DE69411937T2

DE69411937T2 - Verschluss fuer hochspannungsverbindungen

Info

Publication number: DE69411937T2
Application number: DE69411937T
Authority: DE
Inventors: Brian H. Brisbane Ca 94005 Clark; Graham J. Chadds Ford Pa 19317 Clarke; Wolfgang B. D-85625 Glonn Haverkamp; James E. Atherton Ca 94027 Jervis; Pascal F-95490 Vaureal Lecordier; Harry G. Newark De 19713 Yaworski
Original assignee: Raychem Corp
Current assignee: Raychem Corp
Priority date: 1993-10-18
Filing date: 1994-10-12
Publication date: 1999-04-22
Anticipated expiration: 2014-10-13
Also published as: NO961517L; WO1995011543A1; TW382152B; IL111241A; AU682227B2; US5606149A; JPH09503900A; HK1011795A1; IL111241A0; ATE168834T1; DE69411937D1; MY111906A; AU8014894A; ZA948168B; EP0724789A1; CA2174424A1; EP0724789B1; PH31136A; BR9407845A; CN1133654A

Description

Die Erfindung betrifft einen Schutz einer Verbindung zwischen zwei Teilen einer elektrischen Hochspannungsanlage, insbesondere zwischen einem Stromkabel und einer anderen elektrischen Anlage.
Die Anforderungen für eine Verbindungsstelle zum Schutz der Verbindung zwischen einem Stromkabel (wie beispielsweise den Kabeln, wie sie in Übertragungs- und Verteilernetzen verwendet werden) und einem anderen Kabel bzw. einer anderen elektrischen Anlage, zum Beispiel einem Schaltgerät oder einem Transformator, sind höher als die Anforderungen an eine Verbindungsstelle zum Schutz eines Signalkabelanschlusses (z. B. beim Telefon). Dies trifft besonders bei Hochspannungs-Starkstromkabeln zu. (Ganz allgemein wird hier mit "Hochspannung" eine Spannung über 1 kV bezeichnet, während der Teilbereich zwischen 1 kV und 69 kV hier als "Mittelspannung" bezeichnet wird.) In beiden Fällen ist eine gute Abdichtung zum Schutz der Leiter vor Feuchtigkeit, Staub und anderen Fremdstoffen aus der Umgebung unabdingbar. Bei einer Signalkabelverbindungsstelle ist jedoch die Durchschlagsfestigkeit der Isolierung nicht kritisch, sofern es sich hierbei um einen guten Isolator handelt. Bei einer Hochspannungskabelverbindungsstelle muß die Isolierung einem Spannungsdurchschlag bei den dort anzutreffenden viel höheren Spannungsbelastungen widerstehen. Außerdem arbeitet die Starkstromanlage bei höheren Temperaturen als Telefon- oder andere Signalkabel, so daß eine hohe Temperaturfestigkeit nötig ist. Schließlich muß die elektrische Belastung durch eine geeignete Ausführung des Verschlusses oder durch Anordnung eines die Belastung abstufenden Werkstoffes an kritischen Stellen zur Belastungsverteilung beeinflußt werden. (In diesem Zusammenhang sind "leitfähig", "Leitfähigkeit" und "Belastung" immer im elektrischen Sinn aufzufassen, sofern nichts anderes ausgesagt wird.)
Eine übliche Ausführung für Hoch- und Niederspannungsverbindungsstellen weist ein rohrförmiges äußeres Schutzteil auf. Das Teil wird über eines der Kabelenden geschoben, vorübergehend unmittelbar nahe dem Verbindungsbereich "geparkt" und dann nach Beendigung des Leiterspleißvorgangs über den Verbindungsbereich geschoben. Für diese Lösung ist eine gesonderte Arbeitsfläche erforderlich, die mindestens gleich der Länge der Verbindungsstelle selbst ist. Da die Verspleißung gegebenenfalls in beengten Verhältnissen vorgenommen wird, ist der benötigte zusätzliche Raum unter Umständen nicht verfügbar. Dieses Problem verschärft sich noch bei Hochspannungskabeln mit ihren typischen längeren Verbindungsstellen.
Eine bei Signalkabelverschlüssen verwendete alternative Ausführung weist zwei Schalenhälften auf, von denen jede mit einem Material zur Ausfüllung von Hohlräumen vorgefüllt ist. Die beiden Schalenhälften werden über der Verbindung zusammengesetzt, wobei das Material zur Hohlraumausfüllung die Verbindung und die Kabel einkapselt. Diese Ausführung ist deswegen attraktiv, da hierbei keinerlei Teile vorgesehen sind, die zur Seite weggeschoben müssen, und die Abdichtung gegenüber der Umgebung einfach dadurch erreicht wird, daß die beiden Hälften zusammengepaßt werden. Im Niederspannungsbereich gibt es viele Beispiele, z. B. in den US-Patentschriften 3,879,575 (1975; Dobbin u. a).; 4,849,580 (1989; Reuter) 4,859,809 (1989; Jervis); 4,909,756 (1990; Jervis); 5,099,088 (1992; Usami u. a.); und 5,173,173 (1992; Jervis). Diese Ausführung ist jedoch nicht im Hochspannungsbereich eingesetzt worden, da die Grenzfläche zwischen dem Material zur Hohlraumausfüllung in beiden Schalen einen Pfad bilden kann, über den es leicht zu einem Versagen der Isolation kommen kann. Berichten zufolge beträgt die Grenz flächen-Durchschlagsfestigkeit zwischen zwei Teilen aus demselben Werkstoff etwa ein Sechstel der Gesamt-Durchschlagsfestigkeit des Werkstoffs selbst. Hierzu wird auf Fournier u. a. in "Interfacial breakdown phenomena between two EPDM surfaces", Veröff. Nr. 363, 6. IEE Conference an Dielectric Materials, Measurements and Applications, S. 330-333 (Sept. 1992, Manchester, United Kingdom) verwiesen. Es ist auch berichtet worden, daß ein Spannungsdurchschlag infolge der Pfadbildung an Grenzflächen etwa für 40% der Ausfälle bei Kabelspleißen im Mittelspannungsbereich verantwortlich ist; vgl. Lamarre u. a. in "Characterization of medium voltage Gable splices aged in service" in "Proceedings of the Jicable 91 International Conference" Versailles/Frankreich, S. 298-304 (Juni 1991). Außerdem sind vorgefüllte Halbschalenverschlüsse für den Niederspannungsbereich für den Einsatz im Hochspannungsbereich ungeeignet, da bei ihnen keine Maßnahmen zur Steuerung der Belastung vorgesehen sind.
In den Fällen, in denen nach dem Stand der Technik die Halbschalenausführungen für Hochspannungsverbindungen verwendet worden sind, ist die Vorbefüllung vermieden worden: ungefüllte Schalenhälften werden dabei um eine Verbindung herum angeordnet und über eine Entlüftungsöffnung wird ein Verkapselungsmaterial (z. B. Polyurethan oder Bitumen) eingegossen, das man dann aushärten läßt. Bei dieser Lösung mit "Harzverguß" härtet das Verkapselungsmaterial als eine einzige Masse aus, wodurch die Bildung einer Grenzfläche innerhalb des Verkapselungsmaterials vermieden wird, entlang derer ein Versagen vorkommen kann; vgl. beispielsweise die US-PS 4,943,685 (1990; Reynaert). Allerdings ist bei dieser Verbindungsstelle weder eine Sichtprüfung möglich, noch kann sie geprüft oder eingegraben werden, und das Kabel kann erst dann unter Strom gesetzt werden, nachdem das Verkapselungsmaterial ausgehärtet ist, was eine recht lange Zeit in Anspruch nehmen kann. Darüber hinaus sind Verschlüsse aus vergossenem Harz in der Regel nicht wiederverwendbar.
Somit ist es wünschenswert, einen Verschluß für Hochspannungsverbindungen zu schaffen, bei dem die vorstehend genannten Einschränkungen nicht gegeben sind und bei dem ein vorgehärtetes Material zur Hohlraumfüllung zum Einsatz kommt, das unempfindlich gegen einen Grenzflächen-Spannungsdurchschlag ist.
