DE69015510T2

DE69015510T2 - Lagerfähiges Ummantelungselement für elektrische Kabelverbindungen für Kabel mit verschiedenen Durchmessern.

Info

Publication number: DE69015510T2
Application number: DE69015510T
Authority: DE
Inventors: Francesco Portas; Ubaldo Vallauri
Original assignee: Pirelli Cavi SpA
Current assignee: Prysmian Cavi e Sistemi Energia SRL
Priority date: 1989-08-01
Filing date: 1990-07-26
Publication date: 1995-08-17
Anticipated expiration: 2010-07-27
Also published as: CA2021956A1; EP0415082B1; IT1230364B; AU5803090A; AU635942B2; US6171669B1; IT8921404A0; PE34790A1; JP3055920B2; ES2068954T3; JPH03116669A; NZ234371A; DE69015510D1; CA2021956C; EP0415082A1; BR9003898A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ummantelungshülse für Kabelverbindungen aus Mischungen von vernetztem Polymermaterial, die an verschiedenen Kabeln mit verschiedenen Außendurchmessern angebracht werden kann.
Zur Herstellulng der Verbindung von elektrischen Kabelstücken für den Energietransport werden die Kabel besonders im Bereich von mittleren und hohen Spannungen an den Enden abisoliert, d.h. sie weisen keine isolierenden Ummantelungen und gegebenenfalls keine halbleitenden Ummantelungen auf, damit die Leiter freiliegen und somit ihre gegenseitige Verbindung hergestellt werden kann. Danach wird der Bereich ohne isolierende Ummantelung mit geeigneten Materialien gefüllt und anschließend mit einer äußeren Ummantelung abgedeckt, um im Verbindungsbereich die erforderlichen isolierungseigenschaften wieder herzustellen.
Zu diesem Zweck wird über dem Verbindungsbereich ein rohrförmiges Ummantelungselement aufgepaßt, das nachstehend als Hülse bezeichnet wird. Die Hülse ist aus vernetztem Polymermaterial hergestellt, das aus mehreren Schichten mit jeweils spezifischen elektrischen Eigenschaften besteht, und ist als ganzes dazu ausgelegt, elastisch um die Oberfläche der isolierenden Schicht der verbundenen Kabel geklemmt zu werden.
Aus diesem Grund wird die Hülse radial aufgeweitet und in aufgeweitetem Zustand gehalten, bis sie zum Einsatz kommt. Nachdem die Hülse über den Verbindungsbereich gelegt worden ist, wird sie um die Oberfläche der das Kabel isolierenden Schicht zum Schrumpfen gebracht, indem ein Druck auf sie ausgeübt wird, der die notwendigen elektrischen Anforderungen gewährleistet.
Um die Hülse in aufgeweitetem Zustand zu halten, kann sie aus wärmeschrumpfbarem Material hergestellt sein, also aus einem Material, das die ausgeführte Aufweitung so lange beibehalten kann, bis es durch Wärme zum Schrumpfen gebracht wird. Diese Methode erfordert jedoch diffizile Arbeitsgänge beim Anbringen der Hülse, da Einrichtungen zum Erwärmen, wie offene Flammen, benötigt werden, um die Wärmeschrumpfung der Hülse durchzuführen.
Alternativ kann die Hülse aus einem elastischen Material bestehen und um einen rohrförmigen Abstützkörper aufgepaßt werden, der mittels bekannter Methoden entfernt wird, nachdem die Hülse in die beabsichtigte Position gebracht wurde, was ein elastisches Schrumpfen der Hülse und ihr Klemmen um die das Kabel isolierende Schicht ermöglicht.
Zu dem Zweck wurden aus mehreren Schichten bestehende elastische Hülsen hergestellt, bei denen jede Schicht von geringer Dicke elastisch aufgeweitet und unabhängig jeweils auf rohrförmigen Körpern abgestützt wird, um nacheinander angebracht zu werden, bis die vorgesehene Dicke erreicht ist. Auf diese Weise wird jede Schicht der minimalen zulässigen Aufweitung unterzogen. Es werden aber einige Kontaktbereiche zwischen den verschiedenen getrennten Schichten geschaffen, was die Gefahr erhöht, daß verunreinigende Substanzen oder Luftblasen eingeschlossen werden können und demzufolge das Phänomen von Teilentladungen auftreten kann, was in kurzer Zeit zum Ausfall der Verbindung führt.
Auch Hülsen von großer Dicke wurden so hergestellt, wie es beispielsweise in der EP-A-0 379 056 (Zwischendokument) desselben Anmelders geoffenbart ist, in der insbesondere eine Hülse mit einer einzigen Größe zur Ummantelung von Kabelverbindungen von unterschiedlichen Größen durch Verwendung von Hülsen bereitgestellt wird, die in der Fabrik im elastisch aufgeweiteten Zustand auf den jeweiligen Abstützungen angeordnet und bis zum Zeitpunkt ihrer Anbringung so aufbewahrt werden.
Bei der obigen Anmeldung wurde das Problem, die Hülse genug aufzuweiten, damit sie auf das Kabel mit dem größten Durchmesser in der Gruppe der vorgesehenen Größen aufgepaßt werden kann, während sie gleichzeitig auch wirksam um die Kabel mit der kleinsten Größe in der Gruppe geklemmt werden kann, dadurch gelöst, daß für die äußerste Schicht der Hülse ein Material mit reduzierter Restverformung nach dem Nachlassen der aufgebrachten Aufweitspannung verwendet wird, das somit ermöglicht, daß die gesamte Hülse wirksam um die Kabel mit kleiner Größe geklemmt werden kann.
Tatsächlich haben die Polymermaterialien für die Herstellung von Hülsen, bei denen jede Schicht besondere, in Fachkreisen bekannte elektrische Eigenschaften aufweisen muß, insgesamt eine unvollständige elastische Rückbildung zu ihrer ursprünglichen Größe, weisen also eine Momentanrestverformung auf, deren Ausmaß unter anderem von dem Wert der vorher angelegten Verformung, der Temperatur und der Dauer des Dehnungszustandes abhängt. Die Momentanrestverformung verringert sich im Laufe der Zeit und wird gewöhnlich nach Ablauf einer bestimmten Zeitspanne, die im Bereich von einigen Tagen oder Monaten bei Raumtemperatur (≤ 30ºC) liegt, Null.
