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Die
Erfindung betrifft einen Kabelendverschluss mit Stützerfunktion,
insbesondere für
elektrische Hochspannungskabel. Der Kabelendverschluss besteht aus
einem Isolatorkörper
mit Beschirmung, einer Kopfarmatur, durch die ein Anschluss-Bolzen 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.
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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-Rohr und einer Beschirmung
aus einem Silikon-Werkstoff.
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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.
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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.
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Es
sind andere Lösungen
vorgeschlagen worden, damit das Problem eines Isoliermittelverlustes
nicht auftritt. So ist aus
DE
199 48 439 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.
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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.
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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.
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Bekannt
ist durch
DE 199 45
148 A1 auch die Verwendung einer festen Isolatormasse,
zum Beispiel ein mit Epoxidharz getränkter Papierwickel. Ein Andruckelement
sorgt für
einen festen Anpressdruck zwischen den Papierwickel und einem auf
das Kabelende aufgesetzten Kabelstecker, so dass eine ständige Abdichtung
gewährleistet
ist und die Wärmeausdehnung
ausgeglichen wird.
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Nachteil
der beiden zuletzt genannten Lösungen
ist der hohe Aufwand, der zu inakzeptablen Kosten gegenüber einem
flüssigkeitsbefüllten Kabelendverschluss
führt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kabelendverschluss anzugeben,
der einen „trockenen" Innenraum aufweist,
der jedoch mit akzeptablem Aufwand zu fertigen ist.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe gelöst durch
die Merkmale des Anspruchs 1. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand
der Unteransprüche.
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Danach
sind auf die Kabelader ein Feldsteuerkörper und ein aus Kunststoff
bestehender, geschirmter Isolatorkörper aufgesetzt.
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Der
Kunststoff-Isolatorkörper
besteht in bevorzugter Weise aus übereinander liegenden, miteinander
verklebten Einzelschirmkörpern.
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Der
Kunststoff-Isolatorkörper
kann auch aus auf die Kabelader aufgeklebten, rotationssymmetrischen,
im Querschnitt zick-zack-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.
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Als
Material für
den Kunststoff-Isolatorkörper kommt
insbesondere Silikonkautschuk infrage, daneben auch EPDM oder andere
Elastomere.
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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.
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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.
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Die
Erfindung soll nachstehend anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. In
den zugehörigen
Zeichnungen zeigen:
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1:
einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kabelendverschluss,
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2:
den Bereich der erfindungsgemäß isolierten
Kabelader in vergrößerter Darstellung,
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3:
einen Querschnitt durch eine zweite Variante eines erfindungsgemäßen Kabelendverschlusses
in zwei Modifikationen und
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4:
den Bereich der erfindungsgemäß isolierten
Kabelader nach 3 in vergrößerter Darstellung.
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In 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.
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Fußarmatur 2 und
Kopfarmatur 7 sind durch einen äußeren Isolatorkörper 9 verbunden.
Der Isolatorkörper 9 besteht,
wie 2 in einer vergrößerten Darstellung zeigt, aus
einem inneren GFK-Rohr 10 und einer Silikon-Beschirmung 11.
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Der
Kunststoff-Isolatorkörper 5 besteht
aus miteinander verklebten Einzelschirmen 12, die aus Silikon-Kautschuk
bestehen.
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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.
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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.
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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 Einzelnkammern im Gas gelöste Feuchtigkeit
bei sinkenden Temperaturen an den kritischen Oberflächen keinen
zusammenhängenden Feuchtigkeitsfilm
entstehen lässt.
Mit anderen Worten: Unter den Einsatztemperaturen (–50°C bis +70°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.
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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.
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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 Monatagehilfe 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.
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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 4 zeigt, innere und äußere Anpressringe 14 vorgesehen
sein, die ebenfalls aus Silikon-Kautschuk bestehen können.
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- 1
- Kabel
- 2
- Fußarmatur
- 3
- Kabelader
- 4
- Feldsteuerung
- 5
- Kunststoff-Isolatorkörper
- 6
- Anschlussbolzen
- 7
- Kopfarmatur
- 8
- Dichtung
- 9
- Isolatorkörper
- 10
- GFK-Rohr
- 11
- Silikonbeschirmung
- 12
- Einzelschirme
- 13
- Einzelschirmteile
- 14
- Anpressringe