КАБЕЛЬНАЯ АРМАТУРА ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО КАБЕЛЯ С ВЫСОКОВОЛЬТНЫМ КОМПОНЕНТОМ ИЛИ ДРУГИМ ВЫСОКОВОЛЬТНЫМ КАБЕЛЕМ Российский патент 2019 года по МПК H02G15/72 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к кабельной арматуре для соединения высоковольтного кабеля с высоковольтным компонентом, таким как компонент, относящийся к МПК H02G15. Такая кабельная арматура обычно выполнена как оконечное устройство кабеля, например, оконечное устройство высоковольтного кабеля наружной прокладки для применения в диапазоне напряжений от 52 кВ до 1100 кВ. Оконечное устройство кабеля также может быть выполнено как оконечное устройство высоковольтного кабеля внутренней прокладки, обычно для трансформатора или для высоковольтного компонента распределительного устройства с газовой изоляцией. В качестве альтернативы, кабельная арматура может быть выполнена в виде соединения высоковольтного кабеля, используемого для соединения двух высоковольтных кабелей.

В общем, высокое напряжение может составлять, по меньшей мере, от 1 кВ до 1200 кВ и выше.

Уровень техники

Известные оконечные устройства высоковольтных кабелей и соединения кабелей обычно содержат жесткий центральный изолятор и электроизоляционный эластомерный выравнивающий элемент, соосно расположенный вокруг продольной оси и соответствующий жесткому центральному изолятору с помощью конической границы раздела, выровненной по оси токовой цепи. Токовая цепь соединяет проводник кабеля, который закрыт в изоляции кабеля, с высоковольтным токовым выводом, расположенным в жестком центральном изоляторе. Такое устройство описано в документе EP 0731994 B2. При работе высоковольтного компонента токовая цепь по существу непрерывно проводит номинальный ток.

Жесткий центральный изолятор может быть выполнен в виде конденсатора тонкого выравнивания с некоторым количеством концентрических электропроводящих слоев выравнивания поля, расположенных вокруг токовой цепи и встроенных в изолирующий материал, как описано в документе DE 19945148 A1. Такие слои выравнивания поля обычно выполнены так, что по меньшей мере два электропроводящих алюминиевых слоя выравнивания поля вставлены между соседними разделительными слоями в ходе процесса намотки на сердечник конденсатора. В частности, жесткий центральный изолятор может быть выполнен по технологии с использованием пропитанной смолой изоляционной бумаги, которую используют в качестве листового разделительного материала. После завершения процесса намотки основной элемент конденсатора пропитывают эпоксидной смолой, после чего следует процесс затвердевания/выдержки.

Кроме того, в случае ввода кабеля этот кабель прикрепляют к части основания оконечного устройства, например, к фланцу с помощью зажима кабеля, и вводят во внутреннюю часть оконечного устройства через выравнивающий элемент, например, выравнивающий конус. Функция выравнивающего элемента заключается в том, чтобы обеспечить плавный переход от поля с очень высоким напряжением в электрической изоляции кабеля к гораздо более слабому электрическому полю внутри оконечного устройства.

В основном известны два подхода к проектированию границы раздела. Первый подход основан на так называемой концепции внутреннего конуса, когда жесткий центральный изолятор имеет конический участок, который направлен по радиусу внутрь относительно продольной оси, определенной общей вытянутой формой жесткого центрального изолятора. Выравнивающий элемент имеет конический оболочечный участок, который направлен по радиусу наружу и соответствует форме конического участка жесткого центрального изолятора, так что образуется граница раздела. Второй подход основан на так называемой концепции внешнего конуса, когда жесткий центральный изолятор имеет конический участок, который направлен по радиусу наружу относительно продольной оси, а выравнивающий элемент имеет конический оболочечный участок, который направлен по радиусу внутрь и соответствует форме конического участка жесткого центрального изолятора, так что также образуется граница раздела. В документе EP 0731994 B2 представлен второй подход. В обоих подходах жесткий центральный изолятор обычно содержит смолу на эпоксидной основе или аналогичный негибкий жесткий материал, а выравнивающий элемент обычно выполнен из гибких, упругих, эластомерных материалов.

Оба подхода к проектированию схожи в том, что качество соответствия границы раздела должно быть превосходным, чтобы между выравнивающим элементом и коническим участком жесткого центрального изолятора не образовывалось никаких пустот. Это объясняется тем, что такие пустоты способствуют возникновению диэлектрического пробоя вдоль границы раздела между жестким изоляционным элементом и эластомерным выравнивающим элементом. Чтобы избежать образования пустот на границе раздела, выравнивающий элемент должен оказывать большое давление на поверхность жесткого центрального изолятора. Такое давление вынуждает упругий материал выравнивающего элемента заполнять все неравномерности поверхности жесткого центрального изолятора. Также давление требуется на границе раздела между внутренней поверхностью выравнивающего элемента и внешней поверхностью изоляции кабеля, входящего в кабельную арматуру.

Первый подход к проектированию обладает следующим достоинством перед вторым подходом: легче обеспечивать большое и равномерное давление для обеих рассмотренных выше границ раздела путем использования выравнивающего элемента, выполненного из мягкого эластомерного материала, и прикладывания силы, вдавливающей этот материал в пространство между кабелем и отверстием внутреннего конуса в жестком центральном изоляторе. Тем не менее, особенно когда используется конденсатор тонкого выравнивания, диаметр высоковольтного обычно самого внутреннего слоя выравнивания поля должен быть больше внешнего диаметра изоляции кабеля, что приводит к большому общему диаметру жесткого центрального изолятора. С другой стороны, при втором подходе кабельная арматура обладает меньшим диаметром жесткого центрального изолятора по сравнению с кабельной арматурой первого подхода для аналогичных электрических условий, так как второй подход позволяет расположить самый внутренний слой выравнивания поля ближе к проводнику. Недостаток второго подхода заключается в том, что нужное давление, прикладываемое выравнивающим элементом к жесткому центральному изолятору, приводит к сравнительно объемной кабельной арматуре с относительно большим общим диаметром.

