专利名称：电力电缆适配器以及使用方法
电力电缆适配器以及使用方法
背景技术：
本发明整体涉及电力电缆中的电应力控制，更具体地讲是涉及用 于控制高电场强度区域中的电应力的制品和方法，该高电场强度区域 与电力电缆以及它们的相关附件相关联。
如本文所用，"高压"通常指足够高而导致电缆屏蔽断点处的电 缆绝缘性破坏的电压。不限制本发明的范围，在一些具体实施中，"高
压"通常指50kV或更高的电压，尽管利用低压使用本发明也是有利的。
典型的高压电缆包括中心电导体、环绕该电导体的半导电层(本 文也称为"导体屏蔽")、覆盖导体屏蔽的电绝缘层，以及该绝缘层 上的半导电层(本文也称为绝缘屏蔽)。在端接这种电缆的过程中， 通常移除或剪切电缆的每个连续层，以暴露下面的层。剪切半导电电 缆屏蔽会引起电缆电场中的不连续性，导致在电缆屏蔽的剪切端处产 生高电应力。高电应力可引起放电发生，继而易于引起电缆的绝缘层 损坏。
电缆绝缘层的厚度取决于电缆电压等级，较高的电压电缆具有较 厚的绝缘层。通常，如果绝缘材料质量较高(即纯度较高)，则绝缘 层的厚度可减小。例如，在美国69kV级电缆的绝缘厚度为大约650密 耳。在欧洲类似的电缆，72kV级电缆，具有从400密耳到470密耳范 围的绝缘厚度。绝缘厚度减小提供了诸多有益效果，例如电缆尺寸减 小、重量减轻，以及因所使用的绝缘材料的量减少而带来的成本减少。
尽管绝缘层厚度减小提供了有益效果，但是绝缘厚度减小也会促 使诸如电缆终端之类的电缆附件在电缆屏蔽断点处要经受更高的电应
5力。如果处理地不恰当，则额外的电应力可导致电缆和/或电缆附件出 现故障。在某些情况下，通过替换经设计用于更高电压等级电缆的电
缆附件(如将额压为138kV的电缆附件与具有减小绝缘厚度的110kV
电缆一同使用)来适应额外的电应力。尽管这样的附件替换能起作用， 但是更高额压的附件的成本差额通常很明显。因此，需要一种装置， 该装置允许具有减小绝缘厚度的电缆与相同电压等级的现有电缆附件 一同使用。
发明内容
在一个方面，本文描述的发明提供了一种用于控制电力电缆中的 电应力的适配器，该类电力电缆包括内部导体、环绕该电导体的导体 屏蔽、覆盖导体屏蔽的减小厚度的电绝缘材料，以及环绕绝缘材料的 半导电屏蔽。在一个实施例中，该适配器包括具有第一末端和第二末
端的纵向绝缘构件；以及与该绝缘构件的第一末端接触接合的半导电 构件；其中，该绝缘构件被构造用于覆盖减小厚度的电绝缘材料的暴 露部分，该减小厚度的电绝缘材料环绕电缆导体，并且其中该半导电 构件被构造用于覆盖电缆半导电屏蔽的暴露部分。
在另一方面，本文描述的发明提供了一种用于电力电缆的终端系 统，该类电力电缆包括内部导体、环绕该电导体的导体屏蔽、覆盖导 体屏蔽的减小厚度的电绝缘材料，以及绝缘材料上的半导电屏蔽。在 一个实施例中，该终端包括构造用于安装在具有至少第一绝缘厚度 的电缆上的终端；以及构造用于安装在具有第二绝缘厚度的电缆上的 适配器，第二绝缘厚度小于第一绝缘厚度，该适配器包括被构造用于 覆盖电缆绝缘材料的暴露部分的绝缘构件、与该绝缘构件接触接合的 半导电构件以及电缆半导电屏蔽。
在另一方面，本文描述的发明提供了一种减小电力电缆附件中的 电应力的方法。在一个实施例中，该方法包括制备电力电缆，该类 电力电缆包括内部导体、环绕该电导体的导体屏蔽、覆盖导体屏蔽的
6减小厚度的电绝缘层，以及在绝缘层之上的半导电屏蔽，该类电力电 缆通过移除一预定长度的半导电屏蔽以暴露电缆绝缘层的一部分，并 移除该更短预定长度的电缆绝缘层暴露部分和导体屏蔽以暴露电缆导 体而制备；将适配器安装在制得的电缆上，以增加制得电缆的总有效 绝缘厚度；以及将电缆附件安装在该适配器上。
结合以下附图可更好地理解本发明的实施例。附图中的元件未必 相对于彼此按比例绘制。类似的附图标记指示对应的类似部件。
图l是准备安装根据本发明的应力控制适配器的电力电缆的视图。 图2A是根据本发明的应力控制适配器的一个实施例的横截面视图。
图2B是设置在根据本发明的支承芯上的图2A的应力控制适配器 的横截面视图。