Da nach Aufpassen der Ummantelungshülse auf die Kabelverbindung vor der Inbetriebnahme des Kabels selbst nicht mehr lange genug gewartet werden kann, bis die Größenrückbildung erfolgt ist, die für das korrekte Klemmen der Hülse um das Kabel erforderlich ist, wurde in der oben genannten Patentanmeldung zur Herstellung von in der Fabrik auf die jeweiligen Abstützungen aufgeweiteten Hülsen für die äußerste Schicht der Hülse die Verwendung von Materialien vorgeschlagen, die besondere Eigenschaften reduzierter Restverformung haben und das Schrumpfen der gesamten Hülse bewirken können.
Der Mischungsansatz der Materialien der oben genannten Art ist jedoch schwierig, da die von ihnen verlangten mechanischen Eigenschaften kaum mit den erforderlichen elektrischen Eigenschaften in Einklang gebracht werden können und somit gemäß der genannten Patentanmeldung lediglich die Größe der äußeren Schicht so gewählt werden muß daß das elastische Schrumpfen der gesamten Hülse bewirkt wird. Aus diesem Grund besteht Bedarf an einer Hülse, die zu diesem Zweck verwendet werden kann und deren verschiedene Schichten identische elastische Eigenschaften aufweisen, ohne daß die Verwendung von Materialien mit den oben erwähnten hochelastischen Eigenschaften erforderlich ist.
In der DE-A-30 12 971 ist eine radial schrumpfbare Hülse mit einer durch Wärme rückbildbaren Schicht geoffenbart, die dazu geeignet ist, die Hülse in einer zur Lagerung stabilen Gestalt zu halten, die jedoch dazu gebracht werden kann, zurück in ihre ursprüngliche Gestalt zu schrumpfen.
In der DE-A-36 04 884 ist eine Hülse mit zwei Schichten geoffenbart, von denen eine aus geschäumtem Kunststoffmaterial besteht. Die Hülse kann sich durch Wärme zusammenziehen.
In der GB-A-2 156 506 ist eine Kabelverbindung geoffenbart, bei der die Isolierung durch Spritzgießen und Vernetzen ersetzt wird.
Die GB-A-1 277 217 zeigt eine Kabelverbindung, bei der dieselbe Hülse durch Verwendung von isolierenden Abstandsstücken auf Kabel mit vielen verschiedenen Durchmessern aufgepaßt werden kann.
In der GB-A-1 403 175 ist eine elastische Abdeckung mit Spanneinrichtungen auf der Umfangsoberfläche für ihre Aufweitung geoffenbart. Um den Kontakt der Abdeckung mit den Kabeln beim Zusammenziehen der Abdeckung zu gewährleisten, wird ein Haftmittel eingeführt.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist also die Herstellung einer Ummantelungshülse für Verbindungen elektrischer Kabel, die bereits aufgeweitet auf der jeweiligen rohrförmigen Abstützung bereitgestellt, bis zum Zeitpunkt der Verwendung gelagert und für Kabel unterschiedlicher Größe angewendet werden kann und dabei dennoch ein geeignetes Klemmen der Kabel gewährleistet, obwohl zu ihrer Herstellung Materialien verwendet werden, die ein gewisses Maß an Momentanrestverformung zulassen.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein lagerfähiges Ummantelungselement für elektrische Kabelverbindungen zum Anbringen an Kabeln einschließlich einer ein Kabel elektrisch isolierenden Lage mit
i. einem rohrförmigen Abstützelement,
ii. einer elastischen Hülse aus vernetzten Polymermischungen einschließlich einer elektrisch isolierenden Schicht als Teil davon, wobei die Hülse auf das rohrförmige Abstützelement in einem elastischen aufgeweiteten Zustand aufgepaßt wird, so daß die Hülse nach ihrer Positionierung um ein Kabel und nach Entfernen des rohrförmigen Abstützelements auf das Kabel aufgepaßt ist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß
iii. der Elastizitätsmodul der Hülse im Bereich von 5 bis 0,5 MPa liegt,
iv. die elektrisch isolierende Schicht der Hülse bei Freigabe bei Raumtemperatur eine Momentanrestverformung von 23 % oder mehr nach einer elastischen Aufweitung bis zu einem vorgegebenen Maximaldurchmesser mit einem aufgebrachten Aufweitungswert von 170 % oder mehr hat, der während einer Lagerzeit aufrecht erhalten wird, die zu wenigstens 24 Monaten bei Raumtemperatur äquivalent ist,
v. die Hülse nach Freigabe von dem Abstützelement nach der elastischen Aufweitung der elektrisch isolierenden Schicht ein negatives Spiel von wenigstens 10 % bei einem vorgegebenen Minimaldurchmesser aufweist und
vi. die Dicke der Hülse größer als 8 mm ist, wobei die Dicke der elektrisch isolierenden Schicht wenigstens 6 mm beträgt, so daß ein Druck von mehr als 0,1 MPa auf die elektrisch isolierende Lage eines Kabels ausgeübt wird, das den vorgegebenen Minimaldurchmesser nach Freigabe nach der elastischen Aufweitung hat.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Ummanteln von elektrischen Kabelverbindungen für Kabel, die eine elektrisch isolierende Lage in einem vorgegebenen äußeren Kabeldurchmesserbereich haben, der von einem kleinsten äußeren Kabeldurchmesser bis zu einem größten äußeren Kabeldurchmesser reicht, mit einem lagerfähigen Beschichtungselement nach Anspruch 1, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es die Schritte aufweist:
- Wahl eines maximalen Aufweitdurchmessers, der größer als der größte äußere Kabeldurchmesser ist,
- Wahl einer elektrisch isolierenden Schicht einer Hülse aus vernetzten polymeren Mischungen, die eine Momentanrestverformung von 23 % oder mehr bei einem angelegten Aufweitwert von 170 % oder mehr aufweist,
- Bestimmen eines minimalen Wertes für das negative Spiel zwischen der Hülse, die eine Dicke von mehr als 8 mm hat und die elektrisch isolierende Lage aufweist, welche eine Dicke von wenigstens 6 mm hat, und der elektrisch isolierenden Lage eines Kabels, das den kleinsten äußeren Kabeldurchmesser hat, damit ein Kontaktdruck von 0,1 MPa oder mehr ausgeübt wird,
