CN1157064A

CN1157064A - 电连接件

Info

Publication number: CN1157064A
Application number: CN95194864A
Authority: CN
Inventors: P·R·温菲尔德; D·杨斯; J·P·里德; C·基尔迈耶; B·克拉克
Original assignee: Raychem Ltd
Current assignee: Raychem Ltd
Priority date: 1994-07-11
Filing date: 1995-07-10
Publication date: 1997-08-13
Also published as: DK0770278T3; EP0770278B1; US5900585A; GR3029547T3; ES2128746T3; AU2893995A; DE69508086T2; JPH10502797A; CA2194230A1; KR970705211A; GB9414039D0; EP0770278A1; ATE177262T1; WO1996002079A1; DE69508086D1

Abstract

公开了一种15KV的电缆接头，它位于两个对开外壳(38、40)之内，而所说的对开外壳内则填满了密封材料(46)。应力锥(34C)的不同结构可以适应密封材料(46)的移动或热膨胀，应力锥(34C)带有开口(70)或表面，它们是挠性的并设置成能例如在前述接头的热周期性变化过程中保持所述密封材料(46)上的压力。

Description

电连接件

本发明涉及到对电连接件进行保护。所说的连接件可位于两条或多条电缆之间(即是串联或分支接头)、可位于两个或多个诸如变压器及配电装置之类的其它电气设备之间，上述连接件还可包括另一条电缆或者位于电缆与包括有电缆适配器和端头的设备之间。上述连接件通常需要加以保护以免潮气进入互连的导线内并且需要在该连接件周围提供电绝缘。此外，当电压超过约10KV时，通常还希望有某种形式的电应力控制。本发明普遍适用于通常约为1至10KV的低压下的电连接件，通常约为10至36KV的中压下的电连接件以及通常大于36KV的高压下的电连接件。

存在有用于保护上述连接件的多种技术，其中某些技术更适用于一定的电压范围而不适用于其它的电压范围，并且，某些技术例如适用于诸如聚合物之类的一种材料制成的电缆而不适用于例如纸质电缆之类的其它电缆。上述技术中包括有聚合物的热装冷缩系统、合成橡胶的推进穿轧系统、合成橡胶的保持系统、卷带系统、热沥青填充系统以及树脂低温浇注系统。其内容已公布于国际申请文件第WO95/11543号的未决的Reychem的美国专利申请第08/138360号公开了一种电力电缆接头，这种接头填充有诸如凝胶之类业已发现有非常良好性能的可压缩密封材料。

本发明具体涉及到位于电缆与其它电气设备之间的连接件，其中，使用了可压缩的并且最好能油膨胀的聚合物密封材料，以便在该连接件周围形成密封并提供电绝缘。

因此，依照本发明的一个方法，提供了一种包封件，它设置成能包封住一屏蔽电力电缆与另一电气设备之间的连接件，上述包封件包括：一外罩；至少一个电应力锥，它包含在前述外罩内；以及，一定量的可压缩的密封材料，这些材料由前述外罩所包容并在包封住上述连接件时基本上填满了所说的外罩，其中，所述应力锥包括弹性开口装置，它设置成能根据密封材料的体积变化而改变自身的体积，从而，能在使用中保持基本上完全填满上述连接件周围的外罩而不会在其中形成空穴。

因此，当密封材料的体积因包封对象或外部环境的温度变化或其它外部压力的变化而改变时，所述弹性开口可以适应该密封材料的体积。密封材料最好粘合于上述弹性装置以便将因密封材料的运动而形成空穴的可能性减至最小。

上述开口装置可随密封材料的膨胀而膨胀或延伸，或者，该开口装置可设置成在密封材料处于膨胀状态时处于一种松弛的形态，而上述密封材料的膨胀状态应该是该密封材料在使用中的大部分时间内所具有的状态。

在本发明的众多应用中，弹性开口装置最好能对密封材料施加连续的压力。但是，在密封材料包括由固体和液体成份构成的混合物例如包括含有油浸聚合物的凝胶时，所说的压力不应将液体成份明显地挤压出最终的系统。

