DE69022071T2 - CABLE CONNECTORS. - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Kabelverbinder und insbesondere einen Verbinder zum Verbinden eines elektrischen Hochspannungsversorgungskabels mit einer elektrischen Hochspannungs- Vorrichtung, wie z.B. einem Transformator oder einer Schaltanlage. Mit "Hochspannung" ist eine Spannung von mehr als 1 kV gemeint, die typischerweise im Bereich von 10 kV bis 36 kV liegen kann.The invention relates to a cable connector and in particular to a connector for connecting a high voltage electrical supply cable to a high voltage electrical device such as a transformer or a switchgear. By "high voltage" is meant a voltage of more than 1 kV, which can typically be in the range of 10 kV to 36 kV.
Für diesen Zweck geeignete Kabelverbinder sind in der EP-A-0 225 190 und EP-A-0 139 483 offenbart, deren gesamter Inhalt durch diesen Bezug hier einbezogen wird. In der EP-A-0 225 190 ist eine Kabelverbindungsanordnung offenbart, bei der ein Ende des Kabels vollständig abgeschlossen ist und der Verbinder zur formschlüssigen Aufnahme des abgeschlossenen Kabels angeordnet ist. Dann sichert ein Anschluß einen leitfähigen Kabelschuh des abgeschlossenen Kabels an einem Kontaktelement, das innerhalb des isolierenden Körpers des Verbinders gehalten ist. Der Verbinder geinäß der EP-A-0 139 483, dessen elektrisches Kontaktelement vollständig innerhalb des isolierenden Körpers enthalten ist, nimmt außerdem das Kabelende, das nicht vollständig abgeschlossen sein muß, in einem wärmerückstellbaren Durchgang auf.Cable connectors suitable for this purpose are disclosed in EP-A-0 225 190 and EP-A-0 139 483, the entire contents of which are incorporated by reference. In EP-A-0 225 190 a cable connection arrangement is disclosed in which one end of the cable is fully terminated and the connector is arranged to positively receive the terminated cable. A terminal then secures a conductive lug of the terminated cable to a contact element held within the insulating body of the connector. The connector according to EP-A-0 139 483, the electrical contact element of which is fully contained within the insulating body, also receives the cable end, which need not be fully terminated, in a heat-recoverable passageway.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Kabelverbinder anzugeben.An object of the present invention is to provide an improved cable connector.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Hochspannungskabelverbinder mit einem elektrisch isolierenden und im wesentlichen kriechstromfesten Körper mit vier Buchsen vorgesehen, die sich in den Körper erstrecken, wobei eine erste Buchse zur Aufnahme einer Durchführung einer elektrischen Hochspannungsvorrichtung angeordnet ist, eine zweite Buchse zur Aufnahme eines Steckers angeordnet ist, eine dritte Buchse zur Aufnahme des einen Endes eines elektrischen Hochspannungsversorgungskabels angeordnet ist und eine vierte Buchse zur Aufnahme eines Überspannungsschutzes angeordnet ist; wobei sich die dritte und vierte Buchse ineinander öffnen, so daß das eine Ende des Kabels und das eine Ende des Überspannungsschutzes innerhalb des isolierenden Körpers elektrisch miteinander verbunden werden können; und wobei sich die dritte und die vierte Buchse in die zweite Buchse öffnen, um dadurch bei Abwesenheit des Steckers den Zugang durch die zweite Buchse zu den einen Enden des Kabels und des Überspannungsschutzes zur Verbindung miteinander und, im Betrieb, mit einem Anschluß der Durchftihrung der elektrischen Vorrichtung zu ermöglichen.According to one aspect of the present invention, a high voltage cable connector is provided with an electrically insulating and substantially tracking-resistant body having four sockets extending into the body, a first socket being arranged to receive a leadthrough of a high voltage electrical device, a second socket being arranged to receive a plug, a third socket being arranged to receive one end of a high voltage electrical supply cable, and a fourth socket being arranged to receive a surge protector; the third and fourth sockets opening into each other so that one end of the cable and one end of the surge protector are electrically interconnectable within the insulating body; and wherein the third and fourth sockets open into the second socket, thereby permitting access through the second socket to one end of the cable and the surge protector for interconnection with one another and, in use, with a terminal of the feedthrough of the electrical device in the absence of the plug.
