WO2023098973A1 - Kabelmuffe - Google Patents

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WO2023098973A1
WO2023098973A1 PCT/EP2021/083545 EP2021083545W WO2023098973A1 WO 2023098973 A1 WO2023098973 A1 WO 2023098973A1 EP 2021083545 W EP2021083545 W EP 2021083545W WO 2023098973 A1 WO2023098973 A1 WO 2023098973A1
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conductor
cable sleeve
control body
connecting piece
receptacle
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PCT/EP2021/083545
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English (en)
French (fr)
Inventor
Achim Langens
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH & Co. KG
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G15/00—Cable fittings
    • H02G15/08—Cable junctions
    • H02G15/10—Cable junctions protected by boxes, e.g. by distribution, connection or junction boxes
    • H02G15/103—Cable junctions protected by boxes, e.g. by distribution, connection or junction boxes with devices for relieving electrical stress
    • H02G15/107—Cable junctions protected by boxes, e.g. by distribution, connection or junction boxes with devices for relieving electrical stress of the condenser type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G15/00—Cable fittings
    • H02G15/08—Cable junctions
    • H02G15/10—Cable junctions protected by boxes, e.g. by distribution, connection or junction boxes
    • H02G15/115—Boxes split perpendicularly to main cable direction

Definitions

  • the invention relates to a cable sleeve.
  • cable sleeves are known as branch and connecting sleeves for electrical installations.
  • high-voltage technology designed for operating voltages above 300 kV
  • cable connections are far more challenging in terms of insulation and field stress. It is also known that high-voltage cables in particular are limited in length as a result of their manufacture. Particularly long connections of electrical lines occur in high-voltage direct current transmission.
  • the object of the invention is to propose a cable sleeve that enables reliable high-voltage direct current transmission over long cable runs.
  • a cable sleeve for connecting two current conductor sections for conducting a direct current comprising a control body and a conductive connecting piece which is surrounded by the control body alongside, the connecting piece having a first receptacle and a second receptacle, so that for the production of an electrical contact between the connecting piece and a conductor end of a first conductor section, the conductor end of the first conductor section can be inserted into the first receptacle, and to produce an electrical contact between the connecting piece and a conductor end of a second conductor section, the conductor end of the second conductor section can be inserted into the second receptacle, and wherein the control body includes insulation-spaced, substantially or nearly concentric, conductive (eg, aluminum foil) control inlays for resistive field control.
  • the control body includes insulation-spaced, substantially or nearly concentric, conductive (eg, aluminum foil) control inlays for resistive field control.
  • the cable sleeve is set up for direct current applications.
  • a key difference between a cable gland for AC applications and the cable gland for DC applications Turns is the way of field control, i.e. the control of the field distribution in the area of the cable connection or of the connector .
  • the field control suitably requires a field distribution that is as uniform as possible between the current-carrying conductor and earth (i.e. essentially the external environment). This is expediently achieved in that the respective impedances between the control inserts are as equal as possible.
  • the capacitance between the control deposits is decisive, while in the case of direct current the resistive component of the impedance between the control deposits predominates. This requires different intervals between the tax deposits for bills of exchange or DC Applications .
  • control inserts are spaced apart from one another, i.e. separated from one another by insulating layers.
  • the insulation layers can be made of a suitable insulation material such as paper, cardboard, synthetic materials, fleece or the like.
  • the invention advantageously enables longer transmission distances, since it enables the current conductor sections to be reliably connected to one another.
  • the introduced control inserts result in a resistive (or resistive-capacitive), linear voltage distribution and an optimal design and utilization of the dielectric of the control body, which provides the said reliability of the power connection.
  • the cable sleeve according to the invention also has the advantage that it can be designed for a reversible connection of the conductor sections, ie it can be detached again in the event of a necessary exchange.
  • control body is preferably impregnated with a resin, for example an epoxy resin.
  • control body has a dielectric strength of at least 320 kV. This can be achieved, for example, by appropriately dimensioning the control body.
