[0001] Die Erfindung betrifft einen Kabelendverschluss mit Stützerfunktion, insbesondere für elektrische Hochspannungskabel. Der Kabelendverschluss besteht aus einem Isolatorkörper mit Beschirmung, einer Kopfarmatur, durch die ein Anschlussbolzen dichtend eingeführt ist, und einer Fussarmatur, durch die ein Kabelende dichtend hindurchgeführt ist. Derartige Kabelendverschlüsse sind sowohl für den Innenbereich als auch für den Freilufteinsatz geeignet.
[0002] Kabelendverschlüsse dienen zur Verbindung eines Kabels mit einem anderen Hochspannungsbauteil, zum Beispiel mit einem Freileitungsseil oder einer Hochspannungs-Sammelschiene. Der Isolatorkörper soll dabei gleichzeitig eine Stützerfunktion erfüllen, nämlich seitliche und axiale Kräfte übernehmen. Er besteht aus Porzellan oder in jüngster Zeit zunehmend aus einem Verbundwerkstoff, in der Regel einem GFK(glasfaserverstärkten Kunststoff)-Rohr und einer Beschirmung aus einem Silikon-Werkstoff.
[0003] Kabelendverschlüsse, die aus mehreren Einzelkomponenten und Materialien mit verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen, müssen so konstruiert werden, dass bei allen Temperaturen die volle Funktionsfähigkeit gesichert bleibt. Die Endverschlüsse können unter anderem deshalb nicht rein aus hochfestem Material bestehen, da sie die Wärmeausdehnung der isolierten Kabelader nicht zulassen würden. Die Wärmeausdehnung im Kabelendverschluss wird deshalb von deformierbaren Materialien oder Elementen (Flüssigkeiten, Gasen, Federn oder elastischen Kunststoffteilen) aufgenommen.
[0004] Die elektrische Festigkeit innerhalb des Isolatorkörpers wäre bei einer blanken Verlegung des Kabelendes nicht gewährleistet. Es ist deshalb bekannt, den Innenraum des Isolatorkörpers mit einer Isolierflüssigkeit, zum Beispiel Poly-Isobuten, zu befüllen. Die Isolierflüssigkeit ermöglicht eine höhere innere Überschlagsfestigkeit und verhindert eine zu leitfähigen Brücken führende Niederschlagsbildung auf der Innenseite des Isolierrohres bei wechselhaften klimatischen Bedingungen. Der Betrieb von Kabelendverschlüssen soll jedoch über viele Jahre wartungsfrei bleiben. Es kann deshalb nach einer gewissen Betriebszeit zu zunächst unbemerkt bleibenden Leckagen kommen, durch die ein Teil der Isolierflüssigkeit verloren gehen kann, so dass die innere Spannungsfestigkeit dann nicht mehr gewährleistet ist.
Bei einer Reparatur wären ausserdem ein Abschalten der betreffenden Anlage sowie umfangreiche Montagearbeiten erforderlich.
[0005] Es sind andere Lösungen vorgeschlagen worden, damit das Problem eines Isoliermittelverlustes nicht auftritt. So ist aus DE 19 948 439 A1 bekannt, einen vernetzungsfähigen flüssigen Isolierstoff für die Innenraumbefüllung vorzusehen, der später eine gelartige oder schaumartige Konsistenz einnimmt. Die Lösung hat sich praktisch jedoch nicht durchsetzen können, da nicht ausreichend sicher prognostiziert werden kann, ob über die Lebensdauer eines Kabelendverschlusses gewährleistet werden kann, dass der Kunststoff bleibend einerseits an der Kabelader und andererseits an der Innenwand des Isolatorkörpers haftet. Die einzelnen Teile des Kabelendverschlusses sind nämlich hohen Temperaturspielen ausgesetzt, die zu einem Ablösen des Isoliermittels führen können und so innere Kriechwege entstehen lassen.
