DE3003166C2 - Steckverbindungseinrichtung für eine Hochspannungsleitung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steckverbindungseinrichtung für eine Hochspannungsleitung, insbesondere Röntgenleitung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Sie findet besonders Anwendung bei Röntgenleitungen, die für den Einsatz in Spannungsbereichen über 10OkV, beispielsweise 160 bzw. 250 kV bestimmt sind.

Die Erfindung geht von einem in der DE-OS 23 55 432 gezeigten und beschriebenen explosionssicheren Verbindungsstück 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 B-ewegung 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 für höhere Spannungen wenif; und für sehr hohe Spannungen, z. B. über 100 kV, überhaupt nicht geeignet. Darüber hinaus besitzt diese Verbindungseinrichtung einen sehr komplizierten Aufbau und ist dementsprechend fertigungsaufwendig.

In der Hochspannungsleitungstechnik sind stromlos und somit spannungsfrei zusammenzuschließende Steckverbindungseinrichtungen 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 für das Schließen der Verbindung mittels einer Kupplungshebelanordnung ausgebildete Haltceinrichtungen vorgesehen, welche hiervon radial absieh'jtkie Zapfen ,Rif'.veiseii. Diese i Idlieeinriehtungen sind im ..!er l.eiUnii' i,iiiicK üenefter oJcr aewelker BlCVPV /vm-;d-:i !■■■:!! :>efes;;sr>. ^nI₁C "um ja·

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ehe des Manteis eingedrückt sind.

Zum Ein- und Ausrücken des Steckers in eine diesen aufnehmende Steckbuchse wird die Kupplungshebelanordnung, welche an den beiden Zapfen der Halteeinrichtung angreift, so betätigt, daß sie das mit dem Stecker versebene Leitungsende ein vorgegebenes Stück in der Einsteckrichtung bewegt und somit den Stecker in die Steckbuchse drückt Da die Übertragung dieser Bewegung über den Außenniante! der Leitung erfolgt, kann hierbei nc: eine beschränkte Kraft aufgewendet werden, bei deren Überschreitung neben einer elastischen ¹ 'srformung von Stecker und Steckbuchse auch eine unerwünschte Stauchung des Manteis eintritt, die eine weitere Steigerung dieser Druckkraft verhindert. Bei Leitungen, insbesondere Röntgenleitungen, die für den Betrieb mit einer Spannung von mehr als 100 kV, beispielsweise 160 bzw. 250 kV bestimmt sind, kann jedoch mit dieser Steckverbindungseinrichtung die elektrische Festigkeit der Verbindung, insbesondere deren Spannungs-Durchschlagsfestigkeit, nicht mehr mit Sicherheit gewährleistet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine leicht ein- und ausrückbare und in der eingerückter: Stellung dauerhaft mit vorgegebener Druckkraft festlegbare Steckverbindungseinrichtung für eine Hochspannungsleitung der beschriebenen Art zu schaffen, welche Einrichtung die Spaltfreiheit und Durchschlagsfestigkeit der Verbindung auch bei höchsten Spannungen mit Sicherheit gewährleistet, wobei die hierzu aufgewendete Druckkraft, welche im eingesteckten Zustand dauernd auf den Stecker einwirkt, entsprechend den jeweiligen Erfordernissen beliebig gesteigert werden kann. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

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 bezie- w hen. Der A.ispruch4 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.

Die Voriaile der Erfindung liegei, vor allem in der dadurch bewirkten hohen Betriebssicherheit der so ausgestalteten Steckverbindungseinrichtung einer Hochspannungsleitung, zufolge der damit bei genorm- yi tem Einrückweg sehr guiau vorgegebenen Kraft, mit welcher die Steckoberfläche gegen jene der Steckbuchse gedruckt und dauerhaft gehalten wird. Darüber hinaus 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. Hierbei ist der Außenmantel der zu verbindenden Hochspannungsleitung von jedweder auf ihn einwirkenden besonderen Zug- oder Druckbeanspruchung frei.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt im Längsschnitt eine am Ende ti einer Hochspannungsleitung festgelegte Steckverbindungscinrichtung.

