УСТРОЙСТВО КОНТАКТИРОВАНИЯ С ЭКРАНОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КАБЕЛЯ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
CONTACTING DEVICE FOR CONTACTING HIGH-VOLTAGE CABLE SCREEN

Изобретение касается устройства для контактирования с содержащим алюминий экраном электрического кабеля высокого напряжения, имеющего жилу кабеля, которая по всей длине этого высоковольтного кабеля окружена экраном, причем экран по меньшей мере на одном конце высоковольтного кабеля зажат между частями выполненной из металла арматуры.
Такое устройство известно, например, из DE 2445898C2.
Высоковольтные кабели, в общем, имеют внутреннюю жилу кабеля и отделенный от нее прокладочным слоем внешний экран кабеля, в дальнейшем кратко обозначаемый «экраном», который в общем случае заземлен. Такие экраны получают в общем случае из алюминиевой фольги, которая в форме трубки окружает жилу кабеля, или из множества проволок из меди или - в возрастающей степени - из алюминия. Для электропроводящего подключения такого высоковольтного кабеля, например, к корпусу электрической гарнитуры или к другому высоковольтному кабелю необходимо, таким образом, контактирование как с жилой кабеля, так и с внешним экраном.
Подключение экрана в общем случае осуществляется электросваркой. При этом требуются высокие технические знания персонала и значительные аппаратно-технические затраты, чтобы обеспечить надежное соединение при предельно допустимой силе тока, не создавая недопустимой нагрузки на экран и изоляцию.
В публикации DE 3131274C2 показано заземление для слоев, оболочки или т.п. электрического кабеля, причем его концевая часть в форме отдельных полос оболочки или экранирующих полос отогнута наружу и зажата между двумя контактными кольцами, надвинутыми с концов кабеля на свободно лежащую оболочку или экран и охватывающими их радиально. При этом предусмотрены расположенное внутри пружинное кольцо и наружное, не изменяющее форму контактное кольцо, которые выполнены конически сходящимися друг к другу и зажимают нарезанный на металлические полоски металлический слой, причем они могут иметь конструктивное исполнение, обеспечивающее проникновение через слой оксида алюминия, например, рифление или шероховатость.
В упомянутом вначале документе DE 2445898C2 показано соединение заземляющего экрана силового кабеля, в котором изготовленный из алюминия или, соответственно, алюминиевого сплава экран для образования продольных полосок многократно разрезан в осевом направлении и отогнут. Полученные таким образом присоединительные выводы отгибаются назад и зажимаются между двумя дисками с контактными поверхностями, расположенными под углом к оси резьбового соединения. Контактные устройства такого рода являются относительно дорогостоящими, и механическая нагрузка на экран является значительной.
В основе данного изобретения лежит задача выполнения охарактеризованного вначале устройства таким образом, чтобы обеспечить надежный электрический контакт с экраном высоковольтного кабеля при относительно небольших затратах.
Эта задача согласно изобретению решается тем, что
арматура включает в себя по меньшей мере два кольцевых контактных элемента - первый контактный элемент и второй контактный элемент, которые в смонтированном состоянии соединены друг с другом резьбовым соединением, причем
первый контактный элемент имеет коническую наружную поверхность, расширяющуюся к концу высоковольтного кабеля, и охватывает жилу высоковольтного кабеля,
второй контактный элемент помещен на частях резьбового соединения и тоже имеет расширяющуюся к концу высоковольтного кабеля коническую внутреннюю поверхность, которая в смонтированном состоянии проходит параллельно наружной поверхности первого контактного элемента, причем
по меньшей мере часть экрана в смонтированном состоянии зажата между проходящими параллельно друг другу коническими поверхностями обоих контактных элементов, и
по меньшей мере коническая внутренняя поверхность второго контактного элемента имеет структурирование для повышения ее шероховатости.
В зависимых пунктах описаны предпочтительные усовершенствованные варианты выполнения изобретения, охарактеризованного пунктом 1 формулы изобретения.
Благодаря такой конструкции предусмотрено устройство для контактирования по меньшей мере с двумя контактными элементами, из которых первый контактный элемент имеет коническую наружную поверхность, а второй контактный элемент имеет коническую внутреннюю поверхность. При этом внутренняя поверхность и наружная поверхность расширяются - иначе, чем в рассмотренных выше устройствах для контактирования согласно уровню техники, - конически от приемного отверстия устройства для контактирования к другому концу, то есть коническая внутренняя поверхность и коническая наружная поверхность расширяются к концу вставленного кабеля.
Направление, в котором устройство для контактирования насаживается на кабель, в дальнейшем обозначается как направление монтажа.