Задачей изобретения является разработка кабельной арматуры в соответствии со вторым подходом к проектированию, которая позволит достигнуть нужного минимального давления на границе раздела при сохранении компактного общего диаметра.

Изоляционная втулка для конического гнезда разъема описана в US2012/071014.

Раскрытие изобретения

В самом общем варианте осуществления изобретения в высоковольтной кабельной арматуре высококачественная граница раздела получается благодаря тому, что высоковольтная кабельная арматура содержит жесткий центральный изолятор, имеющий полость для расположения штатного проводника. Жесткий центральный изолятор содержит первую коническую внешнюю поверхность, концентрически проходящую вокруг продольной оси, определенной общей вытянутой формой высоковольтной арматуры. Кабельная арматура дополнительно содержит эластомерный выравнивающий элемент, имеющий первую коническую внутреннюю поверхность, соответствующую указанной первой конической внешней поверхности вдоль заранее заданной длины по границе раздела, а также жесткий элемент, выполненный с возможностью прижатия эластомерного выравнивающего элемента к границе раздела. Термин «жесткий» понимается как недеформируемый при сравнении с эластомерным выравнивающим элементом, который является упругим и деформируемым. Выравнивающий элемент может быть так называемым выравнивающим конусом, но при этом следует понимать, что его форма ограничена только формой конуса. Термин «коническая поверхность» следует понимать как по существу коническую, то есть не цилиндрическую с постоянным диаметром по всей длине в области границы раздела.

В заданной на границе раздела кольцевой зоне в несобранном состоянии высоковольтной кабельной арматуры диаметр первой конической внутренней поверхности меньше диаметра первой конической внешней поверхности. Термин «в заданной кольцевой зоне» следует понимать, как «в любой кольцевой области, проходящей по окружности вокруг продольной оси в любом месте в направлении продольной оси». В процессе сборки кабельной арматуры на кабеле выравнивающий элемент насаживают с давлением на жесткий центральный изолятор, так что в собранном состоянии выравнивающий элемент расширяется по окружности, что, в свою очередь, вызывает радиально сжимающее напряжение и, следовательно, прикладывает первую радиально сжимающую силу к конденсатору в каждой заданной кольцевой зоне.

Жесткий элемент содержит по меньшей мере один проходящий по окружности вокруг продольной оси участок увеличения давления, в собранном состоянии кабельной арматуры обеспечивающий создание дополнительного осевого растягивающего напряжения во втулочном участке выравнивающего элемента, продолжающем первую коническую внешнюю поверхность жесткого центрального изолятора. В зависимости от варианта осуществления изобретения, жесткий элемент может быть закрытым чашеобразным корпусом/кожухом, или клеточной конструкцией или, например, конструкцией типа корзины.

Участок увеличения давления обеспечивает создание дополнительного осевого растягивающего напряжения в выравнивающем элементе. Это дополнительное осевое растягивание приводит к возникновению второй радиальной сжимающей силы, действующей на жесткий центральный изолятор в заданной кольцевой зоне на границе раздела в собранном состоянии высоковольтной кабельной арматуры. Участок увеличения давления и осевое растягивающее напряжение в выравнивающем элементе согласованы так, что они порождают желаемую, заранее заданную вторую радиально сжимающую силу. Заранее заданная вторая радиальная сжимающая сила такова, что добавленная к первой радиально сжимающей силе она создает некоторое общее давление, которое оказывает выравнивающий элемент на жесткий центральный изолятор на границе раздела и которое превышает 0,1 МПа, предпочтительно, больше 0,3 Мпа, с целью противостояния требуемым электрическим полям. Таким образом, поддержание необходимого давления между жестким центральным изолятором и выравнивающим элементом позволяет проектировать эти части для сравнительно сильного поля при заданном напряжении со сравнительно малым размером в отношении габаритов.

Подводя итог, наличие не только первой радиально сжимающей силы, но также дополнительной второй радиально сжимающей силы обеспечивает создание надежного постоянного давления на жесткий центральный изолятор и, следовательно, улучшение качества границы раздела по сравнению с известными кабельными арматурами.

Предпочтительно что выравнивающий элемент имеет чашеобразную форму, отверстие, образованное первой конической внутренней поверхностью, кольцевой буртик, направленный по радиусу наружу, и первую торцевую поверхность, расположенную у входа в указанное отверстие. При этом внутренний контур жесткого элемента приспособлен для приема выравнивающего элемента, а участок увеличения давления расположен на указанном внутреннем контуре с возможностью взаимодействия с указанным кольцевым буртиком, так что в собранном состоянии кабельной арматуры во втулочном участке выравнивающего элемента, продолжающем первую коническую внешнюю поверхность жесткого центрального изолятора, действует дополнительное осевое растягивающее напряжение.

Технический эффект, связанный с указанным участком увеличения давления, заключается в том, что он тянет буртик в направлении продольной оси, в результате чего радиально наружный контур выравнивающего элемента перемещается в направлении продольной оси относительно первой конической внутренней поверхности, что приводит к дополнительному удлинению во втулочной области выравнивающего элемента. Дополнительное удлинение во втулочном участке приводит к дополнительному осевому напряжению и, следовательно, к склонности к радиальному сжатию выравнивающего элемента относительно продольной оси. Склонность к радиальному сжатию, которое действует на первую внешнюю коническую поверхность жесткого центрального изолятора, вызывает желаемую вторую радиальную сжимающую силу. В результате на границе раздела выравнивающего элемента и жесткого центрального изолятора при малом внешнем диаметре выравнивающего элемента может быть получено достаточно высокое давление, следовательно, в заданной кольцевой зоне диаметр поверхности выравнивающего элемента в несобранном состоянии кабельной арматуры больше по сравнению с указанным диаметном в собранном состоянии кабельной арматуры.

