Elektrische Isolierung einer Kabelverbindung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrischen Isolieren einer Kabelverbindung zweier Kabel gemäß Patentanspruch 1.

Im Stand der Technik sind vielfältige Ausführungsformen von Vorrichtungen zum Abdecken einer elektrischen Verbindung zweier Kabel bekannt. Beispielsweise ist von der Firma Tyco Electronics Raychem GmbH eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Isolieren einer Kabelverbindung bekannt. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die elektrische Fes ^¬ tigkeit der Kabelverbindung zu verbessern. Weiterhin besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die Belastung der Vorrichtung in Bezug auf elektrische Spannungen und Ströme, d.h., in Bezug auf elektrischen Stress zu reduzieren.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Mithilfe der Vorrichtung wird die elektrische Festigkeit verbessert. Zudem wird mithilfe der vorgeschlagenen Vorrichtung die elektrische Feldführung im Bereich der Verbindung der Kabel verbessert, so dass eine ge ^¬ ringere elektrische Belastung der Vorrichtung erreicht wird.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Der Vorteil der Erfindung wird dadurch erreicht, dass zwischen einem Randbereich der elektrisch leitenden Schicht, die das Verbindungselement der Kabel umgibt, und einem angrenzen- den Feldsteuerelement in einem Randbereich, der abgewandt von dem Verbindungselement angeordnet ist, ein Raum ausgebildet ist, der mit einem Isoliermaterial aufgefüllt ist. Auf diese Weise wird der Aufbau elektrischer Felder sowohl in axialer als auch in radialer Richtung entlang der Kabel, insbesondere in einem Trennbereich zwischen einer ersten und einer zweiten Mantelschicht, reduziert. Durch die Anordnung des Raumes in der ersten Mantelschicht und die Anordnung der leitenden Schicht in der zweiten Mantelschicht wird eine kritische Längsfeldstärke in einer zwischen der ersten und der zweiten Mantelschicht verlaufenden Grenzschicht unter eine Maximal ^¬ stärke reduziert. Dadurch entsteht an keiner Stelle der

Grenzschicht kein wesentliches, insbesondere kein Längsfeld, wodurch eine erhöhte Spannungsfestigkeit erhalten wird.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Raum vorzugsweise hülsenförmig ausgebildet und mit dem gleichen isolierenden Material wie die Mantelschicht gefüllt. Dies ermöglicht ein einfaches Herstellungsverfahren, mit dem das Feldsteuerele- ment in die Mantelschicht eingebettet werden kann, wobei der hülsenförmige Raum durch die Mantelschicht ausgefüllt wird.

In einer weiteren Ausführungsform weist das Feldsteuerelement vorzugsweise den gleichen spezifischen elektrischen Wider- stand wie die elektrisch leitende Schicht auf. Beispielsweise können der elektrische spezifische Widerstand des Feldsteuer ^¬ elementes und der leitenden Schicht im Bereich von einigen Ohm pro cm liegen. In einer weiteren Ausführungsform ist die elektrisch leitende Schicht in dem abgewandten Randbereich abgerundet ausgebildet. Auf diese Weise wird die Ausbildung von großen Magnet ^¬ felddichten reduziert. In einer weiteren Ausführungsform ist die Abrundung auf einer vom Kabel abgewandten Außenseite mit einer Abflachung versehen, die von einem großen Krümmungsradius beginnend in radia ^¬ ler Richtung in Richtung auf das Kabel zu einem kleineren Krümmungsradius übergeht, wobei die Außenseite der leitenden Schicht in eine mantelförmige Innenseite übergeht. Auf diese Weise wird ein weitere Reduzierung der Ausbildung von hohen elektrischen Feldern im Randbereich der elektrisch leitenden Schicht vermieden.