Bei einem erfindungsgemäßen Verschluß wird ein Gel als Material zur Hohlraumfüllung verwendet. Wir haben unerwarteterweise entdeckt, daß ein Gel eine Grenzflächen-Durchschlagsfestigkeit aufweist, die mindestens 40% der Gesamt-Durchschlagsfestigkeit des Gels selbst beträgt. Beispielsweise enthält eine erfindungsgemäße Verbindungsstelle eine Gel-Gel-Grenzfläche mit einer Grenzflächen-Durchschlagsfestkeit von mindestens 10 kV/mm gegenüber der Grenzflächen-Durchschlagsfestigkeit an einer EPDM-EPDM-Grenzfläche, die geringer als etwa 3 kV/mm ist. In gleicher Weise besitzt auch die Grenzfläche zwischen dem Gel und den Kabelmaterialien eine hohe Grenzflächen-Durchschlagsfestigkeit, wodurch eine Verkleinerung der Grenzflächen in Längsrichtung und eine Verkürzung der Gesamtlänge der Verbindungsstelle möglich werden. Diese Entdeckung ermöglicht einen kompakten, bequem zu montierenden Hochspannungsverschluß mit Halbschalen. Da das Gel an der Grenzfläche geteilt werden kann, ist auch eine Wiederverwendung gegebenenfalls möglich. Die Verschlüsse eignen sich zum Schutz von Verbindungen zwischen zwei Teilen einer elektrischen Hochspannungsanlage, insbesondere in den Fällen, in denen mindestens eines der Teile ein Mittelspannungskabel ist, z. B. ein Verteiler- oder Weiterleitungskabel. Das Isoliergel ist bereits erstarrt, liegt also im wesentlichen in seiner endgültigen Gelform bereits vor, wenn es über einer Kabelverbindung aufgebracht wird, wodurch die Notwendigkeit entfällt, das Gel in situ anzumischen, zu vergießen und seine Erstarrung abzuwarten.
Dementsprechend ist eine Verschlußanordnung zum Schützen einer Verbindung zwischen zwei Teilen einer elektrischen Hochspannungsanlage vorgesehen, die folgendes aufweist:
a) ein Gehäuse, das zum Anbringen über der Verbindung angepaßt ist und das eine leitfähige Oberfläche aufweist, um einen elektrisch neutralen Schild für die Verbindung und die Teile der darin enthaltenen elektrischen Anlage zur Verfügung zu stellen; und
b) Regeleinrichtungen für die elektrische Belastung, die angepaßt sind, um die Verbindung und die unmittelbar daran anschließenden Teile der elektrischen Anlage zu umschließen, um die Verteilung der elektrischen Belastung zu regeln; und
c) ein isolierendes Gel, das in anhaftender Weise in dem Gehäuse an der Innenseite der leitfähigen Oberfläche angeordnet ist und das angepaßt ist, um einen engen und gleichförmigen Kontakt mit den Regeleinrichtungen für die elektrische Belastung und mit den Teilen der in dem Gehäuse enthaltenen elektrischen Anlage zu machen, so daß im wesentlichen alle darin gebildeten Hohlräume, die nicht von der Regeleinrichtung für die elektrische Belastung umschlossen sind, ausgefüllt sind, wenn das Gehäuse über der Verbindung angebracht ist und das isolierende Gel mindestens eine Gel-Gel-Grenzfläche mit einem anderen isolierenden Gel bildet, wobei die Grenzfläche eine Grenzflächen-Durchschlagsfestigkeit von wenigstens 40%, vorzugsweise wenigstens 60% und noch bevorzugter von wenigstens 80% von der Gesamt-Durchschlagsfestigkeit des isolierenden Gels aufweist.
Vorzugsweise handelt es sich bei mindestens einem der Teile der elektrischen Hochspannungsanlage um ein Hochspannungskabel. Bei Bedarf kann das Gehäuse außerdem eine Isolierschicht aufweisen, die zwischen dem leitfähigen Material und dem Isoliergel auf der Gehäuseinnenseite angeordnet ist.
Das Gehäuse kann einen einstückigen Aufbau zur Umschließung besitzen, oder es können mindestens zwei Gehäuseschalen vorgesehen sein, die so ausgebildet sind, daß sie zur Bildung des Gehäuses zusammenpassen. Dabei kann das Gehäuse (bzw. die entsprechenden Schalen) zumindest teilweise mit Isoliergel vorgefüllt sein, wodurch der Einschluß von Luftblasen zwischen dem Isoliergel und dem Gehäuse vermieden wird. Mit dem Begriff "vorgefüllt" soll hier der Umstand bezeichnet werden, daß das Isoliergel speziell im erstarrten Zustand im Inneren des Gehäuses oder der Schalen anhaftend positioniert ist, ehe es auf die Verbindung aufgebracht wird, so daß zwischen dem Gehäuse und dem Gel keine Luftblasen eingeschlossen sind. Ein Gel kann durch eine chemische Aushärtungsreaktion erstarren, wie im Fall chemisch vernetzter Gele, oder einfach durch Abkühlung, wie im Fall thermoplastischer Gele. Bei Bedarf kann das Gehäuse außerdem eine Isolierschicht aufweisen, die zwischen der Schale und dem Isoliergel auf der Gehäuseinnenseite angeordnet ist.
Der Verschluß kann des weiteren eine Halteeinrichtung (force means) aufweisen, um in Kombination mit dem Gehäuse zu wirken, um das isolierende Gel in einen engen und gleichförmigen Kontakt mit der Regeleinrichtung für die elektrische Belastung, mit den Teilen der elektrischen Anlage, die in dem Gehäuse enthalten ist, und mit einem anderen isolierenden Gel zu bringen. In den Fällen, in denen das Gehäuse in Form gelgefüllter und zusammengepaßter Schalen aufgebaut ist, bildet sich zwischen dem Isoliergel in der einen Schale und dem Isoliergel in der anderen Schale eine Gel-Gel-Grenzfläche. Wenn das Gehäuse eine einteilige vorgefüllte Konstruktion ist, kann die Gel-Gel- Grenzfläche zwischen zwei Teilen des Isoliergels vorliegen, die Teil eines einzigen, das Gehäuse ausfüllenden Isoliergelmasse sind. Damit soll ein hier gegebener Hinweis auf eine Grenzfläche zwischen dem Isoliergel und "weiterem Isoliergel" nicht in der Weise verstanden werden, daß unbedingt mindestens zwei getrennte Isoliergelmassen vorhanden sind. Die Halteeinrichtung (force means) kann auch in Verbindung mit dem Gehäuse nach dem Einbau in der Weise wirksam sein, daß sie das Isoliergel unter Druck hält, um so die engen und gleichförmigen Kontakte aufrechtzuerhalten.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Verbindungsstelle zwischen einem Hochspannungs-Starkstromkabel und einer anderen elektrischen Anlage vorgesehen, wobei das Kabel wenigstens folgendes aufweist: eine Kern-Ader, eine Isolation, die jede Kern-Ader umschließt, und eine halbleitende Schicht, die die isolierten Kern-Adern umschließt, wobei
a) eine Verbindung zwischen einer freigelegten Ader von einem abgestreiften (stripped) Kern des kabels und einer freigelegten Ader von der anderen elektrischen Anlage mittels eines Verbinders ausgebildet wird;
b) eine Regeleinrichtung für die elektrische Belastung die Verbindung und die Teile von dem Kabeö und die andere elektrische Ausrüstung umschließt, die unmittelbar daran angrenzt, um die Verteilung der elektrischen Belastung zu regeln;
c) ein Gehäuse die Verbindung und die Regeleinrichtung für die elektrische Belastung einschließt, wobei das Gehäuse eine leitfähige Oberfläche hat, die elektrisch mit den halbleitenden Schichten von dem Kabel und mit der anderen elektrischen Anlage verbunden ist, um einen elektrischen Schild für die Verbindungsstelle zur Verfügung zu stellen; und
d) das Innere des Gehäuses mit wenigstens einem isolierenden Gel gefüllt ist, das wenigstens eine Gel-Gel-Grenzfläche mit einem anderen isolierenden Gel ausbildet, wobei die Grenzfläche eine Grenzflächen-Durchschlagsfestigkeit von wenigstens 50%, bevorzugt wenigstens 60% und noch bevorzugter von wenigstens 80% von der Gesamt-Durchschlagsfestigkeit des isolierenden Gels aufweist und wobei das isolierende Gel innerhalb des elektrisch neutralen Schildes angeordnet und in engem und gleichförmigen Kontakt mit dem Inneren des gehäuses, der Regeleinrichtung fpr die elektrische Belastung und den Teilen von dem Kabel und der anderen elektrischen Anlage, die in dem Gehäuse enthalten ist, ist.
Gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt wird ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindungsstelle zwischen einem Hochspannungskabel und einer anderen elektrischen Anlage geschaffen, wobei das Kabel wenigstens folgendes aufweist: eine Kern- Ader, eine Isolierung, die jede Kern-Ader umschließt, und eine halbleitende Schicht, die die isolierten Kern-Adern umschließt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
a) Zurückstreifen der halbleitenden Schicht und der Isolation von dem Kabel in einer terassenförmigen Anordnung, um einen Teil von der Isolierung un der Ader freizulegen;
b) Ausbilden einer Verbindung zwischen der freigelegten Kabel-Ader und einer freigelegten Ader von der anderen elektrischen Anlage mit einem Verbinder;