  • the connecting piece is set up to produce a detachable connection by means of a press fit, in each case with the first and the second conductor end.
  • the cable sleeve preferably comprises a charge carrier diverter made from an electrically conductive material, which is electrically connected to an outermost control insert and set up to divert surface charge carriers.
  • a charge carrier diverter made from an electrically conductive material, which is electrically connected to an outermost control insert and set up to divert surface charge carriers.
  • charge carriers form on the surface of the control body. These charge carriers can cause undesired flashovers.
  • the charge carrier arrester is used, which can be painted onto the control body or can be attached to a tape made of an insulator material.
  • a fastening flange is suitably provided on the outside of the control body, which is set up for connection to a holding device of the first current conductor section.
  • the connection is mechanically strengthened and also prevents the cable end from slipping out of the cable sleeve (e.g. when high axial tensile forces are used).
  • the first and the second opening are each shaped like a cone and are arranged in such a way that the conductor end of the first conductor section is passed through the first opening to produce an electrical contact between the connecting piece and the conductor end of the first conductor section and the conductor end of the second conductor section is passed through the second opening in order to establish an electrical contact between the connecting piece and the conductor end of the second conductor section.
  • the cable sleeve therefore has an inner cone at each end, into which the respective cable end can be inserted.
  • a gap between the cable end and the inner cone can be filled with a flexible insulating material, such as silicone.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a cable sleeve according to the invention in a schematic representation
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a cable sleeve according to the invention in a schematic representation.
  • FIG. 1 shows a cable sleeve 1 for connecting two conductor sections.
  • the cable sleeve 1 comprises a connector 2 surrounded by a control body 3 alongside.
  • a broken line 4 indicates a central axis of the arrangement, which is also understood as the longitudinal direction of the cable sleeve.
  • the connecting piece 2 has a first receptacle 5 and a second receptacle 6 .
  • a conductor end 7 of a cable 8 can be guided through a cone-like first opening 9 in the control body 2 and into the first receptacle 5, so that electrical contact is made between the conductor end 7 and the connecting piece 2.
  • the receptacles 5, 6 can have a suitable contact system to support the contacting, for example se inner discs or the like.
  • a space 19 between the conductor end 7 and the control body 3 is filled with a silicone material 19 .
  • a second cone-like opening 10 in the control body and the second receptacle 6 are provided in order to produce an electrical contact with a second conductor end of a second cable.
  • the connector comprises a conductive material, e.g. B. copper or aluminum .
  • the control body 3 is arranged concentrically around the connecting piece 2 .
  • the control body 3 includes concentric control inserts 11 to 17 for electric field control.
  • the control inserts 11-17 are designed as aluminum foils.
  • the control inserts are spaced apart from one another by insulating layers.
  • the insulating layers comprise resin-impregnated paper.
  • a charge carrier diverter 18 is arranged on the outside of the control body 3 and is electrically connected to the outermost control insert 11 . By means of the charge carrier arrester 18, surface charge carriers that arise during direct current operation are discharged to ground.
  • the cable sleeve 1 also includes a housing 20 and a fastening flange 21 .
  • the fastening flange 21 is mechanically connected to a holding device 22 of the cable section 8 when the cable sleeve 1 is in operation.
  • FIG. 2 shows a cable sleeve 30 .
  • the cable sleeve 30 comprises a connecting piece 31 which is surrounded by a control body 32 on the longitudinal side.
  • the structure of the control body 32 essentially corresponds to the structure of the control body 3 of the cable sleeve 1 in FIG. 1 with control inserts spaced apart from one another.
  • the control body 32 has cone-like ends tapering axially outward on both sides.
  • the intermediate spaces 34, 35 each serve as receptacles for fastening elements of the cable ends 36 and 37 to be connected.
  • a flexible insulating material surrounding the cable ends 36, 37 can also be provided in the intermediate space for dielectric strengthening.
  • a fastening flange 38 on the outside of the housing 33 has a corresponding function to the fastening flange 21 of the cable sleeve 1 from Figure 1.

