专利名称：用于电缆接头的装置及包括该装置的旋转电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电缆接头，特别是用于各种弯电缆上预先模塑好的电缆接头的装置，如权利要求1的前序部分所述。
本发明还涉及一种如权利要求24的前序部分所述的旋转电机。
一个电缆接头通常包括两根电缆和一个接头，该接头装配在各电缆之间，以便将它们结合在一起。
电缆接头通常装配在位于地下的直电缆上，或装配在各电缆梯形物上。电缆接头和电缆彼此之间牢固地锁定在一起。
然而，由于使用各种电缆，亦即高压绝缘电导体，所以在一个旋转电机的定子绕组中，电缆接头将装配在弯的(弯曲的)电缆上，并因而受到一种新型的应力，亦即弯曲应力。电缆接头和各电缆还由于热膨胀和机械振动的原因而经受运动。与这种使用有关的另一个问题是它不能将各电缆和电缆接头固定在一个普通的紧固装置中。
在专利文献EP 0 732 787中公开了一种用于封铸各电缆接头的装置。在该专利文献的图2中，图示出一个沿着接头附着的稳定杆。这个杆的用途是提供接头的结构稳定性，尤其是防止急弯。利用各种压缩紧固件将该杆固定到电缆的外套上。该专利文献还公开了一种软的(或硬的)外壳，该外壳被配置成包围电缆接头并装满一种可固化的封铸剂，以便密封电缆接头。封铸剂固化成一种凝胶状的粘稠体。用于封铸电缆接头特别是各种不同套管设计的其它装置从例如专利文献DE 34 41 311和EP 0 316 911中已经知道。
然而，在已知装置中没有一种装置能够保持各个形成电缆接头的部件(亦即两根电缆和电缆接头)彼此之间固定不动，而同时，可以吸收电缆尺寸和各种改变而不损伤该装置，尺寸改变主要是由于热膨胀和收缩引起的。
与目前情况有关的一些旋转电机的例子是同步电机类、标准异步电机及双路馈电式电机类、交流电机类、在异步静态换流器级联、外部旋转电机类和同步通量电机类中的应用。
按照本发明的装置特别适用于一种旋转电机，该旋转电机在用于发出电力的电站中作为发电机工作。
本发明的目的是提供一种用于各种电缆接头的装置，该装置用来解决上述问题，尤其是解决各种弯电缆接头处的问题。
这个目的通过权利要求1的前序部分所述的一类装置来达到，权利要求1给出了该权利要求的特征部分中所述的特征。
另一个目的是提供一种旋转电机，在该电机中已经解决了所讨论的问题。这个目的通过权利要求24的前序部分所述的一类电机来达到，权利要求24给出了该权利要求的特征部分中所述的特征。
因此，通过以支撑件形式提供一种装置，用于加到电缆接头上，以便接头中所包括的各部件基本上保持彼此之间固定不动，所述支撑件包括至少一个固定构件，利用该固定构件将支撑件弹性地固定到电缆上，并且所述固定构件能够吸收由于热膨胀或收缩而引起的电缆尺寸的改变，该优点达到接头是直的并且保持是直的；接头区不易受到弯曲应力。同时，电缆尺寸的改变被吸收，因此对接头没有任何不利影响。结果，该装置产生一个很可靠和很安全的电缆接头。
该装置还具有这样的优点，即它不仅可用于各种高压电机，而且也可用于其它的情况，在这些情况下，需要有支撑件用于一个电缆接头、特别是用于各种弯的电缆。
按照本发明的装置，打算供其使用的各种电缆最好是在各绕组中使用，并且最好是具有坚硬的、挤塑绝缘体的一种类型的电缆，亦即目前用于配电的那种类型电缆，如交联聚乙烯电缆或具有乙丙橡胶绝缘体的那些电缆。这种电缆包括一个内导体、一个内半导电层、一个坚硬的绝缘层和一个外半导电层，上述内导体包括一股或多股绞合线部分，内半导电层包围该导体，一个坚固的绝缘层包围该内导电层，而外半导电层包围绝缘层。这些电缆是软的，在这种情况下，电缆是软的是一个重要的性质，因为用于按照本发明的装置的生产工艺主要以一些绕组系统为基础，其中绕组由电缆形成，该电缆在装配期间是弯的。XLPE电缆的弯曲度对具有直径为30mm的电缆来说相当于一个约20cm的曲率半径，而对具有直径为80mm的电缆来说相当于一个约65cm的曲率半径。在本申请中，术语“可弯的”用来表示绕组可向下弯到一个曲率半径，该曲率半径约为电缆直径的4倍、最好是约为电缆直径的8-12倍。