所述开口装置可由完全包含在应力锥的弹性部分内的空穴或气体截留部分构成或者位于应力锥的弹性部分与外罩的非弹性部分之间。

可以提供一弹簧及活塞装置以防止在连接件内形成空穴。另外，可将一弹性壁面设置成一隔层以便对密封材料施加压力或保持该密封材料上的压力。

通常需要所说的密封以阻挡空气、潮气或其它流体的通过。

本发明的密封材料一般包括任何可压缩的密封材料例如树脂或油脂(特别是诸如硅脂之类相当粘稠的油脂)。但是，所述密封材料最好包括硬凝胶。

所说的凝胶例如包括硅凝胶、尿素凝胶、SEBS、SBS、二嵌段和三嵌段共聚物以及它们的混合物、尿烷凝胶或者任何适当的凝胶或胶态密封材料。最佳的凝胶包括油膨胀的共聚物合成物。正如使用斯蒂文森-沃兰德结构分析仪(Stevens-Voland Texture Analyser)所确定的那样，所述凝胶在室温下最好有一定的硬度，该硬度大于48g、具体地说大于14g，特别是大于18g，例如在18g与29g之间。上述分析仪的测试设定值应该是：速度＝0.2毫米/秒；穿透深度＝4毫米；球体直径＝0.25英寸。最好具有一定的应力松弛，该应力松弛小于60％，具体地说小于50％，特别是小于40％且最好大于10％。正如根据ASTM D638所确定的那样，室温下的临界延伸率最好大于100％，特别是大于200％，具体地说大于400％。100％变形时的拉伸系数较好地是至少为1.8MPa，更好地是至少为2.2MPa。一般地说，压缩永久变形应小于25％，特别是小于15％。最佳的是，所说的凝胶具有如ASTM D217所测定的锥入度，该锥入度至少为50(10^-1mm)，较好为至少100(10^-1mm)，更好为至少200(10^-1mm)且最好不大于400(10^-1mm)，特别是不大于350(10^-1mm)。就其它的凝胶参数而言，可参照美国专利4852646号，特别是参照该专利的图3，它示出于沃兰德硬度(Voland Hardness)与锥入度(Cone Penetration)值之间的关系，本文引用了上述专利的全部内容。此外，还可参照美国专利5079300号所公开的适当材料，本文引用了该专利的全部内容。

此外，由凝胶构成的共聚物合成物可例如包括合成橡胶或嵌段共聚物，该嵌段共聚物具有相对较硬的嵌段以及相对较软的弹性嵌段。上述共聚物的实例包括例如苯乙烯-丁二烯或苯乙烯-异戊二烯两嵌段或三嵌段共聚物等苯乙烯-二烯嵌段共聚物，或者包括如国际专利文件WO88/00603号所公开的苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物。但是，所说的共聚物合成物最好包括一种或多种苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物，例如包括日本Kuraray公司用Septon商标出售的共聚物。具体地说，Septon 2006是一种最佳的品牌。凝胶中所使用的膨胀剂液体最好包括通常用于使弹性材料膨胀的油。所说的油可以是如烷族或环烷油之类的碳氢油、如聚丁烯或聚丙烯油之类的合成油以及上述碳氢油与合成油的混合物。最佳的油是非芳香族的链烷烃与环烷碳氢油的混合物。所说的凝胶包含有诸如除湿剂(例如苄基氯)、防氧化剂、着色剂以及杀菌剂之类的公知添加剂。

本发明所使用的凝胶最好具有一定的绝缘击穿强度，该强度至少为18KV/mm，最好大于24KV/mm，最佳范围在24至50KV/mm之内，甚至可以高达100KV/mm。上述数值不仅适用于成块的凝胶本身，而且适用于凝胶和在所述连接件内凝胶与之相接触的其它材料之间的任何接合面。最佳的凝胶材料包括硅凝胶，它是一种掺有惰性硅油的硅聚合物。

依照本文件，应该认识到，文中密封材料的“可压缩”这一术语是指这样的材料，这种材料在受到外部压力时是可压缩的，从而能在所包封的对象周围塑性变形。所说的压力源于包含有密封材料的外罩，而密封材料则例如以在周围封闭的方式作用于电连接件，或者，上述压力源于密封材料的热膨胀。在最佳密封材料是凝胶的情况下，所述压力会导致基本上与前述对象完全一致的变形和/或移动，即使在热周期性变化的情况下也能保持这种一致性。

所说的连接件通常具有基本上为圆柱形的结构。本发明特别适用于这样的连接件，在该连接件中，外罩包括两个或多个相互接合的组件，例如包括两个对开外壳。在这种结构中，应力锥也最好由多个组件构成，例如由两个在外罩合拢时相拼合的对开锥构成，因此，所说的连接件会以环绕的方式适当地形成在例如是压接器的成品电连接件周围。适当的是，将凝胶密封材料提供成包含在外罩各个部分内的填充物，然后该密封材料封住外罩的各个部分之间的接合面。未决的Raychem的美国专利申请08/138360(WO95/11543)公开了特别是在将凝胶用作密封材料时的这种结构的优点，本文引用了上述专利的全部内容。具体地说，两部分凝胶的接合面处的非常高的绝缘强度以及凝胶对诸如电缆材料(通常是聚乙烯或聚偏二氯乙烯)之类的连接件组件的优良粘合力可基本上防止在它们之间出现气穴并提供一种电缆接头，它例如具有比先前接头短很多的长度。较短长度的接头需要较少的电缆预处理，从而需要较少的加工时间，在把电缆系统埋在地下时特别是如此。

