Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung beschreibt einen Kabelendverschluss für Kabel der Energietechnik mit einem Kabelleiter, einer Kabelisolation und einer Kabelabschirmung, wobei ein elastischer Isolierkörper, einen Steuerkörper und einen Hohlraum aufweisend zwischen einer Kopfarmatur mit einem Anschlusskopf und einer Leiterbefestigung zur Befestigung eines elektrischen Leiters und einer Fussarmatur mit einem Fussflansch und einem Leiteranschlussstutzen befestigt ist.
Stand der Technik
Kabelendverschlüsse für Hoch- und Höchstspannungskabel von Freileitungen mit anliegenden Spannungen bis zu einigen hundert kV, werden in der Elektrotechnik schon seit langem verwendet und weisen einen Isolierkörper auf, welcher zwischen einer metallischen Kopfarmatur und einer metallischen Fussarmatur positioniert ist.
Im Stand der Technik besteht der Isolierkörper häufig aus einem geschlossenen Porzellangehäuse, welches eine mechanische Stabilisierung des Kabelendverschlusses gewährleistet. Diese Ausgestaltung des Isolierkörpers führt zu mechanisch robusten Kabelendverschlüssen, wobei das Porzellan bekannte Nachteile aufweist. Bekannte Kabelendverschlüsse weisen Füllungen aus Isolierflüssigkeiten auf, welche die Hochspannungsfestigkeit sicherstellen. Diese Isolierflüssigkeiten dienen aber nur der Verbesserung der elektrotechnischen Eigenschaften und leisten keinen Beitrag zur mechanischen Stabilität.
Aufgrund von elektrischer Überbeanspruchung und/oder mechanischen Instabilitäten kann es zu Brüchen und Zerstörungen von Kabelendverschlüssen kommen, wobei es durch herabfallende und herumfliegende Bauteile und durch auslaufende Isolierflüssigkeit zu Umweltbelastungen und weiteren Problemen kommen kann.
Neuere Kabelendverschlüsse verzichten auf Porzellan und es werden vermehrt Glasfaserrohre und Silikon eingesetzt, wobei Silikon als Isoliermaterial in der Elektrotechnik enorm im Vormarsch ist. Silikon ist elastisch, hat eine hohe Durchschlagfestigkeit, sehr gute Witterungsbeständigkeit und hat wegen der Hydrophobie ein ausgezeichnetes Oberflächenverhalten hinsichtlich Kriechstromfestigkeit. Der blosse Ausstausch des Porzellans durch Silikon führt aber zu einer Verschlechterung der mechanischen Stabilität von Kabelendverschlüssen. Der Stand der Technik ist grundsätzlich der herkömmlichen Porzellanlösung angelehnt und es wurde mit der Silikonbeschirmung eine Gewichtsreduktion erreicht und das hervorragende Fremdschichtverhalten von Silikonkautschuk genutzt. Die mechanische Festigung übernehmen Glasfaserrohre oder separat angeordnete Stützisolatoren.
Die Glasfaserrohre werden mit Isolierflüssigkeit gefüllt.
Die bekannten Kabelendverschlüsse ohne Isolierflüssigkeit, auch Trocken-Kabelendverschlüsse genannt, welche einfacher herstellbar und in beliebigen Orientierungen aufbaubar sind, sind hinsichtlich Stauchungen beim Montieren problematisch. Porzellangehäuse oder Glasfaserrohre kompensieren die Ausdehnung des innenliegenden Steuerelements während der Montage nicht. Der nach der Vormontage verbleibende Hohlraum wird nach der Montage mit Isolierflüssigkeit gefüllt.
Darstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, einen verbesserten Kabelendverschluss für Hoch- und Höchstspannungskabel in der Energietechnik zu schaffen, welcher witterungsbeständig, leicht aber trotzdem mechanisch stabil, einfach herstellbar und betriebssicher montierbar, aufgrund der fehlenden Isolierflüssigkeit umweltschonend und in nahezu beliebiger Orientierung verwendbar ist.
Diese Aufgabe und eine gewünschte Feldstärkesteuerung, sowie eine verbesserte Betriebssicherheit erfüllt eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachstehend im Zusammenhang mit den anliegenden Zeichnungen beschrieben.
<tb>Fig. 1<sep>zeigt einen erfindungsgemässen Kabelendverschluss in einer teilweise geschnitten dargestellten Seitenansicht, während
<tb>Fig. 2<sep>eine weitere Ausführungsform eines Kabelendverschlusses mit linear in Richtung der Kopfarmatur verschobenem Steuerkörper zeigt.