В случае, когда первая торцевая поверхность буртика опирается о жесткую сопряженную поверхность, например, фланец или подобное, необходимо обратить внимание на то, чтобы форма и размеры участка увеличения давления были согласованы с толщиной буртика в направлении продольной оси, чтобы не повредить буртик, а только оказывать на него достаточное давление для вытягивания в осевом направлении, вызывая тем самым дополнительное осевое растягивающее напряжение, которое преобразуется в желаемую вторую сжимающую силу, действующую на границу раздела. Таким образом, желательно, чтобы минимальный зазор между жесткой сопряженной поверхностью и участком увеличения давления составлял не менее одной трети от минимальной толщины стенки втулочного участка выравнивающего элемента.

Если допуски по размерам выравнивающего элемента сильно изменяются, или если присутствуют большие различия коэффициентов теплового расширения жесткого центрального изолятора, выравнивающего элемента и жесткого элемента, то может быть целесообразным придание внутреннему контуру жесткого элемента такой формы, чтобы присутствовал кольцевой первый зазор между боковой поверхностью оболочки выравнивающего элемента и внутренним контуром жесткого элемента и/или кольцевой второй зазор между буртиком выравнивающего элемента и внутренним контуром жесткого элемента. Указанный первый зазор помогает приспособиться к изменениям размеров, вызванным изменяющимися допусками, или тепловым расширением, или сокращением компонентов кабельной арматуры.

Если жесткий элемент кабельной арматуры содержит внутренний контур, который направлен к выравнивающему элементу, а участок увеличения давления содержит несколько ступенчатых выступов, которые расположены на указанном внутреннем контуре, по меньшей мере, в области, направленной к первой конической внешней поверхности, где желательна вторая сжимающая сила, то получается более совершенный выравнивающий элемент. Несколько ступенчатых выступов наклонены относительно продольной оси на некоторый угол. Выравнивающий элемент имеет чашеобразную форму и отверстие, образованное первой конической внутренней поверхностью, и первую торцевую поверхность, расположенную у входа в указанное отверстие. Выравнивающий элемент содержит внешний контур, который направлен к жесткому элементу, и содержит несколько противоположных выступов для взаимодействия со ступенчатыми выступами жесткого элемента, так что во втулочном участке выравнивающего элемента в собранном состоянии кабельной арматуры возникает дополнительное осевое растягивающее напряжение.

Технический эффект, связанный с участком увеличения давления, действующим на противоположные выступы выравнивающего элемента, заключается в том, что этот участок способствует вытягиванию внешнего контура выравнивающего элемента, чтобы он переместился в направлении продольной оси относительно первой конической внутренней поверхности в собранном состоянии кабельной арматуры, что приводит к дополнительному удлинению во втулочной области выравнивающего элемента. Дополнительное осевое удлинение во втулочном участке приводит к дополнительному осевому напряжению и, следовательно, к склонности к радиальному сжатию выравнивающего элемента относительно продольной оси. Склонность к радиальному сжатию, которое действует на первую внешнюю коническую поверхность жесткого центрального изолятора, вызывает желаемую вторую радиальную сжимающую силу. Необходимо обратить внимание на то, чтобы поверхность контакта выступа и противоположного выступа были спроектированы так и имели такие размеры, чтобы с учетом упругости выравнивающего элемента осевая сила и, следовательно, осевое давление жесткого элемента, действующее на выравнивающий элемент, не приводили бы к местному повреждению противоположных выступов выравнивающего элемента. Предпочтительно, чтобы минимальная поверхность контакта составляла примерно 25% общей поверхности противоположного выступа выравнивающего элемента.

В вариантах осуществления изобретения, в которых отсутствует радиальное перемещение или, по меньшей мере, оно очень мало в процессе сборки при посадке с давлением выравнивающего элемента на жесткий центральный изолятор и при работе кабельной арматуры из-за теплового расширения или сокращения компонентов кабельной арматуры, целесообразно, чтобы угол наклона ступенчатых выступов составлял примерно 90°.

Предпочтительно между каждым из выступов и противоположных выступов расположено опорное кольцо. Эти опорные кольца являются жесткими и механически прочными, например, выполненными из металла. При необходимости между торцевыми поверхностями опорных колец и их соответствующими выступами может быть введена подходящая смазка, например, силиконовая, что способствует минимизации трения. Таким образом, когда компоненты кабельной арматуры расширяются или сокращаются из-за изменения температуры при работе, опорные кольца будут перемещаться относительно жесткого элемента, а эластомерному выравнивающему элементу не требуется перемещаться относительно разделителей. Это позволяет исключить местные повреждения в противоположных выступах выравнивающего элемента, которые могут быть вызваны трением жесткого элемента о выступы.

Удовлетворительные значения второй радиальной сжимающей силы достигаются с помощью ограниченного осевого расширяющего напряжения выравнивающего элемента, если угол наклона ступенчатых выступов находится в диапазоне от 30 до 80° относительно продольной оси.

В этом варианте осуществления изобретения сила, действующая у сцепленных поверхностей, то есть у выступов и противоположных выступов, действует под углом и, следовательно, содержит как осевой, так и радиальный компоненты. Осевой компонент силы сохраняет положение эластомерного элемента и вызает в эластомерном выравнивающем элементе осевое растягивающее напряжение. Радиальный компонент силы напрямую создает дополнительное давление на границе раздела. Внешние диаметры эластомерного выравнивающего элемента могут быть дополнительно минимизированы.

Кроме того, такой вариант осуществления изобретения также позволяет реализовать еще более совершенный вариант выполнения кабельной арматуры, в котором углы наклона могут быть разными для каждой ступеньки, чтобы предоставить сравнительно большую свободу при проектировании и, при необходимости, достаточный диапазон настройки и оптимизации.

