用于高压电缆的包容体及具有这种包容体的电缆元件制造技术

本发明专利技术涉及一种用于包围高压电缆的端部、分支或连接点的包容体（１）。所述的包容体包括一个具有非线性电流－电压特性并用于控制包容体附近区域电场的元件（３）。场控制元件（３）具有聚合物和嵌入到所述聚合物中并包含有微可变电阻的填料以及一个平的且沿轴线（２）延伸的中空本体部分，该中空本体部分具有沿轴向对称的内表面，通过使包容体（１）变形，可将该内表面引导到电缆的外表面上。本发明专利技术的目的在于即使是电缆在高压下进行工作也可保证良好的场控制。为此，中空本体部分的内表面构造成不同于电缆的外表面，在变形之后，通过中空本体部分的膨胀和／或收缩而改变每个表面单位中的微可变电阻的数目，从而实现对包容体附近区域的场控制。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】〔
〕本专利技术涉及一种按照权利要求1前序部分所述的用于包围高压电缆端部、分支或连接点的包容体。本专利技术还涉及一种装有这种包容体的电缆元件，更具体地说是一种电缆端部密封或电缆包容体。包容体包含至少一个基于聚合物的场控制元件和嵌入到该聚合物中并包含有微可变电阻的填料。场控制元件具有非线性的电流-电压特性，并具有至少一个轴向延伸和扁平形状的中空本体部分，该本体部分具有沿轴向对称的内表面，通过使包容体变形，可将该内表面附着或引导到电缆的外表面上。基本上，包容体可分为两种类型的包容体。一种包容体包含有用作场控制元件的导电弹性体，其通常填充有碳黑。对于这些弹性体，通过设置一定的几何形状例如漏斗形的开口，可实现场控制效果。这种场控制被称为几何场控制。另一种包容体包含有场控制元件聚合物，其中嵌入了具有场控制性能的填料。通过相对较高的介电常数或通过非线性也就是与场强度有关的电阻，或者通过其两者的组合来获得这些场控制材料的性能。这种场控制元件的优点是它们可由薄壁的圆筒形管或软管构成，因此可制造出薄的节省空间的产品，并因此而制造出低成本的产品。〔
技术介绍
〕EP0875087B1公开了前述的这种包容元件，其用于制造工作电压分别为10KV或20KV的隔离合成物绝缘单导体电缆的端部密封。为了在20KV电缆的电缆端部处形成电缆接头，首先，从位于电缆导体和防护罩之间的电缆绝缘层上剥离出电缆防护罩的金属丝，并固定成一个金属丝卷，也就是，具有共同的环形边缘的金属丝。剥去电缆绝缘层上的导电层例如石墨涂层，直到使偏置边缘伸出到金属丝卷的上方。然后，剥去设置在电缆导体端部上的电缆绝缘层，并将场控制管状包容元件布置在电缆端部上。该包容元件可由场控制元件和同轴围绕该场控制元件并由热收缩绝缘材料制成的外层构成，场控制元件由聚合物和基于包含有搀杂氧化锌的填料的微可变电阻制成。对于其一个端部，场控制元件与被引至偏置边缘的导电层的端部相接触。场控制元件的另一端部被引出到偏置边缘的上方并到达电缆绝缘层，且根据控制目标，其可与电缆导体的敞开的端部相连，或者也可终止于电缆绝缘层而不与电缆导体相连。在收集于Proceedings of 8th CIMTEC Ceramic Congress and Forumon Materials Symposium中的R.Strümpler等人的“Smart VaristorComposites”的论文中，就详细地描述了上述包容元件所用的场控制元件的结构和性能。场控制元件被设计为复合材料，并充入由大致为球形的ZnO小颗粒构成的陶瓷材料。ZnO颗粒搀杂有不同的金属氧化物，例如Sb2O3、Bi2O3、Cr2O3和Co3O4，并在900-1300℃的温度下进行烧结。与可变电阻一样，烧结颗粒具有取决于电场强度的非线性的电性能。在低场强的情况下，颗粒的性能与绝缘体类似，而增大场强时，颗粒导电性增强。由于具有这样的非线性的电性能，因此，聚合物复合材料具有良好的场控制性能。US6171669描述了另一种用于包围住具有不同直径的两个高压电缆的连接点的包容体。该包容体在其内侧具有一层场控制材料。在所有情况下，该层在这两个电缆上被引导到位于毗连的电缆绝缘层和一个半导体材料层之间的一个过渡区域上。〔