c) Umschließen der Verbindung un der Teile von dem Kabel und der anderen eölektrischen Anlage, die unmittelbar daran anschließen, mit einer Regelanlage für die elektrische Belastung, um die Verteilung der elektrischen Belastung zu regeln; und
d) Positionieren eines Gehäuses über dem Verbinder, wobei das Gehäuse eine leitende Oberfläche aufweist und des weiteren ein isolierendes Gel aufweist, das in anhaftender Weise an dem Inneren davon, innen von der leitenden Schicht angeordnet ist, so daß das isolierende Gel in einem engen und gleichförmigen Kontakt mit der Regeleinrichtung für die elektrische Belastung und den Teilen von der elektrischen Anlage in dem Gehäuse ist und wobei das isolierende Gel wenigstens eine Gel-Gel-Grenzfläche mit einem anderen isolierenden Gel ausbildet, wobei die Grenzfläche eine Grenzflächen-Durchschlagsfestigkeit von wenigstens 40%, bevorzugt wenigstens 60% und noch bevorzugter von wenigstens 80% von der Gesamt-Durchschlagsfestigkeit des isolierenden Gels aufweist; im wesentlichen alle Hohlräume innerhalb des Gehäuses, die nicht von der Regeleinrichtung für die elektrische Belastung umschlossen sind, ausgefüllt sind; und die leitende Oberfläche einen elektrisch neutralen Schild für die Verbindung ausbildet.
Fig. 1a-b zeigen einen erfindungsgemäßen Verschluß in verschiedenen Ansichten und Fig. 1c und 1d zeigen weitere erfindungsgemäße Verschlüsse, die jeweils Flansche aufweisen, um eine erweiterte Gel-Gel-Grenzfläche zu bilden und leitfähiges Gel innerhalb des Isoliergels eingeschlossen zu positionieren.
Fig. 2 zeigt den Verschluß aus Fig. 1c, der über einer in Reihe angeordneten Verbindung zwischen zwei Hochspannungskabeln angeordnet ist.
Fig. 3 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen Verschluß mit einer zusätzlichen Isolierschicht.
Fig. 4 zeigt diesen Verschluß bei Einbau über einer Verbindung zwischen Hochspannungskabeln.
Fig. 5a stellt das Ausführungsbeispiel dar, bei welchem zwei Schalenhälften an einem Scharnier miteinander verbunden sind.
Fig. 5b zeigt noch ein anderes alternatives Ausführungsbeispiel, bei dem ein einstückiges Umschließungsgehäuse verwendet wird. Ein weiteres Ausführungsbeispiel mit Scharnier ist in Fig. 5c dargestellt.
Fig. 6 veranschaulicht eine knieförmige Verbindung, die durch einen erfindungsgemäßen Verschluß geschützt wird.
Fig. 7a-b stellen einen Aufbau zum Messen der Grenzflächen- Durchschlagsfestigkeit dar.
Der erfindungsgemäße Verschluß eignet sich zur Herstellung von Verbindungsstellen zwischen vielen Arten von Hochspannungskabeln, beispielsweise Kabeln aus vernetztem Polyethylen (XLPE), aus Ethylen-Propylen-Gummi (EPR) und Zuleitungskabeln mit Papierisolierung (PILC). Er kann die Verbindungen der konzentrischen neutralen Kupferband- oder Drahtabschirmungen des Kabels aufnehmen, die zur Wahrung der Kontinuität der Abschirmung gegen Erde über der Verbindungsstelle miteinander verbunden werden müssen. Der Verschluß eignet sich auch zum Verbinden eines Hochspannungs-Starkstromkabels zu einem anderen Stromkabel oder, über eine Muffe, zu einer Schaltvorrichtung oder einem Transformator.
Fig. 1a stellt im Längsquerschnitt einen Verschluß 10 mit einer ersten und zweiten langgestreckten Schale 12a und 12b dar, die identisch sein können, was aber nicht unbedingt der Fall sein muß. Die Schalen 12a und 12b sind mit einem Isoliergel 14 ge füllt und so ausgebildet, daß sie zur Bildung eines Gehäuses 11 zusammenpassen. Optional können Stabilisierringe 18a und 18b aus Isoliermaterial vorgesehen sein, die als Abstandhalter dienen, um den Verschluß im eingebauten Zustand an Ort und Stelle halten. Die Ringe 18a und 18b dienen auch als Abstands-Halteeinrichtung, die sicherstellt, daß das Isoliergel 14 um die Verbindungsstelle in vorgegebener Mindestdicke verteilt ist und nicht unbeabsichtigt herausgequetscht wird mit der Folge, daß es zu dünn ist, um noch die notwendige Durchschlagsfestigkeit zu bieten. Die Ringe 18a-b können integraler Bestandteil der jeweiligen Schalen 12a oder 12b sein oder auch separate Teile bilden. Bei einer alternativen Ausbildungsform können sie in Form länglicher Einbauten vorgesehen sein.
Die Schalen 12a und 12b weisen eine leitfähige (oder zumindest halbleitende) Fläche 19 auf, die einen elektrischen Kontakt mit der Halbleiterschicht des Kabels und, sofern sie vorgesehen ist, der Halbleiterschicht der anderen elektrischen Anlage, herstellt, um so eine elektrisch neutrale Fläche für die Verbindungsstelle zu schaffen. Die Schalen 12a und 12b können aus Metall oder einem Polymer hergestellt sein, das dadurch leitfähig gemacht wird, daß es mit leitfähigem Material wie Ruß, Graphit oder Metallpulver bzw. -flocken versetzt wird, wobei in diesem Fall das leitfähige Material sowohl den Gehäusekorpus als auch die leitfähige Außenfläche 19 bildet. Ganz allgemein beträgt der spezifische elektrische Widerstand der leitfähigen Fläche 19 vorzugsweise weniger als 500 Ohm·cm und liegt im typischen Fall zwischen 100 und 1000 Ohm·cm. Sind die Schalen 12a-b aus Metall gefertigt, können sie gestanzt sein. Bestehen die Schalen 12a-b aus einem Polymer, können sie im Blasformverfahren oder Spritzgußverfahren oder im Vakuum geformt werden. Die Schalen 12a-b können optional einen Entlastungskonus 17 aufweisen, der sich in einer Richtung verjüngt, die von der Mitte des Verschlusses wegführt. Neben der elektrischen Entlastung sorgen die Schalen 12a und 12b auch für einen mechani schen Schutz der umschlossenen Verbindungsstelle. Deshalb sollten sie vergleichsweise starr und druckfest sein. Bei Bedarf können die Schalen 12a-b aus einem Elastomermaterial bestehen, um die Ausdehnung des Gels aufzufangen.
Alternativ können die Schalen 12a und 12b ein Isoliermaterial mit leitfähiger Außenfläche 19 aufweisen, die von einer dünnen Metallschicht gebildet wird, auf die ein anderes leitfähiges Material aufgesprüht, aufgestrichen oder anderweitig aufgebracht ist. Bei der leitfähigen Fläche 19 kann es sich um die Außenfläche bzw. Außenhaut der Schalen 12a und 12b handeln, wie im hier dargestellten Fall, oder sie kann als eine zusätzliche Schicht aus einem Dielektrikum darüber vorgesehen sein, oder die Schalen 12a-b können zwei Schichten aus Polymermaterial, eine isolierende Innenschicht und eine leitfähige Außenschicht aufweisen, die hohlraumfrei aufeinander laminiert oder miteinander verbunden sind. Die Positionen dieser beiden Schichten können auch umgekehrt werden.
Fig. 1b zeigt denselben Verschluß im Querschnitt in Querrichtung entlang der Linie a-a', wobei Merkmale sichtbar sind, die in Fig. 1a nicht zu erkennen sind. Die Schale 12a weist positive Vorsprünge 20 auf, die zum Verhaken mit komplementären Vorsprüngen 22 in der Schale 12b geeignet sind, um die beiden Schalen gut passend zusammenzuhalten. Auch wenn die Schalen 12a und 12b hier als Patrizen- und Matrizenteil dargestellt sind, sind auch andere Ausführungen zulässig, beispielsweise in kombinierter Patrizen-/Matrizen-Ausführung, wobei jede Schale sowohl die positiven Vorsprünge 20 als auch komplementären negativen Laschen 22 aufweist. Zum Zusammenhalten der Schalen können auch andere Mechanismen verwendet werden, beispielsweise eine Konstruktion mit Schiene und Nut, Federn oder Einschnappriegel.
Die Form der Schalen im Querschnitt kann auch anders als der im wesentlichen halbkreisförmige Querschnitt gemäß Fig. 1b sein. Fig. 1c zeigt ein solches anderes Ausführungsbeispiel, wobei gleiche Bezugszeichen auch gleiche Teile angeben. Der Verschluß 10a weist dabei die Schalen 12a' und 12b' auf die Flansche 26 zur Verlängerung der Grenzflächenverbindung zwischen den Isoliergelen 14 aufweisen, wie durch das Maß b-b' angegeben ist, während sie in allen anderen Aspekten mit den Schalen 12a und 12b aus Fig. 1b identisch sind. Die Verlängerung der Grenzflächenverbindung trägt dazu bei, das Risiko eines Ausfalls entlang der Verbindungslinie zwischen den Isoliergelen 14 zu verringern, mit denen die Schalen 12a' und 12b' gefüllt sind.
