專利名稱：用于封閉電纜接頭或電纜端頭的徑向可縮性套管的制作方法
此項(xiàng)發(fā)明涉及到徑向可縮性套管，用于封閉電纜接頭或電纜端頭，特別適用于中壓電纜。
在進(jìn)行電纜連接或電纜端接時(shí)，必須剝露電纜的導(dǎo)線或電纜芯。因而，在電纜連接或電纜端接時(shí)，從絕緣和屏蔽的角度來說，就會(huì)遇到一些特殊問題。不希望的電場集中可能會(huì)造成電氣放電，如果不采用電場限制或電場控制手段則最后可造成擊穿。在電纜連接處或端部采用適當(dāng)?shù)姆忾]，必須注意使其電物理?xiàng)l件與電纜其它部分的主要條件相似。
用于電纜連接或端部封閉的徑向可縮性套管已有一些不同的設(shè)計(jì)。EPO申請0 273 131公開了一個(gè)套管裝配技術(shù)。其中，首先將一個(gè)由介電材料制成的熱縮性套管套在電纜連接區(qū)上，它的末端嵌入電纜兩端頭暴露的限制電場層上。套在互連導(dǎo)線連接區(qū)上的可縮性軟管外部涂有一導(dǎo)電性涂層。第二步將由絕緣材料制的雙層熱縮性套管緊縮套在第一層套管上。內(nèi)層比外層長一些，形成錐形過渡以達(dá)到控制地電容場(geometrical capacitive field)的目的。分兩步裝配套管相對費(fèi)時(shí)，另外在絕緣層和限制電場層之間可能會(huì)截留空氣，而截留空氣會(huì)影響電氣性能。
在上述的套管裝配技術(shù)中，每一層均由擠壓法加工。根據(jù)美國專利4，383，131已經(jīng)知道了用雙金屬擠壓法生產(chǎn)多層套管的技術(shù)。這類圓柱式套管包括一個(gè)場控制內(nèi)層，一個(gè)中間絕緣層和一個(gè)導(dǎo)電外層。導(dǎo)電外層由熱縮性材料制成，在接頭連接以后，它可以緊縮套在連接區(qū)上。被連接的電纜上限制電場層之間的區(qū)域并沒有一個(gè)統(tǒng)一的圓柱形結(jié)構(gòu)，特別是在連接元件的范圍內(nèi)有不同的半徑，就需要在裝配套管以前在連接區(qū)域周圍纏上用作電場控制的帶子或者其它類似的東西。這一措施目的在于避免空氣截留，從而防止不希望發(fā)生的放電和擊穿。用電場控制材料纏繞相對費(fèi)時(shí)，但從電氣角度上說這是很重要的。從美國專利3，816，640已經(jīng)了解到采用多個(gè)分開的徑向可縮性套管連接電纜的復(fù)雜性。套管由場控制介電材料制成，其長度使從電纜到電纜接頭有一個(gè)錐形過渡，以達(dá)到控制地電容場的目的。直接在連接區(qū)上加導(dǎo)電層就不必用介電材料的帶子纏繞。然而，相繼處理每一層也費(fèi)時(shí)。此外，控制地電容場需要許多經(jīng)驗(yàn)，必須用專門技術(shù)來處理以避免會(huì)導(dǎo)致放電和擊穿的空氣截留。每一套管或每一層均由彈性材料制成，它們分別由一個(gè)支撐盤條來保持徑向擴(kuò)張的狀態(tài)。如果移去盤條(coil)，則套管徑向收縮并且嵌入連接區(qū)或者下面的層上。
德國專利30 12 971提出了一種復(fù)合套管技術(shù)，套管由擠壓法加工，并由導(dǎo)電或半導(dǎo)電的內(nèi)層，中間絕緣層和導(dǎo)電的外層組成，外層同樣有熱收縮的特點(diǎn)。擠壓圓柱式套管由切削成形工藝加工，以使內(nèi)層直徑向自由端錐形放大，達(dá)到控制地電容場的目的。套管經(jīng)擠壓成形后的加工比較昂貴。這種套管連接區(qū)在徑向收縮以前需要作預(yù)處理。
