DE60023477T3

DE60023477T3 - Verfahren zur Herstellung eines Aussenendverschlusses für Hochspannungskabel

Info

Publication number: DE60023477T3
Application number: DE60023477T
Authority: DE
Inventors: Lothar Goehlich; Claude Görk; Jörg Scharschmidt; Werner Weissenberg; Robert Weinand
Original assignee: Prysmian Kabel und Systeme GmbH
Current assignee: Prysmian Kabel und Systeme GmbH
Priority date: 2000-07-07
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2013-03-28
Anticipated expiration: 2020-07-08
Also published as: DE60023477T2; ATE308146T1; DE60023477D1; EP1170846A1; ES2251335T5; EP1170846B2; EP1170846B1; ES2251335T3

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Außenterminierung für ein Hochspannungskabel.
Außenterminierungen für Hochspannungskabel bestehen Typischerweise aus einem Isolatorkörper, in dem das Hochspannungskabel mit seinem isolierten Kabelkern untergebracht ist. Das Hochspannungskabel ist typischerweise mit einem Kunststoffmaterial isoliert, und das Innere des Isolatorkörpers muss mit einer isolierenden Füllverbindung gefüllt werden, um die nötige Isolierung bereitzustellen. Typischerweise wird ein Fluid bzw. Flüssigkeit als isolierende Verbindung verwendet. Weil die Füllverbindung eine Flüssigkeit ist, muss die Anordnung bzw. der Entwurf der Außenterminierung gasdicht sein, und die isolierende Flüssigkeit muss auch in einer flüssigen Phase bei niedrigen Betriebstemperaturen vorliegen. Des weiteren muss der Isolatorkörper solch einen Aufbau aufweisen, dass Volumenänderungen der Füllverbindung aufgrund von Temperaturänderungen keine Druckänderungen hervorrufen, die den Isolatorkörper schädigen und möglicherweise ein Leck bzw. eine Leckage einer isolierenden Flüssigkeit hervorrufen.
Des weiteren sind isolierende Flüssigkeiten mit den vorgenannten Charakteristiken, dass sie bei niedrigen Betriebstemperaturen noch flüssig sind, vergleichsweise teuer.
GB-A-2336252 , die als nächstliegender Stand der Technik betrachtet wird, offenbart eine Terminierung für ein elektrisches Strom- bzw. Leistungskabel. Die Isolierung in dieser Terminierung wird unter anderem erreicht mittels einer Mischung von isolierendem Granulat bzw. Körnchen und einem elektrischen isolierenden Fluid.
US 4,943,685 offenbart ein Gerät zum Isolieren und Wiederisolieren von Kabelverbindungsstellen und Terminierungen. Sie bezieht sich auf die Verwendung von Polymer-Gel mit eingeschlossenem isolierendem Fluid als Isoliermittel.
FR-A-2357991 offenbart isolierende Massen basierend auf Silikon-Polymeren und Glaskugeln bzw. Kügelchen.
Die vorliegende Erfindung adressiert insbesondere das Problem, wie eine Außenterminierung erdacht werden kann, die leicht herzustellen ist, billig ist und unempfindlich hinsichtlich Temperaturänderungen ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1 zeigt einen typischen Aufbau einer Außenterminierung OT. Sie umfasst einen Isolatorkörper 2 mit einer oberen Abdeckung 10 und einer unteren Abdeckung 11, bevorzugt aus Metall hergestellt, das heißt, ein oberes Metallwerkstück 10 und ein unteres Metallwerkstück 11. Bei dem oberen Metallwerkstück 10 wird ein Leiterstiel 9 bereitgestellt, mit dem der Kabelkern 5.1 verbunden ist. Das untere Metallwerkstück 10 ist auch mit dem Isolatorkörper 2 an einem Unterteil desselben verbunden, beispielsweise mittels Muttern und Schrauben 11.1.
Innerhalb des Inneren des Isolatorkörpers 2 erstreckt sich das Kabel CA, wobei der Kabelkern 5.1 umgeben ist von einer Isolierung 5, die typischerweise eine Kunststoffisolierung ist.
An dem unteren Teil des Isolatorkörpers 2 ist das Hochspannungskabel CA umgeben von einem Anti-Knickschutz 7, um einen Bruch des Kabels zu verhindern. Auch wird an dem unteren Metallwerkstück 11 (die Basisplatte) eine Eintrittskappe 8 mit einer Verbindung 20.1 bereitgestellt.
Durch die Eintrittskappe 8 kann die Füllverbindung 3 eingeführt werden in das Innere des Isolatorkörpers 2, so dass die Füllverbindung 3 mindestens einen Teil des Raumes füllt, zwischen den Innenwänden 2.1 des Isolatorkörpers 2 und der Kabelisolierung 5. Typischerweise wird die Außenterminierung an einer im wesentlichen aufrechten Position so angebracht, dass eine Kavität 1 gebildet wird an einem oberen Teil des Isolatorkörpers 2.
Des weiteren wird ein elektrisches Feldsteuermittel 4 in der Form eines Stress Cones bzw. eines feldsteuernden Elements 4 an einem unteren Teil des Isolatorkörpers 2 um die Kabelisolierung 5 bereitgestellt, um die elektrischen Feldbedingungen innerhalb des Isolatorkörpers 2 passend einzustellen. Typischerweise wird der Isolatorkörper 2 aus Porzellan oder einem Verbundstoffisolator von verstärktem Epoxy-Harz oder Silikon bzw. Silikon-Sheds hergestellt.