- Bestimmen der Korrelation zwischen der angelegten Aufweitung und der Restverformung des Materials, die dem minimalen Wert für das negative Spiel entspricht,
- Bestimmen eines minimalen Aufweitwerts für die angelegte Aufweitung, die, entsprechend dieser Korrelation, einer Momentanrestverformung der Hülse entspricht, was den minimalen Wert für das negative Spiel ergibt, wenn ihre Freigabe erfolgt, nachdem sie auf diesem minimalen Aufweitwert während einer Lagerzeit gehalten wurde, die zu wenigstens 24 Monaten bei Raumtemperatur äquivalent ist,
- Prüfen, daß der minimale Wert niedriger als ein zulässiger Aufweitwert des vernetzten polymeren Materials ist und daß die Hülse rißsicher ist, wenn der zulässige Aufweitwert wenigstens sechs Monate bei Raumtemperatur beibehalten wird,
- Wählen einer inneren Bohrung im Ruhezustand der Hülse, die einem radialen Aufweitwert der elektrisch isolierenden Schicht entspricht, von der inneren Bohrung bei Ruhe bis zu dem maximalen Durchmesser, der größer als der minimale Aufweitwert und kleiner als der zulässige Aufweitwert ist,
- Bereitstellen einer rohrförmigen Abstützung, die einen Außendurchmesser hat, der gleich dem maximalen Durchmesser ist, und elastisches Aufweiten der Hülse darauf,
- Einführen der rohrförmigen Abstützung, die die Hülse auf sich aufgeweitet trägt, um ein Kabel in dem Kabeldurchmesserbereich und darauf erfolgendes Entfernen der rohrförmigen Abstützung von der Hülse, wodurch die Hülse zum elastischen Schrumpfen auf das Kabel veranlaßt wird.
Genauere Einzelheiten werden aus der nachstehend folgenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichungen ersichtlich, in denen
Fig. 1 einen schematischen Axialschnitt des Verbindungsbereichs zwischen zwei Kabeln zeigt, wo die Ummantelungshülse gerade auf den Kabeln angebracht wird,
Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Hülse in einem Ruhezustand ist,
Fig. 3 eine Querschnittsansicht der in Fig. 2 gezeigten Hülse ist, wenn sie in einem aufgeweiteten Zustand auf einer rohrförmigen Abstützung angebracht ist,
Fig. 4 eine Querschnittsansicht der in Fig. 2 gezeigten Hülse ist, wenn sie auf das Kabel mit dem kleinsten Durchmesser in der vorgesehenen Gruppe angebracht ist, und
Fig. 5 ein Diagramm ist, das die Wechselbeziehung zwischen der unter vorher festgelegten Bedingungen angelegten Dehnung und der Momentanrestverformung darstellt.
Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, wurde die Verbindung zwischen zwei Kabeln 1, 2 hergestellt, indem die Enden der zu verbindenden Kabel einander zugewandt angeordnet wurden, wobei von den Enden der Leiter 3 die jeweiligen Ummantelungsschichten stufenweise entfernt wurden, so daß die Leiter über eine vorgegebene Länge freiliegen.
Die Ummantelung des Kabels wird entfernt, indem über eine bestimmte Länge die isolierende Lage 4, die halbleitende Schicht 5, die Bewehrung 6 und die äußere Hülle 7 entfernt werden.
Die abisolierten Endabschnitte der Leiter 3 werden mittels einer Verbindungseinrichtung 8 elektrisch miteinander verbunden.
Die elektrische Verbindungseinrichtung 8, die schematisch in der Figur gezeigt ist, ist an sich bekannt und kann beispielsweise eine Schweißung, ein Verlaschungselement oder dergleichen sein und wird daher hier nicht im einzelnen beschrieben.
Der Raum, der dem Bereich entspricht, in dem die isolierende Lage entfernt wurde, wird nach der elektrischen Verbindung der Leiter miteinander mit einer Dichtmasse 9 mit hoher Dielektrizitätskonstante gefüllt, was in Fachkreisen ebenfalls bekannt ist. Die Dichtmasse 9 wird auch in der Nähe der Übergangsbereiche 9a zwischen der äußeren halbleitenden Schicht und der das Kabel isolierenden Lage angebracht, um die darin ausgebildete Stufe zu beseitigen.
Eine aus vernetztem Polymermaterial hergestellte Hülse 10 wird auf dem Verbindungsbereich angeordnet, um ihn abzudecken. Die Hülse 10 wird gleitend verschiebbar auf eines der Kabel aufgepaßt, und bevor sie zusammengefügt werden und nachdem die Vorgänge zur elektrischen Verbindungsherstellung durch Verwendung der Verbindungseinrichtung 8 und Anbringen des Füllstoffs 9 abgeschlossen sind, wird die Hülse selbst über den Verbindungsbereich gebracht, wo sie freigegeben wird, um eine Abdeckung zu bilden, die die abisolierten Längenstücke der isolierenden Lage 4 ummantelt.
Zu diesem Zweck wird die Hülse 10 um einen rohrförmigen Abstützkörper 11 angebracht, der sie in radial aufgeweitetem Zustand hält, wobei ihr Innendurchmesser ausreicht, um der Hülse selbst und dem sie tragenden rohrförmigen Körper ein ungehindertes Gleiten auf den Kabeln zu ermöglichen.
Damit die Hülse um die Verbindung herum gelegt werden kann, wird der rohrförmige Körper 11, der schematisch in Fig. 1 gezeigt ist, mittels bekannter Methoden, beispielsweise durch axiales Zurückziehen, progressiv entfernt, so daß die Hülse um die Oberflächen der das Kabel isolierenden Lage elastisch schrumpfen kann, wobei sie die Luft aus den damit in Kontakt stehenden Bereichen ausstößt und sich an die Oberflächen anlegt, während sie gleichzeitig einen bestimmten Druck auf sie ausübt, um eine richtige Verteilung des elektrischen Feldes in dem Verbindungsbereich zu gewährleisten.
Zu diesem Zweck muß beispielsweise für Mittelspannungskabel (Um ≥ 12 kV) dieser Druck größer sein als ein minimaler Wert von etwa 0,1 MPa.
In diesem Fall muß die Hülse im Ruhezustand, also wenn keine Spannungen angelegt werden, einen Innendurchmesser haben, der um einen Betrag, der eine elastische Verformung der Hülse bewirkt, die dem gewünschten Klemmen der Hülse auf die Kabel entspricht, kleiner ist als der Außendurchmesser der Kabel. Anders ausgedrückt heißt dies, daß die Öffnung in der Hülse ein negatives Spiel mit dem Durchmesser der das Kabel isolierenden Ummantelung haben muß, damit sie sie auch in elastisch verformten Zuständen umschließt.