В одном варианте осуществления, в котором предусмотрено лишь два контактных элемента, зажимаются и контактируют концевые области экрана, в частности, между конической наружной поверхностью первого контактного элемента и конической внутренней поверхностью второго контактного элемента.
В основе изобретения лежит идея размещать концевые области экрана между двумя поверхностями, которые конически расширяются к концу кабеля. Тем самым, больше не требуется отгибать концевые области экрана более чем на 90 назад или, соответственно, в направлении монтажа. Более того, достаточно лишь слегка раздвинуть концевые области экрана.
Поскольку концевые области экрана, тем самым, лишь слегка раздвигаются, может снижаться нагрузка на материал экрана. Было установлено, что это является преимуществом, в частности, и в случае выполнения экрана из проволок, то есть из проволочного экрана, поскольку, в частности, и проволока сильнее нагружается при большем угле перегиба.
Согласно изобретению можно, таким образом, использовать универсальное контактное устройство для экранов из металлической фольги или из проволок.
Несмотря на небольшое расширение, может быть обеспечен надежный зажим между проходящими навстречу друг другу поверхностями, причем зажимные средства помещаются предпочтительно непосредственно на контактных элементах. При этом эффективными и легкими в обслуживании зажимными средствами оказались, в частности, винты, которые вставляются по меньшей мере через один из контактных элементов. Так что винты могут, например, проходить через второй контактный элемент, выполненный в виде зажимного кольца и имеющий коническую внутреннюю поверхность, и входить, например, в резьбовые отверстия первого контактного элемента. Тем самым нужно лишь затянуть несколько распределенных по периметру винтов, чтобы обеспечить равномерную и надежную затяжку. При этом эти винты с небольшими затратами обеспечивают надежное электрическое соединение концевых областей с обоими контактными элементами, а также обоих контактных элементов друг с другом.
Такое контактное устройство является относительно малогабаритным и, соответственно, компактным, так как второй контактный элемент, предпочтительно выполненный в виде наружного зажимного кольца, может быть в значительной мере надвинут на первый контактный элемент. Угол подъема внутренней и наружной конических поверхностей, то есть угол раскрытия конуса относительно осевого направления, может лежать, например, в диапазоне до 45°, в частности, менее 30°. Было установлено, что затяжение или сдавливание концевых областей экрана, то есть металлических полосок или отдельных проволок, под таким плоским углом оказывается предпочтительным, поскольку за счет этого получается сравнительно большое движение скольжения наружного второго контактного элемента, а тем самым и заметное истирание слоя оксида алюминия, который в данном случае является помехой, и обеспечивается надежный контакт на большой поверхности.
Внутренняя поверхность и внешняя поверхность предпочтительно дополнительно снабжены структурированиями для увеличения контактных поверхностей и для разрушения слоя оксида алюминия.
Под конической внутренней поверхностью и под конической наружной поверхностью в данном случае понимается поверхность, которая в осевом направлении сужается или, соответственно, расширяется, причем возможны также отклонения от кругового поперечного сечения, в частности, в случае кабельных жил, поперечное сечение которых не является точно круговым. Такие конические поверхности предпочтительно полностью проходят в окружном направлении вокруг оси. В принципе при этом возможны варианты выполнения конических поверхностей, которые сужаются или расширяются в осевом направлении нелинейно. Однако линейный характер является предпочтительным, так как за счет этого обеспечивается контакт на большой поверхности, а также движение скольжения при зажатии для проникновения через слой оксида алюминия.
Наряду с вариантами выполнения, в которых предусмотрены лишь два контактных элемента, для экранов как из металлической фольги, так и из проволочного экрана можно предусмотреть и более двух контактных элементов, в частности, три контактных элемента. Контактное устройство с тремя контактными элементами предпочтительно имеет третий контактный элемент как с конической внутренней поверхностью, так и с конической наружной поверхностью, который предусмотрен в дополнение ко второму контактному элементу, служащему зажимным кольцом, и к первому контактному элементу, имеющимся в вариантах осуществления лишь с двумя контактными элементами. Третий контактный элемент обеспечивает возможность осуществлять с первым контактным элементом и со вторым контактным элементом соответствующую затяжку по отдельности, с одной стороны, экрана из металлической ленты и, с другой стороны, экрана из проволочного экрана.
Также и при выполнении кабельного соединения с тремя контактными элементами можно, таким образом, обеспечить высокую надежность, так как зажатие как экрана из металлической ленты, так и экрана из металлической проволоки между коническими поверхностями обеспечивает возможность соответственно отдельной затяжки. Для этого, например, для каждого контактирования могут быть предусмотрены отдельные винты.
Таким образом, можно создать комплект из нескольких контактных элементов с подобными или одинаковыми функциями. При этом возможны также варианты выполнения, при которых можно по желанию выбирать два или три контактных элемента для выполнения требуемого заземления экрана.
