DE69508840T2

DE69508840T2 - Verfahren zum Herstellen einer elastomen Muffe zum Umhüllen von Verbindungen von elektrischen Kabeln und eine solche Muffe

Info

Publication number: DE69508840T2
Application number: DE69508840T
Authority: DE
Inventors: Francesco Portas; Ubaldo Vallauri
Original assignee: Pirelli Cavi e Sistemi SpA
Current assignee: Prysmian Cavi e Sistemi Energia SRL
Priority date: 1994-05-19
Filing date: 1995-05-11
Publication date: 1999-10-07
Anticipated expiration: 2015-05-12
Also published as: EP0683557A1; DE69508840D1; US5985062A; AU2004795A; CA2149726C; CA2149726A1; IT1269799B; ES2131725T3; ITMI941018A1; EP0683557B1; ITMI941018A0; AU706357B2; BR9502121A; JPH0847156A

Description

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für vorgefertigte Elastomermuffen zur Abdeckung von elektrischen Kabelverbindungen.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Abdeckmuffen, die für eine Anbringung auf Verbindungen oder Enden von Kabeln in elektrischen Mittel- oder Hochspannungsleitungen konstruiert sind. Aufgrund der im Einsatz vorhandenen hohen elektrischen Potentiale (in der Größenordnung von zehn oder Hunderten von kV), die lokal sehr hohe elektrische Feldgradienten erzeugen, besteht das Risiko, daß die Isolierschichten durch elektrische Entladungen beschädigt werden, wodurch die Funktionalität der Muffe beeinträchtigt wird.
Wie es bekannt ist, wird bei der Herstellung von elektrischen Kabelverbindungen der Leiter jedes Kabels an den Enden der zu verbindenden Kabel lokal von den ihn abdeckenden Schutz- und Isolierelementen befreit, um den Leiter mit dem anderen Kabel zu verbinden.
Dann wird die elastomere Muffe zunächst in elastisch gespanntem Zustand auf einen zylindrischen rohrförmigen Tragkörper aus festem Kunststoffmaterial gesetzt, der vor der Vervollständigung der Verbindung um eines der Kabel angreift. Daraufhin wird der rohrförmige Körper nach der Vervollständigung der Leiterverbindung von der Elastomermuffe entfernt, so daß die letztgenannte elastisch schrumpfen kann und sich an der Verbindung auf den Kabeln strafft.
Besondere Vorsicht muß bei der Kontrolle der Verteilung des elektrischen Feldes in dem Leiterverbindungsbereich gewaltet werden. Tatsächlich kann die Hochspannung, wie erwähnt, hohe elektrische Feldkonzentrationen bedingen, wenn Risse oder geo metrische Unregelmäßigkeiten vorhanden sind. Diese Konzentrationen können zu einer Perforation der Muffenschichten führen.
Um die Verteilung des elektrischen Feldes in dem Verbindungsbereich zu steuern, werden zwei Techniken angewandt. Bei der ersten werden Isolier- oder Feldsteuerkunststoffe (wahlweise in Form von selbst-amalgamierenden Bändern) als Füller der leeren Räume in dem Leiterverbindungsbereich verwendet. Dies ermöglicht es, die Unregelmäßigkeiten in der Form des Leiters zu beseitigen oder zu reduzieren und die elektrischen Feldlinien in dem Umgebungsbereich konstant zu verteilen. Bei der zweiten Technik wird eine rohrförmige Leiterabschirmung verwendet (im allgemeinen eine Termelektrode oder ein Deflektor), die innerhalb der Muffe und um die Leiter angebracht wird. Auf diese Weise wird eine Art Faradayscher Käfig mit einem konstanten Potential erzeugt, der die Wirkung aufgrund der Bildung einer Unregelmäßigkeit von Teilen innerhalb der Elektrode beseitigt.
Die erste Technik hat den Nachteil, daß eine spezielle Bearbeitung durch den Monteur erforderlich ist, wenn die Verbindung hergestellt wird. Dies erhöht die Herstellungszeit für die Verbindung und führt aufgrund der Möglichkeit von Herstellungsfehlern einen Risikofaktor ein.
Um eine Muffe mit einer eingebauten Elektrode zu realisieren, können verschiedene Lösungen angewandt werden.
Es ist möglich, die Elektrode durch Formen herzustellen und dann die Elektrode zum Haften an der Muffe zu bringen. Alternativ ist es möglich, die Elektrode nur auf einem von der Muffe getrennten Träger auszudehnen, um sie danach an dem Verbindungsbereich der zwei Leiter der Kabel zu verbinden. Oder die Elektrode kann auf dem gleichen Träger angebracht werden, auf dem dann die Muffe angebracht wird. Oder es ist außerdem möglich, die Elektrode als Schicht halbleitender Lacke anzubringen.