Die kritischen Komponenten in der Außenterminierung OT, die in 1 gezeigt sind, sind natürlich das obere und untere Metallwerkstück 10, 11 und insbesondere die Füllverbindung 3 selbst, hinsichtlich der Flüssig/Gas-Dichte und hinsichtlich möglicher Temperaturfluktuationen und Druckvariierungen.
Zuerst muss die Füllverbindung 3, beispielsweise herkömmlich ein isolierendes Fluid, die verlangten dielektrischen Eigenschaften besitzen, und es muss chemisch neutral hinsichtlich dem Material des Isolatorkörpers 2, der Kabelisolierung 5 und dem Material des feldsteuernden Elements 4 sein.
Zweitens muss das isolierende Fluid auch in einer flüssigen Phase bei niedrigen Betriebstemperaturen vorliegen. Wie oben bemerkt, sind solche isolierende Flüssigkeiten mit hohen Kosten verbunden. Es muss insbesondere beachtet werden, dass solche Außenterminierungen für Hochspannungskabel ziemlich große Volumen in dem Inneren des Isolatorkörpers 2 aufweisen, so dass eine kostenintensive Füllverbindung 3 drastisch die Gesamtkosten der Außenterminierung OT erhöhen wird. Typischerweise ist die Außenterminierung zwischen 2 und 5 m lang, und ihr inneres Volumen beträgt zwischen 50 und 1000 Litern.
Drittens muss beachtet werden, dass die Außenterminierung OT in Außenflächen angelegt ist, und daher allen Arten von Umwelteinflüssen ausgesetzt ist, insbesondere großen Änderungen in Temperatur und/oder starker Belastung aufgrund von Schnee oder Wind. Temperaturänderungen rufen Änderungen in dem Volumen der Füllverbindung 3 hervor, die von Druckänderung begleitet werden. Selbst wenn große Temperaturänderungen auftreten, muss es unter allen Umständen vermieden werden, dass ein Leck an dem unteren Teil des Isolatorkörpers 2 auftritt. Andererseits muss es vermieden werden, wenn es einen großen Abfall in der Temperatur gibt, dass Luft in die Kavität 1 an dem Oberteil des Isolatorkörpers 2 hineingesaugt wird. Im allgemeinen ist es akzeptiert, dass das Innere des Isolatorkörpers 2 geschützt werden muss gegen Drücke von einigen Bar.
Um sicherzustellen, dass weder ein Leck auftritt an dem unteren Teil des Isolatorkörpers 2 noch Luft in die Kavität 1 gezogen wird, muss der Isolatorkörper 2 effektiv abgeschlossen sein, und dies verlangt Komponenten von hoher Präzision. Mehrere Anbringschritte sind wiederum nötigt, wenn die Außenterminierung in der Umwelt bzw. Umgebung angebracht wird, und dies vermehrt die Kosten der Außenterminierung OT.
Viertens muss sogar nach dem Installieren der Außenterminierung OT eine regelmäßige Wartung ausgeführt werden, da ein Verlust an Isolierflüssigkeit im wesentlichen Einfluss auf die Betriebscharakteristiken der Außenterminierung aufweisen kann.
Daher erhöht auf der einen Seite die wesentliche Menge an teurer Isolierflüssigkeit 3 die Kosten der Außenterminierung und auf der anderen Seite die Bereitstellung einer Flüssigkeit innerhalb des Isolatorkörpers 2 verlangt komplizierte Anbringschritte und verlangt eine regelmäßige Wartung. Dies trifft auf alle Hochspannungskabel CA zu, nicht nur Kunststoff-isolierte Hochspannungskabel.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Eine herkömmliche Lösung, um die Kosten der Außenterminierung OT zu verringern, ist zu versuchen, die Menge an nötiger Isolierflüssigkeit bzw. isolierender Flüssigkeit 3 zu verringern. Beispielsweise wurden Isolatorkörper 2 vorgeschlagen, die eine kegelförmige Form in Richtung des oberen Teils des Isolatorkörpers 2 aufweisen, so dass das innere Volumen des Isolatorkörpers verringert wird. Im Prinzip ist dies möglich, weil die elektrische Feldstärke in Richtung des oberen Teils des Isolatorkörpers 2 abnimmt. Während auf diese Art und Weise das innere Volumen des Isolatorkörpers 2 einigermaßen verringert werden kann, erhöht auf der anderen Seite das Herstellen eines kegelförmigen Isolatorkörpers 2 wieder die Kosten.
Die Wartungsarbeit wird im Wesentlichen hervorgerufen durch die Füllverbindung 3, die in einem flüssigen Zustand ist. Daher wurden herkömmlich auch Außenterminierungen OT vorgeschlagen, um die Notwendigkeit zu umgehen, ein Isolier-Fluid innerhalb des Isolatorkörpers 2 zu verwenden. Drei verschiedene Möglichkeiten wurden untersucht:
Ein erstes Beispiel einer Außenterminierung, wo ein gummi-elastischer Isolierkörper mit einem integrierten feldsteuernden Element in ein massives isolierendes Gehäuse gepresst wird, dass mit einem Isolator und einem zentralen Leiter verbunden ist. Währen der gummi-elastische Isolierkörper die notwendige elektrische Isolierung bereitstellt, benötigt dieser Aufbau mehr Komponenten, dessen Dimensionen sehr akkurat angepasst werden müssen. Dies führt zu hohen Kosten und benötigt mehrere Herstellungsschritte, was auch zu einer Erhöhung der Kosten führt. Während die Verwendung einer Isolierflüssigkeit nicht notwendig ist, wird andererseits die Anordnung eher starr bzw. steif und daher erlaubt diese nicht leicht eine Bewegung aufgrund von Wind und führt zu Kurzschlüssen.
