Elektrische Leiteranordnung

Die Erfindung betrifft eine elektrische Leiteranordnung mit einem elektrischen Leiter, einem wenigstens um einen Leiter abschnitt des Leiters herum angeordneten elektrisch isolie renden Isoliermantel und einer elektrisch leitfähigen Hülle, die um einen Isoliermantelabschnitt des Isoliermantels herum angeordnet ist.

Derartige Leiteranordnungen werden in und/oder an vielen elektrischen Betriebsmitteln, beispielsweise in elektrischen Durchführungen durch Gehäuseöffnungen, oder an Kabeln einge setzt, wobei die elektrisch leitfähige Hülle einer Leiterano rdnung beispielsweise zum Abschirmen elektrischer Felder dient. Eine besondere Schwachstelle einer derartigen Leiter anordnung ist der Bereich, in dem die Hülle um den Isolier mantel endet. In diesem Bereich kann es aufgrund hoher Feld stärken eines elektrischen Feldes am Ende der als elektrische Elektrode wirkenden Hülle zu erheblichen Entladungen („Fun ken") auf der Oberfläche des Isoliermantels kommen, die den Isoliermantel in kurzer Zeit beschädigen oder zerstören kön nen. Dieser Effekt wird weiter verstärkt, wenn das Ende der Hülle scharfkantig ausgeführt ist, weil kleine Radien einer Kante der Hülle in der Umgebung der Kante zu besonders hohen elektrischen Feldstärken führen.

Maßnahmen, die die lokalen elektrischen Feldstärken beein flussen, werden als Feldsteuerung bezeichnet. Elemente zur Feldsteuerung werden als Feldsteuerelemente bezeichnet. Je nach Anforderung an die Feldsteuerung werden verschiedene Maßnahmen eingesetzt. So kann es zum Beispiel ausreichen, die Radien einer Elektrode groß genug auszuführen, um die Feld stärke an der Grenzfläche unterhalb der elektrischen Festig keit des Isoliermantels zu halten. Diese Art der Feldsteue rung wird als geometrische Feldsteuerung bezeichnet. Alternativ können als Feldsteuerelemente schwach leitfähige Beläge in Form von Lacken, Bändern, oder gefüllten Kunststof fen auf die Oberfläche des Isoliermantels aufgebracht werden. Das elektrische Feld treibt einen Strom durch diese Stoffe, der zusammen mit ihrem Widerstand zu einem Spannungsabfall führt. Dieser Spannungsabfall wiederum definiert das Potenzi al entlang der Oberfläche. Je präziser der Widerstand einge stellt werden kann, desto präziser kann das Potenzial und da mit das Feld gesteuert werden. Diese Art der Feldsteuerung wird als resistive Feldsteuerung bezeichnet. Entlang eines solchen Systems ist die Feldstärke bei Wechselspannung jedoch nicht konstant, da ein Teil des Stroms kapazitiv über den Isoliermantel zum Leiter der Leiteranordnung fließt. Dadurch fällt der Spannungsabfall weiter von der Hülle entfernt ge ringer aus. Dem kann entgegengewirkt werden, indem der Wider stand über die Länge des Feldsteuerelements gesenkt wird.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Materialien zu ver wenden, deren Leitfähigkeit eine starke Abhängigkeit von der anliegenden Feldstärke zeigt. An besonders feldstärkebelaste ten Stellen werden solche Stoffe leitfähiger, wodurch die Feldstärke weiter reduziert wird. Diese Art der Feldsteuerung wird als nichtlineare Feldsteuerung bezeichnet.

Alternativ können für Wechselspannungssysteme so genannte re- fraktive Materialien verwendet werden, die eine hohe relative Permittivität haben. Diese Stoffe „brechen" das elektrische Feld an ihrer Grenzfläche zur Isolierung und drängen es somit weg von der Elektrodenkante. Diese Art der Feldsteuerung wird als refraktive Feldsteuerung bezeichnet.

