КОНЦЕВАЯ ЗАДЕЛКА КАБЕЛЯ Российский патент 2005 года по МПК H02G15/06 

В соответствии с преамбулой основного пункта формулы изобретения настоящее изобретение относится к наружной концевой заделке высоковольтного кабеля.

В настоящее время известны различные конструкции концевых заделок. В известных конструкциях использованы фарфоровые изоляторы и масло или другое химическое вещество. Недостатком таких концевых заделок является то, что механически они не очень прочны и не долго отвечают современным требованиям, предъявляемым к таким устройствам по защите окружающей среды в отношении потенциальной утечки вещества. Концевая заделка кабеля без заливки маслом описана в ЕР 667665 В1. Специальным элементом концевой заделки, описанной в указанном документе, является жесткий проводящий элемент, который предназначен для восприятия поперечных усилий. Рассеивание воспринимаемой силы осуществляют от места подвязки контактного провода через жесткий проводящий элемент, у которого регулируется электрическое поле и имеющий изоляционное устройство с несущей конструкцией. На поверхности концевой заделки кабеля, в частности, в области жесткого проводящего элемента отсутствует регулирующее распределение электрического поля покрытие.

Задачей настоящего изобретения является получение концевой заделки кабеля, предпочтительно концевой заделки высоковольтного наружного кабеля, которая была бы не дорога в производстве, была механически прочной и надежно электрически регулируемой.

Эту задачу решают посредством признаков, указанных в основном пункте формулы изобретения. Дополнительные варианты осуществления становятся очевидными из зависимых пунктов формулы изобретения.

Концевая заделка кабеля поддерживается на одном конце фитинга опоры предпочтительно путем крепления к поперечному элементу. Средства для крепления кабеля предусмотрены на фитинге опоры с электрическим каналом внутри концевой заделки кабеля. На верхнем фитинге расположены средства для фиксации электрического провода с каналом; имеются средства для электрического соединения оплетки (оболочки) кабеля с электрическим потенциалом Земли, а средства для регулирования распределения электрического поля и изоляции расположены у соединений в местах перехода неравномерного электрического потенциала на конце кабеля.

Изоляционное тело, как правило, несет на своей поверхности эластомерный материал (предпочтительно кремнийорганический каучук) с ребристой поверхностью (пластины юбки изолятора). Длина и особенно диаметр изоляционного тела должны быть выбраны так, чтобы при полном рабочем электрическом напряжении были удовлетворены требования, предъявляемые к изоляции, чтобы не образовывалась электрическая дуга в атмосфере. Это требование может быть удовлетворено, если поверхность изоляционного тела покрыта слоем регулирования распределения потенциалозависимого электрического поля. Диаметр изоляционного тела может в этом случае оставаться достаточно небольшим. Слой регулирования распределения электрического поля образован на основе микроваристоров, предпочтительно цинкооксидных микроваристоров (WO 9726693 A1). В предпочтительном варианте осуществления цинкооксидные варисторы представляют собой композицию керамических частиц оксида цинка, составляющих 60-75 масс.%, внедренных в полимерную матрицу. Частицы оксида цинка на 10% легированы смесью оксидов Bi, Cr, Sb, Co, Mn и другими возможными элементами в меньших количествах. Полимерная композиция может быть кремнийорганическим каучуком или полиэтиленом в зависимости от материала основы несущей подложки. В настоящем случае слой, образующий слой регулирования распределения электрического поля, образован внутри оболочки, сконструированной с пластинами юбки изолятора изоляционного тела. Этот слой в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает возможность изменения профиля распределения потенциала так, чтобы силовые линии смещались более к верхнему концу концевой заделки, приводя в результате к изменению распределения электрического поля, с возможностью предотвращения образования пиков или перенапряжений в месте соединения провода кабеля. Эффект, получаемый от слоя регулирования распределения потенциалозависимого электрического поля, подробно описан в журнале Electrizitatswirtschaft, vol.99 (2000), рр.68-73.