Fig. 1d (in der die gleichen Bezugszeichen wie bisher verwendet auch gleiche Elemente bezeichnen) zeigt ein noch anderes Ausführungsbeispiel. Der Verschluß 10b ist ähnlich den Verschlüssen 10 bzw. 10a, doch enthält er ein leitfähiges Gel 16, das im Inneren des Isoliergels 14 nahe der Mitte des Verschlusses 10b eingeschlossen positioniert ist und durch dieses von den Schalen 12a-12b getrennt wird. Das leitfähige Gel 16 stellt eine Regeleinrichtung für die elektrische belastung dar, mittels derer die Verteilung der elektrischen Belastung in der Nähe der Verbindung und der freilegenden Ader gesteuert wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel können die Regeleinrichtung für die elektrische Belastung und das Isoliergel vorteilhafterweise gleichzeitig mit der Positionierung des Gehäuses über der Verbindung eingebracht werden.
Fig. 2 zeigt den über einer linearen Reihenverbindung zwischen einem Paar Hochspannungskabel 30 eingebauten Verschluß 10b teilweise im Längsquerschnitt. Dabei wurden die Halbleiterschichten 32 und die Isolierungen 34 an den Kabeln 30 in terrassenförmiger Anordnung zurückgestreift, um die Kern-Ader 36 freizulegen, die dann mittels eines Quetschverbinders 38 zur Bildung einer Verbindung 37 zwischen ihnen miteinander verbun den werden. (Es können auch andere Verbinder wie Schraubverbinder hierzu eingesetzt werden.) Bei Bedarf weisen die Kabel 30 Kabelmäntel 39 z. B. aus Poly(vinyl)chlorid (PVC) oder Polyethylen mit mittlerer oder hoher Dichte (MDPE bzw. HDPE) auf, die für einen zusätzlichen mechanischen Schutz sorgen und/oder eine Feuchtigkeitssperre bilden. Ein leitfähiges Gel 16 umgibt die abisolierten Kern-Adern 36, den Quetschverbinder 38 und die unmittelbar benachbarten Teile der Isolierungen 34. Es gleicht das elektrische Potential innerhalb seines Volumens aus, d. h. es hat die Wirkung eines Faradayschen Käfigs, und verhindert so den Aufbau elektrischer Belastungen, die zum Ausfall führen könnten. Die Schalen 12a und 12b wurden so zusammengepaßt, daß sie ein Gehäuse 11 bilden, das die Verbindung 37 enthält. Der Entlastungskonus 17 sorgt für Entlastung an der Übergangsstelle der zurückgestreiften Isolierungen 34 und der Halbleiterschichten 32. Die leitfähige Oberfläche 19 kann elektrisch mit den Halbleiterschichten 32 verbunden sein, um für eine elektrisch neutrale Außenfläche für die Verbindungsstelle zu sorgen. Die Feder 42 hält die Schalen 12a und 12b zusammen und sorgt dabei für eine hermetische Abdichtung zwischen ihnen. Die Feder 42 hält auch das Gelmaterial 14 unter Druck, wodurch dessen Wirksamkeit als Hohlraumfüller und Dichtungsmaterial erhöht wird. In den Fällen, in denen die Schalen 12a und 12b aus einem elastischen Material bestehen, können die von den Sicherungsvorsprüngen 20 und 22 ausgeübten Kräfte, mit denen sie die Schalen 12a und 12b zusammenhalten, ausreichen, um das Isoliergel 14 unter Druck zu halten. Es können auch andere Mittel zur Ausübung einer Druckkraft auf das Gel um die fertige Verbindungsstelle herum verwendet werden, z. B. ein Druckgasraum oder ein Elastomerbeutel, wie sie in der US-PS 4,736,071 (1988; Hawkings u. a.) beschrieben sind.
Anstelle eines Entlastungskonus 17 zur Entlastung kann auch ein (hier nicht dargestelltes) Material zur Belastungsverteilung verwendet werden, im typischen Fall ein Band oder Mastix mit einem spezifischen elektrischen Widerstand im Bereich von 10&sup7; bis 10¹¹ Ohm·cm. Das Material zur Belastungsverteilung wird an den halbleitenden Anschlüssen aufgewickelt oder anderweitig positioniert, also an den Stellen, an denen die Halbleiterschicht und die zurückgestreiften Teile der Isolierung aufeinander treffen.
Das Isoliergel 14 weist vorzugsweise eine Konuspenetrationswert zwischen ca. 50 und etwa 350 (10&supmin;¹ mm), noch besser zwischen 250 und 350 (10&sup7; mm) auf; und vorzugsweise besitzt es eine Bruchdehnung von mindestens ca. 100%, noch besser von mindestens 200%. Kommt eine Wiederverwendung in Betracht, so sollte die Kohäsionsfestigkeit des Gels größer als die Haftfestigkeit einer exponierten Fläche des Gels zu sich selbst oder zu einem ähnlichen Gel sein. Die Konuspenetration kann so gewählt werden, daß sichergestellt wird, daß das Isoliergel sich um die abzudichtenden Leiter in einer Weise verformen kann, daß Lufteinschlüsse vermieden werden, doch ohne zu starkes Fließen oder, bei Bedarf, ohne zu starke Relaxation im Laufe der Zeit. Die Bruchdehnung kann so gewählt werden, daß sichergestellt ist, daß nach erneutem Eindringen in den Verschluß das Isoliergel durch das Aufklappen der beiden Schalen von der abgeschirmten Kabelverbindungsstelle abgezogen wird. Die Konuspenetration wird an einer störungsfreien Probe unter Verwendung eines genormten Konus im Maßstab 1 : 1 (Konusgewicht 102,5 g, Schaftgewicht 47,5 g) nach der Norm ASTM D217-168 bei 21ºC gemessen, wobei die Eindringtiefe nach 5 Sekunden ermittelt wird. Die Längendehnung wird unter Verwendung eines Gesenks vom Typ 4 zum Schneiden der Probe und Ziehen mit einer Geschwindigkeit von 50 cm/min bei 21ºC gemäß der Norm ASTM D638-80 gemessen. Das Gel sollte dabei gegenüber den Materialien der Verbindungsstelle und den miteinander verbundenen Kabeln im wesentlichen inert sein. Das Isoliergel weist günstigerweise die folgenden elektrischen Eigenschaften auf: einen spezifischen Durchgangswiderstand von mindestens 10¹² Ohm·cm, vorzugsweise mindestens 10¹&sup4; Ohm·cm und noch günstiger mindestens 10¹&sup6; Ohm·cm; eine Dielektrizitätskonstante von weniger als 5; einen Streufaktor von weniger als 0,01; und eine Gesamt-Durchschlagsfestigkeit von mindestens 20 kV/mm. Da eine Hochspannungsanlage bei erhöhten Temperaturen funktionieren muß, beispielsweise bei einer gleichbleibenden Betriebstemperatur von 90 ±+ 5ºC, mit Notfall-Abweichungen bis zu 130 ± 5ºC, muß das Gel eine gute Widerstandsfähigkeit gegenüber hohen Temperaturen aufweisen. Vorzugsweise besitzt das Isoliergel 14 eine so hohe Hohlraumfüllkraft, daß der Anteil von Hohlräumen im Inneren der Verbindungsstelle im Normbereich innerhalb der Grenzen des AEIC-CS5-87-Standards liegt.
Isoliergele können durch Gelbildung erstarrungsfähiger Polyurethan-Ausgangsstoffe in Anwesenheit eines mineralischen. Öls, eines pflanzlichen Öls oder eines Weichmachers bzw. von Gemischen derselben hergestellt werden. Die Menge des Weichmachers kann beispielsweise 30-70 Gew.-% des Gesamtgewichts im Falle eines Weichmachers wie Trimellitat, oder 60-80% im Falle eines pflanzlichen oder mineralischen Öls betragen. Mineralische und pflanzliche Öle können beispielsweise im Verhältnis von 0,7-2,4 Gewichtsanteilen des Mineralöls zu 1 Gewichtsanteil pflanzlichem Öl gemischt werden. Andere geeignete Isoliergele können dadurch hergestellt werden, daß reaktionsfreudige Silikone mit reaktionslosen Extender-Silikonen zum Erstarren gebracht werden. Zu einer weiteren Gruppe von Isoliergelen gehören die Gele, die durch das Strecken von Triblock-Copolymeren wie zum Beispiel Styrol-Ethylen-Butylen-Styren-Copolymeren (unter dem Warenzeichen KratonTM von Shell Oil Co. erhältlich) gebildet werden. Zu veranschaulichenden Veröffentlichungen von gegebenenfalls geeigneten Gelen gehören die Patentschriften US 4,600,261 (1986; Debbault); US 5,079,300 (1992; Dubrow u. a.); US 5,104,930 (1992, Rinde u. a.); US 5,149,736 (1992; Gamarra); WO 90/05166 (1990; Sutherland); und WO 9/05014 (1991; Sutherland u. a.).
