本發(fā)明涉及根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的前序部分的制造高壓dc電纜接頭的方法和高壓電纜接頭。

背景

具有6kv或以上的運(yùn)行電壓的電力電纜典型地包含在電纜絕緣中的內(nèi)和外導(dǎo)電層用于場(chǎng)均衡。為了將這樣的電纜與其他電纜或裝置連接，電纜的單獨(dú)的元件電纜端部的區(qū)域中分別被逐漸暴露或切短，并且，作為電纜配件(諸如，例如電纜接頭和電纜終端)已知的包封裝置或連接裝置布置于電纜端部處。外導(dǎo)電層的切短的端部的存在導(dǎo)致，在相應(yīng)的電纜的運(yùn)行中，該位置處的電場(chǎng)增加。為了保證安全運(yùn)行，且尤其為了確保電場(chǎng)的增加不導(dǎo)致放電、擊穿或跳火(flashover)，通過(guò)作為場(chǎng)控制已知的合適的手段和措施對(duì)電場(chǎng)分級(jí)或控制。在這方面，已知的電纜配件通常包含對(duì)應(yīng)的場(chǎng)控制元件或場(chǎng)控制體。

高壓直流(dc)電纜接頭典型地包含由不同種類的材料級(jí)組成的多壁結(jié)構(gòu)的管狀的幾何結(jié)構(gòu)(參見(jiàn)圖2)。以如下的方式選擇單獨(dú)的材料層的布置及其設(shè)計(jì)：在正常的運(yùn)行條件下，使接頭的芯部(電纜)與接地電勢(shì)(外側(cè))絕緣，并且，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)分級(jí)特性以便防止局部電場(chǎng)增強(qiáng)。參見(jiàn)例如wo-00/74191和wo-2007/147755。

wo-00/74191涉及一種用于控制用于dc電壓的高壓電纜的連接件或接頭處的電場(chǎng)的裝置。通過(guò)幾何場(chǎng)控制實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)控制。

wo-2007/147755還涉及用于電場(chǎng)控制的裝置。該裝置具有分層結(jié)構(gòu)，該分層結(jié)構(gòu)包含用于場(chǎng)控制的電阻層、布置于電阻層上的絕緣層以及布置于絕緣層上的半導(dǎo)電層或?qū)щ妼印Ｔ撗b置的制造包括如下的步驟：將電阻層纏繞于載體上且然后磨削成期望的形狀；將絕緣層纏繞于電阻層的外側(cè)并磨削其成期望的形狀，并且，進(jìn)一步對(duì)剩余的層繼續(xù)上述步驟。

接頭往往由epdm(乙烯丙烯二烯單體)橡膠在多個(gè)工序中制成。epdm橡膠是一種合成橡膠，并且，是以許多各種不同的物理特性為特征的彈性體。

在多個(gè)工序中，將不同的未固化的epdm橡膠類型的層繞芯軸纏繞，并且，在高溫下且在周圍的鋼模中的壓力下相繼地固化(壓縮模制)。這樣的電纜接頭的單獨(dú)的材料層由具有不同的電氣特性的材料組成。在圖2中所示的典型的電纜接頭中，(從內(nèi)側(cè)至外側(cè))存在處于高壓電勢(shì)上的導(dǎo)電層1、場(chǎng)分級(jí)層2、絕緣層3以及處于接地電勢(shì)上的外側(cè)上的導(dǎo)電層4。由含有導(dǎo)致適當(dāng)?shù)姆蔷€性的電行為的填充材料的epdm橡膠組成的場(chǎng)分級(jí)層2具有兩個(gè)主要功能：首先，場(chǎng)分級(jí)層2在正常的運(yùn)行電壓下控制非絕緣的電纜端部的電場(chǎng)。其次，場(chǎng)分級(jí)層2設(shè)計(jì)成積聚(build-up)在過(guò)壓的情況下抑制局部場(chǎng)增強(qiáng)的空間電荷，以便保護(hù)附加的電氣裝置。

遵循上述的制造方法和設(shè)計(jì)推薦，在工業(yè)規(guī)模上生產(chǎn)在80kv至320kv的范圍中的dc電纜接頭。

這些制造技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)為，例如，他們較完善，并且，該過(guò)程對(duì)于低額定電壓是高效的。

