WO2020008056A1

WO2020008056A1 - Verbindungsmuffe mit konische aufnahmebereiche zur aufnahme von konisch abgementelten kabelenden

Info

Publication number: WO2020008056A1
Application number: PCT/EP2019/068158
Authority: WO
Inventors: Uwe Amerpohl; Mathias Behle
Original assignee: Nkt Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2018-07-06
Filing date: 2019-07-05
Publication date: 2020-01-09
Also published as: DE102018116399A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsmuffe (2) zur Verbindung von Hochspannungsgleichspannungskabeln (4) mit einem Verbindungskörper (6), der eine stromtragfähige Verbindung (10) zur elektrischen Verbindung der Leiter (12) der Kabel (4) und Aufnahmebereiche (5) zur Aufnahme der Kabelenden (3) aufweist, wobei die Aufnahmebereiche (5) als konische Aufnahmebereiche (5) zur Aufnahme von korrespondierenden konisch abgemantelten Kabelenden (3) ausgebildet sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Kabelsystem (1) mit einer Verbindungsmuffe (2) sowie ein Verfahren zum Verbinden von zwei konisch abgemantelten Kabelenden (3) von zwei Gleichspannungskabeln (4) mit einer Verbindungsmuffe (2).

Description

VERBINDUNGSMUFFE MIT KONISCHE AUFNAHMEBEREICHE ZUR AUFNAHME VON KONISCH ABGEMENTELTEN KABELENDEN

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsmuffe zur Verbindung von Hochspannungsgleichspannungskabeln mit einem Verbindungskörper, der eine stromtragfähige Verbindung zur elektrischen Verbindung der Leiter der Kabel und Aufnahmebereiche zur Aufnahme der Kabelenden aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Kabelsystem, insbesondere für Hochspannungsgleichspannungsanwendungen, sowie ein Verfahren zum Verbinden von zwei konisch abgemantelten Kabelenden von zwei Gleichspannungskabeln mit einer Verbindungsmuffe. Die Erfindung kann bei der Verbindung von Kabelenden insbesondere von Hochspannungsgleichspannungskabeln eingesetzt werden. Verbindungsmuffen sind im Bereich der elektrischen Energietechnik, insbesondere im Be- reich von Wechselspannungsanwendungen, bereits seit vielen Jahren bekannt. Diese dienen dabei insbesondere der elektrischen und mechanischen Verbindung zweier Kabelenden. Gleichzeitig bieten die Verbindungsmuffen jedoch Isolations- und Schutzmöglichkeiten. Die Verbindungsmuffen können fest mit den Kabeln verbunden werden und die elektrische Trennstelle umschließen. Zur Verbindung der Kabelenden sind Aufnahmebereiche zur Aufnahme der Kabelenden vorgesehen, in welche die Kabelenden eingeführt werden können. Bei bekannten Verbindungsmuffen werden die Leiter der Kabelenden entsprechend vorbereitet und in die Verbindungsmuffe einge- schoben. Im Inneren des Verbindungskörpers ist eine stromtragfähige Verbindung vorgesehen, mittels welcher die abgemantelten Leiter der Kabel verbunden und in der Verbindungsmuffe fixiert werden können. Über die stromtragfähige Verbindung kann dann der Strom geführt werden. Beim Einsatz bei Wechselspannungsanwendungen haben sich derartige Verbindungsmuffen bewährt. Allerdings hat es sich insbesondere im Zusammenhang mit Hochspannungsgleichspannungsanwendungen gezeigt, dass das elektrische Feld nicht ausreichend kontrolliert werden kann, da die Feldverhältnisse bei Wechsel- und Gleichspannung völlig unterschiedlich sind. Bei Gleichspannung bildet sich ein oftmals völlig anderes resistives Strömungsfeld aus, für das die Leitfähigkeiten verantwortlich sind. Mischfelder und transiente Belastungen führen dabei zu sehr komplexen Feldverhältnissen, welche bei der Ausgestaltung einer Verbindungsmuffe zu berücksichtigen sind. Insoweit ist es in der Regel nicht möglich, standardmä- ßi e AC-Verbindungsmuffen auch als DC-Verbindungsmuffen zu verwenden.

Aufgrund dessen können zwei Wechselspannungskabel auf einfache Weise mit bekannten Muffen verbunden werden. Bei Gleichspannungsanwendungen, insbesondere bei Spannungen über 250 kV ist die Feldstärke jedoch abhängig von transienten und statischen Vorgängen im Hochspannungs- gleichspannungskabel, welche nicht mit bekannten Muffen gehandhabt werden können.

Vor diesem Hintergrund stellt sich die Erfindung die A u f g a b e , eine Ver- bindungsmuffe zur Verbindung von Hochspannungsgleichspannungskabeln anzugeben, welche verbesserte elektrische und mechanische Eigenschaften aufweist.

Bei einer Verbindungsmuffe der eingangs genannten Art wird die Aufgabe dadurch g e l ö s t , dass die Aufnahmebereiche als konische Aufnahmebereiche zur Aufnahme von korrespondierenden, konisch abgemantelten Kabelenden ausgebildet sind.