Das Isoliergel bildet außerdem eine Grenzfläche mit hoher Durchschlagsfestigkeit gegenüber anderen Stoffen, zum Beispiel gegenüber der Regeleinrichtung für die elektrische Belastung der Kabelisolierung und der Halbleiterschicht. Infolgedessen müssen diese Grenzflächen nicht so lang wie bei Verschlüssen nach dem Stand der Technik sein, um als Schutz gegen Ausfall an ihnen entlang zu dienen, was eine insgesamt kürzere Verbindungsstelle ermöglicht.
Das Isoliergel sollte mit den Kabelmaterialien kompatibel sein, d. h. sie nicht angreifen. Bekanntlich werden Kabelmaterialien auf XLPE-Basis und auf der Grundlage anderer Kohlenwasserstoffe leicht von mineralischem Öl angegriffen; trifft dies zu, sollten Gele auf Mineralölbasis bei solchen Kabeln vermieden werden. Bevorzugt werden Silikongele wegen ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber hohen Temperaturen, ihren überlegenen elektrischen Eigenschaften, ihrer Verträglichkeit mit Kabelmaterialien und wegen ihrer chemischen Trägheit.
Wir haben unerwarteterweise entdeckt, daß die Grenzfläche zwischen Isoliergelen eine sehr hohe Grenzflächen-Durchschlagsfestigkeit besitzt. Im Normalfall entspricht die Grenzflächen- Durchschlagsfestigkeit zwischen zwei Teilen aus demselben Material nur einem kleinen Anteil der Gesamt-Durchschlagsfestigkeit des Materials selbst. Bei EPDM-Gummi beträgt die Gesamt-Durchschlagsfestigkeit beispielsweise etwa 18,2 kV/mm. Doch die Grenzflächen-Durchschlagsfestigkeit entspricht etwa einem Sechstel dieses Wertes, bzw. rund 3 kV/m, wobei der genaue Wert von dem Druck abhängig ist, der zum Zeitpunkt der Messung herrscht. Ein Gehäuse für Hochspannungsverbindungsstellen das eine EPDM-EPDM-Grenzfläche enthält, neigt sehr leicht zu Ausfällen entlang der Grenzfläche. Im Gegensatz hierzu haben wir festgestellt, daß die Durchschlagsfestigkeit an der Gel-Gel- Grenzfläche mindestens 40%, im typischen Fall mindestens 60% und häufig mindestens 80% der Gesamt-Durchschlagsfestigkeit entspricht. Im spezifischen Fall eines bevorzugten Silikongels beträgt die Gesamt-Durchschlagsfestigkeit etwa 25 kV/mm. Die Grenzflächen-Durchschlagsfestigkeit entspricht dabei dem überraschend hohen Wert von 20 kV/mm bzw. etwa 80% des Gesamtwerts. Bei einer so hohen Grenzflächen-Durchschlagsfestigkeit kann eine Verbindungsstelle eine Gel-Gel-Grenzfläche enthalten, ohne daß es zu unangemessener Ausfallneigung entlang der Grenzfläche kommt.
Die Durchschlagsfestigkeit einer EPDM-EPDM-Grenzfläche kann vorübergehend dadurch verbessert werden, daß eine Schicht Schmiermittel aufgetragen wird. Das Schmiermittel wandert jedoch, wenn auf die Verbindungsstelle Wärmebelastungen einwirken, was schließlich zu einer Grenzfläche mit niedriger Durchschlagsfestigkeit führt, die ausfällt. Bei einer Gel-Gel-Grenzfläche bleibt die Grenzflächen-Durchschlagsfestigkeit unendlich lang hoch, so daß die Grenzfläche nicht im Laufe der Zeit zu einem "schwachen Glied in der Kette" wird, über welches es zu Ausfall kommen kann.
Das leitfähige Gel 16 dient als Regeleinrichtung für die elektrische Belastung. Es trägt dazu bei, die Wirkung ionisierbarer Hohlräume aufzuheben, indem ein Feld gleichen Spannungspotentials um solche Hohlräume aufgebaut wird (Wirkung eines Faradayschen Käfigs). Die nichtelektrischen Eigenschaften des leitfähigen Gels 16 können im allgemeinen dieselben wie bei dem Isoliergel 14 sein. Das leitfähige Gel 16 kann durch Einbeziehung eines leitfähigen Stoffes; wie Ruß, Graphit, feinen Teilchen oder Flocken eines Metalls wie Nickel, Kobalt, Gold oder Silber, oder eines an sich leitfähigen Polymers wie Polypyrrol, Polyanilin, Polythiophen, Polyanisidin und dergleichen; in ein ansonsten nicht leitfähiges Gel hergestellt werden. Gegebenenfalls geeignete leitfähige Gele werden in den Patentschriften US 4,770,641 (1988; Rowlette); US 4,845,457 (1989; Nakanishi); US 5,182,050 (Joyce, Jr. u. a.) und in der Veröffentlichung WO 86/01634 (1986; Toy u. a.) beschrieben. Der spezifische elektrische Widerstand des leitfähigen Gels 16 beträgt vorzugsweise weniger als 500 Ohm·cm und liegt im typischen Fall zwischen 100 und 1000 Ohm·cm. Das leitfähige Gel 16 ist vorzugsweise aus demselben Ausgangsmaterial wie das Isoliergel 14 gebildet, damit eine gute Adhäsion zwischen den beiden Stoffen gewährleistet ist. Vorzugsweise handelt es sich hierbei ebenso um ein Silikongel. Die Verträglichkeit mit dem Kabelmaterial oder dem Verbindungsmaterial, mit dem es in Kontakt kommt, muß natürlich gegeben sein.
Eine Zylinderfeder, ein Aluminiumlochblech, ein gleichförmiger, leitfähiger Schaum oder ein leitfähiges Band bzw. eine flexible Schicht können anstelle des leitfähigen Gels 16 zur Bildung eines Faradayschen Käfigs verwendet werden. Diese Alternativen können auf das Isoliergel 14 vorpositioniert oder in einem separaten Schritt, beispielsweise durch Umwickeln der Leiter und/oder des Verbindungsteils mit einem leitfähigen Band, aufgebracht werden.
Mit der Regeleinrichtung für die elektrische Belastung läßt sich die Verteilung der elektrischen Belastung durch einen anderen Effekt als den des Faradayschen Käfigs steuern. Dabei kann es sich um ein Material mit hoher absoluter Dielektrizitätskonstante handeln, z. B. um ein Band bzw. ein Mastix aus einem leicht mit Ruß angereichertem Butylgummi oder einem anderen Polymer, oder um ein Gel mit einem spezifischen Widerstand in diesem letztgenannten Bereich, das um die Verbindung so positioniert wird, daß es die Strombelastungen gleichmäßiger verteilt.
In Verbindung mit den Schalen 12a und 12b kann eine Halteeinrichtung (force means) (z. B. Feder 42) verwendet werden, um das Isoliergel 14 in engen gleichförmigen Kontakt mit dem leitfähi gen Gel 16 oder einer anderen Regeleinrichtung für die elektrische Belastung, mit den im Gehäuse enthaltenen Teilen der Kabel und mit dem Isoliergel in der anderen Schale zu pressen. (Der Anschluß 37 wird vom leitfähigen Gel 16 umgeben und kommt deshalb nicht mit dem Isoliergel 14 in Kontakt.) Dabei werden im wesentlichen alle Hohlräume im Inneren des Gehäuses ausgefüllt. Zwischen dem Isoliergel 14 und allen Materialien, mit denen es in Berührung kommt, einschließlich einem anderen Gelmaterial, werden Grenzflächen mit hoher Durchschlagsfestigkeit gebildet. Vorzugsweise wirkt die Halteeinrichtung (force means) außerdem in Verbindung mit den Schalen zusammen, um das Isoliergel im Betrieb unter Druck zu halten. Während des Betriebs können auf das Isoliergel eine Reihe mechanischer Belastungen oder Wärmebelastungen einwirken, die während der Temperaturwechselbeanspruchung des Kabels oder bei Bewegung des Erdbodens, in dem das Kabel gegebenenfalls eingegraben ist, entstehen. Diese Belastungen führen leicht zu einer Lösung des Isoliergels von der Verbindungsstelle oder zur Teilung an der Gel-Gel-Grenzfläche. Das Isoliergel unter Druck zu halten trägt dazu bei, eine solche Ablösung zu vermeiden. Die erforderliche Druckkraft ist nicht groß und kann tatsächlich sogar recht klein sein. In den Fällen, in denen die mechanischen Belastungen und die Wärmebelastungen nicht besonders schwerwiegend sind oder in denen das Gehäuse das Isoliergel gegenüber solchen Belastungen angemessen schützt, ist es unwesentlich, ob der Verschluß unter Druck gehalten wird. Wenn die einzige erforderliche Kraft nur dazu dient, das Isoliergel in engen gleichförmigen Kontakt mit der Verbindung und den im Gehäuse eingeschlossenen Kabelteilen zu halten, kann diese Kraft einfach der von Hand ausgeübte Druck sein, der beim Zusammenpassen der Schalen 12a und 12b aufgebracht wird. Bei der Feder 42 kann es sich um eine Zylinderfeder, eine Feder in Form einer Drahtwicklung zur Konstanthaltung des Drucks, ein Paar Federhälften und ähnliches handeln. Zu anderen Halteeinrichtungen können Klammern, Riegel und dergleichen gehören.