Beschreibung
Ein erfindungsgemässer Kabelendverschluss 0 wird in Fig. 1 offenbart und im Folgenden erläutert. Der Kabelendverschluss 0 umfasst einen elastischen Isolierkörper 2, welcher von einer Kopfarmatur 6 und einer Fussarmatur 7 eingefasst ist. Der Isolierkörper 2 bildet damit im späteren Betrieb das Dielektrikum eines Kondensators, wobei die Kopfarmatur 6 auf Hochspannung liegt und die Fussarmatur auf Erdpotential liegt.
Der Isolierkörper 2 ist auf einem Fussflansch 5 der Fussarmatur 7 befestigt und verläuft zwischen der Kopfarmatur 6 und der Fussarmatur 7. Der hier dargestellte Isolierkörper 2 ist konisch, sich in Richtung der Kopfarmatur 6 verjüngend, ausgestaltet. Die äussere Form des Isolierkörpers 2 kann aber zylindrisch oder anders ausgeführt sein, wobei die Länge und der Durchmesser des Isolierkörpers 2 auf den gewünschten Isolationspegel abgestimmt werden müssen. Den Isolierkörper 2 quert ein Hohlraum 80, welcher durch eine Innenfläche 8 begrenzt ist und von einem Anschlusskopf 4 der Kopfarmatur 6 bis zur Fussarmatur 7 verläuft. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Hohlraum 80 den Isolierkörper 2 koaxial querend ausgestaltet. Der Isolierkörper 2 kann beispielsweise aus Silikon gefertigt sein und weist angeformte Schirmlippen 10.
Die umlaufenden Schirmlippen 10 weisen stetig grösser werdende Schirmdurchmesser und speziell geformte Schirmradien 11 auf. Im Falle einer Benetzung mit Wasser wird nicht die gesamte Aussenwand des Isolierkörpers 2 benetzt, sondern nur ein Teil der benachbart liegenden Schirmlippe 10, wodurch die Schirmlippen 10 die Benetzung reduzieren. Die Form der Schirmradien 11 mit zugehörigen Abreisskanten verhindert, dass die Schirmlippen 10 auf den, der Fussarmatur 7 zugewandten Seite durch Adhäsionskraft oder Kapillarwirkung benetzt werden.
Zur Befestigung des Kabels, welches die Fussarmatur 7 querend in den Isolierkörper 2 eingeführt wird, sind Mittel zur Befestigung des Kabels ausgebildet. Die Kopfarmatur 6 weist einen Anschlusskopf 4 auf, welcher direkt auf dem Isolierkörper 2 form- und/oder kraftschlüssig verbunden befestigt ist. Eine Leiterbefestigung 60 ist auf dem Anschlusskopf 4 der Kopfarmatur 6 befestigt. An diese Leiterbefestigung 60 ist ein Leiter, die Spannung vom Kabelendverschluss abnehmend, kontaktierbar. Ein O-Ring 14 dient zur Abdichtung der Kopfarmatur 6.
In die Fussarmatur 7 durch einen Leiteranschlussstutzen 17 hinein und den Hohlraum 80 querend, ist das Kabel mit einem Kabelleiter, einer Kabelisolation, einer Leitschicht und einer Kabelabschirmung einschiebbar. Das Kabel muss zur Einführung und gewünschten Kontaktierung innerhalb des Kabelendverschlusses 0 mit geeigneten Mitteln abgeschält werden.
Im Bereich des Fussflansches 5 befindet sich ein in den Isolierkörper 2 hineinragender Steuerkörper 16, welche die Feldsteuerung und die Isolierung an den inhomogenen Potentialübergängen des Kabelendes gewährleistet. Der Steuerkörper 16 ist, die Einführung eines Kabelendes in den Isolierkörper 2 erleichternd, mit einem speziell geformten Einführbereich (Auflaufkurve) 9 versehen. Ein elastischer, elektrisch leitfähiger Erddeflektor 1 ist, einen Teil des Steuerkörpers 16 bildend in den Isolierkörper 2 hineinragend angeordnet. Der Steuerkörper 16 gewährleistet in Kombination mit einem am Fussflansch 5 an vulkanisierten Deflektor 15, dass die auftretenden Feldstärken im zulässigen Bereich und damit beherrschbar bleiben und die gewünschte Spannungsfestigkeit erreicht wird.