Ein zweites Beispiel verwendet einen gummi-elastischen oder schrumpf-isolierenden Schlauch. Dies führt zu einer wenigen starren Anordnung, die nicht die oben bemerkten mechanischen Einflüsse tolerieren kann.
Ein dritte Beispiel wird vorgeschlagen in ”Elektrizitätswirtschaft, Jg. 99 (2000), Heft 11: Trockene Freiluftendverschlüsse mit Stützeigenschaften” von R. Eitle und J. Kaumanns. Hier wird eine Außenterminierung einer trockenen starren Art vorgeschlagen. Die da vorgestellte Lösung umfasst ein Silikon-basiertes Flüssigisoliermaterial, das nur in der Außenterminierung nach einem Füllen vernetzt wird. Das isolierende Material bzw. Isoliermaterial ist komprimierbar. Diese Eigenschaft wird durch ”Mikro-Sphären” erreicht, mit denen das Isoliermaterial gefüllt wird. Diese ”Mikro-Sphären” sind Kavitäten, die mit Gas gefüllt sind, die eine Größe von ungefähr 100 μm aufweisen. Die ”Mikro-Sphären” dienen als Kompensiervolumen. Daher werden sogar bei extremen Temperaturänderungen keine Schäden aufgrund von Brüchen oder Lücken hervorgerufen. Des weiteren weist das massive Isoliermaterial elektrische Eigenschaften auf. Da das Isoliermaterial auf Silikon basiert, weist es eine exzellente Wärmestabilität auf.
Jedoch gibt es sogar in dem dritten Beispiel mit dem vernetzenden bzw. cross-linking Silikon-basierten Material Nachteile. Zuerst wird das vernetzende Polymer hergestellt basierend auf einem Silikon-Elastomer und Sphären sind hohl und werden mit Gas gefüllt. Die thermische Leitfähigkeit des Silikon-Elastomers ist ungefähr 60 mW/mK und beträgt daher nur ungefähr 20% der normalen Füllverbindung, die in herkömmlichen Außenterminierungen verwendet wird. Zum Kompensieren dieser niedrigen Wärmeleitfähigkeit, muss eine Erhöhung der Temperatur vermieden werden. Deshalb muss ein zusätzlicher hitzekompensierender Leiter mit einem großen Querschnitt angebracht werden, und diese Maßnahme ist sehr kompliziert und erhöht daher die Kosten.
Ein zweiter Nachteil ist die hohe Viskosität von 17.000 mPa⊙s. Solch ein Material kann nicht leicht in das Innere des Isolatorkörpers eingeführt werden, so dass entweder große Drücke hervorgerufen werden oder lange Füllzeiten benötigt werden. Deshalb ist die Anordnung dieses Typs einer Außenterminierung kompliziert (benötigt viele verschiedene Geräte bzw. Werkzeuge), und eine lange Zeit für die Anordnung wird benötigt.
Die ”Mikro-Sphären” sind hohl und werden mit Gas gefüllt, um ein kompensierendes Volumen bereitzustellen, beispielsweise während Temperaturänderungen. Andererseits stellt das Gas in den hohlen Kavitäten in einem Isoliermedium ein höheres Risiko dar, selbst, wenn praktische Messungen der Teilentladungsintensitäten geringer sind als 1 Pc. Des Weiteren gibt es ein Risiko darin, dass das Gas allmählich in das umgebende Isoliermaterial des Silikon-Elastomers defundiert, und dass daher der Druck in den Kavitäten sich verringert. Diese Verringerung des Drucks in den Kavitäten führt auch zu einer Verringerung der Zündspannung für Teilentladungen. Daher können Teilentladungen sogar bei normaler Betriebsspannung stattfinden, und sie können das Dielektrikum zerstören.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Wie oben erklärt, sind die herkömmlichen Außenterminierungen entweder sehr kostenintensiv und kompliziert herzustellen, da in dem Fall eines Verwendens eines Flüssigisolier-Fluids Maßnahmen unternommen werden müssen, um Lecke des Fluids zu vermeiden, was wiederum auch eine hohe Wartungsanstrengung hervorruft. Andererseits verhindert eine Füllverbindung, bestehend aus Mikro-Sphären und einem vernetzenden Material basierend auf einem Silikon-Elastomer, wo Mikro-Sphären mit Gas gefüllt sind, die Leckprobleme, aber führt zu zusätzlichen Problemen von möglichen Teilentladungen und/oder dem Bedarf für ein Bereitstellen von zusätzlichen Hitzeleitern.
Deshalb ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Außenterminierung bereitzustellen, die die Kosten der Außenterminierungen verringern können, ohne das Risiko von Teilentladungen und Schäden an dem Dielektrikum aufzuweisen.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zur Herstellung einer Außenterminierung für ein Hochspannungskabel, dargelegt in Anspruch 1, gelöst.
Gemäß der Erfindung ist die Füllverbindung eine Mischung aus massiven Teilchen ohne Kavitäten in einem vernetzten Gel-Material, so dass die Probleme von Teilentladungen aufgrund eines möglichen Gaslecks, wie im Stand der Technik, vermieden werden.
Vorzugsweise wird das Material der Teilchen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyethylen, Poly-Vinyl-Chlorid, Gummi, Glas und Porzellan.
Ferner wird bevorzugt, dass die Teilchen eine Korn-, Pillen- oder Ball-ähnliche Form aufweisen. Ein bevorzugter Durchmesser für die Teilchen ist zwischen 1 bis 5 mm.