Fig. 3 zeigt einen alternativen erfindungsgemäßen Verschluß 10c (wobei sich Bezugszeichen, die identisch mit den in den vorhergehenden Figuren verwendeten sind, sich auch auf gleiche Teile beziehen). Der Verschluß 10c umfaßt eine erste und eine zweite langgestreckte Schale 12c und 12d (wobei nur die Schale 12c aus Gründen der Vereinfachung dargestellt ist, da die beiden Schalen im wesentlichen gleich sind). Der Verschluß 10c unterscheidet sich vom Verschluß 10 insofern, als er eine Schicht 15 aus Isoliermaterial enthält (z. B. aus einem thermoplastischen Kunststoff wie HDPE oder Gummi), die zwischen der Schale 12c und dem Isoliergel 14 angeordnet ist und diese beiden Teile voneinander trennt, ausgenommen entlang ihrer inneren Längskanten. Ein bei Bedarf vorzusehendes leitfähiges Gel 16 ist ebenfalls dargestellt. Diese Ausführung ist deshalb von Vorteil, weil dabei die eingesetzte Menge an Isoliergel 14 verringert wird, das im Falle der bevorzugten Silikongele recht teuer sein kann. In der Mitte, wo der Verschluß über eine Verbindung gepaßt ist und wo die elektrischen Belastungen am stärksten sind, sorgt das Isoliergel 14 immer noch für Isolierung, so daß die Leistungsfähigkeit wegen der Fähigkeit des Isoliergels zur wirksamen Abkapselung der Verbindung und zur Bildung von Grenzflächen mit hoher Durchschlagsfestigkeit nicht beeinträchtigt wird. Außerdem handelt es sich bei den vom Verbindungsbereich zu den Kanten der Schale 12c führenden Grenzflächen immer um Gel-Gel-Grenzflächen, die eine hohe Durchschlagsfestigkeit besitztn. Die Schale 12c und die Schicht 15 können gleichzeitig durch Koextrusion gebildet werden. Im typischen Fall ist die Schale 12c etwa 3 mm dick, während die Schicht 15 eine Dielektrizitätskonstante von weniger als 5 und einen spezifischen elektrischen Widerstand von mehr als 10¹² Ohm·cm aufweisen sollte und zwischen 5 und etwa 7 mm dick ist. Fig. 4 zeigt den Verschluß 10c aus Fig. 3 bei Einbau über einer Verbindung von Hochspannungskabeln, wobei die aus vorhergehenden Figuren über nommenen Bezugszeichen sich auf gleiche Elemente wie diese beziehen.
Fig. 5a zeigt in radialem Querschnitt einen weiteren erfindungsgemäßen Verschluß Iod, bei welchem die mit Isoliergel 14 gefüllten Schalen 12e und 12f über ein in Längsrichtung verlaufendes Scharnier 50 miteinander verbunden sind. Ein sicherer Verschluß wird dadurch erzielt, daß die Kanten der Schienen 54 in Anschlag gebracht werden und darüber eine Nut 52 geschoben wird, wie dies beispielsweise in der US-PS 3,455,336 (1969; Ellis) beschrieben ist. Ebenso können auch andere mechanische Verschlußmittel verwendet werden, zum Beispiel Riegel oder Klammern, die in Abständen entlang der dem Scharnier 50 gegenüber liegenden Längskante gesetzt sind.
Fig. 5b zeigt einen weiteren Verschluß 10e in radialem Querschnitt, der ein einteiliges Umschließungsgehäuse 11a umfaßt. Das Gehäuse 11a ist mit einem Isoliergel 14 gefüllt. Der Verschluß wird über die Verriegelungsvorsprünge 20 und 22 erzielt. Alternativ kann der Verschluß über eine Mechanik mit Schiene und Nut erfolgen, wie sie in Fig. 5a abgebildet ist. In diesem Fall ist zu beachten, daß bei Einbau des Verschlusses über einer Verbindung die Grenzfläche zwischen Isoliergel und Isoliergel nicht zwischen zwei verschiedenen Gelkörpern sondern zwischen zwei verschiedenen Bereichen eines durchgehenden Gelkorpus liegt.
Fig. 5c zeigt noch einen anderen einstückigen Umschließungsverschluß 10f in radialem Querschnitt. Dabei besteht das Gehäuse 11b aus einem vergleichsweise flexiblen Polymermaterial wie HDPE, das mit Ruß oder einem anderen leitfähigen Material modifiziert ist, um es leitfähig zu machen. Im Verbund damit ist eine Schicht 41 aus starrem Isolierkunststoff geformt, die für primäre Isolierung und Druckfestigkeit sorgt. Ein Scharnier 40 ist integral in das Gehäuse 11b eingeformt und eine Verriege lungsmechanik in Form einer zylindrischen Erhebung 43 kann unter Verrastung mit der Vertiefung 42 in Eingriff gebracht werden.
Fig. 6 zeigt einen L-förmigen bzw. knieförmigen erfindungsgemäßen Verschluß 10f im Querschnitt, der ein Kabel 30 mit einer anderen elektrischen Anlage 60 verbindet, bei der es sich um einen Transformator oder ein Schaltgerät handeln kann. Dabei können zwei Schalenhälften 13 zusammengepaßt werden, um so den Verschluß 10f zu bilden. Jede Schalenhälfte 13 ist zumindest teilweise mit Isoliergel 14 gefüllt. Bei Bedarf wird ein leitfähiges Gel 16 in der Nähe des Kniebereichs eingebracht, wo die Verbindung selbst gebildet wird, um so die Regeleinrichtung für die elektrische Belastung zu bilden. Das Verbindungsteil 65 verbindet die Ader 36 mit der Muffe 62 des Gerätes 60 über einen Stift 62a, der in die Fassung 63 paßt. Für den Fachmann ist es verständlich, daß natürlich auch andere Abwandlungen in der Ausbildung, wie zum Beispiel T-förmige Verschlüsse, in den Rahmen der beiliegenden Ansprüche fallen.
Fig. 7a und 7b zeigen einen Aufbau zum Messen der Grenzflächen- Durchschlagsfestigkeit, wobei Fig. 7a eine Draufsicht und Fig. 7b eine Seitenansicht im Querschnitt ist. Dabei weist eine flache runde Schale 70a zwei daran angebrachte U-förmige Kupferdrähte 72a und 72b mit einem Durchmesser von 2 mm auf, wobei die jeweiligen U-Biegungen einander zugekehrt und um einen Abstand 73 voneinander getrennt sind, der im typischen Fall 1, 2 oder 3 mm beträgt. In die Schale 70a wird ein erstes Gel 74 gegossen, bis dieses Gel 74 auf gleicher Höhe wie die Drähte 72a und 72b liegt, diese aber nicht bedeckt. Zwischenzeitlich wird eine andere Schale 70b ebenfalls mit Gelmasse 74 gefüllt. Dann läßt man die Gelmassen 74 in jeder Schale erstarren. Die Schale 70b wird gewendet und über die Schale 70a gesetzt, so daß die Gelmassen 74 in jeder Schale aufeinandertreffen und eine Grenzfläche 75 bilden. Mit einem Gewicht 76, im typischen Fall von ca. 200 g, wird ein leichter Druck ausgeübt. An die Drähte 72a und 72b wird eine ansteigende Spannung angelegt, bis es zum Durchschlag kommt. Da der Abstand 73 bekannt ist, läßt sich die Grenzflächen-Durchschlagsfestigkeit in V/mm berechnen. Die entsprechende Gesamt-Durchschlagsfestigkeit kann dadurch ermittelt werden, daß die Schale 70a mit Gelmasse 74 so lange gefüllt wird, bis die Drähte 72a und 72b völlig bedeckt sind, woraufhin wie im vorherigen Fall gemessen wird.
Die erfindungsgemäße Gel-Gel-Grenzfläche ist nicht nur wegen ihrer hohen Grenzflächen-Durchschlagsfestigkeit von Vorteil. Die Grenzfläche läßt sich auch nach Aufbringung eines minimalen Drucks oder sogar nach einfachem Kontakt problemlos in im wesentlichen hohlraumfreier Weise mit einer Durchschlagsfestigkeit bilden, die dadurch nicht merklich geringer wird, daß die aufgebrachte Kraft reduziert wird. Wegen des Formanpassungsvermögens des Isoliergels ist eine sehr paßgenaue komplementäre Topologie zwischen den sich gegenüberliegenden Flächen nicht erforderlich. Die Grenzfläche bietet einer Loslösung Widerstand, wenn auf sie Schwingungen oder andere kleinere Bewegungen der Verbindungsstelle einwirken.
Für den Fachmann ist es verständlich, daß aus Gründen der Vereinfachung der erfindungsgemäße Verschluß hier in erster Linie in der Form beschrieben wurde, daß er aus einem einteiligen Gehäuse oder aus zwei Gehäuseteilen besteht, die zur Bildung des Gehäuses zusammenpassen, und daß Kombinationen aus Schalen in anderer Anzahl, zum Beispiel drei oder vier oder sogar noch mehr, ebenso gut verwendet werden können.