In allen Fällen ist es schwierig, eine präzise Zentrierung der Elektrode bezüglich der Muffe und der Leiterverbindung und ihre korrekte Arbeitsweise sicherzustellen.
Alle diese Verfahren ermöglichen es außerdem nicht, die Elektrode auf industrielle Weise mit verringerten Kosten herzustellen.
In der GB-A-2 046 032 ist eine extrudierte, radial schrumpfbare Muffe zur Abdeckung von Verbindungen und Enden von Kabeln offenbart, die durch radial gleichförmige Bearbeitung einer mehrlagigen Struktur hergestellt wird, die eine Isolierschicht (siehe S. 2, Zeilen 80-117) und eine Feldsteuerschicht (siehe S. 3, Zeilen 75-81) mit Spannungssteuereigenschaften umfaßt.
Die US-A-4 822 952 offenbart eine elektrische Kabelverbindung, bei der die Isolierstruktur einen extrudierten, mehrschichtigen, durch Wärme schrumpfbaren Schlauch aufweist, der eine innere halbleitende Schicht, eine Hilfs-Isolierzwischenschicht und eine äußere Hauptisolierschicht umfaßt.
Dann gibt es das Problem der Steuerung der Verteilung des elektrischen Feldes in einer Muffe der oben genannten Art, um die Erzeugung von Feldkonzentrationen zu verhindern, die die Muffe beschädigen können.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich deshalb in einem ersten Aspekt auf ein Verfahren zur Herstellung einer Abdeckmuffe für eine Kabelverbindung für mittlere Spannung nach Anspruch 1.
In einem zweiten Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Abdeckmuffe für eine elektrische Kabelverbindung für mittlere Spannung nach Anspruch 3.
Weitere Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Muffe werden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen in der Beschreibung einer Ausfüh rungsform als nicht beschränkendes Beispiel nachstehend erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Abdeckmuffe, die über zwei verbundene elektrische Kabel angebracht ist, bevor der Träger, der sie gedehnt enthält, entfernt ist,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Teilquerschnitts einer rohrförmigen Struktur, aus der die Muffe von Fig. 1 hergestellt wird,
Fig. 3 eine Vorderansicht eines Werkzeugs, das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird,
Fig. 4 schematisch eine Ausführungsform der Muffe, die in den nachstehend erläuterten Tests verwendet wird,
Fig. 5 bis 10 schematisch die Verteilung einer Entladung in den Muffen der Beispiele,
Fig. 11 bis 16 schematisch die Endform einiger Beispiele halbleitender Elektroden.
Bezugnehmend auf die Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 1 insgesamt eine in elastisch ausgedehntem Zustand auf einem Träger 3 montierte elastische Muffe zum Schutz der Verbindung zwischen zwei elektrischen Kabeln 4 und 5, z. B. für mittlere Spannung (10-30 kV). Der Träger 3 ist beispielsweise gemäß der europäischen Patentanmeldung Nr. EP-A-0541000 dieses Anmelders zweiteilig.
Die Kabel 4 und 5 umfassen jeweilige Leiter 6 und 7, die durch jeweilige Isolierungen 8 und 9 abgedeckt sind. Außerhalb der Isolierungen sind kapazitive Abschirmungen 10 und 11 aus halb leitendem Material und äußere Schutzhüllen 12 und 13 auf normale Weise vorgesehen.
Der Verbindung zwischen den elektrischen Kabeln 4 und 5 entgegengesetzt sind alle oben erwähnten Elemente der Kabel 4 und 5 nacheinander entfernt worden, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Die Dimensionen der nicht abgedeckten Abschnitte jedes Elements sind genau durch Standards festgelegt, z. B. dem französischen Standard EDF HN 68-S-08 vom Juni 1987. Die freigelegten Abschnitte der Leiter 6 und 7 werden durch eine auf die Leiter 6 und 7 geklemmte Metallklemme 14 oder durch Schweißen oder auf andere Weise fest verbunden.
Die Muffe 1 ist auf erfindungsgemäße Weise aus einem Elastomermaterial mit bestimmten elastischen und elektrischen Eigenschaften hergestellt.
Die Muffe 1 zur Verwendung im Bereich von mittleren Spannungen, z. B. von 24-kV-Leitungen, weist eine äußere Hülle 17, eine äußere Isolierschicht 20, eine Zwischenschicht 18 mit Feldsteuerung und eine innere Elektrode oder Deflektor 15 auf.