Aus der DE 7722 352 Ul ist ein Endverschluss eines kunst- stoffisolierten Starkstromkabels bekannt. Daraus ist ein Feldsteuerungstrichter bekannt, in dessen Mantel ein durchge hender Leitungsdraht eingebettet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Leiteranordnung der oben beschriebenen Art mit einer einfach, präzise und den jeweiligen Anforderungen anpassbar realisier baren Feldsteuerung, insbesondere für elektrische Durchfüh rungen und Kabel, anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrische Lei teranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Leiteranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 12, eine elektrische Durchführung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und ein Kabel mit den Merkma len des Anspruchs 14 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Eine erfindungsgemäße elektrische Leiteranordnung umfasst ei nen elektrische Leiter, einen wenigstens um einen Leiterab schnitt des Leiters herum angeordneten elektrisch isolieren den Isoliermantel, eine elektrisch leitfähige Hülle, die um einen ersten Isoliermantelabschnitt des Isoliermantels herum angeordnet ist, und ein elektrisch leitfähiges Garn, das zur elektrischen Feldsteuerung um einen an den ersten Isolierman telabschnitt angrenzenden zweiten Isoliermantelabschnitt des Isoliermantels gewickelt ist. Zum Wickeln wird insbesondere ein Wickelgerät verwendet. Zum Wickeln wird eine Rotationsbe wegung ausgeführt. Rotiert wird beispielsweise die Leiterano rdnung mit dem Isoliermantel. Es ist beispielsweise auch mög lich beim Wickeln die Leiteranordnung mit dem Isoliermantel zu fixieren und das Garn mittels einer sich rotierenden Vor richtung um die Leiteranordnung auf den Isoliermantel zu wi ckeln. Das Garn (das elektrisch leitfähige Garn) ist direkt auf den Isoliermantel wickelbar. Das Garn (das elektrisch leitfähige Garn) ist bzw. wird also direkt auf den Isolier mantel gewickelt.

Eine erfindungsgemäße elektrische Leiteranordnung weist also ein elektrisch leitfähiges Garn zur Feldsteuerung auf. Das Garn ist um einen Isoliermantelabschnitt eines Isoliermantels gewickelt, der einen daran angrenzenden Isoliermantelab- schnitt zwischen einem Leiter und einer elektrisch leitfähi gen Hülle der Leiteranordnung aufweist. Das Garn wird dabei als ein Feldsteuerelement für ein elektrisches Feld am Ende der elektrisch leitfähigen Hülle eingesetzt. Durch die Wahl des Materials, aus dem das Garn gefertigt ist, und die Aus führung der Wicklung des Garns kann vorteilhaft eine präzise und variabel den jeweiligen Anforderungen anpassbare Feld steuerung realisiert werden, die einen nur geringen Bauraum erfordert und daher insbesondere bei begrenztem Platzbedarf vorteilhaft verwendbar ist.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Garnendab schnitt des Garns mit einem Hüllenendabschnitt der Hülle, beispielsweise durch Kleben, verbunden. Dadurch wird vorteil haft ein Garnendabschnitt des Garns in der Nähe des Hül lenendabschnitts der Hülle fixiert und das Garn wird galva nisch und/oder kapazitiv elektrisch an die Hülle gekoppelt.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Garn helixartig um den zweiten Isoliermantelabschnitt gewickelt. Insbesondere kann die helixartige Wicklung des Garns unter schiedliche Steigungen aufweisen. Dadurch kann durch die Steigung der helixartigen Wicklung und deren Variation ent lang des Verlaufs der Wicklung der elektrische Widerstand der Wicklung und seine lokale Variation in einer zum Leiter pa rallelen Richtung flexibel den jeweiligen Anforderungen an die Feldsteuerung angepasst werden.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Garn eine geringere spezifische elektrische Leitfähigkeit als die Hülle auf. Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das gewickelte Garn einen elektrischen Widerstand im Bereich zwischen 1 MW/m und 100 MW/m auf. Diese Ausgestaltun gen der Erfindung sind typischen Ausführungen elektrisch leitfähiger Hüllen angepasst.

Bei weiteren Ausgestaltungen der Erfindung ist das Garn aus einer Polyamidfaser, die von einem elektrisch leitfähigen kohlenstoffhaltigen Material umhüllt ist, oder aus einem Fa sergemisch, das wenigstens eine Polyamidfaser und eine elektrisch leitfähige Kohlenstofffaser umfasst, oder aus ei ner metallischen Faser gefertigt. Die genannten Materialien ermöglichen die Herstellung von elektrisch schwach leitfähi gem gewickeltem Garn und eignen sich daher in besonderem Maße zur Fertigung von Garn für eine erfindungsgemäße Leiteranord nung.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Garn von einer Schutzschicht oder Schutzhülle umgeben. Dadurch kann das Garn vorteilhaft gegen mechanische und/oder chemi sche Beeinträchtigungen geschützt werden. Ferner kann durch eine geeignete Wahl des Materials und/oder eine geeignete Ge staltung der Schutzschicht oder Schutzhülle die elektrische Durchschlagsfestigkeit des aus dem Garn und der Schutzschicht oder Schutzhülle bestehenden Systems erhöht werden.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Garn durch ein aushärtendes oder aushärtbares Harz an dem zweiten Isolier mantelabschnitt fixiert. Dadurch kann das Garn vorteilhaft stabilisiert und gegen lokale und globale mechanische Ver schiebungen geschützt werden. Insbesondere können im Falle einer helixartigen Wicklung des Garns die lokalen Steigungen der Wicklung fixiert werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer er findungsgemäßen Leiteranordnung wird dementsprechend zum Fi xieren des Garns an dem zweiten Isoliermantelabschnitt ein aushärtendes oder aushärtbares Harz auf den zweiten Isolier mantelabschnitt aufgebracht und das Garn wird vor dem voll ständigen Aushärten des Harzes auf dem Harz um den zweiten Isoliermantelabschnitt gewickelt.