Bevorzugt vernetzt das Gel-Material mit sich selbst und breitet sich aus (beispielsweise benetzt) mindestens die massiven Teilchen und bevorzugt auch die Isolatorkörper-Innenwände und die Kabelisolierung. Daher kann eine Bewegung der Teilchen aufgrund einer temperaturänderungsinduzierten Volumenänderung stattfinden. Weiter bevorzugt vernetzt bzw. cross-linkt das Gel-Material nicht nur mit sich selbst aber vernetzt sich auch mit den massiven Teilchen und bevorzugt auch mit den Isolatorkörper-Innenwänden und mit der Kabelisolierung.
Ferner wird bevorzugt, dass das vernetzbare Material eine Zusatzaushärtbare Verbindung, beispielsweise ein Zwei-Komponenten-Silizium-Gummimaterial ist.
Bevorzugt sind die Teilchen elektrisch leitend, beispielsweise hergestellt aus leitendem Polyethylen.
Des weiteren werden bevorzugt die massiven Teilchen mit einem dünnen Film bereitgestellt, um die Oberflächenspannung zu reduzieren. Der dünne Film kann eine dünne Schicht eines Silikon-Öls sein.
Es wird auch bevorzugt, dass die massiven Teilchen aus einem Niedrig-Rauch-nicht-toxischem Material hergestellt sind.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Verbesserungen der Erfindung können aus den abhängigen Ansprüchen entnommen werden.
Des weiteren sollte bemerkt werden, dass die vorliegende Offenbarung nur reflektiert, was die Erfinder momentan als den besten Modus der Erfindung betrachten, und dass weitere Variationen und Modifizierungen der Erfindung ausgeführt werden können, basierend auf den Lehren, die hier enthalten sind. Insbesondere umfasst die Erfindung Ausführungsformen bestehend aus Kombinationen von Merkmalen, die separat in der Beschreibung und/oder in den Ansprüchen beschrieben wurden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen bezeichnen die gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen die gleichen oder ähnlichen Teile und Schritte durchgehend.
1 zeigt ein Beispiel einer Außenterminierung OT gemäß dem Stand der Technik;
2 zeigt ein Beispiel einer Außenterminierung OT hergestellt gemäß der Erfindung; und
3a zeigt ein Flussdiagramm zum Herstellen einer Außenterminierung OT; und
3b zeigt eine Gesamtansicht einer Anordnung zum Einführen einer Isolierverbindung, insbesondere eines vernetzbaren Materials, in das Innere eines Isolatorkörpers.
Es sollte bemerkt werden, dass hier im Folgenden die Erfindung beschrieben wird mit Bezug auf mögliche Materialien, die für eine Herstellung einer Außenterminierung für ein Hochspannungskabel verwendet werden können. Jedoch sollte auch bemerkt werden, dass im Prinzip die Füllverbindung, die unten gemäß der Erfindung beschrieben wird, ähnlich als ein Dielektrikum für andere Isolierzwecke verwendet werden kann, zum Beispiel in Telekommunikationskabeln oder in anderen Umgebungen, wo eine Hochspannungsisolierung bereitgestellt werden muss.
1 zeigt eine Außenterminierung OT. Sie umfasst, wie oben beschrieben, einen Isolatorkörper mit Isolatorkörper-Innenwänden 2.1, eine oberen Metallplatte 10 (ein oberes Metallwerkstück), eine Basisplatte (unteres Metallwerkstück) 11, einen Leiterstiel 9 und optional ein elektrisches Feld-Steuermittel 4 in der Form eines feldsteuernden Elements 4.
Es sollte bemerkt werden, dass in einigen Ausführungsformen das feldsteuernde Element 4 nicht gebraucht werden muss, und deshalb es nur zusätzlich bereitgestellt werden kann. Beispielsweise kann das elektrische Feld-Steuermittel, das heißt das feldsteuernde Element 4, insbesondere weggelassen werden, falls das Hochspannungskabel CA ein DC-Kabel ist, das aus Silikon-Karbid bzw. Silizium-Karbid hergestellt ist.
Wie oben beschrieben, wird innerhalb des Isolatorkörpers das Hochspannungskabel CA, das mit seiner Kunststoffisolierung 5 gezeigt ist, aufgenommen. Eine bevorzugte Ausführungsform für das Material des Isolatorkörpers 2 ist ein Verbundwerkstoffmaterial oder Porzellan. Typischerweise ist der Isolatorkörper aus Porzellan gemacht oder ist ein Verbundwerkstoffisolator eines verstärkten Epoxy-Harzes bzw. Kunstharzes und Silikon. Eine Füllverbindung wird innerhalb des Isolatorkörpers 2 bereitgestellt und füllt mindestens einen Teil des Raums zwischen den Isolatorkörper-Innerwänden 2.1 und der Kabelisolierung 5, so dass eine Kavität 1 gebildet wird an dem oberen Teil des Isolatorkörpers 2, wo die Verbindung zwischen dem Kabelkern 5.1 und dem Leiterstiel 9 hergestellt wird.
Gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung besteht die Füllverbindung 3 aus einer Mischung von massiven Teilchen ohne Kavitäten 3.1 und einem vernetzten Gel-Material 3.2. Daher besteht die Außenterminierung OT hergestellt gemäß der Erfindung aus einem äußeren Isolatorkörper 2 und einer inneren Isolatorverbindung 3, wobei der äußere Isolator aus einem Verbindungsisolator gebildet werden kann, beispielsweise Porzellan, wie in einer herkömmlichen Außenterminierung OT, und die innere Füllverbindung 3 ist eine Mischung der massiven isolierenden Teilchen 3.1 und vernetzten Gel-Material 3.2.