图2C是应用到根据本发明的电力电缆的图2A的应力控制适配器 的横截面视图。
图3A是根据本发明的应力控制适配器的另一个实施例的横截面 视图。
图3B是设置在根据本发明的支承芯上的图3A的应力控制适配器 的横截面视图。
图3C是应用到根据本发明的电力电缆的图3A的应力控制适配器 的横截面视图。
具体实施例方式
在以下具体优选实施方式中，参考构成其一部分的附图，在这些 附图中，以举例说明的方式表示出了能实施本发明的具体实施例。图 示的实施例并不旨在完全涵盖本发明的所有实施例。应当理解，在不 脱离本发明范围的前提下，可以利用其他实施例，并且可以进行结构 性或逻辑性的修改。例如，尽管本发明主要是结合电缆终端来进行描
7述的，但本发明适于利用高压电缆接头以及包括电衬套和引线在内的 其它高压设备的应用。因此，并不会局限于采取以下具体实施方式
， 本发明的涵盖范围由附加的权利要求限定。
参见图l，阐述示例性电缆10。示例性电缆IO包括中心电导体12、
环绕电导体12的半导电层14 (本文中也称为导体屏蔽14)、覆盖导 体屏蔽14的电绝缘材料层16，以及绝缘材料16上的半导电层18 (本 文中也称为绝缘屏蔽18)。绝缘材料16可包括诸如交联聚乙烯(XLPE)、 聚乙烯(PE)或乙丙橡胶(EPR)之类的材料，或者本领域中已知的 其它材料。可另外将附加的保护层(未示出)设置在绝缘屏蔽18上。
如本文所述，将电缆10的电绝缘材料16理解为具有减小厚度， 在没有附加的电应力控制措施的情况下，该减小厚度需要使用电压等 级比电缆电压等级更高的电缆附件(例如，将138kV额压的电缆附件 与具有减小绝缘厚度的110kV电缆一同使用)。此类具有减小绝缘厚 度的电缆在本文中称为薄壁电缆。相比较，在不使用附加的电应力控 制措施的情况下，具有足够厚的电绝缘材料以允许使用电压等级与电 缆电压等级相等的电缆附件的电缆在本文中称为标准电缆。
再参见图l，电缆IO通过这样制备用于端接移除一预定长度的 导体屏蔽14、移除相同预定长度的覆盖导体屏蔽14的绝缘材料16， 以及移除更大预定长度的覆盖绝缘材料16的绝缘屏蔽18。应该指出的 是，为方便描述，附图的比例为失真比例。短截绝缘屏蔽18会引起导 体12周围的电场中的不连续，这将导致在绝缘屏蔽18的剪切端处产 生高的电应力。如上所述，高电应力可导致放电发生，继而可导致破 坏绝缘材料16，并最终导致接头损坏。
在一个具体实施中，具有减小厚度的电绝缘材料16的电缆10的 电应力控制通过这样来补充将绝缘适配器安装在绝缘材料16上以增 加环绕导体12的总有效绝缘厚度，然后将电缆附件安装在该适配器上。
8在一个具体实施中，总有效绝缘厚度至少与标准电缆的绝缘厚度一样 厚。
现在参见图2A-图2C，阐述了根据本发明一个实施例的适配器20。 适配器20包括纵向的电绝缘部分22和半导电部分24。绝缘部分22限 定张弛厚度^并具有第一末端26和第二末端28。半导电部分24邻接 绝缘部分22的第一末端26，并与其接触接合。绝缘部分22和半导电 部分24的末端被形成为避免在高电场区域中产生锐角。在图2A的实 施例中，绝缘部分22和半导电部分24被包覆成型而形成一体的或一 体式适配器20。
在一个具体实施中，如图2B所示，可弹性复原适配器20在径向 扩展或预拉伸情况下被支承在可移除刚性支承芯30上。在此具体实施 中，适配器20通常被称为可冷收縮预拉伸管。在其径向扩展情况下， 绝缘部分22限定拉伸厚度ts，该厚度小于图2A的张弛厚度、。可互换 地使用术语"可弹性复原"、"可弹性收縮"和"可冷收縮"来表示 制品在不另外加热的情况下，在大约-2(TC至大约5(TC的温度下为可收 縮的。