Eine erfindungsgemäße elektrische Durchführung durch eine Ge häuseöffnung eines Gehäuses eines elektrischen Betriebsmit- tels weist eine erfindungsgemäße Leiteranordnung auf, deren Hülle elektrisch mit dem Gehäuse verbunden und mit dem Leiter und dem Isoliermantel durch die Gehäuseöffnung geführt ist.

Ein erfindungsgemäßes Kabel weist eine erfindungsgemäße Lei teranordnung auf.

Da eine erfindungsgemäße elektrische Durchführung und ein er findungsgemäßes Kabel eine erfindungsgemäße Leiteranordnung aufweisen, ergeben sich deren Vorteile aus den oben genannten Vorteilen einer erfindungsgemäßen Leiteranordnung.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam menhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbei spielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläu tert werden. Dabei zeigen:

FIG 1 eine teilweise geschnittene Darstellung eines Aus führungsbeispiels einer elektrischen Leiteranord nung,

FIG 2 eine teilweise geschnittene Darstellung eines Aus führungsbeispiels einer elektrischen Durchführung, FIG 3 eine teilweise geschnittene Darstellung eines Aus führungsbeispiels eines Kabels.

Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit densel ben Bezugszeichen versehen.

FIG 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Leiteranordnung 1 in einer teilweise geschnitte nen Darstellung, wobei der obere Teil der FIG 1 die Leiteran ordnung 1 geschnitten darstellt ist. Die Leiteranordnung 1 umfasst einen elektrischen Leiter 3, einen elektrisch isolie renden Isoliermantel 5, eine elektrisch leitfähige Hülle 7, ein elektrisch leitfähiges Garn 9 zur elektrischen Feldsteue rung, eine Harzschicht 11 und eine Schutzschicht 13. Der Isoliermantel 5 ist um einen Leiterabschnitt 3.1 des Lei ters 3 herum angeordnet. Die Hülle 7 ist um einen ersten Iso liermantelabschnitt 5.1 des Isoliermantels 5 herum angeord net. Die Harzschicht 11 ist auf eine Außenoberfläche eines an den ersten Isoliermantelabschnitt 5.1 angrenzenden zweiten Isoliermantelabschnitts 5.2 des Isoliermantels 5 aufgetragen. Das Garn 9 ist an der Harzschicht 11 helixartig um den zwei ten Isoliermantelabschnitt 5.2 gewickelt. Die Harzschicht 11 fixiert das Garn 9 an dem zweiten Isoliermantelabschnitt 5.2. Ein Garnendabschnitt 9.1 des Garns 9 ist mit einem Hüllen endabschnitt 7.1 der Hülle 7 elektrisch leitfähig verbunden und durch einen Kleber 15 stoffschlüssig an dem Hüllenendab schnitt 7.1 fixiert. Der Hüllenendabschnitt 7.1 weist einen zu dem zweiten Isoliermantelabschnitt 5.2 hin konisch abneh menden Außendurchmesser auf. Die Schutzschicht 13 ist um das Garn 9 und die Harzschicht 11 herum angeordnet. Die Schutz schicht 13 ist transparent dargestellt, kann jedoch auch in transparent ausgeführt sein.

Der Leiter 3 ist beispielsweise aus Kupfer gefertigt. Der Isoliermantel 5 ist beispielsweise aus Polyetheretherketon (PEEK), vernetztem Polyethylen (VPE), Polyvinylchlorid (PVC) oder einen vergleichbarem Polymer, Öl-Papier, Keramik, Sili kon, harzgetränkten Glimmerbändern oder Kunstharz gefertigt. Die Hülle 7 ist beispielsweise aus einem Edelstahl gefertigt. Das Garn 9 ist beispielsweise aus einer Polyamidfaser, die von einem elektrisch leitfähigen kohlenstoffhaltigen Material umhüllt ist, aus einem Fasergemisch, das wenigstens eine Po lyamidfaser und eine elektrisch leitfähige Kohlenstofffaser umfasst, oder aus einer dünnen metallischen Faser gefertigt. Die Harzschicht 11 ist aus einem aushärtenden oder aushärtba ren Harz, beispielsweise aus Epoxidharz, gefertigt. Die Schutzschicht 13 ist beispielsweise ebenfalls aus einem aus härtenden oder aushärtbaren Harz gefertigt, insbesondere aus demselben Harz wie die Harzschicht 11.

