КАБЕЛЬНАЯ АРМАТУРА ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО КАБЕЛЯ С ВЫСОКОВОЛЬТНЫМ КОМПОНЕНТОМ Российский патент 2019 года по МПК H02G15/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к кабельной арматуре для соединения высоковольтного кабеля с высоковольтным компонентом в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения. Такая кабельная арматура обычно выполнена как концевая заделка кабеля, в частности, концевая заделка высоковольтного кабеля наружной установки для применения в диапазоне напряжений от 52 кВ до 1100 кВ. Концевая заделка кабеля также может быть выполнена как концевая заделка высоковольтного кабеля внутренней установки, обычно для трансформатора или для высоковольтного компонента распределительного устройства с газовой изоляцией.

В общем, высокое напряжение может составлять, по меньшей мере, от 1 кВ до более 1200 кВ. Более того, кабельная арматура обычно выполнена в виде концевой заделки высоковольтного кабеля, но также может быть выполнена в виде высоковольтной кабельной муфты.

Большая часть кабельной арматуры выполнена как концевая заделка высоковольтного кабеля внешней установки и выполнена с изолятором с полым сердечником, который заполнен изоляционным маслом. Кабель прикрепляют к части основания концевой заделки кабеля с помощью зажима кабеля и вводят во внутреннюю часть концевой заделки кабеля через эластомерный выравнивающий конус. Функция выравнивающего конуса заключается в том, чтобы обеспечить плавный переход от поля с очень высоким напряжением в электрической изоляции кабеля к гораздо более слабому электрическому полю внутри концевой заделки кабеля. Концевая заделка кабеля выполнена в виде изолятора с полым сердечником, закрытого снизу частью основания концевой заделки кабеля и закрытого сверху головным электродом В головном электроде с конца проводника кабеля удалена его изоляция и конец проводника кабеля электрически соединен с болтом высоковольтного вывода концевой заделки кабеля. Изолятор с полым сердечником заполнен изоляционным маслом. Масло служит как для обеспечения достаточной диэлектрической устойчивости электрическому полю вокруг выравнивающего конуса и вокруг изоляции токовой цепи, которая проходит концевую заделку кабеля, так и для передачи тепла, выработанного из-за электрических потерь в концевой заделке кабеля, наружу по направлению к внешней поверхности концевой заделки кабеля.

Наполнение маслом обладает рядом недостатков. Наполнение концевой заделки кабеля или любой другой кабельной арматуры, такой как кабельная муфта, маслом должно быть выполнено на месте, в точке установки, и требует особой осторожности для обеспечения чистоты заполненного масла и исключения риска протекания масла и загрязнения внешних частей кабельной арматуры и внешней среды. Риск протечки масла и, в результате, загрязнения внешней среды также сохраняется при выполнении обслуживания кабельной арматуры. Обычно масло не является огнеупорным, что порождает риск возникновения пожара или даже взрыва в случае неисправности кабельной арматуры.

Чтобы улучшить большинство упомянутых выше свойств кабельной арматуры, такой как концевая заделка высоковольтного кабеля или высоковольтная кабельная муфта, в устройстве заполняемую маслом изоляцию заменяют сухой изоляцией, не содержащей жидкости.

Известные сухие концевые заделки высоковольтных кабелей и кабельные муфты обычно содержат расположенные соосно относительно оси жесткий конический изолятор, электроизоляционный, эластомерный выравнивающий конус, соответствующий жесткому коническому изолятору по конической границе раздела, и выровненную по оси токовую цепь. Токовая цепь соединяет проводник кабеля, который полностью закрыт в изоляции кабеля, с высоковольтным токовым выводом, который расположен сверху жесткого конического изолятора и предназначен для соединения с высоковольтным компонентом. При работе токовая цепь в общем непрерывно проводит номинальный ток.

Жесткий конический изолятор может быть выполнен в виде сердечника конденсаторного типа (далее - конденсаторный сердечник), он содержит по меньшей мере два электропроводящих слоя выравнивания поля, которые расположены концентрически вокруг оси, и жесткую полимерную матрицу, в которую встроены слои выравнивания поля. Конденсаторный сердечник обычно изготовлен в соответствии с технологией использования пропитанной смолой изоляционной бумаги (RIP), в которой некоторое количество слоев бумаги намотано на стержень цилиндрической формы. В ходе намотки, когда достигнуты определенные диаметры намотанной бумаги, электропроводящие слои, обычно в форме листов алюминиевой фольги, вставляют между слоями бумаги для образования цилиндрических слоев выравнивания поля. Количество, диаметры вставки и размеры слоев выравнивания поля приспосабливают к размеру HV компонента и его параметрам производительности, чтобы обеспечить надлежащее выравнивание электрического поля в устройстве. Стержень, вместе с намотанным сердечником, содержащим намотанную бумагу и закрытые слои выравнивания поля, располагают в цилиндрической форме, которая наполнена отверждаемой смолой. В ходе процесса заполнения бумага пропитывается смолой. После завершения заполнения и пропитки намотанного сердечника осуществляют процесс отверждения смолы. Отвержденная резина вместе с бумагой и фольгой образуют некоторый материал с высокой механической стойкостью и хорошими электроизоляционными свойствами, которые нужны для конденсаторного сердечника. После отвердевания смолы, конденсаторный сердечник обрабатывают до желаемой формы жесткого конического изолятора.