本发明所使用的最好由两个相互接合的对开外壳构成的外罩最好由具有约10³欧姆-厘米体积电阻率的导电聚合物材料制成。其材料最好是掺有碳的聚丙烯。此外，所述外罩可带有一绝缘的内部组件以及一导电的外部组件，以便提供必要的屏蔽功能。至于外罩的其它可选方案，还有在连接件上延伸的推进结构或者如美国专利4868967号所公开的转动套管。封住电连接件的外罩最好具有至少一部分这样的壁面，它受到挠性密封材料的压力而弯曲，从而能适应该密封材料的体积变化。上述弹性壁面部分可从外部粘合于一非弹性壁面部分以便在两者之间限定一位移空腔，此空腔内可包含有弹性装置。还可以想象，大部分外罩表面(即＞50％)、最好基本上是从外缘封住密封材料的整个外罩表面都有弹性。所说的外罩可以变形，因此，它可以从一种形状的截面变成能封住较大体积的另一种形状的截面。例如，该外罩可设置成能从普通椭圆形截面变成基本上为圆形的截面。

具体地说，尽管不是排它的，但在密封材料是诸如油膨胀的聚合物之类的材料时，如果密封材料在封住由例如两个对开外壳构成的外罩的周围时受到压力，则为了能包含住该密封材料，外罩的闭合边缘最好在最终合拢之前、从而在有显著的位移压力作用到上述密封材料之前相重合。例如，就两个纵向延伸的对开外壳而言，沿半个外壳纵向边的凸缘可嵌入沿另半个外壳边缘的凹槽。因此，上述密封材料会在有足够压力作用于该密封材料从而将其横向地挤出外罩之前按圆周包含在封闭的外罩内。

还提供了用于限制外罩相对其包封对象作旋转运动和/或纵向运动的装置，而所说的包封对象则例如是一电连接件。

封闭外罩的挠性部分或位于受到密封材料的压力并包含有该密封材料的接头内的其它组件的挠性部分按这样的方式设置，即：该挠性部分可使密封材料任意地收缩，以避免形成任何气穴。

法拉第盒(Faraday Cage)部件最好由导电的热塑材料构成，该材料具有与导电外罩相似的电阻率，但上述部件也可以由金属或镀以金属的塑料材料构成。上述导电的法拉第盒部件最好是弹性的以便对密封材料施加压力，从而能基本阻止在上述外罩内位于包含在该外罩内的上述导电部件的外侧处形成空穴。上述导电部件最好带有至少一个完全包含在该部件内并受到密封材料压力的空穴或气体截留部分。用于法拉第盒的支架最好由绝缘的热塑材料构成。上述支承部件可适当地与外罩相连以便能确实地使上述导电的法拉第盒部件定位于可塑性变形的密封材料之内。

本发明中使用的应力锥可由导电橡胶或弹性材料构成，例如由通常体积电阻率为10³欧姆-厘米的EPDM构成。

所说的包封件可包括例如起应力消除锥作用的密封部件，该密封部件最好包括：(a)一相对有刚性的组件；以及，(b)一相对有弹性的组件，此组件上带有至少一个开口。上述相对有刚性的组件设置成能将相对有弹性的组件推挤成基本上完全地贴合在前述包封对象周围，因此，上述密封部件可以容纳不同尺寸、通常是不同直径的多种对象，该对象例如是电力电缆，同时能保持该对象周围有良好且基本上无空穴的密封。

应该认识到，本发明中使用的上述各种成分的材料都应选择成和与之相接触的任何成分相兼容并且特别是在较长的时间内与该成分没有有害的反应。

依照本发明的另一个方面，提供了一种位于电缆与其它电气设备之间的连接件，该连接件包封在本发明第一个方面的包封件内。

所说的其它电气设备可以例如是另一种电缆或者诸如与上述电缆相连的配电器或变压器之类的设备，或者是上述电缆所端接的其它设备。

下文中将特别参照附图中的图1至图6以及图8来说明包封件和连接件，但是，可以想象，其它附图的装置例如与法拉第盒(图1和图13)、外罩(图1、图6、图14至图20以及图23至图25)相关的装置也包括在上述包封件或连接件内。此外，本发明还包括法拉第盒支承装置(如图21和图22所示)并使用了一调距密封部件(如图1、图7以及图9至图12所示)。上述装置中的某些装置是我们以参考文献号RK503、RK505和RK506同时提交的专利申请书的主题。本文引用了上述参考文献的全部内容。

