DE4009358A1 - Steckbuchse - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Steckbuchse gemäß dem
Oberbegriff des ersten Anspruchs.
Bei einer bekannten Steckbuchse dieser Art (DE-38 44 890 A1)
durchdringt ein Isolierkörper einen Durchbruch in der
Wandung eines Hochspannungsgerätes. Der Isolierkörper weist
eine stirnseitige Öffnung einer Innenkonusausnehmung auf,
in die ein Kabelstecker einführbar ist. Mit einem in der
Innenkonusausnehmung angeordneten Steckkontakt ist ein
hutförmiger Feldsteuerkörper verbunden, der in den
Isolierkörper eingebettet ist und dessen freier Rand zu der
der Gehäusewand benachbarten Stirnseite hinweist.
Konzentrisch zur Öffnung der Innenkonusausnehmung sind in
den Isolierkörper achsparallel gerichtet
Befestigungsarmaturen eingegossen, über welche die
Steckbuchse an der Gehäusewand bzw. der Kabelstecker unter
Einfügung eines Druckringes festgeschraubt wird. Dabei ist
anstelle einer Befestigungsarmatur eine gegenüber der
Stirnseite zurückgesetzte Elektrode vorgesehen, die
einerseits kapazitiv mit dem Feldsteuerkörper gekoppelt und
andererseits über eine elektrische Steckverbindung mit
außerhalb des Gerätegehäuses angeordneten elektrischen
Meßeinrichtungen verbunden ist. Die Stirnseite des
Isolierkörpers sitzt im übrigen unter Zwischenlage einer
Dichtung gasdicht auf der Gehäusewand auf. Aufgrund der
erforderlichen Hochspannungsdurchschlagsfestigkeit muß die
Elektrode vom Feldsteuerkörper einen erheblichen Abstand
aufweisen. Das hat zur Folge, daß der zwischen der
Elektrode und dem Feldsteuerkörper gegebene elektrische
Kapazitätswert sehr gering und damit der kapazitive
Widerstand sehr hoch ist. Dadurch sind hochempfindliche
Meßeinrichtungen zur Erfassung der am Steckkontakt
anstehenden Spannung erforderlich, wobei die kapazitive
Belastung durch die Erdkapazitäten benachbarter geerdeter
Teile und der geschirmten elektrischen Leitung von der
Elektrode bis zum Meßgerät beachtlich ist. Außerdem ist der
Kopf der Elektrode kugelförmig erweitert, so daß das Profil
der Befestigungsarmaturen in radialer Richtung entsprechend
weit überschritten wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer
Steckbuchse gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs
Maßnahmen zu treffen, durch welche eine Erhöhung des
Kapazitätswertes der Elektrodenanordnung ohne nachteilige
Beeinflussung des elektrischen Feldbildes erzielt wird.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung durch
die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs.
Bei einem Aufbau einer Steckbuchse gemäß der Erfindung wird
durch die Anordnung einer Elektrode um die
Innenkonusausnehmung herum eine großflächige Kopplung zum
Steckkontakt bzw. dem damit verbundenen Feldsteuerkörper
und damit eine wesentliche Erhöhung des Kapazitätswertes
erreicht. Vorzugsweise weist die Elektrode meherere einzelne
Teilelektroden auf, die in Umfangsrichtung zwischen
benachbarten Befestigungsarmaturen angeordnet und
untereinander elektrisch verbunden sind. Hierdurch wird
eine fast vollständige Anpassung des elektrischen
Feldbildes an das bereits von den Befestigungsarmaturen
vorgegebene elektrische Feldbild erreicht. Dadurch wird
auch zur Homogenisierung des Feldbildes beigetragen, weil
sich nun auch zwischen den einzelnen Befestigungsarmaturen
Elektrodenabschnitte befinden. Es ergibt sich dadurch eine
der idealen Ringelektrode angenäherte Gesamtelektrodenform
mit der daraus resultierenden gleichmäßigen Feldverteilung.
Das Elektroden-Gesamtprofil braucht dabei nicht über das
von den Befestigungsarmaturen vorgegebene radiale Profil
hinauszuragen. Die Teilelektroden sind vorzugsweise
haubenförmig ausgebildet und mit dem gerundeten Ende zum
Feldsteuerkörper hin gerichtet, der am Ende der
Innenkonusausnehmung mit einem hochspannungsführenden
Steckkontaktteil verbunden ist. Durch die Rundung der
Teilelektroden ergibt sich eine zum Feldsteuerkörper
hingerichtete große Fläche, welche den Kapazitätswert
erhöht und zudem eine günstige elektrische Feldverteilung.