Das zur Erzeugung eines bestimmten Drucks benötigte Maß an negativem Spiel hängt erstens von der Verformbarkeit des Materials ab, aus dem die Hülse besteht, d.h. von seinem Elastizitätsmodul E. Dieser Elastizitätsmodul der herkömmlich für diesen Verwendungszweck einsetzbaren Materialien liegt im Bereich von 5 bis 0,5 MPa. Zweitens hängt es von der radialen Dicke der Hülse ab.
Zieht man die herkömmlich verwendeten Materialien und die für die vorgesehenen Verwendungszwecke geeigneten Größen in Betracht, kann ein ausreichendes Klemmen der Hülse auf dem Kabel durch einen Wert von 10% oder mehr des negativen Spiels zwischen der Hülsenöffnung und dem Außendurchmesser des Kabels erreicht werden, wenn der Elastizitätsmodul wenigstens 0,5 MPa und die Wanddicke wenigstens 8 mm betragen.
In Fig. 2 ist eine an das Ende angepaßte Hülse in Ruhestellung, d.h. in nicht aufgeweitetem Zustand, gezeigt. Sie umfaßt eine zentrale Öffnung 12, eine innere Schicht 10a aus einem Material mit einer hohen Dielektrizitätskonstante &epsi;, die als Spannungsteiler wirkt, eine Zwischenschicht 10b aus einem isolierenden Material und eine äußere Schicht 10c aus einem halbleitenden Material.
Die zur Herstellung der Hülsen verwendeten Materialien sind vernetzte Polymermaterialien, die aus Mischungen mit den erforderlichen elektrischen Eigenschaften bestehen und die darüber hinaus die elastischen Eigenschaften aufweisen müssen, die ihr Klemmen um die Kabel gewährleisten, wie dies gezeigt ist.
Ausgehend von den Größen, die von den elektrischen Erfordernissen abhängen, ist die Dicke der Schichten 10a und 10c erheblich geringer als die der isolierenden Schicht 10b, die unter diesen Bedingungen daher im wesentlichen das richtige Klemmen der gesamten Hülse bewirkt. Der Beitrag der beiden anderen Schichten dazu ist vernachlässigbar.
Die erfindungsgemäße Hülse kann für Verbindungen in Kabeln verschiedener Größen verwendet werden, wodurch die Notwendigkeit verringert wird, mehrere Serien von Hülsen zu lagern, die auf verschiedene Kabeldurchmesser passen.
Zu diesem Zweck wird die Hülse, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, auf der rohrförmigen Abstützung 11 auf einen Innendurchmesser φ&sub1; aufgeweitet, der groß genug ist, um auf die Kabel mit dem größten Durchmesser aufgepaßt zu werden, deren Gesamtabmessung in der Figur mit einer punktierten Linie und dem Bezugszeichen CM dargestellt ist. Auf ähnliche Weise muß die Hülse auch mit ausreichend negativem Spiel, wie dies vorstehend erläutert wurde, wie in Fig. 4 gezeigt um die Kabel mit dem kleinsten Durchmesser in der Gruppe mit verschiedenen Größen, für die die Hülse vorgesehen ist, und somit um ein Kabel mit einer mit Cm bezeichneten Gesamtabmessung klemmend gelegt werden können.
Damit eine Hülse auf eine Gruppe von Kabeln paßt, bei denen der Durchmesser des größten Kabels um 60% größer ist als der Durchmesser des kleinsten Kabels, wie dies beispielsweise bei Kabeln mit einem Durchmesser von 20 mm und einem Durchmesser von 32 mm der Fall ist, muß die erforderliche Aufweitung der Hülse einen Innendurchmesser von etwa 40 mm erreichen, wenn die Größen eines zum Anbringen benötigten rohrförmigen Abstützkörpers 11, der für ein Aufpassen auf das größte der vorgesehenen Kabel geeignet sein muß, in Betracht gezogen werden, während gleichzeitig die Hülse bei ihrer Freigabe so weit schrumpfen muß, bis sie einen Durchmesser von 18 mm erreicht hat, damit sie um die kleinsten Kabel mit einem minimalen elastischen negativen Spiel von 10% aufgepaßt werden kann.
Die Hülsen können in unverformtem Zustand gelagert und unmittelbar vor ihrem Einsatz im Lager auf die jeweiligen rohrförmigen Abstützkörper aufgeweitet werden. Vorzugsweise sollten die Hülsen jedoch in der Fabrik unter kontrollierten Bedingungen auf die rohrförmigen Körper aufgebracht und in aufgeweitetem Zustand bis zum Zeitpunkt der Verwendung gelagert werden, im allgemeinen über einen Zeitraum von einigen Monaten.
Die zur Herstellung der Hülsen verwendeten Materialien weisen jedoch noch ein gewisses Maß an Momentanrestverformung auf. Mit anderen Worten, sie haben, wenn sie ausgehend von einem vorgegebenen Wert des Innendurchmessers aufgeweitet und über einen Zeitraum hinweg in diesem Zustand gehalten werden, nach ihrer Freigabe eine elastische Rückbildung zu einem Durchmesser, der größer ist als der Ausgangsdurchmesser, und behalten somit eine gewisse Verformung bei, die sich nicht sofort zurückbildet und bei einer Raumtemperatur von weniger als 30ºC erst nach einer langen Zeit, d.h. nach Wochen oder Monaten, teilweise oder vollständig zurückgeht, insbesondere wenn der verformte Zustand über einen langen Zeitraum beibehalten wurde, wie dies bei den in der Fabrik aufgeweiteten und bis zum Zeitpunkt der Verwendung für einige Monate in aufgeweitetem Zustand gelagerten Hülsen der Fall ist.
Um also schon von dem Augenblick an, in dem die Hülse auf die Kabel aufgepaßt wird, bei Raumtemperatur einen ausreichenden Klemmwert darauf zu erzielen, ohne mit der Inbetriebsetzung des Kabels so lange warten zu müssen, bis sich die Verformung zurückgebildet hat, was im Falle von herkömmlichen Anwendungen ein inakzeptabler Zeitraum wäre, muß auch diese Momentanrestverformung berücksichtigt werden, so daß die Hülse bei ihrer Freigabe auf den Kabeln sofort das erforderliche Maß an negativem Spiel vorweist, das zu ihrem Klemmen benötigt wird.