[0006] Eine Lösungsmöglichkeit wurde deshalb in der Konstruktion von "trockenen" Kabelendverschlüssen gesucht. Eine solche Variante bilden Kabelendverschlüsse, die aus einem auf das Kabelende aufschiebbaren elastischen Körper bestehen. Sollen derartige Kabelendverschlüsse Stützereigenschaften erhalten, müssen jedoch Hilfsmassnahmen getroffen werden, da die elastischen Silikonkörper allein keine mechanischen Kräfte übernehmen können. Bekannt ist, den Silikon-Isolatorkörper an beiden Enden mit einer Armatur zu versehen und diese Armaturen mit mindestens drei Isolator-Stützkörpern zu verbinden, die den Silikon-Isolatorkörper dann konzentrisch umgeben.
[0007] Bekannt ist durch DE 19 945 148 A1 auch die Verwendung einer festen Isolatormasse, zum Beispiel ein mit Epoxidharz getränkter Papierwickel. Ein Andruckelement sorgt für einen festen Anpressdruck zwischen den Papierwickeln und einem auf das Kabelende aufgesetzten Kabelstecker, so dass eine ständige Abdichtung gewährleistet ist und die Wärmeausdehnung ausgeglichen wird.
[0008] Nachteil der beiden zuletzt genannten Lösungen ist der hohe Aufwand, der zu inakzeptablen Kosten gegenüber einem flüssigkeitsbefüllten Kabelendverschluss führt.
[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kabelendverschluss anzugeben, der einen "trockenen" Innenraum aufweist, der jedoch mit akzeptablem Aufwand zu fertigen ist.
[0010] Erfindungsgemäss wird die Aufgabe gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Zweckmässige Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
[0011] Danach sind auf die Kabelader ein Feldsteuerkörper und ein aus Kunststoff bestehender, geschirmter Isolatorkörper aufgesetzt.
[0012] Der Kunststoff-Isolatorkörper besteht in bevorzugter Weise aus übereinanderliegenden, miteinander verklebten Einzelschirmkörpern.
[0013] Der Kunststoff-Isolatorkörper kann auch aus auf die Kabelader aufgeklebten, rotationssymmetrischen, im Querschnitt Zickzack-förmigen, balgartig übereinander zusammengefügten Einzelschirmteilen aufgebaut sein. Zusätzlich können hierbei die in Richtung der Kabelader gerichteten Abschnitte der Einzelschirmteile jeweils durch ein zylinderförmiges Anpresselement unterstützt werden.
[0014] Als Material für den Kunststoff-Isolatorkörper kommt insbesondere Silikonkautschuk infrage, daneben auch EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk) oder andere Elastomere.
[0015] In erfindungsgemäss bevorzugter Weise ist der Kunststoff-Isolatorkörper so in den äusseren Isolatorkörper des Kabelendverschlusses eingesetzt, dass ein Anpressdruck der Schirme auf die Innenfläche des Isolatorkörpers ausgeübt wird. In besonders bevorzugter Weise ist er so eingesetzt, dass die Schirme des Kunststoff-Isolatorkörpers sich aussen nach oben wölben. Sich eventuell sammelndes Kondenswasser bleibt dann jeweils an der tiefsten Stelle der Schirme und kann keine zusammenhängende Benetzung bilden.
[0016] Gegebenenfalls kann, zum Beispiel über die Fussarmatur, ein Zugang zum Innenraum des Kabelendverschlusses vorgesehen sein, über den ein Luftaustausch möglich ist, so dass nach einer gewissen Betriebszeit eine Trocknung des eventuell feucht gewordenen Innenraumes ermöglicht wird.
[0017] Die Erfindung soll nachstehend anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
<tb>Fig. 1:<sep>einen Querschnitt durch einen erfindungsgemässen Kabelendverschluss,
<tb>Fig. 2:<sep>den Bereich der erfindungsgemäss isolierten Kabelader in vergrösserter Darstellung,
<tb>Fig. 3:<sep>einen Querschnitt durch eine zweite Variante eines erfindungsgemässen Kabelendverschlusses in zwei Modifikationen und
<tb>Fig. 4:<sep>den Bereich der erfindungsgemäss isolierten Kabelader nach Fig. 3 in vergrösserter Darstellung.