Изоляционное тело прикреплено к фитингу опоры. Этот вид крепления соответствует предшествующему уровню техники (ЕР 667665 В1). Используют обычные средства электрического соединения экранирующей оболочки кабеля с электрическим потенциалом земли и средства регулирования распределения электрического поля (тело регулирования распределения электрического поля) и изоляцию в местах перехода неравномерного потенциала на конце кабеля. Важно, чтобы при креплении к фитингу опоры, зазоры, существующие между концом кабеля и элементами регулирования распределения электрического поля и изоляционными элементами, были закрыты путем механического прижима к фитингу опоры.

Электрический канал, образованный в виде трубки или стержня, соединен с проводом кабеля посредством контактных элементов, и электрический канал, изоляционное тело и верхний фитинг образуют один сборочный узел. Электрический канал с контактными элементами, изоляционное тело и верхний фитинг изготовлены отдельно. Верхний фитинг по существу состоит из переходной проводящей пластины и проводящей соединительной детали, которая может иметь резьбу для крепления подвешивающего средства. Электрический канал предпочтительно закреплен внутри переходной пластины посредством сварки (или посредством другого прочного механического соединения). Изоляционное тело, образованное из изоляционного материала, прочно приклеено к верхнему фитингу. С помощью крана полученный в результате узел поднимают за подвешивающее средство в установочное положение и опускают на подготовленную нижнюю часть концевой заделки. Размеры деталей в нижней области конструкции, которая образует узел, таковы, что когда они соединены вместе, они скользят, самоустанавливаясь в базовой конструкции на фитинге опоры.

Предпочтительно, чтобы контактный держатель на проводе кабеля был закреплен винтами. Контакт в виде штекерного соединения для электрического канала образован посредством контактных пластинок. Штекерное соединение не предназначено для восприятии сил на концевой заделке. В предлагаемом устройстве изоляционное тело, следовательно, имеет такую конструкцию и размеры, которые позволяют воспринимать все механические нагрузки, а штекерное соединение не подвержено воздействию механических напряжений. Считается, что типовое значение поперечной нагрузки составляет 5 кН, так что механическая конструкция должна иметь такие размеры, чтобы соответствовать этому параметру.

Изоляционное тело изготовлено из литьевой смолы или другого пригодного материала. Оно может быть армировано, например, стекловолокнами. От нижнего края до уровня контактных элементов изоляционное тело полностью наполнено материалом. Внутри изоляционного тела предпочтительно образована полость. Поперечное сечение полости (коэффициент заполнения) может линейно или криволинейно уменьшаться в виде раструба по направлению к верхнему фитингу. Создание полости обеспечивает уменьшение массы, однако степень уменьшения толщины стенки должна быть такой, чтобы конструкция могла воспринимать изгибающие усилия. В предпочтительной конструкции на внутреннюю поверхность полости нанесено проводящее покрытие.

Основными технологическими операциями сборки устройства, соответствующего настоящему изобретению, являются подготовка конца кабеля, подрезка и обнажение провода кабеля, монтаж контактного держателя на провод кабеля, крепление базовой конструкции к фитингу опоры, подъем краном собранного узла, содержащего изоляционное тело, верхний фитинг и электрический канал, опускание собранного узла на базовую конструкцию, прикрепленную к фитингу опоры, самоустановка деталей, крепление и зажим собранного узла к фитингу опоры, крепление провода контактной линии посредством вспомогательного прижима к верхнему фитингу.

Варианты осуществления наружной концевой заделки кабеля иллюстрируются на чертежах, на которых

Фиг.1 - иллюстрация первого варианта осуществления концевой заделки постоянного внешнего диаметра;

Фиг.2 - иллюстрация другого варианта осуществления концевой заделки ступенчатого внешнего диаметра;

Фиг.3А и 3В - иллюстрация варианта осуществления, имеющего разные внешние контуры, и

Фиг.4 - иллюстрации двух вариантов осуществления фланца.