Das Garn 9 weist eine geringere spezifische elektrische Leit fähigkeit als die Hülle 7 auf. Beispielsweise weist das gewi- ekelte Garn 9 einen elektrischen Widerstand im Bereich zwi schen 1 MW/m und 100 MW/m auf.

Bei der Herstellung der Leiteranordnung 1 wird zunächst ein Grundkörper hergestellt, der den Leiter 3, den Isolierman tel 5 und die Hülle 7 umfasst. Anschließend wird Harz für die Harzschicht 11 auf den zweiten Isoliermantelabschnitt 5.2 aufgebracht. Danach wird das Garn 9 um den Hüllenendab schnitt 7.1 und um den zweiten Isoliermantelabschnitt 5.2 ge wickelt und dabei an das Harz gedrückt und durch den Kle ber 15 mit dem Hüllenendabschnitt 7.1 verbunden. Abschließend wird Material für die Schutzschicht 13 auf das Garn 9 und die Harzschicht 11 aufgebracht.

FIG 2 zeigt eine teilweise geschnittene Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Durchführung 17 durch eine Gehäuseöffnung 19.1 eines elek trisch leitfähigen Gehäuses 19 eines elektrischen Betriebs mittels. Das elektrische Betriebsmittel ist beispielsweise eine elektrische Maschine wie ein Motor, ein Generator oder ein Transformator, oder ein elektrisches Schaltgerät wie ein Leistungsschalter oder ein Trennschalter. Die Durchführung 17 umfasst eine wie in FIG 1 ausgebildete Leiteranordnung 1 und eine Dichtung 21. Das Gehäuse 19 und die Dichtung 21 sind ge schnitten dargestellt, die Leiteranordnung 1 ist wie in Figur 1 teilweise geschnitten dargestellt. Der Isoliermantelab schnitt 5.2 der Leiteranordnung 1 ist innerhalb des Gehäu ses 19 angeordnet. Die Hülle 7 ragt aus der Gehäuseöffnung 19.1 heraus. Die Dichtung 21 verläuft ringförmig um die Hül le 7, verbindet die Hülle 7 elektrisch leitend mit dem Gehäu se 19 und dichtet die Gehäuseöffnung 19.1 ab. Beispielsweise ist die Hülle 7 aus einem Material gefertigt, das Graphit enthält. Der Leiter 3 ist mit einem Strompfad des elektri schen Betriebsmittels verbunden oder verbindbar (im Fall, dass das elektrische Betriebsmittel eine elektrische Maschine ist, ist der Leiter 3 beispielsweise mit einer Wicklung der Maschine verbunden; im Fall, dass das elektrische Betriebs mittel ein elektrisches Schaltgerät ist, ist der Leiter 3 beispielsweise mit einem Schaltkontakt des Schaltgeräts ver bunden). Die Hülle 7 und das Gehäuse 19 sind beispielsweise mit Erdpotential verbunden.

FIG 3 zeigt analog zu FIG 1 eine teilweise geschnittene Dar stellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kabels 23. Das Kabel 23 umfasst eine wie in FIG 1 ausgebilde te Leiteranordnung 1, die ein erstes Kabelende des Kabels 23 bildet, wobei der Isoliermantel 5 um den Leiter 3 herum bis zu einem (nicht dargestellten) zweiten Kabelende des Kabels 23 verläuft. Das zweite Kabelende kann wie das erste Kabelen de ausgebildet sein.

Die in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiele von Leiteranordnungen 1 können in verschiedener Weise abgewandelt werden. Insbesondere kann die helixartige Wicklung des Garns 9 lokal unterschiedliche Steigungen aufweisen, um den elek trischen Widerstand der Wicklung entlang ihres Verlaufes zu verändern und den Anforderungen an die Feldsteuerung anzupas sen. Ferner kann statt einer Schutzschicht 13 eine Schutzhül le vorgesehen sein, die das Garn 9 und die Harzschicht 11 einhüllt. Weitere Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemä ßen Leiteranordnung 1 weisen gar keine Harzschicht 11 und/ oder keine Schutzschicht 13 auf. Bei weiteren Ausführungsbei spielen ist das Garn 9 nicht mit der Hülle 7 elektrisch ver bunden, sondern an die Hülle 7 nur kapazitiv gekoppelt.

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungs beispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.