Die Elektroden bestehen vorzugsweise aus Sieb- oder
gitterartigem Material, so daß eine innige, ablösungsfreie
Verbindung mit dem für die Herstellung des Isolierkörpers
verwendeten Gießharzes eintritt. Die Verbindungsleitung der
einzelnen Teilelektroden kann zwischen den
Befestigungsarmaturen und der Mantelfläche der
Innenkonusausnehmung verlaufen. Dabei kann im Bereich von
Befestigungsarmaturen der vorzugsweise als Bandleitung
ausgebildete Verbindungsleiter im Bereich von
Befestigungsarmaturen abgeflacht und dort über kleine
Isolierstützer an der betreffenden Befestigungsarmatur vor
dem Eingießen in das Gießharz festgelegt werden.
Vorzugsweise ist jedoch die Verbindungsleitung im Bereich
von zwei Teilelektroden mit je einer Anschlußfahne
versehen, die achsengleich zur Innenkonusausnehmung
angeordnet ist und in einer Stirnseite offenen
Aussparung zur Stirnseite hinweist. In der Gießform kann so
der Verbindungsleiter mit den daran befestigten
Teilelektroden an einer entsprechend ausgebildeten
Haltevorrichtung in der Gießform bis zum Erstarren der
Gießharzmasse gehalten werden. An wenigstens eine der
Anschlußfahnen kann dann nach dem Entformen aus der
Gießform ein Stecker für den Anschluß eines Meßgerätes
angesteckt werden. Für die Montage der Steckbuchse an einer
entsprechend durchbrochenen Gerätewand wird als Gegenlage
an die Stirnseite ein Abstandsring angesetzt, wobei
zwischen die Stirnseite und den Abstandsring der Rand der
für das Einführen eines Kabelsteckers erforderliche
Durchbruch ragt. Der Abstandsring dient dabei zur
gleichmäßigen Druckverteilung über den Umfang des
Durchbruchs, so daß die Stirnseite der Steckbuchse mit
einer dort vorgesehenen Ringdichtung über den gesamten
Umfang gasdicht an die betreffende Gehäusewand angepreßt
wird, wenn die Schrauben in die zugehörigen
Befestigungsarmaturen vom Abstandsring her eingeschraubt
sind. Die Anordnung der Verbindungsleitung und
gegebenenfalls von Bereichen der Teilelektroden ist so
getroffen, daß sie im Feldschatten einer Abschirmung
liegen, die mit dem Einführen eines Kabelsteckers in die
Innenkonusausnehmung mit eingeführt wird. Diese geerdete
Abschirmung verhindert, daß ein innerhalb des Kabelsteckers
geführter Leiter kapazitiv mit der Verbindungsleitung bzw.
benachbarten Bereichen der Teilelektroden gekoppelt ist.
Dadurch wird der für die Spannungsankopplung gewünschte
Kapazitätswert insbesondere durch die Geometrie zwischen
dem Feldsteuerkörper und den Teilelektroden bestimmt. Es
wird somit der über die Teilelektroden erfaßte
Hochspannungswert nur geringfügig geändert, wenn der
Kabelstecker eingeführt oder herausgezogen ist.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnungen von
Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine an eine Gehäusewand
angesetzte Steckbuchse,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die freie Stirnseite der
Steckbuchse nach Fig. 1 mit Darstellung der Einzelteile
nach Art einer Röntgenaufnahme und
Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Steckbuchse mit
geänderter Elektrodenausführung.