Claims

1. Verschlußanordnung (10) zum Schützen einer Verbindung zwischen zwei Teilen einer elektrischen Hochspannungsanlage, die folgendes aufweist:

a) ein Gehäuse (12), das zum Anbringen über der Verbindung angepaßt ist und das eine leitfähige Oberfläche (19) aufweist, um einen elektrisch neutralen Schild für die Verbindung und die Teile der darin enthaltenen elektrischen Anlage zur Verfügung zu stellen;

b) Regeleinrichtungen (16, 17) für die elektrische Belastung, die angepaßt sind, um die Verbindung und die unmittelbar daran anschließenden Teile der elektrischen Anlage zu umschließen, um die Verteilung der elektrischen Belastung zu regeln; und

c) ein isolierendes Gel (14), das in anhaftender Weise in dem Gehäuse (12) an der Innenseite der leitfähigen Oberfläche angeordnet ist und das angepaßt ist, um einen engen und gleichförmigen Kontakt mit den Regeleinrichtungen für die elektrische Belastung und mit den Teilen der in dem Gehäuse enthaltenen elektrischen Anlage zu machen, so daß im wesentlichen alle darin gebildeten Hohlräume, die nicht von der Regeleinrichtung für die elektrische Belastung umschlossen sind, ausgefüllt sind, wenn das Gehäuse über der Verbindung angebracht ist und das isolierende Gel (14) mindestens eine Gel-Gel-Grenzfläche mit einem anderen isolierenden Gel bildet, wobei die Grenzfläche eine Grenzflächen-Durchschlagsfestigkeit von wenigstens 40%, vorzugsweise wenigstens 60% und noch bevorzugter von wenigstens 80% von der Gesamt-Durchschlagsfestigkeit des isolierenden Gels aufweist.