在图2C中，示出了图2A和图2B的适配器20被安装在电缆10 上并且还具有安装在适配器20上的电缆附件40。尽管一般将电缆附件 40阐述为终端，但其可以是旨在安装于电缆10上的任何已知类型的电 缆附件，而并不限于终端。暴露导体12连接至压接在导体12上的凸 耳42。绝缘部分22被构造用于覆盖并接合减小厚度的电绝缘材料16 的暴露部分，该减小厚度的电绝缘材料环绕电缆导体12，由此将薄壁 电缆10的总有效电缆绝缘厚度增加至等于或大于标准电缆绝缘厚度的 厚度，或者可选地增加至使电应力减小到电缆和电缆附件组合能承受 的水平的厚度。在其安装情况下，绝缘部分22限定安装厚度tp该厚 度通常小于图2A的张弛厚度tr并大于图2B的拉伸厚度ts。半导电部 分24被定位成跨越绝缘屏蔽18的剪切端延伸，并被构造用于覆盖和
9接合绝缘屏蔽18的暴露部分以重构电缆绝缘材料16和适配器绝缘部
分22上的绝缘屏蔽。适配器20利用几何应力消除来重构电缆绝缘材 料16和适配器绝缘材料22的复合材料上的绝缘屏蔽。
现在参见图3A-图3C，阐述根据本发明另一实施例的适配器120。 适配器120包括纵向电绝缘部分122和半导电部分124。绝缘部分122 限定张弛厚度^并具有第一末端126和第二末端128。半导电部分124 与绝缘部分122的第一末端126接触接合。绝缘部分22和半导电部分 24的末端被形成为避免高电场区域中出现锐角。在图3A-图3C的实施 例中，绝缘部分122和半导电部分124为可分离的并且形成两段式适 配器120。在图3B中，示出了可弹性复原适配器120在径向扩展或预 拉伸状态下被支承在可移除的刚性支承芯30上。在其径向扩展状态下， 绝缘部分122限定拉伸厚度ts，该厚度小于图3A的张弛厚度t"
在图3C中，示出了适配器120被安装在电缆IO上并且还具有安 装在适配器120上的电缆附件40。尽管一般将电缆附件40阐述为终端， 但其可以是旨在安装于电缆IO上的任何已知类型的电缆附件，而并不 限于终端。暴露导体12连接至凸耳42。绝缘部分122被构造用于覆盖 减小厚度的电绝缘材料16的暴露部分，该减小厚度的电绝缘材料环绕 电缆导体12，由此使薄壁电缆10的总有效电缆绝缘厚度增加至等于或 大于标准电缆绝缘厚度的厚度，或者可选地增加至电缆和电缆附件组 合能承受的厚度。在其安装情况下，绝缘部分122限定安装厚度ti，该 厚度通常小于图3A的张弛厚度^并大于图3B的拉伸厚度ts。半导电 部分124被定位成跨越绝缘屏蔽18的剪切端延伸，并且被构造用于覆 盖和接合绝缘屏蔽18的暴露部分和绝缘部分122的第一末端126两者， 以重构电缆绝缘材料16和适配器绝缘部分122上的绝缘屏蔽。适配器 120利用几何应力消除来重构电缆绝缘材料16和适配器绝缘材料122 的复合材料上的绝缘屏蔽。
尽管任何传统类型的支承芯30都可用于图2B和图3B的实施例，
10但已知适用的是以盘绕成螺旋形条带形式的刚性圆柱形芯，例如，美
国专禾U No.3,515,798、 4,503,105、 4,871,599和4,934,227中所公开的那 些。如图2B和图3B所示，形成支承芯30的条带32的相邻褶合在周 边区域中互连，以使得芯30可承受拉伸适配器20的固有径向力。条 带32的一部分，即可移除带34，穿过芯30的中心被引回，并且能在 芯20的一末端处手动抓握该可移除带。通过拉引移除带34，芯30的 褶合将各自分离。通过一次一个螺旋褶合地将支承芯30从适配器20、 120抽出，使得适配器20、 120能逐渐地径向紧縮在电缆10上。手动 拉引移除带34为退绕和移除芯30提供了完全足够的作用力，使得适 配器20、 120紧紧地固定至电缆10。
芯30可由多种材料制成，例如，聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇 酯、醋酸丁酸纤维素等等。芯30的材料仅需要是这样的材料，其足够 刚硬以支承处于径向扩展状态下的适配器20，并且允许手动移除整个 芯30，而且足够柔韧以容许所需要的退绕。