В ситуациях, когда существует потребность в еще больших значениях второй радиально сжимающей силы, кабельная арматура может быть выполнена так, что участок увеличения давления является элементом оказания давления в виде втулки, расположенный между выравнивающим элементом и жестким элементом. Элемент оказания давления имеет вторую коническую внутреннюю поверхность, которая соответствует второй конической внешней поверхности выравнивающего элемента по меньшей мере в области, направленной к первой конической внешней поверхности. Между торцевой поверхностью элемента оказания давления и жестким элементом установлена система сжатия, выполненная с возможностью приложения осевой силы к элементу оказания давления в собранном состоянии кабельной арматуры, так что в собранном состоянии кабельной арматуры во втулочном участке выравнивающего элемента действует дополнительное осевое растягивающее напряжение. Дополнительное осевое растягивающее напряжение во втулочном участке приводит к удлинению выравнивающего элемента и, следовательно, к склонности к радиальному сжатию относительно продольной оси и, таким образом, к желательной второй сжимающей силе.

Угол раскрытия второй конической внутренней поверхности элемента оказания давления больше угла раскрытия первой конической внешней поверхности. Давление на границе раздела вызывается не только кольцевым упругим растяжением выравнивающего элемента, посаженного с натягом на жесткий центральный изолятор, и второй радиально сжимающей силой, вызванной осевым растяжением выравнивающего элемента за счет действия элемента оказания давления, но также четвертой радиально сжимающей силой, вызванной радиальным сжатием выравнивающего элемента элементом оказания давления, который толкает система сжатия. Достоинство этого варианта осуществления изобретения состоит в том, что четвертая радиально сжимающая сила может быть отрегулирована до нужного значения путем выбора системы сжатия, которая вызывает требуемую осевую силу. Тепловое расширение жесткого центрального изолятора и эластомерного выравнивающего элемента поглощается осевым перемещением элемента оказания давления в сторону противодействия силе со стороны системы сжатия.

Система сжатия может содержать несколько пружин сжатия, например, винтовых, которые расположены с регулярным интервалом вокруг продольной оси. В качестве альтернативы, может быть использован кольцевой упругий элемент, выполненный из материалаболее твердого, чем материал выравнивающего элемента.

В частности, когда кабельная арматура выполнена в виде кабельного оконечного устройства, например, такой механической конструкции, как корпус, кабельная арматура может содержать жесткий фланец, который проходит по окружности вокруг жесткого центрального изолятора и содержит вторую торцевую поверхность, направленную к первой торцевой поверхности выравнивающего элемента. Для компенсации любых допусков по размерам и для обеспечения пространства для теплового расширения выравнивающего элемента, желательно, чтобы имелся третий кольцевой зазор между первой торцевой поверхностью и второй торцевой поверхностью фланца, так как это позволяет исключить какие-либо совмещения из-за действия третьей радиально сжимающей силы.

Особо компактные кабельные арматуры, имеющие небольшие диаметры в наиболее толстом месте жесткого элемента, могут быть получены, если жесткий элемент в сечении имеет колоколообразную форму со скошенным участком, второй угол конуса которого отклоняется от первого угла конуса первой конической внешней поверхности менее чем на 30° градусов относительно продольной оси. Наиболее вынгодные свойства границы раздела достигаются в случае, когда первый угол конуса находится в диапазоне от 7 до 20°.

В случаях, когда нужно пассивно управлять электрическим полем, целесообразно, чтобы изолятор с жестким сердечником был выполнен в виде конденсатора, который обладает по меньшей мере одним электропроводящим слоем выравнивания поля между соседними разделительными слоями. Самый внутренний по радиусу слой выравнивания поля электрически соединен с высоковольным потенциалом проводника кабеля, а самый внешний по радиусу слой выравнивания поля электрически соединен с нулевым потенциалом жесткого фланца или подобным. Множество слоев выравнивания поля образует емкостную систему выравнивания поля.

Желательно, чтобы разделительные слои содержали множество волокон, которые пропитаны отверждаемой смолой, например, эпоксидной, содержащей наполнитель из неорганических частицхы. Разливка и отвердевание такой смолы с наполнителем может быть осуществлено в подходящей форме, что создает дополнительное преимущество, которое заключается в возможности получения высокой гладкости первой конической внешней поверхности, что дополнительно улучшает качество границы раздела.

В любых высоковольтных устройствах рекомендуется, чтобы в выравнивающий элемент был встроен электропроводящий экран соединителя так, чтобы он контактировал с первой конической внешней поверхностью жесткого центрального изолятора у его более тонкого конца в собранном состоянии кабельной арматуры. Кроме того, электропроводящий отражатель поля встроен в выравнивающий элемент так, чтобы он контактировал с первой конической внешней поверхностью жесткого центрального изолятора в собранном состоянии кабельной арматуры у его более толстого конца и проходил над внешней поверхностью выравнивающего элемента.

Достоинства, относящиеся к кабельной арматуре, аналогично применимы и к высоковольтному устройству, содержащему кабельную арматуру, подобную описанной выше. В этом случае высоковольтный кабель соединен с проводником, а выравнивающий элемент прижат к высоковольтному кабелю, прикладывая к нему радиально сжимающую силу.

Изобретение поясняется чертежами.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана кабельная арматура в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения, вид в разрезе вдоль продольной оси;

на фиг. 2 – кабельная арматура в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения, вид в разрезе вдоль продольной оси;

на фиг. 3 – кабельная арматура в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения, вид в разрезе вдоль продольной оси;

на фиг. 4 – кабельная арматура в соответствии с четвертым вариантом осуществления изобретения, вид в разрезе вдоль продольной оси;

на фиг. 5 – кабельная арматура в соответствии с пятым вариантом осуществления изобретения, вид в разрезе вдоль продольной оси;

на фиг. 6 – кабельная арматура в соответствии с шестым вариантом осуществления изобретения, вид в разрезе вдоль продольной оси.