Известно некоторое количество решений, предоставляющих такую сухую кабельную арматуру. Некоторые из этих известных решений рассмотрены ниже.

Уровень техники

В документе EP 1774632 B1 описана концевая заделка высоковольтного кабеля наружной установки, в котором заполняющее масло заменено газом SF6 или гелеобразной изоляционной средой. Тем не менее, газ SF6 порождает риски загрязнения внешней среды в случае протечки, при этом гелеобразная изоляционная среда обычно обладает малой диэлектрической прочностью и, таким образом, нужно, чтобы диаметр изолятора был очень большим. Эти свойства, объединенные с низкой теплопроводностью материалов, заменяющих заполняющее масло, ограничивают перемещение тепла, выработанного в токовой цепи концевой заделки кабеля и, таким образом, ограничивают максимальный номинальный электрический ток известной концевой заделки кабеля.

Концевая арматура высоковольтного кабеля с изоляцией в твердом состоянии, такая как концевая заделка кабеля и кабельная муфта, описана в документе EP 0731994 B2. Описанная кабельная арматура состоит из жесткого изолятора и соответствующей кабельной соединительной муфты, содержащей выравнивающий конус с эластомерной изоляцией. Соответствие жесткого изолятора и эластомерного выравнивающего конуса может быть выполнено в соответствии с внутренним конусом и/или внешним конусом границы раздела, при этом эластомерный выравнивающий конус вставляется в полое коническое пространство в жестком изоляторе и/или жесткий изолятор заполняет полое коническое пространство в эластомерном выравнивающем конусе.

В одном варианте осуществления изобретения, выполненном в виде концевой заделки кабеля наружной установки, жесткий изолятор содержит проводник токовой цепи, который вместе с жестким изолятором покрыт резиновой оболочкой, образуя изолятор наружной установки. Токовая цепь электрически соединена с некоторым концевым участком проводника кабеля в жестком изоляторе. Жесткий изолятор может демонстрировать свойства нелинейного материала, который способствует распространению линий равного потенциала электрического поля, таким образом уменьшая осевой компонент поля. Тем не менее, концевая заделка кабеля не содержит никаких средств уменьшения радиального компонента электрического поля в жестком изоляторе.

Аналогичное решение для концевой заделки высоковольтного кабеля наружной установки, содержащего границу раздела в виде внутреннего конуса, описано в документах EP 1254497 B1 и EP 1269594 B1. Тем не менее, это решение содержит сильное электрическое поле в области выравнивающего конуса. Сильное электрическое поле медленно уменьшается по направлению к внешней поверхности известной концевой заделки кабеля и, в результате, большая толщина изоляции нужна для достижения некоторой напряженности электрического поля снаружи концевой заделки кабеля, которая не превышает значений, которые могут привести к коронным разрядам. Это приводит к большому внешнему диаметру вывода концевой заделки кабеля и для изготовления требует больших количеств изоляционного материала. Более того, компоненты конструкции электрического контакта между проводником жесткой части и проводником кабеля делают диаметр токовой цепи локально гораздо больше диаметра проводника, встроенного в жесткий изолятор. Указанное выталкивает электрическое поле наружу даже больше и требует дополнительного увеличения диаметра концевой заделки кабеля. Более того, электрическое сопротивление конструкции контакта порождает выработку дополнительного тепла. Способность выводить это тепло наружу концевой заделки ограничена из-за большой толщины изоляции, что, в свою очередь, ограничивает максимальный номинальный ток концевой заделки кабеля.

В документе DE 19945148 A1 описано дополнительная концевая заделка высоковольтного кабеля наружной установки с твердой изоляцией. Концевая заделка кабеля содержит изолятор наружной установки, который закрывает конденсаторный сердечник с концентрически расположенными электропроводящими слоями выравнивания поля. Эти слои расположены вокруг расширения проводника, проходящего по центру через изолятор наружной установки. Расширение проводника на своем нижнем конце содержит контактный разъем для расположения соответствующей вилки соединительного устройства кабеля с наружным конусом и на своем верхнем конце содержит головной электрод для соединения с некоторым высоковольтным приложением. Конденсаторный сердечник, расширение проводника и разъем контакта встроены в отвержденную полимерную массу, которая вместе с изолятором наружной установки образует жесткий изолятор с внутренним конусом. Проводник высоковольтного кабеля электрически соединен с контактным разъемом с помощью соответствующей вилки. Слои выравнивания поля образуют систему емкостного выравнивания поля, которая делает более равномерным радиальный компонент электрического поля внутри жесткого изолятора известной концевой заделки кабеля наружной установки. Осевой компонент электрического поля на внешней поверхности жесткого изолятора также делают более равномерным. Форма поля на конце кабеля создается выравнивающим конусом, который соответствует жесткому изолятору наружной установки по границе раздела в виде внутреннего конуса. Емкостное выравнивание поля только частично решает проблемы, перечисленные для рассмотренных выше кабельных арматур. Минимальный диаметр системы выравнивания поля ограничен большим диаметром электрического контакта, образованного разъемом расширения проводника и соответствующей ему вилкой. Указанное снова делает большим внешний диаметр окончания и одновременно накладывает сильные ограничения на способность удаления тепла от контакта разъема и вилки и из расширения проводника.

