Концевая муфта силового кабеля с пластмассовой изоляцией

 

Изобретение относится к электротехнике. Сущность изобретения : муфта содержит заполненные изоляционной жидкостью фарфоровый изолятор, концевую разделку кабеля с установленной на нее с натягом усиливающей изоляции в виде эластомерного элемента, верхний и нижний экраны. Электрод эластомерного элемента прижат к нижнему экрану муфты с помощью прижимного стакана, профиль внутренней поверхности которого имеет форму кривой соответствующей формуле: Р(х) = А + С(В-х)², где А = -2.22·10^-4-10^-2; С = 54·50-72·10; B - толщина стенки эластомерного элемента в точке перехода от прижатой части эластомерного элемента к свободной его части; х - текущая координата образующей внутренней поверхности прижимного стакана. На дне прижимного стакана размещено герметизирующее кольцо из маслостойкого эластомера с поперечным сечением в виде прямоугольного треугольника. Пространство между нижним экраном и изоляцией кабеля содержит заполнитель, который может быть выполнен в виде цилиндрической пористой эластомерной трубки с коэффициентом теплопроводности 0,5-1,0 Вт/(К·м) или в виде слоя полимерной пасты с аналогичным коэффициентом теплопроводности. Эластомерный элемент выполнен в виде кольца, верхняя часть которого имеет конусности внутренней и внешней поверхностей 2-4^o и 30-36^o соответственно. 3 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 ил.

Предполагаемое изобретение относится к кабельной технике, а именно к концевым муфтам, предназначенным для присоединения кабельных линий высокого напряжения к воздушным линиям электропередачи с помощью стандартного аппаратного зажима. Предполагаемое изобретение также может быть использовано в конструкциях кабельных вводов в трансформаторы и другие аппараты высокого напряжения.

Известна конструкция концевой муфты [1] содержащая заполненный изоляционной жидкостью фарфоровый изолятор, в котором размещен эпоксидный изолятор, концевую разделку с эластомерным элементом, принудительно поджатым посредством металлической пружины к внутренней поверхности эпоксидного изолятора и к изоляции кабеля, верхний и нижний экраны.

Поскольку элемент находится под воздействием силы, направленной вдоль оси симметрии эластомерного элемента, и оказываемой металлической пружиной, он испытывает сложное напряженно-деформированное состояние, что ускоряет старение и ползучесть материала эластомерного элемента. В результате быстро снижается контактное давление со стороны эластомерного элемента на изоляцию кабеля, что ведет к ослаблению электрической прочности муфты. Этот недостаток устранен в концевой муфте силового кабеля с пластмассовой изоляцией (2), содержащей фарфоровый изолятор, заполненный изоляционной жидкостью, концевую разделку с эластомерным элементом, верхний и нижний экраны. Конструкция не имеет эпоксидного изолятора, а эластомерный элемент оказывает контактное давление на изоляцию кабеля не за счет приложенной к нему осевой силы, а за счет простого натяга эластомерного элемента на кабель. В этом случае эластомерный элемент во время эксплуатации при воздействии температурных циклов имеет возможность свободно расширяться вместе с изоляцией кабеля, вследствие чего замедляется старение материала эластомерного элемента и процесс ползучести. Надежность муфты при этом возрастает. Эта конструкция является наиболее близким техническим решением к заявляемому и поэтому принимается заявителем за прототип.

В этой конструкции имеются следующие недостатки. Проблема ограничения диффузии изоляционной жидкости между изоляцией кабеля и эластомерным элементом, а также между экраном муфты и электродом эластомерного элемента не решена. Указанный процесс диффузии приводит к обогащению электрода эластомерного элемента в зоне контакта с изоляционной жидкостью и снижению со временем удельного объемного электрического сопротивления электрода при циклических температурных воздействиях. Кроме того, конструкция предусматривает крепление нижней части эластомерного элемента непосредственно на концевой разделке ленточным бандажом, которое не обеспечивает наличие надежного электрического контакта. При циклических температурных воздействиях ленточный бандаж может быть поврежден, что приведет к снижению электрической прочности конструкции. Помимо этого, такое крепление затрудняет теплоотвод от жилы кабеля к остальным конструктивным частям муфты, что также приводит к снижению электрической прочности конструкции.

Задача предполагаемого изобретения состоит в создании конструкции муфты с повышенными электрическими характеристиками при одновременном упрощении процесса ее монтажа.

