Größenwert für diesen Abstand liegt etwa in der Größe des Durchmessers D des Kontaktstiftes 46.

Es wird deutlich, daß der Winkelstecker 10 gegenüber den bisher bekannten Winkelsteckern nur geringfügig abgeändert worden ist, daß diese Abänderung jedoch die Möglichkeit gibt, ihn mit höheren Spannungen zu betreiben. Somit läßt sich die Herstellung und der Einsatz des Winkelsteckers 10 wirtschaftlich und ohne Schwierigkeit vornehmen, während vom Nutzen der Erfindung Gebrauch gemacht wird.

030028/0769

Claims

ΡΑΓΕΙίΤΑΝΛ/ΑΙ.ΓΕ

DR. DIETER V. BEZOLD

DIPL. ING. PETER SCHÜTZ

DIPL. ING. WOLFGANG HEÜSLER

MAHIA-THKHESIA STRASME 22

PUNTFACU StKMJtW* D-8OOO MUENCUEN 86

10697/H/MÜ/ga

U.S. Ser. No. 974,084 telbgkamm sombbz

Filed: 28. Dezember 1978

TBLKFON Οββ/47β»Οβ

AMERACE CORPORATION New York, N.Y. (V.St.A.)

Geschirmter Anschlußstecker für Hochspannungskabel

Patentansprüche

Geschirmter Anschlußstecker für Hochspannungskabel, mTt dem die Kabelseele mit einem Hochspannungsanschluß verbindbar ist und der ein Gehäuse mit einem kabelseitigen und einem steckseitigen Ende aufweist, das einen ersten Gehäuseteil aus isolierendem Werkstoff und einen zweiten Gehäuseteil aus leitfähigem Werkstoff aufweist, der mit dem ersten Gehäuseteil einstückig verbunden ist, sich vom kabelseitigen Ende in Richtung auf das steckseitige Ende des Gehäuses erstreckt und wenigstens einen Teil des ersten Gehäuseteils als leitfähige Abschirmung umschließt, wobei sich vom steckseitigen Ende her in das erste Gehäuseteil eine Aussparung für die Aufnahme des Hochspannungsanschlusses hinein erstreckt, in der axial ein Kontaktelement angeordnet ist, das mit der Kabelseele des Hochspannungskabels verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Gehäuseteil (40) vor dem steckseitigen Ende des ersten Gehäuseteils (36) endet, daß ein dritter Gehäuseteil (42) aus leitfähigem Werkstoff sich längs des ersten Gehäuseteils (36) vom steckseitigen Ende (34) des Gehäuses (22) in Richtung auf das

030028/0789

POSTSCHECK MÜNCHBN NR. 60148-800 · BANKKONTO HVPOBANK MÜNCHEN (BLZ 7OO2OO4Ol KTO. βΟβΟ23 73 78 SWIFT HYPO DB MM

ORIGINAL INSPECTED

kabelseitige Ende (32) erstreckt und eine weitere Abschirmung darstellt, daß das dritte Gehäuseteil (42) mit einem Endrand (66) dem Endrand (62) des zweiten Gehäuseteils (40) mit Abstand an einer vom steckseitigen Ende (34) des Gehäuses (22) entfernten Stelle gegenübersteht, und daß der dritte Gehäuseteil den ersten Gehäuseteil (36) sowie das Kontaktelement (46) wenigstens zu einem gewissen Teil umgibt und vom Kontaktelement (46) einen allseitigen radialen Abstand einhält, derart, daß er gegenüber dem Kontaktelement (46) und dem zweiten Gehäuseteil (40) durch das erste Gehäuseteil(36) elektrisch isoliert ist, so daß bei spannungsführendem Kabel die elektrische Potentialdifferenz zwischen dem Kontaktelement (46) und dem dritten Gehäuseteil (42) geringer als die elektrische Potentialdifferenz zwischen dem Kontaktelement (46) und dem zweiten Gehäuseteil (40) ist.
2. Stecker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der dritte Gehäuseteil (42) über den größeren Abschnitt der Aussparung (50) in axialer Länge erstreckt.
3. Stecker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der erste und der zweite Gehäuseteil (36,40) einstückig aus elastomeren Werkstoffen geformt sind.
4. Stecker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Gehäuseteil (42) als Hülse (64) aus elastomerem Werkstoff einstückig mit dem ersten Gehäuseteil (36) geformt ist.
5. Stecker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Hochspannungsanschluß in Gestalt einer Anschlußbuchse (12) die Hülse (64) aus elastomerem Werkstoff eine Manschette (58) am steckseitigen Gehäuseende (34) aufweist, die mit der Steckbuchse in Berührung ist.
6. Stecker nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Gehäuseteil (36) sich mit einem Abschnitt (71) entlang der gesamten Innenfläche der Hülse (64) erstreckt.