Описание изобретения

Задача настоящего изобретения, изложенного в формуле изобретения, заключается в том, чтобы предложить кабельную арматуру описанного выше типа, которая обладает малыми размерами и которая в нужное время способна перемещать большие номинальные непрерывные токи.

В изобретении предложена кабельная арматура для соединения высоковольтного кабеля, содержащего некоторый проводник кабеля и некоторую изоляцию кабеля, которая закрывает проводник кабеля, с некоторым высоковольтным компонентом. Кабельная арматура содержит расположенные соосно относительно некоторой оси жесткий конический изолятор, электроизоляционный, эластомерный выравнивающий конус, соответствующий жесткому коническому изолятору по конической границе раздела, и выровненную по оси токовую цепь, которая соединяет проводник кабеля с высоковольтным токовым выводом, который расположен сверху жесткого конического изолятора и который предусмотрен для соединения с высоковольтным компонентом. Жесткий конический изолятор выполнен как конденсаторный сердечник и содержит несколько электропроводящих слоев выравнивания поля, которые расположены концентрически вокруг оси, и жесткую полимерную матрицу, в которую встроены слои выравнивания поля. Некоторый участок проводника кабеля, с которого удалена изоляция кабеля, продолжается от конической границы раздела до высоковольтного токового вывода и образует токовую цепь. Конденсаторный сердечник содержит выровненный по оси цилиндрический канал, в котором расположен участок с удаленной изоляцией проводника кабеля и которая проходит две противоположные фронтальные поверхности конденсаторного сердечника.

Кабельная арматура, соответствующая изобретению, отличается от кабельной арматуры, соответствующей уровню техники, малым электрическим сопротивлением токовой цепи, которая образована как непрерывный проводник кабеля с хорошо определенным постоянным поперечным сечением и которая продолжается через конденсаторный сердечник без какого-либо электрического соединения, таким образом, обеспечиваются малые омические потери и вырабатывается малое количество тепла. Другое достоинство заключается в малом диаметре токовой цепи кабельной арматуры по всей длине конденсаторного сердечника, таким образом, обеспечивается малый диаметр самого внутреннего слоя выравнивания поля и, в результате, малый диаметр всего конденсаторного сердечника. Указанное позволяет изготавливать конденсаторный сердечник с использованием меньшего количества изоляционного материала и также уменьшает радиальное тепловое сопротивление конденсаторного сердечника , улучшая его способность по рассеиванию тепла из проводника кабеля, проходящего через конденсаторный сердечник. Малые омические потери токовой цепи, объединенные с большой способностью по рассеиванию тепла из токовой цепи, позволяют существенно увеличить номинальный ток кабельной арматуры по сравнению с известными конструкциями.

Эти достоинства особенно полезны для проводника кабеля, который образован как проводник разделенного на сегменты типа. Такие проводники обычно установлены в кабелях переменного тока с наиболее высокими значениями номинального тока и оптимизированы так, что минимизировано увеличение сопротивления переменному току из-за поверхностного эффекта. Следовательно, омические потери для переменного тока также минимизированы и гораздо меньше по сравнению со случаями применения стержневых или трубчатых проводников в известных конструкциях.

В предпочтительном варианте осуществления кабельной арматуры, соответствующей изобретению, зазор в цилиндрическом канале между внешней поверхностью проводника кабеля и внутренней поверхностью конденсаторного сердечника может быть заполнен теплопроводным материалом. Достоинство такого варианта осуществления изобретения заключается в уменьшенном общем радиальном тепловом сопротивлении между проводником и внешней поверхностью кабельной арматуры, что приводит к более высоким скоростям рассеивания тепла кабельной арматуры и большим номинальным токам.