Es besteht ein immer stärkerer Wunsch, für Hochspannungssysteme einen Schutz gegen Überspannungsstöße bereitzustellen, die beispielsweise durch einen Kurzschluß oder Blitzschlag hervorgerufen werden, und Überspannungsschutzeinrichtungen (oder Stoßspannungsableiter) werden dafür verwendet. Die Überspannungsschutzeinrichtungen sind normalerweise nicht leitend, aber ihre Nennwerte sind für ein gegebenes Hochspannungssystem so ausgewählt, daß sie leitend werden, wenn eine Spannnung über einem gegebenen Wert auftritt, und den Fehlerstrom sicher zur Erde ableiten, ehe das System in irgendeiner Weise beschädigt wird. Dann kehrt der Überspannungsschutz in seinen nicht leitenden Zustand zurück. Die wirksame Komponente eines Überspannungsschutzes kann eine nichtlineare Widerstandsanordnung aufweisen, die aus einer Vielzahl, d.h. zwei oder mehreren, Ende an Ende gestapelten Metalloxidvaristorblöcken, z.B. Zinkoxidvaristorblöcken, gebildet ist, die an jedem Ende zur Bildung eines Paares von Elektroden eine Platte oder ein anderes leitfähiges Element besitzen. Die Widerstands- und Elektrodenanordnung ist innerhalb eines Gehäuses angebracht und wird von diesem gehalten, wobei das Gehäuse aus einem kriechstromfesten, isolierenden Polymermaterial oder aus Porzellan ausgebildet sein kann. Unter einem "kriechstromfesten Material" ist ein Material zu verstehen, das gegen die Bildung von Kohlenstoffpfaden beständig ist und den Anforderungen des ASTM-Tests D2303 "Inclined Plane" genügt. Die Außenfläche des Überspannungsschutzes kann gekrümmt und/oder aufgeweitet gestaltet sein, um die elektrische Leistungsfähigkeit zu verbessern, insbesondere bei ungünstigen Umgebungsbedingungen, wie Salz, Säuren und Feuchtigkeit. Die vorliegende Erfindung sieht damit einen Überspannungsschutz für ein Hochspannungssystem auf besonders zweckmäßige Weise vor, indem die Merkmale des Kabelverbinders und des Überspannungsableiters in einer einzigen kompakten Einheit kombiniert sind.There is an increasing desire to provide protection for high voltage systems against overvoltage transients caused, for example, by a short circuit or lightning strike, and surge suppressors (or surge arresters) are used for this purpose. The surge suppressors are normally non-conductive, but their ratings are selected for a given high voltage system so that they become conductive when a voltage above a given value occurs and safely drain the fault current to earth before the system is damaged in any way. The surge suppressor then returns to its non-conductive state. The effective component of a surge suppressor may comprise a non-linear resistive arrangement formed from a plurality, ie two or more, metal oxide varistor blocks, e.g. zinc oxide varistor blocks, stacked end to end and having a plate or other conductive element at each end to form a pair of electrodes. The resistor and electrode assembly is mounted within and supported by a housing, which housing may be made of a tracking-resistant, insulating polymer material or of porcelain. A "tracking-resistant material" is defined as a material that is resistant to the formation of carbon paths and meets the requirements of ASTM Test D2303 "Inclined Plane". The outer surface of the surge protector may be curved and/or flared. designed to improve electrical performance, particularly in adverse environmental conditions such as salt, acids and moisture. The present invention thus provides surge protection for a high voltage system in a particularly convenient manner by combining the features of the cable connector and the surge arrester in a single compact unit.