В способе согласно изобретению второй контактный элемент - после удаления внешней изоляции - надвигается со стороны кабельного конца, то есть в направлении монтажа. Затем несколько отдельных концевых областей экрана - то есть образованные посредством аксиальных шлицов металлические полоски или отдельные проволоки - укладывают на коническую наружную поверхность первого контактного элемента, и первый контактный элемент надвигают в направлении монтажа, то есть со стороны кабельного конца. В противоположность, например, процессу сгибания под углом изгиба более 90° такой монтаж существенно облегчен. Концы экрана могут по существу автоматически укладываться на коническую наружную поверхность. Затем второй контактный элемент надвигается на концы экрана противоположно направлению монтажа, то есть в направлении к кабельному концу, и при разрушении возможно имеющегося слоя оксида алюминия стягивается с первым контактным элементом, что может быть осуществлено предпочтительно путем простого затягивания винтов.
Ниже изобретение рассматривается на примере нескольких вариантов осуществления с привлечением чертежей, на которых показано следующее:
фиг. 1 - соединение экрана с контактным устройством согласно первому варианту осуществления для подключения экрана из металлической ленты,
фиг. 2 - соединение экрана согласно второму варианту осуществления для подключения проволочного экрана,
фиг. 3 - соединение экрана согласно третьему варианту осуществления для подключения кабельного экрана из проволочного экрана и из металлической ленты.
Высоковольтный кабель 1 содержит внутреннюю кабельную жилу 2 и служащую экраном алюминиевую ленту 4, отделенную от кабельной жилы 2 изолирующим прокладочным слоем 3, а также наружную изоляцию 5. Высоковольтный кабель 1 в целом предпочтительно является гибким, так что и его компоненты, то есть кабельная жила 2, прокладочный слой 3, алюминиевая лента 4 и наружная изоляция 5, тоже являются гибкими.
Высоковольтный кабель 1 в соединении 6 экрана подключен к электрическому устройству 7, которым может быть, например, еще один высоковольтный кабель или электрическая гарнитура. Заземляющее соединение 6 экрана служит для контактирования с выполняющей роль экрана алюминиевой лентой 4. Кабельная жила 2 дополнительно, соответственно, подключена через не показанную здесь кабельную гарнитуру. Направление M монтажа проходит от кабельного конца на фиг. 1 вправо.
Соединение 6 экрана по существу образовано посредством контактного устройства 8, которое выполнено радиально снаружи кабельной жилы 2, а именно кольцеобразно в форме проходящего в осевом направлении устройства, и имеет первый контактный элемент 9, второй контактный элемент 10 и соединительные средства 11, 12, 13, в данном случае винты 11, при необходимости с гайками 12 и, например, подкладными шайбами 13. Первый контактный элемента 9 имеет соединительную зону 9a, например, с выполненными в виде резьбовых отверстий первыми отверстиями 14 под винты для приема винтов 11 и контактную зону 9b с конической наружной поверхностью 16, причем коническая наружная поверхность 16 конически сужается в направлении М монтажа, то есть от кабельного конца. Первые отверстия 14 под винты в данном случае выполнены как глухие отверстия с внутренней резьбой. На конической наружной поверхности 16 выполнено структурирование 17, например, в виде шероховатостей или зубцов, или рифления, чтобы увеличить активную поверхность и повысить шероховатость. Второй контактный элемент 10 имеет вторые отверстия 20 под винты, в данном случае в виде сквозных отверстий без резьбы, и коническую внутреннюю поверхность 22, которая предпочтительно тоже снабжена структурированием 23 для повышения ее шероховатости и увеличения активной поверхности.
Алюминиевая лента 4 внутри высоковольтного кабеля 1 предпочтительно выполнена в виде замкнутой алюминиевой фольги, которая в виде трубки охватывает кабельную жилу 2. В области соединения 6 экрана алюминиевая лента 4 разделена на концевые зоны, в данном случае в виде проходящих в направлении оси A металлических полосок 4a, которые при выходе из наружной изоляции 5 несколько отогнуты радиально наружу и помещены между конической наружной поверхностью 16 первого контактного элемента 9 и конической внутренней поверхностью 22 второго контактного элемента 10. Винты 11 служат в качестве зажимных средств, которые прижимают второй контактный элемент 10, служащий зажимным кольцом, и стягивают его с первым контактным элементом 9, причем указанные структурирования 17, 23 проникают сквозь возможно образовавшийся на металлических полосках 4a слой оксида алюминия, который может ухудшать электрический контакт или препятствовать ему.