Согласно предполагаемому изобретению, концевая муфта, содержащая заполненный изоляционной жидкостью фарфоровый изолятор, концевую разделку кабели с эластомерным элементом, верхний и нижний экраны, дополнительно содержит прижимной стакан, охватывающий нижнюю торцевую чаять эластомерного элемента в зоне контакта электрода эластомерного элемента и нижнего экрана муфты.

В предлагаемой конструкции предусматривается обеспечение улучшенного теплоотвода от изоляции кабеля к нижнему экрану муфты за счет заполнения пространства между изоляцией кабеля и нижним экраном материалом с высоким коэффициентом теплопроводности.

Согласно одному из вариантов выполнения технического решения, между изоляцией кабеля и нижним экраном муфты устанавливается заполнитель, представляющий собой цилиндрическую пористую эластомерную трубку с коэффициентом теплопроводности 0.5-1.0 Вт/(К·м).

Согласно другому варианту, предусматривается вместо указанной выше цилиндрической пористой эластомерной трубки использовать полимерную пасту с коэффициентом теплопроводности 0.5-1.0 Вт/(К.м) в сочетании с эластомерным уплотнителем, предотвращающим проникновение пасты при температурных циклах в область контакта электрода эластомерного элемента и нижнего экрана муфты.

На фиг. 1 представлен общий вид конструкции предлагаемой концевой муфты силового кабеля с пластмассовой изоляцией; на фиг. 2 схема установки для измерения контактного давления эластомерного элемента на изоляцию кабеля; на фиг. 3 схема установки для определения контактного давления электрода эластомерного элемента на нижний экран муфты.

Как показано на фиг. 1, предлагаемая конструкция содержит заполненный изоляционной жидкостью фарфоровый изолятор 1, концевую разделку кабеля 2 с эластомерным элементом 3, верхний 4 и нижний 5 экраны, цилиндрическую пористую эластомерную трубку 6, герметизирующее кольцо 7 из маслостойкого эластомера с поперечным сечением в виде прямоугольного треугольника, установленное на дне прижимного стакана 8, эластомерный уплотнитель 9, электрод эластомерного элемента 10. Как показано на фиг. 2, схема установки для определения значений контактного давления верхней части эластомерного элемента на изоляцию кабеля содержит полый металлический цилиндр 1 с отверстием в стенке для вывода тензодатчика 2 к контактной исследуемой поверхности и потенциометр 3 для регистрации значений контактного давления. Исследованиям подверглись различные модификации эластомерного элемента, имеющие различные сочетания значений конусностей внутренней и внешней поверхностей верхней части эластомерного элемента, выполненной в виде кольца. При этом анализировались значения глубины диффузии между изоляцией кабеля и эластомерным элементом в области "а" при температуре 60^oС, контактного давления на изоляцию кабеля со стороны части эластомерного элемента в виде кольца, примыкающего к области "а", контактного давления на изоляцию кабеля со стороны эластомерного элемента в области СД (фиг. 2), а также ползучесть материала эластомерного элемента в области "а" после 40 циклов нагрева до 60^oС и выдержки при этой температуре в течение 8 ч, и охлаждения в течение 16 ч до температуры окружающей среды. В таблице 1 приведены результаты сравнительных испытаний предлагаемой конструкции эластомерного элемента и прототипа.

Как следует из представленных в таблице 1 данных, предлагаемая конструкция эластомерного элемента, верхняя часть которого выполнена в виде кольца с диапазонами значений конусностей внутренней и внешней поверхностей 2-4^o и 30-36^o соответственно, обеспечивает снижение глубины диффузии изоляционной жидкости в область "а" между изоляцией кабеля и эластомерным элементом на 75 Указанный диапазон значений определен экспериментально с помощью рассмотренной выше установки, схема которой представлена на фиг. 2. Кроме того, отмеченный выше диапазон значений конусностей внутренней и внешней поверхностей эластомерного элемента позволяет выровнять значения контактного давления на поверхность изоляции кабеля в областях конического и цилиндрического участков эластомерного элемента, что позволяет уменьшить ползучесть материала эластомерного элемента на 30 и повысить электрическую прочность муфты. Обработка экспериментальных данных производилась с помощью методов статистического анализа. Исследования проводились на 120 образцах эластомерных элементов.