Eine Steckbuchse 1 einer Innenkonus-Steckkupplung, wie sie
für den Anschluß von Hochspannungskabeln in
Mittelspannungsschaltanlagen üblich ist, weist einen aus
Gießharz hergestellten Isolierkörper 2 auf, in dem eine
Innenkonusausnehmung 3 ausgeformt ist, die zu einer
Stirnseite 4 hin offen ist. Am gegenüberliegenden Ende
schließt sich an die Innenkonusausnehmung 3 ein
achsengleiches Steckkontaktteil 5 an, das mit
hochspannungsführenden Einbauten in dem gekapselten
Hochspannungsgerät zu verbinden ist. Von der Stirnseite 4
sind in den Isolierkörper 2 Befestigungsarmaturen 6
bzw. 7 eingearbeitet, die achsparallel zur Mittelachse 8
der Innenkonusausnehmung stehen. Die Befestigungsarmaturen
befinden sich auf konzentrisch zur Öffnung der
Innenkonusausnehmung verlaufenden Kreislinien radial
außerhalb der Innenkonusausnehmung. Die Stirnfläche 4 der
Steckbuchse 1 liegt in einer Ebene auf einer Wandung 9
eines Gehäuses auf, innerhalb welchem sich
Hochspannungsschaltanlagenteile befinden. Im Bereich der
Innenkonusausnehmung ist diese Wand 9 mit einem
entsprechenden Durchbruch versehen, durch den von außen ein
Kabelstecker 10 eingeführt werden kann. An den
hochspannungsführenden Steckkontaktteil 5 ist zudem ein
hutförmiger Feldsteuerkörper 11 angesetzt, der ebenfalls in
den Isolierkörper 2 eingebettet ist und ringförmig den
benachbarten Abschnitt der Innenkonusausnehmung umgreift.
Um einen kapazitiven Spannungsabgriff zur Messung der am
Steckkontaktteil 5 bzw. dem Feldsteuerkörper 11 anliegenden
Hochspannung zu schaffen, ist als kapazitiv wirkender
Gegenbelag zum Feldsteuerkörper 11 eine davon elektrisch
isolierte Elektrode 12 im Bereich der Stirnseite 4
angeordnet, die um die Innenkonusausnehmung 3 herum
angeordnet ist.
Diese elektrisch isolierende Elektrode 12 ist gemäß Fig. 2
aus mehreren Teilelektroden 12.1 gebildet, die in
Umfangsrichtung zwischen benachbarten Befestigungsarmaturen
6 bzw. 7 angeordnet sind. Diese Teilelektroden 12.1 stehen
über eine Verbindungsleitung 13 miteinander in elektrischer
Verbindung, wobei die elektrische Verbindungsleitung 13
innerhalb des Isolierkörpers 2 in die Isoliermasse
eingebettet ist. Die Elektroden 12 wie der
Verbindungsleiter 13 bestehen vorzugsweise aus sieb- oder
gitterartigem Material, so daß sich eine innige Einbettung
ergibt, die verhindert, daß sich beim Schrumpfungsprozeß
während des Aushärtens des Gießharzes die Isoliermasse von
der Elektrode bzw. der Verbindungsleitung trennt und
dielektrische Fehlstellen gebildet werden. Die
Teilelektroden 12.1 können sich dabei in radialer Richtung
über den gleichen Bereich wie die Befestigungsarmaturen
erstrecken und andererseits weitgehende den Raum zwischen
benachbarten Befestigungsarmaturen 6, 7 einnehmen sowie in
axialer Richtung soweit in den Isolierkörper 2 wie die
Armaturen 6, 7. Es ergibt sich dadurch eine weitgehende
Symmetrierung des elektrischen Feldes, nachdem dann auch
die Zwischenräume zwischen benachbarten
Befestigungselektroden 6, 7 mit elektrisch leitenden Teilen
versehen sind, die zumindest annähernd wie die
Befestigungsarmaturen elektrisch fast an Massepotential
liegen. Dabei sind die Teilelektroden 12.1 haubenförmig
ausgebildet und mit dem gerundeten Ende zum
Feldsteuerkörper 11 gerichtet. Die Rundung trägt dabei zur
günstigen Feldverteilung bei und bildet gegenüber dem
Feldsteuerkörper eine relativ große Fläche, die einen
entsprechenden hohen Kapazitätswert mit sich bringt. Der
dadurch erzielte geringe kapazitive Widerstandswert
ermöglicht die Erfassung der anstehenden Hochspannung mit
relativ einfachen Meßeinrichtungen. Die zugleich als
Montagehilfe für die Positionierung der Teilelektroden 12.1
in einer Gießform dienende Verbindungsleitung 13 ist im
radialen Bereich von Befestigungsarmaturen 6 abweichend von
der Kreisringform abgeflacht und am abgeflachten Teil mit
einem kleinen Stützisolator 14 versehen, der an den
betreffenden Befestigungsarmaturen 6 festgelegt ist, um die
Teilelektroden 12.1 während des Gießvorganges des
Isolierkörpers 2 zu zentrieren. Vorzugsweise wird zur
Positionierung der Teilelektroden 12 in der betreffenden
Gießform jedoch anstelle der Stützisolatoren 14 im Bereich
mindestens einer, vorzugsweise jedoch im Bereich mehrerer
Teilelektroden 12.1 eine Anschlußfahne an den
Verbindungsleiter 13 angebracht, die in den von der
jeweiligen Teilelektrode 12 umschlossenen Raum ragt und die
achsengleich zur Innenkonusausnehmung in einer Aussparung
16 angeordnet ist, die zur Stirnseite 4 hin offen ist. Auch
die Anschlußfahne 15 weist mit ihrem freien Ende zur
Stirnseite 4 hin. Dadurch kann die jeweilige Ansachlußfahne
in eine der Aussparung 16 entsprechende Halterung
eingesteckt werden, der sich innerhalb der Gießform
befindet, die zur Herstellung des Isolierkörpers 2 mit den
Einbauten dient. Die Verbindungsleitung 13 befindet sich in
dem Bereich, der zwischen der Wandung der
Innenkonusausnehmung 3 und den Befestigungsarmaturen 6, 7
liegt. In axialer Richtung greift die Verbindungsleitung
13 nicht über die Befestigungsarmaturen 6, 7 hinaus.