Ein bevorzugtes Material für die massiven Teilchen 3.1 ist Poly-Ethylen, Poly-Vinyl-Chlorid (PVC), Gummi, Glas oder Porzellan. Die massiven isolierenden Teilchen sollten bevorzugt vollständig und gleichmäßig mindestens einen Teil des Raumes zwischen den Isolatorkörper-Innerwänden 2.1 und der Kabelisolierung 5 ausführen, und möglicherweise, falls bereitgestellt, zwischen dem feldsteuernden Element 4. Nur die obere Kavität 1 wird nicht von der erfinderischen Füllverbindung 3 gefüllt.
Ferner können die massiven Teilchen 3.1 aus Niedrig-Rauch-nicht-toxischem Material hergestellt werden.
Die massiven isolierenden Teilchen 3.1 sind in einem festen-Zustand und nicht hohl und sollten bevorzugt frei von Inklusionen irgendeines Fremdmaterials sein. Bevorzugt sind die massiven bzw. festen Teilchen Korn-, Pillen- oder Ball-ähnlich geformte Teilchen mit einem Durchmesser von 1 bis 5 mm.
Die übrigbleibenden Räume zwischen den massiven isolierenden Teilchen 3.1 werden mit einem vernetzten Gel-Material 3.2 gefüllt.
2 zeigt eine Außenterminierung OT hergestellt gemäß der Erfindung, die umfasst ähnlich wie die Außenterminierung OT in 1, einen Isolatorkörper 2 mit Isolatorkörper-Innenwänden 2.1, einer oberen Metallplatte 10 (ein oberes Metallarbeitsstück), eine Basisplatte (unteres Metallarbeitsstück) 11, einen Leiterstiel 9 und optional ein elektrisches Feld-Steuermittel 4 in der Form eines feldsteuernden Elements 4. Es sollte bemerkt werden, dass auch in der Ausführungsform in 2 das feldsteuernde Element 4 nicht verwendet werden muss, und deshalb nur zusätzlich bereitgestellt werden kann. Des Weiteren umfasst die Außenterminierung OT in 2 ein dichtendes Element 6 und obere Fixiermittel 12, beispielsweise einem Motor.
Wie in 1 wird in 2 innerhalb des Isolatorkörpers 2 das Hochspannungskabel CA, das mit seiner Kunststoffisolierung 5 gezeigt ist, aufgenommen. Ein Füllmaterial 3' ist innerhalb des Isolatorkörpers 2 bereitgestellt und füllt mindestens einen Teil des Raumes zwischen den Isolatorkörper-Innenwänden 2.1 und der Kabelisolierung 5, so dass eine Kavität 1 an dem oberen Teil des Isolatorkörpers gebildet wird, wo die Verbindung zwischen dem Kabelkern 5.1 und dem Leiterstiel 9 gemacht wird. Wie schematisch in 2 gezeigt, besteht die Füllverbindung 3' aus einer Mischung von massiven Teilchen 3.1 und einem vernetzten Gel-Material 3.2. Daher besteht die Außenterminierung OT hergestellt gemäß der Erfindung aus einem äußeren Isolatorkörper 2 und einer inneren isolierenden Verbindung 3', wobei der äußere Isolator 2 aus einem Verbindungsisolator gebildet werden kann, beispielsweise Porzellan.
Wie in der ersten Ausführungsform ist ein bevorzugtes Material für die massiven Teilchen 3.1 Poly-Ethylen, Poly-Vinyl-Chlorid (PVC), Gummi, Glas oder Porzellan. Die massiven isolierenden Teilchen sollten bevorzugt vollständig und gleich mindestens einen Teil des Raumes zwischen den Isolatorkörper-Innenwänden 2.1 und der Kabelisolierung 5 füllen, und möglicherweise, falls bereitgestellt, zwischen dem feldsteuernden Element 4. Nur die obere Kavität 1 wird nicht mit der erfinderischen Füllverbindung 3' gefüllt. Die massiven Teilchen 3.1 können aus Niedrig-Rauch-nicht-toxischem Material hergestellt werden.
Die massiven isolierenden Teilchen 3.1 sind nicht hohl und sollten bevorzugt frei von Inklusionen irgendeines Fremdmaterials bzw. Fremdkörpers sein. Bevorzugt sind die massiven bzw. festen Teilchen Korn-, Pillen- oder Ball-ähnlich geformte Teilchen mit einem Durchmesser von 1 bis 5 mm.
In der Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, wird als isolierende Verbindung 3.2 ein isolierendes Fluid verwendet, das nur in einem flüssigen Zustand ist, wenn es in den Isolatorkörper 2 eingeführt wird. Diese isolierende Verbindung 3.2 ist ein vernetzbares Material, das ein Gel nach dem Vernetzen bildet. Solch eine isolierende Verbindung ist zuerst in einem flüssigen Zustand über eine vorbestimmte Zeit und vernetzt sich nach dem Einbringen in den Isolatorkörper, der schon mit den massiven Teilchen, zum Beispiel PE-Pillen, gefüllt wurde.