Line in der Zeichnung nut I bezeichneten Hoehspminungs-Römgenleitung ist an dem in der Zeichnung dargestellten Kabelende von einem Stück ihres Aii3enmantels 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.

Diese Halteeinrichtungen 4 umfassen eine unmittelbar hinter dem konischen Stecker 2 angeordnete Druckhülse 7 mit einer feldsteuernden Erweiterung 12, eine an dieser angreifende und die Druckhülse 7 umgebende Druckfeder 8, eine deren freiem Ende anliegende Zwischenhülse 9 und eine diese umfassende und mit ihr verschraubte Kupplungshülse 50. Diese ist mit einander diametral gegenüberliegenden Zapfen 5 ausgebildet, für den Eingriff einer Kupplungshebeianordnung. 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.

Die Teile der Halteeinrichtung 4 sind — in der Längsrichtung 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 Anpreßdrurk gegen die Innenfläche der Steckbuchse 20. Hierbei kontaktieren die vom Stecker 2 stirnseitig vorragenden Kontaktelemente 3 die betreffenden, hier nicht dargestellten Anschlußelektroden der Steckbuchse 20 mit vorgelagertem Einführungsteil 21 eines hier nicht dargestellten Gehäuses.

Die Druckhülse 7 ist mit etwas Spiel um den Endbereich des Außenmantels der anzuschließenden Hochspannungsleitung 1 so angeordnet, daß die Druckhülse 7 mit ihrem zylindrischen, in der Steckrichtung hinteren Ende in einer Ausnehmung 13 einer Zwischenhülse 9 geführt ist. Diese ist auf Leitung 1 mit Schiebesitz angeordnet und untergreift mit einem hinteren Fortsatz 14 eine elastische Tülle 15, welche sich mit ihrem verjüngten hinteren Ende der Außenfläche des Leiiungsmantels dicht anlegt. Sie schließt dio Halteeinrichtungen 4 mit allmählichem Übergang auf die Mantelaußenfläche ab.

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 u"d 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 Graphitpulver bzw. -paste oder einem Leitlack dienen, welche zwischen dem Abschirni'.irigsendbe "fich 11 und der DruckhüKe 7 angeordnet ist. Auch ist die Krümmung der abgerundeten Stcckcrschulter 6 sowie der ihr anliegenden

Begrenzungsfläche 16 der Dmekhülsenerweiterung 12 dem Feldlinienverlaiif in diesem Bereich ties elektrischen Feldes angenähert. D;i lurch dien' die Erweitc- rung 12 der Druckhülse 7, welche über die I.ciischicht 18 und die Leitungsabschirmung 11 kontak'iercnd mit Erde verbunden ist, neben ihrer Hauptaufgabe der unmittelbaren Kraftübertragung auf das hintere Finde des Steckers 2 auch noch für die Feldsteuerung im Leitungsendbereich, ähnlich einem Kabelendverschluß. Unter Berücksichtigung der so bewirkten Feldsteuerung, der Fertigungstechnologie und der zu übertragenden Druckkraft sind die hintere ßegrcnzungsfläche der abgerundeten Schulter 6 des Steckers 2 und dementsprechend die vordere Begrcnzungsfläche Ib der Drtickhülsenerwciierung 12 mit einem Krümmungsradius zwischen 10 und 25 mm. vnrzugswei.se /wischen 17 und 22mm ausgebildet. Hierbei erstreikt sich im Hinblick auf die Feldsteuerung lie leitfähig'.· Schicht 18 vorzugsweise bis unter die vordere Bcgrerizungsfla'che Ifi Hör nriirlchi'ikf 7 iinil vrrhunlrt sn den feldsteiiernden Bereich elektrisch gut leitend über die Hülse 7 mit der Abschirmung 11 der Hochspannungsleitung t.