技术实现思路
〕本专利技术的目的是提供前述的这种由权利要求书所限定的包容体，其可以特别简单的方式来对电缆元件特别是电缆接头或电缆包容体进行非常精确的场控制。对于本专利技术的包容体，中空本体部分的内表面设计得不同于电缆的外表面，因此，变形之后，中空本体部分发生膨胀和/或收缩，从而改变了每个表面单位上的微可变电阻的数目，由此而实现了场控制。场控制元件的电性能基本上取决于微可变电阻在聚合物基体中的相互距离或微可变电阻的比例。因此，随着微可变电阻特别是基于陶瓷例如ZnO的那些微可变电阻的密度增大，介电常数增大，而相反，对于给定的场强，电阻通常随着填料密度的增大而下降。如果在制造电缆元件例如电缆接头或电缆包容体的过程中场控制元件发生膨胀/收缩，那么微可变电阻的相互距离就会随着膨胀/收缩而沿场控制元件的周向增大/减小，或者平的中空本体部分每单位面积的微可变电阻的数目增大/减小，且场控制元件的电性能因此而发生变化。本专利技术的包容体以恰当的方式利用这一事实，通过中空本体部分沿轴线进行不同的局部膨胀和/或收缩，从而在局部产生不同的电性能特别是介电常数和电阻。因此，除了与微可变电阻除了有关的参数例如填料含量、组分、烧结状态以及几何尺寸以外，还可通过沿场控制元件的中空本体部分设立膨胀/收缩比，而得到一个附加的设计参数来对具有本专利技术包容体的电缆元件的场控制性能进行优化。因此，本专利技术的包容元件还可应用于远超过100KV电压范围的电缆中。同时，场控制元件并因此而使包容体也具有薄壁厚度。装有本专利技术包容体并用于高压情况的电缆元件的特征是具有微小的结构，但其还具有优化的电性能。这也带来了其它的优点，例如a)较小的台面面积。这对于气体绝缘高压设备(GIS设备)中的连接点是特别重要的，因为对于较薄的电缆元件例如端部密封来说，这也使得在GIS设备中形成较小的管直径成为可能。b)需要的材料较少。在较薄的场控制元件的情况下，使得用于外部的较薄的电缆元件也成为可能。因为，如今由于外部应用时长度方面的原因，通常需要大量的绝缘材料，通过利用较薄的电缆元件可节约材料，并降低安装成本。c)对于不同的电缆直径，具有广阔的应用范围。因为，对于较薄的电缆元件，用于将其推到电缆上所需的力通常小于具有几何场控制的电缆元件所需的力，这些电缆元件的尺寸可制得使一种尺寸可适用于多个电缆直径。在将包容体设置到电缆上之前，中空本体部分的内径可沿轴线连续变化。当将包容体剥离到设计为圆柱形或扁平的条带的电缆的一部分上时，就可为场控制元件所需的电性能而获得优选的膨胀/收缩量。根本上，但在将包容体设置到电缆上之前，内径沿轴线也可能保持恒定。为了场控制元件获得所需的电性能，通过分别设计电缆或电缆绝缘层的覆层表面来形成膨胀/收缩，从而获得优选的膨胀/收缩量。建议确定内表面尺寸的内径沿旋转轴线连续地变化，最好是单调地变化，特别是线性地变化。由于本专利技术包容体的内表面主要设计为锥形，因此，可相对较容易地将铸造过程中所用的用于制造包容体的铸芯取出。为进行简单的场控制，如果中空本体部分的内径沿旋转轴线线性变化，就足够了。而且在进行复杂的场控制时，中空本体部分的最小内径与最大内径之比应适当地设为0.2-1.0倍。通过改变电阻或阻抗，其中，除了内径以外，中空本体部分的壁厚也沿轴线变化，这样就可增强附加的场控制。例如，横截表面随着壁厚的减小而减小，且平行于轴线的电阻增大。壁厚在一定的区域也可相应地增大，最好，例如直接在偏置边缘上具有较大的导电性。在制造阶段，通过简单的方式，可将场控制元件形成于由绝缘材料制成的可弹性变形的支承元件的内表面上。