以下参照附图以举例的方式说明本发明的实施例，在附图中：

图1概略地显示了位于两个屏蔽的15KV电力电缆接头之间的串联式接头的剖面图，它用于显示本发明的一般原理；

图2、图2A概略地显示了本发明的第一实施例，其中，图1所示接头的应力消除锥设置成能适应该接头的密封材料的膨胀；

图3显示了图2中应力消除锥的另一种形式；

图4、图4A分别以剖面图和等角投影图的方式显示了应力锥的又一种形式；

图5、图5A分别以剖面图和等角投影图的方式显示了图1中电缆连接件的另一种形式，其中，可以适应密封材料的膨胀；

图6显示了一种改进型接头的一半的局部剖面；

图7显示了供图1中接头使用的应力锥的再一种形式；

图7A显示了图7中应力锥的剖视图；

图7B显示了图7中应力锥的颠倒的等角投影图；

图8显示了图1接头内用于适应密封材料膨胀的应力锥的再一种改进形式；

图9显示了图1中普通接头结构内所使用的外罩及应力消除锥的改进结构的一半的分解图；

图10显示了连好后的接头的剖面图，该接头使用了图9所示的应力锥；

图11和图12是一改进型调距应力锥的一半的后端的等角投影图；

图13A、图13B和图13C概略地说明了可应用于图1中接头的法拉第盒的装置，该装置用于适应所述接头的密封材料的膨胀；

图14概略地显示了图1接头的外罩的一种改进形式，它用于适应密封材料的膨胀；

图15显示了图1外罩的另一种改进形式；

图16显示了再一种改进形式的一半的等角投影图，其中，一完整的插入件保证了凝胶的膨胀并包括应力锥；

图17和图18显示了分别沿图16中B-B线和A-A线的剖面；

图19和图20概略地显示了上述接头的外罩的一种改进形式，它由三个组件组成；

图21概略地显示了这样一种结构，在这种结构中，当用非刚性材料包封住电缆接头的法拉第盒时，可以支承住该法拉第盒；

图22显示了用于法拉第盒的支承件的另一实施例；

图22A显示了一种接头的一部分的剖面图，该接头使用了图22中的支承件；

图23和图23A以剖面图的形式显示了一沿上述接头的外罩的两个对开外壳的纵向边缘的密封件的实施例；

图23B显示了一改进型接头的剖面图，它示出了一纵向包封装置；

图24是接好后的接头的一个实施例的等角投影图；以及

图25是外罩的又一个实施例的侧视图。

参照图1，所说的串联式接头形成在两个基本上相同的聚合物电缆2、4之间。以标准的方式依次修剪相应的外部护套6、8、屏蔽线10、12、屏蔽层(半导电或导电的)14、16、主绝缘层18、20以及导线22、24，屏蔽线10、12弯折到相应的护套6、8上以便进行随后的跨接于上述接头两端的相互连接(未示出)，从而保持接地的连续性。尽管可以使用任何其它适当类型的连接器，但使用了一压接连接器来实施导线22、24的电连接。用包括两个通常为半圆柱形的对开外壳28、30的部件对所形成的导线连接进行电应力控制，所说的对开外壳由导电的聚合物材料构成并在上述两条电缆之间的壳体26周围合到一起，而且，上述对开外壳在电缆绝缘层18、20上纵向地延伸一小段距离。每个对开外壳28、30均带有三个向内的凸缘32，它们与压接连接件26作电接触，从而保证了所述对开外壳28、30与包封在该对开外壳内的导电组件有相同的电位即有着上述电缆导线的电位。因此，对开外壳28、30会在压接件26以及外露的导线22、24周围提供法拉第盒效应。应该注意，对开外壳28、30并未密封在电缆绝缘层18、20上。

为相应的电缆2、4提供了应力消除锥34、36，它们定位成能以通常的方式提供锥形表面，此表面背离相应屏蔽件14、16的切削端。应力锥34、36由导电橡胶制成，每个应力锥均设置成一对对开锥，以便在形成了电缆2、4之间的电连接之后组装到电缆2、4的周围。

应力锥34、36以及法拉第盒28、30被完全包封在一对通常为半圆柱形的外部铰接对开外壳38、40内，这对外壳由导电的聚合物材料即掺有碳的聚丙烯构成，它们嵌在一起以便形成一夹持在电缆2、4周围的圆柱形外罩，从而能密封到朝向接头各侧的相应电缆接套6、8上。

按两个半圆柱形组件42、44来形成的电绝缘支架与法拉第盒28、30的外表面相连并且与外罩38、40的内表面相连，从而能确实使法拉第盒28、30在纵向和径向上定位在所述接头之内，以便确保法拉第盒电绝缘于上述外部外罩。

外罩38、40中处在支架42、44与法拉第盒28、30周围及之内的、并在纵向上与应力锥34、36相连的空间填满了电绝缘的硅凝胶46。

通过将相应的支架42、44、法拉第盒28、30以及应力锥34、36放置到相应的外罩对开外壳38、40内，将液体、未凝固形式的凝胶46倒进各个对开外壳直至该外壳的边缘，然后使凝胶凝固，就可以将前述接头的组件装配起来。然后，通过切削来处理电缆2、4，用压接件26将导线22、24连在一起，此后，通过将准备好的外罩对开外壳38、40夹持到电缆2、4的周围而提供绝缘，减少应力并形成屏蔽。将对开外壳38、40连到一起会使得各部分凝胶46通常为平面的表面结合到一起，这就不仅能在半开外壳相交处提供凝胶对凝胶的高绝缘强度的接合面，而且能在电缆2、4的诸如绝缘体18、20之类被包封起来的组件上提供高绝缘强度的接合面。

当上述两个对开外壳38、40在连好的电缆2、4周围封闭起来时，凝胶46就会受到压力，因而会在上述所有组件的周围塑性变形并且与这些组件相贴合。因此，会将已连好的电缆周围的空气挤走，变形了的凝胶46会占据上述空气的位置。应该注意，凝胶46会在包封之前基本上填到了对开外壳38、40的边缘。所以，一旦在连好的电缆周围进行包封，就会有一定量的凝胶46产生位移，所说的接头的结构必须能适应这种情况。此外，电力电缆2、4的热周期变化也会导致凝胶膨胀，也必须能适应这种情况。下文所公开的接头的实施例解决了上述问题。