Теплопроводный материал может содержать, по меньшей мере, одно из следующего: твердый материал, порошок и гель. Твердый материал может содержать, по меньшей мере, отверждаемую смолу, в частности, на основе эпоксидной смолы, полиэфира или полиуретана, или эластомер, в частности на основе силикона или полиуретана. Отверждаемая смола может содержать теплопроводный заполнитель, в частности на основе порошка, содержащего минерал, такой как кварц, металл, такой как медь или алюминий, нитрид, такой как нитрид кремния или нитрид бора, на основе волокон, таких как углеродные волокна или нановолокна, или на основе нанотрубок. Порошковый материал может содержать, по меньшей мере, или кремнистый песок, в частности кварцевый песок, или металлический порошок, содержащий металлические зерна или сферы. Гелевый материал может содержать, по меньшей мере, или силиконовый гель или полиуретановый гель.

Конденсаторный сердечник может содержать электропроводящую центральную трубку, которая образует внешнюю поверхность цилиндрического канала, и высоковольтный токовый вывод может быть неподвижно закреплен на верхнем конце центральной трубки и может быть электрически соединен со свободным концом участка с удаленной изоляцией проводника кабеля. Центральная трубка облегчает установку высоковольтного токового вывода и в нужное время способствует рассеиванию тепла, выработанного в участке проводника кабеля, проходящей через конденсаторный сердечник. Центральная трубка может быть соединена с самым внутренним из нескольких слоев выравнивания поля.

Центральная трубка может проходить вниз от высоковольтного токового вывода самое большее до верхней кромки самого внутреннего слоя выравнивания поля. Диаметр самого внутреннего слоя выравнивания поля может быть выполнен меньшим внешнего диаметра центральной трубки, что приводит к меньшему общему диаметру конденсаторного сердечника и/или кабельной арматуры.

Чтобы позволить применять кабельную арматуру для наружной установки, внешний изолятор может быть отлит непосредственно вокруг внешней поверхности конденсаторного сердечника.

Конденсаторный сердечник может содержать сетчатый разделитель, который спирально обмотан вокруг некоторой оси. Каждый из нескольких выравнивающих поле элементов может быть вставлен между последовательными витками разделителя, и полимерная матрица может проникать в разделитель и может быть встроена в разделитель и слои выравнивания поля.

Эластомерный выравнивающий конус может быть частью некоторого выравнивающего элемента. Выравнивающий элемент может содержать эластомерный выравнивающий конус и корпус, который закрывает эластомерный выравнивающий конус. Верхняя часть корпуса на одной стороне может содержать первое отверстие, в котором расположен конический нижний конец конденсаторного сердечника, а на другой стороне может быть неподвижно прикреплена к установочному фланцу, который поддерживает конденсаторный сердечник. Нижняя часть корпуса может содержать второе отверстие, в котором расположен некоторый участок высоковольтного кабеля и зажим кабеля, который крепит кабель к корпусу.

Чтобы достичь равномерного распределения электрического поля внутри и снаружи кабельной арматуры, эластомерный выравнивающий конус может содержать расположенные соосно эластомерный изолятор, отражатель и в случае конической границы раздела с внешним конусом относительно конденсаторного сердечника дополнительно экран соединителя, который окружает концевой участок изоляции кабеля и концевой участок внешнего конуса конденсаторного сердечника у соединения между этими двумя концевыми участками.

Краткое описание чертежей

Указанные и другие характеристики изобретения будут ясны из приведенного ниже описания предпочтительных вариантов, рассмотренных как не ограничивающие изобретение примеры, со ссылками на приложенные чертежи, при этом на каждой из фиг. 1-5 показано поперечное сечение по оси А для одного из пяти вариантов осуществления кабельной арматуры в соответствии с изобретением, при этом каждая кабельная арматура выполнена как концевая заделка высоковольтного кабеля.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

На чертежах одинаковыми ссылочными позициями обозначены идентичные части и повторные ссылочные позиции могут отсутствовать.

Пять кабельных арматур, показанных на фиг. 1-5, выполнены как концевые заделки высоковольтного кабеля, каждая из которых содержит расположенные соосно относительно некоторой оси А жесткий конический изолятор, выполненный как конденсаторный сердечник 10, электроизоляционный, эластомерный выравнивающий конус 20, соответствующий конденсаторному сердечнику 10 по конической границе 30 раздела, и выровненную по оси токовую цепь. Коническая граница 30 раздела образует соединение, по существу, конической формы. По существу, коническая форма может линейно сужаться вдоль оси А (образуя конус, как определено в математике) или может сужаться в соответствии с любой другой функцией, например подобной параболе, что позволяет получать коническую границу 30 раздела при вставленных конденсаторном сердечнике 10 и эластомерном выравнивающем конусе 20. Токовая цепь соединяет проводник 42 высоковольтного кабеля 40 с высоковольтным токовым выводом 43, который расположен сверху конденсаторного сердечника 10 и который предусмотрен для электрического соединения с некоторым высоковольтным компонентом, таким как высоковольтная линия наружной установки, трансформатор или компонент распределительной конструкции с газовой изоляцией. Если кабельная арматура выполнена как кабельная муфта, высоковольтный компонент выполнен как второй кабель.