Mit Hilfe einer entsprechenden Verbindungsmuffe können sowohl die me- chanischen als auch die elektrischen Eigenschaften verbessert werden, wodurch sich auch beispielsweise die Montage vereinfachen lässt. Es kann eine kapazitive und/oder resistive Feldsteuerung für die Anforderung bei Hochspannungsgleichspannungsanwendungen erreicht werden. Durch eine konische Ausgestaltung der Aufnahmebereiche sowie die Ausgestaltung der Kabelenden als konisch abgemantelte Kabelenden kann das elektrische Feld über den gesamten Verlauf des Verbindungskörpers und insbesondere an den Grenzflächen zum Kabel eingestellt werden. Auf diese Weise können positive elektrische Eigenschaften erzielt werden. Des Weiteren kann sich durch die Ausgestaltung der Aufnahmebereiche als Konen eine Art Führung ergeben, mittels welcher die Kabelenden auf einfache Art und Weise in den Verbindungskörper eingesteckt und geführt werden können. Durch die spezielle Form der Aufnahmebereiche können Unterschiede in den Leitfähigkeiten der Materialien im stationären Gleichspannungsfall ausgeglichen werden. Bevorzugt ist, wenn durch die konische Ausgestaltung der Aufnahmebereiche, insbesondere über den Winkel und/oder die Länge der Aufnahmeflächen der Aufnahmebereiche, das elektrische Feld an den Grenzflächen der Aufnahmebereiche einstellbar ist. So kann beispielsweise durch die Wahl der Länge und/oder des Winkels der konischen Aufnahmebereiche eine ausreichende elektrische Festigkeit an der Grenzfläche eingestellt werden. Durch die konische Ausgestaltung der Aufnahmebereiche sowie der Kabel, insbesondere der Grenzflächen zwischen der Kabelisolierung und dem Verbindungskörper können Unterschiede in den Leitfähigkeiten der Materialien im stationären Gleichspannungsfall ausgeglichen werden. Die Brechung der Feldlinien an den Grenzflächen kann durch die Konusform unterstützt werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht dabei vor, dass die Potentialverteilung homogenisierbar ist. Auf diese Weise können Feldstärkemaxima und/oder - minima verhindert und eine gleichmäßige Feldverteilung im Übergangsbereich zwischen der Verbindungsmuffe, insbesondere dem Verbindungskörper, und dem Kabel, insbesondere der Kabelisolierung, erzeugt werden. Gemäß einer konstruktiven Ausgestaltung weist die Aufnahmefläche des Aufnahmebereichs einen Winkel zwischen 5° und 60° , besonders bevorzugt zwischen 20° und 45° , auf. Besonders bevorzugt weist die Aufnahmefläche des Aufnahmebereichs jedoch einen Winkel von im Wesentlichen 25° auf. Auf diese Weise kann der Austrittswinkel der Feldlinien und eine ausrei- chende elektrische Festigkeit an der Grenzfläche zusätzlich eingestellt werden.

Ferner bevorzugt ist, wenn die Aufnahmefläche des Aufnahmebereichs eine Länge zwischen 50 mm und 400 mm, besonders bevorzugt zwischen 100 mm und 250 mm, aufweist. Auch über die Wahl der Länge der Aufnahmefläche kann zusätzlich eine ausreichende elektrische Festigkeit an der Grenzfläche zwischen Kabel und Verbindungsmuffe eingestellt werden.

Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die Aufnah- mebereiche in Form eines sich in Richtung der Mitte des Verbindungskörpers erstreckenden Innenkonus ausgebildet. Durch die Ausgestaltung der Aufnahmebereiche als Innenkonen kann sich einerseits eine Art Führung ergeben, mittels welcher die Kabelenden der Kabel auf einfache Art und Weise in den Verbindungskörper eingeschoben und geführt werden können. Darüber hinaus können durch eine konische Ausgestaltung der Aufnahmebereiche auch positive elektrische Eigenschaften, wie beispielsweise eine gute Potentialverteilung und/oder eine hohe elektrische Festigkeit der Grenzschicht, erzielt werden. Besonders bevorzugt kann sich die Kabelisolierung in Richtung der Leitverbindung verjüngen.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Aufnahmebereiche an gegenüberliegenden Seiten des Verbindungskörpers angeordnet sind. Eine Verbindung der Kabelenden der zu verbindenden Kabel kann so auf einfache Art und Weise in Längsrichtung der Kabel erfolgen, wodurch sich eine kompakte Bauform ergeben kann.

Weiter vorteilhaft ist es, wenn an den nach außen gerichteten Endbereichen der Aufnahmebereiche Feldsteuerkörper angeordnet sind. Die Feldsteuerkörper können bevorzugt als Feldsteuertrichter ausgebildet sein und/oder als umfangsseitig integrierte Elektrodenringe ausgebildet sein.

Auf diese Weise kann die Potentialverteilung zusätzlich eingestellt und gesteuert werden. Die Feldsteuerkörper können dabei insbesondere bei transienten Vorgängen dominieren. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Grenzflächen zwischenmaterialfrei ausgebildet. Insbesondere können die konisch abgeman- telte Kabelisolierung und der Verbindungskörper direkt, insbesondere flä- chlg, aufeinander angeordnet sein. Aufgrund der konischen Ausgestaltung der Aufnahmebereiche und der Kabel ist es nicht notwendig, an den Grenzflächen Materialien mit anderen Leitfähigkeiten, insbesondere mit zumindest teilweise nicht-linearen Leitfähigkeiten, zur gezielten Feldsteuerung einzusetzen. Auf diese Weise kann die Verbindungsmuffe insgesamt unempfindlicher gegen kleine Variationen ausgebildet werden. Es ergibt sich eine einfache und trotzdem zuverlässige Verbindungsmuffe.

Bevorzugt weist die stromtragfähige Verbindung Hochspannungselektroden auf. Mit Hilfe der Hochspannungselektroden kann das elektrische Feld innerhalb der Verbindungsmuffe zusätzlich gesteuert werden. Die Hochspannungselektrode kann insbesondere als Feld- oder Schirmelektrode ausgebildet sein. Bevorzugt ist die Hochspannungselektrode nach Art einer Elektrodenhülse um die stromtragfähige Verbindung herum angeordnet und bei- spielsweise aus Metall oder Silikon gefertigt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der Verbindungskörper einteilig ausgebildet ist. Besonders bevorzugt weist der Verbindungskörper in diesem Fall einen Muffenhauptkörper auf. An den Außenseiten können in den Verbindungskörper und insbesondere in den Muffenhauptkörper bevorzugt leitfähige Elektroden als Feldsteuerkörper integriert sein. Die Elektroden können bevorzugt als Feldsteuertrichter ausgebildet sein und als umfangsseitig integrierte Elektrodenringe ausgebildet sein. Auf diese Weise kann die Potentialverteilung zusätzlich eingestellt und gesteuert werden.