Der Isolierkörper des Verbinders weist bevorzugt eine elektrische Kontakteinrichtung auf, die im Betrieb, d.h. wenn ein Kabel und ein Überspannungsschutz in dem Verbinder angebracht sind und der Verbinder an der elektrischen Vorrichtung angebracht ist, so angeordnet ist, daß der elektrische Kontakt einerseits mit dem Anschluß der Durchführung der elektrischen Vorrichtung und andererseits mit dem einen Ende des Kabels und des Überspannungsschutzes hergestellt ist. Die Kontakteinrichtung kann zweckmäßigerweise einen ersten langgestreckten Bereich, der ein Stift oder eine Buchse sein kann und sich frei in die erste Buchse erstreckt, einen zweiten langgestreckten Bereich, der sich frei in die zweite Buchse erstreckt, sowie einen Zwischenbereich aufweisen, der von dem Isolierkörper des Verbinders mechanisch festgehalten wird. Der erste und der zweite langgestreckte Bereich erstrecken sich bevorzugt frei in ihre jeweiligen Buchsen, d.h. ohne mit den Wänden dieser Buchsen in Kontakt zu gelangen, und sie sind darin vorteilhaft axial ausgerichtet. Sind der Überspannungsschutz und das Kabel am Verbinder eingepaßt, dann erstrecken sie sich bevorzugt abdichtend durch ihre jeweiligen Buchsen in dem Isolierkörper und sind mit dem zweiten Bereich des elektrischen Kontaktelements innerhalb der zweiten Buchse verbunden. Der Stecker ist vorteilhaft abdichtend in die zweite Buchse eingepaßt und kann das freie Ende des zweiten Bereichs des Kontaktelements aufnehmen und mechanisch stützen. Der Stecker kann mit einem kapazitiven Testpunkt zur Bestimmung der an das Kontaktelement angelegten Spannung versehen sein, der von außerhalb des Verbinders zugänglich ist, wenn der Stecker darin angebracht ist.The insulating body of the connector preferably has an electrical contact device which, in use, i.e. when a cable and a surge protector are mounted in the connector and the connector is mounted on the electrical device, is arranged so that electrical contact is made on the one hand with the terminal of the feedthrough of the electrical device and on the other hand with one end of the cable and the surge protector. The contact device can conveniently have a first elongated region, which can be a pin or a socket and extends freely into the first socket, a second elongated region which extends freely into the second socket, and an intermediate region which is mechanically held in place by the insulating body of the connector. The first and second elongated regions preferably extend freely into their respective sockets, i.e. without coming into contact with the walls of these sockets, and they are advantageously axially aligned therein. When fitted to the connector, the surge protector and cable preferably extend sealingly through their respective sockets in the insulating body and are connected to the second portion of the electrical contact element within the second socket. The plug is advantageously sealingly fitted into the second socket and can receive and mechanically support the free end of the second portion of the contact element. The plug can be provided with a capacitive test point for determining the voltage applied to the contact element, which is accessible from outside the connector when the plug is fitted therein.
Eine besonders kompakte Ausgestaltung des Verbinders läßt sich erhalten, wenn die erste und die zweite Buchse im wesentlichen axial miteinander ausgerichtet sind und die dritte und die vierte Buchse sich im wesentlichen in derselben Ebene quer dazu sowie zu derselben Seite der ersten und zweiten Buchse erstrecken. Damit läßt sich der Abstand zwischen der Durchführung der elektrischen Vorrichtung und dein Stecker minimieren, während nicht nur die Verbindung des Kabels, sondern auch die Anwesenheit des Überspannungsschutzes berücksichtigt werden. Eine solche Ausgestaltung ist besonders nützlich, wenn der Verbinder und insbeondere drei angrenzende Verbinder eines Dreiphasensystems innerhalb eines Schranks angebracht werden sollen, der entweder so klein wie möglich sein soll oder ein bestehender Schrank ist, der ursprünglich nicht für ein System mit einem Überspannungsschutz ausgelegt war.A particularly compact design of the connector can be obtained if the first and second sockets are substantially axially aligned with each other and the third and fourth sockets extend substantially in the same plane transversely thereto and to the same side of the first and second sockets. This makes it possible to minimize the distance between the passage of the electrical device and the plug, while taking into account not only the connection of the cable but also the presence of the surge protection. Such a design is particularly useful when the connector and in particular three adjacent connectors of a three-phase system are to be installed within a cabinet which either has to be as small as possible or is an existing cabinet which was not originally designed for a system with surge protection.