Landscapes

  • Cable Accessories (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kabelmuffe (1) zum Verbinden zweier Stromleiterabschnitte zum Führen eines Gleichstromes umfassend einen Steuerkörper (3) und ein leitendes Verbindungsstück (2), das vom Steuerkörper umgeben ist, wobei das Verbindungsstück eine erste Aufnahme und eine zweite Aufnahme aufweist, so dass zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes zwischen dem Verbindungsstück und einem Leiterende eines ersten Stromleiterabschnittes das Leiterende des ersten Stromleiterabschnittes in die erste Aufnahme einführbar ist, und zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes zwischen dem Verbindungsstück und einem Leiterende eines zweiten Stromleiterabschnittes das Leiterende des zweiten Stromleiterabschnittes in die zweite Aufnahme einführbar ist, und wobei der Steuerkörper isolationsbeabstandete, konzentrische, leitende Steuereinlagen (11-17) zur resistiven Feldsteuerung umfasst.

Description

Kabelmuf fe
Die Erfindung betri f ft eine Kabelmuf fe .
In der Niederspannungstechnik sind Kabelmuf fen als Abzweig- und Verbindungsmuf fen für Elektroinstallationen bekannt . In der Hochspannungstechnik ( ausgelegt für Betriebsspannungen oberhalb von 300 kV) sind Kabelverbindungen hinsichtlich der Isolierung und Feldbelastung ungleich heraus fordernder . Bekanntermaßen sind zudem insbesondere Hochspannungskabel infolge ihrer Herstellung in der Länge begrenzt . Besonders lange Verbindungen elektrischer Leitungen treten in der Hochspannungsgleichstromübertragung auf .
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Kabelmuf fe vorzuschlagen, die eine zuverlässige Hochspannungsgleichstromübertragung über lange Kabelstrecken ermöglicht .
Die Aufgabe wird durch eine Kabelmuf fe zum Verbinden zweier Stromleiterabschnitte zum Führen eines Gleichstromes gelöst , umfassend einen Steuerkörper und ein leitendes Verbindungsstück, das vom Steuerkörper längsseits umgeben ist , wobei das Verbindungsstück eine erste Aufnahme und eine zweite Aufnahme aufweist , so dass zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes zwischen dem Verbindungsstück und einem Leiterende eines ersten Stromleiterabschnittes das Leiterende des ersten Stromleiterabschnittes in die erste Aufnahme einführbar ist , und zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes zwischen dem Verbindungsstück und einem Leiterende eines zweiten Stromleiterabschnittes das Leiterende des zweiten Stromleiterabschnittes in die zweite Aufnahme einführbar ist , und wobei der Steuerkörper isolationsbeabstandete , im Wesentlichen oder nahezu konzentrische , leitende Steuereinlagen ( z . B . aus Aluminiumfolie ) zur resistiven Feldsteuerung umfasst .