[0018] In Fig. 1 ist der erfindungsgemässe Kabelendverschluss in einer Querschnittsdarstellung gezeigt. Ein Kabel 1 wird durch eine Fussarmatur 2 des Kabelendverschlusses in diesen eingeführt. Am Kabelende ist die Kabelisolation entfernt. Die somit freie Kabelader 3 wird zunächst mit einer Feldsteuerung 4 versehen. Die Feldsteuerung 4 besteht aus einem Feldsteuerkörper aus einem Elastomer mit leitfähigen, inneren Formteilen als Steuerelektroden. Über der Feldsteuerung 4 ist ein Kunststoff-Isolatorkörper 5 auf die Kabelader 3 mit Aufdehnung aufgezogen. Das Ende der Kabelader 3, das über den Kunststoff-Isolatorkörper 5 hinausragt, ist mit einem Anschlussbolzen 6 verpresst oder verschweisst. Der Anschlussbolzen 6 ist durch eine Kopfarmatur 7 mit Dichtung 8 nach aussen geführt.
[0019] Fussarmatur 2 und Kopfarmatur 7 sind durch einen äusseren Isolatorkörper 9 verbunden. Der Isolatorkörper 9 besteht, wie Fig. 2 in einer vergrösserten Darstellung zeigt, aus einem inneren GFK-Rohr 10 und einer Silikon-Beschirmung 11.
[0020] Der Kunststoff-Isolatorkörper 5 besteht aus miteinander verklebten Einzelschirmen 12, die aus Silikon-Kautschuk bestehen.
[0021] Die Feldsteuerung 4 und der aus den Einzelschirmen 12 aufgebaute Kunststoff-Isolatorkörper 5 sind allein bereits in der Lage, auch in Gasumgebung die Feldstärke so zu reduzieren, dass selbst unter erhöhten Beanspruchungen noch keine Teilentladungen entstehen. Die Stützerfunktion wird dagegen durch den äusseren Isolatorkörper 9 erfüllt.
[0022] Der Kunststoff-Isolatorkörper 5 ist mit seinen Einzelschirmen 12 so in das GFK-Rohr 10 eingeschoben, dass die Einzelschirme 12 mit einem gewissen Anpressdruck die Innenfläche des GFK-Rohres 10 berühren. Die Anordnung der Einzelschirme 12 teilt so den möglichen Überschlagweg auf voneinander isolierte Teilwege auf, die so eine elektrische Festigkeit aufweisen, die weitaus höher ist, als für die Praxis und die Prüfungen gefordert wird.
[0023] Die Raumaufteilung im Inneren des Isolatorkörpers 9 erfolgt so, dass in den einzelnen, durch die Einzelschirme 12 getrennten Räumen ein Volumen/Oberflächen-Verhältnis entsteht, das die im Volumen dieser Einzelkammern im Gas gelöste Feuchtigkeit bei sinkenden Temperaturen an den kritischen Oberflächen keinen zusammenhängenden Feuchtigkeitsfilm entstehen lässt. Mit anderen Worten: Unter den Einsatztemperaturen (-50[deg.]C bis +70[deg.]C) und Luftfeuchtigkeitswerten (0 bis 100% rel. Luftfeuchte) kann die in der eingeschlossenen Luft befindliche Feuchtigkeitsmenge bei den gewählten Materialien und der gewählten Raumaufteilung (Volumen/Flächen) nicht durch Niederschlagsbildung an den kritischen Oberflächen zu gefährlichen Kriechströmen oder Teilentladungen führen.
[0024] Selbst unter Extremverhältnissen und Extrembeanspruchungen, die über den vorgeschriebenen Prüfanforderungen liegen, örtlich entstehende Störeinflüsse, wie Ionisation, können sich in dem Isolatorkörper 9 nicht verbreiten und die Gesamtfestigkeit nicht wesentlich herabsetzen. Sie bleiben durch die Raumaufteilung örtlich begrenzt.
