DE19512922A1 - Verfahren zur Herstellung einer Verbindungsmuffe für Hochspannungskabel - Google Patents

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Energieverteilung und ist bei der Herstellung von Verbindungsmuffen anzuwenden, mit denen bei der Erstellung einer Hochspannungskabelanlage die einzelnen Längen kunststoffisolierter Hochspannungskabel elektrisch miteinander verbunden werden. Bevorzugtes Anwen­ dungsgebiet sind Verbindungsmuffen für mit vernetztem Po­ lyäthylen (VPE/XLPE) isolierte Kabel, deren Übertragungsspan­ nung 220 kV und mehr beträgt.

Die technische Weiterentwicklung auf dem Gebiet der Hochspan­ nungskabelanlagen ist den 80er und 90er Jahren u. a. durch die Verwendung von vernetztem Polyäthylen als Isoliermaterial gekennzeichnet. Nach der Einführung dieses Isolierwerkstoffes in der 110 kV-Ebene und der Inbetriebnahme von Kabelanlagen auf der 220 kV- und 275 kV-Ebene werden inzwischen Kabelanla­ gen für eine Übertragungsspannung von 400 kV errichtet. Die Möglichkeit, solche Kabelanlagen zu errichten, hängt dabei auch von verfügbaren Garnituren für den Anschluß der Kabelan­ lage (Endverschlüsse) und für die Verbindung einzelner Kabel­ längen (Verbindungsmuffen) ab. Für Endverschlüsse werden Isolierkörper aus Porzellan oder Gießharz verwendet, die nach ihrer Montage eine Füllung aus einer synthetischen Flüssig­ keit erhalten. Die elektrische Feldsteuerung in den Endver­ schlüssen erfolgt mit Hilfe von vorgefertigten, aufschiebba­ ren Steuerelementen aus Silikonkautschuk, die bei entspre­ chender Gestaltung des elektrischen leitenden Teiles ein relativ kleines Bauteil bilden (DE-Z "ABB-Technik", Heft 2/1994, Seiten 13 bis 19/EP-A2-0 491 447). Als Material für die Steuerelemente kommen bei Raumtemperatur durch Additions­ vernetzung vulkanisierende, gießbare zweikomponentige Sili­ konkautschuktypen (RTV-2-Kautschuke) in Betracht (DE-Z "Kautschuk + Gummi-Kunststoffe", Nr. 1/1986, Seiten 33 bis 36; DE-Z "Energiewirtschaft", 1991, Heft 26, Seiten 1535 bis 1545). - Bei der Herstellung von Verbindungsmuffen für die genannten Kabelanlagen wird der eigentliche Isolierkörper der Muffe entweder aus vernetzbaren Polyäthylenbändern aufgebaut (Wickelmuffe) oder unter Verwendung einer Gießform durch Extrusion eines vernetzbaren Polyäthylens hergestellt (EMJ- Muffe; DE 29 28 856 A1/Zeitschrift IEEE Electrical Insulation Magazine, Mai/Juni 1991, Vol. 7, Nr. 3, Seiten 31 bis 33) oder es wird eine aus vorgeferigten Einzelkomponenten bestehende Muffe (Feststoffmuffe) verwendet, deren Isolierkörper aus Epoxidharz besteht und eine Hochspannungselektrode enthält, wobei an den beiden Enden des Isolierkörpers konische Hochspannungsabdichtungen aus Silikonkautschuk eingeschoben werden ("ABB-Technik", Heft 2/1994, Seite 17, Fig. 3 mit Text). - Bei einer anderen bekannten Verbindungsmuffe sind die jeweils mit einem aufgeschobenen Steuerelement versehenen Kabel enden im Bereich der Leiterverbindungsstelle mit einer elektrisch leitenden und einer elektrisch isolierenden Umhüllung in Form einer Bewicklung umgeben und insgesamt von einem dichten Metallgehäuse umgeben, das mit einem Isoliermedium in Form des Isoliergases SF₆ gefüllt ist (DE-A1-38 22 288). - Diese bekannten Verbindungsmuffen beanspruchen in aller Regel ein relativ großes Volumen (Länge, Durchmesser) und/oder sind gegebenenfalls in der Herstellung relativ aufwendig (Temperung zur Vernetzung des Isolierkörpers) oder müssen während des Betriebes überwacht werden (Füllung mit SF₆).