然而，當(dāng)前的與epdm的處理和epdm固化化學(xué)有關(guān)的制造方法可能為勞動(dòng)密集型且從而是昂貴的。一個(gè)原因是，在未固化的階段，epdm已經(jīng)是粘性非常高的材料，并且，如上文中所討論的，epdm往往以未固化的epdm的形式纏繞，其圍繞芯部(芯軸)或分別繞半制成的接頭的在先的層纏繞。隨后，epdm被壓縮纏繞和在高溫下被固化。

通過(guò)作為固化劑的過(guò)氧化物所引發(fā)的自由基固化反應(yīng)而使epdm固化。在固化步驟期間，過(guò)氧化物分解成低分子易揮發(fā)的化合物。這些副產(chǎn)物可能負(fù)面影響epdm橡膠的電特性。因此，固化的epdm電纜接頭必須被排氣，以去除這些易揮發(fā)的副產(chǎn)物。

us-5801332涉及可彈性復(fù)原的硅酮橡膠拼接蓋，其包含絕緣的、半導(dǎo)電的和導(dǎo)電的硅酮橡膠和尤其鉑催化的硅酮橡膠的層。通過(guò)例如使用注射模制技術(shù)生產(chǎn)該蓋。

us-2005/0139373涉及用于高壓電纜的套管和設(shè)置有這樣的套管的電纜元件。套管包含通過(guò)例如使用注射模制過(guò)程由與場(chǎng)強(qiáng)有關(guān)的材料(例如，硅酮橡膠、epdm或天然橡膠)制成的場(chǎng)控制元件。

ep-2026438和ep-2019466涉及電纜連接電場(chǎng)控制裝置，該裝置包含絕緣體和嵌入該絕緣體中的場(chǎng)分級(jí)層。典型的形成場(chǎng)分級(jí)層的場(chǎng)分級(jí)材料可以是以半導(dǎo)電材料顆粒填充的硅酮橡膠或epdm。

本發(fā)明的總體目標(biāo)為，獲得具有最佳的電氣和機(jī)械特性的改進(jìn)的高壓dc電纜接頭。此外，目標(biāo)為，獲得產(chǎn)生避免對(duì)易揮發(fā)副產(chǎn)物排氣的改進(jìn)的高壓dc電纜接頭的改進(jìn)的制造方法。

概要

通過(guò)本發(fā)明根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求實(shí)現(xiàn)上面提到的目標(biāo)。

關(guān)于本發(fā)明的目標(biāo)通過(guò)制造包含具有單獨(dú)的同心地布置的層的多壁分層構(gòu)造的高壓dc電纜接頭的方法實(shí)現(xiàn)，其中，該方法包含通過(guò)以下的模制工序而模制接頭：

a-在芯軸上模制內(nèi)導(dǎo)電橡膠層，

b-將由預(yù)定的定制的材料配方制成的場(chǎng)分級(jí)橡膠層模制到所述導(dǎo)電橡膠層上，

c-將絕緣橡膠層模制到所述場(chǎng)分級(jí)橡膠層上，以及

d-將待布置的外導(dǎo)電橡膠層模制到所述絕緣橡膠層上且模制到所述場(chǎng)分級(jí)橡膠層上，

其中，場(chǎng)分級(jí)橡膠層配置成使導(dǎo)電橡膠層分離且互相連接，并且，其中，通過(guò)無(wú)副產(chǎn)物的制造方法而使橡膠層交聯(lián)。

根據(jù)實(shí)施例，該方法包含使用鉑固化橡膠作為橡膠。

根據(jù)又一實(shí)施例，該方法在所述模制工序a-d中的一個(gè)或多個(gè)中包含注射模制。

絕緣橡膠層可以是可輻射固化的橡膠層，并且，該方法可以包含通過(guò)使用輻射透明模具固化。

而且，該方法可以包含使用可紫外線(uv)輻射固化的橡膠層作為所述絕緣橡膠層。

該方法可以包含通過(guò)使用由基于環(huán)氧或聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)的材料制成的透射紫外線(uv)輻射的模具來(lái)固化所述絕緣橡膠層。