绕组应制成即使当它弯曲时和当它在工作期间受到热应力时，也保持它的性质。重要的是，在这种情况下，各层保持它们彼此之间粘合力。这里各层的材料性质，特别是它们的弹性和热膨胀系数是决定性的。例如，在一根XLPE电缆中，绝缘层由交联低密度聚乙烯组成，而各半导电层由其中混合有碳墨和金属微粒的聚乙烯组成。由于温度波动结果而造成的体积改变随着电缆半径的改变而完全被吸收，并且由于各层中的热膨胀系数相对于这些材料的弹性来说，它们之间有比较小的差异，所以会发生径向膨胀，而各层之间的粘合力没有损失。
应当把上述的一些材料组合只看作是一些例子。满足所规定的一些条件并且还满足半导电的其它一些组合，自然也属于本发明的范围，半导电也就是具有在10-1-106ohm-cm范围内(如1-500ohm-cm或10-200ohm-cm)的电阻率。
绝缘层可以例如由一种坚硬的热塑性材料如低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚丁烯(PB)、聚甲基戊烯(“TPX”)；各种交联材料如交联聚乙烯(XLPE)；或橡胶如乙丙橡胶(EPR)或硅橡胶组成。
内和外半导电层可以用相同的基本材料制成，但其中混合有导电材料的微粒，如碳黑或金属粉。
这些材料的机械性质，特别是它们的热膨胀系数受其中是否混合有碳黑或金属粉的影响比较小-至少按所要求的比例，以达到按照本发明所必需的电导率。因此绝缘层和各半导电层具有基本上相同的热膨胀系数。
乙烯乙酸乙烯酯共聚物/丁腈橡胶(EVA/NBR)、丁基接枝聚乙烯、乙烯丙烯酸丁酯共聚物(EBA)和乙烯丙烯酸乙酯共聚物(EEA)也可以构成适用于各半导电层的聚合物。
即使在各种不同层中采用不同类型的材料作为基底时，最好它们的热膨胀系数都基本上相同。上面所列举的各种材料的组合就是这种情况。
上面所列举的各种材料具有比较好的弹性，它们具有E＜500MPa，最好是＜200MPa的E模量。对各层中材料的热膨胀系数之间的任何微小差异来说，弹性足以在该弹性的径向方向上被吸收，因此没有裂纹出现，或任何别的损伤；并且各层不会相互分离。各层中的材料是有弹性的，并且各层之间的粘合力至少具有与这些材料中最弱的材料相同的量级。
两个半导电层的电导率足以基本上使沿着每层的电位相等。外半导电层的电导率高到足够封闭电缆内的电场，但没有足够低到由于该层纵向方向上的感应电流而产生重大的损耗。
因此，两个半导电层中的每一个都基本上构成一个等位面，并且这些层将基本上封闭它们之间的电场。
当然，没有任何东西能阻止在绝缘层中配置一个或多个附加的半导电层。
因为按照本发明的装置主要供在电缆接头中使用，此处接合好的电缆组成高压电缆，所以它的优点在这里特别突出，一个特别的特点被说成是各电缆由高压电缆构成。
一个附加的特征在于高压电缆具有一个在20-250mm范围内的直径，和一个在80-3000mm2范围内的导电面积。
本发明的另一些特点和优点从其余的从属权利要求看将变得很明显。
作为一个特别的优点，固定构件用一种弹性材料制成。
按照本发明的第一实施例，支撑件包括至少一个刚性轭形件，其中该轭形件的内表面，即面向接头的表面的形状适应于该接头的外部形状。取轭形件形状的支撑件具有很轻结构的优点，此种很轻结构容易用压缩模塑法或压铸法制造。轭形件还很容易安装在接头上。也许可以用几个轭形件，例如可以一个支撑件由三个轭形件组成，每个轭形件都具有基本上相同的形状。
作为另一个优点，每个轭形件可以具有一个细长形状并结尾于两个端部，而所述固定构件可以包括一个弹性夹紧装置，以便将所述轭形件定位并固定到两根接合的电缆上。
按照第二实施例，支撑件的特征在于它包括一个套管。该套管的形状适应于接头，其中套管的内径基本上是与电缆接头的最大外径相同的尺寸。
按照所述第二实施例的一个有利的修改方案，该套管包括两个轴向的套管部分，它们有助于将支撑件装配到接头上。将套管分成在它们之间具有间隙的一些部分，对冷却接头也是有利的。
按照这个第二实施例的套管或套管各部分也可以有利地在套管壁中装备一些小孔或狭缝，以便能够冷却套管内部的接头。支撑件还包括至少一个连接装置，以便将所述套管各部分结合在一起。
这个第二实施例及其修改方案最好还包括两个衬套，它们用于安装在套管的每一端部处，以便将套管固定到电缆上。
将支撑件成形为具有各衬套的一个套管或两个一半套管，具有一种特别强的支撑件的优点，而且基本上使整个电缆接头及每根电缆的一部分免受外部影响。