Zur Herstellung einer Verbindungsmuffe für kunststoffisolier­ te Hochspannungskabel mit einer Übertragungsspannung von 65 kV ist im übrigen ein vorgefertigter Muffenkörper bekannt, der aus elastischem Material besteht und auf den Aderisolie­ rungen der beiden verbundenen Kabeladern aufliegt. Der Muf­ fenkörper enthält einen elektrisch leitenden Abschirmzylinder stelle mit Abstand umgibt und den Raum innerhalb des Ab­ schirmzylinders feldfrei macht (DE-A1-16 65 222).

Ausgehend von einem Verfahren zur Herstellung einer Verbin­ dungsmuffe für kunststoffisolierte Hochspannungskabel mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 (DE 38 22 288) liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, zur Herstel­ lung der Muffe Maßnahmen zu ergreifen, die zu einer kleinbau­ enden, schnell und sicher montierbaren Muffe führen, die auch für Übertragungsspannungen um 400 kV einsetzbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß als elektrisch leitende und elektrisch isolierende Umhül­ lung der Leiterverbindungsstelle eine vorgefertigte, ela­ stisch aufweitbare Abschirmelektrode verwendet wird, die mit ihren Enden auf der Isolierung der beiden Kabel enden auf­ sitzt, daß weiterhin nach dem Aufschieben der Abschirmelek­ trode auf die Leiterverbindungsstelle die Oberfläche der beiden Feldsteuerelemente, der Kabelisolierungen und der Abschirmelektrode mit einem Haftvermittler beschichtet werden und daß nachfolgend um die so vorbereitete Verbindungsstelle eine Gießform angeordnet und diese Gießform mit einem isolie­ renden, flüssig verarbeitbaren und vernetzbaren Elastomer ausgefüllt und das Elastomer vernetzt wird.

Die gemäß der Erfindung vorgesehenen Maßnahmen führen infolge der Verwendung von vorgefertigten Steuerelementen und einer vorgefertigten Abschirmelektrode zu einer in axialer und radialer Richtung kleinbauenden Muffe, deren Betriebssicher­ heit durch die Verwendung eines Haftvermittlers im Grenzbe­ reich zwischen den vorgefertigten Teilen einschließlich der Aderisolierungen und dem durch Gießen vor Ort hergestellten Muffenkörper gewährleistet ist. Zweckmäßig wird als Material für die Feldsteuerelemente und die Abschirmelektrode Silikon­ kautschuk verwendet; vorgefertigte Elemente aus diesem Mate­ rial lassen sich relativ leicht aufweiten und gewährleisten einen sicheren elastischen Sitz. Als flüssig verarbeitbares Elastomer sollte dementsprechend ein bei Raumtemperatur vernetzender Silikonkautschuk verwendet werden, dessen Topf­ zeit durch geeignete Additive auf 1 bis 5 Stunden eingestellt ist, um ein ungestörtes Einfließen des Elastomers in einer Menge von etwa 100 l in die Gießform zu ermöglichen. Die Verwendung eines bei Raumtemperatur vernetzenden Elastomers erübrigt dabei die bei anderen Muffenkonstruktionen zur Vernetzung des Isoliermaterials erforderliche Wärmezufuhr von außen. - Eine weitere Verringerung des Volumens der herge­ stellten Muffe läßt sich erreichen, wenn die Aderisolierung der beiden verbundenen Kabeladern im Bereich der Abschirm­ elektrode bis auf eine Wandstärke von etwa 5 mm reduziert ist. Dadurch läßt sich der Außendurchmesser der auf Hoch­ spannungspotential liegenden Abschirmelektrode wesentlich verringern, ohne zu einer elektrischen Überbeanspruchung des ebenfalls im Durchmesser reduzierten Muffenkörpers zu führen.