Конденсаторный сердечник 10 содержит цилиндрический канал 11, который выровнена вдоль оси А и который продолжается от фронтальной поверхности 12а, расположенной на нижнем конце 15 конденсаторного сердечника 10, через всю длину конденсаторного сердечника до фронтальной поверхности 12b, расположенной на верхнем конце 16 конденсаторного сердечника. В цилиндрическом канале 11 расположен участок 41 проводника 42 кабеля, с которого удалена изоляция 44 кабеля, которая проходит две противоположные фронтальные поверхности 12а и 12b конденсаторного сердечника 10 и которая образует токовую цепь для номинального тока концевой заделки кабеля. Конденсаторный сердечник 10 содержит несколько из, по меньшей мере, трех электропроводящих слоев 13а, 13b и 13с выравнивания поля, которые расположены концентрически вокруг оси А. В жесткую полимерную матрицу 14 встроены слои 13а, 13b и 13с выравнивания поля. Самый внутренний слой 13с выравнивания поля электрически соединен с участком 41 проводника кабеля, образуя токовую цепь и, таким образом, поддерживая высокий потенциал, при этом самый внешний слой 13а выравнивания поля электрически соединен с жестким металлическим установочным фланцем 50, что поддерживает нулевой потенциал. Оставшиеся промежуточные слои 13b поддерживают плавающий потенциал, так что набор слоев выравнивания поля образует емкостную систему выравнивания поля.

Конденсаторный сердечник 10 неподвижно прикреплен к установочному фланцу 50, который может быть использован для прикрепления концевой заделки высоковольтного кабеля к некоторой опоре. Верхний конец 16 конденсаторного сердечника обладает конической формой, но также может обладать цилиндрической или любой другой симметричной формой. Нижний конец 15 конденсаторного сердечника 10 обладает конической формой и образует внешний конус (как показано на фиг. 1-3) или внутренний конус (как показано на фиг. 5). Нижний конец 15 соответствует выравнивающему конусу 20 по конической границе 30 раздела.

Выравнивающий конус 20 заключен в корпус 61 выравнивающего элемента 60. Верхняя часть корпуса 61 содержит первое отверстие, в котором расположен конический нижний конец 15 конденсаторного сердечника 10 и который неподвижно прикреплен к установочному фланцу 50. Нижняя часть корпуса 61 содержит второе отверстие, в котором расположен некоторый участок высоковольтного кабеля 40. Зажим 62 кабеля служит для крепления кабеля 40 в корпусе 61.

Чтобы достичь равномерного распределения электрического поля внутри и снаружи концевой заделки кабеля, эластомерный выравнивающий конус 20 содержит расположенные соосно эластомерный изолятор 21 и отражатель 22, нижний конец которого соединен с концевым участком проводящего или полупроводникового слоя, расположенного на внешней поверхности изоляции 44 кабеля.

Если коническая граница 30 раздела содержит внешний конус относительно конденсаторного сердечника 10 (варианты осуществления изобретения в соответствии с фиг. 1-4), эластомерный выравнивающий конус 20 дополнительно содержит электрический проводящий или полупроводниковый экран 23 соединителя, который окружает концевой участок изоляции 44 кабеля и концевой участок внешнего конуса конденсаторного сердечника 10 в соединении 70 между этими двумя концевыми участками. Выравнивающий конус 20 может быть выполнен с использованием известных технологий, таких как многоступенчатое литье электроизоляционного материала (эластомерного изолятора 21) и проводящего или полупроводникового эластомерного материала (отражатель 22 и экран 23 соединителя).

Выравнивающий элемент 60 содержит полое пространство, соответствующее нижнему коническому концу 15 конденсаторного сердечника 10 по границе 30 раздела, которая в случае вариантов осуществления изобретения, соответствующих фиг. 1-4, обладает формой внешнего конуса и в случае варианта осуществления изобретения, соответствующего фиг. 5, обладает формой внутреннего конуса. Коническая граница 30 раздела достигается при давлении, которое толкает коническую поверхность эластомерного выравнивающего конуса 20 к конической поверхности нижнего конца 15 жесткого конденсаторного сердечника 10. Давление вырабатывают с помощью системы сжатия, которая прикладывает силу к эластомерному выравнивающему конусу 20 и/или к границе 30 раздела.

Конденсаторный сердечник 10 может быть изготовлен с использованием технологии, описанной в документах WO 2006/010280 и WO 2007/068130, в частности он может быть изготовлен путем намотки листового сетчатого разделителя на стержень или на центральную трубку. Слои выравнивания поля вставляют между слоями разделительного листового материала в ходе процесса намотки. Намотанный сердечник далее пропитывают отверждаемой смолой, обычно эпоксидной смолой, содержащей неорганические частицы заполнителя, и отверждают. В документе WO 2006/010280 подробно перечислены материалы, которые возможно использовать. Достоинство применения неорганических частиц заполнителя в эпоксидной смоле заключается в увеличении теплопроводности материала, из которого выполнен конденсаторный сердечник 10 , таким образом, обеспечивается более высокая скорость передачи тепла от проводника 42 кабеля в направлении внешней среды и, в результате, возможность применять большие номинальные токи. В качестве альтернативы, конденсаторный сердечник 10 может быть выполнен с использованием технологии применения пропитанной смолой изоляционной бумаги, при которой крепированную изоляционную бумагу используют в качестве листового разделительного материала.