Das Kabel kann so in den Verbinder eingepaßt sein, wie dies in der EP-A-0 225 190 oder in der EP-A-0 139 483 offenbart ist. Bei Verwendung der ersteren Anordnung erstreckt sich das eine Ende des elektrischen Kabels abdichtend durch die dritte Buchse in den Isolierkörper, ein äußerer Isoliermantel des Kabels ist entfernt worden, um eine elektrische Abschirmung des Kabels freizulegen, die Abschirmung ist entfernt worden, um die Primärisolierung des Kabels freizulegen, und die Primärisolierung ist entfernt worden, um einen Leiter des Kabels freizulegen, und das Kabel ist mit einem Material zur Steuerung der elektrischen Belastung, das sich über das freigelegte Ende der Abschirmung und wenigstens entlang eines Teils der Primärisolierung erstreckt, sowie mit einem elektrischen Isoliermaterial abgeschlossen, das sich in dichter Anpassung über die Kabelabschirmung und über das Material zur Belastungssteuerung erstreckt.The cable may be fitted into the connector as disclosed in EP-A-0 225 190 or in EP-A-0 139 483. Using the former arrangement, one end of the electrical cable extends sealingly through the third socket into the insulating body, an outer insulating jacket of the cable has been removed to expose an electrical shield of the cable, the shield has been removed to expose the primary insulation of the cable, and the primary insulation has been removed to expose a conductor of the cable, and the cable is terminated with an electrical stress control material extending over the exposed end of the shield and along at least a portion of the primary insulation, and with an electrical insulating material extending in tight fit over the cable shield and over the stress control material.
Im allgemeinen können die Buchsen, aber insbesondere die dritte und/oder die vierte Buchse zur formschlüssigen Aufnahme des zugeordneten Bauteils angeordnet sein. Bei einer alternativen Anordnung können eine oder mehrere der Buchsen bevorzugt durch Aufbringen von Wärme rückstellbar sein, um eine abdichtende Anpassung an das zugeordnete Bauteil zu erzielen. Ein Beispiel der Heißversiegelung eines Kabels in einen Verbinder ist in der EP-A-0 139 483 gezeigt.In general, the bushings, but in particular the third and/or the fourth bushing, can be arranged for the positive reception of the associated component. In an alternative arrangement, one or more of the bushings can preferably be recoverable by the application of heat to achieve a sealing conformity to the associated component. An example of heat sealing a cable into a connector is shown in EP-A-0 139 483.
Der gesamte Überspannungsschutz kann zwar abgesehen von seinem Erdanschluß in der vierten Buchse eingeschlossen sein; es wird aber ins Auge gefaßt, daß der Körper des Überspannungsschutzes außerhalb des Verbinders bleiben kann und daß ein sich von dem einen Ende erstreckender Anschluß durch die vierte Buchse eingeführt wird, um die erforderliche elektrische Verbindung herzustellen.While the entire surge protector, except for its ground connection, may be enclosed in the fourth socket, it is envisaged that the body of the surge protector may remain outside the connector and that a terminal extending from one end may be inserted through the fourth socket to make the required electrical connection.