Таким образом, приемное отверстие 19 контактного устройства 8 для приема высоковольтного кабеля 1 на фиг. 1 предусмотрено в правой области контактного устройства 8. Высоковольтный кабель 1 вводится справа в приемное устройство 19, которое задано посредством второго контактного элемента 10, так как направление M монтажа для контактного устройства 8 обращено вправо.
Для образования соединения 6 экрана, таким образом, сначала укорачивают или, соответственно, удаляют наружную изоляцию 5 в одной концевой области и алюминиевую ленту 4 делят на металлические полоски 4a. Второй контактный элемент 10 перед структурированием концевой области или после него его приемным отверстием 19 надвигают в направлении M монтажа на высоковольтный кабель 1. Первый контактный элемент 9 в этом случае сдвигается в направлении M монтажа, и металлические полоски 4a прилегают к конической поверхности 16. Затем второй контактный элемент 10 надвигается на металлические полоски 4a в направлении, противоположном направлению М монтажа, и устройство зажимается посредством винтов 11.
Оба контактных элемента 9 и 10 и винты 11, таким образом, электрически подключены к алюминиевой ленте 4, служащей заземлением. При этом первый контактный элемент 9 может быть также частью корпуса другого электрического устройства 7.
На фиг. 2 показан другой вариант выполнения, предназначенный для высоковольтного кабеля 101, который в качестве экрана имеет проволочный экран 104 из отдельных проволок 104a, а в остальном соответствует конструкции согласно фиг. 1. Отдельные проволоки 104a - соответственно металлическим полоскам 4a в варианте выполнения согласно фиг. 1 - в качестве концевых областей несколько отогнуты в радиальном направлении и зажаты между конической наружной поверхностью 16 первого контактного элемента 9 и конической внутренней поверхностью 22 второго контактного элемента 10. Таким образом, для высоковольтного кабеля 101 может использоваться то же контактное устройство 8, что и в варианте выполнения согласно фиг. 1.
На фиг. 3 показан другой вариант выполнения, предназначенный для соединения высоковольтного кабеля 201, который - при в остальном такой же конструкции, что и согласно фиг. 1 и 2 - имеет экран 204, содержащий как алюминиевую ленту (металлическую ленту) 4, так и проволочный экран 104 с отдельными проволоками 104a, причем проволочный экран 104 и алюминиевая лента 4 в общем электрически контактируют друг с другом. В варианте выполнения согласно фиг. 3 предусмотрено контактное устройство 208, имеющее первый контактный элемент 9, второй контактный элемент 10, а также дополнительно третий контактный элемент 210, который имеет как коническую внутреннюю поверхность 222, так и коническую наружную поверхность 216, а также первые отверстия 214 под винты и вторые отверстия 220 под винты, и, например, каждое из них выполнено в виде глухих отверстий с внутренней резьбой. Третий контактный элемент 210 соответственно варианту выполнения по фиг. 3 расположен как промежуточный элемент, находящийся между первым контактным элементом 9 и вторым контактным элементом 10. Второй контактный элемент 10 выполнен предпочтительно в соответствии с вариантами по фиг. 1 и 2. Первый контактный элемент 9 в принципе тоже может быть выполнен в соответствии с фиг. 1 и 2, причем в данном случае он, однако, выполнен со сквозными отверстиями для приема двух винтов 211, которые ввинчиваются во вторые отверстия 220 под винты третьего контактного элемента 210.
Третий контактный элемент 210 посредством первых винтов 11 в соответствии с первым и вторым вариантами осуществления соединен со вторым контактным элементом 10 и стянут с ним, а также посредством вторых винтов 211 и гаек 212 соединен и стянут с первым контактным элементом 9. Тем самым металлические полоски 4a в соответствии с вариантом выполнения по фиг. 1 могут быть помещены между конической внутренней поверхностью 22 второго контактного элемента 10 и конической наружной поверхностью 216 третьего контактного элемента 210, а отдельные проволоки 104a - между конической наружной поверхностью 16 первого контактного элемента 9 и конической внутренней поверхностью 222 третьего контактного элемента 210, причем каждая из этих конических поверхностей предпочтительно снабжена описанными выше структурированиями. Затягивание с помощью первых винтов 11 и затягивание с помощью вторых винтов 211 осуществляются, таким образом, независимо друг друга.
Таким образом, получается соединение 206 экрана, при котором несколько слоев экрана 204, располагающихся в высоковольтном кабеле 201 радиально друг над другом, могут контактировать с аксиальным смещением относительно друг друга.
Во всех вариантах осуществления каждый соответствующий высоковольтный кабель 1, 101, 201 может быть подключен к еще одному соответствующему высоковольтному кабелю, причем устройство, показанное на фиг. 1, 2 или 3, предпочтительно зеркально подключается слева.