Die Kabelmuf fe ist für Gleichstromanwendungen eingerichtet . Ein wesentlicher Unterschied zwischen einer Kabelmuf fe für Wechselstromanwendungen und der Kabelmuf fe für Gleichstroman- Wendungen ist die Weise der Feldsteuerung, also der Steuerung der Feldverteilung im Bereich der Kabelverbindung bzw . des Verbindungsstückes . Die Feldsteuerung erfordert geeigneterweise eine möglichst gleichmäßige Feldverteilung zwischen dem Stromführenden Leiter und Erde ( also im Wesentlichen der äußeren Umgebung) . Dies wird zweckmäßigerweise dadurch erreicht , dass die j eweiligen Impedanzen zwischen den Steuereinlagen möglichst gleich sind . Bei Wechselstrom ist dabei die Kapazität zwischen den Steuereinlagen entscheidend, während bei Gleichstrom der resistive Anteil der Impedanz zwischen den Steuereinlagen überwiegt . Dies erfordert unterschiedliche Abstände der Steuereinlagen für Wechsel- bzw . Gleichstromanwendungen . Bevorzugt wird bei der Festlegung der Abstände zwischen den Steuereinlagen ein Kompromiss bzw . ein Optimum zwischen einer rein resistiven und einer kapazitiv- resistiven Steuerung ermittelt , besonders in Anwendungen, in denen Gleichstrom mit einem Wechselstromanteil vorhanden ist . Es ist darüber hinaus auch denkbar, den Abstand der Steuereinlagen derart zu wählen, dass er von ihnen nach außen zunimmt oder auch abnimmt ( j e nach der j eweiligen Temperaturabhängigkeit des Widerstandes des verwendeten I solationsmaterials ) . Auf diese Weise kann der Temperaturef fekt , der vom Stromleiter weg abnehmenden Betriebstemperatur berücksichtigt werden . Insbesondere sind die Steuereinlagen isolationsbeab- standet , also durch I solationslagen voneinander getrennt . Die Isolationslagen können aus einem geeigneten I solationsmaterial wie Papier, Pappe , synthetische Materialien, Vlies oder dergleichen sein . Die Erfindung ermöglicht vorteilhaft längere Ubertragungsstrecken, da sie eine zuverlässige Verbindung der Stromleiterabschnitte miteinander ermöglicht . Durch die eingebrachten Steuereinlagen erfolgt eine resistive (bzw . re- sistiv-kapazitive ) , lineare Spannungsverteilung und eine optimale Auslegung und Auslastung des Dielektrikums des Steuerkörpers , was die besagte Zuverlässigkeit der Stromverbindung bereitstellt . Die erfindungsgemäße Kabelmuf fe hat darüber hinaus den Vorteil , dass sie für eine reversible Verbindung der Stromleiterabschnitte ausgestaltet werden kann, es also im Fall eines notwenigen Austausches wieder gelöst werden kann .
Zu einer Verbesserung der elektrischen I solations fähigkeit ist der Steuerkörper vorzugsweise mit einem Harz , beispielsweise einem Epoxidharz , imprägniert .
Im Hinblick auf dessen Einsatz fähigkeit in Hochspannungsgleichstromübertragungssystemen weist der Steuerkörper eine Spannungs festigkeit von mindestens 320 kV auf . Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Dimensionierung des Steuerkörpers erreicht werden .
Gemäß einer Variante ist das Verbindungsstück zum Herstellen einer lösbaren Verbindung mittels Presssitz j eweils mit dem ersten und dem zweiten Leiterende eingerichtet .
Vorzugsweise umfasst die Kabelmuf fe einen Ladungsträgerableiter aus einem elektrisch leitenden Material , der mit einer äußersten Steuereinlage elektrisch verbunden und zum Abführen von Oberflächenladungsträgern eingerichtet ist . Im Betrieb der Kabelmuf fe unter Gleichspannung bilden sich auf der Oberfläche des Steuerkörpers Ladungsträger aus . Diese Ladungsträger können unerwünschte Überschläge verursachen . Zum Abführen dieser Oberflächenladungsträger dient der Ladungsträgerableiter, der beispielsweise durch Auflackieren auf den Steuerkörper bzw . auf ein Band aus einem I solatormaterial angebracht werden kann .
Geeigneterweise ist außen am Steuerkörper ein Befestigungsflansch vorgesehen, der zum Verbinden mit einer Haltevorrichtung des ersten Stromleiterabschnittes eingerichtet ist . Auf diese Weise wird die Verbindung mechanisch verfestigt und vermeidet zudem ein Herausrutschen des Kabelendes aus der Kabelmuf fe (beispielsweise bei Anwendung hoher axialer Zugkräfte ) . Gemäß einer Aus führungs form der Erfindung sind die erste und die zweite Öf fnung j eweils konusartig geformt und derart angeordnet , dass zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes zwischen dem Verbindungsstück und dem Leiterende des ersten Stromleiterabschnittes das Leiterende des ersten Stromleiterabschnittes durch die erste Öf fnung hindurchgeführt wird, und zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes zwischen dem Verbindungsstück und dem Leiterende des zweiten Stromleiterabschnittes das Leiterende des zweiten Stromleiterabschnittes durch die zweite Öf fnung hindurchgeführt wird . Die Kabelmuf fe weist demnach an j edem Ende einen Innenkonus , in den das j eweilige Kabelende gesteckt werden kann . Zur dielektrischen Verfestigung kann ein Zwischenraum zwischen dem Kabelende und dem Innenkonus mit einem flexiblen I soliermaterial , beispielsweise Silikon, ausgefüllt werden .