衬套最好分成两个轴向上的一半衬套，以便有助于装配。
各衬套具有的优点是，它们可以由预制好的用于高压和中压电缆的标准衬套构成。常用的一种材料是橡胶，如乙丙橡胶或硅橡胶，它允许在保持电缆时有一定的弹性。从热膨胀方面来看，这也是有利的。衬套允许在电缆中有一定的膨胀，还允许当电缆冷却下来并收缩时，进行自我调整。
按照一个特别有利的实施例，各衬套装备特殊装置，用来吸收由于热膨胀或收缩而引起的电缆尺寸改变，该特殊装置最好是一些径向波纹(无论是在内部还是在外部)。这具有下述优点，即各衬套能吸收下面电缆绝缘体中的热膨胀。
按照另一个特点，因为支撑件及其附件可以用一种导电材料制造，因而允许接头接地，所以得到一个特别的优点。另外，如果想避免接地，则支撑件及其附件也可以用一种电绝缘材料制造。
各种旋转电机按常规已设计成用于6-30kV范围内的电压，而通常认为30kV是一个上限。这一般意味着，一个发电机必须经过一变压器连接到电力网上，该变压器将电压升高到电力网的电压水平，亦即升高到约130-400kV范围内。
本发明首先打算供高压使用。此处高压应理解为平均电压超过10kV。按照本发明的一个装置的典型工作范围可以是从36kV到800kV的电压。其次，本发明打算供在电压低于36kV下的所述技术领域中使用。
由于采用一些高压绝缘的电导体，也就是所谓的高压电缆，该绝缘电导体具有类似于在输送电力的电缆(如XLPE电缆)中使用的坚硬绝缘体，所以电机的电压增加可以到这样的水平，以致它可以直接连接到电力网上，而不用一个中间变压器。因此，常规的变压器可以省去。然而，做到这点的一个重要条件是，各电缆能够以一种可靠的方式接合，因此，用本发明能够实现。
为了更好的理解本发明，现在将通过例子，参照附图详细地说明本发明的两个实施例，其中
图1示意示出一个按照本发明第一实施例的支撑件，图2示意示出具有按照图1所用的一个电缆接头的横截面，图3示意示出按照第二实施例所用的一个电缆接头的横截面，图4示出按照图3的支撑件中一个细部的选择方案的实施例，图5示出按照图3的支撑件中一个细部的第二选择方案的实施例，图6示意示出图3中支撑件的一种改进方案，和图7示出穿过一根高压电缆的横截面，装置特别适用于该电缆。
按照图1所示的实施例，支撑件取一种轭形件1的形状。该轭形件具有一细长形状并结尾于端部3、4。轭形件的形状适合于电缆接头的外形，它是用来支撑的。在图示的例子中，轭形件的形状完全按照电缆接头的形状。然而，也可能是只有轭形件的内部具有相应电缆接头的形状，而轭形件的外部具有某种别的合适形状，如一种从制造的观点看是简单的形状。
轭形件最好是在中部加到接头上，而其端部3、4与两根电缆6、7接触，该电缆6、7通过电缆接头9接合，如图2所示。为了将轭形件固定到各电缆上，支撑件在每一端处还包括一个有弹性的夹紧装置11，12。此夹紧装置可以由一根围绕轭形件和电缆缠绕的带子组成，或者它可以由一种电缆扎线或类似物组成。
如果支撑件要接地，则轭形件用一种导电材料如金属制成。在这种情况下，夹紧装置当然也必须用一种导电材料制成。
然而，如果要求支撑件不允许接地的话，那么轭形件和夹紧装置所选择的材料应该是一种非导电材料例如塑料。
图3示出本发明的第二实施例。此处支撑件包括一个套管15，该套管15围绕一个电缆接头16装配，最好是在中部装配到该接头上。利用这个电缆接头将两根电缆接合。套管的形状采用电缆接头的形状，其中套管的内径适应于电缆接头的外径。在套管的每个端部处设置一个衬套21、22，其主要目的是围绕每根电缆将该套管定位并固定。
各衬套例如可以由预制的高压和中压用标准衬套构成。常用的一种材料是橡胶，如乙丙橡胶或硅橡胶，该橡胶在固定电缆时允许有一定的弹性。从热膨胀方面看这是有利的。衬套允许电缆中有一定量的膨胀，而且当电缆冷却下来并收缩时，衬套还自我调整。
图4和5图示出衬套的两个特别有利的实施例修改方案。在这两种情况下，衬套被在轴向上分成两半。
图4只示出衬套的一半。这一半衬套24装备有一个半圆形孔25，用于穿过电缆。内表面，亦即面向电缆的表面装备一个取沟槽26形状的波纹，沟槽26足够深，以便当衬套装配在电缆上时，能使该衬套吸收下面电缆绝缘体中的热膨胀。