Raychem公司的未决的美国专利申请08/138360(WO95/11543)号给出了上述接头的一般结构与组件的细节和特征，本文引用了该专利的全部内容。

以下图2至图25更详细地示出了图1中电缆接头的具体特征以及这些装置中的每一种的依照本发明不同方面的变化形式。应该认识到，本文所述的两种或多种特征的所有组合均被认为是本发明的实施例，除非这种组合是明显不可操作的。

参照图2和图2A，呈两个通常为半圆柱部件形式的应力锥34A是图1中具有基本结构的应力锥34的改进形式。该应力锥形成在外罩40内从而和该外罩一道限定了一环形空穴。锥34A向离开隔层14边缘的方向延伸，而锥34A的前缘53则密封在外罩40上。

可以看出，凝胶46围绕电缆的绝缘体18填满了外罩40内的容积。图2所示出了电缆接头在安装时的结构，其中，电缆未被加电并且是冷却的。在使用过程中，电缆的导线会达到高达95℃的工作温度，在某些情况下甚至会达到更高的温度。在这种情况下，接头内通常在约200克至约300克之间的凝胶的体积会膨胀高达20％。在有刚性外罩40的情况下，这种膨胀必须能被包容在接头的结构之内。在本实施例中，凝胶46作用于应力锥34A的相对柔软的橡胶上的膨胀会挤压空穴50，如图2A所示。当凝胶46因冷却而收缩时，锥34A的弹性、具体地说是其前缘52的弹性，会作用于凝胶从而会保持凝胶在接头的各个组件周围的密封压力。因此，由于在所有情况下凝胶46上都会保持有足够的压力，所以，可阻止在接头组件周围受到较高电应力的区域内形成空穴，而所述受到较高电应力的区域则位于两个对称地设置于接头两端的应力锥34A与36A(后者未示出)之间。应该注意，通过使空穴50适当地定位，可以使应力锥34A的前缘52在电缆2外部的一定径向距离处产生变形，因此，至少不会以任何显著的方式减少对屏蔽层14的切削端处的电场的控制。

图3示出了位于外罩40内的另一种改进型应力锥34B，其中，被弹簧64向外偏压的活塞62使得该应力锥径向向外的端部处的开口60靠近凝胶46的入口。因此，当凝胶46膨胀时，施加于活塞62上的压力会使得该活塞逆着弹簧64的弹力进入开口60，当凝胶体46松弛时，弹簧64的恢复力会保持对凝胶体46的压力，从而能阻止在接头易受电干扰的区域内形成任何不希望有的空穴。

图4和图4A示出了应力消除锥的又一实施例，该应力消除锥设置成可适应通常具有图1结构的接头内的凝胶的膨胀。图中的弹性锥34C安装在外罩40内并带有一开口70，此开口与该锥的内壁相邻。开口70是开放的，以便接收凝胶46并允许凝胶进出在后端处即在远离接头压接区域的端部处粘合于壁面部分72的应力锥的内部，而壁面部分72则起一膨胀室74的隔层的作用。所以，在使用过程中，凝胶46的体积增加会通过开口70将压力施加到隔层72上，隔层72会因此而扩张，而在凝胶松弛时，隔层72则会恢复至其自然的未扩张的状态。

图5和图5A的改进型接头结构示出了一应力锥34D，该应力锥的前端上配备有一圆柱形的管状延伸部80，该延伸部终止于一凸缘82，此凸缘则固定在外罩40D的内壁上。外罩40D在围绕锥延伸部80附近的圆周上有一部分呈拱形从而形成了一凹腔84，而延伸部80则安装成跨越该凹腔的挠性隔层。因此，接头内凝胶46的体积增加会将延伸部80推挤成部分地伸进凹腔84内。所以，当温度变化导致凝胶体积增加或减小时，凝胶46上会保持有连续的压力。如图5A所示，凹腔84通过一通道86与位于锥34D后部的区域相通以防止形成真空。从图5A中可以看出，膨胀凹腔84仅绕外罩的各个对开外壳38D、40D的圆周部分地延伸，从而使得包含在接头的对开外壳内的凝胶能够在边缘上封住该对开外壳。如图所示是应力锥34D的整体延伸部但也可以是一独立组件的部分80沿外罩38D、40D的纵边在两个对开外壳相拼合的位置处直接粘合于外罩38D、40D，以阻止空气被截留到部分80与外罩之间。

在具有图5和图5A原理的一种改进形式中，外罩38、40不呈限定诸如标号84之类凹腔的拱形，而是作为一个直圆柱体在隔层部分80上延伸并与该部分相接触。在这种结构中，可以是独立于应力锥34、36的组件的延伸部分80除沿前述纵边以外不粘合于相重叠的外罩。因此，在凝胶46收缩时，部分80会在经由通孔86的空气压力的作用下随凝胶朝向接头中心的运动而在实际上移离外罩的内壁。可以想象，组件80包括一沿接头纵向方向完全线性延伸的部分。在本实施例中，组件80也可以在包围法拉第盒28、30的区域内粘合于外罩38、40，以便在这一区域内保持接头的电几何形状。