該方法可以包含使用硅酮橡膠作為所述橡膠材料。

關(guān)于本發(fā)明的又一目標(biāo)由包含具有單獨(dú)的同心地布置的層的多壁分層構(gòu)造的高壓dc電纜接頭實(shí)現(xiàn)，

其中，接頭從內(nèi)側(cè)至外側(cè)包含內(nèi)導(dǎo)電橡膠層(1)、由預(yù)定的定制的材料配方制成的場(chǎng)分級(jí)橡膠層(2)、絕緣橡膠層(3)以及外導(dǎo)電橡膠層(4)，其中，場(chǎng)分級(jí)橡膠層配置成使導(dǎo)電橡膠層分離且互相連接，并且，其中，通過(guò)無(wú)副產(chǎn)物的模制工序由交聯(lián)橡膠制成橡膠層。

橡膠可以是鉑固化橡膠。

根據(jù)一實(shí)施例，所述模制工序中的一個(gè)或多個(gè)為注射模制步驟。

絕緣橡膠層可以是可紫外線(uv)固化的橡膠層。

根據(jù)一實(shí)施例，通過(guò)使用由基于環(huán)氧或聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)的材料制成的透射紫外線(uv)的模具固化絕緣橡膠層。

由所述定制的材料配方制成的場(chǎng)分級(jí)橡膠層的特征在于，在低于預(yù)定的電場(chǎng)強(qiáng)度的低電場(chǎng)強(qiáng)度下，它具有是絕緣橡膠層的至少10倍優(yōu)選100倍高的電導(dǎo)率，但足夠小以確保所述導(dǎo)電橡膠層之間的可忽略不計(jì)的泄漏電流，并且，其中，所述定制的材料配方的特征進(jìn)一步在于，其在具有高于所述預(yù)定的電場(chǎng)強(qiáng)度閾值的電場(chǎng)強(qiáng)度的電壓下具有非線性的場(chǎng)分級(jí)特性，并且，其中，所述定制的材料配方根據(jù)相鄰的材料和/或分界面或三相點(diǎn)的電擊穿場(chǎng)定制。

預(yù)定的電場(chǎng)強(qiáng)度可以在1與20kv/mm之間，優(yōu)選地，在2與8kv/mm之間。

而且，橡膠材料可以是硅酮橡膠。

本發(fā)明公開(kāi)涉及由多層橡膠化合物制成的高壓dc電纜接頭，其中，不同的橡膠層具有不同的電氣導(dǎo)電特性。所獲得的電纜接頭的特征在于，其通過(guò)場(chǎng)分級(jí)元件具有高壓至接地的連接，并且，一橡膠層具有非線性導(dǎo)電特性。此外，優(yōu)選地可以通過(guò)紫外光固化至少一個(gè)橡膠層，并且，制造過(guò)程的特征在于，其為無(wú)副產(chǎn)物的。一優(yōu)點(diǎn)為，不需要為了釋放易揮發(fā)低分子副產(chǎn)物而排氣。

由于所有的層的接頭都在無(wú)副產(chǎn)物的制造方法中由交聯(lián)的橡膠制成這一事實(shí)而不排氣。優(yōu)選地，在模制工序中使用鉑固化橡膠。使用鉑固化橡膠的方案是無(wú)副產(chǎn)物的制造方法。

不要求將過(guò)氧化物作為固化劑，且因而通過(guò)應(yīng)用無(wú)過(guò)氧化物的制造固化方法制造電纜接頭。

場(chǎng)分級(jí)橡膠材料具有導(dǎo)致最佳的機(jī)械和電氣特性的預(yù)定的定制的配方。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，通過(guò)注射模制工序而由鉑固化硅酮橡膠制成電纜接頭。優(yōu)選地，由無(wú)副產(chǎn)物的鉑固化硅酮橡膠制成電纜接頭。

制造方法提供了用于例如500kv的較高額定電壓的可容易升級(jí)的(easyup-scalable)制造方法。

當(dāng)使用注射模制時(shí)，制造可以為流水線式的，這引起縮短的交付時(shí)間和此外更高的質(zhì)量。

根據(jù)本發(fā)明的制造方法是環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的解決方案，因?yàn)?，不需要將可能為氣態(tài)、固態(tài)或液態(tài)的副產(chǎn)物去除(例如排氣)。