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in Figuren gezeigten Aus führungsbeispielen weiter erläutert .
Figur 1 zeigt ein erstes Aus führungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kabelmuf fe in einer schematischen Darstellung;
Figur 2 zeigt ein zweites Aus führungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kabelmuf fe in einer schematischen Darstellung .
In Figur 1 ist eine Kabelmuf fe 1 zum Verbinden zweier Stromleiterabschnitte dargestellt . Die Kabelmuf fe 1 umfasst ein Verbindungsstück 2 , das längsseits von einem Steuerkörper 3 umgeben ist . Eine unterbrochene Linie 4 deutet eine Mittelachse der Anordnung an, die auch als Längsrichtung der Kabelmuf fe verstanden wird . Das Verbindungsstück 2 weist eine erste Aufnahme 5 und eine zweite Aufnahme 6 auf . Ein Leiterende 7 eines Kabels 8 kann durch eine konusartige erste Öf fnung 9 im Steuerkörper 2 hindurchgeführt und in die erste Aufnahme 5 hineingeführt werden, so dass ein elektrischer Kontakt zwischen dem Leiterende 7 und dem Verbindungsstück 2 hergestellt wird . Die Aufnahmen 5 , 6 können zur Unterstützung der Kontaktierung ein geeignetes Kontaktsystem aufweisen, beispielswei- se Innenlamellen oder dergleichen . Ein Zwischenraum 19 zwischen dem Leiterende 7 und dem Steuerkörper 3 ist mit einem Silikonmaterial 19 ausgefüllt . Zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes mit einem zweiten Leiterende eines zweiten Kabels sind eine zweite konusartige Öf fnung 10 im Steuerkörper und die zweite Aufnahme 6 vorgesehen . Das Verbindungsstück umfasst ein leitendes Material , z . B . Kupfer oder Aluminium .
Konzentrisch um das Verbindungsstück 2 ist der Steuerkörper 3 angeordnet . Der Steuerkörper 3 umfasst konzentrische Steuereinlagen 11 bis 17 zur elektrischen Feldsteuerung . Im dargestellten Beispiel sind die Steuereinlagen 11- 17 als Aluminiumfolien ausgebildet . Die Steuereinlagen sind durch I solierschichten voneinander beabstandet . Die I solierlagen umfassen im gezeigten Beispiel harzimprägniertes Papier .
Außen am Steuerkörper 3 ist ein Ladungsträgerableiter 18 angeordnet , der mit der äußersten Steuereinlage 11 elektrisch verbunden ist . Mittels des Ladungsträgerableiters 18 werden Oberflächenladungsträger, die beim Gleichstrombetrieb entstehen, auf Masse abgeführt .
Die Kabelmuf fe 1 umfasst ferner ein Gehäuse 20 sowie einen Befestigungs flansch 21 . Der Befestigungs flansch 21 ist im Betrieb der Kabelmuf fe 1 mit einer Haltevorrichtung 22 des Kabelabschnittes 8 mechanisch verbunden .