Die Elektrode 15 ist ein Teil der inneren Schicht 16 aus halbleitendem Material, die bei der fertiggestellten Hülse 1 nur in dem mittleren Bereich vorhanden ist.
Die Elektrode 15, durch die das elektrische Feld in dem Bereich um die Klemme 14 aufgehoben werden soll, umgibt nach der Montage die Leiter 6, 7, wobei sie eine Art Faradayscher Käfig um die Klemme 14 bildet, so daß die freien Enden, dort wo die Isolierung entfernt ist, keine Füller benötigen.
Die Zwischenschicht 18 der sogenannten Feldsteuerart, die die elektrische Feldstärke an den Enden der Elektrode 15 verringern kann, ist aus Elastomermaterial hergestellt, das eine vorherbestimmte relative Dielektrizitätskonstante und dielektrische Festigkeit aufweist.
Die Enden der Schicht 18 werden bei der Montage der Hülse 1 genau bezüglich der Enden der Abschirmungen 10, 11 angeordnet, so daß die auf der Klemme 14 zentrierte Elektrode 15 ihre Funktionen korrekt durchführen kann.
Der innere Aufbau der die Schichten 16, 18 und 20 umfassenden Muffe 1 ist durch gleichzeitige Extrudierung der drei Schichten hergestellt, wodurch eine ununterbrochene, mehrlagige schlauchförmige Struktur 19 erreicht wird.
Eine darauffolgende Vulkanisationsphase und das Wickeln auf einer Spule erlauben die Vervollständigung der Herstellungsphasen der mehrlagigen schlauchförmigen Struktur 19 auf eine Weise, die grundsätzlich der eines Kabels für eine Übertragung von Mittel-/Hochspannungsenergie mit extrudiertem Isolator entspricht.
Wenn bei der Extrudierung ein geeigneter metallischer Träger verwendet wird, z. B. ein Aluminiumrohr mit einem Innendurchmesser von 12 mm und einem Außendurchmesser von 16 mm (nicht gezeigt), ist es möglich, die Extrudierung und die darauffolgende Vulkanisierung kontinuierlich durchzuführen.
Besonders bezugnehmend auf Fig. 2 umfaßt die mehrlagige Schlauchstruktur 19 nach dem Herstellungsprozeß in radialer Reihenfolge von innen nach außen:
- eine Halbleiterschicht 16, z. B. 0,5 mm dick;
- eine Feldsteuerschicht 18 mit einer vorherbestimmten relativen Dielektrizitätskonstante und dielektrischen Festigkeit und z. B. einer Dicke von 2,5 mm;
- eine Isolierschicht 20, z. B. mit einer Dicke von 8 mm.
Der Innendurchmesser (Di) der mehrlagigen Schlauchstruktur 19 beträgt somit z. B. 16 mm, während der nominale Außendurchmesser (De) 38 mm beträgt. Die erwähnten Dimensionen sind zur Herstellung einer Muffe für Kabel geeignet, die einen Isolationsdurchmesser zwischen 20 mm und 32 mm haben.
Die schlauchförmige Struktur 19 wird dann in Längsabschnitte geschnitten, die so ausgelegt sind, daß sie eine einzelne Hülse 1 bilden. Die sich durch das Schneiden ergebenden Längsabschnitte sind normalerweise, wie nachstehend erläutert, geeignet geformt und mit Einrichtungen versehen.
Die schlauchförmige Struktur 19 kann vor dem Schneiden dank des Vorhandenseins der fortlaufenden Halbleiterinnenschicht 16 brauchbar getestet werden, um die elektrischen Eigenschaften zu prüfen.
Zu diesem Zweck wird eine Graphitisierung der isolierenden Außenfläche der schlauchförmigen Struktur durchgeführt, um die Oberfläche elektrisch leitend zu machen. Vorzugsweise wird gleichzeitig außerdem ein Band aus Halbleitertextil, z. B. auf der Basis von Polyamidstoff, und eine metallische Abschirmung aufgebracht, die z. B. eine oder mehrere Kupferstreifen 0,07 · 35 mm mit 5 mm Überlappung umfaßt.
Der elektrische Test besteht in einer Weise, wie er bei Mittelspannungskabeln mit extrudiertem Isolator verwendet wird, aus einem Wechselstrom-Abschirmungstest bei einer Spannung von 60 kB für eine Zeitdauer von 30 Minuten, gefolgt durch eine Messung von Teilentladungen: < 10 pC (pico Coulomb) bei 24 kV gemäß Standards, die aus CEI 20-13 oder IEC 502 abgeleitet sind.
Alle Schichten der Schlauchstruktur 19 sind aus speziellen Verbindungen hergestellt (Halbleiter, Feldsteuerung, Isolierung), die beispielsweise in den europäischen Patentanmeldungen Nr. 0379056, 0393495 und 0422567 desselben Anmelders beschrieben sind. In der nachstehenden Beschreibung ist eine Zusammensetzung einer speziellen Verbindung für die Feldsteuerzwischenschicht 18 gezeigt, die besonders für die erfindungsgemäßen Zwecke geeignet ist.
