DE3888130T2 - Verbindung von Energiekabeln. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden einer Verbindung zwischen elektrischen Energiekabeln und eine Verbindung, die zwischen solchen Kabeln ausgebildet ist und gilt insbesondere für mittlere Spannungsenergiekabel, das sind Kabel, die für die Verwendung mit einer Betriebsspannung von 600/1000 V ausgelegt sind, äedoch 21000/36000 V nicht überschreiten.
• Derartige Kabel müssen natürlich ausreichend isoliert sein, und dies gilt ebenso für die Verbindungen, die zwischen zwei Kabeln ausgebildet sind.
• Ein Verfahren zum Verbinden, das allgemein im Einsatz ist, verwendet hochgradig isoliertes Material, das ist ein Material mit einer hohen elektrischen Durchbruchstärke sowohl für die elektrische Isolation als auch für die Schutzkapselung, jedoch führt dies dazu, teuer zu sein.
• Ein weniger teures Verfahren verwendet hochgradiges Material für die elektrische Isolation und ein niedrigergradiges Material für die Schutzkapselung.
• In beiden Fällen jedoch ist es erforderlich für das hochgradige Material, im engen Kontakt mit der ursprünglichen Kabelisolation zu sein. Wird dieses Erfordernis nicht beachtet, beispielsweise wenn luftgefüllte Hohlräume zwischen der ursprünglichen Kabelisolation und dem aufgebrachten Isolationsmaterial vorhanden sind, dann kann die elektrische Aktivität an den Zwischenflächen die Zerstörung des aufgebrachten Isolationsmaterials oder der ursprünglichen Kabelisolation bewirken, was zu einem vorzeitigen Verbindungsdefekt führen kann.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindung von isolierten Leitern zweier Energiekabel aus den Schritten: Umhüllen der Enden der miteinander verbundenen Leiter mit einer Hülse aus festem, elektrisch isolierendem Material, die entlang eines Teils ihrer Innenfläche zwischen ihren Enden einen Einsatz aus einem Material mit einschließt, das stärker elektrisch leitend ist als die Hülse, in der Weise, daß der Einsatz in elektrischem Kontakt mit den miteinander verbundenen Leitern ist und die Enden der Hülse über die Kabelisolation hinaus vorstehen, mit einem ringförmigen Spalt dazwischen, Einleiten in die Verbindung ein härtbares, elektrisch isolierendes Material in flüssigem Zustand, das geringer elektrisch leitend im festen Zustand als der Einsatz ist und das ausreichend flüssig ist, um in den ringförmigen Spalt zwischen den vorspringenden Enden der Hülse und der Kabelisolation einzudringen und diesen zu füllen und Zulassen des Aushärtens des Materials, um die Verbindung einzukapseln.
• Gemäß eines anderen Aspekts stellt die Erfindung eine Verbindung von isolierten Leitern zweier Energiekabel zur Verfügung, mit einem Element, das die Leiter miteinander verbindet, einer Hülse, die die miteinander verbundenen Leiter umgibt und Enden aufweist, die über die Kabelisolation vorstehen, um an jedem Ende einen ringförmigen Spalt dazwischen zu bilden, mit einem Einsatz, der entlang eines Teils der Innenfläche der Hülse zwischen ihren Enden miteingeschlossen ist und in elektrischem Kontakt mit den miteinander verbundenen Leitern steht, mit einem Material, das die Verbindung einkapselt und die ringförmigen Spalte füllt, wobei die Hülse und das einkapselnde Material elektrisch isolierend und geringer elektrisch leitend als der Einsatz sind.
• Bei einer derartigen Verbindung kann die Hülse aus einem hochgradig festen isolierenden Material mit geeigneter Gestalt und Abmessungen geformt werden, um eine entsprechende elektrische Isolation zu schaffen und das einkapselnde Material kann dann nur aus einem niedriggradigen isolierenden Material bestehen, bevorzugt aus einem Harz. Der Einsatz liegt auf dem gleichen elektrischen Potential wie die Leiter, so daß quer über das einkapselnde Material, das zwischen den miteinander verbundenen Leitern und der Hülse liegt, keine Potentialdifferenz auftritt und daher keine elektrische Durchschlagstärke für dieses Material erforderlich ist. Dies ist wichtig, da Leerräume oder Blasen häufig in den schwierig einzufüllenden, niedergradigen Harzen insbesondere in dünnen Harzabschnitten auftreten, wobei solche Leerräume elektrisch unbelastet sein würden.
• Die Kombination der gestalteten Hülse und eines einkapselnden Materials, das ausreichend flüssig während des Kapselungsprozesses ist, vermeidet die Notwendigkeit, einen engen Kontakt zwischen dem hochgradigen Material und der Kabelisolation zu schaffen, da die Hülse derart ausgestaltet sein kann, daß das niedergradige Material unter geringer elektrischer Belastung derart unzureichend arbeitet, als daß eine Zerstörung des Material bewirkt werden könnt.