在一實(shí)施例中，執(zhí)行通過(guò)紫外(uv)光的固化，這是均勻的固化過(guò)程，并且，能夠被基本上不發(fā)熱地實(shí)行。這是有利的，因?yàn)?，這允許了帶有最少質(zhì)量問(wèn)題(尤其與絕緣材料有關(guān)的質(zhì)量問(wèn)題)的容易的升級(jí)。即使在較高的厚度(例如，100mm及以上)下，最終結(jié)構(gòu)也被充分地且均勻地固化。這對(duì)高壓dc應(yīng)用相當(dāng)重要，因?yàn)?，不均勻的固化可能?dǎo)致絕緣材料內(nèi)側(cè)的電導(dǎo)率變化。另外，先于絕緣層而固化的層不經(jīng)歷如在使絕緣被熱固化的情況下在高溫下的長(zhǎng)時(shí)期暴露。

上文中在背景部分中提到的捆帶過(guò)程(tapingprocess)是相當(dāng)勞動(dòng)密集且耗時(shí)的。由于簡(jiǎn)單的同心地布置的層設(shè)計(jì)，即使與其他基于硅酮橡膠的概念相比，根據(jù)本發(fā)明的方法也更具有競(jìng)爭(zhēng)力。這不僅引起具有經(jīng)由場(chǎng)分級(jí)橡膠而互相連接的導(dǎo)電橡膠層的在技術(shù)上優(yōu)異的產(chǎn)品，而且還引起了更精益、更快速且更不勞動(dòng)密集的制造。

尤其與用于上文中在背景部分中討論的捆帶過(guò)程的材料相比，另外的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)化的物流以及可以執(zhí)行簡(jiǎn)化的質(zhì)量控制并且存在更小的批間差異。

根據(jù)一實(shí)施例，絕緣橡膠(優(yōu)選地，硅酮橡膠)的特征在于電絕緣、透射uv光且可uv光固化。另外，通過(guò)應(yīng)用絕緣層的uv光固化將降低固化時(shí)間。

為了改進(jìn)不同的硅酮橡膠層之間的粘附，能夠在相應(yīng)的層的模制過(guò)程之前將商業(yè)上的硅酮底漆(primer)施敷于各個(gè)相應(yīng)的層上。

將機(jī)械材料特性和所選擇的幾何設(shè)計(jì)優(yōu)化成，以保證沿著電纜的x軸的近似于恒定的徑向力。

接頭的電氣設(shè)計(jì)以在高場(chǎng)下在高電壓電勢(shì)與接地之間的電連接的存在為特征。這通過(guò)在高電壓電勢(shì)與接地之間直接連接的場(chǎng)分級(jí)橡膠層(優(yōu)選場(chǎng)分級(jí)硅酮橡膠層)的集成而實(shí)現(xiàn)。

附圖簡(jiǎn)述

圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的制造方法的流程圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的接頭的示意性橫截面圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在，將參考附圖而詳細(xì)地描述本發(fā)明。

首先，參考示出了在圖1中所顯示的制造方法的流程圖。

本發(fā)明涉及制造包含具有單獨(dú)的同心地布置的層的多壁分層構(gòu)造的高壓dc電纜接頭的方法。電纜接頭在電纜(在其周圍將布置接頭)的縱向上具有延長(zhǎng)的延伸部。在圖2中，示出了電纜接頭的橫截面圖。

因而，該方法包含通過(guò)應(yīng)用以下的模制工序來(lái)模制接頭：

a-模制內(nèi)導(dǎo)電橡膠層1(圖2)。

出于此目的，圍繞芯軸模制導(dǎo)電橡膠層1(圖2)，該芯軸集成至第一金屬模具中，從而限定第一橡膠層1的幾何結(jié)構(gòu)。該層優(yōu)選地由導(dǎo)電硅酮橡膠(例如，填充有炭黑)制成，并且，根據(jù)一實(shí)施例，在大約100-120°c下，使該層熱固化達(dá)0.5-2小時(shí)。

b–將由預(yù)定的定制的材料配方制成的場(chǎng)分級(jí)橡膠層2模制到內(nèi)導(dǎo)電橡膠層上。

使用又一金屬模具來(lái)圍繞內(nèi)導(dǎo)電層1模制場(chǎng)分級(jí)橡膠層2，從而限定場(chǎng)分級(jí)橡膠層2的外部幾何結(jié)構(gòu)。