Варианты осуществления изобретения

На фиг. 1 показана кабельная арматура 10 в собранном состоянии в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения. Кабельная арматура содержит жесткий центральный изолятор 1, который выполнен как конденсатор и включает в себя несколько алюминиевых слоев 2 выравнивания поля, заключенных между соседними разделительными слоями из композитного материала, содержащего наполнитель на основе волокна и эпоксидную смолу (подробно не показано). Наполнитель может быть выполнен из органических полимерных волокон или стекловолокна. В эпоксидную смолу может быть добавлнен неорганический материал, например, кварцевый порошок.

Жесткий центральный изолятор 1 содержит полость 3 для размещения штатного проводника 32. Кроме того, изолятор 1 имеет первую коническую внешнюю поверхность 4, концентричную продольной оси 5, определенной общей вытянутой формой кабельной арматуры.

Эластомерный выравнивающий элемент 6 содержит первую коническую внутреннюю поверхность 7, которая выполнена соответствующей первой конической внешней поверхности 4 вдоль заранее заданной длины 8 на границе 9 раздела.

Кабельная арматура 10 также содержит жесткий элемент 11 в виде кожуха колоколообразной формы в сечении. Жесткий элемент или кожух 11 предназначен для приема чашеобразного выравнивающего элемента 6 и для оказания давления этим элементом на границу 9 раздела. Выравнивающий элемент 6 имеет чашеобразную форму и отверстие 13, образованное первой конической внутренней поверхностью 7. Также выравнивающий элемент 6 имеет кольцевой буртик 14, направленный по радиусу наружу, и первую торцевую поверхность 15, расположенную у входа в указанное отверстие 13.

В разобранном состоянии высоковольтной кабельной арматуры в заданной кольцевой зоне 12 на границе 9 раздела диаметр первой конической внутренней поверхности 7 меньше диаметра первой конической внешней поверхности 4. Затем выравнивающий элемент 6 так насаживают с давлением на смазанную первую коническую внешнюю поверхность 4 жесткого центрального изолятора 1, чтобы упругий выравнивающий элемент 6 плотно примыкал к жесткому центральному изолятору 1 и прикладывал к нему первую радиально сжимающую силу 24.

Внутренний контур 16 жесткого кожуха 11, направленный к выравнивающему элементу 6, содержит участок 17 увеличения давления, который взаимодействует с буртиком 14, так что во втулочном участке 19 выравнивающего элемента 6, продолжающего первую коническую внешнюю поверхность 4, возникает дополнительное осевое растягивающее напряжение, обозначенное двунаправленной стрелкой 23. Как показано на фиг. 1, участок 17 увеличения давления в сечении имеет роговидную форму и проходит по окружности относительно продольной оси 5.

Кабельная арматура 10 также содержит жесткий фланец 21, проходящий по окружности вокруг жесткого центрального изолятора 1. Вторая торцевая поверхность 22 фланца 21 направлена к первой торцевой поверхности 15 выравнивающего элемента 6.

Участок 17 увеличения давления толкает буртик 14 по направлению ко второй торцевой поверхности 22, создавая дополнительное осевой растягивающее напряжение, обозначенное двунаправленной стрелкой 23, во втулочном участке 19 выравнивающего элемента 6. В результате первая радиально сжимающая сила 24, возникающая в процессе посадки с давлением, увеличивается на величину второй радиально сжимающей силы 25, возникающей в результате дополнительного осевого растягивающего напряжения 23, вызванного участком 17 увеличения давления, так что достигается очень хорошее качество границы раздела без существенных пустот, и на границе 9 раздела образуется общее радиальное давление, равное примерно 0,3 МПа. Первая и вторая радиально сжимающие силы 24 и 25 показаны на фиг. 1 снаружи заданной кольцевой зоны 12 только по соображениям ясности, при этом указанные силы действуют в заданной кольцевой зоне 12. Заданная кольцевая зона 12 представляет собой любое место на границе 9 раздела вдоль заранее заданной длины 8.

Между втулочным участком 19 и внутренним контуром 16 жесткого кожуха имеется радиальный первый зазор 26. По радиусу снаружи буртика 14 расположен кольцевой второй зазор 41.

Так как в собранном состоянии первая торцевая поверхность 15 буртика 14 примыкает к жесткой второй торцевой поверхности 22 фланца 21, сжимая буртик 14 по оси, то в буртике 14 возникает осевая сжимающая сила 27 (указана двунаправленной стрелкой, две части которой направлены навстречу друг к другу). Указанная осевая сжимающая сила 27 неизбежно приводит к возникновению третьей радиально сжимающей силы 27 у отверстия 13 вдоль первой конической внешней поверхности 4 жесткого центрального изолятора 1.

Жесткий кожух 11 и жесткий фланец 21 выполнены из металла, а эластомерный выравнивающий элемент 6 выполнен из эластомерного материала, например, из силиконовой резины или EPDM резины.

Жесткий фланец 21 и жесткий кожух 11 прикреплены друг к другу с помощью нескольких болтов 28, расположенных вдоль некоторого кольцевого участка кабельной арматуры 10.

В собранном состоянии кабельной арматуры 10 высоковольтный кабель 29 соединен с штатным проводником 32. В выравнивающий элемент 6 встроен электропроводящий экран 33 соединителя (для ясности указанный только пунктирными линиями), контактирующий с первой конической внешней поверхностью 4 жесткого центрального изолятора 1 у его более тонкого конца, а также с изоляцией высоковольтного кабеля 29. Кроме того, в выравнивающий элемент 6 также встроен электропроводящий отражатель 34 поля (для ясности указанный только пунктирными линиями), контактирующий с удлиненной частью конической внешней поверхности 4 жесткого центрального изолятора 1 у его более толстого конца и проходящий вдоль внешней поверхности 35 выравнивающего элемента 6 до высоковольтного кабеля 29, так что экран 33 соединителя и отражатель 34 поля расположены на заранее заданном расстоянии 36 друг от друга. Экран 33 соединителя и отражатель 34 поля выполнены из эластомерного материала с примесью, которая обеспечивает электропроводность, например, в виде электропроводящего технического углерода.