Um den Bereich der Durchmesser der Kabel zu erweitern, auf denen eine einzige Art einer Muffe angebracht werden kann, kann Bezug auf eine Lösung genommen werden, die in der europäischen Patentanmeldung Nr. 0393495 beschrieben ist. Bei dieser Lösung wird eine umgebende Halbleiterhülle 17 verwendet, die mit negativem Übermaß auf die dreilagige Hülse aufgebracht ist, die aus der schlauchförmigen Struktur 19 hergestellt ist, und die vorzugsweise ebenfalls durch fortlaufende Extrudierung und Vulkanisation erhalten wird. Bei dem beschriebenen Beispiel sind die Dimensionen Di = 16 mm und De = 26 mm und ermöglichen es, Kabel mit einem weiten Bereich von Durchmessern anzubringen.
Die Hülse 1 kann zusätzlich mit einer in den Figuren nicht gezeigten metallischen Abschirmung versehen werden, die beispielsweise von einem verzinkten Kupferdrahtgeflecht und einer Schutzhülle gebildet werden, die nicht gezeigt sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung der Elektrode 15 nur durch Entfernung der überschüssigen Schicht 16 in Längsrichtung innerhalb der Länge der schlauchförmigen Struktur 19.
Zu diesem Zweck wird ein Bearbeitungsprozeß mit einem geeigneten Werkzeug durchgeführt, das die Entfernung des Überschusses der Schicht 16 an den Enden der Muffe 1 ermöglicht, um eine Elektrode 15 mit den gewünschten Dimensionen zu erhalten.
Ein zur Durchführung dieser Operation geeignetes Werkzeug ist in Fig. 3 gezeigt. Die Form des Werkzeugs ist von einem Fräswerkzeug abgeleitet. Für vergleichbare Ergebnisse ist es auch möglich, einen Werkzeugtyp mit Schleifscheibe zu verwenden.
Die Anfangsdicke der Halbleiterschicht 16, aus der die Elektrode 15 erhalten wird, beträgt vorzugsweise weniger als 1 mm, z. B. 0,8 mm. Auf diese Weise hat der Innendurchmesser der Muffe keine bemerkenswerten Abweichungen.
Die Grenzzone zwischen der Feldsteuerschicht 18 und der Elektrode 15 ist deutlich, d. h. ohne Abrundung. Der Flankenwinkel, der durch den Schnittwinkel des Werkzeugs bestimmt wird, beträgt vorzugsweise weniger als 15º, z. B. 7º, damit der abgeschrägte Abschnitt ohne Hinterlassung von leeren Freiräumen durch die elastische Wirkung vollkommen gespreizt werden kann, sobald die Muffe 1 auf dem Träger 3 angebracht ist.
Die oben erwähnte, im wesentlichen mit einer Spitze versehene Form der Elektrode 15 wird erfindungsgemäß durch die Verwendung von geeigneten Verbindungen ermöglicht, deren Zusammensetzung nachstehend beschrieben wird. Genauer gesagt, ermöglichen die Verbindungen die Erhaltung einer radial innersten Schicht mit einer vorherbestimmten relativen Dielektrizitätskonstante und einer vorherbestimmten dielektrischen Festigkeit, die den elektrischen Gradienten an der Spitze der Elektrode unterstützen können.
Für einen korrekten elektrischen Betrieb der Muffe 1 ist es notwendig, einige Phasen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der größten Vorsicht durchzuführen, und es muß insbesondere folgendes getan werden:
1) Die Bearbeitung muß so durchgeführt werden, daß die Halbleiterschicht über die ganze vorherbestimmte Länge entfernt wird, um eine korrekte "Fluchtlinie" zu erhalten, und
2) die zwischenliegende Feldsteuerschicht 18 muß elektrische Eigenschaften haben, durch die alle zu erwartenden elektrischen Spannungen überwunden werden können.
Wenn es unter diesen Umständen eine Zone mit einem konzentrierten Gradienten an dem Ende der Elektrode gibt, ist der ernsteste zu bestehende Test, wie es den Fachmännern bekannt ist, der gepulste Festigkeitstest bei der höchsten zu erwartenden Überlasttemperatur.
Bei der hier beschriebenen Ausführungsform sollen bei einer Toleranz von ungefähr 20% der Impulsspannung von 150 kV ± 10 Impulse bei 130ºC überwunden werden.
Um dieses Ergebnis zu erhalten, war es notwendig, eine Reihe von Tests durchzuführen, bevor die erfindungsgemäße Definition vervollständigt wurde. Diese Tests werden nachstehend zur Vervollständigung der Offenbarung beschrieben.
Die verwendete Muffe umfaßt anfangs:
- eine Innenschicht mit einer hohen relativen Dielektrizitätskonstante (gleich oder höher als 15), die einen Durchmesser von 17 mm und eine Dicke von 2,5 mm aufweist, z. B. die in der europäischen Patentanmeldung 0393495 als schlauchförmige Lage 4 anhand von Fig. 4 beschriebene,
- eine Isolierschicht mit einer Dicke von 8 mm und einem Durchmesser von 38 mm, wie z. B. die als Schlauchlage 5 in Fig. 4 dieser Anmeldung beschriebene,
- eine umgebende Halbleiterumhüllung, die im Ruhezustand die Dimensionen Di = 16 mm und De = 26 mm hat. Ein Formulierungsbeispiel ist in der oben erwähnten europäischen Patentanmeldung Nr. 0393495 beschrieben.
Als erstes wurden fünf Tests durchgeführt, bei denen die Elektrode 15 aus sehr dünner Halbleiterschicht mit einer Dicke von 0,1-0,2 mm und einer Länge von 220 mm bestand, die in der Mitte der Muffe vulkanisiert war, deren Länge im Ruhezustand 350 mm betrug.
Bei diesen Tests waren die Muffen an MV-Kabeln angebracht, die mit XLPE (vernetztes Polyethylen) mit einem Querschnitt von 1 · 95 mm² und einem Isolierdurchmesser von 23 mm isoliert sind.
Alle Verbindungen passierten einen schnellen Wechselstromtest bei einer Spannung von 55 kV für 5 Minuten. Die Teilentladungsmessung zeigte, daß sie < 10 pC bei 24 kV waren.
Zusätzlich durchgingen alle Verbindungen den Impulstest bei Umgebungstemperatur beginnend mit 100 kV (± 10 Impluse) und ansteigend um 25 kV bei jedem Schritt bis zu 150 kV (± 10 Impulse).
Der gleiche Test wurde bei 130ºC wiederholt, und die Ergebnisse sind in der beigefügten Tabelle 1 aufgeführt und nachstehend erläutert:
- Muffe Nr. 1: schlägt beim dritten Impuls mit einer positiven Polarität bei 150 kV durch,
- Muffe Nr. 2: schlägt beim zehnten Impuls mit negativer Polarität bei 150 kV durch, nachdem sie 10 Impulsen mit positiver Polarität widerstanden hat,
- Muffe Nr. 3: verhält sich wie Nr. 2.
Um den Einfluß der Testtemperatur zu bewerten, wurde Muffe Nr. 4 bei Umgebungstemperatur (wiederbeginnend mit 100 kV ± Impulsen) zum Durchschlagen gebracht. Unter diesen Bedingungen schlug sie bei 175 kV bei dem zweiten Impuls mit negativer Polarität durch, nachdem sie 10 Impulsen mit positiver Polarität widerstanden hat.
Hülse Nr. 5 wurde nur bei 130ºC getestet. Unter diesen Bedingungen schlug sie bei 175 kV und dem zweiten Impuls mit positiver Polarität durch. Fig. 5 zeigt schematisch den Weg der Entladung, d. h. das Durchschlagen P aufgrund der Entladung.
In allen fünf Fällen begann der Durchschlag an einem Ende oder einer Spitze der Elektrode und wirkt sich nur auf die Innenschicht mit einer hohen relativen Dielektrizitätskonstante aus.
Grundsätzlich wurde beobachtet, daß der "Spitzen"-Effekt aufgrund der dünnen Elektrode einen Durchschlag der Schicht mit hoher relativer Dielektrizitätskonstante bei Impulsspannungen in der Größenordnung von 150 kV verursachte (somit unzureichend).
Die Testtemperatur hatte einen begrenzten Einfluß auf die Durchschlagspannung.
Für einen weiteren Vergleich wurde eine Verbindung ohne Elektrode einem ähnlichen Test unterworfen, d. h. die Freiräume wurden mit einem selbst-amalgierenden Band vom NITTO-Typ gefüllt. Bei 130ºC widerstand die Verbindung Tests bei ± 200 kV, während sie beim ersten 225-kV-Impuls durchschlug.
Weitere experimentelle Tests wurden an anderen Muffen durchgeführt, bei denen die Enden der Elektroden abgerundet waren und nicht mehr mit scharfen Ecken versehen waren.
Drei Anordnungen wurden hergestellt (Muffen Nr. 6, 7 und 8 von Tabelle 1) mit Muffen, die eine Elektrode mit einer abgerundeten Kante mit einem Radius von R = 0,20 mm und einer Gesamtdicke von 0,4 mm aufweisen. Die Länge war den vorherigen identisch und betrug im Ruhezustand 220 mm.
Die drei Muffen wurden wieder auf der gleichen Art von mit XLPE isoliertem Kabel mit einem Querschnitt von 1 · 95 mm² und einem Isolierdurchmesser gleich 23 mm angebracht.
Die Muffen durchgingen in diesem Fall wieder einen schnellen Wechselstromtest bei einer Spannung von 55 kV für 5 Minuten, und die Teilentladungen waren < 10 pC bei 24 kV.
Schließlich widerstanden alle drei Muffen in dem Impulstest einer Spannung von 150 kV (± 10 Impulse) bei Umgebungstemperatur und schlugen wieder bei 150 kV bei 130ºC mit dem gleichen Durchschlagverhalten wie oben beschrieben durch.