Alternativ kann der Verbindungskörper mehrteilig, insbesondere dreiteilig, mit einem Muffenhauptkörper und mindestens einem Adapterelement ausgebildet sein. In diesem Fall hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Adapterelement aus einem Silikonelastomer mit integrierten Feldsteue- relementen ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist, wenn das Adapterelement einen Isolierköper und/oder eine Feldsteuerelektrode als Feldsteuerkörper umfasst. Die Elektroden können bevorzugt als Feldsteuerelement, insbesondere als Feldsteuertrichter, ausgebildet sein und als umfangsseitig integrierte Elektrodenringe ausgebildet sein. Mittels des Feldsteuerele ments kann die Potentialverteilung an den Grenzflächen zu dem Verbin dungskörper zusätzlich eingestellt werden. Der Feldsteuerkörper kann be- vorzugt komplementär zum Muffenhauptkörper des Verbindungskörpers und/oder zum abisolierten Kabel ausgebildet sein. Der Isolierkörper kann bevorzugt aus einem elastomeren Material, wie Silikon, EPDM oder EPR aus gebildet sein. Auf diese Weise kann die Feldverteilung über den gesamten Bereich zuverlässig eingestellt werden.

Das Adapterelement kann bevorzugt zwischen dem Kabel und dem Muffen hauptkörper angeordnet werden und sich insbesondere der Form des Muf fenhauptkörpers und/oder des Kabels anpassen. Das Adapterelement kann einteilig oder mehrteilig, beispielsweise aus zwei Halbschalenelementen, aufgebaut sein. Besonders bevorzugt ist, wenn der Muffenhauptkörper und das Adapterelement aus dem gleichen Material hergestellt sind. Allerdings sind auch Ausgestaltungen denkbar, bei welchen der Muffenhauptkörper und das Adapterelement aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind. Gemäß einer in diesem Zusammenhang vorteilhaften Ausgestaltung weist das Adapterelement die konisch ausgebildeten Aufnahmebereiche auf. Dies bietet den Vorteil, dass die mit dem Kabel in direktem Kontakt stehenden Grenzflächen korrespondierend zu den konisch abgemantelten Kabelenden, insbesondere der Kabelisolierung ausgestaltet sind. Auf diese Weise kann das elektrische Feld und insbesondere die Potentialverteilung auch bei ei ner mehrteiligen Verbindungsmuffe mit Adapterelementen gewährleistet werden.

Gemäß einer konstruktiven Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Ver- bindungsmuffe als Aufschiebemuffe ausgebildet ist. Die Verbindungsmuffe kann insoweit bereits vollständig vorgefertigt sein, wodurch sich der Ferti- gungsaufwand am Einbauort deutlich verringern lässt. Die Verbindungsmuf fe kann auf diese Weise am Einbauort auf eines der Kabelenden aufgeschoben, die Kabelenden, beispielsweise mittels Press-, Schraub- oder Schweißverbindungen, miteinander verbunden und dann die Verbindungsmuffe über die Verbindungsstelle geschoben werden. Aufwändige Herstellungsprozesse, wie diese beim Herstellen einer Gießharzmuffe entstehen, können so vermieden werden.

Bei einem Kabelsystem der eingangs genannten Art wird die Aufgabe durch zwei Kabel mit konisch abgemantelten Kabelenden und einer Verbindungsmuffe g e l ö s t . Dabei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Verbindungsmuffe zumindest eines der zuvor beschriebenen Merkmale allein oder in Kombination aufweist. Es ergeben sich die gleichen Vorteile, welche zuvor im Zusammenhang mit der Verbindungsmuffe beschrieben wurden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Kabelsystems sieht dabei vor, dass die Kabel unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Durch die konische Ausgestaltung der Aufnahmebereiche des Verbindungskörpers der Verbindungs- muffe bzw. die konisch abgemantelten Kabelenden können bevorzugt auch Kabel mit unterschiedlichen Durchmesser verbunden werden, da die Unterschiede durch die Ausgestaltung der Verbindungsmuffe an den Grenzflächen ausgeglichen werden können. Besonders bevorzugt können hierzu unterschiedliche konische Ausgestaltungen, insbesondere unterschiedliche Ko- nusformen, vorgesehen sein.

Ferner vorteilhaft ist, wenn die Kabel unterschiedliche elektrische Eigenschaften aufweisen. Auf diese Weise können über die Verbindungsmuffe auch Kabel mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften miteinander verbunden werden, da die Unterschiede über die Materialien und/oder die Grenzflächen ausgeglichen werden können. In elektrischer Hinsicht können auch Kabel miteinander verbunden werden, die unterschiedliche Material parameter und damit unterschiedliche elektrische Eigenschaften aufwei sen, da die Einprägung der Potentialverteilung, insbesondere bei Gleich spannungsanwendungen, stark dominierend ist. Durch die Einprägung der Potentialverteilung über die konisch ausgebildeten Aufnahmeflächen ist es daher möglich, die Feldverteilung aufgrund der unterschiedlichen Material parameter der Kabelisolierung und Muffenisolierung positiv zu beeinflussen.

Besonders bevorzugt sind die Kabel mit der Verbindungsmuffe mittels Press-, Schraub- oder Schweißverbindungen verbindbar. Derart kann ein zuverlässiger Halt der Kabelenden in der Verbindungsmuffe gewährleistet werden.

Des Weiteren wird zur L ö s u n g der eingangs genannten Aufgabe ein Ver- fahren zum Verbinden von zwei konisch abgemantelten Kabelenden von zwei Gleichspannungskabeln vorgeschlagen, bei welchem die Kabelenden, insbesondere die Kabelisolierungen, konisch abgemantelt werden und die Kabelenden in den Verbindungskörper der Verbindungsmuffe eingeführt und arretiert werden.

Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Verbin dungsmuffe mindestens eines der zuvor beschriebenen Merkmale aufweist. Auch hier ergeben sich die gleichen Vorteile, welche bereits im Zusammen hang mit der Verbindungsmuffe und/oder dem Kabelsystem beschrieben wurden, wobei einzelne Merkmale allein oder in Kombination Verwendung finden können.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird vorgeschla gen, dass vor dem Einführen und Arretieren der Kabelenden in den Verbin- dungskörper, Adapterelemente auf die Kabelenden aufgeschoben und be festigt werden und die Kabelenden zusammen mit den Adapterelementen in den Verbindungskörper ein geführt und arretiert werden. Auf diese Weise kann eine einfache Montage beispielsweise am Einsatzort gewährleistet werden. So ist es am Einbauort lediglich erforderlich, die Kabelenden in die Verbindungsmuffe einzustecken und diese mechanisch miteinander zu ver- binden. Auf diese Weise ergibt sich eine einfache Montage, ohne dass diese besonders fehleranfällig ist.

Ferner können insbesondere auch Kabel mit unterschiedlichen Durchmes sern und/oder unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften miteinander verbunden werden, da die Verbindungsmuffe aufgrund der konischen Aus gestaltung der Aufnahmebereiche an die jeweiligen Kabel angepasst wer den kann.

Bei dem Verfahren können auch die anhand der Verbindungsmuffe und/oder des Kabelsystems beschriebenen Merkmale und Ausgestaltungen allein und in Kombination verwendet werden. Auch können die anhand des Verfahrens und/oder des Kabelsystems beschriebenen Merkmale und Ausge staltungen bei einer Verbindungsmuffe und/oder einem Kabelsystem allein und in Kombination verwendet werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Hierin zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer einteiligen Verbindungsmuffe;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbei spiel einer mehrteiligen Verbindungsmuffe; Fig. 3 eine schematische Darstellung des Potentialverlaufs.

In der Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsmuffe 2 eines Kabelsystems 1 dargestellt. Mittels einer entsprechenden Verbindungsmuffe 2 können zwei Kabelenden 3 von Hochspannungsgleichspannungskabeln 4 auf einfache Art und Weise miteinander verbunden werden. Verbindungsmuffen 2 werden in vielen Bereichen der Energietechnik im Bereich der Hochspannung und Höchstspannung zur Verbindung von Hochspannungsgleichspannungskabeln 4, wie beispielsweise von Erdkabeln oder dergleichen, verwendet. Mit Hilfe der Verbindungsmuffen 2 können Kabelenden 3 und insbesondere deren Leiter 12 elektrisch leitend miteinander verbunden werden. Die Verbindungsmuffen 2 schützen dabei die Verbindungsstelle 13 der Kabelenden 3 der Hochspannungsgleichspannungskabel 4 vor äußeren Einflüssen, wie beispielsweise Feuchtigkeit, Staub oder dem Eindringen von Fremdkörpern, da die Verbindungsstelle 13 vollständig umschlossen wird.

Bei bekannten Verbindungsmuffen 2 wird die Kabelisolierung 17 an den Kabelenden 3 zunächst komplett entfernt, so dass der Leiter 12 frei liegt. An der Übergangsstelle zwischen Leiter 12 und Kabelisolierung 17 entsteht dann eine Kante. Die freigelegten Leiter 12 werden dann in die Verbin - dungsmuffe 2 eingeschoben und dort fixiert. Hierzu weißt die Verbindungsmuffe 2 eine stromtragfähige Verbindung 10 auf, innerhalb derer die Leiter 12 der Kabelenden 3 miteinander verbunden werden. Über die stromtragfähige Verbindung 10 wird dann nach dem Verbinden der Kabelenden 3 der Strom geführt. Wie dies die Fig. 1 weiter zeigt, weist die stromtragfähige Verbindung 10 Hochspannungselektroden 14 auf. Mit Hilfe der Hochspannungselektroden 14 kann das elektrische Feld innerhalb der Verbindungsmuffe 2 zusätzlich gesteuert und im Inneren des Verbindungskörpers 6 geführt werden. Die Hochspannungselektrode 14 kann insbesondere als Feld- oder Schirmelektrode, beispielsweise nach Art einer Elektrodenhülse ausgebildet sein, welche um die stromtragfähige Verbindung 10 herum angeordnet und beispielsweise aus Metall oder Silikon gefertigt ist. Alternativ oder zusätzlich können auch Steuereinlagen verwendet werden.

Der Verbindungskörper 6 ist insgesamt zylinderförmig und von seinem Aufbau her rotationssymmetrisch ausgestaltet. Der Verbindungskörper 6 kann in einem nicht näher dargestellten Gehäuse angeordnet sein, welches den Verbindungskörper 6 vollständig umschließt und diesen so vor Umgebungs- einflüssen schützt. Des Weiteren kann der Verbindungskörper 6 von weiteren Elementen ummantelt werden, wie beispielsweise Bändern, Schrumpfschläuchen oder dergleichen. Das Gehäuse kann bevorzugt als zweigeteiltes Zylinderrohr ausgebildet sein, so dass die beiden Teilelemente des Gehäuses von beiden Seiten des Verbindungskörpers 6 her auf diesen aufgescho- ben werden können.