至少一个附加的场控制元件可形成于支承元件上，而不是只有一个第一场控制元件形成于支承元件上。为了在高压例如在电压超过100KV的情况下也能获得良好的场控制效果，另外的场控制元件应当包围着第一场控制元件，并通过一个电绝缘的中间层而与后者隔离开。聚合物特别适合用作第一场控制元件和可选择设置的附加场控制元件的材料，在聚合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于包围具有第一元件（３）的高压电缆的端部、分支或连接点的包容体（１），该第一元件具有非线性的电流－电压特性并设计成用于控制周围区域的电场，其中，场控制元件（３）具有聚合物和嵌入到聚合物中并包含有微可变电阻的填料以及至少一个平的且沿轴线（２）延伸的中空本体部分，该中空本体部分具有沿轴向对称的内表面，通过使包容体（１）变形，可将该内表面引导到电缆的外表面上，其特征在于：中空本体部分的内表面设计得不同于电缆的外表面，在变形之后，通过中空本体部分的膨胀和／或收缩而改变每个表面单位中的微可变电阻的数目，从而实现场控制。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2002-2-18 02405124.51.一种用于包围具有第一元件(3)的高压电缆的端部、分支或连接点的包容体(1)，该第一元件具有非线性的电流-电压特性并设计成用于控制周围区域的电场，其中，场控制元件(3)具有聚合物和嵌入到聚合物中并包含有微可变电阻的填料以及至少一个平的且沿轴线(2)延伸的中空本体部分，该中空本体部分具有沿轴向对称的内表面，通过使包容体(1)变形，可将该内表面引导到电缆的外表面上，其特征在于中空本体部分的内表面设计得不同于电缆的外表面，在变形之后，通过中空本体部分的膨胀和/或收缩而改变每个表面单位中的微可变电阻的数目，从而实现场控制。2.根据权利要求1所述的包容体，其特征在于确定内表面尺寸的内径(D(r))沿轴线(2)恒定变化，优选是单调变化，特别是线性地变化。3.根据权利要求2所述的包容体，其特征在于内表面的最小内径(Dmin)与最大内径(Dmax)的比为0.2-1.0倍。4.根据权利要求1-3中任一项所述的包容体，其特征在于除了内表面的内尺寸之外，中空本体部分的壁厚沿轴线(2)变化。5.根据权利要求1-4中任一项所述的包容体，其特征在于除了微可变电阻以外，在聚合物中还嵌入导电颗粒作为填料。6.根据权利要求5所述的包容体，其特征在于导电颗粒附着在微可变电阻上。7.根据权利要求5或6所述的包容体，其特征在于填料中的导电颗粒大约占填料体积的0.05-5％。8.根据权利要求1-7中任一项所述的包容体，其特征在于由导电材料制成的环形层(21)设置或集成在第一场控制元件(3)的中空本体部分的内表面上，其沿轴线(2)的方向只延伸到第一场控制元件(3)的一个局部部分上。9.根据权利要求1-8中任一项所述的包容体，其特征在于第一场控制元件(3)形成于由绝缘材料制成的可弹性变形的支承元件(4)的内表面中。10.根据权利要求9所述的包容体，其特征在于至少一个围绕第一场控制元件(3)并通过一个电绝缘层(19)与第一场控制元件隔离开的第二场控制元件(18)形成于支承元件(4)中。11.根据权利要求10所述的包容体，其特征在于第二场控制元件(18)的材料具有聚合物和嵌入到聚合物中并包含有微可变电阻和可供选择的导电颗粒的填料。12.根据权利要求10或11所述的包容体，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：H格拉梅斯帕赫尔，F格罗伊特尔，M哈格梅斯特尔，
申请(专利权)人：ABB瑞士有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]