根據(jù)一實(shí)施例，如同在步驟a中實(shí)行固化。

c-將絕緣橡膠層3模制到場(chǎng)分級(jí)橡膠層上。絕緣層還可以是最后模制的層(在單獨(dú)地模制外導(dǎo)電層，且然后，當(dāng)模制絕緣層時(shí)將外導(dǎo)電層插入模具中的情況下)。

根據(jù)一實(shí)施例，該絕緣橡膠層是可輻射固化的橡膠層，并且，這樣的情況下的方法包含通過(guò)使用透射紫外線(uv)輻射的模具而固化。優(yōu)選地，絕緣橡膠層是可uv輻射固化的橡膠層。輻射固化是無(wú)副產(chǎn)物的工序。

有利地，該方法包含通過(guò)使用透射uv輻射的模具，且尤其使用由基于環(huán)氧或聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)的材料制成的模具來(lái)固化所述絕緣橡膠層。uv固化的優(yōu)點(diǎn)是，使用更便宜的聚合物模具和利用發(fā)光二極管(led)uv光源或摻雜汞燈的非熱式、超快的固化步驟。

備選地，還可以使用在鋼模中的常規(guī)的熱固化的硅酮橡膠。

d-將待布置的外導(dǎo)電橡膠層4模制到絕緣橡膠層上和所述場(chǎng)分級(jí)橡膠層上，或其可被單獨(dú)地模制，且然后在模制絕緣層時(shí)被插入。外導(dǎo)電橡膠層4同樣地由導(dǎo)電橡膠層組成，其可以由與內(nèi)導(dǎo)電層1相同或類似的材料組成，并且，使用與在步驟a中相同的固化方法。

場(chǎng)分級(jí)橡膠層2使內(nèi)和外導(dǎo)電橡膠層1、4分離且直接地或經(jīng)由外導(dǎo)電層4與電纜絕緣屏蔽(cableinsulationscreen)之間的電連接器所提供的電接觸使內(nèi)和外導(dǎo)電橡膠層互相連接。

此外，在無(wú)副產(chǎn)物的制造方法中，所有的橡膠層都由交聯(lián)橡膠制成。優(yōu)選地，交聯(lián)橡膠為鉑固化橡膠，且尤其地鉑固化硅酮橡膠。

參考圖2，電纜接頭的中間部分被定義為在縱向上具有絕緣橡膠層3的延伸部的的部分。電纜接頭的端部部分是通過(guò)中間部分而分離的相應(yīng)的部分。

如從圖2看到，絕緣層3具有在電纜接頭的縱向上的包圍內(nèi)導(dǎo)電橡膠層1和場(chǎng)分級(jí)橡膠層2的中間部分的延伸部分。場(chǎng)分級(jí)橡膠層2的中間部分轉(zhuǎn)而包圍內(nèi)導(dǎo)電橡膠層1。外導(dǎo)電橡膠層4在中間部分處直接地包圍絕緣橡膠層3，并且，還直接地包圍場(chǎng)分級(jí)橡膠層2的相應(yīng)的端部部分。因而，外導(dǎo)電橡膠層4與內(nèi)導(dǎo)電橡膠層1分離且經(jīng)由電纜接頭的端部部分處的場(chǎng)分級(jí)橡膠層2互相連接。

可選地，底漆可以用于改進(jìn)不同的層之間的分界面處的機(jī)械強(qiáng)度。出于此目的，能夠在模制之前，將市場(chǎng)上可買到的硅酮橡膠底漆施覆到相應(yīng)的層的外表面上。能夠通過(guò)噴涂、浸漬或涂刷來(lái)施覆底漆。