• Die Verwendung eines niedergradigen Harzes hat darüber hinaus den Vorteil, eine gute thermische Leitfähigkeit zu schaffen, die es erlaubt, daß die im Betrieb heiß werdenden Leiter ihre Hitze schneller an das Äußere der Verbindung entweichen lassen können.
• Die Kanten des Einsatzes sind bevorzugt von runder Form, da dies die Regelung der elektrischen Belastung auf ein niedriges Niveau unterstützt, wenn die Verbindung durch eine Erdabschirmung umgeben ist.
• Die Kapselung ist in der herkömmlichen Weise ausgeführt, durch Abstützen der Verbindung innerhalb eines Löt- bzw. Kabelbrunnens und Einführen des flüssigen Kapselungsmaterials in den Kabelbrunnen , so daß dieses vollständig die Verbindung umgibt und Zulassen der Härtung des Kapselungsmaterials, so daß es vollständig die Verbindung einschließt.
• Ähnlicherweise kann ein Verbindungsstück, das bevorzugt für die Ausbildung der elektrischen Verbindung zwischen den Kabelleitern verwendet wird, jede geeignete bekannte Form aufweisen, die zu der Gestalt und den Abmessungen der Leiter paßt.
• Die Hülse ist bevorzugt koaxial rund um die-Kabel enden während des Kapselungsprozesses durch das Einführen von einem oder mehreren elektrisch leitenden Packungsstücken zwischen dem Verbindungsstück und dem Inneren des Einsatzes abgestützt. Dies ermöglicht es, eine einzelne Hülsengröße mit Kabelisolationen von unterschiedlichen Durchmessern zu verwenden und sich an nicht kreisförmige Kabelquerschnitte anzupassen, wie sie im allgemeinen in Kabeln für mittlere Spannungen verwendet werden, ohne Verlust von elektrischer Integrität. Weitere Vorteile werden an Hand der folgenden Beschreibung ersichtlich.
• In der US-Patentschrift 3 571 783 ist eine Kabelverbindungseinrichtung beschrieben, die im Einsatz eine Verbindung zwischen isolierten Kabeln herstellt, in der die Enden der miteinander verbundenen Kabeln von einer Hülse aus festem elektrisch isolierendem Material umgeben sind, die entlang eines Teils ihrer Innenfläche zwischen ihren Enden einen Einsatz aus einem Material aufweist, das im wesentlichen stärker elektrisch leitend ist als die Hülse, die sich im elektrischen Kontakt mit den miteinander verbundenen Leitern befindet und deren Enden über die Kabelisolation vorstehen, mit einem Spalt dazwischen. Jedoch unterscheidet sich das Verfahren für die Verwendung dieser Kabelverbindungseinrichtung und somit die daraus resultierende Verbindung von dem Verfahren und der Verbindung der vorliegenden Erfindung. Die Einrichtung nach US-A-3571783 hat die Form eines fabrikmäßig hergestellten, abgedichteten, hohlzylindrischen Gehäuses, das die Hülse und einen dehnbaren Steckleiter enthält, der in der Hülse untergebracht ist und mit dielektrischem Material gefüllt ist, das in flüssiger Form vorliegt, die es zuläßt, die Enden der miteinander zu verbindenden Kabel in die Einrichtung über Dichtungen an den sich gegenüberliegenden Enden des Gehäuses einzuschieben und axial durch das Gehäuse in die Steckverbindung einzustecken.
• Das Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zwischen Leitern von zwei elektrischen Energiekabeln für mittlere Spannung gemäß der vorliegenden Erfindung und die so ausgebildete Verbindung werden beispielhaft unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung beschrieben, die einen axialen Querschnitt durch die ausgebildete Verbindung darstellt.
• Zur Ausbildung der Verbindung wird eine entsprechende Länge der Isolation von den Enden der beiden Kabel 2 abgezogen und eine elektrische Verbindung zwischen den blankliegenden Enden der Leiter 3 der Kabel mit Hilfe eines metallischen Hülsenverbindungsstückes 4 hergestellt, das auf die Leiter aufgebracht und mit diesen in bekannter Weise zusammengeklemmt wird.
