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Hochspannungsleitung mit 5 teckverbindungseinrichtung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochspannungsleitung mit Steckverbindungseinrichtung,
insbesondere Röntgenleitung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Sie findet
besonders Anwendung bei Röntgenleitungen, die fUr den Einsatz in Spannungsbereichen
Uber 100 kV, beispielsweise 160 bzw. 250 kV bestimmt sind.
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Die Erfindung geht von einem in DT-OS 23 55 432 gezeigten und beschriebenen
explosionssicheren Verbindungsstdck für elektrische Leitungen aus, welches mit einer
Druckfeder ausgestattet ist. Diese bewirkt bei den Ein- und Ausrückbewegungen für
die betreffende Verbindung ein schnelles und somit möglichst funkenfreies Koppeln
und Entkoppeln der Steckkontakte, wobei die Steuerung dieser Bewegung mittels einer
zwischen radialen Schlitzen des Kupplungsgehäuses angeordneten Kugel erfolgt, welche
ein hülsenförmiges, durch die Federkraft bewegbares sperrbares Teil gegen die Federkraft
festhält oder frei gibt. Diese Anordnung bezweckt, ein mit Hilfe der Federkraft
bewirktes blitzschnelles Ein- und Auskoppeln dieser explosionssicheren Verbindungsanordnung
unter Spannung, wobei es sich um relativ niedrige Spannungen in einem Bereich unter
10 kV handelt. Sie ist Jedoch fUr höhere Spannungen wenig und für sehr hohe Spannungen,
z.B. über 100 kV, überhaupt nicht geeignet. Darüberhinaus besitzt diese Verbindungseinrichtung
einen sehr komplizierten Aufbau und ist dementsprechend fertigungsaufwendig.
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In der Hochspannungsleitungstechnik sind stromlos und somit spannungsfrei
zusammenzuschließende Steckverbindungselnrichtungen mit einem konischen Stecker
aus Isolierstoff, mit stirnseitig vorragenden Kontaktelementen üblich, der an dem
vom.Außenmantel befreiten Leitungsende fest angebracht ist. Hinter dem Stecker sind
an der Hochspannungsleitung für das Schließen der Verbindung mittels einer Kupplungshebelanordnung
ausgebildete Halteeinrichtungen vorgesehen, welche hiervon radial abstehende Zapfen
aufweisen. Die Halteetnrichtungen sind im Endbereich des Leitungsmantels an diesem
mittels- geriefter oder gewellter Bleche in Zylinderform befestigt, welche um das
betreffende Mantelende herumgelegt und mittels einer mit Kraft darübergeschobenen
Hülse in die Außenfläche des Mantels eingedrückt sind.
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Zum Ein- und Ausrücken des Steckers in eine diesen aufnehmende Steckbuchse
wird die Kupplungshebelanordnung, welche an den beiden Zapfen der Halteeinrichtungen
angreift, so betätigt, daß sie das mit dem Stecker versehene Leitungsende ein vorgegebenes
Stück in der Einsteckrlchtung bewegt und somit den Stecker in die Steckbuchse drückt.
Da die Ubertragung dieser Bewegung über den Außenmantel der Leitung errolgt, kann
hierbei nur eine beschränkte Kraft aufgewendet werden, bei deren Uberschreitung
neben einer elastischen Verformung von Stecker und Steckbuchse auch eine unerwünschte
Stauchung des Mantels eintritt, die eine weitere Steigerung dieser Druckkraft verhindert.
Bei Leitungen, insbesondere Röntgenleitungen, die rür den Betrieb mit einer Spannung
von mehr als 100 kV, beispielsweise 160 bzw. 250 kV bestimmt sind, kann jedoch mit
dieser Steckverbindungseinrichtung die elektische Festigkeit der Verbindung, insbesondere
deren Spannungs-Durchschlagsfestigkeit, nicht mehr mit Sicherheit gewährleistet
werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Hochspannungsleitung
der beschriebenen Art eine leicht Ein- und Ausrückbare und in der eingerückten Stellung
dauerhaft mit vorgegebener Druckkraft festlegbare Steckverbindngselnrichtung zu
schaffen, welche die Spaltfretheit und Durchschlagsfestigkeit der Verbindung auch
bei höchsten Spannungen mit Sicherheit gewährleistet, wobei die hierzu aufgewendete
Druckkraft, welche im eingesteakten Zustand dauernd auf den Stecker einwirkt, ohne
Beanspruchung des Leitungsmantels, entsprechend den Jeweiligen Erfordernissen beliebig
gesteigert werden kann. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung
gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
mit den Ansprüchen 2 bis 6 angegeben, von welchen sich der Anspruch 2 auf spezielle
Gestaltungsmerkmale der zugleich auch für die Feldsteuerung ausgebildeten Druckhülse,
und der Anspruch 3 auf die Ausgestaltung des Steckers beziehen. Der Anspruch 4 betrifft
Besonderheiten einer hierfür verwendeten Druckfeder und der Anspruch 5 Einzelheiten
der Ausgestaltung von Zwischenhülse und Kupplungshülse zu deren Schraubverbindung,
während der Anspruch 6 auf eine bevorzugte Ausführung von Stecker und Buchse bezogen
ist.