Des Weiteren weißt die Verbindungsmuffe 2 Aufnahmebereiche 5 auf, in welche die abgemantelten Kabelenden 3 der Hochspannungsgleichspannungskabel 4 eingesteckt werden können. Die Aufnahmebereiche 5 sind an beiden Seiten der stromtragfähigen Verbindung 10, insbesondere an den gegenüberliegenden Seiten des Verbindungskörpers 6, angeordnet. Die Aufnahmebereiche 5 dienen dabei insbesondere der Aufnahme der Kabelenden 3 von beiden Seiten her, so dass diese Kabelenden 3 von beiden Seiten her in die Verbindungsmuffe 2 eingesteckt und dort fixiert werden können. Die Aufnahmebereiche 5 sind als konische Aufnahmebereiche 5 zur Aufnahme von korrespondierenden konisch abgemantelten Kabelenden 3 ausgebildet. Durch eine derartige Ausgestaltung kann eine Verbindungsmuffe 2 angegeben werden, mit welcher die elektrischen und/oder mechanischen Eigenschaften und insbesondere auch die Montage insbesondere bei Gleich- Spannungsanwendungen vereinfacht werden können. Hierdurch können Verbindungsmuffen 2 auch bei Gleichspannungsanwendungen, insbesondere im Bereich der Hoch- und Höchstspannung, Anwendung finden. Durch einen erfindungsgemäßen Verbindungskörper 6 mit konisch ausgestalteten Auf- nahmebereichen 5 kann die Potentialverteilung in dem Verbindungskörper 6 vorgegeben werden.

Denn bekannte Verbindungsmuffen 2 haben sich im Einsatz zwar durchaus bewährt, insbesondere bei Wechselspannungsverhältnissen. Da bei Gleich- Spannungen jedoch deutlich andere Verhältnisse wirken, sind bestehende Verbindungsmuffen 2 nicht mehr ausreichend. Denn grundsätzlich ergeben sich die Verhältnisse bei Wechsel- und Stoßspannungen als kapazitives Verschiebungsfeld, welches von den Materialien bestimmt wird. Bei Gleichspannung bildet sich ein oftmals völlig anderes resistives Strömungsfeld aus, für das die Leitfähigkeit verantwortlich ist. Mischfelder und transiente Belastungen führen dabei zu sehr komplexen Feldverhältnissen, welche bei der Ausgestaltung einer Verbindungsmuffe 2 zu berücksichtigen sind. Insoweit ist es in der Regel nicht möglich, standardmäßige AC- Verbindungsmuffen auch als DC-Verbindungsmuffen 2 zu verwenden.

Die Feldverteilungen im Kabelsystem 1 unterscheiden sich bei Gleichspannung grundsätzlich von den üblicherweise betrachteten dielektrischen Verschiebungsfeldern bei Wechsel- und Stoßspannungsbelastung. Bei sehr langer anstehender Gleichspannung bildet sich ein stationäres Strömungsfeld aus, dessen Feldverteilung nicht mehr von der Elektrizitätszahl, sondern von den stationären Leitfähigkeiten der Isoliermaterialien bestimmt wird. Dadurch werden Materialien mit höherer Leitfähigkeit entlastet und Materialien mit niedriger Leitfähigkeit sehr stark belastet. Es kommt erschwerend hinzu, dass nach dem Zuschalten, Ändern oder Umpolen einer Gleichspannung Verschiebungsfelder auf treten, die in einem transienten Vorgang dem stationären Strömungsfeld zustreben, wobei schwer überschaubare Feld- und Belastungsmaxima auftreten können. Ein Gleichspannungskabelsystem 1 muss all diesen Situationen Rechnung tragen.

Insbesondere ist bei der Verbindung zweier Hochspannungsgleichspannungs- kabel 4 die Feldsteuerung im Bereich der Verbindungsmuffe 2 zu beachten. Denn die im Hochspannungsgleichspannungskabel 4 auftretende Spannung und insbesondere die Hochspannungsgleichspannungskabel 4 auftretenden Feldstärken unterscheiden sich deutlich, je nachdem ob eine Verwendung mit Wechselspannung oder Gleichspannung erfolgt. Aufgrund dessen können zwei Wechselspannungskabel auf einfache Weise mit bekannten Muffen verbunden werden. Bei Gleichspannungsanwendungen, insbesondere bei Spannungen über 250 kV, ist die Feldstärke jedoch abhängig von transienten und stationären Vorgängen im Hochspannungsgleichspannungskabel 4, welche nicht mit bekannten Muffen gehandhabt werden können.

Durch die erfindungsgemäße Verbindungsmuffe 2 können diese Nachteile behoben werden. Über die konische Ausgestaltung der Aufnahmebereiche 5, insbesondere über den Winkel a und/oder die Längen L der Aufnahmeflächen 9 der Aufnahmebereiche 5, kann das elektrische Feld an den Grenz- flächen 1 1 der Aufnahmebereiche 5 eingestellt werden. Durch die Wahl der Länge L und/oder des Winkels a können die Feldverteilungseigenschaften zusätzlich eingestellt und an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden. Die Aufnahmebereiche 5 sind in Form eines sich in Richtung der Mitte des Verbindungskörpers 6 erstreckenden Innenkonus ausgebildet, so dass sich zusätzlich eine Art Führung ergeben kann, mittels welcher die Kabelenden 3 in die Verbindungsmuffe 2 und insbesondere den Verbindungskörper 6 eingeschoben werden können.

Als bevorzugt haben sich dabei Längen der Aufnahmefläche 9 des Aufnah- mebereichs 5 zwischen 50 mm und 400 mm, besonders bevorzugt zwischen 100 mm und 250 mm erwiesen. Als bevorzugter Winkel a zwischen der Außenseite des Leiters 12 und der Aufnahmefläche 9 des Aufnahmebereichs 5 haben sich Winkel a zwischen 5 ° und 60° , besonders bevorzugt zwischen 20^° und 45° erwiesen. Durch eine solche Ausgestaltung ist die Potentialver- teilung homogenisierbar. Die natürliche Berechnung der Feldlinien an den Grenzflächen 1 1 kann insoweit durch die Konusform unterstützt werden.