В качестве примера концевая заделка кабеля, соответствующая настоящему изобретению, для номинального электрического напряжения 145 кВ и имеющая поперечное сечение провода, составляющее 1200 мм², состоит из изоляционного тела 50, полученного предпочтительно из литьевой смолы, имеющего внутреннюю полость 56. Как показано в нижней области чертежа фиг 1, на конце сердечника 16 жил провода кабеля (провод 14 и изоляция 15) конструкция элементов 36 регулировки распределения электрического поля и изоляционных элементов 51 является конструкцией, которая известна специалистам в этой области техники.

Высоковольтный кабель 10 введен в нижнюю область наружной концевой заделки 8. Провода кабеля 10 через экранирующую проволочную оболочку 11 находятся в электрическом контактном взаимодействии с фланцем 20' части 20 опоры, который поддерживается посредством изоляторов 21 на поперечном элементе мачты.

Как показано на фиг.1, диаметр элемента изоляционного тела 50 поддерживается минимальным по всей его длине и, в частности, в нижней области (смотри также ссылочный номер 53 на фиг.3), при использовании слоя 64 регулирования распределения потенциалозависимого электрического поля. Слой регулирования распределения потенциалозависимого электрического поля проходит по всей длине изоляционного тела от точки заземления (электрического потенциала Земли) до места приложения высоковольтного потенциала. Для обеспечения оптимального эффекта регулирования распределения электрического поля толщина слоя может изменяться. Тем не менее напряженность внешнего поля во всех рабочих состояниях находится ниже критических значений.

Как указано выше, слой, содержащий цинкооксидные микроваристоры, может быть внедрен в кремнийорганический материал или в вещество (например, полиэтилен), совместимое с материалом изоляционного тела. Слой регулирования распределения электрического поля расположен на внутренней поверхности изоляционного тела, а пластины юбки изолятора расположены на слое регулировки распределения электрического поля.

Изоляционное тело 50 может состоять из двух частей (51', 51''), склеенных друг с другом и имеющих различные качества материала, поскольку нижняя часть 51'' (крепящаяся к фитингу опоры на уровне контактного элемента на проводе кабеля), не покрытая пластинами юбки изолятора, подвержена агрессивному воздействию внешней окружающей среды и должна быть пригодной для использования на открытом воздухе. Верхняя часть 51' может состоять из простого материала, поскольку эта область находится в какой-либо оболочке, покрытой пластинами 62 юбки изолятора. Для варианта осуществления с пластинами 62.1 юбки изолятора до фитинга опоры также имеется аналогичное внешнее защитное покрытие, так что для этой области также может быть использован элементарный материал изоляционного тела.

Внешний контур 59 изоляционного тела предпочтительно является цилиндрическим по всей длине. В зависимости от конструкции и качества слоя 64 регулирования распределения электрического поля изоляционное тело может иметь разные диаметры в верхней и в нижней его части (больший - в нижней части, уменьшающийся в верхней части с коническим переходом между ними)(смотри фиг.2 и фиг.3). Внешняя поверхность наружной концевой заделки 8 кабеля покрыта пластинами 62 юбки изолятора из RTV-кремнийорганического каучука или LSR-кремнийорганического каучука. Внутренняя поверхность 54 по полости 56 может быть выполнена проводящей. Это может быть получено путем нанесения проводящего лака, проводящего плазменного покрытия, металлической фольги (металлического листа), металлизации или путем внедрения металлической ткани в смолу. Поверхность 54 имеет высоковольтный потенциал. Преимущество такой конструкции заключается в том, что даже в том случае, если в полости имеет место конденсация воды, то сохраняется электробезопасность, поскольку условия электрического поля при имеющемся высоковольтном потенциале являются однородными.