Nachstehend wird beispielhaft ein Verbinder gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben; darin zeigenA connector according to the present invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 den Verbinder in einer Schnittansicht mit einem darin angebrachten Kabel und einem Überspannungsschutz; undFig. 1 shows the connector in a sectional view with a cable and a surge protector installed therein; and
Fig. 2 Einzelheiten eines Verbindungsansatzes.Fig. 2 Details of a connection approach.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung besitzt der Verbinder einen isolierenden, kriechstromfesten Körper 2 aus Kunststoffmaterial, wie z.B. EPDM. Der Körper 2 weist eine erste Buchse 4 auf, die nach innen verjüngt und kegelstumpfförmig ausgestaltet ist. Eine zweite Buchse 6 des Körpers 2 weist die gleiche Ausgestaltung auf und ist mit der Buchse 4 axial ausgerichtet. Eine dritte Buchse 8 mit kreisförinigem Querschnitt führt senkrecht zu den Buchsen 4 und 6 in den Verbinderkörper 2 und öffnet sich in die Buchse 6. Eine vierte Buchse 10 mit kreisförmigem Querschnitt führt ebenfalls senkrecht zu der ersten und der zweiten Buchse 4, 6 in derselben Ebene und in derselben allgemeinen Richtung wie die Buchse 8 in den Verbinderkörper 2.Referring to the drawing, the connector has an insulating, tracking resistant body 2 made of plastic material such as EPDM. The body 2 has a first socket 4 which is inwardly tapered and frusto-conical in shape. A second socket 6 of the body 2 has the same design and is axially aligned with the socket 4. A third socket 8 of circular cross section leads into the connector body 2 perpendicular to the sockets 4 and 6 and opens into the socket 6. A fourth socket 10 of circular cross section also leads into the connector body 2 perpendicular to the first and second sockets 4, 6 in the same plane and in the same general direction as the socket 8.
Eine ringförmige Metallkontaktscheibe 12, z.B. aus Messing oder Kupfer, wird in einer Ausnehmung des Isolierkörpers 2 am Übergang der ersten und zweiten Buchse 4, 6 gehalten und nimmt über Schraubgewinde einen leitenden Kontakstift 14 darin auf, so daß sich ein erster Bereich 16 des Stifts axial in die erste Buchse 4 und ein zweiter Bereich 18 des Stifts in die zweite Buchse 6 erstrecken.An annular metal contact disk 12, e.g. made of brass or copper, is held in a recess of the insulating body 2 at the transition of the first and second socket 4, 6 and takes via screw threads a conductive contact pin 14 therein, so that a first region 16 of the pin extends axially into the first socket 4 and a second region 18 of the pin extends into the second socket 6.
Ein 15 kV - Kabel 20, das vollständig abgeschlossen ist und eine äußere Hülse 22 aus einem wärmerückstellbaren, isolierenden, kriechstromfesten Polymerrohrmaterial und am Ende einen Metallverbindungsansatz 24 besitzt (vgl. auch Fig. 2), ist abdichtend formschlüssig in der Buchse 8 so aufgenommen, daß der Ansatz 24 um den Kontaktstift 14 angrenzend an die Kontaktscheibe 12 angeordnet ist. Der Ansatz 24 wird dann mittels einer Mutter 25 und einer Federscheibe in seiner Position gesichert, wobei der Zugang dafür über die Buchse 6 erhalten wird.A 15 kV cable 20, which is fully sealed and has an outer sleeve 22 made of a heat-recoverable, insulating, tracking-resistant polymer tube material and a metal connecting lug 24 at the end (see also Fig. 2), is sealingly received in the socket 8 in a form-fitting manner so that the lug 24 is arranged around the contact pin 14 adjacent to the contact disk 12. The lug 24 is then secured in position by means of a nut 25 and a spring disk, access to which is obtained via the socket 6.