Für den sicheren Betrieb ist es besonders wichtig, dass sich keine Hohlräume und Fugen zwischen dem in den Isolierkörper 2 eingebrachten Kabel und der Innenfläche 8 bilden. Der Innendurchmesser des Isolierkörpers 2 und des Steuerkörpers 16 ist geringfügig kleiner gewählt, als der Kabelisolationsdurchmesser des einschiebbaren Kabels.
Obwohl das Material des Isolierkörpers 2 elastisch ist, wird der Aufschiebevorgang zusätzlich durch Verwendung von hierfür geeignetem Gleitfett unterstützt. Der zweckbedingt ankonstruierte Einführbereich 9 und die Auflauffase an der Leiterisolation glätten das Gleitfett an, womit ein optimales Gleiten erreichbar ist. Um einen maximalen Gleiteffekt zu erreichen, kann die Kabelisolation und der Hohlraum 80 gefettet sein. Der Isolierkörper 2 des Kabelendverschlusses 0 wird durch die Montage zwangsläufig etwas aufgeweitet. Diese Aufweitung wird durch den Isolierkörper 2 mit den eingebetteten Isolierstäben 3 kompensiert, da das Silikon zwischen den Isolierstäben 3 hindurch ausweichen kann. Das Silikon als elastisches Isoliermaterial schliesst sich nach der Einführung des Kabels eng um den Kabelleiter.
Der hier beschriebene Isolierkörper 2 weist eine Mehrzahl von Isolierstäben 3 auf, welche zwischen der Kopfarmatur 6 und der Fussarmatur 7 aufgespannt und in den Isolierkörper 2 eingebettet lösbar oder unlösbar befestigt sind. Durch die Isolierstäbe 3 wird eine Bewehrung oder Armierung des Isolierkörpers 2 geschaffen, da die Isolierstäbe 3 dem Isolierkörper 2 eine gesteigerte Druck- und Zugfestigkeit verleihen. Die Isolierstäbe 3 sind direkt in die Kopfarmatur 6 und die Fussarmatur 7 oder indirekt mittels Befestigungsmitteln 12 an der Kopfarmatur 6 und der Fussarmatur 7 befestigt. Die Befestigung kann form- und/oder kraftschlüssig ausgeführt sein. In der beispielhaft gezeigten Ausführungsform des Kabelendverschlusses 0 sind zwölf Isolierstäbe 3 die Kopfarmatur 6 mit der Fussarmatur 7 verbindend vorgesehen, wobei der Durchmesser jedes Isolierstabes 3 etwa 12 mm beträgt.
Zur Herstellung des Isolierkörpers 2 wird zuerst die Befestigung der Isolierstäbe 3 an der Kopfarmatur 6 und an der Fussarmatur vorgenommen und dieser Aufbau mit dem Steuerkörper 16 in einer geeigneten Form mit dem Isoliermaterial des Isolierkörpers 2 gefüllt. Das Isoliermaterial bildet die isolierende Schicht des Isolierkörpers 2, wobei die Isolierstäbe 3 entsprechend vom Isoliermaterial umgeben und in den Isolierkörper 2 eingebettet ist. Der Kabelendverschluss 0 umfasst einen mechanisch stabilen Isolierkörper 2, als einteiliges und multifunktionales Verbundsystem, welcher durch die integrierten Isolierstäbe 3 gegen Zug-, Druckkräfte und Biegebeanspruchung abgestützt gehalten wird.
Die Bauform des Kabelendverschlusses 0 ist in vorteilhafter Weise konisch und zwar in diejenige Richtung ausgestaltet, in welche ein zunehmendes Widerstandsmoment erwünscht ist. Die konische Bauform des Isolierkörpers 2 bedingt eine gewinkelte Stellung der Isolierstäbe 3 mit einem Winkel kleiner als 90[deg.] zwischen Isolierstab 3 und dem Fussflansch 5 und einem Winkel grösser als 90[deg.] zwischen Isolierstab 3 und Kopfflansch 18.
Hinsichtlich Kurzschlusskräfte ist es durchaus realistisch, im Bereich der Kopfarmatur 6, Abstandhalter in Leichtbauweise zu setzen. Die vorliegende Konstruktion erlaubt durchaus eine gewisse, elastische Biegung des Kabelendverschlusses 0. Die Anzahl und die Verteilung der Isolierstäbe 3 entlang des Umfangs der Kopfarmatur 6 und entlang des Umfangs der Fussarmatur 7 ist derart zu wählen, dass ein Einbringen eines Kabels möglich ist. Das elastische Isoliermaterial kann dem eingeführten Kabel ausweichen, so dass ein Kabel aufgrund der Elastizität des Aufbaus aus Isoliermaterial mit eingebetteten Isolierstäben 3 durch den LeiteranschIussstutzen 17 in den Kabelendverschluss 0 einführbar ist.