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Die Vorteile der Erfindung liegen vor allem in der dadurch bewirkten
hohen Betriebssicherheit der so ausgestalteten Steckverbindungseinrichtung einer
Hochspannungsleitung, zufolge der damit bei genormtem Eindrückweg sehr genau vorgegebenen
Kraft, mit welcher die Steckeroberfläche gegen jene der Steckbuchse gedrückt und
dauerhaft gehalten wird. Darüberhinaus bringt die Erfindung den Vorteil, daß die
Einrückkraft unmittelbar auf die abgerundete hintere Schulter des konischen Steckers
einwirkt, der seinerseits mit der Leitungsisolierung dauerhaft fest verbunden, vorzugsweise
daran anvulkanisiert ist, wobei der Außenmantel dieser Hochspannungsleitung von
jedweder auf ihn einwirkenden besonderen
Zug oder Druckbeanspruchung
frei ist. Diese und weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind nachstehend
anhand eines in der Zeichnung.veranschaulichten AusfUhrungsbeispieles näher erläutert.
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Die Zeichnung zeigt im Längsochnttt das Ende einer Hochspannungsleitung
mit Steckverbindungseinrichtung.
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Eine in der Zeichnung mit 1 bezeichneten Hochspannungs-Röntgenleitung
ist an dem in der Zeichnung dargestellten Kabelende von einem Stück ihres Außenmantels
sowie ihrer Abschirmung 11 befreit, wobei unmittelbar auf dem so frei gelegten Endbereich
der Leitungsisolierung ein konischer Stecker 2, z.B. aus synthetischem Gummi, festvulkanisiert
ist, In Steckrichtung-hinter dem stirnseitig vorragende Kontaktelemente 3 aufweisenden
und an seinem weiteren hinteren Ende mit einer abgerundeten Schulter 6 ausgebildeten
konischen Stecker 2 sind Halteeinrichtungen 4 angeordnet, welche zum Einrücken des
Steckers in eine Steckbuchse 20 dienen.
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Diese Halteeinrichtungen 4 umfassen eine unmittelbar hinter dem konischen
Stecker 2 angeordnete Druckhülse 7 mit einer feldsteuernden Erwetterung 12, eine
an dieser angreifende und die Druckhülse 7 umgebende Druckfeder 8, eine deren-Freiem
Ende anliegende Zwtschenhülse 9 und eine diese umfassende und mit ihr verschraubte
Kupplungshülse 10. Diese ist mit einander diametral gegenüberliegenden Zapfen 5
ausgebildet, für den Eingriff einer Kupplungshebelanordnung. Aus Gründen der besseren
Übersicht ist die zum Ein- und Ausrücken des Steckers sowie zu dessen Festlegen
in der Steckbuchse 20 eingerichtete Kupplungshebelanordnung in der Zeichnung nicht
dargestellt, zumal es sich hierbei um eine dem Fachmann bekannte Einrichtung handelt.
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Die Teile der. Halteeinrichtung 4 sind - gegenüber dem Außenmantel
der Hochspannungsleitung verschiebbar - einander so zugeordnet, daß der Kraftfluß
von den Zapfen 5, an welchen die Kupplungshebelanordnung angreift, über die Kupplungshülse
10, an welcher die Zapfen befestigt sind, und die mit ihr verschraubte Zwischenhülse
9 sowie über die Druckfeder 8 an die Druckhülse 7 verläuft. Diese überträgt mit
ihrer Erweiterung 12 die auf sie ausgeübte Druckkraft unmittelbar auf den Stecker
2 und drückt diesen mit dem durch die Jeweils verwendete Feder 8 vorgegebenen Anpreßdruck
gegen die Innenfläche der Steckbuchse 20. Hierbei kontaktieren die vom Stecker 2
stlrnseitAg vorragenden Kontaktelemente 3 die betreffenden, hier nicht dargestellten
Anschlußelektroden der Steckbuchse 20 mit vorgelagertem Einführungsteil 21 eines
hier nicht dargestellten Gehäuses.