На фиг. 2 показана кабельная арматура 20 в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения, незначительно отличающаяся от кабельной арматуры 10 по первому варианту, в связи с чем в дальнейшем будут рассмотрены и объяснены только отличия второго варианта от первого.

Во втором варианте осуществления изобретения в кабельной арматуре 20 между первой торцевой поверхностью 15 выравнивающего элемента 6 и второй торцевой поверхностью 22 фланца 21 имеется кольцевой третий зазор 37. Благодаря наличию третьего зазора 37, у отверстия 13 вдоль первой конической внешней поверхности 4 жесткого центрального изолятора 1 отсутствует третья радиальная сжимающая сила 27. Тем не менее, во втулочном участке 19 по-прежнему присутствуют первая и вторая радиально сжимающие силы 24 и 25.

На фиг. 3 показана кабельная арматура 30 по третему варианту осуществления изобретения, отличающаяся от кабельной арматуры 10 по первому варианту тем, что участок 17 увеличения давления содержит несколько ступенчатых выступов 38, расположенных на внутреннем контуре 16, по меньшей мере, в области, направленной к первой конической внешней поверхности 4. Каждый из соответствующих ступенчатых выступов наклонен относительно продольной оси 5 на угол 39. Между ступенчатыми выступами 38 и противоположными выступами 42 находится подходящая смазка, например, силиконовая. Внешний контур 35 выравнивающего элемента 6, направленный к жесткому кожуху 11, содержит соответствующее количество противоположных выступов 42 для взаимодействия со ступенчатыми выступами 38 жесткого кожуха 11, так что в собранном состоянии кабельной арматуры 30 во втулочном участке выравнивающего элемента действует дополнительное осевое растягивающее напряжение 23. Комбинация «ступенчатый выступ – противоположный выступ» обеспечивает распределение дополнительного осевого растягивающего напряжения 23 в выравнивающем элементе 6 в направлении продольной оси 5. Осевое расширение втулочного участка 19, благодаря дополнительному осевому растягивающему напряжению 23, в свою очередь, приводит к появлению желательной второй радиально сжимающей силы 25, дополняющей первую радиально сжимающую силу 24, вызванную посадкой с давлением выравнивающего элемента 6 на жесткий центральный изолятор 1.

Между первой торцевой поверхностью 15 выравнивающего элемента 6 и второй торцевой поверхностью 22 фланца 21 имеется кольцевой третий зазор 37. Благодаря наличию третьего зазора 37, у отверстия 13 вдоль первой конической внешней поверхности 4 жесткого центрального изолятора 1 по-прежнему отсутствует третья радиально сжимающая сила 27.

В кабельной арматуре 30 по третему варианту угол 39 наклона ступенчатых выступов 38 к продольной оси 5 составляет примерно 90°.

Жесткий кожух 11 в сечении имеет колоколообразную форму со скошенным участком 44, второй угол 46 конуса которого отклоняется от первого угла 45 конуса первой конической внешней поверхности 4 менее чем на 30° относительно продольной оси 5.

На фиг. 4 показана кабельная арматура 40 по четвертому варианту осуществления изобретения, которая незначительно отличается от кабельной арматуры 30 по третьему варианту, в связи с чем в дальнейшем будут рассмотрены и объяснены только отличия четвертого варианта от третьего. В кабельной арматуре 30 по четвертому варианту угол 39 наклона ступенчатых выступов 38 относительно продольной оси 5 находится в диапазоне от 30 до 80°. Так как ступенчатые выступы 38 наклонены относительно продольной оси, то они приводят не только к желаемому осевому растягивающему напряжению 23 и, следовательно, к желаемой второй радиально сжимающей силе 25, но также к и четвертой радиально сжимающей силе 43 из-за наличия осевого и радиального компонентов напряжения, вызванных выступами 38. Таким образом, в общем, все радиальные силы, действующие на границе 9 раздела представляют собой первую радиально сжимающую силу 24, вторую радиально сжимающую силу 25 плюс четвертую радиально сжимающую силу 43.

Жесткий кожух 11 в сечении имеет колоколообразную форму со скошенным участком 44, второй угол 46 конуса которого отклоняется от первого угла 45 конуса первой конической внешней поверхности 4 менее чем на 30° относительно продольной оси 5.

На фиг. 5 показана кабельная арматура 50 по пятому варианту осуществления изобретения, которая незначительно отличается от кабельной арматуры 30 по третьему варианту, в связи с чем в дальнейшем будут рассмотрены и объяснены только отличия пятого варианта от третьего. В кабельной арматуре 30 по пятому варианту внутренний контур 16 кожуха выполнен с увеличенными поверхностями контакта ступенчатых выступов 38 в жестком кожухе 11. Кроме того, между каждым из выступов 38 и противоположных выступов 42 расположено металлическое опорное кольцо 47, которое содержит смазку на стороне, соответствующей выступам 38 жесткого кожуха 11.

Жесткий кожух 11 в сечении имеет колоколообразную форму со скошенным участком 44, второй угол 46 конуса которого отклоняется от первого угла 45 конуса первой конической внешней поверхности 4 менее чем на 30° относительно продольной оси 5.

На фиг. 6 показана кабельная арматура 60 по четвертому варианту осуществления изобретения, которая незначительно отличается от кабельной арматуры 20 по второму варианту, в связи с чем в дальнейшем будут рассмотрены и объяснены только отличия шестого варианта от второго. В кабельной арматуре 60 по шестому варианту, в отличие от кабельной арматуры 20 по второму варианту, кожух 11 не содержит участка 17 увеличения давления, встроенного непосредственно во внутренний контур 16. Вместо этого, участок 17 увеличения давления образован элементом 48 давления, имеющим форму втулки и расположенным между выравнивающим элементом 6 и кожухом 11. Элемент 48 давления содержит вторую коническую внутреннюю поверхность 49, которая соответствует второй конической внешней поверхности 51, которая является частью внешнего контура 35 выравнивающего элемента 6, по меньшей мере, в области, направленной к первой конической внешней поверхности 4.