Die Grenzflächen 11 zwischen dem Verbindungskörper 6, insbesondere den Aufnahmeflächen 9 und dem Kabelende 3 ist zwischen materialfrei ausge- bildet. Aufgrund der konischen Ausgestaltung ist es nicht erforderlich, zusätzliche Zwischenmaterialien vorzusehen, welche die Potentialverteilung im Übergangsbereich steuern. Vielmehr kann durch die konische Ausgestaltung der Aufnahmebereiche 5 eine ausreichende Potentialverteilung erzielt werden. Nachteile, welche durch entsprechende Zwischenlagen aus ande- ren, insbesondere feldsteuernden Materialien, hervorgerufen werden, können so verhindert werden. Insbesondere ist es nicht erforderlich, dass dort Materialien mit anderen Leitfähigkeiten und zum Teil nicht-linearen Leitfähigkeiten zur gezielten Feldsteuerung eingesetzt werden. Die Aufnahmebereiche 5, und insbesondere die Aufnahmeflächen 9, und die abgemantelten Kabel 3 weisen eine zueinander korrespondierende Form auf. Die Aufnahmeflächen 9 und das abgemantelte Kabelende 3 liegen dabei flächig aufeinander. Durch die Form der Grenzfläche 11 kann die Potentialverteilung entlang dieser ohne zusätzliche Steuerelektroden eingestellt werden. An den nach außen gerichteten Endbereichen der Aufnahmebereiche 5 sind Feldsteuerkörper 15 vorgesehen, welche als leitfähige Elektroden ausgebildet sind. Diese können insbesondere als integrierte Erdelektroden ausgebildet sein und während der transienten Vorgänge wirksam sein. Die Feldsteu- erkörper 15 können insbesondere als Feldsteuertrichter, beispielsweise in Form von Elektroden ausgebildet sein, wobei diese aus einem leitfähigen HTV-Silikon und/oder aus einem isolierenden RTV bzw. LSR-Silikon hergestellt sein können.. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist der Verbindungskörper 6 einteilig mit einem Muffenhauptkörper 7 ausgebildet. Der Verbindungskörper 6 und insbesondere der Muffenhauptkörper 7 weist dabei einen insgesamt zylinderförmigen Aufbau auf. Der Verbindungskörper 6 und insbesondere der Muffenhauptkörper 7 sind aus einem Elastomer oder einem Gießharz hergestellt. Die Verbindungsmuffe 2 kann dabei insbesondere als eine Auf schiebemuffe ausgestaltet sein, wodurch sich die Montage und insbesondere die Montagezeit gegenüber bekannten Lösungen verbessern lässt. Die Verbindungsmuffe 2 kann so flexibel auf die Kabelenden 3 der Hochspannungsgleichspannungskabel 4 aufgeschoben werden. Durch das Vorsehen eines solchen Muffenhauptkörpers 7 kann eine hochspannungsfeste Umhüllung des Verbindungsbereichs 13 der Leiterenden 12 bei gleichzeitiger Verbindung zu den Kabelisolierungen 17 erreicht werden.

Zur Vorbereitung der Verbindung der Kabelenden 3 werden die Kabelenden 3 im vorderen Bereich abgemantelt und insbesondere die Kabelisolierung 17 zumindest teilweise entfernt. Wie dies die Fig. 1 zeigt, liegen zum einen die Leiterenden 12 frei. Diese sind in die stromtragfähige Verbindung 10 eingeschoben und dort verbunden. Von da aus wird die Kabelisolierung 17 in Richtung des Kabels 4 konisch abgesetzt. Die Kabelisolierung 17 wird in- soweit entfernt, um eine entsprechende konische Ausgestaltung herzustellen. Dabei ist die konische Abisolierung nicht mit der Widerherstellung von Kabelisolierungen 17 vergleichbar, wie diese beispielsweise bei Wickelmuffen Anwendung findet. Denn bei Wickelmuffen handelt es sich um eine ganz spezielle Muffenbauart, bei welcher die Kabelisolierung 17 aus VPE nahezu durchmessergleich wieder hergestellt werden muss. Der Prozess ist insbe- sondere für höhere Spannungsebenen (>170kV) sehr aufwendig und fehler- anfällig und wird daher nur unter„Laborbedingungen“ in speziellen Fällen, wo man den gleichen Durchmesser benötigt durchgeführt. In den Wickelmuffen ist ein konisches Interface aufgrund der mechanischen, beispielsweise aufgrund der Vernetzung zwischen dem gewickelten Teil und dem Kabel, und den elektrischen Eigenschaften, wie beispielsweise, dass kein tangentiales Feld in einer Trennfuge erforderlich ist, notwendig. Das konische Interface dient nicht der Feldsteuerung.

In der Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsmuffe 2 dargestellt. Im Gegensatz zu der in der Fig. 1 dargestellten Verbindungsmuffe 2 ist bei dieser der Verbindungskörper 6 mehrteilig, insbesondere dreiteilig, mit einem Muffen hauptkörper 7 und mindestens einem Adapterelement 8 ausgebildet. Hinsichtlich der sonstigen Eigenschaften sind diese Verbindungsmuffen 2 jedoch identisch.

Bei dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Verbindungsmuffe 2 handelt es sich um eine dreiteilige Verbindungsmuffe 2, bei welcher an beiden Seiten des Verbindungskörpers 6 Adapterelemente 8 vorgesehen sind. Die Adapterelemente 8 können bevorzugt zwischen Muffen - hauptkörper 7 und den Kabelenden 3 angeordnet werden. In diesem Fall weisen die Adapterelemente 8 die Feldsteuerkörper 15 auf, welche wiederum in einem Isolierkörper eingebettet sind. Bevorzugt können die Adapterelemente 8 und insbesondere der Isolierkörper der Adapterelemente 8 aus dem gleichen Material gefertigt sein wie der Muffenhauptkörper 7, oder beispielsweise aus einem elastomeren Material wie Silikon, EPDM oder EPR gefertigt sein. Bevorzugt weisen die Materialen isolierende Eigenschaften auf.