Die Steckbuchse 1 wird an der Wand 9 unter Zwischenlage
eines Dichtungsringes 17 festgesetzt. Dazu wird von der
gegenüberliegenden Seite der Wand aus ein Abstandsring 18
angesetzt, der mit seinem radial innen liegenden Teil die
Stirnseite 4 untergreift und mit dem radial außen liegenden
Teil auf der Wand 9 aufliegt. Dieser Abstandsring 18 weist
einem mit der jeweiligen Anschlußfahne 15 fluchtenden
Durchbruch 19 auf, der in eine radial nach außen
verlaufende Nut 20 übergeht. Durch den Durchbruch 19 kann
somit ein Stecker 21 an die Anschlußfahne 15 angesteckt
werden, von dem eine elektrische Leitung 22 durch die Nut
20 zu einem nicht dargestellten Meßgerät geführt werden
kann. Auf dem Abstandsring 18 sitzt andererseits ein
Flansch 23 des Kabelsteckers 10 auf, wobei durch den
Flansch 23 und den Abstandsring 18 sowie die Wand 9
hindurch je eine Schraube in die zugeordnete
Befestigungsarmatur 7 eingedreht werden kann. Über die
Befestigungsarmatur 6 wird Steckbuchse 1 für sich über
den Abstandsring 18 an der Wand 9 festgesetzt. Der
Kabelstecker 10 weist dabei eine im äußeren Mantelbereich
geführte elektrische Abschirmung 24 auf, die an
Erdpotential angeschlossen ist und axial bis über die
Verbindungsleitung 13 hinaus in die Innenkonusausnehmung 3
reicht. Sie schirmt somit nicht nur die Verbindungsleitung
13 sondern auch benachbarte Bereiche der Teilelektroden
12.1 gegenüber einem innerhalb des Kabelsteckeres 10 axial
verlaufenden Leiter ab. Dieser Leiter wirkt somit nicht
unmittelbar kapazitiv auf die Verbindungsleitung 13 bzw.
die betreffenden Bereich der Teilelektroden 12.1, so daß
die an den Teilelektroden 12.1 gemessene Spannung
weitgehend unabhängig ist, ob der Kabelstecker 10 in die
Steckbuchse 1 eingeführt ist oder nicht. Die kapazitive
Kopplung erfolgt somit auch bei eingestecktem Kabelstecker
10 über die dem Feldsteuerkörper 11 direkt zugewandten
gerundeten Enden der Teilelektroden 12.1. Die Abschirmung
24 bewirkt somit durch ihre Anordnung gegenüber der
Verbindungsleitung 13 und den Teilelektroden 12.1 eine
weitgehende Abschattung des vom Kabelsteckers 10 erzeugten
elektrischen Feldes gegenüber der Elektrode 12.