根據(jù)一有利的實(shí)施例，模制工序中的一個(gè)或多個(gè)是注射模制步驟。

優(yōu)選地，該方法還包含使絕緣橡膠和場(chǎng)分級(jí)填充材料混合，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的定制的材料配方，以致于，在具體的示例中，在上至2kv/mm的低電場(chǎng)強(qiáng)度下的電導(dǎo)率為大約10^-13至10^-11s/m，并且，在高于4kv/mm的電場(chǎng)強(qiáng)度下的電導(dǎo)率為大約10^-7至10^-9s/m。優(yōu)選地，在執(zhí)行步驟a-d之前，且至少在模制場(chǎng)分級(jí)橡膠層(步驟b)之前，執(zhí)行絕緣橡膠和場(chǎng)分級(jí)填充材料的混合。

場(chǎng)分級(jí)填充材料優(yōu)選地是包含由較小的基本上球形的zno顆粒組成的陶瓷材料的復(fù)合材料。zno顆粒摻雜有不同的金屬氧化物，諸如，例如sb2o3、bi2o3、cr2o3以及co3o4，并且，在900°c與1300°c之間的溫度下燒結(jié)。如變阻器(varistor)那樣，燒結(jié)的顆粒具有取決于電場(chǎng)強(qiáng)度的非線性電氣特性。在低場(chǎng)強(qiáng)范圍內(nèi)，顆粒表現(xiàn)得像絕緣體，并且，隨著場(chǎng)強(qiáng)增大，顆粒變得更導(dǎo)電。另一可應(yīng)用的場(chǎng)分級(jí)填充材料為碳化硅(sic)。

根據(jù)一實(shí)施例，在所有的層中使用的橡膠材料為硅酮橡膠。當(dāng)然，還有可能在一層、兩層或三層中使用硅酮橡膠。

在下文中，將公開(kāi)電纜接頭的有利的制造方法。

通過(guò)模制工序(優(yōu)選地，注射模制)制造電纜接頭，其中，使用鉑固化硅酮橡膠。

在還被稱為添加系統(tǒng)(因?yàn)?，鉑作為催化劑而添加至系統(tǒng)，且同時(shí)地，不存在副產(chǎn)物)的鉑基硅酮橡膠固化系統(tǒng)中，必須使兩種分開(kāi)的成分混合來(lái)催化聚合物。一種成分含有鉑絡(luò)合物，其必須與第二氫化物和乙烯基官能硅酮氧烷聚合物混合，從而生成兩者之間的乙基橋(ethylbridge)。盡管由于存在元素錫、硫以及許多胺化合物可以容易地抑制固化的速率或甚至能力，然而這樣的硅酮橡膠迅速地固化。

因而，鉑固化硅酮橡膠在不發(fā)出易揮發(fā)副產(chǎn)物的情況下固化。因此，不需要排氣步驟，且因此制造過(guò)程變成“無(wú)排氣的”。

本發(fā)明還涉及包含根據(jù)上述的制造方法而制造的具有單獨(dú)的同心地布置的層的多壁分層構(gòu)造的高壓dc電纜接頭?，F(xiàn)在，將參考圖2而詳細(xì)地描述該電纜接頭。

電纜接頭沿著彼此連接的兩個(gè)電纜的共同的縱軸延長(zhǎng)，且以便由電纜接頭保護(hù)兩個(gè)電纜之間的連接。

接頭從內(nèi)側(cè)至外側(cè)包含內(nèi)導(dǎo)電橡膠層1、由預(yù)定的定制的材料配方制成的場(chǎng)分級(jí)橡膠層2、絕緣橡膠層3以及外導(dǎo)電橡膠層4。

場(chǎng)分級(jí)橡膠層2使導(dǎo)電橡膠層分離和互相連接，并且，其中，在無(wú)副產(chǎn)物的模制工序中，使所有的橡膠層交聯(lián)。在一實(shí)施例中，(多個(gè))模制工序中的一個(gè)或多個(gè)是注射模制步驟。

根據(jù)一實(shí)施例，橡膠是鉑固化橡膠。不同的層的橡膠材料優(yōu)選地是硅酮橡膠。

在有利的實(shí)施例中，絕緣橡膠層是可uv固化的硅酮橡膠層，并且，該層通過(guò)使用透射uv的模具來(lái)固化，該模具使用由基于環(huán)氧或pmma的材料制成的模具。