Das Vernetzen ist derart, dass das Material ein Gel bildet, das mit sich selbst vernetzt und sich ausbreitet (benetzt) über die massiven Teilchen 3.1 und bevorzugt auch über die Isolatorkörper-Innenwände 2.1 und die Kabelisolierung 5. Das bedeutet, dass das vernetzbare Material, nachdem es in das Isolatorkörperinnere als eine Flüssigkeit gefüllt wird, mit sich selbst vernetzt. Bevorzugt führt das Material auch ein Ausbreiten (zum Beispiel Benetzen) der Innenwände 2.1 aus, sowie der Kabelisolierung 5, und, falls bereitgestellt, der feldstreuenden Element-Oberfläche 4. Daher hängt, aufgrund des Ausbreitens das vernetzte Gel-Material ein wenig an der inneren Fläche 2.1, der Kabelisolierung 5 und möglicherweise der feldsteuernden Element-Oberfläche 4, jedoch wenn Temperaturänderungen auftreten, und daher eine Bewegung des vernetzten Materials hervorgerufen wird, ist das Anhängen derart, dass das vernetzte Material freigegeben werden kann von der entsprechenden Oberfläche und sich bewegen kann.
Es ist jedoch auch möglich, dass das vernetzte Material nicht nur mit sich selbst vernetzt, aber auch mit den Teilchen 3.1 vernetzt und bevorzugt auch mit den inneren Wänden 2.1, der Kabelisolierung 5 und der feldsteuernden Element-Oberfläche 4 (falls bereitgestellt).
Nach dem Bilden des Gels ist die Viskosität des vernetzten isolierenden Fluids so groß, dass permanente Dichtungen, insbesondere in dem unteren Teil des Isolatorkörpers 2, angeordnet werden können, oder die Dichteherstellung mindestens einfacher gemacht werden kann im Gegensatz zu den herkömmlichen Außenterminierungen. Es gibt nicht die Notwendigkeit für eine absolute Dichtung an dem unteren Teil. Beispielsweise müssen die Dichtungen nur eine temporäre Dichtungsfunktion bereitstellen, solange das isolierende Fluid sich noch nicht vollständig mit den Teilchen vernetzt hat oder bevorzugt auch mit den inneren Wänden und der Kabelisolierung.
Die Anzahl an Herstellungsschritten zum Herstellen solch einer Außenterminierung wird drastisch verringert. Da die Füllverbindung der Außenterminierung aus einem vernetzten Gel-ähnlichen Material mit einer sehr hohen Viskosität gebildet wird, ist ein Leck in herkömmlichen Außenterminierungen nicht mehr länger möglich, und das Überprüfen der inneren Isolierung der Außenterminierung über ihre Lebensdauer ist nicht länger notwendig.
Ein bevorzugtes Material für das vernetzbare Material ist ein Silikon-Gel oder ein vernetzendes Polybuten. Falls ein elektrisches Feld-Steuermittel innerhalb des Isolatorkörpers 2 angeordnet wird, führt das vernetzende Material auch ein Vernetzen mit der Außenfläche des elektrischen Feld-Steuermittels aus, beispielsweise mit der Außenfläche des feldsteuernden Elements 4.
Es sollte bemerkt werden, dass das vernetzbare Material ein Material ist, das ein Vernetzen durch sich selbst ausführt, das heißt, ohne Anlegen bzw. Anwenden von Wärme. Jedoch kann das vernetzende Material eine Zusatzaushärtbare Verbindung sein, beispielsweise ein Zwei-Komponenten-Silikon-Gummimaterial. Ein bevorzugtes Material ist WACKER POWERSIL^®-Gel 79039, verfügbar von WACKER. Das zuvor erwähnte Material ist ein gießbarer, Zusatz-aushärtbares-Zwei-Komponenten-Silikon-Gummi, der aushärtet zu einem sehr weichen, Gel-artigen Vulkanisat. Dieses Material wird bevorzugt, weil es in dem flüssigen Zustand eine geringe Viskosität und eine sehr geringe Härte (Silikon-Gel) aufweist und auch eine ausgeprägte Klebrigkeit, die auch exzellente mechanische Dämmeigenschaften aufweist.
Es sollte bemerkt werden, dass insbesondere die Kombination des vernetzbaren Gel-Materials mit massiven Teilchen, die nach einem Vernetzen eine Gel-Verbindung bilden, in der die Pillen enthalten sind, den Hauptvorteil eines Reduzierens der Kosten bereitstellen, während noch immer ermöglicht wird, dass Temperaturänderungen keinen Schaden an der Außenisolierung hervorrufen. Das bedeutet, dass die Viskosität des vernetzenden Gel-Materials so gering ist, dass eine Hitze-induzierte Volumenänderung stattfinden kann.
Daher ist die vorgeschlagene Isolierverbindung sehr unterschiedlich zu bekannten Verbindungen, wo eine wesentliche Verringerung der Viskosität bei erhöhten Temperaturen auftritt. Eine bevorzugte Ausführungsform ist die Kombination der oben beschriebenen PE-Pillen mit einem vernetzenden Silikon-Gel-ähnlichem, dem SilGel 612 des Herstellers WACKER.
Zum Verbessern der elektrischen Feld-Steuerung wird es weiterhin bevorzugt, dass massive Teilchen spezielle elektrische oder dielektrische Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise kann es bevorzugt sein, dass massive Teilchen elektrisch ladend sind und eine vorbestimmte dielektrische Konstante aufweisen. Die massiven Teilchen können aus einem leitfähigen Poly-Ethylen hergestellt werden. Das isolierende Fluid oder das Gel-Material kann auch solch eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Beispielsweise kann für die Teilchen ein leitfähiges Poly-Ethylen mit einem spezifischen Widerstand zwischen 10⁸ und 10¹⁰ Ω* cm verwendet werden. Dies kann eine Verringerung des Durchmessers des äußeren Isolatorkörpers 2 als Konsequenz der Verbesserung der elektrischen Feld-Steuerung hervorrufen, durch gleichmäßiges Verteilen der Spannung an den Isolatorkörper-Innenwänden 2.1 und der angrenzenden Luftkavität 1.
Des weiteren kann bemerkt werden, dass die massiven Teilchen 3.1 mit einem dünnen Film bereitgestellt werden können, um die Oberflächenspannung zu verringern. Um die Oberflächenspannung zu verringern, kann bevorzugt die dünne Schicht aus einem Silikon-Öl bzw. Silizium-Öl hergestellt werden. Falls eine dünne Schicht verwendet wird, kann dies eine leichtere Bewegung der Pillen bezüglich einander und bezüglich des isolierenden Fluids oder des Gel-Materials hervorrufen, was Platz zwischen den Teilchen bildet.
3a zeigt eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen einer Außenterminierung OT. 3b zeigt eine Vorrichtung zum Füllen eines isolierenden Fluids in das Isolatorkörper-Innere.
In Schritt S1 wird ein hohler Isolatorkörper 2 mit den Teilen, wie gezeigt in 1 und 2, die notwendig für das elektrische Funktionieren der Außenterminierung sind, hergestellt. Das bedeutet, dass alle die Elemente 1, 2, 2.1, 3, 4, 5, 5.1, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 11.1 angeordnet werden, so dass das Hochspannungskabel CA mit seiner inneren Isolierung 5 in dem Isolatorkörper 2 bereitgestellt wird. Wie in 3b gezeigt, wird die Außenterminierung OT mit ihrem angebrachten Hochspannungskabel Ca auf einem Unterstützungsteil 24 in einer vertikalen Anordnung angeordnet.
In einem zweiten Schritt muss die Füllverbindung 3' als Mischung der massiven Teilchen 3.1 und der isolierenden Verbindung 3.2 hergestellt werden innerhalb des Inneren des Isolatorkörpers 2. Zuerst werden die massiven Teilchen in den Isolatorkörper 2 von oben eingefüllt, beispielsweise auf eine wie in 3b gekennzeichnete Höhe, zum Beispiel Auffüllen auf ungefähr 90% des Inneren des Isolatorkörpers 2, so dass nur ein vorbestimmter Raum, beispielsweise eine Kavität 1 übrigbleibt an dem oberen Teil des Isolatorkörpers 2.
Innerhalb eines Behälters 15 ist die isolierende Verbindung 3.2, das heißt, das vernetzende Gel-Material des Silikon-Gels oder ein vernetzendes Poly-Buten oder das WACKER-POWERSIL*-Gel-79039-Material enthalten. In einem zweiten Schritt S2 wird die isolierende Verbindung 3.2 in den Isolatorkörper 2 eingeführt, wobei die massiven Teilchen 3.1 und die isolierende Verbindung 3.2 gemischt werden.
Bevorzugt wird in Schritt S22 das vernetzende Material von dem Behälter 15 in das Isolatorkörper-2-Innere über eine Röhre 23 durch Ventile 21, 20, 22 in der folgenden Art und Weise zugeführt.
Zuerst ist das Ventil 22 geschlossen und das Ventil 21, 20 ist offen und das Ventil 13 ist offen, um das Innere des Isolatorkörpers 2 zu entleeren, um es auf einen vorbestimmten Druck von nur 0,1 ... 0,5 bar zu bringen. Der Druck kann durch einen Druckmesser 14 überwacht werden. Wenn der vorbestimmte Druck erhalten wurde innerhalb des Isolatorkörpers 2, wird das Ventil 13 geschlossen.
Andererseits ist, wie auch in 2b gekennzeichnet, ein Schließdeckel 16 mit einem Ventil 17 durch eine Röhre 18 mit einem Gerät verbunden, das Druckluft oder N₂, beispielsweise von einer N₂-Flasche zuführt. Ein vorbestimmter Druck von 2 bis 3 bar wird als Kompressionsdruck in dem Behälter 15 angelegt.
Nachdem das Vakuum innerhalb des Isolatorkörpers 2 erhalten wurde, und das Ventil 13 geschlossen wurde, werden die Ventile 21, 22 geöffnet und die isolierende Verbindung 3.2, beispielsweise die vernetzende Verbindung, wird in das Innere des Isolatorkörpers 2 hineingepresst, um mit den massiven Teilchen, die schon darin enthalten sind, gemischt zu werden. während dieses Prozesses wird Teilweise die isolierende Verbindung 3.2 in den Isolatorkörper 2 durch das Vakuum in den Isolatorkörper 2 hineingezogen, und wird teilweise durch den an die isolierende Verbindung 3.2 innerhalb des Behälters 15 angelegten Druck hineingepresst.
Daher wird in einer sehr kurzen Zeit, beispielsweise einer oder zwei Minuten, eine Suspension innerhalb des Isolatorkörpers 2 gebildet, und da die isolierende Verbindung ein vernetzbares Material darstellt, startet der vernetzende Prozess in Schritt S23. Während des vernetzenden Prozesses vernetzt das Material mit sich selbst und breitet sich mindestens über die massiven Teilchen aus und bevorzugt auch über die Isolatorkörper-Innenwände, die Basisplatten-11-Oberfläche und die Kabelisolierung. Es ist auch möglich, dass das Material nicht nur mit sich selbst vernetzt, aber auch mit denn Innenwänden 2.1, der Basisplatte 11, der Kabelisolierung 5 und, falls bereitgestellt, mit der feldsteuernden Elementoberfläche 4. Um den Einführungsprozess zu beenden, wird schließlich das mit dem Verbinder 20.1 verbundene Ventil 20 geschlossen. Daher ist die Außenterminierung OT fertig.
Eine andere Ausführungsform des Füllverfahrens wird im Folgenden beschrieben. In dieser. Ausführungsform ist es nicht nötig, ein Vakuum in der Außenterminierung zu verwenden, das heißt, innerhalb des Isolatorkörpers 2. Es ist nur notwendig, einen Druck in dem Behälter 15 zu verwenden. Jedoch muss immer noch garantiert werden, dass es ein gutes Benetzen der Teilchen 3.1 durch die Isolierungsverbindung 3.2 gibt, und dass es eine passende Verdrängung der Luft von den Räumen zwischen den Füllteilchen 3.1 gibt. Daher muss die Füllzeit ausreichend lang sein, beispielsweise 30 bis 60 Minuten. Da der Flusswiderstand der Teilchen 3.1 innerhalb des Isolatorkörpers 2 kontinuierlich zunimmt mit einem Zunehmen der Fülldauer, wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform bereitgestellt, dass der Fülldruck kontinuierlich erhöht wird mit zunehmender Fülldauer.
Eine Möglichkeit, um diese kontinuierliche Erhöhung des Drucks zu erreichen, ist ein Reguliermittel zu verwenden, das graduell den Druck erhöht, der an die Füll-Fluid-Innenseite des Containers 15 angelegt wird. Eine andere Möglichkeit ist, einen Vorflusswiderstand zu verwenden, der einen kontinuierlichen Fluss hervorruft. Dieser Vorflusswiderstand kann beispielsweise durch die Röhre 23 gebildet werden, falls ihr freier Querschnitt passend dimensioniert ist.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Wie oben erklärt, kann das Herstellungsverfahren für eine Außenterminierung für AC- und DC-Hochspannungskabel bzw. Gleichstrom- und Wechselstrom-Hochspannungskabel verwendet werden. Es bereitet den Hauptvorteil im Verringern der Kosten, weil die Menge an isolierendem Fluid reduziert werden kann, aufgrund des Bereitstellens der massiven Teilchen. Weil ein Gel-Material verwendet wird, gibt es keinen Bedarf für komplizierte Dichtungen an dem oberen und unteren Teil des Isolatorkörpers.
Des Weiteren können verschiedene Modifizierungen und Variierungen, basierend auf den Lehren, die hierin enthalten sind, ausgeführt werden. Insbesondere kann die Erfindung Ausführungsformen umfassen, die aus Merkmalen und Schritten bestehen, die separat in der Beschreibung beschrieben wurden und/oder in den Ansprüchen beansprucht wurden.
Bezugszeichen in den Ansprüchen dienen nur für Klarstellungszwecke und limitieren nicht den Umfang der Ansprüche.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Außenterminierung (OT) für ein Hochspannungskabel (CA) umfassend: a) einen Isolatorkörper (2) zum Empfangen des Hochspannungskabels (CA); b) eine Füllverbindung (3), die innerhalb des Isolatorkörpers (2) bereitgestellt ist und mindestens einen Teil des Raumes zwischen den Isolatorkörper-Innenwänden (2.1) und der Kabelisolierung (5) ausfüllt; c1) wobei die Füllverbindung (3) aus einer Mischung von Teilchen (3.1) und einer isolierenden Verbindung (3.2) besteht; wobei c2) die Teilchen (3.1) massive Teilchen (3.1) ohne Kavitäten sind, wobei c3) die isolierende Verbindung (3.2) ein vernetztes Gel-Material ist; c4) das Gel-Material (3.2) eines ausgewählt aus der Gruppe ist, die aus einem Silicon-Gel und vernetztem Polybuten besteht, umfassend die folgenden Schritte: a) Herstellen (51) eines Isolatorkörpers (2) zum Empfangen des Hochspannungskabels (CA); b) Einfügen (S2) eines Füllmaterials (3) in den Isolatorkörper (2), um mindestens einen Teil des Raumes zwischen den Isolatorkörper-Innenwänden (2.1) und der Kabelisolierung (5) auszufüllen; wobei c) das Füllmaterial (3) aus massiven Teilchen (3.1) und einer isolierenden Verbindung (3.2) besteht; wobei d1) in einem ersten Schritt (S21) die massiven Teilchen (3.1) in den Isolatorkörper (2) eingefüllt werden; d2) in einem zweiten Schritt (S22, S23) die isolierende Verbindung (3.2) in den Isolatorkörper (2) gepresst wird; wobei die massiven Teilchen (3.1) und die isolierende Verbindung (3.2) gemischt werden, wobei der Fülldruck kontinuierlich mit steigender Fülldauer ansteigt; wobei d3) die isolierende Verbindung (3.2) ein vernetzbares Gel-Material ist; d4) das vernetzbare Material eines ausgewählt aus der Gruppe ist, bestehend aus einem Silicon-Gel und vernetzendem Polybuten; und d5) Herbeiführen des vernetzbaren Gel-Materials, nach dem es in den Isolatorkörper eingefüllt wird, um eine Vernetzung hervorzurufen zum Bilden eines vernetzten Gel-Materials in dem Isolatorkörper.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Teilchen (3.1) aus der Gruppe ausgewählt wird, bestehend aus Polyethylen, Polyvinylchlorid (PVC), Gummi, Glas und Porzellan.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vernetzbare Material eine Zusatz-aushärtbare Verbindung ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das vernetzbare Material ein Zweikomponenten-Silicon-Gummi-Material ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen (3.1) innerhalb eines dünnen Films (3.11) bereitgestellt werden, um die Oberflächenspannung zu reduzieren.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der dünne Film eine dünne Schicht von Siliconöl ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen (3.1) aus Niedrig-Rauch-nicht-toxischem Material hergestellt sind.