Abhängig von der gewählten Ausführungsform weist die elektrisch leitende Schicht in radialer Richtung zur Mittenachse eine Schichtdicke im Bereich von 1 mm bis 10 mm auf.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Raum zwischen der elektrisch leitenden Schicht und dem Feldsteuerelement mit einer axialen Tiefe ausgebildet, die mindestens einer radia ^¬ len Dicke des Raumes entspricht.

Abhängig von der gewählten Ausführungsform ist die elektrisch leitende Schicht auf einer Innenseite einer äußeren zweiten Mantelschicht eingebettet.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Teilaufschnittdarstellung einer Vorrichtung zum Isolieren einer elektrischen Verbindung zweier Kabel, und

Fig . 2 eine vergrößerte Teildarstellung eines Ausschnittes der Vorrichtung mit einem hülsenförmigen Raum. Fig. 1 zeigt einen Teilaufschnitt einer Vorrichtung zum Isolieren einer elektrischen Verbindung zweier Kabel 1, 2. Die Kabel 1, 2 weisen jeweils einen elektrischen Leiter 3 auf, der von einer elektrischen Isolierung 4 umgeben ist. In einem Endabschnitt ist bei jedem Leiter 3 die Isolierung 4 entfernt und der Leiter 3 ist an ein elektrisches Verbindungselement 5 angeschlossen. Das elektrische Verbindungselement 5 ist aus einem elektrisch leitenden Material wie beispielsweise Alumi- nium und Kupfer hergestellt und weist beispielsweise die Form einer Hülse auf. Das Verbindungselement 5 stellt somit eine elektrische Verbindung zwischen den elektrischen Leitern 3 der zwei Kabel 1, 2 her. Eine elektrische Leitschicht 7 ist auf dem Kabel 1 aufge ^¬ bracht und wird bis zu einem festgelegten Abstand entfernt, wodurch die Isolierung 4 freigelegt wird. Die elektrische Leitschicht 7 dient zur elektrischen Abschirmung. Die elektrische Leitschicht 7 ist über nicht dargestellte elektrische Leitungen mit einem Erdpotential verbunden. Auf dem freige ^¬ legten Abschnitt der Isolierung 4 ist angrenzend an das Verbindungselement 5 eine erste Mantelschicht 8 aufgebracht. Die erste Mantelschicht 8 weist eine hülsenförmige Isolations ^¬ schicht auf, in die an einem ersten Endbereich 9 ein rotati- onssymmetrischer elektrischer Stresskonus 10 eingebracht ist. Der Stresskonus 10 besteht aus einem elektrisch leitenden Material und ist direkt in Kontakt mit einem Endbereich der Leitschicht 7. Der Stresskonus 10 dient zur elektrischen Stressreduzierung im Endbereich der Leitschicht 7.

Gegenüberliegend zum Stresskonus 10 ist in einem zweiten End ^¬ bereich 11 angrenzend an das Verbindungselement 5 ein rotati ^¬ onssymmetrisches Feldsteuerelement 12 eingebracht. Das Feldsteuerelement 12 besteht aus einem elektrisch leitenden Material und ist beispielsweise hülsenförmig ausgebildet. Das Feldsteuerelement 12 grenzt beispielsweise in axialer Rich ^¬ tung direkt an das Verbindungselement 5 an. Zudem ist das Feldsteuerelement 12 in radialer Richtung beabstandet zur