[0025] Zusätzlich wird der Kunststoff-Isolatorkörper 5 möglichst so in das GFK-Rohr 10 des äusseren Isolatorkörpers 9 eingeschoben, dass die Einzelschirme 12 an ihrem äusseren Rand nach oben gebogen sind. Das gelingt durch Verwendung einer Montagehilfe in Form eines Folienschlauches, der vor dem Einsetzen in den äusseren Isolatorkörper 9 über den Kunststoff-Isolatorkörper 5 gezogen wird und dann zusammen mit dem Kunststoff-Isolatorkörper 5 in das GFK-Rohr 10 eingeschoben und anschliessend nach oben herausgezogen wird, wobei sich der Rand der Einzelschirme 12 aufrichtet. Feuchtigkeit, die sich dann eventuell doch in den entstehenden Teilräumen befindet, wird sich im tiefsten Bereich der dann muldenförmigen Einzelschirme 12 sammeln und kann nicht zu einer zusammenhängenden Oberflächenbenetzung führen.
[0026] Fig. 3 zeigt eine zweite Variante des Kunststoff-Isolatorkörpers 5. In diesem Fall ist der Kunststoff-Isolatorkörper 5 aus balgartig zusammengesetzten Einzelschirmteilen 13 aufgebaut. Die Einzelschirmteile 13 sind rotationssymmetrisch mit gegenüber der Rotationsachse schräg verlaufenden scheibenförmigen Abschnitten und innen und aussen in zueinander entgegensetzte Richtung weisenden Zylinderabschnitten. Die inneren Zylinderabschnitte werden so auf die Kabelader 3 aufgeklebt, dass insgesamt ein balgartiger Kunststoff-Isolatorkörper 5 entsteht. Die Einzelschirmteile 13 bestehen zweckmässig aus Silikon-Kautschuk. Zur Verstärkung können, wie die rechte Bildseite in Fig. 4 zeigt, innere und äussere Anpressringe 14 vorgesehen sein, die ebenfalls aus Silikon-Kautschuk bestehen können.
Bezugszeichenliste
[0027]
<tb>1<sep>Kabel
<tb>2<sep>Fussarmatur
<tb>3<sep>Kabelader
<tb>4<sep>Feldsteuerung
<tb>5<sep>Kunststoff-Isolatorkörper
<tb>6<sep>Anschlussbolzen
<tb>7<sep>Kopfarmatur
<tb>8<sep>Dichtung
<tb>9<sep>Isolatorkörper
<tb>10<sep>GFK-Rohr
<tb>11<sep>Silikonbeschirmung
<tb>12<sep>Einzelschirme
<tb>13<sep>Einzelschirmteile
<tb>14<sep>Anpressringe
The invention relates to a cable termination with Stützerfunktion, especially for electrical high voltage cable. The cable termination consists of an insulator body with shielding, a head fitting, through which a connecting bolt is sealingly inserted, and a foot fitting, through which a cable end is passed sealingly. Such cable terminations are suitable both for indoor use and for outdoor use.
Cable terminations are used to connect a cable to another high-voltage component, for example, an overhead line or a high-voltage busbar. The insulator body should simultaneously fulfill a Stützerfunktion, namely take over lateral and axial forces. It consists of porcelain or, more recently, increasingly of a composite material, usually a GRP (glass fiber reinforced plastic) tube and a shield made of a silicone material.
Cable terminations, which consist of several individual components and materials with different coefficients of thermal expansion, must be designed so that the full functionality remains secure at all temperatures. Among other things, the terminations can not be made purely of high-strength material, since they would not allow the thermal expansion of the insulated cable core. The thermal expansion in the cable end closure is therefore absorbed by deformable materials or elements (liquids, gases, springs or elastic plastic parts).