Между торцевой поверхностью 53 элемента 48 давления и кожухом 11 расположена система 52 поджатия, выполненная с возможностью приложения осевой силы к элементу 48 давления и, следовательно, создания дополнительного осевого растягивающего напряжения 23 во втулочном участке 19 выравнивающего элемента 6 в собранном состоянии кабельной арматуры 60.

Система 52 поджатия содержит несколько пружин 54 сжатия, которые расположены с регулярным интервалом вокруг продольной оси 5. Между выравнивающим элементом 6 и пружинами 54 сжатия установлено прокладочное кольцо 55.

Величина первого радиального зазора 26 между внутренним контуром 16 жесткого кожуха 11 и выравнивающим элементом 6 выбрана такой, чтобы оставался зазор между элементом 48 давления и внутренним контуром 16 для обеспечения возможности свободного перемещения элемента 48 давления по направлению вдоль впродольной оси.

Описание ссылочных позиций

1 – жесткий центральный изолятор; конденсатор

2 – слой выравнивания поля

3 – полость

4 – первая коническая внешняя поверхность

5 – продольная ось

6 – выравнивающий элемент

7 – первая коническая внутренняя поверхность

8 – заранее заданная длина

9 – граница раздела

10, 20, 30, 40, 50, 60 – кабельная арматура

11 – жесткий элемент; кожух

12 – заданная кольцевая зона

13 – отверстие

14 – буртик

15 – первая торцевая поверхность выравнивающего элемента

16 – внутренний контур жесткого элемента

17 – участок увеличения давления

19 – втулочный участок выравнивающего конуса

21 – жесткий фланец

22 – вторая торцевая поверхность фланца

23 – дополнительное осевое растягивающее напряжение

24 – первая радиально сжимающая сила

25 – вторая радиально сжимающая сила

26 – первый радиальный зазор

27 – третья радиально сжимающая сила

28 – болт

29 – высоковольтный кабель

32 – штатный проводник

33 – экран соединителя

34 – отражатель поля

35 – внешний контур/поверхность выравнивающего элемента

36 – расстояние

37 – кольцевой третий зазор

38 – ступенчатый выступ

39 – угол наклона

41 – второй зазор

42 – противоположный выступ

43 – четвертая радиально сжимающая сила

44 – скошенный участок жесткого элемента

45 – первый угол конуса

46 – второй угол конуса

47 – опорное кольцо

48 – элемент давления

49 – вторая коническая внутренняя поверхность (элемента давления)

51 – вторая коническая внешняя поверхность выравнивающего элемента

52 – система поджатия

53 – торцевая поверхность элемента давления

54 – пружины сжатия

55 – прокладочное кольцо

Высоковольтная кабельная арматура (30) содержит жесткий центральный изолятор (1), имеющий первую коническую внешнюю поверхность (4), концентрически проходящую вокруг продольной оси (5); эластомерный выравнивающий элемент (6), имеющий первую коническую внутреннюю поверхность (7), соответствующую указанной первой конической внешней поверхности (4) по границе (9) раздела; и жесткий элемент (11), выполненный с возможностью прижатия эластомерного выравнивающего элемента (6) к границе (9) раздела. Выравнивающий элемент (6) посажен с натягом на жесткий центральный изолятор (1). Жесткий элемент (11) содержит по меньшей мере один участок (17) увеличения давления, позволяющий достигнуть нужного минимального давления на границе раздела при сохранении компактного общего диаметра по окружности вокруг продольной оси (5), вызывая в собранном состоянии кабельной арматуры (30) дополнительное осевое растягивающее напряжение (23) во втулочном участке (19) выравнивающего элемента (6), продолжающем первую коническую внешнюю поверхность (4) жесткого центрального изолятора (1). 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Высоковольтная кабельная арматура (10, 20, 30, 40, 50, 60), содержащая

жесткий центральный изолятор (1), имеющий полость (3) для расположения проводника (32), а также первую коническую внешнюю поверхность (4), концентрически проходящую вокруг продольной оси (5), определенной общей вытянутой формой высоковольтной кабельной арматуры,

эластомерный выравнивающий элемент (6), имеющий первую коническую внутреннюю поверхность (7), соответствующую указанной первой конической внешней поверхности (4) вдоль заранее заданной длины (8) по границе (9) раздела,

и жесткий элемент (11), выполненный с возможностью прижатия эластомерного выравнивающего элемента (6) к границе (9) раздела и содержащий по меньшей мере один проходящий по окружности вокруг продольной оси (5) участок (17) увеличения давления, в собранном состоянии кабельной арматуры (10, 20, 30, 40, 50, 60) обеспечивающий создание дополнительного осевого растягивающего напряжения (23) во втулочном участке (19) выравнивающего элемента (6), продолжающем первую коническую внешнюю поверхность (4) жесткого центрального изолятора (1),

отличающаяся тем, что

в заданной на границе (9) раздела кольцевой зоне (12) в несобранном состоянии высоковольтной кабельной арматуры (10, 20, 30, 40, 50, 60) диаметр первой конической внутренней поверхности (7) меньше диаметра первой конической внешней поверхности (4), так что выравнивающий элемент (6) прижат к жесткому центральному изолятору (1), при этом