Ein Überspannungsschutz 26 besitzt ein isolierendes kriechstromfestes Gehäuse 28 und ist an dem einen Ende durch einen isolierten Stab 30 mit einem Verbindungsansatz 32 (vgl. auch Fig. 2) an dessen freiem Ende und an dem anderen Ende durch einen Erdungsbolzen 35 abgeschlossen. Der Stab 30 ist formschlüssig abdichtend in die Buchse 10 so eingeführt, daß der Ansatz 32 um den Kontaktstift 14 angrenzend an die Kabelverriegelungsmutter 25 angeordnet ist. Der Ansatz 32 wird dann durch eine weitere Mutter 34 und eine Federscheibe in seiner Position gesichert.A surge protector 26 has an insulating tracking-proof housing 28 and is closed at one end by an insulated rod 30 with a connecting lug 32 (see also Fig. 2) at its free end and at the other end by a grounding bolt 35. The rod 30 is inserted into the socket 10 in a form-fitting, sealing manner such that the lug 32 is arranged around the contact pin 14 adjacent to the cable locking nut 25. The lug 32 is then secured in position by a further nut 34 and a spring washer.
Ein rückseitiger Stecker 36 aus isolierendem Kunststoffmaterial wird dann formschlüssig abdichtend in die Buchse 6 eingeführt. Der Stecker 36 besitzt einen Metalleinsatz 38, der das freie Ende des zweiten Bereichs 18 des Kontaktstiftes 14 gleitend aufnimmt. Damit ist der Stift 14 mit den daran gesicherten Kabel- und Überspannungsschutzansätzen 24, 32 fest in dem Verbinder an zwei Positionen entlang seiner Länge angebracht.A rear plug 36 made of insulating plastic material is then inserted into the socket 6 in a form-fitting, sealing manner. The plug 36 has a metal insert 38 which slidably receives the free end of the second portion 18 of the contact pin 14. The pin 14, with the cable and surge protection lugs 24, 32 secured thereto, is thus firmly mounted in the connector at two positions along its length.
Der Verbinderkörper 2 wird an einer (nicht gezeigten) elektrischen Vorrichtung, wie z.B. einem Transformator oder einer Schaltanlage angebracht, indem man eine isolierende Durchführung 40 der Vorrichtung abdichtend in die Buchse 4 einsteckt. Diese Aktion bewirkt, daß der erste Bereich 16 des Kontaktstiftes 14 mit einem leitenden Anschluß 42 der elektrischen Vorrichtung in Eingriff gelangt, der sich durch die Durchführung 40 erstreckt.The connector body 2 is attached to an electrical device (not shown), such as a transformer or a switchgear, by inserting an insulating bushing 40 of the device into the socket 4 in a sealing manner. This action causes the first portion 16 of the contact pin 14 to engage a conductive terminal 42 of the electrical device which extends through the feedthrough 40.
Aus Fig. 1 ist zu ersehen, daß eine sehr kompakte Anordnung erhalten werden kann, die sich bequem innerhalb der Grenzen bestehender Schränke für Kabelabschlüsse anbringen läßt, da der isolierende Verbinderkörper 2, das Kabel 20 und der Überspannungsschutz 26 im wesentlichen in derselben Ebene liegen und sich der Überspannungsschutz 26 nur um einen vergleichsweise kleinen Betrag in Längsrichtung über den rückseitigen Stecker 36 hinauserstreckt.From Fig. 1 it can be seen that a very compact arrangement can be obtained which can be conveniently mounted within the confines of existing cable termination cabinets since the insulating connector body 2, the cable 20 and the surge protector 26 lie substantially in the same plane and the surge protector 26 extends only a relatively small amount longitudinally beyond the rear connector 36.
Es ist klar, daß dann, wenn am Anschluß 42 der elektrischen Vorrichtung oder an dem Leiter des Kabels 20 (der mit seinem Ansatz 24 verbunden ist) irgendeine bedeutsame Überspannung auftritt, der resultierende Strom durch den Überspannungsschutz 26 an seinem Bolzen 35 zur Erde kurzgeschlossen wird.It will be appreciated that if any significant overvoltage occurs at the terminal 42 of the electrical device or at the conductor of the cable 20 (which is connected to its lug 24), the resulting current will be short-circuited to earth by the overvoltage protector 26 at its stud 35.
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