В пяти вариантах осуществления концевой заделки высоковольтного кабеля в соответствии с фиг. 1-5, непрерывный участок 41 проводника 42 кабеля, проходящая через концевую заделку кабеля, поддерживает малым электрическое сопротивление концевой заделки кабеля. Таким образом, поддерживаются малыми омические потери и выработка тепла в концевой заделке кабеля.

Более того, малый диаметр токовой цепи и/или участка 41 с удаленной изоляцией проводника 42 кабеля по всей длине конденсаторного сердечника 10 позволяет обеспечить малый диаметр самого внутреннего слоя 13с выравнивания поля и, в результате, малый диаметр всего конденсаторного сердечника 10 . Указанное позволяет изготовить конденсаторный сердечник 10 с использованием меньшего количества изоляционного материала 14. Этот материал уменьшает радиальное тепловое сопротивление конденсаторного сердечника 10 и, таким образом, улучшает способность по рассеиванию тепла из токовой цепи и/или участка 41 с удаленной изоляцией проводника 42 кабеля.

Концевая заделка кабеля с дополнительным улучшением способности по рассеиванию тепла показано в варианте осуществления изобретения в соответствии с фиг. 2. В этом варианте осуществления изобретения зазор 17 между внешней поверхностью токовой цепи и/или участка 41 с удаленной изоляцией проводника 42 кабеля и внутренней поверхностью конденсаторного сердечника 10, который снаружи граничит с цилиндрическим каналом 11, заполнен твердым, порошковым или гелевым материалом, который увеличивает радиальную теплопроводность между участком 41 с удаленной изоляцией проводника 41 кабеля и конденсаторным сердечником 10 . Ниже приведены примеры материалов, которые могут быть использованы для заполнения зазора.

Твердые материалы:

- отверждаемые смолы, например, эпоксидная смола, полиэфирная смола, полиуретановая смола;

- эластомерные материалы, например, силиконовый эластомер, полиуретановый эластомер;

упомянутые выше смолы или эластомерные материалы, заполненные теплопроводными добавками, такими как кварц, медь;

алюминий, нитрид кремния или порошок нитрида бора, углеродные волокна, нановолокна или нанотрубки.

Порошковые материалы:

- кварцевый песок или другой кремнистый песок;

- порошок, состоящий из металлических зерен или сфер.

Гелевые материалы:

- силиконовые гели, полиуретановые гели.

Достоинство такого решения заключается в уменьшенном общем радиальном тепловом сопротивлении между токовой цепью и внешней поверхностью концевой заделки кабеля, что приводит к более высоким скоростям рассеивания тепла и большим номинальным токам концевой заделки кабеля и/или кабельной арматуры.

В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 3, конденсаторный сердечник 10 содержит электропроводящую центральную трубку 18, которая обычно выполнена из металла, такого как сплав алюминия, и которая образует внешнюю поверхность цилиндрического канала 11. Высоковольтный токовый вывод выполнен в виде металлической соединительной детали 43 и механически закреплен и электрически соединен с верхним концом центральной трубки 18, обычно с помощью винтов. Одновременно металлическая соединительная деталь 43 также образует электрическое соединение с токовой цепью и/или с участком 41 с удаленной изоляцией проводника 42 кабеля, обычно с помощью завинчивания или зажатия.

Центральная трубка 18 электрически соединена с самым внутренним слоем 13с выравнивания поля с помощью короткого высоковольтного проводника 181, обеспечивающего высокий потенциал в этом слое. Металлический установочный фланец 50, который может быть выполнен из алюминиевого сплава, электрически соединен с помощью соединения 182 заземления с самым внешним слоем 13а выравнивания поля и обеспечивает нулевой потенциал этого слоя. Участок внешней поверхности конденсаторного сердечника 10 , продолжающийся от фронтальной поверхности 12b вниз до верхнего края установочного фланца 50, закрыт внешним изолятором 19 с некоторым количеством юбок, обеспечивающих достаточную длину утечки для влажных или загрязненных сред. Внешний изолятор 19 отлит над конденсаторным сердечником 10 и обычно выполнен из силиконового эластомера. В этом варианте осуществления концевой заделки кабеля, зазор 17, здесь расположенный между внешней поверхностью токовой цепи и/или участком 41 с удаленной изоляцией проводника 42 кабеля и внутренней поверхностью центральной трубки 18, заполнен материалом, который увеличивает радиальную теплопроводность между участком 41 с удаленной изоляцией проводника кабеля и трубкой 18 и/или конденсаторным сердечником 10 .