Контактный держатель, внедренный в литьевую смолу изоляционного тела 50, содержит торцовый контакт 30 на нижнем конце и токонесущую трубку 32. Трубка идет к верхнему фитингу 70 и закреплена в нем. Механически и электрически уплотненная концевая защита 71 смонтирована в верхней области концевой заделки кабеля.

Соединение провода 14 кабеля и электрического канала в виде трубки 32 расположено на переходе от цельного основного корпуса в нижней области 53 к полости. Соединитель 30 зажимает (фиксирует) обнаженный провод кабеля в нижней части. Прохождение электрического тока из провода 14 кабеля в трубку 32 обеспечивается посредством контактного держателя 17. Предпочтительно, чтобы поддающиеся смещению контактные или зажимные элементы были предусмотрены для этой цели между проводом кабеля и электрическим каналом. Переход между соединителем 30 и контактными пластинками 42 может быть уплотнен посредством уплотнительного кольца.

Тело 33 регулирования распределения электрического поля образовано из кремнийорганического каучука и расположено со своим элементом 36 регулирования распределения электрического поля на переходной области от изоляции 15 провода к концу полупроводящего слоя. Преимущество устройства, соответствующего настоящему изобретению, заключается в конструкции изоляционного тела 50 с цилиндрическим внешним профилем 59. В своей верхней области изоляционное тело по всей его длине имеет постоянный внешний диаметр. В нижней области 51 оно вмещает тело 33 регулирования распределения электрического поля и соединено винтами с плоским основанием 20 (фланцем). В верхней области изоляционного тела в нем образована полость 56, внутренняя поверхность тела 50 в которой является электропроводящей. В полость имеется возможность доступа воздуха.

В нижней части изоляционное тело 50 соединено винтами с плоским основанием или фланцем 20 на несущей раме 29 (например, с поперечным элементом на изоляционных стойках 21). В альтернативном варианте осуществления нижняя область изоляционного тела может быть образована в виде литого элемента, который может быть вставлен во фланец, будучи плотно пригнанным в нем.

На фиг.3В иллюстрируется изоляционный элемент с выпуклым утолщением в нижней области 53. Металлическое кольцо 26, используемое для заземления, может оставаться в этой конструкции без изменения его диаметра. В выпуклой части области 53 могут быть предусмотрены пластины 62.1 (62.2) юбки изолятора.

На фиг.4А и фиг.4В иллюстрируются различные конфигурации фланца. Крепление изоляционного тела к фланцу осуществляется посредством нескольких винтовых соединений 23 (фиг.2 и фиг.3). Путем затягивания винтов указанный собранный узел смещается пружинными элементами 44 (см. фиг.3), так что зазоры, имеющиеся в области тела регулирования распределения электрического поля, полностью закрываются. Ссылочным номером 24 (фиг.3) указано проводящее соединение поверхности изоляционного тела с заземлением на поперечном элементе 29. Металлическое кольцо 26 (см. фиг.3) смонтировано на опоре изоляционного тела и приведено в контактное взаимодействие с проводящим соединением 24 посредством винта.

ССЫЛОЧНЫЕ НОМЕРА

8 - Концевая заделка (кабеля)

10 - Высоковольтный кабель

11 - Экранирующая проволочная оболочка кабеля

12 - Провод кабеля

14 - Изоляция провода

15 - Полупроводящий слой на изоляции кабеля

16 - Сердечник жил кабеля

17 - Контактный держатель (зажимной элемент на проводе кабеля)

18 - Крепление кабеля к фитингу опоры

20, 20', 20'' - Фитинг (фланец) опоры

21 - Изолятор

23 - Винтовое соединение изоляционного тела

24 - Соединение с заземлением

26 - Металлическое кольцо (контакт между внешним полупроводящим слоем и электрическим потенциалом Земли)

29 - Поперечный элемент

30 - Соединитель (штекерный соединитель)