Figur 2 zeigt eine Kabelmuf fe 30 . Die Kabelmuf fe 30 umfasst ein Verbindungsstück 31 , das längsseitig von einem Steuerkörper 32 umgeben ist . Der Aufbau des Steuerkörpers 32 entspricht im Wesentlichen dem Aufbau des Steuerkörpers 3 der Kabelmuf fe 1 der Figur 1 mit isolationsbeabstandeten Steuereinlagen . Im Unterschied zur Aus führung der Figur 1 weist der Steuerkörper 32 beidseitig sich axial nach außen verj üngende konusartige Enden auf . Zwischen einem Gehäuse 33 der Kabelmuf fe 30 und dem Steuerkörper 32 befindet sich beidseitig der Kabelmuf fe 30 j eweils ein Zwischenraum 34 bzw . 35 . Die Zwi- schenräume 34, 35 dienen jeweils als Aufnahmen für Befestigungselemente von zu verbindenden Kabelenden 36 bzw. 37. Zu dielektrischer Verfestigung kann in dem Zwischenraum zudem eine die Kabelenden 36, 37 umgebende, flexiblen Isolationsma- terial vorgesehen sein. Ein Befestigungsflansch 38 außen am Gehäuse 33 hat entsprechende Funktion zu dem Befestigungsflansch 21 der Kabelmuffe 1 aus Figur 1.

Claims

7 Patentansprüche
1. Kabelmuffe (1) zum Verbinden zweier Stromleiterabschnitte zum Führen eines Gleichstromes umfassend
- einen Steuerkörper (3) und
- ein leitendes Verbindungsstück (2) , das vom Steuerkörper (3) umgeben ist, wobei das Verbindungsstück (2) eine erste Aufnahme (5) und eine zweite Aufnahme (6) aufweist, so dass zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes zwischen dem Verbindungsstück (2) und einem Leiterende (7) eines ersten Stromleiterabschnittes (8) das Leiterende (7) des ersten Stromleiterabschnittes (8) in die erste Aufnahme (5) einführbar ist, und zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes zwischen dem Verbindungsstück (2) und einem Leiterende eines zweiten Stromleiterabschnittes das Leiterende des zweiten Stromleiterabschnittes in die zweite Aufnahme (6) einführbar ist, und wobei der Steuerkörper (3) isolationsbeabstandete, konzentrische, leitende Steuereinlagen (11-17) zur resistiven Feldsteuerung umfasst.
2. Kabelmuffe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Steuerkörper (3) harzimprägniert ist.
3. Kabelmuffe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Steuerkörper (3) eine Spannungsfestigkeit von mindestens 320 kV aufweist.
4. Kabelmuffe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verbindungsstück (2) zum Herstellen einer lösbaren Verbindung mittels Presssitz jeweils mit dem ersten und dem zweiten Leiterende eingerichtet ist.
5. Kabelmuffe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kabelmuffe (1) ferner einen Ladungsträgerableiter (18) umfasst, der mit einer äußersten Steuerein- 8 läge (11) elektrisch verbunden und zum Abführen von Oberflächenladungsträgern eingerichtet ist. Kabelmuffe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei außen am Steuerkörper (3) ein Befestigungsflansch (21) vorgesehen ist, der zum Verbinden mit einer Haltevorrichtung (22) des ersten Stromleiterabschnittes (8) eingerichtet ist. Kabelmuffe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Steuerkörper (3) eine erste und eine zweite Öffnung (9, 10) aufweist, und die erste und die zweite Öffnung (9, 10) jeweils konusartig geformt sind und derart angeordnet sind, dass zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes zwischen dem Verbindungsstück (2) und dem Leiterende (7) des ersten Stromleiterabschnittes das Leiterende (7) des ersten Stromleiterabschnittes (8) durch die erste Öffnung (9) hindurchgeführt wird, und zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes zwischen dem Verbindungsstück (2) und dem Leiterende des zweiten Stromleiterabschnittes das Leiterende des zweiten Stromleiterabschnittes durch die zweite Öffnung (10) hindurchgeführt wird. Hochspannungs-Leitungssystem zum Führen eines Gleichstromes mit einem ersten und einem zweiten Kabel, wobei die beiden Kabel mittels einer Kabelmuffe nach einem der Ansprüche 1 bis 7 miteinander mechanisch und elektrisch verbunden sind.
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