• Ein relativ festes Gehäuse 5 in Form einer Hülse aus einem hochgradigen isolierenden Polymer wie EPR-Kautschuk, in dem gleichzeitig ein innerer leitender Polymereinsatz 6 ausgeformt ist und der zuvor auf eines der Kabel 2 aufgeschraubt ist, wird über das Verbindungsstück 4 mit einem ringförmigen Spalt 7 zwischen jedem Ende des Gehäuses und der Isolation 1 des entsprechenden Kabels 2 positioniert. Der Einsatz, bei dem es sich typischerweise um einen Nitryl-Kautschuk, dem Kohlenstoff zugesetzt ist, handelt, wird auf diese Weise frei von Leerräumen mit der Innenfläche der Hülse verbunden. Der Einsatz 6 ist kürzer als die Hülse und erstreckt sich über einen Teil der Innenfläche der Hülse zwischen deren Enden.
• Die Kanten 8 der beiden Enden des Einsatzes 6 weisen abgerundete Gestalt auf, um so die elektrische Belastung auf einem niedrigen Niveau zu halten, und der Einsatz wird mit den Enden ungefähr in Ausrichtung mit den Enden der Kabelisolation 1 positioniert. Die abgerundeten Enden 8 des Einsatzes springen radial nach innen vor, gegen die Kabelisolation.
• Das Gehäuse 5 ist koaxial um das Verbindungsstück 4 angeordnet, die Radialabmessung des Spalts zwischen der Außenfläche des Verbindungsstücks 4 und der Innenfläche des Einsatzes 6 wird üblicherweise durch die Verwendung eines zusätzlichen leitenden Verpackungsstückes 9 gesichert, obgleich in einigen Fällen die Bohrung des Einsatzes 6 in der Größenordnung des Durchmessers des Verbindungsstückes sein kann.
• Das Gehäuse 5 ist an der Außenseite, nahe seinen Enden, mit ringförmigen Vorsprüngen 12 ausgestattet, die mit entsprechenden Vorsprüngen 12' des Gehäuses 5' einer angrenzenden Verbindung fluchten, wenn die Phasen der vielsträngigen Kabel miteinander verbunden sind, um einen kontrollierten Freiraum zwischen ihnen und einer geerdeten metallischen Sicherheitsabschirmung, teilweise durch die Bezugsnummer 13 gezeigt, zu schaffen, die so angeordnet ist, daß sie die Verbindung vollkommen umschließt.
• Eine nur teilweise gezeigte Box 14 besteht typischerweise aus einem Polymerbogen und dient als eine Gießform für eine kalt zugegebene Harzfüllkomponente, die in den Raum 15 gegossen wird, der die Verbindung oder die Verbindungen umgibt, durch Füllöffnungen an der Spitze der Box. Die Füllkomponente tritt durch Perforationen 11 in der Sicherheitsabschirmung 13 hindurch. Die Füllkomponente, die ein Harz niedrigen Grades infolge ihres schweren Füllstoffes mit einem granulierten Mineralfüllstoff wie Sand und Kalkspat (Kreide), ist fließend zum Zeitpunkt des Einfüllens und dementsprechend fließt er rings um das Gehäuse 5 und in die Spalte 7 zwischen den vorspringenden Enden des Gehäuses 5 und der Kabelisolation 1, wobei das Harz nachfolgend aushärtet, um eine feste umhüllte Verbindung zu formen.
• Da das Harz während des Einfüllens in die Box flüssig ist, ist es imstande, Freiräume innerhalb des Gehäuses 5 zu infiltrieren, und es wurde gefunden, daß ein enger Kontakt zwischen dem Gehäuse und der Kabelisolation 1 nicht länger erforderlich ist.
• Ein derartiges Verfahren hat den zusätzlichen Vorteil, daß es die Installationsprozedur vereinfacht, da die Gestalt der hochgradigen Isolation, die für das Gehäuse 5 vorgesehen ist, so ausgelegt werden kann, daß sie einen kontrollierten Grad an Isolation ergibt, wobei eine einzelne Isolationsgehäusegröße für einen weiten Bereich von Kabelisolationsdurchmessern geeignet ist. Des weiteren ist das Gehäuse dafür geeignet, nicht kreisförmige Kabelstränge aufzunehmen, wie sie üblicherweise bei Kabeln für mittlere Spannungen verwendet werden, ohne Verlust an elektrischer Integrität.
• Die Form der Verbindung ist auch gegenüber lokalen Vertiefungen, Flachstücken, Kratzern oder anderen Fehlern im Kabel extrem tolerant, die infolge Unzulänglichkeiten bei der Kabelherstellung oder schlechter Kabelvorbereitung während der Installation auftreten können.
• Des weiteren kann das Isolationsgehäuse elektrisch zum Zeitpunkt der Beendigung der Herstellung und vor der Installation getestet werden, und da das Gehäuse sich während der Installation nicht im wesentlichen ändert, kann die Qualität der installierten Verbindung zugesichert werden.
• Die elektrischen Eigenschaften der Komponenten der Verbindung werden nachstehend erläutert.