Как показано на рис. 3, схема установки для определения значений контактного давления электрода эластомерного элемента на нижний экран муфты, в области АВ, содержит прижимной стакан 1 и нижний экран 2 с отверстием для вывода тензодатчика 3 к потенциометру 4. Прижимной стакан обеспечивает уменьшение ползучести материала эластомерного элемента в области контакта электрода эластомерного элемента и нижнего экрана муфты. Форма образующей внутренней поверхности прижимного стакана задается из следующих условий: 1) обеспечение значения контактного давления на участке АВ нижнего экрана муфты постоянного по величине и равного значению контактного давления на участке СД изоляции кабеля; 2) наличие плавного перехода от поджимаемого к свободным участкам эластомерного элемента.

Испытаниям подверглись 120 муфт. Обработка результатов экспериментов с помощью методов статистического анализа позволила получить следующее соотношение, определяющее форму образующей внутренней поверхности прижимного стакана: Р(х) А + С·(B x)² где А и С коэффициенты, выбираемые из условий равных значений контактных давлений на изоляцию кабеля и на нижний экран муфты; х текущая координата профиля образующей внутренней поверхности прижимного стакана; B толщина стенки эластомерного элемента в точке перехода от прижатой части эластомерного элемента к свободной его части. Экспериментально также установлено, что для различных кабелей с пластмассовой изоляцией указанные коэффициенты имеют следующие значения: А -2.22·10^-4-10^-2; С 54.50-72.10.

В таблице 2 приведены результаты сравнительных испытаний предлагаемой конструкции, которая содержит прижимной стакан, и прототипа, где прижимной стакан отсутствует. Представленные в таблице 2 данные свидетельствуют о том, что применение в конструкции муфты прижимного стакана, который имеет профиль, полученный при использовании полученного экспериментально и рассмотренного выше соотношениям позволяет снизить ползучесть материала эластомерного элемента, в области контакта электрода эластомерного элемента и нижнего экрана муфты на 50 и обеспечить равные значения контактных давлений на изоляцию кабеля и на нижний экран.

Для устранения диффузии изоляционной жидкости в область этого контакта предлагаемая заявителем конструкция муфты дополнительно содержит герметизирующее кольцо 7 с поперечным сечением в виде прямоугольного треугольника (фиг. 1), установленное на дне прижимного стакана. Форма поперечного сечения герметизирующего кольца определяется формой нижнего торца предлагаемой конструкции эластомерного элемента, а форма нижнего торца, задающая указанное поперечное сечение, позволяет значительно упростить процесс установки эластомерного элемента на кабель.

Руководствуясь данными (2), заявителем были проведены сравнительные испытания конструкций муфт, в которых было обеспечено выполнение всех рассмотренных выше конструктивных решений. В результате проведения электрических испытаний муфт по определению электрической прочности конструкции муфты при длительном воздействии напряжения промышленной частоты в размере l.5 Uном было установлено, что электрическая прочность предлагаемой муфты в 1.4 раза выше, чем прототипа.

Формула изобретения

1. Концевая муфта силового кабеля с пластмассовой изоляцией, содержащая заполненный изоляционной жидкостью фарфоровый изолятор, концевую разделку кабеля с установленной на нее с натягом усиливающей изоляцией в виде эластомерного элемента, выполненного в виде кольца, имеющего конусность верхней части внешней поверхности, верхний и нижний экраны, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит охватывающий нижнюю торцовую часть эластомерного элемента прижимной стакан с внутренней поверхностью, обеспечивающей равные значения контактных давлений на изоляцию кабеля и на нижний экран, образующая которой, соответствует формуле y=P(x)=A+C(B-x)²,
где A=-2,22·10^-4oC10^-2,
С=54,50^oC72,10,
B толщина стенки эластомерного элемента в точке перехода от прижатой части эластомерного элемента к свободной его части,
x текущая координата образующей внутренней поверхности прижимного стакана,
герметизирующее кольцо из маслостойкого эластомера с поперечным сечением в виде прямоугольного треугольника, размещенное на дне прижимного стакана, и заполнитель пространства между изоляцией кабеля и нижним экраном из полимерного материала, при этом верхняя часть эластомерного элемента имеет конусности внутренней и внешней поверхностей 2-4° и 30-36° соответственно.

2. Муфта по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве материала заполнения использован полимер с коэффициентом теплопроводности 0,5^oC1,0 Вт/(К·м).

3. Муфта по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что заполнитель выполнен в виде цилиндрической пористой эластомерной трубки.

4. Муфта по п.1, отличающаяся тем, что заполнитель образован слоем полимерной пасты с коэффициентом теплопроводности 0,5^oC1,0 Вт/(К·м), при этом в верхней торцовой части нижнего экрана дополнительно установлен уплотнитель.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5