Um — entsprechend der vorgesehenen Betriebsspannung — den erforderlichen Anpreßdnick mil genau vorgegebener Kraft zu bewirken und für die Dauer der Steckverbindung unverändert aufrechtzuerhalten, muß die jeweils eingesetzte Druckfeder 8 so ausgebildet und bemessen sein, daß sie ohne nennenswerte Vorspan nung bei einem Feder-Kompressionsweg von maximal 6 mm eine Kraft von wenigstens 750 N, vorzugsweise mehr als 1000 N ausübt. Hierbei entspricht der so spezifizierte Federweg jener Strecke, um welche die Zapfen der Halteeinrichtungen 4 mittels der handelsüblichen Kupplungshebülanordnung in Rinsteckrichtiing bewegt werden, und die angegebene Federkraft den durch praktische Versuche stattgefundenen Krfahrungswerten, welche die hohe Spannungsfestigkeit der Steckverbindungseinrichtung gewährleisten.

In einer fertigungstechnisch günstigen Ausführungsform ist die Druckfeder 8 als hülscnförmiges. elastisches Druckelement aus Natur- oder Synthesckautschuk. 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 Spiralfeder aus hochfestem Federstahl mit kreisförmigem oder quadratischen Querschnittsprofil aus hochfestem Federstahl bevorzugt. Wegen des ungewöhnlichen Feder-Kraf'.-Weg-Parameters hat sich die Ausbildung der Feder 8 mit möglichst wenig Windungen, z. B. nur einer einzigen Windung, als besonders vorteilhaft erwiesen.

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 hochspannungsfeste Steckverbindung als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn sowohl der Sleeker 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 Kegclwinkel führt beim Einschieben des Steckers 2 in die Buchse 20 dazu, daß zunächst eine geringere elastische Verformung stattfindet, welche die Luft aus dem so entstehenden Spaltraum verdrängt und mil zunehmendem Einstckweg und wachsender Einstcckkrafi steigt, wodurch sich eine besonders hohe Spannungsfestigkeit und eine praktisch absolute Spaltfreiheit ergibt.

Wie voranstell*, id erwähnt, ist das hinlere Ende der Druckhulse 7 in einer ringförmigen Ausnehmung 13 der /wischcuhiilse 9 geführt. Diese ist .i;i einem Abschnitt ihrer Oberfläche nut Außengewinde 19 versehen. Dementsprechend ist die sie umfassende Kupplungshül- :>e 10 über einen längeren Bereich ihrer Innenfläche mn InnenL'c'.v inde verschen und insgesamt mil größerer Länge als die /wisehenhülse 9 bemessen sowie mit einer glatten, zylindrischen Außenfläche ausgebildet. Hierbei sind die Querschnittsabmessungen der Kupplungshülse 10 sowie eine zylindrische Ausnehmung des Emfuhrungsteiles 21 einander so ,ingepaßt, daß die Kupplungshülsc 10 in das Einführungsteil 21 des Gehäuses mit geringem Spie¹ eingeschoben werden kann.

Mit den in der beschriebenen Weise ausgebildeten Teilen der Steckverbindungseinrichtung ist deren Montage am Ende einer Leitung 1 sehr einfach. Sie werden entweder vordem Aufschieben und Anvulkanisieren des Steckers 2 oder auch von dem anderen linde der Leitung 1 her auf diese in der vorgesehenen Reihenfolge aufgeschoben. Hierbei wird zunächst die Druckhülse 7 mit ihrer Erweiterung 12 gegen die abgerundete Schulter 6 des Steckers gelegt, sodann die Druckfeder 8 und anschließend die Zwischenhülse 9 nachgeschoben. 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 Zwischenhülse 9 verschrauDt 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 in hierfür vorgesehene Gewindelöcher eingeschraubt oder eingepreßt, sofern sie nicht einstückig mit der Kupplungshülse 10 ausgebildet oder beidseitig daran angeschweißt sind.