32 - Электропроводный стержень или трубка

33 - Тело регулирования распределения электрического поля

36 - Элемент (раструб) регулирования распределения электрического поля

42 - Контактные пластинки

44 - Пружинные элементы

50 - Изоляционное тело

51', 51'' - Верхняя часть/нижняя часть изоляционного тела

53 - Нижняя область изоляционного тела

54 - Внутренняя поверхность изоляционного тела

56 - Полость

59 - Внешний контур

62 - Пластины юбки изолятора

62.1 - Юбки изолятора в нижней области (фиг.3)

62.2 - Юбки изолятора в средней части (фиг.3)

64 - Полупроводящий слой - внешний

65 - Соединение полупроводящего слоя с заземлением

70 - Верхний фитинг

71 - Концевая защита

72 - Крепление провода

Настоящее изобретение относится к наружной концевой заделке кабеля, которая смонтирована на одной стороне. Крепежные средства предназначены для крепления кабеля на фитингах опоры. Электрический канал расположен внутри концевой заделки. Кроме того, предусмотрены обычные средства для электрического соединения экранирующей оболочки с электрическим потенциалом Земли и средства для регулирования распределения электрического поля и переходы неравномерного потенциала на конце кабеля. Электрический канал, который выполнен в виде трубки или штыря, соединен с проводом кабеля посредством контактных элементов. Канал, изоляционное тело и верхний фитинг образуют сборочный узел. Поверхность концевой заделки покрыта слоем регулирования распределения потенциалозависимого электрического поля. Изобретение обеспечивает создание механически прочной, надежной и недорогой в производстве концевой заделки кабеля. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Концевая заделка (8) кабеля, в частности, наружная концевая заделка электрического кабеля (10), имеющего провод (14) кабеля, изоляцию (15), полупроводящий слой и экранирующую оболочку (11), причем концевая заделка (8) опирается на один конец фитинга (20) опоры и содержит крепежные средства (18) на фитинге (20) опоры, предназначенные для крепления кабеля (10), электрический канал (32) внутри концевой заделки (8), верхний фитинг (70), предназначенный для крепления электрического провода с электрическим каналом (32), средства для электрического соединения экранирующей оболочки (11) кабеля с электрическим потенциалом Земли, элементы регулирования распределения потенциалозависимого электрического поля, изоляционное тело (50) и крепежные средства (23), предназначенные для крепления изоляционного тела (50) к фитингу (20), при этом электрический канал (32) соединен посредством контактных элементов (17, 30) с проводом (14) кабеля, отличающаяся тем, что контактные элементы (17, 30) выполнены в виде зажимных элементов (клемм), изоляционное тело (50) между областью крепежных средств (23) у фитинга (20) опоры и контактными элементами (17) наполнено материалом и наполнение уменьшается по направлению к верхнему фитингу (70) с образованием внутренней полости (56), причем изоляционное тело (50) образовано с возможностью восприятия механических напряжений на концевой заделке (8) кабеля, а поверхность изоляционного тела (50) покрыта слоем (64) регулирования распределения потенциалозависимого электрического поля.2. Концевая заделка кабеля по п.1, отличающаяся тем, что слой (64) регулирования распределения электрического поля образован на основе микроваристоров.3. Концевая заделка кабеля по п.2, отличающаяся тем, что в качестве микроваристоров использованы цинкооксидные микроваристоры.4. Концевая заделка кабеля по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что слой (64) регулирования распределения электрического поля проходит по всей длине изоляционного тела (50).5. Концевая заделка кабеля по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность (54) полости (56) имеет проводящее покрытие.6. Концевая заделка кабеля по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что изоляционное тело (50) получено из литьевой смолы.7. Концевая заделка кабеля по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что электрический канал (32) выполнен в виде трубки.8. Концевая заделка кабеля по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что контактные элементы (17) на проводе (14) кабеля являются контактными пластинками.