Die Momentanrestverformung des Materials hängt von dem Wert der angelegten Verformung, den Versuchsmodalitäten und der Zeit und Temperatur ab, in der es in verformtem Zustand gehalten wird. In Fig. 5 ist ein Diagramm gezeigt das beispielsweise für einige zur Herstellung der isolierenden Schicht 10b verwendbare Materialien die Entwicklung der Wechselbeziehung zwischen der an das Material angelegten prozentualen Verformung D, die für 40 Tage bei 65ºC beibehalten wird, und der jeweiligen Momentanrestverformung d darstellt.
Die genannten Zeit- und Temperaturbedingungen entsprechen im wesentlichen einer zweijährigen Lagerung bei Raumtemperatur und simulieren somit auf beschleunigte Weise die tatsächlichen Bedingungen zum Zeitpunkt der Verwendung einer in der Fabrik aufgeweiteten Hülse nach einem Lagerungszeitraum, wodurch ein geeigneter Bezugswert für die Bewertung des elastischen Verhaltens des Materials geschaffen wird.
Die Linie 13 stellt die gewünschte Wechselbeziehung zwischen der angelegten Verformung D und der Restverformung d dar, so daß ein Material, das infolge einer aufgebrachten Aufweitung von einem Ausgangsdurchmesser bis zum gewünschten maximalen Durchmesser von 40 mm gelangt, elastisch wieder den Durchmesser von 18 mm annehmen kann, was bei einem Kabel mit einem Durchmesser von 20 mm einem negativen Spiel von 10% entspricht.
Die vorstehenden Ausführungen bedeuten, daß ein elastomeres Material, das in Aufweitungszustände gebracht werden kann, die in dem rechts von der Linie 13 befindlichen Feld enthalten sind, zur Herstellung der isolierenden Schicht in der Hülse verwendet werden können.
Wird nämlich beispielsweise ein Material der Art verwendet, das eine der Kurve 14 entsprechende Wechselbeziehung zwischen aufgebrachter Aufweitung D und Restverformung d aufweist, kann ein angelegter Aufweitwert Dm1 von ungefähr 170 % festgestellt werden, bei dem man eine Momentanrestverformung von etwa 23% erhält. Wird daher von einem Durchmesser φ&sub0; von 14,5 mm im Ruhezustand ausgegangen, kann wie gewünscht ein Durchmesser von 18 mm nach Freigabe erzielt werden, was das gewünschte negative Spiel von 10% bei einem Kabel mit dem kleinsten Durchmesser in dem beabsichtigten Bereich gewährleistet.
Selbst bei Verwendung eines Materials mit geringeren elastischen Eigenschaften, d.h. eines Materials, das eine größere Momentanrestverformung zuläßt, wie dies durch die Kurve 15 in Fig. 5 dargestellt ist, kann ein aufgebrachter Aufweitwert Dm2 von 320% festgestellt werden, bei dem man eine Restverformung von 90% erhält, so daß ein Durchmesser φ&sub0; von 9,5 mm im Ruhezustand gewählt werden kann, der selbst dann das Erzielen eines Durchmesserwerts von 18 mm bei Freigabe ermöglicht, wenn von einer Restverformung von 90% ausgegangen wird.
Unter der Voraussetzung, daß der Durchmesser im Aufweitzustand gleich ist und daß für die verschiedenen Mischungen Punkte entlang der Kurven 14, 15 ausgewählt werden, die rechts von dem Schnittpunkt mit der Linie 13 liegen, können auch höhere Werte bei der angelegten Aufweitung, also niedrigere Werte von der Hülse, angewendet werden. Diese Werte führen zu entsprechend höheren Werten des negativen Spiels der Hülse mit dem Kabel bei ihrer Freigabe.
Die oben genannten elastischen Eigenschaften müssen mit einem Verformungsendwert der gewählten Mischung einhergehen, der gewährleisten kann, daß die zu dem gewünschten Klemmen führende angelegte Aufweitung erreicht werden kann, ohne daß es vorher zum Reißen der Hülse oder jedenfalls zu einem kritischen Spannungswert kommt.
Darüber hinaus wird der oben genannte Zustand nicht als momentaner Aufweitendwert der die isolierende Schicht der Hülse bildenden Mischung bezeichnet, da bei Belassen der Hülse im aufgeweiteten Zustand über einen beträchtlichen Zeitraum, der in der Größenordnung von einigen Monaten liegt, auch bei Vorhandensein von Aufweitwerten, die geringer sind als die "momentane" Endaufweitung, kritische Bedingungen erreicht werden können. Solche Aufweitendwerte, bei denen die Aufweitung über einen Zeitraum beibehalten wird, sind durch die Punkte DR in Fig. 5 gezeigt.
Es ist daher erforderlich, für die gewählte Mischung beim Festlegen des Aufweitendwertes sowohl die Tatsache, daß die Aufweitung über einen vorher bestimmten Zeitraum beibehalten werden muß, beispielsweise über sechs Monate, als auch einen damit zusammenhängenden zulässigen Sicherheitswert DRam zu berücksichtigen und sicherzustellen, daß der für die Hülse gewünschte Aufweitwert innerhalb des Bereichs vom minimalen Aufweitwert Dm zur maximalen zulässigen Aufweitung DRam liegt.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, könnte auch eine Mischung verwendet werden, die sich wie in Kurve 16 dargestellt verhält und eine hohe Restverformung aufweist, indem ein Ausgangsdurchmesser mit einer Aufweitung von wenigstens Dm3 gewählt wird, so daß der Bereich rechts von der Linie 13 erreicht wird. Wenn jedoch der zulässige Aufweitendwert DR unter dem Wert Dm3 liegt, wie dies oben angeführt ist, kann kein Anwendungsbereich für die Hülse gefunden werden.
Erfindungsgemäß stellt der bevorzugte Aufweitbereich auf der Hülsenabstützung angelegte Aufweitungen im Bereich von 120% bis 320% und vorzugsweise zwischen 150% und 250% bereit.
Da die Hülse ein fester rohrförmiger Körper mit großer Dicke ist, ist die prozentuale Aufweitung nicht auf der gesamten Hülse konstant, sondern nimmt von der Achse zum Umfang hin ab, wobei die kritischsten Bedindungen für das verwendete Material, d.h. die größten prozentualen Aufweitungen, in den Bereichen auftreten, die der zentralen Öffnung am nächsten liegen, und die Bedingungen bei einer Bewegung zur Außenseite hin weniger kritisch werden.