場(chǎng)分級(jí)層是指包含其電導(dǎo)率取決于其所受到的電場(chǎng)的強(qiáng)度的材料的層。因而，場(chǎng)分級(jí)層可以指包含具有非線性電流/電壓特征的材料的層。

場(chǎng)分級(jí)層的定制的材料配方的特征在于，在低于預(yù)定的電場(chǎng)強(qiáng)度的低電場(chǎng)強(qiáng)度下，其具有至少是絕緣橡膠層的10倍高且優(yōu)選地100倍高的電導(dǎo)率，但該電導(dǎo)率足夠小，以確保導(dǎo)電橡膠層之間的可忽略不計(jì)的泄漏電流。

定制的材料配方根據(jù)相鄰的材料和/或分界面或三相點(diǎn)(即，三層相遇的位置)的電擊穿場(chǎng)而定制，并且，進(jìn)一步的特征在于，定制的材料配方在具有高于預(yù)定的電場(chǎng)強(qiáng)度閾值的電場(chǎng)強(qiáng)度的電壓下具有非線性的場(chǎng)分級(jí)特性，并且，其中，預(yù)定的電場(chǎng)強(qiáng)度閾值典型地在1與20kv/mm之間，優(yōu)選地，在2與8kv/mm之間。

預(yù)定的定制配方包含絕緣橡膠和場(chǎng)分級(jí)填充材料，以致于，在具體的示例中，在上至大約2kv/mm的低電場(chǎng)強(qiáng)度下的電導(dǎo)率為大約10^-13至10^-11s/m，并且，在高于4kv/mm的電場(chǎng)強(qiáng)度下的電導(dǎo)率為大約10^-7至10^-9s/m。在上文中已經(jīng)給出了場(chǎng)分級(jí)填充材料的示例。

根據(jù)一具體的實(shí)施例，預(yù)定的定制材料配方包含30-40w%的絕緣硅酮、2-12w%的導(dǎo)電硅酮以及50-60w%的預(yù)定的場(chǎng)分級(jí)填充材料。

導(dǎo)電橡膠層由導(dǎo)電橡膠配方制成，導(dǎo)電橡膠配方的特征在于，具有低于100ωm，且優(yōu)選地低于50ωm的體積電阻率。

在下文中，將公開(kāi)有利的高壓電纜接頭。

如圖2中所顯示，接頭由多壁分層硅酮橡膠構(gòu)造組成。存在以不同的電氣和機(jī)械特性為特征的所使用的不同種類的硅酮橡膠。從內(nèi)側(cè)至外側(cè)，接頭由內(nèi)導(dǎo)電(偏轉(zhuǎn)器)層1、場(chǎng)分級(jí)層2、絕緣層3以及外導(dǎo)電硅酮(接地)層4組成。對(duì)于導(dǎo)電的及絕緣的硅酮橡膠，使用市場(chǎng)上可買到的硅酮橡膠等級(jí)。能夠通過(guò)添加像例如ath(三水化氧化鋁)的填充顆粒而對(duì)機(jī)械特性(尤其楊氏模量)單獨(dú)地調(diào)節(jié)，以滿足整個(gè)接頭的綜合的機(jī)械設(shè)計(jì)要求。

絕緣橡膠層可以由具有高于10¹²ωm的體積電阻率的絕緣橡膠配方制成。

硅酮場(chǎng)分級(jí)元件是定制的材料配方，其中在超過(guò)運(yùn)行場(chǎng)的電場(chǎng)值的情況下電流密度非線性地取決于電場(chǎng)。在一示范性的實(shí)施例中，硅酮場(chǎng)分級(jí)元件由引起希望的非線性的行為的填充粒顆粒(50-60w%)、絕緣硅酮(30-40w%)和導(dǎo)電硅酮(2-12w%)組成。