图6示出了接头600的一半的一部分，所说的接头综合了图3和图4实施例的原理。接头600的包封用对开外壳602带有一纵向延伸的通道604，此通道位于该对开外壳的外壁内并在一圆周位置处沿上述对开外壳的几乎整个长度延伸。定长通道604的每一半内(仅示出了该通道的一半)均固定有一弹簧606和活塞608。一基本上刚性的对开应力锥610位于对开外壳602内并带有一通道612，上通道位于上述应力锥的外表面上并从锥610朝向接头的凝胶填充体614的前端延伸至锥610的后部且与外罩通道604相通连。因此，凝胶614可流经位于锥610与外罩602之间的通道612并进入外罩通道604，从而作用于或受作用于弹簧偏压的活塞608，以便容纳凝胶体的移动或膨胀。

图7、图7A和图7B中的再一种改进型应力锥34E配备有如以上参照图5和图5A所述的改进型隔层装置以及某种调距装置。因此，锥34E前端即朝向凝胶的锥形表面上带有一开口90(图7A和图7B)，具体如图7A所示，图7A示出了上述应力锥的剖面。凝胶46(未示出)进入开口90并将力施加到应力锥起隔层92作用的外表面上，从而延伸进一个以与参照图5和图5A所述相似的方式形成在外罩(未示出)上的位移凹腔内，所说的凹腔形成在外罩包封住锥34E主体的那部分上。此外，开口90的后表面以与参照图4和图4A所述相似的方式起一隔层的作用。

应力锥34E还带有调距装置，调距装置能使得上述应力锥用于给定范围内的不同直径的电缆。因此，应力锥34E内带有三个开口96、98、100，这些开口通向应力锥的后表面(图7和图7A)并限定了两个位于这些开口之间的通道102、104，这两个通道横向地延伸进所说的应力锥内并从前述后表面以纵向的方式部分地延伸进上述应力锥。以下将参照图9和图10说明应力锥34E调距能力的操作及其与外罩的配合。

当凝胶46因包封后的电缆在使用中温度升高和/或因外罩40周围的环境温度升高而温度有所上升时，前述实施例允许接头内的凝胶46体积膨胀。但是，由于在接头的通常状态下，也即对接头使用寿命的大部分时间而言，凝胶46总是处于受热状态并因此而膨胀，所以，可以想象，应能适应某些情况下例如经由电缆的电力中断时的收缩。上述凝胶体移动结构取决于一弹性部件的运动，可将该移动结构设置成在凝胶膨胀时处于松弛状态并且在凝胶冷却及体积减小时延展开来，以便保持凝胶上的压力。图8示出了上述结构的一个实施例，其中，应力消除锥34F带有一开口110，此开口部分地位于上述应力消除锥与外罩壁面60F相邻的外圆周上。外罩60F带有一切口部分112，此切口部分与开口110相邻但却通过固定在所述切口部分上的挠性隔膜114与前述开口相分隔。切口部分112通向应力锥34F的后部。将隔膜114及其与外罩60F的连接设置成能使得在接头的正常操作状态下膨胀后的凝胶46可填满开口110且隔膜114处于松弛状态。在冷却从而凝胶46收缩时，隔膜114就会受到来自气室(未示出)的过量空气压力的挤压，从而扩展、延伸进开口110并处于虚线所示的位置，因此能保持凝胶46上的压力。

应该注意，参照图8所述的原理也适用于其它结构，例如适用于参照图5和图5A所述的结构。

图9和图10以应用于供例如图1中接头使用的应力消除锥为例示出了一调距结构的实施例，所说的调距结构用于在具有不同直径的细长包封对象的一个上形成密封。外罩160由有相对刚性的导电聚合物即聚丙烯材料构成并且呈两个通常为圆柱形的对开外壳的形式(只示出了其中的一个)。外罩160的各端上均配备有两个基本上平行且朝内的平面凸缘或凸棱162，它们用于和相应的应力消除锥164相接合，每个应力消除锥也形成为两个对开的锥体。应力锥164由有相对挠性的导电橡胶材料构成并带有凹槽166，这些凹槽用于接收相应的凸缘162。从图10中可以看出，当参照图9所述的两个结构在电缆168周围合到一起时，已成形的应力锥164的较柔软的材料会在电缆168的外径上延展并且会沿接头包封件的两半的接合表面170相分离。但是，延伸进位于电缆168两侧的应力锥164内的凸棱162的刚性会阻止应力锥164在接合面170处移离电缆168。

在图9和图10所示的实例中，应力锥164的挠性材料内带有开口172，这些开口通向锥形表面的后部即处在远离接头压接区域的表面上并且位于在装配好的结构中被凸棱162所加强的凹槽166的旁边。开口172可促使应力锥164的内表面在电缆168上扩展以便容纳较大尺寸的电缆，同时在接合面170处保持电缆周围的良好密封。中心开口172具体限定了一内部半圆柱形隔膜，它可在电缆168的周围伸展，而刚性的加强凸缘162则将锥体164的两半推挤成与在接合面170处被包封起来的电缆168保持一致。