Aus diesem Grund muß die Spannungsteilerschicht 10a, die durch die angelegte radiale Aufweitung der größten Spannung ausgesetzt ist, aus einem Material hergestellt sein, das bei den beabsichtigten Lagerungsbedingungen und über den beabsichtigten Lagerungszeitraum im aufgeweiteten Zustand mechanische Eigenschaften aufweist, die es ihm ermöglichen, die angelegten Aufweitwerte auszuhalten. Andererseits beeinträchtigt dieses Material aufgrund der reduzierten Dicke der Schicht, die gewöhnlich um 10% geringer ist als die Gesamtdicke der Hülse, das Klemmen der gesamten Hülse nicht erheblich.
Die Hülsen arbeiten im Betriebszustand, sobald sie auf die Kabel aufgebracht sind, in einem weniger stark aufgeweiteten Zustand. Aufgrund der Tatsache, daß das Kabel in seinem Betriebszustand bei Temperaturen, die viel höher sind als die Raumtemperatur und die gewöhnlich auf 90ºC festgelegt werden, und über einen kurzen Zeitraum hinweg manchmal sogar bei noch höheren Temperaturen arbeiten muß, ist es andererseits klar, daß auch die auf den Kabelverbindungen angebrachten Hülsen solche Temperaturen aushalten und dabei trotzdem unter Sicherheitsbedingungen arbeiten müssen.
Diese Tatsache verursacht keinerlei Schwierigkeiten, wenn die Hülsen auf den Kabeln der kleinsten Größe angebracht werden, da bei ihrem Anbringen an den Kabeln ihre innersten Schichten einer reduzierten Aufweitung unterzogen werden, wie dies oben ausgeführt ist. Wenn die Hülsen dagegen auf den größten Kabeln angebracht werden, befinden sie sich in einem Zustand hoher radialer Aufweitung, da ihr Schrumpfen auf einen Durchmesser erfolgt, der um 60% größer ist als der Minimaldurchmesser.
Beispielsweise wird eine Hülse mit einem Innendurchmesser von 9,5 mm im Ruhezustand, die auf Kabeln mit einem Durchmesser von 32 mm angebracht wird, um 236% aufgeweitet. Damit die Hülse auch einen solchen Zustand mit einem angemessenen Sicherheitsspielraum aushält, müssen sowohl die isolierende Schicht 10b der Hülse als auch die innerste Schicht 10a einen Bruchdehnungswert, d.h. eine zulässige Dehnung bezüglich des Bruches, von mindestens über 300% bei Betriebstemperatur des Kabels haben.
Beispielsweise hat eine Mischung aus vernetztem Polymermaterial, die die genannten Merkmale aufweist und zur Herstellung der isolierenden Schicht 10b verwendet werden kann, die folgende Zusammensetzung (in Gewichtsanteilen ausgedrückt):
- Ethylen-Propylen-Mischpolymer, beispielsweise das auf dem Markt unter dem Namen DUTRAL CO-054 bekannte, das von DUTRAL S.p.A. hergestellt wird 100
- Polyisobutylen, beispielsweise das auf dem Markt unter dem Namen OPPANOL B200 bekannte, das von BASF hergestellt wird 22
- kalziniertes Kaolin 80
- Trimethoxyethoxyvinylsilan 1,5
- Paraffinwachs 2,5
- Zinkoxid 5
- Bleitetraoxid (Pb&sub3;O&sub4;) 7
- flüssiges Cis-1,2-Polybutadien 6
- Poly-1,2-Dihydro-2,2,4-Trimethylchinolin 1,5
- Schwefel 0,47
- 1,1-Bis-Terbutylenperoxy-3,3,5-Trimethyl-Cyclohexan 4,2
Die physikalischen Eigenschaften der aus der Mischung hergestellten Hülsenschicht sind nach dem Vernetzen wie folgt:
- Zerreißfestigkeit 7 MPa
- maximale zulässige Aufweitung bei Raumtemperatur, beibehalten über einen Zeitraum von sechs Monaten > 400%
- maximale zulässige Aufweitung bei 100ºC, beibehalten über einen Zeitraum von sechs Monaten > 300%
- Elastizitätsmodul E 1,8 MPa
- Momentanrestverformung bei einer angelegten radialen Aufweitung von 320% über eine Zeit von 40 Tagen bei 65ºC, bestimmt nach UNI 7321-74 Richtlinien 90%
- Dielektrizitätskonstante &epsi;, bestimmt nach ASTM D150 Richtlinien 3
- Volumenwiderstand, bestimmt nach ASTM D257 Richtlinien 10¹&sup5; Ohm x cm
Ein Beispiel einer Mischung aus vernetztem Polymermaterial mit den genannten Merkmalen hinsichtlich Verformbarkeit und Festigkeit, das zur Herstellung der inneren Schicht 10a verwendet werden kann, hat die folgende Zusammensetzung (in Gewichtsanteilen ausgedrückt):
- Ethylen-Propylen-Mischpolymer, beispielsweise das auf dem Markt unter dem Namen DUTRAL CO-054 bekannte, das von DUTRAL S.p.A. hergestellt wird 100
- Zinkoxid 5
- Ruß, wie er beispielsweise auf dem Markt unter dem Namen HUBER N 990 bekannt ist, der von der Firma DEGUSSA S.p.A. hergestellt wird 140
- paraffinischer Weichmacher 40
- Poly-1,2-Dihydro-2,2,4-Trimethylchinolin 1,5
- Stearinsäure 1
- Triallylcyanurat 1
- Cumolhydroperoxid 2
Die physikalischen Eigenschaften der aus dieser Mischung hergestellten Hülse sind nach dem Vernetzen wie folgt:
- Zerreißfestigkeit 7 MPa
- maximale zulässige Aufweitung bei Raumtemperatur, beibehalten über einen Zeitraum von sechs Monaten > 400%
- maximale zulässige Aufweitung bei lOO0C, beibehalten über einen Zeitraum von sechs Monaten > 300%
- Elastizitätsmodul E 1,5 MPa
- Momentanrestverformung bei einer angelegten radialen Aufweitung von 300% über eine Zeit von 40 Tagen bei 65ºC, bestimmt nach UNI 7321-74 Richtlinien 90%
- Dielektrizitätskonstante, bestimmt nach ASTM D150 Richtlinien 15
- Volumenwiderstand, bestimmt nach ASTM D257 Richtlinien 10¹&sup0; Ohm x cm
Wenn aus anderen Gründen als den berücksichtigten mechanischen unterschiedliche relative Dicken zwischen den verschiedenen, die Hülse bildenden Schichten erforderlich sind, können die oben angeführten Zustände begrenzter Restverformung nicht nur bei der isolierenden Schicht, sondern auch bei einer oder mehreren der anderen Schichten angewendet werden, abhängig von ihrem tatsächlichen Spannungszustand und ihrem Beitrag zum elastischen Verhalten der Anordnung.