Aus diesen Ergebnissen ist es deutlich, daß der Radius am Ende der Elektrode mit einem Kurvenradius von R = 0,2 mm unzureichend ist, um den "Spitzen"-Effekt zu reduzieren.
Dann wurde eine Reihe von Tests durchgeführt, um zu klären, ob die dickere und daher besser abgerundete Elektrode an dem Ende eine Verbesserung des Impulsverhaltens ermöglichen könnte. Zusätzlich wurde zur Vereinfachung des Verhaltens auf Elektroden zugegriffen, die getrennt von der Muffe auf einem getrennten Träger angebracht waren.
Gleichzeitig sollte die Wirkung der Anwesenheit einer Innenschicht mit einer hohen relativen Dielektrizitätskonstante in der Hülse verdeutlicht werden.
Die Ergebnisse dieser weiteren Tests sind in Tabelle 2 aufgeführt.
In den Tests Nr. 2 und 3 wurde eine Elektrode mit den Dimensionen Di = 16 mm, De = 20 mm, Kurvenradius R gleich 1 mm und Länge im Ruhezustand 220 mm verwendet.
Das bei diesen Tests verwendete Kabel ist mit den vorherigen vergleichbar.
In Test Nr. 2 wurde zusätzlich eine Muffe ohne die Schicht mit hoher relativer Dielektrizitätskonstante verwendet, während in Test Nr. 3 die Muffe die Schicht mit hoher relativer Dielektrizitätskonstante enthielt.
Die Ergebnisse sind wie folgt: ein Durchschlagen findet wieder bei einer Impulsspannung von 150 kV bei 130ºC statt.
Deshalb verbessert sich die Situation auch nicht bei Verwendung einer Elektrode mit einem Kurvenradius R an seinen Enden von 1 mm.
Test Nr. 3 zeigt, daß die Schicht mit hoher relativer Dielektrizitätskonstante, die für die Muffe verwendet wurde, den "Spitzen"-Effekt an der Elektrode nicht reduzieren kann und die Entladung tatsächlich gerade durch diese Schicht verläuft.
Die anderen beiden Tests Nr. 4 und 5 wurden mit einer dickeren Elektrode als in Fig. 4 gezeigt durchgeführt, die eine Dicke von 5 mm anstatt von 2 mm hatte. Eine solche Elektrode ist besser abgerundet und hat einen Kurvenradius R = 2,5 mm an den Enden. Zusätzlich wurden Abschrägungen hinzugefügt, wobei die leeren Räume um die Abschrägungen mit einer Verbindung 22 mit einer vorherbestimmten relativen Dielektrizitätskonstante und verbesserten dielektrischen Festigkeit gefüllt wurden.
Die erhaltenen Ergebnisse sind wieder in Tabelle 2 aufgeführt und untenstehend erläuert:
Test Nr. 4 zeigt eine entscheidende Verbesserung gegenüber dem Test Nr. 2.
In Test Nr. 5 fand die Entladung bei dem gewöhnlichen 150-kV- Niveau bei einer Pulsierung bei 130ºC statt und hat das gewöhnliche Verhalten der anfänglichen Tests.
So kam aus der ganzen Reihe von Tests heraus, daß die Schwachstelle des Systems nicht so sehr mit dem Spitzeneffekt verbunden ist, der mit der Form des Elektrodenendes verbunden ist, jedoch wahrscheinlicher von der eigenen dielektrischen Festigkeit der für die Muffe geeigneten Feldsteuerschicht und dem Wert seiner relativen Dielektrizitätskonstante abhängt.
Schließlich wurde deutlich, daß, wie oben erwähnt, die Verwendung einer Elektrode getrennt von der Muffe Risiken für eine falsche Positionierung darstellt, wenn sie auf dem gleichen Träger wie die Muffe angebracht wird, während es zu kostenaufwendig und unpraktisch ist, sie auf einem von der Muffe getrennten Träger anzuordnen.
Erfindungsgemäß verlangt die Lösung des obenstehend erwähnten Problems nach der Anwendung einer vulkanisierten Elektrode, die perfekt an den anderen Schichten der Muffe haftet und durch kontinuierliche Extrudierung mit verringerter Dicke ( 0,8 mm mit einer typischen Dicke von 0,5 mm) erhalten wird, deren überschüssige Länge durch einfache Bearbeitung entfernt wird, wobei außerdem für die Feldsteuerschicht eine Verbindung verwendet wird, die durch Werte einer relativen Dielektrizitätskonstante gekennzeichnet ist, die geringer sind als herkömmlich angewendete Werte und durch Werte einer dielektrischen Festigkeit gekennzeichnet ist, die höher sind als jene der Verbindungen bekannter Art.
Vorteilhafterweise ist die Feldsteuerschicht der Muffe 1 erfindungsgemäß mit einer Verbindung versehen, die eine Formulation (als FORM.A in den Tabellen bezeichnet) aufweist, die die Erreichung der vorherbestimmten Ziele ermöglicht. Die Zusammensetzung der Verbindung ist wie folgt:
- Ethylen-propylen-dien-terpolymer, z. B. das im Handel unter dem Namen DUTRAL-TER 4046-E3 von ENICHEM SYNTHESIS bekannt ist 100
- Zinkoxid 5
- kalzinierter, mit Trimethoxyethoxyvinylsilan oberflächenbehandelter Kaolin 60
- Ruß, z. B. dem im Handel unter dem Namen SEVACARB MT bekannten 80
- paraffinisches Plastifizierungsmittel 40
- Poly-1,2-dihydro-2,4,4-Trimethylchinolin 1,5
- Stearinsäure 1
- Triallylcyanurat 1
- Dicymylperoxid 3
Die Eigenschaften der oben erwähnten Verbindung nach der Vernetzung sind folgende:
- Zugfestigkeit 6 MPa
- Dehnung in % bei Zugbruch 600%
- (Modul) Last bei 100% Dehnung 1,5 mpa
- bleibende Verformung bei einer auf 50% gesetzten Dehnung, die gemäß UNI 7321.74 bei einer festen Testprobe bei 100ºC nach 500 Stunden bestimmt wurde 25%
- relative Dielektrizitätskonstante, bestimmt gemäß ASTM Std D 150 8
- Durchgangswiderstand, bestimmt gemäß ASTM Std D 257 1,2 · 10¹¹ Ωcm
- dielektrische Festigkeit, bestimmt gemäß ASTM Std D 149 7 kV/mm
zu Vergleichszwecken waren die elektrischen Eigenschaften der bekannten Verbindung, bei der eine Feldsteuerung verwendet wurde, ursprünglich wie folgt:
- relative Dielektrizitätskonstante 15
- Durchschlagfestigkeit 1,0 · 10¹&sup0; Ωcm
- dielektrische Festigkeit 3 kV/mm
Drei Muffen, die durch Extrudierung mit ähnlichen Dimensionen, wie in Fig. 1 beschrieben, vollständig mit einer umgebenden Halbleiterumhüllung, einer metallischen Abschirmung und einer Schutzhülle erhalten wurden, werden den gewöhnlichen Testreihen unterworfen, nachdem sie an dem typischen MV-Kabel befestigt worden sind, das mit XLPE isoliert ist, das einen Querschnitt von 1 · 95 mm² und einen Isolierdurchmesser von 23 mm hat.
Die Ergebnisse der Tests sind in Tabelle 3 zusammengefaßt.
Die neue Feldsteuerverbindung (siehe Tests Nr. 7, 8 und 9) ermöglicht die Erreichung von Impulsfestigkeitswerten, die deutlich höher sind (200 kV anstatt 150 kV, die mit der vorhergehenden Verbindung erreichbar waren).
Es wird angenommen, daß das erreichte Ergebnis den Werten der relativen Dielektrizitätskonstante und der dielektrischen Festigkeit des Feldsteuermaterial zuzuschreiben ist. Bei den bekannten Materialien betrugen die Werte ungefähr 15 und 3, während sie bei der oben beschriebenen Verbindung ungefähr 8 bzw. 7 betragen. Es wurde deshalb angenommen, daß es möglich wäre, ähnliche Ergebnisse mit Werten einer relativen Dielektrizitätskonstante zwischen 6 und 12 und mit Werten einer dielektrischen Festigkeit über 5 zu erreichen, abhängig von den speziellen Anwendungsbedingungen.
Außerdem zeigen die mit den Tests Nr. 7, 8 und 9 erhaltenen Ergebnisse, daß auch bei einer sehr dünnen Elektrode (ungefähr 0,5 mm), von der die überschüssige Länge durch Bearbeitung (Verwendung des in Fig. 3 gezeigten Werkzeugs) entfernt wurde, die dielektrische Festigkeit durch die Feldsteuerschicht sichergestellt werden kann.
Das kontinuierliche erfindungsgemäße Verfahren bringt zweifellos Vorteile mit sich, im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren, wie z. B. dem Formen, das ein diskontinuierliches Verfahren ist und außerdem eine große Vielzahl von teuren Formen erfordert, um die verschiedenen Muffengrößen herzustellen.
Ein anderer wichtiger Vorteil der Erfindung ist die Tatsache, daß es möglich ist, mit einem elektrischen Testen eines kompletten, auf einer Spule aufgewickelten Stückes (auf 500 bis 1000 m) fortzufahren, anstatt mit einzelnen Muffen, wie es bei der Formtechnik stattfindet. Tabelle 1 Zusammenfassung der Tests an elastischen Verbindungen mit Halbleitermittelelektrode Tests an XLPE-Kabel 1 · 95 mm² ohne Füller im Endbereich und Nitto-Band mit hoher Dielektrizitätskonstante nach dem Halbleiterschnitt des Kabels ( = Durchschlag) Tabelle 2 Zusammenfassung von Tests an elastischen Verbindungen mit getrennter Halbleiterelektrode Tests an XLPE-Kabel 1 · 95 mm² ( = Durchschlag) Tabelle 3 Zusammenfassung von Tests an elastischen Verbindungen mit Halbleiterelektrode, die durch Schleifen einer Halbleiterschicht erhalten wurde ( = Durchschlag)