而图5所示的一半衬套28在其外表面上装备有一个波纹，其中包括各沟槽30。这些沟槽与图4中的沟槽按同样方式形成，并且具有同样的功能。衬套还装备有一个面向电缆的中心孔29。衬套的波纹状外表面面向套管的内部。
当然，可以在内和外表面二者上设置具有波纹的衬套，当可以预料到在下面的电缆绝缘体有极高的热膨胀时，这些波纹可能是有利的。
图6示出图3所示的第二实施例的一个修改方案。此处套管由两个轴向上各一半的套管40、41构成，该两半套管包围一个电缆接头，用于接合两根电缆45、46。两个各一半的套管具有比用一个完整套管的实施例装配到电缆接头上更简单的优点。该完整套管必须围绕该接头滑动。两个各一半的套管利用一个连接装置48围绕接头结合在一起，该连接装置48可以是某种有弹性的夹紧装置的形式，如一根电缆扎线。在图示的例子中，在每个套管端部各设置一个连接装置，和在套管中部设置一个连接装置。连接装置的数量按需要选定。在由两个各一半的套管所形成的套管每一端处是一个衬套50、51，它们相应于图3中的各衬套。
正如在图6中特别充分示出的，支撑件使电缆和电缆接头二者保持直而不活动。
另外，在具有一个套管或两个各一半套管的第二实施例中，所有部件可以用导电材料制造，以便能够接地；或是用电绝缘材料制造。该套管也可以在套管壁中装备一些小孔或狭缝53，以便有助于接头的冷却。
最后，图7示出穿过一高压电缆35的横截面，该高压电缆特别适用于本发明。高压电缆35包括许多胶例如用铜(Cu)制成的绞合线部分(31)，并具有一个圆形横截面。这些股绞合线部分被配置在高压电缆的中心。包围这些股绞合线部分31的是第一半导电层32，包围该第一半导电层32的是一个绝缘层33，例如XLPE绝缘体，而包围该绝缘层33的是第二半导电层34。图示的电缆与常用的高压电缆不同之处在于通常围绕这一电缆用于配电的外部机械式接地屏蔽和金属屏蔽已经省去。因此在本申请中的思想“高压电缆”不需要包括金属屏蔽或外部接地屏蔽，该金属屏蔽和接地屏蔽通常围绕这一电缆用于配电。
应当把图示和说明的一些实施例看作只是一些例子，并且本发明不限于这些例子，但可以在如从属权利要求中所述的发明思想范围内改变。应该强调指出，本发明不限于各种弯的电缆，但可以用于所有类型需要支撑件的电缆接头。
权利要求
1.一种用于各种电缆接头、特别是弯电缆上电缆接头的装置，所述电缆接头包括两根电缆和一个拼合接头，该拼合接头装配在各电缆之间，以便将它们结合在一起，并且所述装置还包括一个支撑件(1；15；40，41)，该支撑件被设计成装配在接头上，以便形成该接头的各个部件(6，7，9；16，18，19；43，45，46)本质上保持彼此之间固定不动，其特征在于它包括至少一个固定构件(11，12；21，22；50，51)，利用该固定构件(11，12；21，22；50，51)将支撑件弹性地固定到电缆上，并且所述固定构件能吸收由于热膨胀或收缩而造成的电缆尺寸变化。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于在一个旋转电机中，各电缆是一个绕组，所述绕组是柔性的，并包括一个导电芯线；一个绝缘层(33)；和一个外半导电层(34)；该导电芯线被内半导电层(32)包围，绝缘层(33)包围内半导电层并由一种硬质材料组成，外半导电层(34)包围该绝缘层，所述各层相互粘着。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于所述各层(32，33，34)由如此的材料组成，该材料具有这样的弹性，并且各材料的热膨胀系数之间具有这样的关系，即在工作期间，由温度波动而引起的各层中体积的改变可以利用该材料的弹性吸收，因此在工作期间产生温度波动时，各层保持它们相互的粘着力。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于所述各层(32，33，34)中的材料具有很高的弹性，优选的是具有小于500MPa的E-模量，最好是具有小于200MPa的E-模量。
5.如权利要求3所述的装置，其特征在于用于所述各层(32，33，34)的材料的热膨胀系数具有本质上相同的量级。
6.如权利要求3所述的装置，其特征在于各层(32，33，34)之间的粘合力具有至少与各材料中最弱的相同的量级。
7.如权利要求2或3所述的装置，其特征在于各半导电层(32，34)中每个半导电层都本质上构成一个等电位面。