(а) выравнивающий элемент (6) имеет чашеобразную форму, отверстие (13), образованное первой конической внутренней поверхностью (7), кольцевой буртик (14), направленный по радиусу наружу, и первую торцевую поверхность (15), расположенную у входа в указанное отверстие (13), при этом внутренний контур (16) жесткого элемента (11) приспособлен для приема выравнивающего элемента (6), а участок (17) увеличения давления расположен на указанном внутреннем контуре (16) с возможностью взаимодействия с указанным кольцевым буртиком (14), так что в собранном состоянии кабельной арматуры во втулочном участке (19) выравнивающего элемента (6), продолжающем первую коническую внешнюю поверхность (4) жесткого центрального изолятора (1), действует дополнительное осевое растягивающее напряжение (23), причем участок (17) увеличения давления в сечении имеет роговидную форму и проходит по окружности относительно продольной оси (5); или

(б) участок (17) увеличения давления содержит несколько ступенчатых выступов (38), которые расположены на внутреннем контуре (16) жесткого элемента (11), направленном к выравнивающему элементу (6) по меньшей мере в области, обращенной к первой конической внешней поверхности (4), причем указанные ступенчатые выступы (38) наклонены (39) относительно продольной оси (5), при этом выравнивающий элемент (6) имеет чашеобразную форму, отверстие (13), образованное первой конической внутренней поверхностью (7), и кольцевой буртик (14), расположенный у входа в указанное отверстие (13), а внешний контур (35) выравнивающего элемента (6), направленный к жесткому элементу (11), содержит несколько противоположных выступов (42) для взаимодействия со ступенчатыми выступами (38) жесткого элемента (11), так что в собранном состоянии кабельной арматуры во втулочном участке (19) выравнивающего элемента (6) действует дополнительное осевое растягивающее напряжение (23); или

(в) участок (17) увеличения давления представляет собой элемент (48) оказания давления в виде втулки, расположенной между выравнивающим элементом (6) и жестким элементом (11), при этом указанный элемент (48) оказания давления по меньшей мере в области, направленной к первой конической внешней поверхности (4), содержит вторую коническую внутреннюю поверхность (49), которая соответствует второй конической внешней поверхности (51) выравнивающего элемента (6), а между торцевой поверхностью (53) элемента (48) оказания давления и жестким элементом (11) установлена система (52) поджатия, выполненная с возможностью приложения осевой силы к элементу (48) оказания давления в собранном состоянии кабельной арматуры (60), так что в собранном состоянии кабельной арматуры (60) во втулочном участке (19) выравнивающего элемента (6) действует дополнительное осевое растягивающее напряжение (23).

2. Кабельная арматура (20) по п. 1, отличающаяся тем, что между наружной боковой поверхностью (35) выравнивающего элемента (6) и внутренним контуром (16) жесткого элемента (11) имеется по меньшей мере один первый кольцевой зазор (26), а между кольцевым буртиком (14) выравнивающего элемента (6) и внутренним контуром (16) жесткого элемента (11) имеется второй кольцевой зазор (41).

3. Кабельная арматура по п. 1 в альтернативе (б), отличающаяся тем, что угол (39) наклона ступенчатых выступов относительно продольной оси (5) составляет примерно 90°.

4. Кабельная арматура по п. 3, отличающаяся тем, что между каждым из ступенчатых выступов (38) и противоположных выступов (39) расположено опорное кольцо (47).

5. Кабельная арматура по п. 1 в альтернативе (б), отличающаяся тем, что угол (39) наклона ступенчатых выступов (38) относительно продольной оси (5) находится в диапазоне от 30 до 80°.

6. Кабельная арматура по п. 1 в альтернативе (в), отличающаяся тем, что система (52) поджатия содержит несколько пружин (54) сжатия.

7. Кабельная арматура (10, 20, 30, 40, 50, 60) по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что содержит жесткий фланец (21), проходящий по окружности вокруг жесткого центрального изолятора (1) и имеющий вторую торцевую поверхность (22), направленную к первой торцевой поверхности (15) выравнивающего элемента (6), при этом

между первой торцевой поверхностью (22) выравнивающего элемента (6) и второй торцевой поверхностью (22) фланца (21) имеется кольцевой третий зазор (37).

8. Кабельная арматура (30, 40, 50) по п. 1 в альтернативе (б), отличающаяся тем, что жесткий кожух (11) в сечении имеет колоколообразную форму со скошенным участком (44), второй угол (46) конуса которого отклоняется от первого угла (45) конуса первой конической внешней поверхности (4) менее чем на 30° относительно продольной оси (5).

9. Кабельная арматура (10, 20, 30, 40, 50, 60) по любому из пп. 1-8, отличающаяся тем, что жесткий центральный изолятор (1) является конденсатором с по меньшей мере одним электропроводящим слоем (2) выравнивания поля, который расположен между соседними разделительными слоями.

10. Кабельная арматура (10, 20, 30, 40, 50, 60) по п. 9, отличающаяся тем, что разделительные слои содержат полимерные или стеклянные волокна и отверждаемую смолу, содержащую неорганические частицы наполнителя.

11. Кабельная арматура (10, 20, 30, 40, 50, 60) по любому из пп. 1-10, отличающаяся тем, что в выравнивающий элемент (6) встроены

электропроводящий экран (33) соединителя, в собранном состоянии кабельной арматуры (10, 20, 30, 40, 50, 60) контактирующий с первой конической внешней поверхностью (4) жесткого центрального изолятора (1) у более тонкого его конца, и

электропроводящий отражатель (34) поля, в собранном состоянии кабельной арматуры (10, 20, 30, 40, 50, 60) контактирующий с первой конической внешней поверхностью (4) жесткого центрального изолятора (1) у более толстого его конца и проходящий вдоль внешней поверхности (35) выравнивающего элемента (6).

12. Высоковольтное устройство, содержащее кабельную арматуру (10, 20, 30, 40, 50, 60) по любому из пп. 1-11, в котором высоковольтный кабель (29) соединен с проводником (32), а выравнивающий элемент (6) прижат к высоковольтному кабелю (29), прикладывая к нему радиально сжимающую силу.