Вариант осуществления изобретения, показанный на фиг. 4, отличается от варианта осуществления изобретения, который соответствует фиг. 3, тем, что центральная трубка 18 расположена только в верхней части конденсаторного сердечника 10 и продолжается близко к верхнему концу самого внутреннего слоя 13с выравнивания поля, с которым нижний конец центральной трубки 18 электрически соединен с помощью короткого высоковольтного соединения 181. Таким образом, диаметр самого внутреннего слоя 13с выравнивания поля может быть выполнен меньшим внешнего диаметра центральной трубки 18. По этой причине конденсаторный сердечник 10 и, таким образом, концевая заделка кабеля обладают меньшим общим диаметром по сравнению с вариантом осуществления изобретения, который соответствует фиг. 3.

В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 5, конденсаторный сердечник 10 содержит полое пространство на своем нижнем конце 15. Выравнивающий конус 20 выполнен как внешний конус и соответствует полому пространству конденсаторного сердечника 10 . Таким образом, конденсаторный сердечник 10 и выравнивающий конус 20 соединены так, что граница 30 раздела обладает формой внутреннего конуса. Выравнивающий элемент 60 удерживают с помощью системы 63 сжатия, которая прикладывает сигу к эластомерному выравнивающему конусу 20 и/или границе 30 раздела по направлению к верхнему концу 16 конденсаторного сердечника 10 и/или концевой заделки кабеля. Граница 30 раздела, обладающая формой внутреннего конуса, полностью исключает использование экрана 23 соединителя, как описано ранее в вариантах осуществления изобретения, соответствующих фиг. 1-4.

Список ссылочных позиций

10 - конденсаторный сердечник

11 - цилиндрический канал

12a, 12b - фронтальные поверхности

13a, 13b, 13c - слои выравнивания поля

14 - жесткая полимерная матрица

15, 16 - концы конденсаторного сердечника

17 - зазор

18 - электропроводящая центральная трубка

19 - внешний изолятор

20 - эластомерный выравнивающий конус

21 - эластомерный изолятор

22 - отражатель

23 - экран соединителя

30 - коническая граница раздела

40 - высоковольтный кабель

41 - участок проводника 42 кабеля

42 - проводник кабеля

43 - высоковольтный токовый вывод

44 - изоляция кабеля

50 - установочный фланец

60 - выравнивающий элемент

61 - корпус

62 - зажим кабеля

63 - система сжатия

70 - соединение

181 - высоковольтное соединение

182 - соединение заземления

Высоковольтная кабельная арматура, обычно концевая заделка кабеля или кабельная муфта содержит расположенные соосно относительно некоторой оси (А) жесткий конический изолятор, электроизоляционный, эластомерный выравнивающий конус (20), соответствующий жесткому коническому изолятору по конической границе (30) раздела, и выровненную по оси токовую цепь. Токовая цепь соединяет проводник (42) кабеля (40) с высоковольтным токовым выводом (43), который расположен сверху жесткого конического изолятора и который предусмотрен для соединения с высоковольтным компонентом. Жесткий конический изолятор выполнен как конденсаторный сердечник (10) и содержит несколько электропроводящих слоев (13a, 13b, 13c) выравнивания поля, которые расположены концентрически вокруг оси (А), и жесткую полимерную матрицу (14), в которую встроены слои выравнивания поля. Участок (41) проводника (42) кабеля, с которой удалена изоляция (44) кабеля (40), продолжается от конической границы (30) раздела до высоковольтного токового вывода (43) и образует выровненную по оси токовую цепь, и конденсаторный сердечник (10) содержит выровненный по оси цилиндрический канал (11), в которой расположен участок (41) с удаленной изоляцией проводника (42) кабеля и которая проходит две противоположные фронтальные поверхности (12а, 12b) конденсаторного сердечника (10). Изобретение сохраняет малым размер кабельной арматуры и позволяет арматуре перемещать высокие номинальные непрерывные токи. 15 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Кабельная арматура для соединения высоковольтного кабеля (40), содержащего проводник (42) кабеля и изоляцию (44) кабеля, которая закрывает проводник кабеля, с высоковольтным компонентом,

арматура содержит расположенные соосно относительно оси (А) жесткий конический изолятор, электроизоляционный эластомерный выравнивающий конус (20), соответствующий жесткому коническому изолятору по конической границе (30) раздела, и выровненную по оси токовую цепь, которая соединяет проводник (42) кабеля с высоковольтным токовым выводом (43), расположенным сверху указанного жесткого конического изолятора и предназначенным для соединения с указанным высоковольтным компонентом,

при этом жесткий конический изолятор выполнен в виде конденсаторного сердечника (10) и содержит несколько электропроводящих слоев (13a, 13b, 13c) выравнивания поля, которые расположены концентрически вокруг указанной оси, а также жесткую полимерную матрицу (14), в которую встроены указанные слои выравнивания поля, отличающаяся тем, что

участок (41) проводника (42) кабеля, с которой удалена изоляция (44) кабеля, проходит от конической границы (30) раздела до высоковольтного токового вывода (43) и образует токовую цепь, при этом

конденсаторный сердечник (10) содержит выровненный по оси цилиндрический канал (11), в котором расположен участок (41) проводника (42) кабеля с удаленной изоляцией и который проходит через две противоположные фронтальные поверхности (12a, 12b) конденсаторного сердечника (10).