应该注意，图9和图10的相互接合的加强结构不使用应力消除锥就能与细长的包封对象保持一致。这种原理可例如用于在一转轴的周围提供密封或者用作一套管，在该套管中，具有多种直径中的一种直径的电缆贯穿一护罩。

参照图11和图12，由导电橡胶材料制成的半个锥体800是图9和图10中半个锥体164的改进形式。应该注意，与半个锥体164相似，半个锥体800带有封闭的前端，并且，上述锥体将放置在各个对开外壳的一端，而所说的对开外壳则构成了电缆接头周围的包封件(图1和图12只示出了一个对开外壳的一部分)。一较大的开口802在半个锥体800的后端(如图所示)处延伸至该锥体的封闭的前表面并且在径向上被半个壳体804所封住。开口802被一对凸棱806分成三部分。而这对凸棱则以与如图9实施例所示凸棱162相对外罩的半个锥体160延伸相类似的方式相对半个壳体804的内表面大致径向地延伸。凸棱806设置成在使用中位于接头内电缆的两侧。半个锥体800内侧处的相对较薄的壁面部分808呈拱形，从而能在使用中贴合于被包封的电缆并接收和引导凸棱806的内部自由端。如图11所示，凸棱定位于比较靠近接头纵轴的位置，从而使得半个锥体800的内壁808的拱形部分的长度为最小。在凸棱806的上述位置处，半个锥体800会与有最小直径的电缆(未示出)保持一致。从图12中可以看出，凸棱806具有一定的挠性，这种挠性可使得凸棱向外倾斜并使得较大的一段拱形壁面部分808在上述凸棱之间延伸。在这种状态下，半个锥体800会与最大直径的电缆相致。应该注意，与图9和图10的实施例有所不同，本实施例中半个锥体的内表面808不会延展。但是，凸棱806的存在仍然可以在没有气穴出现在电缆表面附近的两个对开锥的接合面处的情况下确保合起来的锥体在多种尺寸的电缆周围的有基本上完整的贴合性。应该注意，凸棱806的挠性会使得凸棱在较大直径的电缆周围向外倾斜但能使得凸棱相对于对开锥体800的较为柔软的弹性材料有相对的刚性。

图13A以及图13B和图13C示出了用以保证凝胶46在图1中接头内膨胀的另一种方法，上述每个附图均未出了根据图1中标号28、30所示法拉弟盒改进而成的法拉第盒。参照图13A，两个对开外壳28A、30A由挠性的导电聚合物材料构成并且包括有三个开口120。当凝胶46膨胀时，会有增加了的压力作用于对开的外壳28A、38A，而上述外壳则会因开口120的挤压而变形。凝胶的冷却会导致开口120的体积膨胀从而能保持凝胶46上的压力。

图13B和图13C示出了图13A中结构的一种改进形式，其中，对开外壳28B和30B的端部均密封在电缆的绝缘体18、20上，从而限定了两个开口122，这两个开口位于围绕着压接后导线的法拉第盒28B、30B之内。如图13C所示，当凝胶46膨胀时，开口122通过使对开外壳28B、30B向内弯曲来适应凝胶压力的增加。

图14和图15公开了具有图1中接头原理的两个实施例，其中，外罩40结构的一种改进形式可适应密封材料46的体积变化。

在图14的实施例中，通常为刚性的外罩40C配备有挠性壁面130作为其表面的一部分，上述挠性壁面要受到包括在所述外罩内的凝胶46(未示出)的压力。为了使得在使用中可埋入地下的整个外罩40C具有刚性，将一刚性的罩盖132设置成能套在挠性壁面130上以便与该壁面一道限定一凹腔。由橡胶构成的弹性块134放置在所说的凹腔之内。因此，当凝胶46膨胀时，挠性壁面130会逆着刚性外罩40C的阻力使得有压力去压缩弹性块134，而在凝胶46收缩时，则壁面130会保持凝胶上的压力以阻止在接头周围形成空穴。

图15的实施例设置成能取得与图14的实施例相同的效果，但是，为了达到这一目的，每半个外罩40D均由橡胶材料构成并在应力锥142的附近带有一具有较薄截面的圆周部分140，以便能以最佳的方式膨胀从而适应凝胶体积的任何增加并对凝胶施加回复力。

参照图16、图17和图18，一细长的半圆柱形整体橡胶模件1000具有一较薄的壁面中间部分1002(图17)以及一对较厚的壁面端部部分1004，这对端部部分的内侧上形成有一对开应力锥1006(图18)。模件1000设置成能嵌进一刚性的塑料外部壳体1008内，此壳体沿中间部分1002的至少一部分与模件1000相分离。模件1000内的凝胶填充材料的移动或膨胀会使得中间部分1002弯曲进由上述外部壳体提供的膨胀室，而所说的壳体则最好由接合后的接头的一对对开外壳构成。