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Die Druckhülse 7, ist um den Endbereich des Außenmantels der Hochspannungsleitung
1 mit etwas Spiel so angeordnet, daß sie mit ihrem zylindrischen, in der Steckrichtung
hinteren Ende in einer Ausnehmung 13 einer Zwischenhülse 9 geführt ist.
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Diese ist auf Leitung 1 mit Schiebesitz angeordneten und untergreift
mit einem hinteren Fortsatz 14 eine elastische Tülle 15, welche sich mit ihrem verjüngten
hinteren Ende der Außenfläche des Leitungsmantels di oht anlegt. Sie schließt die
Halteeinrichtungen 4 mit allmähllchem Übergang auf die Mantelaußenfläche ab.
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Ferner ist die Druckhülse 7 an der Erweiterung 12 ihres in der Steckrichtung
vorderen Endes ringwulstförmig, mit einer der abgerundeten Schulter 6 des Steckers
2 genau angepaßten vorderen bzw. inneren Begrenzungsfläche 16 und einer ebenen,
radial auswärts gerichteten Hinterfläche 17 ausgebildet und zum Kontaktieren der
abgesetzten Abschirmung 11 der Leitung 1 eingerichtet. Hierzu kann eine elektrisch
leitfähige Schicht 18, z.B. aus Graphttpulver bzw. -paste oder einem Leitlack dienen,
welche zwischen dem Abschirmungsendbereich 11 und
der Druckhülse
7 angeordnet ist. Auch ist die Krümmung der abgerundeten Steckerschulter 6 sowie
der ihr anliegenden Begrenzungsfläche 16 der Druckhülsenerweiterung 12 dem Feldlinienverlauf
in diesem Bereich des elektrischen Feldes angenähert. Dadurch dient die Erweiterung
12 der Druckhülse 7, welche über die Leitschicht 18 und die Leitungsabschirmung
11 kontaktierend mit Erde verbunden ist, neben ihrer Hauptaufgabe der unmittelbaren
Kraftübertragung auf das hintere Ende des Steckers 2 auch noch für die Feldsteuerung
im Leitungsendbereich, ähnlich einem Kabelendverschluß.
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Unter Berücksichtigung der so bewirkten Feldsteuerung, der Fertigungstechnologie
und der zu übertragenden Druckkraft sind die hintere Begrenzungsfläche der abgerundeten
Schulter 6 des Steckers 2 und dementsprechend die vordere Begrenzungsfläche 16 der
Druckhülsenerweiterung 12 mit einem KrUmmungsradius zwischen 10 und 25 mm, vorzugsweise
zwischen 17 und 22 mm ausgebildet. Hierbei erstreckt sich im Hinblick auf die Feidsteuerung
die leitfähige Schicht 18 vorzugsweise bis unter die vordere Begrenzungsfläche 16
der Druckhülse 7 und verbindet so den feldSteuernden Bereich elektrisch gut leitend
über die Hülse 7 mit der Abschirmung 11 der Hochspannungsleitung 1.
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Um - entsprechend der vorgesehenen Betriebsspannung - den erforderlichen
Anpreßdruck mit genau vorgegebener Kraft zu bewirken und für die Dauer der Steckverbindung
unverändert aufrecht zu erhalten muß die Jeweils eingesetzte Druckfeder 8 so ausgebildet
und bemessen sein, daß sie ohne nennenswerte Vorspannung bei einem Feder-Kompressionsweg
von maximal 6 mm eine Kraft von wenigstens 75 Kp, vorzugsweise mehr als 100 Kp ausübt.
Hierbei entspricht der so spezifizierte Federweg jener Strecke, um welche die Zapfen
der Halteeinrichtungen 4 mittels der handelsüblichen Kupplungshebelanordnung in
Einsteckrichtung bewegt werden, und die
angegebene Federkraft den
durch praktische Versuche stattgefundenen Erfahrungswerten, welche die hohe Spannungsfestigkeit
der Steckverbindungseinrichtung gewährleisten.