Claims

1. Lagerfähiges Ummantelungselement für elektrische Kabelverbindungen zum Anbringen an Kabeln (1, 2) einschließlich einer ein Kabel elektrisch isolierenden Lage (4) mit

i. einem rohrförmigen Abstützelement (11),

ii. einer elastischen Hulse (10) aus vernetzten Polymermischungen einschließlich einer elektrisch isolierenden Schicht (10b) als Teil davon, wobei die Hülse (10) auf das rohrförmige Abstützelement (11) in einem elastischen aufgeweiteten Zustand aufgepaßt wird, so daß die Hülse (10) nach ihrer Positionierung um ein Kabel (1, 2) und nach Entfernen des rohrförmigen Abstützelements (11) auf das Kabel (1, 2) aufgepaßt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

iii. der Elastizitätsmodul der Hülse (10) im Bereich von 5 bis 0,5 MPa liegt,

iv. die elektrisch isolierende Schicht (10b) der Hülse (10) bei Freigabe bei Raumtemperatur eine Momentanrestverformung von 23 % oder mehr nach einer elastischen Aufweitung bis zu einem vorgegebenen Maximaldurchmesser mit einem aufgebrachten Aufweitungswert von 170 % oder mehr hat, der während einer Lagerzeit aufrecht erhalten wird, die zu wenigstens 24 Monaten bei Raumtemperatur äquivalent ist,

v. die Hülse (10) nach Freigabe von dem Abstützelement (11) nach der elastischen Aufweitung der elektrisch isolierenden Schicht (10b) ein negatives Spiel von wenigstens 10 % bei einem vorgegebenen Minimaldurchmesser aufweist und

vi. die Dicke der Hülse (10) größer als 8 mm ist und die Dicke der elektrisch isolierenden Schicht (10b) wenigstens 6 mm beträgt, so daß ein Druck von mehr als 0,1 MPa auf die elektrisch isolierende Lage (4) eines Kabels (1, 2) ausgeübt wird, das den vorgegebenen Minimaldurchmesser nach Freigabe nach der elastischen Aufweitung hat.