Isolierung 4 ausgebildet, wobei das Feldsteuerelement 12 we ^¬ nigstens abschnittsweise in einem äußeren Randbereich der ersten Mantelschicht 8 angeordnet ist. Die erste Mantel ^¬ schicht 8 ist in Form eines elektrisch isolierenden Materials ausgebildet, in das der Stresskonus 10 und das Feldsteuerele ^¬ ment 12 eingebettet sind. Der Außendurchmesser der ersten Mantelschicht 8 entspricht im Wesentlichen dem Durchmesser des Verbindungselementes 5. Das Verbindungselement 5 und die jeweiligen ersten Mantel ^¬ schichten 8 des ersten und des zweiten Kabels 1, 2 sind in einer hülsenförmigen zweiten Mantelschicht 13 eingebettet. Die zweite Mantelschicht 13 erstreckt sich über beide erste Mantelschichten 8 des ersten und des zweiten Kabels bis in den Bereich des jeweiligen Stresskonus 10. In den jeweiligen Endbereichen 25 ist die zweite Mantelschicht 13 beispielswei ^¬ se abgestuft ausgeführt und reduziert seine Hülsendicke in zwei Stufen. Die zweite Mantelschicht 13 ist ebenfalls aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt und weist auf einer Innenfläche im Bereich des Verbindungselements 5 und überlappend in axialer Richtung mit den ersten Mantelschichten 8 eine elektrisch leitende Schicht 14 auf. Die elektrisch leitende Schicht 14 ist in Kontakt mit dem Verbin ^¬ dungselement 5 und mit dem jeweiligen Felsteuerelement 12 der jeweiligen Mantelschicht 8 des ersten und des zweiten Kabels 1, 2. In der Darstellung der Fig. 1 ist nur der Aufbau des ersten Kabels 1 ersichtlich. Das zweite Kabel 2 ist jedoch in der gleichen Weise ausgebildet. Die zweite Mantelschicht 13 ist wiederum von einer elektrisch leitenden Röhre 15 umgeben. Auf der Außenseite der Röhre 15 ist ein elektrisch leitendes Gitter 16 angeordnet. Auf dem elektrisch leitenden Gitter 16 ist eine elektrisch isolierende Röhre 17 angeordnet. Die Röhre 17 ist wiederum mit einer Schutzhülle 18 umgeben, die die Kabelverbindung gegen Feuchtigkeit abdichtet. Das Gitter 16, die elektrisch leitende Schicht 14 und die Leitschicht 7 sind über nicht dargestellte elektrische Leitungen mit einem Erdungspotential verbunden.

Die elektrisch leitende Schicht 14 stellt einen Faraday-Käfig dar. Die erste Mantelschicht 8 weist als Isolationsmaterial beispielsweise Silikongummi auf. Aufgrund der Elastizität des Silikongummis kann der Außendurchmesser der ersten Mantelschicht 8 an unterschiedlich dicke Isolierungen 4 von Kabeln 1, 2 angepasst werden. Deshalb sind für die Anpassung von unterschiedlichen Querschnitten der Isolierungen 4 der Kabel keine weiteren Elemente erforderlich. Weiterhin ist kein spe- zielles Werkzeug erforderlich, um die erste Mantelschicht 8, die beispielsweise als separates Bauteil ausgebildet ist, auf die freigelegte Kabelisolierung und die angrenzende Leit ^¬ schicht 7 aufzuschieben. Anschließend wird auf das Verbin ^¬ dungselement 5 und auf die sich daran anschließenden ersten Mantelschichten 8 die zweite Mantelschicht 13 aufgeschoben, die einen Hauptkörper darstellt. Die elektrisch leitende Röhre 15, das Gitter 16 und die isolierende Röhre 17 werden bei ^¬ spielsweise mithilfe eines WarmschrumpfVerfahrens aufge ^¬ bracht .

Fig. 2 zeigt in einer schematischen Teilschnittdarstellung die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung ohne das Gitter 16 und die Schutzhülle 18 mit dem ersten Kabel 1, das von der ersten Mantelschicht 8 und von der zweiten Mantelschicht 13 umgeben ist. Die Anordnung ist rotationssymmetrisch zu einer Mittenachse des Leiters 3 des Kabels 1. Die zweite Mantel ^¬ schicht 13 weist hierbei auf der Außenseite eine elektrisch leitende Schicht auf, die in Figur 1 als elektrisch leitende Röhre 15 dargestellt ist. Die leitende Schicht 14 ist in di ^¬ rektem Kontakt mit dem Verbindungselement 5. Weiterhin grenzt das Feldsteuerelement 12 in axialer Richtung direkt an das Verbindungselement 5 an. Zudem grenzt eine radiale Außenseite des Feldsteuerelementes 12 an eine Innenseite der elektrisch leitenden Schicht 14 an. Die erste Mantelschicht 8 und die zweite Mantelschicht 13 sind jeweils rotationssymmetrisch ausgebildet . In einem von dem Verbindungselement 5 abgewandten Randbereich