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In einer fertigungstechnisch günstigen Ausführungsform ist die Druckfeder
8 als hülsenförmiges, elastisches Druckelement aus Natur- oder Synthesekautschuk,
mit von den beiden Enden gegen dessen mittleren Bereich zunehmenden Querschnittsprofil
ausgebildet. Für die genauere Vorgabe der Federkonstante wird eine an den beiden
Enden plangeschliffene Spiralreder aus hochfestem Federstahl mit kreisförmigem oder
quadratischen Querschnittsprofil aus hochfestem Federstahl bevorzugt. Wegen des
ungewöhnlichen Feder- Kraft-Weg-Parameters hat sich die Ausbildung der Feder 8 mit
möglichst wenig Windungen,z.B. nur einer einzigen Windung, als besonders vorteilhaft
erwiesen.
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Obgleich die Steckbuchse 20 aus einem festen Isolierstoff, z.B. Glas
oder Porzellan bestehen kann, wobei also allein der Stecker 2 elastisch ist, hat
es sich für die angestrebte hochspannungsfesteSteckverbindung als besonders vorteilhaft
erwiesen, wenn sowohl der Stecker 2 als auch die Steckbuchse 20 aus elastischem
Isolierstoff, z.B. einem abriebfesten, synthetischen Kautschuk erstellt sind, wobei
der Kegelwinkel des Steckers 2 geringfügig kleiner als Jener der Steckbuchse 20
bemessen sein kann. Dieser geringfügige Unterschied im Kegelwinkel führt beim Einschieben
des Steckers 2 in die Buchse 20 dazu, daß zunächst eine gerLngere elastische Verformung
stattfindet, welche die Luft aus dem so entstehenden Spaltraum verdrängt und mit
zunehmendem Etnsteckweg und wachsender Einsteckkraft steigt, wodurch sich eine besonders
hohe Spannungsfestigkeit und eine praktisch absolute Spaltfreiheit ergibt.
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Wie vorausgehend erwähnt, ist das hintere Ende der Druckhülse 7 in
einer ringförmigen Ausnehmung 13 der Zwischenhülse 9 geführt. Diese ist an einem
Abschnitt ihrer Oberfläche
mit Außengewinde 19 versehen. Dementsprechend
ist die sie umfassende Kupplungshülse 10 über einen längeren Bereich ihrer Innenfläche
mit Innengewinde versehen und insgesamt mit größerer Länge als die Zwischenhülse
9 bemessen sowie mit einer glatten, zylindrischen Außenfläche ausgebildet.
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Hierbei sind die Querschnittsabmessungen der Kupplungshülse 10 sowie
eine zylindrische Ausnehmung des Einführungsteiles 21 einander so angepaßt, daß
die Kupplungshülse 10 in das E1nrUhrungsteil 21 des Gehäuses mit geringem Spiel
eingeschoben werden kann.
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Mit den in der beschriebenen Weise ausgebildeten Teilen der Steckverbtndungsetnrichtung
dieser Hochspannungsleitung 1 ist deren Montage auf dieser sehr einfach. Sie werden
entweder vor dem Aufschieben und Anvulkanisieren des Steckers 2 oder auch von dem
anderen Ende der Leitung 1 her auf diese in der vorgesehenen Reihenfolge aufgeschoben.
Hierbei wird zunächst die DruckhUlse 7 mit ihrer Erweiterung 12 gegen die abgerundete
Schulter 6 des Steckers gelegt, sodann die Druckfeder 8 und anschließend die Zwtschenhülse
9 nachgeschoben.
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Die Kupplungshülse 10 ist so bemessen, daß sie auch von vorne, d.h.
über den Stecker 2 auf die Halteeinrichtungen 4 gebracht, und in der vorgesehenen
Lage mit dem Außengewinde 19 der Zwtschenhülse 9 verschraubt werden kann. Zugleich
umfaßt sie das vordere Ende der über den Fortsatz 14 der Zwischenhülse 9 aufgeschobenen
elastischen Hülle 15 und legt diese so an den Halteeinrichtungen 4 fest. Schließlich
werden die Zapfen 5 tun hterfür vorgesehene Gewindelöcher eingeschraubt oder eingepreßt,
sofern sie nicht einstückig mit der Kupplungshülse 10 ausgebildet oder beidseitig
daran angeschweißt sind.
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Es versteht sich, daß die erfindungsgemäße Hochspannungsleitung 1
mit Steckverbindungseinrichtung auch mit einem z.B. an der Kupplungshülse 10 angeschweißten
Flansch ausgestattet sein kann, welcher deren Befestigung am Einführungsteil 21
mittels den Flansch durchsetzender Schrauben ermöglicht, wobei sich die Kupplungshebelanordnung
und die hierfür vorgesehenen Zapfen 5 erübrigen.