• Der elektrische Widerstand des Einsatzes liegt typischerweise bei ungefähr 10³ Ohm cm (oder niedriger) und der der Hülse und des Harzes beträgt typischerweise ungefähr 10¹² Ohm cm. Somit ist der Einsatz wesentlich mehr leitend als die Hülse und das Harz, jedoch geringer leitend als die Kabelstränge. Die elektrische Durchlässigkeit des Harzes ist typischerweise ungefähr doppelt so hoch als die der Hülse, die infolge der Geometrien, wie sie in der Zeichnung dargestellt sind, es ermöglicht, daß das Harz eine elektrische Stärke hat, die nur ein Viertel derjenigen der Hülse ist. In dem beschriebenen Beispiel betragen die elektrischen Stärken der EPR-Kautschukhülse und des Polyurethanharzes mit niedrigem Spannungsgrad, das mit Sand und Kreide gefüllt ist, 40 kV/mm bzw. 10 kV/mm.
• Die größte elektrische Belastung tritt auf von den äußeren abgerundeten Kanten 8 des Einsatzes 6 durch die Hülse hindurch gegen die Erdabschirmung 13, und diese wird durch genaues Profilieren der Kanten 8 kontrolliert. Minimale Belastung tritt zwischen den nach innen vorspringenden, abgerundeten Kanten 8 und den Kabelleitern auf. Diese nach innen gerichteten Vorsprünge, die auf dem elektrischen Potentail der Leiter liegen, erweitern die vorteilhaften Effekte des Einsatzes bis in die Enden der Kabelisolation, um jeden Leerraum oder jede Unregelmäßigkeit in der Zwischenfläche in diesen Bereichen zwischen der Kabelisolation und dem Harz harmlos zu machen.

Claims (9)

1. Verfahren zum Herstellen einer Verbindung von isolierten Leitern (2) zweier Energiekabel, bestehend aus den Schritten: Umhüllen der Enden der miteinander verbundenen Leiter (3) mit einer Hülse (5) aus festem, elektrisch isolierendem Material, die entlang eines Teils ihrer Innenfläche zwischen ihren Enden einen Einsatz (6) aus einem Material mit einschließt, das stärker elektrisch leitend ist als die Hülse (5) in der Weise, daß der Einsatz in elektrischem Kontakt mit den miteinander verbundenen Leitern (3) ist und die Enden der Hülse über die Kabelisolation (1) hinaus vorstehen, mit einem ringförmigen Spalt (7) dazwischen; Einleiten in die Verbindung ein härtbares, elektrisch isolierendes Material in flüssigem Zustand, das geringer elektrisch leitend im festen Zustand als der Einsatz ist und das ausreichend flüssig ist, um in den ringförmigen Spalt zwischen den vorspringenden Enden der Hülse und der Kabelisolation einzudringen und diese zu füllen, und Zulassen des Aushärtens des Materials, um die Verbindung einzukapseln.

2. Verbindung von isolierten Leitern (2) zweier Energiekabel, mit einem Element (4), das die Leiter (3) miteinander verbindet, einer Hülse (5), die die miteinander verbundenen Leiter umgibt und Enden aufweist, die über die Kabelisolation vorstehen, um an jedem Ende einen ringförmigen Spalt dazwischen zu bilden, mit einem Einsatz (6), der entlang eines Teils der Innenfläche der Hülse zwischen ihren Enden miteingeschlossen ist und in elektrischem Kontakt mit den miteinander verbundenen Leitern steht, mit einem Material, das die Verbindung einkapselt und die ringförmigen Spalte füllt, wobei die Hülse und das einkapselnde Material elektrisch isolierend und geringer elektrisch leitend als der Einsatz sind und gekennzeichnet dadurch, daß das einkapselnde Material gehärtet ist und in die Verbindung eingeleitet wurde.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder eine Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (5) einer höheren elektrischen Spannungsklasse als das gehärtete einkapselnde Material angehört.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3 oder eine Verbindung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz mit der Innenfläche der Hülse verbunden ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 3 oder 4 oder eine Verbindung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dielektrizitätskonstante des einkapselnden Materials, wenn es fest ist, größer als diejenige der Hülse ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 3, 4 oder 5 oder eine Verbindung nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten (8) der Enden des Einsatzes abgerundete Form aufweisen, um die elektrische Belastung in dem angrenzenden Teil der Hülse zu reduzieren.

7. Verfahren oder Verbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die abgerundeten Enden radial nach innen in Richtung der Kabelisolation vorstehen.

8. Verfahren oder Verbindung nach jedem voranstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß eine metallische, auf Erdpotential liegende Abschirmung (13) die Verbindung umgibt.

9. Verfahren oder Verbindung nach jedem voranstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das einkapselnde Material ein kalthärtendes Harz ist.