适配器20、 120的材料具有弹性，该弹性足以使其径向扩展和松 弛而被安置在电缆10上。在一个实施例中，适配器20、 120的材料是 硅氧烷弹性体或硅橡胶。在此所用的术语"硅氧烷弹性体"和"硅橡 胶"表示任意聚有机硅氧垸。可用于适配器20、 120的硅氧垸弹性体 或橡胶包括那些导电硅树脂，该导电硅树脂具有至少大约20N/mm，优 选至少大约30N/mm的最小抗撕强度，以及至少大约400%，优选至少 大约500%的拉伸度。硅树脂可以是液体硅树脂或胶体硅树脂，并且可 基于化合和处理的容易性而进行选择。然而，可使用多种材料，只要 它们在芯30被移除时具有所需要的基本上拉伸和复原其初始尺寸的能 力。
对于分别在适配器20、 120的绝缘部分22、 122中使用，适用的 硅氧烷弹性体包括，但不限于可以商品名Baysilone LSR系列号 2030-2040得自Bayer (拜耳)公司的液体硅树脂，可得自Wacker
11Silicones公司的Elastosil LR3013/40到3003/50，可得自Dow Corning (道康宁)公司的Silastic 9280-30到9280-40系列，可得自Shincor Silicones公司的"KE 1950-30到1950-40"和可得自General Electric(通 用电气)公司的"LIM 6030-D1和6040-D1";以及可以商品名Silastic M2809得自道康宁公司的胶体硅树脂，可得自Wacker Silicones公司的 Elastosil 4000/40到4000/70，可得自通用电器公司的Tufel I SE846 和Tufel II 94405，可得自Shincor Silicones公司的"SVX-14007B"和 可得自拜耳公司的"HVVPAC3537"。
对于分别在适配器20、 120的半导电部分24、 124中使用，适用 的硅树脂包括，但不限于..可得自Wacker Silicones公司的Elastosil R573/50和可得自Shincor Silicones公司的"KE-3611U"。在一个实施 例中，形成半导电部分24、 124的材料具有大约30欧姆-厘米至大约 270欧姆-厘米，优选大约150欧姆-厘米的体积电阻率。
可用于适配器20、 120的硅氧垸聚合物还可包含添加剂，例如用 于对适配器或其单个部分进行着色的颜料或染料；此类颜料包括炭黑、 颜料红101等等；诸如凝胶剂和气雾剂、分散剂、阻燃剂等之类的增 强硅石填料，只要添加剂的量和种类不会对组合物的物理性质或电气 性质产生不利影响。
为了分别形成适配器20、 120的绝缘部分22、 122和半导电部分 24、 124，将用于每个部分22、 24、 122、 124的硅树脂组合物在高温 下混合和固化，或者硫化。绝缘部分22、 122和半导电部分24、 124 可通过任意适用的技术形成，例如挤压或模制。在一个实施例中，绝 缘部分22、 122和半导电部分24、 124通过注塑成型形成。
当被安装在具有减小厚度的绝缘材料16的电缆10上时，适配器 20、 120减小了施加至覆盖适配器的电缆附件内部的电应力。由此，适 配器20、 120使得经设计在极度增加的电应力下工作的电缆上能使用
12标准电缆附件。
在一个示例性具体实施中，适配器20与69kV的薄壁电缆和69kV 的电缆附件联合使用，所述薄壁电缆具有400-470密耳范围内的绝缘厚 度，所述电缆附件旨在与具有大约650密耳绝缘厚度的标准电缆一同 使用。当被安装在电缆10上时，绝缘部分22具有足以与电缆IO的减 小厚度绝缘材料16联合提供至少大约650密耳的总有效绝缘厚度。因 此，在该示例性具体实施中，当被安装在电缆10上时，绝缘部分22 具有至少约250密耳的厚度。绝缘部分22在形成(即，处于完全松弛 状态下)时的厚度可能会大于绝缘部分22支承于芯30上或安装在电 缆10上时的厚度，这是因拉伸导致其变薄所致。因此，在该示例性具 体实施中，绝缘部分22在形成时的厚度可以是大约450密耳以适应由 于拉伸而引起的变薄。还期望绝缘部分22和半导电部分24的增加厚 度可增大抵抗电缆IO的压縮力，由此改善适配器20和电缆IO之间的 接触界面。应当理解，此示例性具体实施例只是具有不同电压、厚度 等的诸多不同具体实施例中的一个，并且不应当将其理解为以任何方 式限制本发明的范围。