Bei sonst gleichem Aufbau ist in Fig. 3 eine Steckbuchse
dargestellt, bei welcher die Elektrode 12 innerhalb des
Isolierkörpers 2 im elektrischen Feldbereich zwischen den
Befestigungsarmaturen 6, 7 und dem Feldsteuerkörper 11
liegt. Die Elektrode 12 ist dabei ringförmig ausgebildet
und liegt konzentrisch zur Achse 8 der Innenkonusausnehmung
3. Sie greift dabei radial in den Bereich, der zwischen der
Wandung der Innenkonusausnehmung und einer radial weiter
nach außen verlagerten Befestigungsarmatur 7 liegt. Die
Elektrode 12 reicht jedoch im Bezug auf die weiteren
Befestigungsarmaturen 6, welche auf einem kleineren
Kreisbogen angeordnet sind, bis in deren radialen Bereich,
ist jedoch axial davon beabstandet. Im Bereich der radial
nach außen verlagerten Befestigungsarmatur ergibt sich so
die Möglichkeit, die Aussparung 16 für wenigstens eine
Anschlußfahne 15 in diesen Bereich anzuordnen. Die
Elektrode 12 kann dabei vorzugsweise aus einer Drahtwendel
bestehen, zwischen deren einzelne Windungen das Gießharz
eindringen kann und die bei der Schrumpfung der
Gießharzmasse während des Aushärteprozesses die innige
Verbindung mit dem Gießharz nicht verliert. Zur Fixierung
vor dem Gießen des Isolierkörpers 2 kann auch hierbei die
Elektrode 12 über angepaßte Stützisolatoren mit
Befestigungsarmaturen 6, 7 verbunden sein.
Claims (13)
1. Steckbuchse einer Innenkonus-Steckkupplung für Kabel in
einem Hochspannungsgerät insbesondere
Mittelspannungsschaltanlage, mit einem Isolierkörper, der
an einer Stirnseite eine Öffnung einen Innenkonusausnehmung
sowie konzentrisch dazu mehrere radial außen angeordnete
achsparallel gerichtete Befestigungsarmaturen aufweist, und
mit einer eingebetteten Elektrode zur kapazitiven
Spannungsauskopplung mit einem elektrischen Anschluß, und
mit einem Steckkontaktteil, dadurch gekennzeichnet, daß die
Elektrode (12) um die Innenkonusausnehmung (3) herum
angeordnet ist.
2. Steckbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Elektrode (12) ringförmig ausgebildet ist.
3. Steckbuchse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Elektrode (12) radial in den
Bereich greift, der zwischen der Wandung der
Innenkonusausnehmung (3) und wenigstens einer
Befestigungsarmatur (7) liegt.
4. Steckbuchse nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, dßa die Elektrode (12) aus einer
Wendel besteht, die als Ring ausgebildet ist, der
achsengleich zur Mantelfläche der Innenkonusausnehmung (3)
steht.
5. Steckbuchse nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (12, 13) über
mindestens einen Stützisolator (14) mit wenigstens einer
Befestigungsarmatur (6) verbunden ist.
6. Steckbuchse nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß in Umfangsrichtung zwischen
benachbarten Befestigungsarmaturen (6, 7) einzelne
Teilelektroden (12.1) angeordnet sind, die untereinander
innerhalb des Isolierkörpers (2) elektrisch verbunden sind.
7. Steckbuchse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Teilelektroden (12.1) haubenförmig ausgebildet sind und
mit dem gerundeten Ende von der Stirnseite (49) wegweisen.
8. Steckbuchse nach Anspruch 6 oder 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (13) ringförmig
ausgebildet und im radialen Bereich von
Befestigungsarmaturen (6) abgeflacht ist.
9. Steckbuchse nach Anspruch 6 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich mindestens einer
Teilelektrode (12.1) eine Anschlußfahne (15) achsengleich
zur Innenkonusausnehmung (3) angeordnet ist und in einer
Aussparung (16) zur Stirnseite (4) hinweist.
10. Steckbuchse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß an die Stirnseite (4) ein Abstandsring (18) angesetzt
ist, der einen mit der Anschlußfahne (15) fluchtenden
Durchbruch (19) und eine radial nach außen verlaufende Nut
aufweist.
11. Steckbuchse nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (12) bzw. die
Teilelektroden (12.1) aus sieb- oder gitterartigem Material
bestehen.
12. Steckbuchse nach Anspruch 6 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (13) in
den Bereich greift, der zwischen der Wandung der
Innenkonusausnehmung (3) und wenigstens einer
Befestigungsarmatur (6, 7) liegt.
13. Steckbuchse nach Anspruch 6 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (13) und
gegebenenfalls Bereiche der Teilelektroden (12.1) im
Feldschalten der Abschirmung (24) eines eingeführten
Kabelsteckers (10) liegt.
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