Das hohlraumfreie Anliegen des Muffenkörpers an die Aderiso­ lierungen der beiden Kabelenden kann durch eine radiale Druckeinwirkung unterstützt werden. Hierfür eignet sich z. B. eine rohrartige Druckmanschette aus einem elastisch dehnbaren Kunststoff hoher Festigkeit auf Athylen-Propylen-Basis oder auf Silikon-Basis. Eine solche Druckmanschette bildet zweck­ mäßig den äußeren Bereich des isolierenden Muffenkörpers und wird vor dem Anordnen der Gießform über die Verbindungsstelle geschoben, wobei eine dichte Auflage im Fußbereich der beiden Steuerelemente anzustreben ist. Der Außendurchmesser der Druckmanschette wird kleiner als der Innendurchmesser der Gießform gewählt, so daß unter der Einwirkung des Fülldruckes beim Einfüllen des flüssigen Elastomers die Druckmanschette bis zum Anliegen an die Gießform aufgeweitet wird. Aus gieß­ technischen Gründen kann die innere Oberfläche der Druck­ manschette doppelkonisch mit zu den Enden hin größer werden­ dem Durchmesser gestaltet sein.

Zwei Ausführungsbeispiele einer Verbindungsmuffe, die nach dem gemäß der Erfindung ausgebildeten Verfahren hergestellt wurden, sind in den Fig. 1 und 2 dargestellt.

Dabei zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Verbindungsmuffe, bei der die Isolierung der Kabeladern zum Zwecke der Herstellung der Leiterverbindung einstufig ab­ gesetzt ist und

Fig. 2 eine Verbindungsmuffe, bei der die Isolierung der Kabeladern zum Zwecke der Anordnung einer Abschirm­ elektrode möglichst kleinen Durchmessers konisch reduziert ist.

Die Muffe gemäß Fig. 1 dient zur Verbindung der beiden Kabeladern 1 und 4, die einen Leiter 2 bzw. 5 und eine Iso­ lierung 3 bzw. 6 aufweisen. Der Kabelisolierung zugeordnete innere und äußere Leitschichten sind nicht dargestellt. An den Enden der beiden Kabeladern ist die Isolierung entfernt, um die Leiter mit dem Leiterverbindungselement 7 zu verbin­ den. Darüber ist eine potentialsteuernde Brücke 8 angeordnet, die eine elektrische Verbindung zur Abschirmelektrode 9 herstellt, die aus einem elektrisch leitenden Teil 6 und einer isolierenden Umhüllung 11 besteht. Die Abschirmelek­ trode 9 ist so dimensioniert, daß sie mit ihren Enden unter elastischer Aufweitung auf den Aderisolierungen 3 und 6 aufliegt.

Vor dem Verbinden der beiden Kabeladern wurden auf die ent­ sprechend vorbereiteten Kabel enden die beiden Steuerelemente 12 und 15 aufgeschoben, die jeweils als leitendes Teil einen Steuerdeflektor 13 aufweisen, der in ein isolierendes Teil 14 eingebettet ist.

Nach Anordnung der Steuerelemente 12 und 15 und der Schirm­ elektrode 10 wurden die Oberflächen dieser Garniturenteile sowie der freiliegenden Aderisolierung mit einem Haftvermitt­ ler beschichtet und anschließend mit einer Gießform umgeben, in die ein flüssiges, vernetzbares Isoliermaterial eingefüllt wurde. Durch diesen Gießvorgang und den Vernetzungsvorgang wurde der Isolierkörper 17 gebildet, auf den anschließend die Leitschicht 18 aufgebracht wurde. Die Leitschicht 18 ist üblicherweise mit den elektrischen Schirmen der zu verbinden­ den Kabeladern elektrisch verbunden. Zum Zwecke der Poten­ tialtrennung kann diese Leitschicht eine Unterbrechung 19 aufweisen.

Fig. 2 zeigt die Verbindung zweier Hochspannungskabel, wobei nur die eine Hälfte der Muffe dargestellt ist. Jedes der beiden Kabel 20 ist mit einer Isolierung 21 versehen, die mittels einer konischen Stufe 22 auf einen Bereich 23 gerin­ ger Wandstärke reduziert ist. Die Abschirmelektrode 30 liegt im Bereich der reduzierten Wandstärke auf den Aderisolie­ rungen der beiden Kabel auf.