尽管已在本文中为描述优选实施例的目的示出并介绍了具体实施 例，但本领域中的普通技术人员应当理解，在不偏离本发明的范畴这 一前提下，有多种备选或等效的实施可以取代所显示和描述的具体实 施例。本领域中的技术人员将容易认识到，可以通过众多实施例来实 施本发明。本专利申请旨在涵盖本文中所讨论的实施例的任何改型或
变型。因此，显而易见，本发明仅仅受权利要求及其等同物的限制。
1权利要求
1. 一种用于控制电力电缆中的电应力的装置，所述电力电缆的类型为包括电导体、环绕所述电导体的导体屏蔽、覆盖所述导体屏蔽的具有比工业标准厚度小的厚度的电绝缘材料、以及环绕所述电绝缘材料的一部分的半导电屏蔽，所述装置包括电适配器，包括纵向绝缘构件；以及与所述绝缘构件的末端接触接合的半导电构件；其中所述绝缘构件的一部分被构造用于覆盖环绕所述电导体的所述电绝缘材料的一部分，并且其中所述半导电构件的一部分被构造用于覆盖所述半导电屏蔽的一部分，并且其中所述绝缘构件和半导电构件是可弹性复原的。
2. 根据权利要求l所述的装置，其中所述半导电构件包括半导电 硅橡胶。
3. 根据权利要求2所述的装置，还包括支承芯，其中所述绝缘构件和所述半导电构件在径向拉伸状态下被设置在所述支承芯上。
4. 根据权利要求1所述的装置，其中所述半导电构件覆盖所述绝缘构件的末端。
5. 根据权利要求l所述的装置，其中所述半导电构件邻接所述绝 缘构件的末端。
6. 根据权利要求l所述的装置，其中所述半导电构件被构造为跨 越所述电缆的半导电屏蔽的剪切端延伸。
7. —种用于电力电缆的系统，所述电力电缆的类型为包括电导体、环绕所述电导体的导体屏蔽、覆盖所述导体屏蔽的具有比工业标准厚 度小的厚度的电绝缘材料、以及在所述电绝缘材料的一部分上的半导 电屏蔽，所述系统包括电缆附件，被构造用于安装在具有至少第一绝缘厚度的电缆上；以及适配器，被构造用于安装在具有第二绝缘厚度的电缆上，所述第 二绝缘厚度小于所述第一绝缘厚度，所述适配器包括 纵向绝缘构件；以及与所述绝缘构件的末端接触接合的半导电构件； 其中所述绝缘构件的一部分被构造用于覆盖环绕所述电导体的所述电绝缘材料的一部分，并且其中所述半导电构件的一部分被构造用于覆盖所述半导电屏蔽的一部分。
8. 根据权利要求7所述的系统，其中所述半导电构件包括半导电 硅橡胶。
9. 根据权利要求8所述的系统，其中所述电缆附件在径向拉伸状 态下被设置在第一支承芯上，并且其中所述适配器在径向拉伸状态下 被设置在第二支承芯上。
10. 根据权利要求7所述的系统，还包括被构造为在所述绝缘构 件和所述电缆屏蔽之间延伸并与它们接触的半导电构件。
11. 一种减小电力电缆附件中的电应力的方法，所述方法包括 制备电力电缆，所述电力电缆的类型为包括电导体、环绕所述电导体的导体屏蔽、覆盖所述导体屏蔽的具有比工业标准厚度小的厚度的电绝缘层、以及在所述绝缘层上的半导电绝缘屏蔽，所述电力电缆 如下制备移除预定长度的所述半导电绝缘屏蔽以暴露所述电缆绝缘 层的一部分，并且移除较短预定长度的所述电缆绝缘层的暴露部分和 所述导体屏蔽以暴露所述电导体；将绝缘构件设置在所述电缆绝缘材料的暴露部分上； 将半导电构件设置为与所述绝缘构件和所述电缆的半导电绝缘 屏蔽接触；以及将电缆附件安装在所述适配器上。
全文摘要
一种适配器，用于控制具有减少的绝缘厚度的电力电缆中的电应力。所述适配器包括绝缘构件和半导电构件。所述绝缘构件被构造用于覆盖所述电缆电绝缘材料的暴露部分，以与所述电缆的绝缘材料联合提供总有效绝缘厚度，该总有效绝缘厚度使电应力减小至所述电缆和所述电缆附件能承受的水平。
文档编号H01B9/00GK101506909SQ200780030770
公开日2009年8月12日 申请日期2007年7月23日 优先权日2006年8月18日
发明者卡尔·J·温策尔, 威廉·L·泰勒, 涅戈·K·恩古彦 申请人:3M创新有限公司