The electrical strength within the insulator body would not be guaranteed with a bare installation of the cable end. It is therefore known to fill the interior of the insulator body with an insulating liquid, for example poly-isobutene. The insulating liquid allows a higher internal flashover and prevents leading to conductive bridges precipitation on the inside of the insulating tube in changing climatic conditions. However, the operation of cable terminations should remain maintenance-free for many years. It can therefore come after a certain period of operation to initially unnoticed leakage through which a part of the insulating liquid can be lost, so that the internal dielectric strength is then no longer guaranteed.
In a repair would also be a shutdown of the relevant system and extensive installation work required.
There are other solutions have been proposed so that the problem of Isoliermittelverlustes does not occur. Thus, from DE 19 948 439 A1 discloses to provide a crosslinkable liquid insulating material for the interior filling, which later assumes a gel-like or foam-like consistency. However, the solution has not been able to prevail in practice, since it can not be predicted with sufficient certainty whether it can be ensured over the service life of a cable termination that the plastic permanently adheres to the cable core on the one hand and to the inner wall of the insulator body on the other hand. The individual parts of the cable end closure are in fact exposed to high temperature cycles, which can lead to a detachment of the insulating agent and thus create internal creepage paths.
A possible solution has therefore been sought in the construction of "dry" cable terminations. Such a variant form cable terminations, which consist of a pushed onto the cable end elastic body. However, if such cable terminations get support properties, auxiliary measures must be taken, since the elastic silicone body alone can not assume any mechanical forces. It is known to provide the silicone insulator body at both ends with a fitting and to connect these fittings with at least three insulator support bodies, which then surround the silicone insulator body concentric.
DE 19 945 148 A1 also discloses the use of a solid insulator mass, for example a paper wrap impregnated with epoxy resin. A pressure element ensures a firm pressure between the paper reels and a cable plug attached to the cable end, so that a permanent seal is ensured and the thermal expansion is compensated.
Disadvantage of the two last-mentioned solutions is the high cost, which leads to unacceptable costs compared to a liquid-filled cable termination.
The invention has for its object to provide a cable end closure, which has a "dry" interior, but which is finished with acceptable effort.
According to the invention the object is achieved by the features of claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Thereafter, a field control body and a plastic existing, shielded insulator body are placed on the cable core.
The plastic insulator body consists in a preferred manner of superimposed, glued together individual screen bodies.
The plastic insulator body may also be constructed of glued on the cable core, rotationally symmetrical, in cross-section zigzag-shaped, bellows-shaped superimposed assembled single-screen parts. In addition, in this case, directed in the direction of the cable core sections of the single-screen parts are each supported by a cylindrical contact pressure.
As a material for the plastic insulator body is particularly silicone rubber in question, besides EPDM (ethylene-propylene-diene rubber) or other elastomers.
In the invention preferably, the plastic insulator body is inserted into the outer insulator body of the cable end closure, that a contact pressure of the screens is exerted on the inner surface of the insulator body. In a particularly preferred manner, it is used so that the screens of the plastic insulator body bulge outwards. Any accumulating condensation then remains in each case at the lowest point of the screens and can not form a coherent wetting.
Optionally, an access to the interior of the cable end closure can be provided, for example via the foot fitting, via which an air exchange is possible, so that after a certain period of operation a drying of the possibly become humid interior is possible.
The invention will be explained below with reference to two embodiments. In the accompanying drawings show:
<Tb> FIG. 1: <sep> a cross section through a cable end closure according to the invention,
<Tb> FIG. 2: <sep> the area of the cable core insulated according to the invention in an enlarged view,
<Tb> FIG. 3: <sep> a cross section through a second variant of a cable end closure according to the invention in two modifications and
<Tb> FIG. 4: <sep> the area of the cable core according to the invention isolated according to FIG. 3 in an enlarged view.