實(shí)質(zhì)上，以如下的方式調(diào)整非線性的電行為：在與運(yùn)行條件(典型地，上至大約2kv/mm)類似的電場(chǎng)下，材料具有絕緣特性，但仍然帶有是接頭和電纜絕緣體(10-100倍)大的電導(dǎo)率。對(duì)于高于2kv/mm的場(chǎng)強(qiáng)，材料變得尤為更導(dǎo)電，且引起局部場(chǎng)增強(qiáng)的限制。

在一具體的示例中，產(chǎn)生的場(chǎng)分級(jí)材料典型地具有在上至2kv/mm的低場(chǎng)下的大約10^-13至10^-11s/m的電導(dǎo)率和在高于4kv/mm的場(chǎng)下的大約10^-7至10^-9s/m的電導(dǎo)率。

通過(guò)使電纜接頭以單獨(dú)的硅酮橡膠層的該布置為特征，有可能保護(hù)連接的電氣裝置免受過(guò)電壓所造成的例如雷電沖擊或技術(shù)缺陷所觸發(fā)的損害。從機(jī)械觀點(diǎn)來(lái)看，優(yōu)化接頭設(shè)計(jì)，以獲得沿著x軸(即，在電纜的縱向上)的近似于均勻的機(jī)械特性。這通過(guò)相應(yīng)地優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)和材料特性來(lái)實(shí)現(xiàn)。倘若電纜接頭設(shè)有該特征，在嵌入的電纜上的力沿著整個(gè)x軸幾乎恒定。

在一有利的實(shí)施例中，如上文中討論的，橡膠材料是硅酮橡膠材料。為了進(jìn)一步描述該實(shí)施例，將在下文中討論硅酮橡膠的不同的方面。

硅酮是包括硅連同碳、氫、氧以及有時(shí)另外包括其他元素的聚合物。硅酮是具有各種各樣的形式和用途的惰性合成化合物。典型耐熱地且類似橡膠地，硅酮使用于密封劑、膠粘劑、潤(rùn)滑劑、醫(yī)學(xué)應(yīng)用、廚具以及絕緣中。更準(zhǔn)確地，硅酮是帶有化學(xué)式[r2sio]n的混合的無(wú)機(jī)-有機(jī)聚合物，其中，r是有機(jī)基團(tuán)，諸如甲基、乙基或苯基。這些材料由具有聯(lián)接于四配位的硅原子的有機(jī)側(cè)基團(tuán)的無(wú)機(jī)硅氧主鏈(^……-si-o-si-o-si-o-^……)組成。

在某些情況下，有機(jī)側(cè)基團(tuán)能夠用于將這些-si-o-主鏈中的兩個(gè)或多個(gè)鏈接在一起。通過(guò)變更-si-o-鏈長(zhǎng)、側(cè)基團(tuán)以及交聯(lián)，從而能夠使硅酮以多種多樣的特性和組成的方式合成。

根據(jù)一實(shí)施例，制造方法包含在制造電纜接頭時(shí)應(yīng)用注射模制。液態(tài)硅酮橡膠(lsr)的注射模制是一種大批量生產(chǎn)耐用零件的過(guò)程。

lsr是具有低壓縮變形、較好穩(wěn)定性和耐受極高和極低的溫度的能力的高純度的鉑可固化的硅酮，理想地適合于零件的生產(chǎn)(其中高質(zhì)量是一必須條件)。由于材料的熱固性的性質(zhì)，在將材料引入加熱后的腔中且被硫化之前使材料維持于低溫期間，液態(tài)硅酮注射模制需要特殊的處置，諸如，強(qiáng)化的分布混合(intensivedistributivemixing)。

在化學(xué)上，硅酮橡膠是具有交替的硅原子和氧原子以及甲基或乙烯基側(cè)基團(tuán)的主鏈的一族熱固性的橡膠。硅酮橡膠構(gòu)成硅酮族的大約30%，使其成為該族的最大基團(tuán)。硅酮橡膠在較寬的溫度范圍上維持其機(jī)械特性，并且，硅酮橡膠中的甲基基團(tuán)的存在導(dǎo)致這些材料極其疏水。

本發(fā)明不限于上述的優(yōu)選的實(shí)施例。

可以使用各種備選方案、變型方案以及等效方案。因此，上文的實(shí)施例不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是限制由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍。