[0001] Die Erfindung betrifft eine Steckbuchse gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
[0002] Bei einer bekannten Steckbuchse dieser Art (DE-38 44 890 A1) durchdringt ein Isolierkörper
einen Durchbruch in der Wandung eines Hochspannungsgerätes. Der Isolierkörper weist
eine stirnseitige Öffnung einer Innenkonusausnehmung auf, in die ein Kabelstecker
einführbar ist. Mit einem in der Innenkonusausnehmung angeordneten Steckkontakt ist
ein hutförmiger Feldsteuerkörper verbunden, der in den Isolierkörper eingebettet ist
und dessen freier Rand zu der der Gehäusewand benachbarten Stirnseite hinweist. Konzentrisch
zur Öffnung der Innenkonusausnehmung sind in den Isolierkörper achsparallel gerichtet
Befestigungsarmaturen eingegossen, über welche die Steckbuchse an der Gehäusewand
bzw. der Kabelstecker unter Einfügung eines Druckringes festgeschraubt wird. Dabei
ist anstelle einer Befestigungsarmatur eine gegenüber der Stirnseite zurückgesetzte
Elektrode vorgesehen, die einerseits kapazitiv mit dem Feldsteuerkörper gekoppelt
und andererseits über eine elektrische Steckverbindung mit außerhalb des Gerätegehäuses
angeordneten elektrischen Meßeinrichtungen verbunden ist. Die Stirnseite des Isolierkörpers
sitzt im übrigen unter Zwischenlage einer Dichtung gasdicht auf der Gehäusewand auf.
Aufgrund der erforderlichen Hochspannungsdurchschlagsfestigkeit muß die Elektrode
vom Feldsteuerkörper einen erheblichen Abstand aufweisen. Das hat zur Folge, daß der
zwischen der Elektrode und dem Feldsteuerkörper gegebene elektrische Kapazitätswert
sehr gering und damit der kapazitive Widerstand sehr hoch ist. Dadurch sind hochempfindliche
Meßeinrichtungen zur Erfassung der am Steckkontakt anstehenden Spannung erforderlich,
wobei die kapazitive Belastung durch die Erdkapazitäten benachbarter geerdeter Teile
und der geschirmten elektrischen Leitung von der Elektrode bis zum Meßgerät beachtlich
ist. Außerdem ist der Kopf der Elektrode kugelförmig erweitert, so daß das Profil
der Befestigungsarmaturen in radialer Richtung entsprechend weit überschritten wird.
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Steckbuchse gemäß dem Oberbegriff
des ersten Anspruchs Maßnahmen zu treffen, durch welche eine Erhöhung des Kapazitätswertes
der Elektrodenanordnung ohne nachteilige Beeinflussung des elektrischen Feldbildes
erzielt wird.
[0004] Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale
des ersten Anspruchs.
[0005] Bei einem Aufbau einer Steckbuchse gemäß der Erfindung wird durch die Anordnung einer
Elektrode um die Innenkonusausnehmung herum eine großflächige Kopplung zum Steckkontakt
bzw. dem damit verbundenen Feldsteuerkörper und damit eine wesentliche Erhöhung des
Kapazitätswertes erreicht. Vorzugsweise weist die Elektrode mehrere einzelne Teilelektroden
auf, die in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Befestigungsarmaturen angeordnet
und untereinander elektrisch verbunden sind. Hierdurch wird eine fast vollständige
Anpassung des elektrischen Feldbildes an das bereits von den Befestigungsarmaturen
vorgegebene elektrische Feldbild erreicht. Dadurch wird auch zur Homogenisierung des
Feldbildes beigetragen, weil sich nun auch zwischen den einzelnen Befestigungsarmaturen
Elektrodenabschnitte befinden. Es ergibt sich dadurch eine der idealen Ringelektrode
angenäherte Gesamtelektrodenform mit der daraus resultierenden gleichmäßigen Feldverteilung.
Das Elektroden-Gesamtprofil braucht dabei nicht über das von den Befestigungsarmaturen
vorgegebene radiale Profil hinauszuragen. Die Teilelektroden sind vorzugsweise haubenförmig
ausgebildet und mit dem gerundeten Ende zum Feldsteuerkörper hin gerichtet, der am
Ende der Innenkonusausnehmung mit einem hochspannungsführenden Steckkontaktteil verbunden
ist. Durch die Rundung der Teilelektroden ergibt sich eine zum Feldsteuerkörper hingerichtete
große Fläche, welche den Kapazitätswert erhöht und zudem eine günstige elektrische
Feldverteilung. Die Elektroden bestehen vorzugsweise aus Sieb- oder gitterartigem
Material, so daß eine innige, ablösungsfreie Verbindung mit dem für die Herstellung
des Isolierkörpers verwendeten Gießharzs eintritt. Die Verbindungsleitung der einzelnen
Teilelektroden kann zwischen den Befestigungsarmaturen und der Mantelfläche der Innenkonusausnehmung
verlaufen. Dabei kann im Bereich von Befestigungsarmaturen der vorzugsweise als Bandleitung
ausgebildete Verbindungsleiter im Bereich von Befestigungsarmaturen abgeflacht und
dort über kleine Isolierstützer an der betreffenden Befestigungsarmatur vor dem Eingießen
in das Gießharzs festgelegt werden. Vorzugsweise ist jedoch die Verbindungsleitung
im Bereich von zwei Teilelektroden mit je einer Anschlußfahne versehen, die achsengleich
zur Innenkonusausnehmung angeordnet ist und in einer zur Stirnseite offenen Aussparung
zur Stirnseite hinweist. In der Gießform kann so der Verbindungsleiter mit den daran
befestigten Teilelektroden an einer entsprechend ausgebildeten Haltevorrichtung in
der Gießform bis zum Erstarren der Gießharzmasse gehalten werden. An wenigstens eine
der Anschlußfahnen kann dann nach dem Entformen aus der Gießform ein Stecker für den
Anschluß eines Meßgerätes angesteckt werden. Für die Montage der Steckbuchse an einer
entsprechend durchbrochenen Gerätewand wird als Gegenlage an die Stirnseite ein Abstandsring
angesetzt, wobei zwischen die Stirnseite und den Abstandsring der Rand der für das
Einführen eines Kabelsteckers erforderliche Durchbruch ragt. Der Abstandsring dient
dabei zur gleichmäßigen Druckverteilung über den Umfang des Durchbruchs, so daß die
Stirnseite der Steckbuchse mit einer dort vorgesehenen Ringdichtung über den gesamten
Umfang gasdicht an die betreffende Gehäusewand angepreßt wird, wenn die Schrauben
in die zugehörigen Befestigungsarmaturen vom Abstandsring her eingeschraubt sind.
Die Anordnung der Verbindungsleitung und gegebenenfalls von Bereichen der Teilelektroden
ist so getroffen, daß sie im Feldschatten einer Abschirmung liegen, die mit dem Einführen
eines Kabelsteckers in die Innenkonusausnehmung mit eingeführt wird. Diese geerdete
Abschirmung verhindert, daß ein innerhalb des Kabelsteckers geführter Leiter kapazitiv
mit der Verbindungsleitung bzw. benachbarten Bereichen der Teilelektroden gekoppelt
ist. Dadurch wird der für die Spannungsankopplung gewünschte Kapazitätswert insbesondere
durch die Geometrie zwischen dem Feldsteuerkörper und den Teilelektroden bestimmt.
Es wird somit der über die Teilelektroden erfaßte Hochspannungswert nur geringfügig
geändert, wenn der Kabelstecker eingeführt oder herausgezogen ist.
[0006] Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher
erläutert.
[0007] Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine an eine Gehäusewand angesetzte Steckbuchse,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die freie Stirnseite der Steckbuchse nach Figur 1 mit Darstellung
der Einzelteile nach Art einer Röntgenaufnahme und
Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Steckbuchse mit geänderter Elektrodenausführung.
[0008] Eine Steckbuchse 1 einer Innenkonus-Steckkupplung, wie sie für den Anschluß von Hochspannungskabeln
in Mittelspannungsschaltanlagen üblich ist, weist einen aus Gießharz hergestellten
Isolierkörper 2 auf, in dem eine Innenkonusausnehmung 3 ausgeformt ist, die zu einer
Stirnseite 4 hin offen ist. Am gegenüberliegenden Ende schließt sich an die Innenkonusausnehmung
3 ein achsengleiches Steckkontaktteil 5 an, das mit hochspannungsführenden Einbauten
in dem gekapselten Hochspannungsgerät zu verbinden ist. Von der Stirnseite 4 aus sind
in den Isolierkörper 2 Befestigungsarmaturen 6 bzw. 7 eingearbeitet, die achsparallel
zur Mittelachse 8 der Innenkonusausnehmung stehen. Die Befestigungsarmaturen befinden
sich auf konzentrisch zur Öffnung der Innenkonusausnehmung verlaufenden Kreislinien
radial außerhalb der Innenkonusausnehmung. Die Stirnfläche 4 der Steckbuchse 1 liegt
in einer Ebene auf einer Wandung 9 eines Gehäuses auf, innerhalb welchem sich Hochspannungsschaltanlagenteile
befinden. Im Bereich der Innenkonusausnehmung ist diese Wand 9 mit einem entsprechenden
Durchbruch versehen, durch den von außen ein Kabelstecker 10 eingeführt werden kann.
An den hochspannungsführenden Steckkontaktteil 5 ist zudem ein hutförmiger Feldsteuerkörper
11 angesetzt, der ebenfalls in den Isolierkörper 2 eingebettet ist und ringförmig
den benachbarten Abschnitt der Innenkonusausnehmung umgreift.
[0009] Um einen kapazitiven Spannungsabgriff zur Messung der am Steckkontaktteil 5 bzw.
dem Feldsteuerkörper 11 anliegenden Hochspannung zu schaffen, ist als kapazitiv wirkender
Gegenbelag zum Feldsteuerkörper 11 eine davon elektrisch isolierte Elektrode 12 im
Bereich der Stirnseite 4 angeordnet, die um die Innenkonusausnehmung 3 herum angeordnet
ist.
[0010] Diese elektrisch isolierte Elektrode 12 ist gemäß Figur 2 aus mehreren Teilelektroden
12.1 gebildet, die in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Befestigungsarmaturen
6 bzw. 7 angeordnet sind. Diese Teileelektroden 12.1 stehen über eine Verbindungsleitung
13 miteinander in elektrischer Verbindung, wobei die elektrische Verbindungsleitung
13 innerhalb des Isolierkörpers 2 in die Isoliermasse eingebettet ist. Die Elektroden
12 wie der Verbindungsleiter 13 bestehen vorzugsweise aus sieb- oder gitterartigem
Material, so daß sich eine innige Einbettung ergibt, die verhindert, daß sich beim
Schrumpfungsprozeß während des Aushärtens des Gießharzes die Isoliermasse von der
Elektrode bzw. der Verbindungsleitung trennt und dielektrische Fehlstellen gebildet
werden. Die Teilelektroden 12.1 können sich dabei in radialer Richtung über den gleichen
Bereich wie die Befestigungsarmaturen erstrecken und andererseits weitgehende den
Raum zwischen benachbarten Befestigungsarmaturen 6,7 einnehmen sowie in axialer Richtung
soweit in den Isolierkörper 2 wie die Armaturen 6,7. Es ergibt sich dadurch eine weitgehende
Symmetrierung des elektrischen Feldes, nachdem dann auch die Zwischenräume zwischen
benachbarten Befestigungselektroden 6,7 mit elektrisch leitenden Teilen versehen sind,
die zumindest annähernd wie die Befestigungsarmaturen elektrisch fast an Massepotential
liegen. Dabei sind die Teilelektroden 12.1 haubenförmig ausgebildet und mit dem gerundeten
Ende zum Feldsteuerkörper 11 gerichtet. Die Rundung trägt dabei zur günstigen Feldverteilung
bei und bildet gegenüber dem Feldsteuerkörper eine relativ große Fläche, die einen
entsprechenden hohen Kapazitätswert mit sich bringt. Der dadurch erzielte geringe
kapazitive Widerstandswert ermöglicht die Erfassung der anstehenden Hochspannung mit
relativ einfachen Meßeinrichtungen. Die zugleich als Montagehilfe für die Positionierung
der Teilelektroden 12.1 in einer Gießform dienende Verbindungsleitung 13 ist im radialen
Bereich von Befestigungsarmaturen 6 abweichend von der Kreisringform abgeflacht und
am abgeflachten Teil mit einem kleinen Stützisolator 14 versehen, der an den betreffenden
Befestigungsarmaturen 6 festgelegt ist, um die Teilelektroden 12.1 während des Gießvorganges
des Isolierkörpers 2 zu zentrieren. Vorzugsweise wird zur Positionierung der Teilelektroden
12 in der betreffenden Gießform jedoch anstelle der Stützisolatoren 14 im Bereich
mindestens einer, vorzugsweise jedoch im Bereich mehrerer Teilelktroden 12.1 eine
Anschlußfahne an den Verbindungsleiter 13 angebracht, die in den von der jeweiligen
Teilelektrode 12 umschlossenen Raum ragt und die achsengleich zur Innenkonusausnehmung
in einer Aussparung 16 angeordnet ist, die zur Stirnseite 4 hin offen ist. Auch die
Anschlußfahne 15 weist mit ihrem freien Ende zur Stirnseite 4 hin. Dadurch kann die
jeweilige Anschlußfahne in eine der Aussparung 16 entsprechende Halterung eingesteckt
werden, der sich innerhalb der Gießform befindet, die zur Herstellung des Isolierkörpers
2 mit den Einbauten dient. Die Verbindungsleitung 13 befindet sich in den Bereich,
der zwischen der Wandung der Innenkonusausnehnung 3 und den Befestigungsarmaturen
6,7 liegt. In achsialer Richtung greift die Verbindungsleitung 13 nicht über die Befestigungsarmaturen
6,7 hinaus.
[0011] Die Steckbuchse 1 wird an der Wand 9 unter Zwischenlage eines Dichtungsringes 17
festgesetzt. Dazu wird von der gegenüberliegenden Seite der Wand aus ein Abstandsring
18 angesetzt, der mit seinem radial innen liegenden Teil die Stirnseite 4 untergreift
und mit dem radial außen liegenden Teil auf der Wand 9 aufliegt. Dieser Abstandsring
18 weist einen mit der jeweiligen Anschlußfahne 15 fluchtenden Durchbruch 19 auf,
der in eine radial nach außen verlaufende Nut 20 übergeht. Durch den Durchbruch 19
kann somit ein Stecker 21 an die Anschlußfahne 15 angesteckt werden, von dem eine
elektrische Leitung 22 durch die Nut 20 zu einem nicht dargestellten Meßgerät geführt
werden kann. Auf dem Abstandsring 18 sitzt andererseits ein Flansch 23 des Kabelsteckers
10 auf, wobei durch den Flansch 23 und den Abstandsring 18 sowie die Wand 9 hindurch
je eine Schraube in die zugeordnete Befestigungsarmatur 7 eingedreht werden kann.
Über die Befestigungsarmaturen 6 wird Steckbuchse 1 für sich über den Abstandring
18 an der Wand 9 festgesetzt. Der Kabelstecker 10 weist dabei eine im äußeren Mantelbereich
geführte elektrische Abschirmung 24 auf, die an Erdpotential angeschlossen ist und
axial bis über die Verbindungsleitung 13 hinaus in die Innenkonusausnehmung 3 reicht.
Sie schirmt somit nicht nur die Verbindungsleitung 13 sondern auch benachbarte Bereiche
der Teilelektroden 12.1 gegenüber einem innerhalb des Kabelsteckers 10 axial verlaufenden
Leiter ab. Dieser Leiter wirkt somit nicht unmittelbar kapazitiv auf die Verbindungsleitung
13 bzw. die betreffenden Bereich der Teilelektroden 12.1, so daß die an den Teilelektroden
12.1 gemessene Spannung weitgehend unabhängig ist, ob der Kabelstecker 10 in die Steckbuchse
1 eingeführt ist oder nicht. Die kapazitive Kopplung erfolgt somit auch bei eingestecktem
Kabelstecker 10 über die dem Feldsteuerkörper 11 direkt zugewandten gerundeten Enden
der Teilelektroden 12.1. Die Abschirmung 24 bewirkt somit durch ihre Anordnung gegenüber
der Verbindungsleitung 13 und den Teilelektroden 12.1 eine weitgehende Abschattung
des vom Kabelsteckers 10 erzeugten elektrischen Feldes gegenüber der Elektrode 12.
[0012] Bei sonst gleichem Aufbau ist in Figur 3 eine Steckbuchse dargestellt, bei welcher
die Elektrode 12 innerhalb des Isolierkörpers 2 im elektrischen Feldbereich zwischen
den Befestigungsarmaturen 6,7 und dem Feldsteuerkörper 11 liegt. Die Elektrode 12
ist dabei ringförmig ausgebildet und liegt konzentrisch zur Achse 8 der Innenkonusausnehmung
3. Sie greift dabei radial in den Bereich, der zwischen der Wandung der Innenkonusausnehmung
und einer radial weiter nach außen verlagerten Befestigungsarmatur 7 liegt. Die Elektrode
12 reicht jedoch im Bezug auf die weiteren Befestigunsarmaturen 6, welche auf einem
kleineren Kreisbogen angeordnet sind, bis in deren radialen Bereich, ist jedoch axial
davon beabstandtet. Im Bereich der radial nach außen verlagerten Befestigungsarmatur
ergibt sich so die Möglichkeit, die Aussparung 16 für wenigstens eine Anschlußfahne
15 in diesen Bereich anzuordnen. Die Elektrode 12 kann dabei vorzugsweise aus einer
Drahtwendel bestehen, zwischen deren einzlne Windungen das Gießharz eindringen kann
und die bei der Schrumpfung der Gießharzmasse während des Aushärteprozesses die innige
Verbindung mit dem Gießharz nicht verliert. Zur Fixierung vor dem Gießen des Isolierkörpers
2 kann auch hierbei die Elektrode 12 über angepaßte Stütisolatoren mit Befestigungsarmaturen
6,7 verbunden sein.
1. Steckbuchse einer Innenkonus-Steckkupplung für Kabel in einem Hochspannungsgerät insbesondere
Mittelspannungsschaltanlage, mit einem Isolierkörper, der an einer Stirnseite eine
Öffnung einen Innenkonusausnehmung sowie konzentrisch dazu mehrere radial außen angeordnete
achsparallel gerichtete Befestigungsarmaturen aufweist, und mit einer eingebetteten
Elektrode zur kapazitiven Spannungsauskopplung mit einem elektrischen Anschluß, und
mit einem Steckkontaktteil, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (12) um die
Innenkonusausnehmung (3) herum angeordnet ist.
2. Steckbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (12) ringförmig
ausgebildet ist.
3. Steckbuchse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (12)
radial in den Bereich greift, der zwischen der Wandung der Innenkonusausnehmung (
) und wenigstens einer Befestigungsarmatur (7) liegt.
4. Steckbuchse nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß
die Elektrode (12) aus einer Wendel besteht, die als Ring ausgebildet ist, der achsengleich
zur Mantelfläche der Innenkonusausnehmung (3) steht.
5. Steckbuchse nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß
die Elektrode (12,13) über mindestens einen Stützisolator (14) mit wenigstens einer
Befestigungsarmatur (6) verbunden ist.
6. Steckbuchse nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß
in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Befestigungsarmaturen (6,7) einzelne Teilelektroden
(12.1) angeordnet sind, die untereinander innerhalb des Isolierkörpers (2) elektrisch
verbunden sind.
7. Steckbuchse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilelektroden (12.1)
haubenförmig ausgebildet sind und mit dem gerundeten Ende von der Stirnseite (49 wegweisen.
8. Steckbuchse nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung
(13) ringförmig ausgebildet und im radialen Bereich von Befestigungsarmaturen (6)
abgeflacht ist.
9. Steckbuchse nach Anspruch 6 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß
in Bereich mindestens einer Teilelektrode (12.1) eine Anschlußfahne (15) achsengleich
zur Innenkonusausnehmung (3) angeordnet ist und in einer Aussparung (16) zur Stirnseite
(4) hinweist.
10. Steckbuchse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an die Stirnseite (4) ein
Abstandsring (18) angesetzt ist, der einen mit der Anschlußfahne (15) fluchtenden
Durchbruch (19) und eine radial nach außen verlaufende Nut aufweist.
11. Steckbuchse nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß
die Elektrode (12) bzw. die Teilelektroden (12.1) aus sieb- oder gitterartigem Material
bestehen.
12. Steckbuchse nach Anspruch 6 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß
die Verbindungsleitung (13) in den Bereich greift, der zwischen der Wandung der Innenkonusausnehmung
(3) und wenigstens einer Befestigungsarmatur (6,7) liegt.
13. Steckbuchse nach Anspruch 6 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß
die Verbindungsleitung (13) und gegebenenfalls Bereiche der Teilelektroden (12.1)
im Feldschalten der Abschirmung (24) eines eingeführten Kabelsteckers (10) liegt.