8.如权利要求2-7其中之一所述的装置，其特征在于各电缆(6，7；18，19；45，46)由高压电缆(35)组成。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于高压电缆(35)具有一个在20-250mm范围内的直径和一个在80-3000mm2范围内的导电面积。
10.如前述任一权利要求所述的装置，其特征在于固定构件(11，12；21，22；50，51)由一种弹性材料制成。
11.如前述任一权利要求所述的装置，其特征在于支撑件还包括至少一个刚性轭形件(1)；并且所述轭形件的内表面，即面向接头的表面适应于该接头的外部形状。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于支撑件由三个轭形件组成，每个轭形件都具有本质上相同的形状。
13.如权利要求11或12所述的装置，其特征在于每个轭形件(1)都具有一个细长的形状并结尾于两个端部(3，4)；所述固定构件包括一个有弹性的夹紧装置(11，12)，以便将所述轭形件定位并固定到两个连接的电缆(6，7)上。
14.如权利要求1-10其中之一所述的装置，其特征在于支撑件包括一个套管(15)。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于套管包括两个轴向套管部件(40，41)；支撑件还包括至少一个连接装置(48)，以便将所述各套管部件结合在一起。
16.如权利要求14或15所述的装置，其特征在于套管(15；40，41)在该套管壁上装备有一些小孔或狭缝(53)，以便使套管内部的接头冷却。
17.如权利要求14、15或16所述的装置，其特征在于固定构件包括两个衬套(21，22；50，51)，每个衬套安装在套管的每个端部处，以便将套管固定到电缆上。
18.如权利要求14所述的装置，其特征在于每个衬套都分成两个轴向的衬套部分。
19.如权利要求17或18所述的装置，其特征在于各衬套都装备有用于吸收由于热膨胀或收缩而引起的电缆尺寸改变的装置。
20.如权利要求17或18所述的装置，其特征在于所述装置包括一些径向波纹(26)，该径向波纹(26)设置在衬套(24)的内表面，亦即面向电缆的那一面上。
21.如权利要求17、18或19所述的装置，其特征在于所述装置包括一个径向波纹(30)，该径向波纹(30)设置在衬套(24)的外表面，亦即面向套管内部的那一面上。
22.如前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，支撑件(1；11，12，15；40，41)用一种导电材料制成，以便提供接地。
23.如前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，支撑件(1；11，12，15；40，41)用一种非导电材料制成，以便提供绝缘。
24.一种旋转电机，包括一个定子和一个转子，该定子具有一些穿过定子各槽中引出的绕组，其特征在于它包括一个如前述任一权利要求所述的用于各种电缆接头的装置。
全文摘要
本发明涉及一种用于各种电缆接头,尤其是弯电缆接头的装置。电缆接头包括两根电缆(6,7;18,19;45,46)和一个拼合接头(9;16;43),该拼合接头(9;16;43)加在各电缆之间。该装置的特征在于:它包括一个支撑件(1;15,40,41),供加到接头上用,以便形成该接头的各部件(6,7,9;16,18,19;43,45,46)基本上保持彼此之间固定不动;包括至少一个固定构件(11,12;21,22;50,51),利用该固定构件将支撑件弹性地固定到电缆上,并且所述固定构件能吸收由于热膨胀或收缩所引起的电缆尺寸变化。本发明还涉及一种旋转电机,该电机包括一个定子和一个转子,该定子具有一些穿过各定子槽引出的绕组,该电机的特征在于:它包括上述用于电缆接头的装置。
文档编号H02G15/007GK1246968SQ98802260
公开日2000年3月8日 申请日期1998年2月2日 优先权日1997年2月3日
发明者莱夫·约翰松, 本特·约兰, 马茨·莱永, 彼得·卡斯滕森 申请人:Abb阿西亚布朗·勃法瑞公司