030028/0769
7. Stecker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Gehäuseteil (36)mit einem Überzug (72) die Außenfläche (74) der Hülse (64) umgibt.
8. Stecker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochspannungsanschluß eine Anschlußbuchse (12) ist, daß die Hülse (64) eine ringförmige Manschette (61) am steckseitigen Gehäuseende (34) aufweist und daß die Innenfläche der Hülse sich in axialer Richtung über den ersten Gehäuseteil (36) hinaus für eine kontaktgebende Berührung der Buchse

(12) erstreckt.
9. Stecker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (64) auf ihrer Außenfläche (74) von dem ersten Gehäuseteil (36) umhüllt ist.
10. Stecker nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Gehäuseteil (42) vom zweiten Gehäuseteil (40) einen axialen Abstand hat.
11. Stecker nach Anspruch 10, dessen elektrisches Kontaktelement einen Kontaktstift von vorgegebenem Durchmesser aufweist, der sich entlang der Steckermittelachse erstreckt und von einer Aussparung im Stecker koaxial umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich der dritte Gehäuseteil (42) rohrförmig koaxial zum Kontaktstift (46) und der Aussparung (50) erstreckt.
12. Stecker nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand zwischen dem zweiten und dem dritten Gehäuseteil (40,42) in der Größenordnung des Durchmessers (D) des Kontaktstiftes (46) liegt.
13. Abschirmung eines elektrischen Anschlußsteckers mit einem Gehäuse, das mit einem ersten Ende mit einem elektrischen Hochspannungskabel verbindbar ist und an seinem zweiten Ende ein elektrisches Kontaktelement aufweist, mit

030028/0769

dem der Stecker mit einer Hochspannungsanschlußklemme verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich entlang dem Gehäuse (22) eine Abschirmung (38) erstreckt, die mit einem ersten Teil (40) im Bereich des kabelseitigen Endes (32) und mit einem zweiten Teil (42) im Bereich des steckseitigen Endes (34) des Gehäuses gelegen ist, und daß der zweite Abschnitt (42) der Abschirmung elektrisch vom ersten Abschnitt (40) derart getrennt ist, daß die Potentialdifferenz zwischen dem Kontaktelement (46) und dem zweiten Abschirmungsabschnitt (42) bei anliegender Spannung geringer als die Potentialdifferenz zwischen dem Kontaktelement und dem ersten Teil der Abschirmung (4Oj ist.
14. Abschirmung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abschirmungsabschnitte (40,42) in axialer Richtung des Gehäuses (22) einen Abstand voneinander haben.
15. Abschirmung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das anschlußseitige Ende des Gehäuses eine sich axial erstreckende Aussparung (50) aufweist, in der der Kontaktstift (46) von gegebenem Durchmesser (D) koaxial verläuft, und daß der zweite Abschnitt der Abschirmung (42) in axialer Richtung wenigstens den Hauptteil der Aussparung koaxial und mit radialem Abstand umschließt.
16. Abschirmung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus Elastomer-Werkstoffen gegossen ist und ein isolierendes Elastomer enthält, während die abschirmenden Teile aus einem leitfähigen Elastomer integral mit dem isolierenden Elastomer gegossen sind.

030028/0769
17. Abschirmung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand (40) zwischen dem ersten und dem zweiten Abschirmungsabschnitt (40,42) von der Größenordnung des Durchmessers (D) des Kontaktstiftes (46) ist.

030028/0769