Wie dies die Fig. 2 weiter zeigt, sind bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die Adapterelemente 8 mit konisch ausgebildeten Aufnahmebereichen 5 versehen. Mit Hilfe solcher Adapterelemente 8 kann zusätzlich eine höhere Flexibilität erreicht werden, wodurch sich auch beispielsweise Kabel 4 mit unterschiedlichen Durchmessern und/oder elektrischen und/oder mechanischen Eigenschaften verbinden lassen. Über den Feldsteuerkörper 15 kann die elektrische Feldverteilung im Bereich der Grenzflächen 11 zusätzlich beeinflusst werden.

Mittels einer erfindungsgemäßen Verbindungsmuffe 2 lässt sich die Potentialverteilung über die komplette Muffe 2 einstellen und insbesondere die Potentialverteilung über den Muffenhauptkörper 7 und/oder die Adapterelemente 8 auf die Grenzfläche 11 zwischen dem Verbindungskörper 6 und dem Kabel 4 ein prägen. Einen solchen Verlauf der Potentialverteilung an den Grenzflächen 11 zeigt in beispielhafter Weise Fig. 3. Wie dies dort zu erkennen ist, wird das elektrische Feld über die Grenzfläche 11 der Verbindungsmuffe 2 und die konisch abgemantelten Kabelenden 3 geführt. An den Grenzflächen 11 tritt das elektrische Feld in die Kabelisolierung 17 des Kabels 4 ein. Durch die konisch ausgestalteten Aufnahmebereiche 5 wird das elektrische Feld zunächst innerhalb des Verbindungskör- pers 6 und dann in die Kabelisolierung 17 geführt. Insoweit wird die Potentialverteilung über die den Verbindungskörper 6, insbesondere mit Hilfe der Hochspannungselektroden 14, an den Innenkonen auf das Kabel 4 übertragen und dort eingeprägt. Durch die konische Ausgestaltung der Aufnahmebereiche 5 bzw. des Verbindungskörpers 6 in der Nähe der Grenzfläche 11 kann die Feldverteilung im Bereich des Übergangs zwischen zwei Materialien eingestellt und kontrolliert werden. Insoweit kann eine Kontrolle der Feldstärke im Inneren der Muffe 2 erfolgen. Dabei ist die Potentialverteilung abhängig von der Länge L und/oder des Winkels a der konisch ausgebildeten Aufnahmebereiche 5, sowie der konisch abgemantelten Kabelenden 3. Während der transienten Vorgänge wirken zudem die Feldsteuerkör- per 15 in den Muffenhauptkörper 7 und/oder den Adapterelementen 8. Durch die Einprägung der Potentialverteilung über die konisch ausgestalteten Grenzflächen 1 1 ist es daher möglich, die Feldverteilung aufgrund der unterschiedlichen Materialparameter der Kabelisolierung 17 positiv zu beeinflussen.

Die Verbindungsmuffe 2 stellt einen Teil eines Kabelsystems 1 dar, insbesondere eines Kabelsystems 1 für Hochspannungsgleichspannungsanwendungen, mit zwei Hochspannungsgleichspannungskabeln 4 und einer Verbindungsmuffe 2. Mit solch einem Kabelsystem 1 und insbesondere einer solchen Verbindungsmuffe 2 können Kabelenden 3 mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften und/oder unterschiedlichen Durchmessern miteinander verbunden werden. Dies ist bei normalen Muffen 2 aufgrund unterschiedlicher Materialparameter nicht möglich. Mit der erfindungsgemäßen Verbindungsmuffe 2 ist dies jedoch aufgrund der Einprägung der Poten- tialverteilung über die konisch ausgestalteten Aufnahmebereiche 5 sowie die konische Abmantelung der Kabelisolierung 17 möglich. Denn in diesem Fall sind die unterschiedlichen Materialparameter weniger ausschlaggebend. Vielmehr ist die Einprägung der Potentialverteilung dominierend. Die Verbindungsmuffe 2 ist bevorzugt als Aufschiebemuffe ausgebildet, so- dass diese nach einem Verbindungsvorgang über die Verbindungsstelle 13 der Leiter 12 geschoben werden kann. Bei einem Verfahren zum Verbinden von zwei Kabelenden 3 von zwei Hochspannungsgleichspannungskabeln 4 werden zunächst die Kabelenden 3, insbesondere die Kabelisolierungen 17, konisch abgemantelt und danach die Kabelenden 3 miteinander verbunden. Anschließend wird die Verbindungsmuffe 2 auf die Verbindungsstelle 13 aufgeschoben. Die Verbindungsmuffe 2 kann so bereits werkseitig vorbereitet werden. So ist es am Einbauort lediglich erforderlich, die Kabelenden 3 in die Verbindungsmuffe 2 einzustecken und diese mechanisch miteinander zu verbinden. Auf diese Weise ergibt sich eine einfache Montage, ohne dass diese besonders fehleranfällig ist. Ferner können insbesondere auch Kabel 4 mit unterschiedlichen Durchmessern und/oder unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften miteinander verbunden werden, da sich die Verbindungsmuffe 2 aufgrund der Ausgestaltung der Aufnahmebereiche 5 bzw. der Kabelisolierungen 17 an die jeweiligen Kabel 4 anpassen lässt. Die Kabel 4 sind dabei insbesondere mit der Verbindungsmuffe 2 mittels Press-,

Schraub- oder Schweißverbindungen miteinander verbindbar. Bei einer dreiteiligen Muffe insbesondere mit Adapterelementen 8 können vor dem Einführen und Arretieren der Kabelenden 3 in den Verbindungskörper 6 die Adapterelemente 8 auf die Kabelenden 3 aufgeschoben und gefestigt wer- den und die Kabelenden 3 zusammen mit den Adapterelementen 8 in den Verbindungskörper 6 eingeführt und arretiert werden.