In Fig. 1, the inventive cable end closure is shown in a cross-sectional view. A cable 1 is inserted through a foot fitting 2 of the cable end closure in this. At the end of the cable the cable insulation is removed. The thus free cable core 3 is initially provided with a field control 4. The field controller 4 consists of a field control body made of an elastomer with conductive inner moldings as control electrodes. Over the field control 4, a plastic insulator body 5 is mounted on the cable core 3 with expansion. The end of the cable core 3, which protrudes beyond the plastic insulator body 5, is pressed or welded to a connecting bolt 6. The connecting bolt 6 is guided by a head fitting 7 with seal 8 to the outside.
Foot fitting 2 and head fitting 7 are connected by an outer insulator body 9. The insulator body 9 consists, as FIG. 2 shows in an enlarged view, of an inner GRP tube 10 and a silicone shield 11.
The plastic insulator body 5 consists of glued together individual screens 12, which consist of silicone rubber.
The field controller 4 and constructed of the individual screens 12 plastic insulator body 5 alone are already able to reduce the field strength even in a gas environment so that even under increased stresses still no partial discharges. By contrast, the support function is fulfilled by the outer insulator body 9.
The plastic insulator body 5 is inserted with its individual screens 12 in the GRP pipe 10 that the individual screens 12 touch the inner surface of the GRP pipe 10 with a certain contact pressure. The arrangement of the individual screens 12 so divides the possible Überschlagweg on mutually isolated partial paths, which thus have an electrical strength that is much higher than is required for the practice and the tests.
The distribution of space in the interior of the insulator body 9 is such that in the individual, separated by the individual screens 12 rooms, a volume / surface ratio is formed, the dissolved in the volume of these individual chambers in the gas moisture at decreasing temperatures on the critical surfaces no coherent moisture film. In other words: Under the operating temperatures (-50 ° C to +70 ° C) and humidity values (0 to 100% relative humidity), the amount of moisture in the enclosed air can vary with the materials selected and the selected Partitioning (volume / area) does not lead to dangerous creepage currents or partial discharges due to formation of precipitates on the critical surfaces.
Even under extreme conditions and extreme stresses that are above the prescribed test requirements, locally occurring interference, such as ionization, can not spread in the insulator body 9 and not significantly reduce the overall strength. They remain localized by the room layout.
In addition, the plastic insulator body 5 is inserted as possible into the fiberglass tube 10 of the outer insulator body 9, that the individual screens 12 are bent at its outer edge upwards. This is achieved by using an assembly aid in the form of a film tube, which is pulled over the plastic insulator body 5 prior to insertion into the outer insulator body 9 and then inserted together with the plastic insulator body 5 in the GRP tube 10 and then pulled upwards , wherein the edge of the individual screens 12 erects. Moisture, which then may still be in the resulting subspaces, will collect in the deepest area of the then trough-shaped individual screens 12 and can not lead to a coherent surface wetting.
Fig. 3 shows a second variant of the plastic insulator body 5. In this case, the plastic insulator body 5 is constructed of bellows-like composite single-shade parts 13. The individual screen parts 13 are rotationally symmetrical with respect to the axis of rotation obliquely extending disc-shaped sections and inside and outside in mutually opposite direction facing cylinder sections. The inner cylinder sections are glued to the cable core 3 so that a total of a bellows-type plastic insulator body 5 is formed. The individual screen parts 13 are suitably made of silicone rubber. For reinforcement, as shown on the right side in Fig. 4, inner and outer pressure rings 14 may be provided, which may also be made of silicone rubber.
LIST OF REFERENCE NUMBERS
[0027]
<Tb> 1 <sep> Cables
<Tb> 2 <sep> foot valve
<Tb> 3 <sep> cable wire
<Tb> 4 <sep> field control
<Tb> 5 <sep> plastic insulator body
<Tb> 6 <sep> Connecting pins
<Tb> 7 <sep> top fitting
<Tb> 8 <sep> seal
<Tb> 9 <sep> insulator body
<Tb> 10 <sep> GRP pipe
<Tb> 11 <sep> silicone rubber sheds
<Tb> 12 <sep> single screens
<Tb> 13 <sep> Single screen parts
<Tb> 14 <sep> Anpressringe