19 ist in radialer Richtung gesehen in Bezug auf eine Mittenachse des Leiters 3 des ersten Kabels 1 ein Abstand zwischen der Schicht 14 und dem Feldsteuerelement 12 ausgebildet. Ge ^¬ mäß der Erfindung ist in diesem Bereich ein Raum 20 bei- spielsweise hülsenförmig ausgebildet, der mit einem Isolati ^¬ onsmaterial, beispielsweise mit dem gleichen Material wie die erste Mantelschicht 8 ausgefüllt ist. Der hülsenförmige Raum

20 weist beispielsweise eine radiale Dicke von einem 1 mm auf. Zudem weist der hülsenförmige Raum 20 von dem Ende des Randbereichs 19 der Schicht 14 aus in axialer Richtung gemes ^¬ sen eine Tiefe auf, die beispielsweise mindestens der radia ^¬ len Dicke des Raumes 20 entspricht. Die elektrisch leitende Schicht 14 weist beispielsweise eine radiale Dicke d auf, die größer als 1 mm ist.

In der dargestellten Ausführungsform weist die leitende

Schicht 14 ausgehend von einer Außenseite 21 eine in Richtung auf die erste Mantelschicht 18 geneigte Abflachung 22 auf, die in eine Abrundung 23 übergeht. Die Abrundung 23 weist ei ^¬ nen relativ großen Krümmungsradius auf und endet auf einer mantelförmigen Innenfläche 24, die auf einer Außenfläche der ersten Mantelschicht 8 aufliegt.

Die beschriebene Anordnung eignet sich insbesondere zur elektrischen Abschirmung von elektrischen Kabelverbindungen mit einer Spannung bis zu einem Bereich von 123 kV und höher, beispielsweise 170 kV. Damit eignet sich die Vorrichtung ins- besondere für Kabelgarnituren im mittleren und hohen Spannungsbereich. Insbesondere eignet sich die Vorrichtung für die eingangs beschriebene dreiteilige Verbindungstechnik

Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann der radiale Durchmesser des hülsenförmigen Raumes 20 auch größer oder kleiner gewählt werden.

Weiterhin weist das Feldsteuerelement 12 im Endbereich des hülsenförmigen Raumes 20 eine in radialer Richtung nach außen in Richtung auf die elektrisch leitende Schicht 14 abgerunde ^¬ te Fläche 26 auf, die im Grenzbereich zur elektrisch leitenden Schicht 14, auf die Innenfläche 24 ausgerichtet ist.

Mithilfe der beschriebenen Vorrichtung wird durch den bei- spielsweise hülsenförmigen Raum, der mit einem Isoliermaterila gefüllt ist, ein elektrischer Stress insbesondere im

Trennbereich zwischen der ersten und zweiten Mantelschicht reduziert. Das Feldsteuerelement weist im Wesentlichen die Form einer Hülsenelektrode auf, deren radialer Durchmesser in wenigstens einer Stufe im Bereich der elektrisch leitenden Schicht auf einen kleineren radialen Außendurchmesser übergeht. Ein vom ersten Verbindungselement abgewandter zweiter Randbereich des Feldsteuerelementes weist ebenfalls einen ab ^¬ gerundeten Bereich auf.

Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die elektri- sehe Leitfähigkeit des Feldsteuerelements auch geringer sein als die elektrische Leitfähigkeit der elektrisch leitenden Schicht 14.

Weiterhin kann der Raum 20 eine in axialer Richtung variierende axiale Breite aufweisen. Vorzugsweise weist der Raum jedoch eine im Wesentlichen konstante radiale Breite auf.