Es versteht sich, daß diese Steckverbindungseinrichtung auch mit einem z. B. an der Kupplungshülse 10 angeschw eißten Flansch ausgestattet sein kann, ν Icher deren Befestigung am Einführungsteil 21 mittels den Flansch durchsetzender Schraube ermöglicht, wobei sich die Kupplungshebelanordnung und die hierfür vorgesehenen Zapfen 5 erübrigen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   t. Steckverbindungseinrichtung für eine Hochspannungsleitung, insbesondere Röntgenleitung, mit einem konischen Stecker (2) aus isolierstoff, der an wenigstens einem von der Abschirmung befreiten Leitungsende festlegbar ist, und von dem Kontaktelemente vorragen, und mit in der Einsteckvorrichtung hinter dem Stecker (2) rings um dessen Längsachse angeordneten Halteeinrichtungen (4) |₀ aus Metall, mit zwei hiervon radial abstehenden, einander diametral gegenüberliegenden Zapfen (S) für den Eingriff einer das Einführen und Festlegen des Steckers (2) in einer konischen Steckbuchse (20) bewirkenden Kupplungshebelanordnung, da- ;s durch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtungen (4) eine unmittelbar hinter dem mit einer abgerundeten Schulter (6) ausgebildeten konischen Stecker (2) angeordnete Druckhülse (7) mit einer feldsteuernden Erweiterung (12), eine an dieser angreifende und die Druckhülse (7) umgebende Druckfeöej (8), eine deren freiem Ende anliegende Zwischenhülse (9) und eine diese umfassende und mit ihr verschraubte Kupplungshülse (10) umfassen, welche mit den Zapfen (S) ausgebildet ist.
2. 2. Steckverbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung der Druckhülse (7) bezüglich eines zu verbindenden Leitungsendes mit etwas Spiel bemessen ist, wobei die Druckhülse (7) mit ihrem zylindrischen, in der Steckrichtung hinteren Ende in einer Ausnehmung (13) der mit Schiebesitz angeordneten und mit einem hinteren Fortsatz (14) eine elastische Tülle (15) untergreifenden Zwischenhv'se (9) geführt ist, und daß die Druckhülse (7) an der Erweiterung (12) ihres in der Steckrichtung vorderer 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) einer zu verbindenden Leitung (1) bemessen bzw. eingerichtet ist, wobei die Krümmung der Steckerschulter (6) und der ihr anliegenden Begrenzungsfläche (16) der Druckhülsenerweiterung (12) dem Feldlinienverlauf in diesem Bereich des elektrischen Feldes angenähert sind, und die Druckhülse (7) kontaktierend mit Erde verbunden ist.
3. 3. Steckverbindungseinrichtung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Begrenzungsfläche der abgerundeten Schulter (6) des Steckers (2) und die vordere Begrenzungsfläche (16) der Druckhülsenerweiterung (12) mit einem Krümmungsradius zwischen 10 und 25 mm, Vorzugsweise zwischen 17 und 22 mm ausgebildet sind und dazwischen eine elektrisch leitfähige Schicht (18),

   z. B. aus Graphitpulver bzw. -paste oder einem Leitlack, angeordnet ist.
4. 4. Sleckvei'bindungseinrichtung nach einem der &o Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (8) als an den beiden Enden plangeschliffene Spiralfeder mit mindestens einer federnden Windung ausgebildet, aus hochfestem Federstahl mit kreisförmigem oder quadratisch ·η Ouerschnittspro- &5 fil Oi stellt und su bemessen ist. <!a 13 sic 0)11:1. τιοπΊ;. ns'Afic Vor.p.(liming Ih ι einem Feder Koni ·)Γι .--,ιοιι-,-Λ. ■ 'in. 'D.lMiil.li η.-.ΙΙ'Ί 1.ΊΙ10 K Γ ,1 f' ■.'■::

   wenigstens 750, vorzugsweise mehr als 1000 N ausübt.
5. 5, Steckverbindungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenhülse (9) an einem Abschnitt ihrer Oberfläche mit Außengewinde (19), und die Kupplungshülse (10) über einen längeren Bereich ihrer Innenfläche mit entsprechendem Innengewinde versehen und insgesamt mit größerer Länge als die Zwischenhülse (9) sowie mit einer glatten zylindrischen Außenfläche ausgebildet ist, der das Einführungsteil (21) eines die Steckbuchse (20) und die Kupplungshebelanordnung tragenden Gehäuses mit geringem Spiel angepaßt ist
6. 6. Steckverbindungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelwinkel des Steckers (2) geringfügig kleiner als jener der Steckbuchse (20) bemessen ist, wobei Stecker (2) und Steckbuchse (20) aus elastischem Isolierstoff, z. B. einem abriebfesten synthetischen Kautschuk erstellt sind.