2. Verschlußanordnung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse wenigstens zwei Schalen (12a, 12b) aufweist, die angepaßt sind, um aneinandergefügt das Gehäuse zu bilden.

3. Verschlußanordnung nach Anspruch 2, wobei die Schalen (12a, 12b) eine isolierende Schicht aufweisen, die zwischen der Schale und dem isolierenden Gel angeordnet ist.

4. Verschlußanordnung nach Anspruch 2, wobei die Anzahl der Schalen (12a, 12b) zwei ist und sie miteinander über ein in Längsrichtung verlaufendes Scharnier verbunden sind.

5. Verschlußanordnung nach Anspruch 2, wobei jede Schale (12a, 12b) Flansche entlang ihrer Längskante aufweist, um die Länge von der Grenzflächen- Verbindung zwischen dem isolierenden Gel von einer Schale und dem isolierenden Gel von einer anderen Schale zu verlängern.

6. Verschlußanordnung nach Anspruch 1, die weiterhin eine Halteeinrichtung (force means) (42) aufweist, um in Kombination mit dem Gehäuse (12) zu wirken, um das isolierende Gel (14) in einen engen und gleichförmigen Kontakt mit der Regeleinrichtung für die elektrische Belastung, mit den Teilen der elektrischen Anlage, die in dem Gehäuse enthalten ist, und mit einem anderen isolierenden Gel zu bringen.

7. Verschlußanordnung nach Anspruch 6, wobei die Halteeinrichtung (42) des weiteren in Kombination mit dem Gehäuse (12) wirkt, um das isolierende Gel während des Betriebs unter Druck zu halten.

8. Verschlußanordnung nach Anspruch 6, wobei das Gehäuse wenigstens zwei Schalen (12a, 12b) aufweist, die angepaßt sind, um aneinandergefügt das Gehäuse zu bilden.

9. Verschlußanordnung nach Anspruch 1, wobei wenigstens eines von dem isolierenden Gel (14) und der Regeleinrichtung für die elektrische Belastung (16) ein Silikon ist.

10. Verschlußanordnung nach Anspruch 1, wobei wenigstens eines von den Teilen der elektrischen Anlage ein Hochspannungs-Starkstromkabel ist.

11. Verschlußanordnung nach Anspruch 1, wobei eines von den Teilen der elektrischen Hochspannungsanlage ein Hochspannungs-Starkstromkabel ist und das andere Teil ein Schaltgerät, ein anderes Hochspannungs- Starkstromkabel oder ein Transformator ist.

12. Verschlußanordnung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (12) aus einem Elastomer-Material hergestellt ist, um eine thermische Ausdehnung des isolierenden Gels (14) auszugleichen.

13. Verschlußanordnung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse weiterhin eine Abstands-Halteeinrichtung (15) aufweist, um sicherzustellen, daß das isolierende Gel rund um die Verbindung in einer minimalen vorbestimmten Dicke verteilt ist.

14. Verbindungsstelle zwischen einem Hochspannungs-Starkstromkabel (30) und einer anderen elektrischen Anlage, wobei das Kabel wenigstens folgendes aufweist: eine Kern-Ader (36), eine Isolation (34), die jede Kern-Ader umschließt, und eine halbleitende Schicht (32), die die isolierten Kern-Adern umschließt, wobei

a) eine Verbindung zwischen einer freigelegten Ader von einem abgestreiften (stripped) Kern (36) des Kabels und einer freigelegten Ader von der anderen elektrischen Anlage mittels eines Verbinders ausgebildet wird;

b) eine Regeleinrichtung für die elektrische Belastung (16) die Verbindung und die Teile von dem Kabel und die andere elektrische Ausrüstung umschließt, die unmittelbar daran angrenzt, um die Verteilung der elektrischen Belastung zu regeln;

c) ein Gehäuse (12) die Verbindung und die Regeleinrichtung für die elektrische Belastung einschließt, wobei das Gehäuse eine leitfähige Oberfläche (19) hat, die elektrisch mit den halbleitenden Schichten (32) von dem Kabel und mit der anderen elektrischen Anlage verbunden ist, um einen elektrisch neutralen Schild für die Verbindungsstelle zur Verfügung zu stellen; und

d) das Innere des Gehäuses mit wenigstens einem isolierenden Gel (14) gefüllt ist, das wenigstens eine Gel-Gel- Grenzfläche mit einem anderen isolierenden Gel ausbildet, wobei die Grenzfläche eine Grenzflächen-Durchschlagsfestigkeit von wenigstens 50%, bevorzugt wenigstens 60% und noch bevorzugter von wenigstens 80% von der Gesamt-Durchschlagsfestigkeit des isolierenden Gels aufweist und wobei das isolierende Gel innerhalb des elektrisch neutralen Schildes angeordnet und in engem und gleichförmigem Kontakt mit dem Inneren des Gehäuses, der Regeleinrichtung für die elektrische Belastung und den Teilen von dem Kabel und der anderen elektrischen Anlage, die in dem Gehäuse enthalten ist, ist.

15. Verfahren zum Herstellen einer Verbindungsstelle zwischen einem Hochspannungskabel und einer anderen elektrischen Anlage, wobei das Kabel wenigstens folgendes aufweist: eine Kern-Ader, eine Isolierung, die jede Kern-Ader umschließt, und eine halbleitende Schicht, die die isolierten Kern-Adern umschließt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

a) Zurückstreifen der halbleitenden Schicht und der Isolation von dem Kabel in einer terrassenförmigen Anordnung, um einen Teil von der Isolierung und der Ader freizulegen;

b) Ausbilden einer Verbindung zwischen der freigelegten Kabel-Ader und einer freigelegten Ader von der anderen elektrischen Anlage mit einem Verbinder;

c) Umschließen der Verbindung und der Teile von dem Kabel und der anderen elektrischen Anlage, die unmittelbar daran anschließen, mit einer Regeleinrichtung, für die elektrische Belastung, um die Verteilung der elektrischen Belastung zu regeln; und

d) Positionieren eines Gehäuses über dem Verbinder, wobei das Gehäuse eine leitende Oberfläche aufweist und des weiteren ein isolierendes Gel aufweist, das in anhaftender Weise an dem Inneren davon, innen von der leitenden Schicht angeordnet ist, so daß das isolierende Gel in einem engen und gleichförmigen Kontakt mit der Regeleinrichtung für die elektrische Belastung und den Teilen von der elektrischen Anlage in dem Gehäuse ist und wobei das isolierende Gel wenigstens eine Gel-Gel-Grenzfläche mit einem anderen isolierenden Gel ausbildet, wobei die Grenzfläche eine Grenzflächen-Durchschlagsfestigkeit von wenigstens 40 %, bevorzugt wenigstens 60% und noch bevorzugter von wenigstens 80% von der Gesamtdurchschlagsfestigkeit des isolierenden Gels aufweist; im wesentlichen alle Hohlräume innerhalb des Gehäuses, die nicht von der Regeleinrichtung für die elektrische Belastung umschlossen sind, ausgefüllt sind; und die leitende Oberfläche einen elektrisch neutralen Schild für die Verbindung ausbildet.