Der Anwendungsbereich der vorliegenden erfindungsgemäßen Verbindungsmuffe 2 sowie des Kabelsystems 1 liegt vorteilhaft bei Spannungen höher als 1 50 kV. Besonders bevorzugt sind jedoch Anwendungsbereiche von mehr als 300 kV, insbesondere von mehr als 500 kV. Es sind jedoch auch Anwendungen im Bereich der Mittelspannungen möglich. Die erfindungsgemäße Verbindungsmuffe 2 eignet sich dabei insbesondere für Hochspannungsgleichspannungsanwendungen. Eine Anpassung an höhere Spannungen lässt sich dabei insbesondere durch die Anpassung der Maße des Verbindungskörpers 6 sowie der Aufnahmebereiche 5 und der konischen Abmantelung der Kabelisolierung 17 erreichen. Zudem eignet sich die Verbindungsmuffe 2 auch für den Einsatz im Bereich der Erdkabel, wo andere Anforderungen gelten, als dies beispielsweise bei Durchführungen oder Kabelendverschlüssen der Fall ist. Mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Verbindungsmuffe 2 mit einem Verbindungskörper 6, welcher konisch ausgebildete Aufnahmebereiche 5 aufweist, können konisch abgemantelte Kabelenden 3 von Hochspannungsgleichspannungskabel 4 unterschiedlicher Durchmesser und/oder elektrischer und/oder mechanischer Eigenschaften auf einfache Art und Weise miteinander verbunden werden. Durch die konische Ausgestaltung lässt sich die Potentialverteilung an der Grenzfläche 11 zum Kabel 4 auf einfache Weise einprägen. Es ergibt sich eine einfache Montage sowie verbesserte elektrische Eigenschaften.

Bezugszeichen:

I Kabelsystem

2 Verbindungsmuffe

3 Kabelende

4 Hochspannungsgleichspannungskabel

5 Aufnahmebereich

6 Verbindungskörper

7 Muffenhauptkörper

8 Adapterelement

9 Aufnahmefläche

10 Stromtragfähige Verbindung

I I Grenzfläche

12 Leiter

13 Verbindungsstelle

14 Hochspannungselektrode

15 Feldsteuerkörper

16 Potentiallinie

17 Kabelisolierung

L Länge

A Längsachse

Q Winkel

Claims

Patentansprüche:

1 , Verbindungsmuffe zur Verbindung von Hochspannungsgleichspan- nungskabeln (4) mit einem Verbindungskörper (6), der eine ström - tragfähige Verbindung (10) zur elektrischen Verbindung der Leiter (12) der Kabel (4) und Aufnahmebereiche (5) zur Aufnahme der Kabelenden (3) aufweist,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,

dass die Aufnahmebereiche (5) als konische Aufnahmebereiche (5) zur Aufnahme von korrespondierenden konisch abgemantelten Kabelenden (3) ausgebildet sind.

2. Verbindungsmuffe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass durch die konische Ausgestaltung der Aufnahmebereiche (5), insbesondere über den Winkel (a) und/oder die Länge (L) der Aufnahmeflächen (9) der Aufnahmebereiche (5), das elektrische Feld an den Grenzflächen (11 ) der Aufnahmebereiche (5) einstellbar ist.

3, Verbindungsmuffe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die Potentialverteilung homogenisierbar ist.

4. Verbindungsmuffe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmefläche (9) des Aufnahmebereichs (5) einen Winkel (a) zwischen 5 ° und 60° , besonders bevorzugt zwischen 20^° und 45^° , aufweist.

5. Verbindungsmuffe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmefläche (9) des Aufnahmebereichs (5) eine Länge (L) zwischen 50 mm und 400 mm, besonders bevorzugt zwischen 100 mm und 250 mm, aufweist.

6. Verbindungsmuffe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmebereiche (5) in Form eines sich in Richtung der Mitte des Verbindungskörpers (6) erstre- ckenden Innenkonus ausgebildet sind.

7. Verbindungsmuffe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmebereiche (5) an gegenüberliegenden Seiten des Verbindungskörpers (6) angeordnet sind.

8. Verbindungsmuffe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass an den nach außen gerichteten Endbereichen der Aufnahmebereiche (5) Feldsteuerkörper (15) angeordnet sind.

9. Verbindungsmuffe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzflächen (11 ) zwischenmaterialfrei ausgebildet sind.

10. Verbindungsmuffe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskörper (6) einteilig ausgebildet ist.

1 1. Verbindungsmuffe nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch ge- kennzeichnet, dass der Verbindungskörper (6) mehrteilig, insbesondere dreiteilig, mit einem Muffen hauptkörper (7) und mindestens einem Adapterelement (8) ausgebildet ist.

12. Verbindungsmuffe nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Adapterelement (8) die konisch ausgebildeten Aufnahmebereiche

(5) aufweist.

13. Kabelsystem, insbesondere für Hochspannungsgleichspannungsanwendungen, gekennzeichnet durch zwei Kabel (4) mit konisch abge- mantelten Kabelenden (3) und eine Verbindungsmuffe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.

14. Kabelsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabel (4) unterschiedliche Durchmesser und/oder unterschiedliche elektrische Eigenschaften aufweisen.

15. Verfahren zum Verbinden von zwei konisch abgemantelten Kabelenden (3) von zwei Gleichspannungskabeln (4), mit einer Verbindungsmuffe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei welchem die Kabelenden (3), insbesondere die Kabelisolierungen (17), konisch ab- gemantelt werden und die Kabelenden (3) in den Verbindungskörper (6) der Verbindungsmuffe (2) eingeführt und arretiert werden.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einführen und Arretieren der Kabelenden (3) in dem Verbindungskörper (6), Adapterelemente (8) auf die Kabelenden (3) aufgeschoben und befestigt werden und die Kabelenden (3) zusammen mit den Adapterelementen (8) in den Verbindungskörper (6) eingeführt und arretiert werden.