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Abdeckmuffe für eine Kabelverbindung für mittlere Spannung mit folgenden Schritten:

- gemeinsames Extrudieren eines mehrschichtigen Rohraufbaus (19), der eine innere Halbleiterschicht, eine zwischenliegende Feldsteuerungsschicht (18) mit einer relativen Dielektrizitätskonstante zwischen 6 und 12 und eine dielektrische Festigkeit größer als 5 kV/mm aufweist und eine äußere Isolierschicht (20) umfaßt,

- Abschneiden von Längsabschnitten des Rohres (19), deren Länge jeweils der der Muffe (1) entspricht,

- Entfernen der inneren Halbleiterschicht (16) von jedem Längsabschnitt, wobei nur ein Mittelabschnitt von dieser zurückgelassen wird, um eine Elektrode (15) aus Halbleitermaterial vorzusehen, die eine mit einer Spitze versehene abgeschrägte Form aufweist,

- Formen jedes Längsabschnitts.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die relative Dielektrizitätskonstante der Feldsteuerungsschicht (18) zwischen 6 und 10 beträgt.

3. Abdeckmuffe für eine elektrische Kabelverbindung für mittlere Spannung mit

- einer äußeren Isolierschicht (20),

- einer leitenden Abschirmung (15), die als verbleibender Teil einer teilweise mechanisch entfernten Schicht (16) in dem mittleren Bereich der Muffe (1) vorgesehen ist, wobei die leitende Abschirmung (15) eine mit einer Spitze versehene abgeschrägte Form aufweist und gekennzeichnet durch eine zwischenliegende Feldsteuerungsschicht (18) mit einer relativen Dielektrizitätskonstante zwischen 6 und 12 und einer dielektrischen Festigkeit größer als 5 kV/mm.

4. Abdeckmuffe nach Anspruch 3, bei der die relative Dielektrizitätskonstante der Feldsteuerungsschicht (18) zwischen 6 und 10 beträgt.

5. Abdeckmuffe nach Anspruch 3 oder 4, bei der die Feldsteuerungsschicht (18) mit einem Elastomer versehen ist, das die folgende Mischung aufweist:

- Ethylen-propylen-dien-terpolymer 100

- Zinkoxid 5

- kalzinierter mit Trimethoxyethoxyvinylsilan oberflächenbehandelter Kaolin 60

- Ruß 80

- paraffinisches Plastifizierungsmittel 40

- Poly-1,2-dihydro-2,4,4-Trimethylchinolin 1,5

- Stearinsäure 1

- Triallycyanurat 1

- Dicymylperoxid 3