Die Integration der Isolierstäbe 3 in das nichtleitende Isoliermaterial des Isolierkörpers 2 bewirkt eine mechanische Stabilisierung bei gleichzeitig bewahrter nötiger Elastizität des Isolierkörpers 2 zur Einbringung eines Kabels.
Beim Einbringen eines Kabels durch den Leiteranschlussstutzen 17, den Steuerkörper 16 in den Hohlraum 80 des Isolierkörpers 2 wird das Isoliermaterial und der Steuerkörper 16 elastisch deformiert, wobei auch die Isolierstäbe 3 innerhalb des Isoliermaterials mitbewegt werden. Durch dieses Verhalten ist eine bleibende mechanische Vorspannung auf die Fuge zwischen Leiter des Kabels und der Innenfläche 8 des Isolierkörpers 2 sichergestellt. Nachdem das Gleitfett in das Material eindiffundiert ist, entsteht eine zusätzliche Saughaftung zwischen Kabelendverschluss 0 und der Kabelisolation, was wiederum Teilentladungen entgegenwirkt.
Während des Einbringens des Kabels verhindert die Anwesenheit der Isolierstäbe 3 die Stauchung des Kabelendverschlusses 0. Nachdem das Kabel fertig montiert ist, bildet das System eine stabile armierte Einheit. Bei Biegebeanspruchung werden einige Isolierstäbe 3 auf Zug beansprucht, andere auf Druck. Die im Isolierkörper 2 aus Silikon auf die ganze Länge eingebetteten Isolierstäbe 3 können nur sehr schwerlich auslenken oder gar ausknicken und so bleibt auch während Biegebeanspruchungen die Vorspannung auf die Kabelisolation spaltfrei aufrechterhalten.
Fig. 2 zeigt einen Kabelendverschluss 0 mit linear verschobener Platzierung des Steuerkörpers 16 und des anvulkanisierten Deflektors 15 als vorgeschobene Steuerelektrode, eingebettet in das Isoliermaterial und zwar hinsichtlich der elektrischen Feldstärke- so angeordnet, dass nicht an dem, dem Kopfarmatur 6 zugewandten Ende des Deflektors 15 ein Durchschlag den Fussbrennpunkt eines Lichtbogens bildet.
Die Optimierung der auftretenden Feldstärke wird durch den Abschnitt x erreicht, wobei die Aufschiebekraft auf das eingeführte Kabel minimiert werden soll, damit im Bereich D quasi keine Vorspannung, oder gar Freistellung auftritt. Selbst bei einer Freistellung wäre die elektrische Überschlagsfestigkeit des Systems gewährleistet. Mindestens auf die Länge des Abschnittes x würde die Leitschicht des Kabels nicht abgeschält. Die Reduktion der Aufschiebekraft ist insbesondere bei hohen Spannungen mit langen Schlagweiten interessant. Im Bereich der Kopfarmatur 6 kann in einer bevorzugten Ausführungsform eine Feststoffisolierung vorgesehen sein, welche die Durchschlagsfestigkeit zusätzlich erhöht.
Bezugszeichenliste
<tb>0<sep>Kabelendverschluss
<tb>2<sep>Isolierkörper
<tb>10<sep>Schirmlippen
<tb>11<sep>Schirmradien
<tb>3<sep>Isolierstab/Stützmittel
<tb>12<sep>Befestigungsmittel
<tb>8<sep>Innenfläche
<tb>80<sep>Hohlraum
<tb>6<sep>Kopfarmatur
<tb>4<sep>Anschlusskopf
<tb>60<sep>Leiterbefestigung
<tb>14<sep>O-Ring
<tb>18<sep>Kopfflansch
<tb>7<sep>Fussarmatur
<tb>5<sep>Fussflansch
<tb>1<sep>Erddeflektor
<tb>9<sep>Einführbereich/Auflaufkurve
<tb>15<sep>anvulkanisierter Deflektor
<tb>16<sep>Steuerelement
<tb>17<sep>Leiteranschlussstutzen
<tb>D<sep>Bereich
<tb>X<sep>Abschnitt