冷縮性套管在預(yù)拉伸的條件下由盤條支撐，而熱縮性套管的優(yōu)點(diǎn)在于在預(yù)拉伸狀態(tài)下它們的內(nèi)徑大于電纜鎧甲的外徑。因而，這樣的套管在導(dǎo)線連接以前能夠套在電纜端部相對合適的位置上。也有由相對硬的彈性材料經(jīng)注模法生產(chǎn)的整型套管。這類套管的端部內(nèi)徑較小。為了使它套到電纜一頭的位置上，有必要?jiǎng)內(nèi)ポ^長段絕緣。在導(dǎo)線連接完成以后，將套管推到連接區(qū)，使具有較小直徑的部分在壓力下嵌入電纜頭中場限制層上。嵌入的區(qū)域必須相對地小，場限制層被嵌接的壓力也不應(yīng)高，否則就不能用手工操作將套管移動(dòng)到所連接的區(qū)域上。但是使用這類套管的優(yōu)點(diǎn)在于裝配套管以前不需要在連接區(qū)域內(nèi)纏電介質(zhì)帶。在套管內(nèi)部放了一個(gè)導(dǎo)電極，該極延長到所連接電纜的兩頭以外，緊固地嵌入絕緣層。這種電極造成一個(gè)均勻分布的電場，因此，在套管內(nèi)部的空腔空間就不重要了。
美國專利3，717，717發(fā)明了一種整型套管，它包括一個(gè)熱縮性絕緣層，其外部一個(gè)半導(dǎo)電層，其內(nèi)部一個(gè)疊合的導(dǎo)電層，該層在套管收縮以后相接地嵌入電氣連結(jié)處。為了控制地電容場，套管的兩端呈圓錐形。
美國專利4，390，745公開了一種圓柱形套管技術(shù)，它由兩個(gè)用熱縮性材料制成的分開的套管組成。第一個(gè)套管，或稱為內(nèi)套管，有一絕緣層，在絕緣層內(nèi)側(cè)至少在套管一端有一不導(dǎo)電的部分，以及與不導(dǎo)電部分隔開的一個(gè)導(dǎo)電部分。第二個(gè)套管，或稱為外套管，有一絕緣層以及在它外部的半導(dǎo)電層。首先將內(nèi)套管用熱縮方法安裝到電纜接頭上，然后將外套管熱縮到內(nèi)套管之上。
本項(xiàng)發(fā)明為封閉電纜接頭或電纜端頭提供了一種套管，它的制造簡單，裝配省時(shí)，提供了一個(gè)緊湊的電纜連接或緊湊的電纜端頭封閉技術(shù)。套管套得足夠緊，可保證長期高可靠性地運(yùn)行。
按此項(xiàng)發(fā)明制造的套管是一單段部件，基本為均勻的圓柱體。中層和外層為普通結(jié)構(gòu)，其材料有足夠的彈性以便徑向擴(kuò)張，并可以復(fù)原套在電纜接頭或電纜端頭上。
在一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)層包括至少一個(gè)在套管一頭的第一端部分，它由永久柔性介電材料制成，并作為電纜的場或強(qiáng)度限制層，具有強(qiáng)度控制的特性，以影響在場限制電纜封閉一端的場分布。內(nèi)層的另一部分由導(dǎo)電或半導(dǎo)電材料制成，與前一部分隔有距離，它的作用如電極，在連接電纜時(shí)它圍繞著連接元件，并嵌入連接元件兩端的導(dǎo)體絕緣中。
根據(jù)此項(xiàng)發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，內(nèi)層部分嵌入絕緣層的材料中，其優(yōu)點(diǎn)是端部，或所有部分和/或第二部分的內(nèi)徑基本上與中層或絕緣層相同。這種情況下，此項(xiàng)發(fā)明的套管不能采用擠壓模型法。根據(jù)此項(xiàng)發(fā)明的實(shí)施例，它可以由注模法以先后形成各層。從德國專利36 33 884已經(jīng)知道了這類套管的注模法。將一套具有該套管空穴形狀的芯子循序推進(jìn)通過一系列鑄?？昭?，并用注模法在每個(gè)注?？昭ㄖ兄瞥鲆徊糠痔坠?，該套管是在層環(huán)中產(chǎn)生出來的，在這一系列注模的一開始有一空余的芯子，當(dāng)這一系列鑄模完成時(shí)，制成的套管可以被移去，并與芯子脫離。這樣，此項(xiàng)發(fā)明的套管可以大量生產(chǎn)，而不需要后續(xù)的加工。
此項(xiàng)發(fā)明的整型套管是徑向可縮的，對此，本發(fā)明將給出兩種不同的技術(shù)。一種方法是套管外層由熱縮性材料制成，它呈徑向拉伸狀態(tài)以保持中間層和內(nèi)層徑向擴(kuò)張。當(dāng)套管的每一層由注模法形成以后，必須將它們聯(lián)接在一起。因此，經(jīng)相應(yīng)的處理以后，徑向擴(kuò)張的外層可以使中間層和內(nèi)層均保持在被拉伸的條件下。如果套在電纜的接頭上，外層徑向收緊，中間層和絕緣層如果由彈性材料制成，它們也會(huì)隨著同時(shí)收緊。
由此方式制成的復(fù)合式套管，并可熱縮到細(xì)長形物件上的技術(shù)可以如美國專利4，207，364獲得。
根據(jù)另一個(gè)方法，本項(xiàng)發(fā)明的套管可以用內(nèi)部支撐設(shè)備使之保持在徑向拉伸狀態(tài)。這一支撐設(shè)備最好是一個(gè)支撐芯子，當(dāng)套管需要收縮時(shí)，可以移去這個(gè)芯子。這一過程稱為冷縮。使彈性材料制成的套管保持徑向拉伸狀態(tài)的盤條可以由美國專利3，515，798或德國專利37 15 915得到。如果這種盤條被用于多層電纜套管，則每一層需要有一個(gè)單獨(dú)的支撐盤條作為徑向支撐。每層的材料應(yīng)有足夠的彈性或軟-彈性，以使它們能夠承受由盤條支撐所產(chǎn)生的力。根據(jù)本項(xiàng)發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，中間絕緣層由液-硅-橡膠制成，它具有明顯的軟-彈性特性。由于是均勻的圓柱體形狀以及內(nèi)層的設(shè)計(jì)，套管整個(gè)壁厚可以相對地小，這樣可以滿足用機(jī)械支撐方法的要求。本項(xiàng)發(fā)明中的單段結(jié)構(gòu)套管只要求一個(gè)絕緣層，這與美國專利4，390，745中的套管不同。此時(shí)已經(jīng)不存在截留空氣或類似的問題，因此絕緣層可以做得薄一些。
本項(xiàng)發(fā)明中的套管有許多優(yōu)點(diǎn)，上面已經(jīng)談到，它可以簡單地大規(guī)模生產(chǎn)，安裝非常方便，不需要在連接元件區(qū)域應(yīng)用場或強(qiáng)度控制帶，因?yàn)橛蓪?dǎo)電或半導(dǎo)電材料制成的內(nèi)層第二部分起到使電場均勻分布的作用。本項(xiàng)發(fā)明的套管在收縮狀態(tài)尺寸小，可用于緊湊型電纜連接。
本項(xiàng)發(fā)明的套管也特別可靠，可以近乎連續(xù)運(yùn)行很長時(shí)間。本發(fā)明的套管結(jié)構(gòu)可做到電場的高效度控制，因此被擊穿和電氣放電的危險(xiǎn)很小。本套管分別嵌入電纜和連接區(qū)域，在其整個(gè)長度上構(gòu)成足夠的防護(hù)層，以防止水和潮氣滲入。特別在采用冷縮套管時(shí)，在安裝了接頭后可以立即進(jìn)行電纜接頭。本項(xiàng)發(fā)明的套管裝配溫度最好在周圍溫度為±0℃至+40℃。在最高溫度為+40℃情況下可以貯存六個(gè)月?？赡艿氖褂脡勖辽贋?0年，在此期間可以保證有足夠的防護(hù)壁以防止水和潮氣滲入?？梢栽谥車鷾囟?5°到90°范圍內(nèi)滿足根據(jù)電氣標(biāo)準(zhǔn)要求的電氣特性。
下面將結(jié)合附圖逐一解釋本發(fā)明。


圖1為本發(fā)明中套管透視圖，其中部分剖開。
圖2為圖1中套管由支撐盤條保持其徑向擴(kuò)張狀態(tài)的透視圖，如圖中部分剖面所示。
圖3為圖1所示套管收縮到電纜接頭上以后的透視圖。
圖1和圖2中的套管10為筒形圓柱體，它包括外層11，中間層12和內(nèi)層，內(nèi)層由兩個(gè)端部14，16和一個(gè)中間部分18組成，中間部分18與端部間留有一些距離。外層11壁厚均勻，由半導(dǎo)體材料制成，例如半導(dǎo)體乙烯-甲基-硅。中間層由絕緣處理的液-硅橡膠制成。端部14和16為強(qiáng)度控制介電材料，如高溫下硫化處理過的乙烯-甲基-硅。介電損耗角低于0.1，介電常數(shù)在15至25之間，最好約為15。強(qiáng)度控制部分最好采用德國專利30 08 262中的材料，它是永久性柔性介電材料，在室溫下體電阻率為106Ω，Cm。基本材料為硅橡膠或聚乙烯丙烯二烯共聚合(EPDM)，其中含有細(xì)的分離的導(dǎo)電材料成分以增加相對介電常數(shù)。導(dǎo)電材料由強(qiáng)硬結(jié)構(gòu)的弱導(dǎo)電性微塵顆粒狀、電氣上可極化的材料組成。該成分大致每千克基本材料中有350克，最好的導(dǎo)電材料是炭黑。
中間部分18的作用如電極，由半導(dǎo)體乙烯-甲基硅混合物在高溫下硫化而成。
在圖1的套管10中，14，16，18均嵌在絕緣材料中，套管10的內(nèi)表面和外表面的直徑不變。套管由注模法成形，最好先是14，16和18部分，然后進(jìn)行12和11層部分。在鑄造套管時(shí)，最好采用德國專利36 33 884所介紹的方法。分層注模是利用一個(gè)具有與該套管的空穴形狀的復(fù)合芯子的辦法。通過一系列的鑄?？昭?，這些芯子周期性地被推進(jìn)，并且通過注模，在每個(gè)模件的空穴里生產(chǎn)出一部分套管。它是層環(huán)中連續(xù)生成的。在這個(gè)系列開始時(shí)有一個(gè)空余的芯子，在這個(gè)系列結(jié)束時(shí)有一個(gè)完成的套管移出來，并與這個(gè)芯子分脫開。套管10的各層均由彈性材料制成，這樣便可以徑向擴(kuò)張至適當(dāng)量。14，16，18部分的壁厚最好是同樣的。起初，內(nèi)徑例如為17.7mm，套管10用適當(dāng)?shù)墓ぞ?圖中未畫出)擴(kuò)張到內(nèi)徑為55mm。在這一狀態(tài)下，將支撐盤條20裝入(圖2)，例如在德國專利37 15 915中所介紹的。盤條20的相鄰匝在圓周區(qū)域內(nèi)是相接的，這樣，盤條可以承受套管10的固有徑向壓力。從圖2的具體布置中可見，盤條20的左半部分通過盤條引回，在24處可以用手工夾住。從套管中抽回盤條20，套管10便可徑向收縮。
在圖3中，套管10已縮緊到電纜接頭上。在圖3中所示的單芯電纜兩端30和32為典型結(jié)構(gòu)，借助于電纜頭30簡單地介紹一下這一結(jié)構(gòu)。電纜鎧甲34由適當(dāng)?shù)慕^緣材料制成，包在一根地導(dǎo)線上，或包在鋼導(dǎo)線的屏蔽層36上，而這一層又包在半導(dǎo)體層38上，它的作用是限制導(dǎo)線40的電場，導(dǎo)線40外面有絕緣層42包裹。利用連接元件44將電纜頭30和32的剝露導(dǎo)線相互連接。為此，必須去掉絕緣層42。場限制層38在導(dǎo)線端頭略遠(yuǎn)處也剝?nèi)ァ５鼐€36和電纜鎧甲34則從更遠(yuǎn)處剝?nèi)?，從圖3中可以看出來。
套管10收縮使18部分在連接元件44上延伸到絕緣層42。介電材料制成的14和16部分則與場限制半導(dǎo)電層38連接?？梢钥闯鲈谔坠?0收縮時(shí)其外徑不變，內(nèi)徑也幾乎不變，只是在場限制層與絕緣42之間以及絕緣42與導(dǎo)線40或與連接元件44之間分別有一些小的變化。套管10的必要的場或強(qiáng)度控制或場分布效應(yīng)并不通過地電容結(jié)構(gòu)產(chǎn)生，而僅僅是由強(qiáng)度控制圓筒14和16產(chǎn)生。電場18按法拉第籠的定義，產(chǎn)生一個(gè)均勻的電場分布。在套管10收縮以前不需要用介電質(zhì)帶或類似物質(zhì)纏繞。絕緣42與連接元件44之間或連接元件44與電極18之間的空隙并不重要，它不會(huì)造成放電或擊穿。
進(jìn)一步可看出，套管10的內(nèi)壁在其全長范圍內(nèi)連續(xù)地嵌入連接區(qū)域，因而起到密封作用，也避免了水和潮氣滲入。
在套管采取縮緊步驟以前以及在用連接元件44進(jìn)行電的連接以前，套管10套在電纜的一端頭30或32上。以后，套管10移位至連接區(qū)，仍處于擴(kuò)張狀態(tài)。接著將支撐盤條20移出，如圖2有關(guān)的敘述，這樣，套管10可縮緊套在電纜接頭上。當(dāng)然，在套管10收縮以后，相應(yīng)的端頭套管(圖中未畫出)可以收縮在電纜鎧甲34和套管10的過渡區(qū)上。端頭套管也可以由場或強(qiáng)度控制介電材料制成。這類圓錐形套管是普遍熟悉的。
當(dāng)然，外層11與屏蔽36電氣連接，例如用一個(gè)金屬網(wǎng)狀套管連接。
權(quán)利要求
1.一種用以封閉電纜接頭或電纜端頭的徑向可縮性圓柱形套管，特別適用于中壓電纜；該電纜包括一個(gè)導(dǎo)體，一個(gè)包圍該導(dǎo)體的絕緣以及一個(gè)在絕緣層外的外殼層；該套管有一個(gè)內(nèi)層，該內(nèi)層包括由導(dǎo)電或半導(dǎo)電材料制成的圓筒部分，位于套管兩個(gè)端之間的位置；內(nèi)層適合于嵌入電纜的導(dǎo)線和套管形連接元件及相鄰的絕緣；套管中間層由電氣絕緣材料制成，并與由半導(dǎo)體材料制成的外層連結(jié)，從而成為一個(gè)整體套管，這些層是由彈性和永久性柔性材料制成，用一個(gè)適宜的支撐方法以保持在徑向擴(kuò)張狀態(tài)，這些層在其徑向拉伸狀態(tài)有彈性擴(kuò)張以套在一個(gè)可移動(dòng)的內(nèi)支撐上，當(dāng)移去內(nèi)支撐器件以后，該套管徑向收縮到一個(gè)電纜接頭上或電纜端頭上。
2.權(quán)利要求1所述的套管，其內(nèi)層至少在套管的一個(gè)端部由一個(gè)圓筒形端部構(gòu)成，該端部埋入中間層的材料中。
3.權(quán)利要求2所述的套管，其端部內(nèi)層直徑等于中間層的直徑。
4.權(quán)利要求1中的套管，其所述各層均由注模法制成。
5.權(quán)利要求1中的套管，其所述中間層由液硅橡膠制成。
6.權(quán)利要求1中的套管，其中導(dǎo)電和半導(dǎo)電部分是高溫下硫化的乙烯-甲基-硅制成。
7.權(quán)利要求2中的套管，其所述端部分由高溫下硫化的半導(dǎo)體乙烯-甲基-硅制成，包括提高其介電系數(shù)的裝置，特別是像細(xì)塵般的黑炭。
8.權(quán)利要求1中的套管，其所述套管的外層由半導(dǎo)體液硅橡膠制成。
9.權(quán)利要求2中的套管，其所述端部的相對介電系數(shù)在15至25之間，最好約為15。
10.權(quán)利要求2中的套管，其所述端部的介質(zhì)損耗角小于0.1。
全文摘要
一種封閉中壓電纜接頭或端頭的徑向可縮性圓柱形套管，套管有一個(gè)至少包括在套管一個(gè)末端處的圓筒部分的內(nèi)層，該端部為用于擴(kuò)張外殼層的介電材料，以及位于與該端部隔開的套管端部之間的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的第二部分，該端部用于擴(kuò)張導(dǎo)體或連接兩個(gè)導(dǎo)體的套管形連接器元件。絕緣材料中間層被粘到端部及中部和半導(dǎo)體材料外層。這些層為彈性且借助可除去的內(nèi)支撐裝置維持徑向膨脹狀態(tài)。
文檔編號(hào)H02G15/18GK1055841SQ9011018
公開日1991年10月30日 申請日期1990年12月27日 優(yōu)先權(quán)日1989年12月29日
發(fā)明者約根·弗雷德里奇, 雷曼德·克拉布斯, 曼弗雷德·韋布蘭茲 申請人:明尼蘇達(dá)州采礦制造公司