TWI581534B - 用於將中電壓或高電壓電力纜線之末端連接至連接點的方法及終端連接裝置 - Google Patents

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Description

用於將中電壓或高電壓電力纜線之末端連接至連接點的方法及終端連接裝置
本發明係關於一種用於一電力纜線(詳言之，中電壓或高電壓電力纜線)之終端連接裝置，且係關於一種將一中電壓或高電壓電力纜線之一末端連接至一連接點之方法。
大體上已知將徑向可收縮套管用於圍封連接至另一電纜線或停止末端之電纜。用於覆蓋纜線連接器之纜線終端或停止末端的已知徑向可收縮套管之一實例描述於EP-B-0 435 569中。可收縮套管包含作為中間絕緣層之一介電材料、與部分塗佈之內部導電層組合的一電場控制內部層及一導電外部層。此多層套管較佳藉由擠出製造，且較佳包含聚矽氧或EPDM。
當藉由已知徑向可收縮套管製造纜線接頭或纜線末端終端時，在連接器之一側上提供自由空間(停置位置)係必要的，該自由空間對應於可收縮套管之完整長度。在建立了纜線連接後，使可收縮套管在纜線連接上居中，且接著藉由施加熱或藉由移除將可收縮套管維持於徑向延伸狀態下之外部或內部支撐件來使可收縮套管縮小。EP-B-0 541 000揭示一種徑向可收縮套管，其在其徑向擴張狀態下由位置相互鄰近之兩個可移除式支撐芯固持。具有用於套管之不同區段的個別支撐芯之另一徑向可收縮套管揭示於EP-B-0 966 780中。在此已知總成中，藉由將套管向後摺疊來同心配置套管之不同區段，其中藉由可移除式支撐芯 或類似支撐元件將個別區段維持於其各別徑向擴張狀態下。
WO 90/13933揭示一種插入式連接件，詳言之，一種用於高電壓塑膠纜線之套管，其包含緊密配合至纜線末端上之一電絕緣器，該纜線絕緣器具有用於屏蔽收納於此中之纜線導體連接元件的一導電應力控制主體、包圍該應力控制主體之一絕緣主體及完全或部分包圍該絕緣主體之一導電鞘。該絕緣器具備軸向緊密配合之通道，其合併至用於纜線導體連接元件之應力控制主體中之空間中。纜線導體連接元件包含至少一插塞部分及至少一反插塞部分以及用於使該插塞部分及該反插塞部分相互鎖定之構件。
WO 96/10851旨在提供一種用於具有高達400KV及以上之額定值的高電壓電力纜線之簡化連接系統，詳言之，一種用於所有配件及互連件之常用纜線連接系統。該連接系統將一大體可適用介面用於與數個不同裝備之互連且包括由彈性主體組成之纜線終端，其中整合有應力消除裝置、連接器屏蔽件、具有圓錐形介面表面及外部導電屏蔽件之絕緣件及具有對應於纜線終端之介面表面的圓錐形介面表面之剛性絕緣體。
當現有纜線終端必須由新的纜線終端替換(歸因於修理/維修或特徵升級)而無需替換現有電力纜線時(亦即，修整)，最困難的操作為將現有纜線重新連接至新終端。替換纜線終端需要斷開處於其裝設位置中之現有纜線終端。通常，此為開關裝置殼、匯流條箱，或鄰近發電機、馬 達、變壓器等。當移除現有纜線終端時，剩餘電力纜線不夠長以藉由標準纜線終端來終端及再次重新連接至開關裝置極、匯流條、發電機等。
另外，當需要修理時，就對服務連續性之影響及能量網路管理之處罰成本而言，重新連接電力纜線所花費的時間為關注問題。
因此，需要改良之纜線終端(詳言之，用於中電壓或高電壓電力纜線)，其提供適合於快速裝設且在非常有限的空間內部工作之結構/尺寸解決方案。
本發明提供一種用於將一中電壓或高電壓電力纜線之一末端連接至一連接點的終端連接裝置，該終端連接裝置包含a)一介面纜線，其具有第一末端部分及第二末端部分，包含一內部導體及一導電或半導電層，b)一第一應力控制管，其包含一應力控制元件及配置於該應力控制元件周圍之一絕緣層，其中該第一應力控制管安裝於該介面纜線之該第一末端部分上；c)一第一纜線連接器，其用於將該介面纜線連接至該電力纜線，該第一纜線連接器連接至該介面纜線之該第二末端部分；d)一第二應力控制管，其包含一應力控制元件及配置於該應力控制元件周圍之一絕緣層，其中該第二應力控制管安裝於該介面纜線之該第二末端部分及該第一纜線連接器 之至少一部分上；e)一或多個管狀可收縮套管，該等管狀可收縮套管中之一者的至少一部分在該第一應力控制管之至少一部分上延伸，且該等管狀可收縮套管中之一者的至少一部分在該第二應力控制管之至少一部分上延伸，其中該管狀可收縮套管之在該第一應力控制管之至少一部分上延伸的該部分在該第一應力控制管之至少一部分周圍縮小。
該終端連接裝置有效地為一整合之接頭及終端，其中介面纜線在兩個部分之間。由於其整合特徵，終端連接裝置允許在有限空間中進行斷開電力纜線與連接點之間的快速且直接的連接。本發明之終端連接裝置促進將電力纜線容易地連接至裝置及容易地將裝置連接至連接點。此外，其整合特徵亦降低了在裝設期間出錯之可能性，出錯可潛在地為具有必須附接至纜線及/或連接點之許多個別元件的終端之問題。連接點可在一件設備(諸如，發電機或變壓器)上，或可為開關裝置極或匯流條。詳言之，當藉由斷開電力纜線之其上裝設了終端裝置的部分移除將裝設之電力纜線連接至連接點的現有終端裝置時，終端連接裝置有用。剩餘裝設之纜線接著過短而不能到達連接點。必須裝設合適的新終端裝置。由於本發明之終端連接裝置可將一段市售纜線用於其介面纜線，所以本發明之終端連接裝置可易於按許多不同長度及使用不同類型之電力纜線來製造，而不增加額外製造成本，且因此，可適應對多種長度及大小以及類型之纜線終端裝置之需求。
在本發明之終端連接裝置中，電力纜線可非常易於連接至第一纜線連接器。第一纜線連接器固定地連接且配置於終端連接裝置內。附接至配合之第二纜線連接器的電力纜線可易於連接至第一纜線連接器，其中配合之第二纜線連接器經插入至第二應力控制管及管狀可收縮套管之由支撐芯固持於擴張狀態下的部分內，以便藉由簡單地將第二纜線連接器插入至第一纜線連接器內來進行與第一纜線連接器之電連接，或反之亦然。若使用中間連接器，則可一樣容易地將第二纜線連接器插入至中間連接器中。另外，剛性套管可緊固於第一纜線連接器周圍，且可充分延伸超出第一纜線連接器之配合面以便一旦第二纜線連接器配合至第一纜線連接器，則剛性套管覆蓋第二纜線連接器。因此，終端連接裝置中無任何部分需要電力纜線上之停置位置或任何自由空間。
在本發明之一特定態樣中，管狀可收縮套管中的至少一者之一部分在介面纜線之一部分周圍縮小。
在另一態樣中，在第二應力控制管之至少一部分上延伸的管狀可收縮套管包含經調適以在電力纜線之一部分周圍縮小的一部分。
在另一態樣中，介面纜線之第一末端部分附接至一凸耳。
在又一態樣中，第一應力控制管及第二應力控制管中之一或兩者的應用控制元件為幾何應力控制元件或電容性應力控制元件。
在本發明之一特定態樣中，在第一應力控制管之至少一部分上延伸的管狀可收縮套管在外側上包含用於減小追蹤電流之一或多個裙套。
在另一態樣中，介面纜線進一步包含同心配置於內部導體之至少一軸向區段周圍的一絕緣層，且終端連接裝置包含包括一印刷電路板元件之一電容性電壓感測器。印刷電路板元件可置放於一片電隔離之導電或半導電材料上。該片電隔離之導電或半導電材料可配置於介面纜線之絕緣層上，且可操作以形成用於感測內部導體之電壓的感測電容器之電極。絕緣層可操作以形成感測電容器之介電質。
在另一態樣中，終端連接裝置進一步包含在該片電隔離之導電或半導電材料之任一側上同心配置於絕緣層之至少一軸向區段周圍的額外半導電材料。該額外半導電材料可包含藉由非導電性軸向區段而與該片電隔離之導電或半導電材料電隔離的兩個半導電軸向區段。
該片電隔離之導電或半導電材料或該額外半導電材料中之一些或全部可黏著性地黏附至絕緣層。
在一特定態樣中，印刷電路板元件包含與該片電隔離之導電或半導電材料電接觸的一經圖案化之鍍金銅層。
在本發明之另一態樣中，該片電隔離之導電或半導電材料包含該介面纜線之半導電層之一部分。
本發明亦提供一種用於將一中電壓或高電壓電力纜線之一末端連接至一連接點的方法，其包含以下步驟：a)提供如上所述之終端連接裝置； b)提供一中電壓或高電壓電力纜線；c)藉由經由該第一纜線連接器將該介面纜線連接至該電力纜線之該末端而將該終端連接裝置連接至該電力纜線之該末端；及d)藉由將該介面纜線之該第一末端部分連接至該連接點而將該終端連接裝置連接至該連接點。
在本發明之至少一實施例中，在使第一纜線連接器配合至第二纜線連接器後，第二應力控制管在配合之連接器及電力纜線之一部分周圍縮小，接著在第二應力控制管之一部分上延伸的管狀可收縮套管之該部分在第二應力控制管及電力纜線之一部分上縮小。因為終端連接裝置包括一整合之接頭部分及終端部分，所以其允許使用接頭部分至電力纜線之容易連接及使用終端部分至連接點之容易連接。
根據本發明之至少一實施例的終端連接裝置之第一纜線連接器可組態為插口或插塞。為了確保插口與插塞連接能夠載運高電流，先前技術提供各種接觸技術，如(例如)在EP-A-0 716 474、DE-A-38 13 001及DE-A-29 39 600中所揭示。
若使用中間連接器，則其可為可撓性、部分可撓性或剛性。可撓性或部分可撓性中間連接器用於待連接至第一纜線連接器的電力纜線之促進應用。當在窄空間中使用預先裝配之終端連接裝置時，此係有利的。
介面纜線與第二纜線及其各別連接器(根據本發明之一實施例，其又將相互連接)之間的機械及電連接由捲曲或 繫固螺釘或類似繫固元件實現。較佳地，繫固螺釘經組態為可剪切螺釘。適合於纜線(或停止末端元件)與第二纜線連接器之間的繫固元件之實例揭示於WO-A-95/25229、WO-A-96/31706、EP-B-0 470 388、EP-B-0 688 960、EP-B-0 692 643、EP-A-0 769 825、EP-B-0 819 222、EP-B-0 984 176及US-A-6 045 373中。
一般而言，可將熱及冷可收縮元件用於根據本發明的預先裝配之終端連接裝置。然而，為了避免施加熱量用於使管及套管縮小，冷可收縮材料為較佳的。此等材料一般為此項技術中已知，且較佳地，使用聚矽氧或EPDM。在冷可收縮套管或管之情況下，可藉由可移除式支撐芯將套管或管之一部分保持於徑向擴張狀態下。合適支撐件一般為熟習此項技術者已知。詳言之，已知使用經調適以插入至冷可收縮套管或管中用於將其保持於徑向擴張狀態下及自冷可收縮套管或管移除用於使套管或管縮小之至少一支撐芯。在本發明之至少一實施例中，支撐芯將應力控制管之一部分保持於徑向擴張狀態下，且包含一螺旋纏繞帶，該螺旋纏繞帶經調適以藉由將在支撐芯之第一末端上起始的帶之一末端拉動穿過芯之中心且離開芯之第二末端使得帶之拉動末端自芯之第一末端開始逐繞組地與芯之剩餘部分分開而自應力控制管移除。用於將第二管狀部分保持於徑向擴張狀態下的各種支撐件以及芯之實例揭示於DE-A-39 43 296、DE-A-42 33 202、WO-A-95/11542、WO-A-95/318 845、EP-A-0 291 213、EP-A-0 399 263、EP-A-0 500 216、EP-A-0 631 117、EP-A-0 631 357、EP-A-0 702 444、EP-B-0 966 780、US-A-3 515 798、US-A-4 135 553、US-A-4 179 320、US-A-4 503 105、US-A-4 656 070、US-A-5 098 752及US-4 585 607中。
第二應力控制管可經配置以便在終端連接裝置連接至電力纜線前延伸超出第一纜線連接器及/或剛性套管，且因此保持於徑向擴張狀態下，如先前所提到。在一替代實施例中，第二應力控制管可在第一纜線連接器上向後摺疊，且若由冷可收縮材料製造，則可保持於徑向擴張狀態下。
應力控制管在其安裝狀態下包含為應力控制元件之內部層及(例如)聚矽氧或乙烯丙烯二烯單體橡膠(EPDM)之外部介電層。應力控制元件可藉由使用特定材料(諸如，高K材料)或藉由使用幾何應力控制形狀來達成應力控制。接頭部分之應力控制管通常進一步包含在應力控制元件之一部分內部的薄導電或半導電層及在介電層外部之薄導電或半導電層。可為推動類型或可由熱或冷可收縮材料製成之彼等應力控制管一般為熟習此項技術者已知。可藉由模製製程或擠壓製程來製造應力控制管。為了獲得具有兩個層之應力控制管，可使用標準共擠壓製程，例如，可將內部導電或半導電層與外部介電層擠壓在一起。合適的模製應力控制管之實例描述且說明於WO 97/08801中。
通常有必要將一管狀可收縮套管用於一接頭且將一管狀可收縮套管用於一終端。可在本發明之終端連接裝置中進行此，其中單獨管狀可收縮套管覆蓋裝置之接頭及終端部 分。或者，單一管狀可收縮套管可覆蓋裝置之接頭及終端部分兩者。若使用兩個單獨管狀可收縮套管，則其可在兩個部分之間(通常，在介面纜線之一部分上)重疊。亦可配置兩個管狀可收縮套管，使得其不重疊。在此情況下，外部絕緣護套通常需要保留於介面纜線之曝露部分中，或介面纜線需要與第三管狀可收縮套管或某一其他類型之絕緣材料絕緣。若終端連接裝置將一條特別長的纜線用於介面纜線，則使絕緣護套在介面纜線上可能最有效率且最經濟。
在本發明之至少一實施例中，終端連接裝置經預先裝配，其中在將終端連接裝置用於連接至電力纜線及終端電力纜線前，第一纜線連接器及介面纜線固定地配置於應力控制管及外部管狀可收縮套管中。預先裝配為有利地，因為其可使現場裝配過時。終端連接裝置之現場裝配可能困難，此係因為可能相對短之介面纜線需要經剝落且準備用於安裝應力控制管及第一纜線連接器。在現場準備介面纜線且將應力控制管及第一纜線連接器安裝於其上造成使塵埃粒子及氣穴陷落於終端連接裝置之多個層之間的風險增加。此等粒子及氣穴可導致部分放電及對終端連接裝置之潛在損壞。
在本發明之另一實施例中，可將一或多個感測器整合至終端連接裝置中。此等感測器可用以感測、量測、記錄及保存或傳輸關於電力纜線之狀況或操作的資訊，諸如電流、電壓、溫度等。可在本發明之終端連接裝置的建構期 間將感測器整合於該裝置中。用於感測器之整合的較佳位置將為連接器與終端區段之間或終端區段中之區域。感測器將通常包括某一類型之資訊傳輸系統來將資訊傳輸至外部資訊收集及/或處理裝置。傳輸系統可為包括硬佈線或無線傳輸系統之任何合適系統。感測器可位於導電或半導電材料層上，導電或半導電材料層與介面纜線之導電或半導電層電隔離。然而，需要在感測器上建立接地電流。為了達成此，可藉由在半導電層之待隔離的一部分之每一側上移動介面纜線之半導電層之兩個環形區段來將該部分隔離。接著將感測器安裝於此隔離之部分上且連接至此隔離之部分，將絕緣材料置放於感測器上，且將導電或半導電材料置放於絕緣材料上以將感測器與外部電場屏蔽開。替代使用介面纜線半導電層，可將該區域剝離纜線半導電層，且可將一片導電或半導電材料置放於絕緣層上，例如，藉由將其黏附至介面纜線之絕緣層。一感測器可為置放於一片電隔離之導電或半導電材料上的電容性電壓感測器，其中導電或半導電材料置放於介面纜線之絕緣層上且可操作以形成用於感測介面纜線之內部導體之電壓的感測電容器之一電極。介面纜線之絕緣層可操作以形成感測電容器之介電質。
以下描述中參看隨附圖式更詳細地闡述本發明之完整且能夠實現的揭示內容，包括使一般熟習此項技術者能夠進行本發明之其最佳模式。
在本文中，描述本發明之以下不同實施例且將其展示於圖式中，在圖式中同樣的元件具備相同的參考數字。
圖1展示用於將中電壓或高電壓電力纜線之一末端連接至連接點的預先裝配之終端連接裝置之第一實施例。預先裝配之終端連接裝置10包含介面纜線12，該介面纜線12具有內部導體14、包圍內部導體14之絕緣層16及包圍絕緣層16之導電或半導體層(下文被稱作半導體層)18。如在圖1中所說明，通常移除介面纜線12之任何額外部層，諸如包圍半導體層18之金屬纜線屏蔽件及包圍金屬纜線屏蔽件之外部纜線護套。然而，在一些實施例中，此等層可保留於介面纜線12之一部分上。終端連接裝置10有效地由接頭部分20及終端部分22組成。在一些實施例中，接頭部分與終端部分之間的中間部分可存在。
在終端連接裝置10之接頭部分20中，第一纜線連接器24附接至介面纜線12之內部導體14之一末端。其可藉由任何合適方法(諸如，藉由捲曲或藉由螺釘)來附接。第一纜線連接器24經組態以與第二纜線連接器26配合，第二纜線連接器26並非預先裝配之終端連接裝置10的部分。舉例而言，第一纜線連接器24可為插口連接器，且第二纜線連接器26可為插塞連接器。第一纜線連接器24可視情況由剛性套管28圍封且視情況緊固於剛性套管28內，剛性套管28可為絕緣、導電或半導電的。剛性套管28可視情況延伸超出第一纜線連接器24之配合面，使得當第一纜線連接器24與第二纜線連接器26配合時，第二纜線連接器26亦由剛性套 管28圍封。第二纜線連接器26附接至電力纜線42之內部導體44。內部導體44由絕緣層46包圍，絕緣層46由導電或半導電層48包圍。第一纜線連接器24可具有爪30，其與剛性套管28中之凹口32嚙合以將第一纜線連接器24緊固地固持於剛性套管28內。此項技術中已知之其他合適構件可用以將第一纜線連接器24緊固於剛性套管28中。
在終端連接裝置10之終端部分22中，凸耳34通常附接至介面纜線12之內部導體14的與附接至第一纜線連接器24之末端相對的末端。將半導體層18剝離介面纜線12之末端，藉此曝露絕緣層16。包含內部高K層38及外部絕緣層40之第一應力控制管36安裝於介面纜線12之鄰近凸耳34的末端部分上，且沿著終端連接裝置10之終端部分22延伸，使得其重疊介面纜線12之半導電層18的一部分。第一應力控制管36由可收縮材料(通常為聚矽氧或EPDM)製成。其可為熱或冷可收縮材料。如圖1中所示，第一應力控制管36可在終端連接裝置10之終端部分22上縮小。
如圖1中所示，第二應力控制管36'沿著終端連接裝置10之接頭部分(包括在第一纜線連接器24上)延伸，且使其足夠長以在已終端連接裝置10充分裝設時覆蓋第二纜線連接器26及電力纜線42之第二纜線連接器26所附接至的部分。類似於第一應力控制管36，第二應力控制管36'由可收縮材料(通常為聚矽氧或EPDM)製成。其可為熱或冷可收縮材料，但在圖1中展示為冷可收縮材料。第二應力控制管36'與第一應力控制管36不同之處在於，其具有在應力控制層 38內部沿著應力控制層38之將覆蓋第一纜線連接器24及第二纜線連接器26的部分之薄內部半導體層(未圖示)。薄內部半導體層之長度為足夠的，使得在終端連接裝置10充分裝設時，其覆蓋介面纜線12之絕緣層16的一部分及電力纜線42之絕緣層46的一部分。薄內部半導體層可塗刷於應力控制層38之內表面上，或可為單獨材料層。第二應力控制管36'亦與第一應力控制管36不同之處在於，其具有在絕緣層40之外側上的薄外部半導電層(未圖示)。薄外部半導電層沿著第二應力控制管36'之絕緣層40的整個長度延伸。薄外部半導體層可塗刷於絕緣層40之外表面上，或可為單獨材料層。
如在圖1中進一步說明，在第一纜線連接器24與第二纜線連接器26配合前，將支撐芯50置放於第二應力控制管36'之將覆蓋電力纜線42的部分內。支撐芯50將第二應力控制管36'之此部分保持於擴張狀態下，以允許容易將第二纜線連接器26插入至剛性套管28中，使得其可與第一纜線連接器24緊固地配合。在圖1之實施例中，終端連接裝置10進一步包含單一管狀可收縮套管52，其在接頭部分20及終端部分22兩者上延伸。管狀可收縮套管52包含絕緣層。在管狀可收縮套管52與第二應力控制管36'之間通常存在由導電或半導電材料製成之「軟管」54。其目的在於當終端連接裝置10充分裝設時在分別介面纜線12之半導電層18與電力纜線42之半導電層48之間建立電連接，及跨接頭將第二應力控制管36'之薄外部半導電層(未圖示)維持在接地電位 下。在圖1中說明之實施例中，管狀可收縮套管52定位於第一應力控制管36及第二應力控制管36'之整個長度以及介面纜線12之未由任一應力控制管包圍的部分上。管狀可收縮套管52由可收縮材料(通常為聚矽氧或EPDM)製成。其可為熱或冷可收縮材料，但在圖1中展示為冷可收縮材料。在說明之實施例中，管狀可收縮套管52在終端連接裝置10之終端部分中包括裙套56。裙套用以減小追蹤電流，且通常僅用於室外終端裝置上。
如在圖1中進一步說明，在第一纜線連接器24與第二纜線連接器26配合前，將支撐芯58置放於第二應力控制管36'之由支撐芯50固持於擴張狀態下的部分周圍，且在支撐芯58上向後摺疊管狀可收縮套管52之一部分。當終端連接裝置10充分裝設時，管狀可收縮套管52之此向後摺疊的部分將覆蓋電力纜線42。
支撐芯50及58以及本文中描述之其他支撐芯可為任何合適類型之支撐芯，但將通常包含藉由將帶退繞來移除之螺旋纏繞帶，使得冷可收縮材料在電力纜線42上在附接至第二纜線連接器26之纜線末端處開始縮小。此支撐芯技術一般為熟習此項技術者已知。
圖2中說明之實施例類似於圖1之實施例，惟管狀可收縮套管52包含兩個單獨部分52'及52"除外。在圖2之實施例中，部分52'與52"具有重疊部分。在一替代實施例(未說明)中，部分52'與52"不重疊。在此實施例中，介面纜線12之未由管狀可收縮套管覆蓋的部分將具有一些其他外部絕 緣構件。舉例而言，可使纜線外部絕緣護套在介面纜線12之此部分上，或若移除了外部護套，則可在介面纜線12之此部分周圍塗覆單獨可收縮材料層。
圖3展示終端連接裝置10之接頭部分20之替代實施例。在此實施例中，第一纜線連接器24附接至介面纜線12之內部導體14之一末端。其可藉由任何合適方法(諸如，藉由捲曲或藉由螺釘)來附接。在圖3中，第一纜線連接器24藉由螺釘25來附接。第一纜線連接器24經組態以與導電性中間連接器60之第一插口62配合。中間連接器60具有第二插口64，其經組態以與附接至電力纜線42之內部導體44的第二纜線連接器26配合。第二纜線連接器26及電力纜線42並非預先裝配之終端連接裝置10的部分。第一纜線連接器24及第二纜線連接器26以及中間連接器60可視情況由可為絕緣或半導電之剛性套管(未包括於圖3中)圍封，及視情況緊固於該剛性套管內。
如在圖3中展示，第二應力控制管36'沿著終端連接裝置10之接頭部分延伸，包括在第一纜線連接器24上及在中間連接器60之一部分上延伸。如先前所描述，第二應力控制管36'具有在應力控制層38之內部沿著應力控制層38之將覆蓋第一纜線連接器24及第二纜線連接器26(及中間連接器60)之部分的薄內部半導體層(未圖示)。薄內部半導體層之長度為足夠的，使得在終端連接裝置10充分裝設時，其覆蓋介面纜線12之絕緣層16的一部分及電力纜線42之絕緣層46的一部分。薄內部半導體層可塗刷於應力控制層38之內 表面上，或可為單獨材料層。第二應力控制管36'亦具有在絕緣層40之外側上的薄外部半導電層(未圖示)。薄外部半導電層沿著第二應力控制管36'之絕緣層40的整個長度延伸。薄外部半導體層可塗刷於絕緣層40之外表面上，或可為單獨材料層。在圖3之實施例中，終端連接裝置10之接頭部分20進一步包含管狀可收縮套管52，其在第二應力控制管36'上自介面纜線12延伸至電力纜線42。管狀可收縮套管52包含絕緣層。在管狀可收縮套管52與第二應力控制管36'之間通常存在由導電或半導電材料製成之「軟管」54。其目的在於當終端連接裝置10充分裝設時在分別介面纜線12之半導電層18與電力纜線42之半導電層48(未圖示)之間建立電連接，及跨接頭將第二應力控制管36'之薄外部半導電層(未圖示)維持在接地電位下。
如在圖3中進一步說明，在第二纜線連接器26與中間連接器60配合前，在中間連接器60、第一纜線連接器24及介面纜線12上向後摺疊管狀可收縮套管52及第二應力控制管36'兩者，以允許容易將第二纜線連接器26插入至中間連接器60中。首先，將支撐芯57置放於管狀可收縮套管52周圍，大體在第一纜線連接器24上，且將管狀可收縮套管52之一部分向後摺疊且置放於支撐芯57上，支撐芯57將管狀可收縮套管52之該向後摺疊的部分保持於擴張狀態下。接下來，將支撐芯55置放於管狀可收縮套管52之該向後摺疊的部分上，且將第二應力控制管36'之一部分向後摺疊且置放於支撐芯55上，支撐芯55將第二應力控制管36'之該向後 摺疊的部分保持於擴張狀態下。在第二纜線連接器26與中間連接器60配合後，支撐芯55經移除且第二應力控制管36'經展開，使得其覆蓋第二纜線連接器26及足夠的電力纜線42，使得應力控制層38重疊電力纜線42之半導電層48(未圖示)。隨後，支撐芯57經移除且管狀可收縮套管52經展開，使得其覆蓋第二應力控制管36'及電力纜線42之外部護套的一部分(未圖示)。
圖4為終端連接裝置10之終端部分22之替代實施例。在此實施例中，使用幾何應力控制，而非高K應力控制材料。另外，終端部分22包含可分開之連接器元件，其提供與裸凸耳不同類型之連接。圖4展示附接至介面纜線12之內部導體14的纜線連接器72。纜線連接器72藉由任何合適方式(通常藉由捲曲)來附接，且包括凸耳34。終端部分22包括大體界定第一腔室84及第二腔室86的外殼82。第一腔室84與第二腔室86相交，使得第一腔室84之內部與第二腔室86之內部連通。第一腔室84與第二腔室86可相交以形成如圖4中展示之大體T形或大體L形(未圖示)。外殼82可進一步包括外部半導電層90及中間絕緣層92以及內部半導電層94。如圖4中所示，在外殼82之第一腔室84之內壁上的內部半導電層94與纜線連接器72進行密切接觸。較佳地，內部半導電層94亦與介面纜線12之絕緣層16進行密切接觸。第一腔室84之內壁之一部分由中間絕緣層92製成。此部分較佳與絕緣層16進行密切接觸。第一腔室84之內壁之一部分由外部半導電層90製成。此部分較佳與半導電層18 進行密切接觸。管狀可收縮套管52接著定位於外部半導電層90之至少一部分及介面纜線12上。可穿過凸耳34中之孔隙插入螺桿(未圖示)，且一或多個配合裝置96可插入至第二腔室86中，且藉由螺桿附接至凸耳34或固持於與凸耳34相抵的位置處。
外殼82可由適合於冷收縮應用之任何材料製造。最合適的為諸如具有低永久定形之高彈性橡膠材料的材料，諸如乙烯丙烯二烯單體(EPDM)、彈性聚矽氧或其混合物。半導電材料及絕緣材料可由相同或不同類型之材料製成。基於所使用材料之固有屬性或基於添加至材料之添加劑，半導電材料及絕緣材料可具有不同程度之導電性及絕緣。
圖5為終端連接裝置10之終端部分22之替代實施例。在此實施例中，將電壓與電流感測器整合於終端部分22中。在圖5之說明中，介面纜線12之絕緣層16、半導電層18以及感測器及一些有關元件未在橫截面中展示，而第一應力控制管36、管狀可收縮套管52及絕緣層107在橫截面中展示。如在圖5中所示，半導電層18之環形條帶經移除以在半導電層中形成非導電性軸向區段或間隙100，在該等間隙處，曝露下伏絕緣層16。為了清晰起見，將半導電層18之由間隙100分開的部分標示為18a、18b及18c。在一替代實施例中，半導電層18可藉由部分18a終端，且將數件導電或半導電材料定位於介面纜線12上以實現與半導電層18之部分18b及18c相同的功能。在另一替代實施例中，可在電壓感測器102附接至介面纜線12前使用附接至電壓感測 器102之背面的導電或半導電材料來代替半導電層18之部分18b。在又一實施例中，電壓感測器102直接附接至介面纜線12之絕緣層。如圖5中所說明，將電壓感測器102置放於半導電層部分18b上，半導電層部分18b藉由間隙100與部分18a及18c電隔離。雖然本說明書提及將感測器附接至介面纜線12，但在一些實施例中，介面纜線12自身充當感測器之部分。在此等例子中，本文中對電壓感測器102之提及指代感測器之附接至介面纜線12的部分，例如，印刷電路板(PCB)。在本發明之至少一實施例中，電壓感測器為電容分壓器，其中第一電容器由纜線內部導體14、纜線絕緣層16及半導電部分18b組成。將第二電容器置放於附接至半導電層部分18b之PCB上。半導電層部分18b之內電阻無關緊要。
絕緣材料條帶(未圖示)覆蓋間隙100以將半導電部分18b與任何其他導電或半導電材料或元件分開(惟與電壓感測器102除外)，且防止在間隙100中存在空氣，該空氣可造成電壓感測器102之部分放電及故障。絕緣材料可為任何合適的材料，諸如將較易於填充間隙100之乳香與置放於乳香上之PVC膠帶的組合。PVC膠帶亦可實現將電壓感測器102附接至介面纜線12之目的。電壓感測器102量測介面纜線12之內部導體14的電壓。電壓感測器102之接地板(未圖示)藉由導電元件104電連接至半導電層部分18a及18c中之一或兩者，導電元件104可為可捲繞於半導電層部分18a及18c中之一或兩者周圍且焊接至電壓感測器102上之連接 點106的金屬絲網。若導電元件104之自半導電層部分18a及18c橋接至電壓感測器102的部分未絕緣，則在間隙100上的絕緣材料條帶(未圖示)將防止其與下伏半導電部分18b進行電接觸。絕緣層107覆蓋電壓感測器102及半導電層之鄰近間隙100的部分。將導電或半導體材料層(未圖示)置放於絕緣層107上。在至少一實施例中，將導電或半導電材料層與絕緣層107組合，使得絕緣層107具有面向感測器之絕緣層及面向第一應力控制管36之導電或半導電材料層。導電或半導電層將感測器與外部電場屏蔽開。第一應力控制管36覆蓋絕緣層107且延伸至介面纜線12之凸耳34所附接至的末端。電流感測器108鄰近電壓感測器102定位於半導電層18上。電線110連接至電壓感測器102，且電線112連接至電流感測器108，電流感測器108可為羅哥斯基(Rogowski)線圈。電線110、112皆絕緣以便不造成任何短路。在圖5中，管狀可收縮套管52"沿著終端連接裝置10之終端部分22的整個長度自凸耳34延伸至終端連接裝置10之接頭部分，其中管狀可收縮套管52"重疊接頭部分20之管狀可收縮套管52'。電線110、112皆在管狀可收縮套管52"與管狀可收縮套管52'之重疊部分之間穿過至終端連接裝置10之外部，其中電線110、112可連接至(例如)積分器、量測裝置、控制裝置或其他合適類型之裝置。
在至少一實施例中，電壓感測器102包含雙面可撓性印刷電路板。如本文中所描述，PCB之頂部或前部為面向絕緣層107之部分。PCB之頂部通常包括電連接至外部裝置 之導電特徵。PCB之底部或背部面向介面纜線12。為了建立感測器102與半導電層部分18b之間的最佳可能電接觸，需要使在感測器102之背部上的接觸面積最大化。已發現，當銅箔或鍍金銅箔將工作時，經圖案化之鍍金銅層出乎意料地提供較之替代方案優越的結果。可按任何合適方式形成圖案。舉例而言，可使用光阻製程藉由按曝露銅層之待移除以形成所要銅圖案之區域的圖案在電路板之底部銅層上(且視情況，在處於針對感測器電路化以發揮功能之部分外的頂部銅層之部分上)塗覆及顯影光阻層來形成圖案。接著可將銅層之曝露部分曝露至銅蝕刻劑溶液以移除銅之曝露區域。經圖案化之光阻接著經移除，從而在電路板之底部側上留下銅圖案。接著將鎳層電鍍於銅上，且接著將金或金合金(有時在下文中僅被稱作金)電鍍於鎳層上。PCB之經圖案化之鍍金銅層確保半導電層部分18b與PCB之導電通孔(其連接至PCB之頂表面上的電路元件)之間的良好電連接。已發現，不存在顯著量的陷於PCB下之空氣，此係因為在PCB之背部上的經圖案化之鍍金銅層經壓印至半導電層部分18b中，藉此確保半導電層部分18b與電壓感測器PCB之間的最佳電接觸。來自電壓感測器之輸出信號大約為約1伏特，伴有大約數微安培之電流。
如同實心層，本發明之經圖案化之鍍金銅層將提供無限量的接觸點。自一接觸點至另一者之距離無關緊要，此係因為其如同實心層。在銅層中產生的圖案可為任何合適圖案，包括(但不限於)具有正方形或菱形圖案之柵格。咸 信，經圖案化之鍍金銅層相比鍍金平面不大可能會成片地剝落，諸如若未圖案化之銅箔經鍍金，則將存在該現象。對於經受歸因於其彎曲能力的機械應力之薄可撓性PCB，此尤其為問題。
本文中描述之電壓感測器PCB與標準PCB不同之處在於，標準PCB具有覆蓋PCB之前表面及背表面之阻焊層，惟將進行電接觸(通常藉由焊接)之導電區域除外。在本發明電壓感測器102中，在PCB之底部上不存在阻焊劑。成信，歸因於銅層係在鍍金前經圖案化，對於在PCB之背部上的焊料層(其通常抑制平坦鍍金成片地剝落)之需求並不需要。咸信，經圖案化之銅層比固體銅箔易於消散機械應力。
除了前述內容之外，在本申請案中使用PCB亦進一步限制了施加至PCB的機械應力之量。PCB在其彎曲且置放於介面纜線12周圍時經受機械應力。雖然一旦PCB黏附至介面纜線12(例如，藉由PVC膠帶)且尤其在第一應力控制管36及管狀可收縮套管52在介面纜線12周圍縮小後，此彎曲組態可對PCB施加一些應力，藉此將徑向力施加至電壓感測器102之PCB，但可撓性PCB仍保持處於相對靜態下。
雖然本發明已經參考其特定說明性實施例描述及說明，但並不希望本發明限於彼等說明性實施例。熟習此項技術者將認識到，可在不脫離如由接下來的申請專利範圍界定的本發明之真實範疇之情況下進行變化及修改。因此希望在本發明內包括如屬於隨附申請專利範圍及其等效物之範 疇的所有此等變化及修改。
10‧‧‧終端連接裝置
12‧‧‧介面纜線
14‧‧‧內部導體
16‧‧‧絕緣層
18‧‧‧導電或半導電層/半導體層
18a‧‧‧半導電層部分
18b‧‧‧半導電層部分
18c‧‧‧半導電層部分
20‧‧‧接頭部分
22‧‧‧終端部分
24‧‧‧第一纜線連接器
25‧‧‧螺釘
26‧‧‧第二纜線連接器
28‧‧‧剛性套管
30‧‧‧爪
32‧‧‧凹口
34‧‧‧凸耳
36‧‧‧第一應力控制管
36'‧‧‧第二應力控制管
38‧‧‧應力控制元件/應力控制層/內部高K層
40‧‧‧外部絕緣層
42‧‧‧電力纜線
44‧‧‧內部導體
46‧‧‧絕緣層
48‧‧‧導電或半導電層
50‧‧‧支撐芯
52‧‧‧管狀可收縮套管/部分
52'‧‧‧管狀可收縮套管/部分
52"‧‧‧管狀可收縮套管/部分
54‧‧‧「軟管」
55‧‧‧支撐芯
56‧‧‧裙套
57‧‧‧支撐芯
58‧‧‧支撐芯
60‧‧‧中間連接器
62‧‧‧第一插口
64‧‧‧第二插口
72‧‧‧纜線連接器
82‧‧‧外殼
84‧‧‧第一腔室
86‧‧‧第二腔室
90‧‧‧外部半導電層
92‧‧‧中間絕緣層
94‧‧‧內部半導電層
96‧‧‧配合裝置
100‧‧‧非導電性軸向區段或間隙
102‧‧‧電壓感測器
104‧‧‧導電元件
106‧‧‧連接點
107‧‧‧絕緣層
108‧‧‧電流感測器
110‧‧‧電線
112‧‧‧電線
圖1為本發明的終端連接裝置之第一實施例之橫截面圖，圖2為根據圖1的終端連接裝置之一替代實施例之橫截面圖，圖3為本發明之至少一實施例的終端連接裝置之接頭部分之橫截面圖，圖4展示本發明之至少一實施例的終端連接裝置之終端部分之橫截面圖，圖5展示本發明之至少一實施例的終端連接裝置之終端部分之部分橫截面圖，其中終端部分包括感測器裝置。
10‧‧‧終端連接裝置
12‧‧‧介面纜線
14‧‧‧內部導體
16‧‧‧絕緣層
18‧‧‧導電或半導電層/半導體層
20‧‧‧接頭部分
22‧‧‧終端部分
24‧‧‧第一纜線連接器
26‧‧‧第二纜線連接器
28‧‧‧剛性套管
30‧‧‧爪
32‧‧‧凹口
34‧‧‧凸耳
36‧‧‧第一應力控制管
36'‧‧‧第二應力控制管
38‧‧‧應力控制元件/應力控制層/內部高K層
40‧‧‧外部絕緣層
42‧‧‧電力纜線
44‧‧‧內部導體
46‧‧‧絕緣層
48‧‧‧導電或半導電層
50‧‧‧支撐芯
52‧‧‧可收縮套管/部分
54‧‧‧「軟管」
56‧‧‧裙套
58‧‧‧支撐芯

Claims (13)

  1. 一種用於將一中電壓或高電壓電力纜線(42)之一末端連接至一連接點的終端連接裝置，該終端連接裝置(10)包含a)一介面纜線(12)，其具有第一末端部分及第二末端部分，包含一內部導體(14)及一導電或半導電層(18)，b)一第一應力控制管(36)，其包含一應力控制元件(38)，及一絕緣層(40)，其配置於該應力控制元件(38)周圍，其中該第一應力控制管(36)安裝於該介面纜線(12)之該第一末端部分上；c)一第一纜線連接器(24)，其用於將該介面纜線(12)連接至該電力纜線(42)，該第一纜線連接器(24)連接至該介面纜線(12)之該第二末端部分；d)一第二應力控制管(36')，其包含一應力控制元件(38)，及一絕緣層(40)，其配置於該應力控制元件(38)周圍，其中該第二應力控制管(36')安裝於該介面纜線(12)之該第二末端部分及該第一纜線連接器(24)之至少一部分上；e)一管狀可收縮套管(52)或多個管狀可收縮套管(52'、52")，該管狀可收縮套管(52)之至少一部分或該多個管狀可收縮套管(52'、52")之至少一部分在該第一應力控制管(36)之至少一部分上延伸，且該管狀可收縮套管(52)之 至少一部分或該多個管狀可收縮套管(52'、52")之至少一部分在該第二應力控制管(36')之至少一部分上延伸，其中在該第一應力控制管(36)之至少一部分上延伸的該管狀可收縮套管(52)之該部分或在該第一應力控制管(36)之至少一部分上延伸的該等管狀可收縮套管之其一的至少一部分在該第一應力控制管(36)之至少一部分周圍縮小。
  2. 如請求項1之終端連接裝置，其中該第一纜線連接器(24)經調適以藉由該第一纜線連接器(24)與安裝於該電力纜線(42)之一末端上的一配合第二纜線連接器(26)之間的嚙合而連接至該電力纜線(42)。
  3. 如請求項1或請求項2之終端連接裝置，其中該管狀可收縮套管(52)及該多個管狀可收縮套管(52'、52")中之至少一者的一部分在該介面纜線(12)之一部分周圍縮小。
  4. 如請求項1或請求項2之終端連接裝置，其中在該第二應力控制管(36')之至少一部分上延伸的該管狀可收縮套管(52)包含經調適以在該電力纜線(42)之一部分周圍縮小的一部分。
  5. 如請求項1或請求項2之終端連接裝置，其中該介面纜線(12)之該第一末端部分附接至一凸耳(34)。
  6. 如請求項1或請求項2之終端連接裝置，其中該第一應力控制管(36)及該第二應力控制管(36')中之一或兩者的該應力控制元件(38)為一幾何應力控制元件或一介電應力控制元件。
  7. 如請求項1或請求項2之終端連接裝置，其中在該第一應力控制管(36)之至少一部分上延伸的該管狀可收縮套管(52)在一外側上包含用於減小追蹤電流之一或多個裙套(56)。
  8. 如請求項1或請求項2之終端連接裝置，其中該介面纜線(12)進一步包含同心配置於該內部導體(14)之至少一軸向區段周圍的一絕緣層(40)，且其中該終端連接裝置(10)包含包括一印刷電路板元件之一電容性電壓感測器(102)，該印刷電路板元件置放於一片電隔離之導電或半導電材料上，該片電隔離之導電或半導電材料配置於該介面纜線(12)之該絕緣層(40)上，且可操作以形成用於感測該內部導體(14)之一電壓的一感測電容器之一電極，且其中該絕緣層(40)可操作以形成該感測電容器之一介電質。
  9. 如請求項8之終端連接裝置，其中該終端連接裝置(10)進一步包含在該片電隔離之導電或半導電材料之任一側上同心配置於該絕緣層(40)之至少一軸向區段周圍的額外半導電材料，該額外半導電材料包含藉由非導電軸向區段(100)而與該片電隔離之導電或半導電材料電隔離之兩個半導電軸向區段。
  10. 如請求項8之終端連接裝置，其中該片電隔離之導電或半導電材料或該額外半導電材料中之一些或全部黏著性地黏附至該絕緣層(40)。
  11. 如請求項8之終端連接裝置，其中該印刷電路板元件包 含與該片電隔離之導電或半導電材料電接觸的一經圖案化之鍍金銅層。
  12. 如請求項8之終端連接裝置，其中該片電隔離之導電或半導電材料包含該介面纜線(12)之該半導電層(18)的一部分。
  13. 一種用於將一中電壓或高電壓電力纜線(42)之一末端連接至一連接點的方法，其包含以下步驟a)提供如請求項1至12中任一項之終端連接裝置(10)；b)提供一中電壓或高電壓電力纜線(42)；c)藉由經由該第一纜線連接器(24)將該介面纜線(12)連接至該電力纜線(42)之一末端而將該終端連接裝置(10)連接至該電力纜線(42)之該末端；及d)藉由將該介面纜線(12)之該第一末端部分連接至該連接點而將該終端連接裝置(10)連接至該連接點。
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