2. Кабельная арматура по п. 1, отличающаяся тем, что проводник (42) кабеля является проводником, разделенным на участки.

3. Кабельная арматура по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что зазор (17) в цилиндрическом канале (11) между внешней поверхностью проводника (42) кабеля и внутренней поверхностью конденсаторного сердечника (10) заполнен электроизоляционным теплопроводным материалом.

4. Кабельная арматура по п. 3, отличающаяся тем, что теплопроводный материал содержит по меньшей мере один из следующих материалов: твердый материал, порошок и гель.

5. Кабельная арматура по п. 4, отличающаяся тем, что твердый материал содержит отверждаемую смолу, в частности на основе эпоксидной смолы, и/или полиэфир, и/или полиуретан, и/или эластомер, в частности, на основе силикона или полиуретана.

6. Кабельная арматура по п. 5, отличающаяся тем, что отверждаемая смола или эластомер содержит теплопроводный заполнитель, в частности на основе порошка, содержащего минерал, такой как кварц, металл, такой как медь или алюминий, или нитрид, такой как нитрид кремния или нитрид бора, на основе волокон, таких как углеродные волокна или нановолокна, или на основе нанотрубок.

7. Кабельная арматура по п. 4, отличающаяся тем, что порошковый материал содержит кремнистый песок, в частности кварцевый песок, и/или металлический порошок, содержащий металлические зерна или сферы.

8. Кабельная арматура по п. 4, отличающаяся тем, что гелевый материал содержит силиконовый гель и/или полиуретановый гель.

9. Кабельная арматура по любому из пп. 1-8, отличающаяся тем, что конденсаторный сердечник (10) содержит электропроводящую центральную трубку (18), которая образует внешнюю поверхность цилиндрического канала (11), а

высоковольтный токовый вывод (43) неподвижно закреплен на верхнем конце центральной трубки (18) и электрически соединен со свободным концом участка (41) с удаленной изоляцией проводника (42) кабеля.

10. Кабельная арматура по п. 9, отличающаяся тем, что центральная трубка (18) электрически соединена с самым внутренним слоем (13с) из указанных нескольких слоев выравнивания поля.

11. Кабельная арматура по п. 10, отличающаяся тем, что центральная трубка (18) проходит вниз от высоковольтного токового вывода (43) самое большее до верхней кромки указанного самого внутреннего слоя (13с) выравнивания поля.

12. Кабельная арматура по любому из пп. 1-11, отличающаяся тем, что внешний изолятор (19) сформован непосредственно вокруг внешней поверхности конденсаторного сердечника (10).

13. Кабельная арматура по любому из пп. 1-12, отличающаяся тем, что конденсаторный сердечник (10) содержит листовой сетчатый разделитель, который спирально обмотан вокруг оси (А), при этом каждый из указанных нескольких элементов (13a, 13b, 13c) выравнивания поля вставлен между последовательными витками разделителя, причем полимерная матрица проникает в разделитель и она внедрена в разделитель и слои выравнивания поля.

14. Кабельная арматура по любому из пп. 1-13, отличающаяся тем, что жесткая полимерная матрица содержит отверждаемую эпоксидную смолу, которая содержит неорганический заполнитель.

15. Кабельная арматура по любому из пп. 1-14, отличающаяся тем, что эластомерный выравнивающий конус (20) является частью выравнивающего элемента (60), причем выравнивающий элемент (60) содержит эластомерный выравнивающий конус (20) и корпус (61), который полностью закрывает эластомерный выравнивающий конус (20), при этом верхняя часть корпуса (61) на одной стороне имеет первое отверстие, в котором расположен конический нижний конец (15) конденсаторного сердечника (10), а на другой стороне она неподвижно прикреплена к установочному фланцу (50), который поддерживает конденсаторный сердечник (10), а нижняя часть корпуса (61) имеет второе отверстие, в котором расположен участок высоковольтного кабеля (40) и зажим (62) кабеля, который крепит кабель (40) к корпусу (61).

16. Кабельная арматура по п. 15, отличающаяся тем, что эластомерный выравнивающий конус (20) содержит расположенные соосно эластомерный изолятор (21), отражатель (22) и, в случае конической границы (30) раздела с внешним конусом относительно конденсаторного сердечника (10), дополнительно экран (23) соединителя, который окружает концевой участок изоляции (44) кабеля и концевой участок внешнего конуса конденсаторного сердечника (10) на соединении (70) между этими двумя концевыми участками.