Jedes Kabel ist von einem Aluminium-Wellmantel 24 umgeben, der seinerseits einen Kunststoffmantel 25 trägt. Im Bereich der Absetzstelle des Kabelmantels ist an den Metallmantel ein Rohrstück 27 angesetzt, auf dem der Fuß des jeweiligen Steu­ erelementes 31 aufsitzt. An dem Rohrstück ist auch die Er­ dungsklemme 26 befestigt. Diese Erdungsklemme 26 ist mit einem Anschlußstück 28 versehen, an dem eine Erdschiene 29 befestigt ist. Die Erdschiene 29 ist am anderen Ende der Muffe mit dem Metallmantel des anderen Kabel s oder mit einer Auskreuzungseinrichtung elektrisch verbunden. An der Erd­ schiene 29 liegt auch der isolierende Muffenkörper 32 an, der mit einer nicht näher bezeichneten äußeren Leitschicht verse­ hen ist.

Um die im wesentlichen aus der Abschirmelektrode 30, den Steuerelementen 31 und der Isoliermuffe 32 bestehende Verbin­ dungsmuffe ist noch ein Muffengehäuse 33 angeordnet, das zum Zwecke der feuchtigkeitsdichten Einkapselung der Muffe als Ganzes mit Gießharz vergossen wird.

Bei der Herstellung der Muffe wurden Steuerelemente und Abschirmelektroden aus Silikonkautschuk verwendet. Zum Be­ schichten der Oberflächen vor der Herstellung des Isolierkör­ pers wurde ein Haftvermittler auf Polysiloxanbasis verwendet, wie er handelsüblich ist. Für die Herstellung des isolieren­ den Muffenkörpers 17 bzw. 32 wurde ein für diese Zwecke von der Firma Wacker-Silikone angebotener bei Raumtemperatur durch Additionsvernetzung vulkanisierender Silikonkautschuk verwendet.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung einer Verbindungsmuffe für kunststoffisolierte Hochspannungskabel, bei dem vor dem Verbinden der Leiterenden auf jede der beiden zu verbindenden Kabeladern ein vorgefertigtes, elastisch aufweitbares Feldsteuerelement (12, 15) aufgeschoben wird, bei dem die miteinander verbundenen Leiterenden mit einer aus Kunststoff bestehenden, elektrisch leitenden Umhüllung und mit einer ebenfalls aus Kunststoff bestehenden isolierenden Umhüllung umgeben werden und bei dem die umhüllte Leiterverbindungsstelle (7, 8) und die Feldsteuerelemente von einem Isoliermedium umgeben wer­ den,
dadurch gekennzeichnet,
daß als elektrisch leitende und elektrisch isolierende Umhül­ lung der Leiterverbindungsstelle eine vorgefertigte, ela­ stisch aufweitbare Abschirmelektrode (9) verwendet wird, die mit ihren Enden auf der Isolierung (6) der beiden Kabelenden (1, 4) aufsitzt,
daß nach dem Aufschieben der Abschirmelektrode (9) auf die Leiterverbindungsstelle die Oberflächen (16) der beiden Feldsteuerelemente (12, 15) der Kabelisolierungen (6) und der Abschirmelektrode (9) mit einem Haftvermittler beschichtet werden
und daß nachfolgend um die so vorbereitete Verbindungsstelle eine Gießform angeordnet und diese Gießform mit einem isolie­ renden, flüssig verarbeitbaren und vernetzbaren Elastomer (17) ausgefüllt und das Elastomer vernetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Vernetzen des isolierenden Elastomers auf den so hergestellten Muffenkörper (17) eine leitfähige Beschichtung (18) aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Beschichtung nur mit dem Kabelschirm einer der beiden Kabeladern elektrisch verbunden wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldsteuerelemente (12, 15) und die Abschirmelektrode (9) aus Silikonkautschuk bestehen und daß als flüssig verar­ beitbares Elastomer ein kaltvernetzender Silikonkautschuk mit einer Topfzeit von 1 bis 5 Std. verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Haftvermittler ein Polysiloxan oder eine Mischung mehrerer Polysiloxane verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufschieben der Abschirmelektrode (30) die Wand­ dicke der Aderisolierungen (21) im Bereich (23) der Abschir­ melektrode auf etwa 5 mm verringert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Anordnen der Gießform eine vorgefertigte, rohr­ förmige Druckmanschette über der Verbindungsstelle angeordnet wird, wobei die Druckmanschette aus einem elastisch dehnbaren Kunststoff besteht, an den Steuerelementen dichtend anliegt und einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner als der Innendurchmesser der Gießform ist.