2. Lagerfähiges Ummantelungselement für Kabelverbindungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (10) sich in einem Aufweitzustand befindet, der von 170 % bis 320 % reicht, und eine entsprechende Momentanrestverformung zwischen 23 % und 90 % hat.

3. Lagerfähiges Ummantelungselement für Kabelverbindungen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch isolierende Schicht (10b) sich in einem Aufweitungszustand befindet, der von 170 % bis 250 % reicht.

4. Lagerfähiges Ummantelungselement für Kabelverbindungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Maximaldurchmesser etwa 40 mm und der vorgegebene Minimaldurchmesser etwa 20 mm beträgt.

5. Lagerfähiges Ummantelungselement für Kabelverbindungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (10) drei Schichten (10a, 10b, 10c) aus vernetzten Polymermaterialmischungen aufweist, wobei die elektrisch isolierende Schicht (10b) die Zwischenschicht ist und eine Dicke von wenigstens 80 % der Gesamtdicke der Hülse (10) hat.

6. Lagerfähiges Ummantelungselement für Kabelverbindungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Aufweitung der elektrisch isolierenden Schicht (10b) kleiner ist als ein zulässiger Expansionswert (DRam), der niedriger ist als der Aufweitungsendwert (DR) der Mischung des vernetzten Polymermaterials der elektrisch isolierenden Schicht (10b), und daß die Hülse (10) rißsicher ist, wenn die Aufweitung wenigstens 6 Monate bei Raumtemperatur beibehalten wird.

7. Lagerfähiges Ummantelungselement für Kabelverbindungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (10) wenigstens eine radial innerste Schicht (10a) hat, die einen Expansionsendwert hat, der größer als 250 % bei der normalen Betriebstemperatur des Kabels (1, 2) und größer als 350 % bei Raumtemperatur ist.

8. Lagerfähiges Ummantelungselement für Kabelverbindungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (10) im aufgeweiteten Zustand eine Wandstärke im Bereich von 5 bis 25 mm hat.

9. Verfahren zum Ummanteln von elektrischen Kabelverbindungen für Kabel (1, 2), die eine elektrisch isolierende Lage (4) in einem vorgegebenen äußeren Kabeldurchmesserbereich haben, der von einem kleinsten äußeren Kabeldurchmesser (Cm) bis zu einem größten äußeren Kabeldurchmesser (CM) reicht, mit einem lagerfähigen Ummantelungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß es die Schritte aufweist:

- Wahl eines maximalen Aufweitdurchmessers, der größer als der größte äußere Kabeldurchmesser (CM) ist,

- Wahl einer elektrisch isolierenden Schicht (10b) einer Hülse (10) aus vernetzten polymeren Mischungen, die eine Momentanrestverformung von 23 % oder mehr bei einem angelegten Aufweitwert von 170 % oder mehr aufweist,

- Bestimmen eines minimalen Wertes für das negative Spiel zwischen der Hülse (10), die eine Dicke von mehr als 8 mm hat und die elektrisch isolierende Schicht (10b) aufweist, welche eine Dicke von wenigstens 6 mm hat, und der elektrisch isolierenden Lage (4) eines Kabels (1, 2), das den kleinsten äußeren Kabeldurchmesser (Cm) hat, damit ein Kontaktdruck von 0,1 MPa oder mehr ausgeübt wird,

- Bestimmen der Korrelation zwischen der angelegten Aufweitung und der Restverformung des Materials, die dem minimalen Wert für das negative Spiel entspricht,

- Bestimmen eines minimalen Aufweitwerts (Dm) für die angelegte Aufweitung, die, entsprechend dieser Korrelation, einer Momentanrestverformung der Hülse (10) entspricht, was den minimalen Wert für das negative Spiel ergibt, wenn ihre Freigabe erfolgt, nachdem sie auf diesem minimalen Aufweitwert während einer Lagerzeit gehalten wurde, die zu wenigstens 24 Monaten bei Raumtemperatur äquivalent ist,

- Prüfen, daß der minimale Wert (Dm) niedriger als ein zulässiger Aufweitwert (DRam) des vernetzten polymeren Materials ist und daß die Hülse (10) rißsicher ist, wenn der zulässige Aufweitwert wenigstens sechs Monate bei Raumtemperatur beibehalten wird,

- Wählen einer inneren Bohrung (Φ&sub0;) im Ruhezustand der Hülse (10), die einem radialen Aufweitwert der elektrisch isolierenden Schicht (10b) entspricht, von der inneren Bohrung (Φ&sub0;) bei Ruhe bis zu dem maximalen Durchmesser, der größer als der minimale Aufweitwert (Dm) und kleiner als der zulässige Aufweitwert (DRam) ist,

- Bereitstellen einer rohrförmigen Abstützung (11), die einen Außendurchmesser hat, der gleich dem maximalen Durchmesser ist, und elastisches Aufweiten der HÜlse (10) darauf,

- Einführen der rohrförmigen Abstützung (11), die die Hülse (10) auf sich aufgeweitet trägt, um ein Kabel (1, 2) in dem Kabeldurchmesserbereich und darauf erfolgendes Entfernen der rohrförmigen Abstützung (11) von der Hülse (10), wodurch die Hülse (10) zum elastischen Schrumpfen auf das Kabel (1, 2) veranlaßt wird.