将在下文中参照图21、图22和图22A予以说明的刚性内部支承件150、160可合并进橡胶模件1000并通过以卡接配合的方式嵌入上述塑料的外部壳体内而定位。

参照图19和图20，概略地示出了两条电缆1140和1142在标号1144处连到了一起。一卷绕的弹性绝缘体114的端部上带有指状件1148，这些指状件逐渐变细以便与接头区1114两侧的电缆1140、1142的减小了的直径相一致。一圆柱形的包封件1150在开始时卷滚到各个电缆1140、1142上。包封件1150由导电的橡胶构成。

图20示出了部分接合好的接头。可以包括一对相拼合的对开外壳而不是如图所示那样由卷绕结构构成的绝缘体1146封住了绝缘的凝胶材料1152并且还可包含有封住该凝胶密封材料的固态绝缘材料。绝缘体1146包封在接头1144周围，而指状件1148则收缩到电缆1140、1142上。图中示出了一导电的包封件1150业已相对其在电缆1140上的停留位置伸展，从而延伸成刚好跨越绝缘体1146的一多半。此后，仍停留在电缆1142上的另一包封件1150也会伸展以便与上述第一个包封件相重叠。通过这种方式，包括有指状端部1148的绝缘体1146以及整个的电缆接头区均会被包封在两个导电的外部部件1150之内。

图21、图22和图22A公开了电缆接头的实施例，其中，诸如法拉第盒之类的导电组件在由非刚性材料所包封时会被支承在所述的接头之内，具体地说，上述导电组件可以以确定的方式相对一导电外罩定位。

在图21中，拱形的法拉第盒280由导电的聚合物材料制成，并如前所述那样设置在硅凝胶密封材料46内，上述法拉第盒(通过未示出的装置)径向地间隔于被包封起来的压接导线(未示出)并轴向地定位在应力锥34G与36G之间。所说的这些组件均包封在外罩40之内，而外罩40则由加了导电填料的聚丙烯构成。在某些情况下，特别是在凝胶46的温度增加时，就会存在这样的可能性即：导电的法拉第盒28C在凝胶46内横向地移向处于地电位的外罩40，从而相对电缆导线的高压形成了一短路。在本实施中，利用一绝缘的聚合物支承或分隔件150可阻止法拉第盒28C移动。支架150呈拱形并安装在法拉第盒28C与外罩40之间的环形间隙内，而且与前述组件相似，是以两个对开外壳的形式构成的。分隔件150的每一半上都配备有一系列凸缘，这些凸缘位于分隔件的弯曲表面上，从而将分隔件150与法拉第盒28C及外罩40分开，以使得凝胶46基本上完全填满该分隔件周围的空间。分隔件150设置成能例如通过互锁凸缘及开口和/或一卡接配合装置而与法拉第盒28C及外罩40作良好的物理接合，从而在径向上和纵向上都将导电的法拉第盒28C牢固地保持在接头内的适当位置处。

图22和图22A示出了供法拉第盒使用的支承件的另一种变化形式。参照这两个附图，绝缘的聚合物支承件160具有局部的半圆柱形结构并在端部处带有凸缘，以便在使用中用于支承法拉第盒28时提供一位于支承件160与外罩60之的环形通道162。如图22A所示，该图是接头的对开外壳组件中的一个的剖面，法拉第盒28和外罩60均呈完全的半圆柱形，因此，当它们在压接的导线(未示出)周围与相应的对并外壳合在一起时，它们的圆柱形表面就会合拢。但是，上述支承件的两个对开外壳(只示出了其中的一个160)延伸小于180度，且这两个外壳之间的区域及通道162由凝胶46所填充，从而能在将这两个对开外壳包封到压接区域时于法拉第盒28与外罩60之间提供凝胶对凝胶的径向接合面。支承件160可以如参照图21的实施例所说明的那样以机械的方式与其相应的半个外壳的法拉第盒28及外罩40相互锁，从而使法拉第盒28牢固地定位于接头之内。

不过，支承分隔件150、160不必以与相关的法拉第盒有共同边界的方式纵向延伸。

在另一个实施例中，可以想象，所述支承件可与法拉第盒和/或外罩模制成整体。在这种结构中，支承件的模制操作可将空气排出该支承件的模制表面，从而避免了需要使凝胶46能进出支承件与法拉第盒和/或外罩之间的任何接合面。

图23和图23A示出了两种不同的结构，利用这两种结构，可以使电缆接头的外罩的两个对开外壳的纵边互锁到一起。在上述两种情况中，一个边缘180、180A均配备有沿其延伸的凹槽182、182A，它们具有图23所示的梯形截面和图23A所示的锁眼式截面。凹槽182、182A内充满了凝胶，所说的凝胶最好与能构成接头的成块绝缘体的那种凝胶体相同。外罩的相对的边缘184、184A上配备有相应形状的凸缘186、186A。在将外罩的两个对开外壳包封到所述电连接件周围时，凸缘186、186A就会与相关的凹槽182、182A相接合，而所说的凝胶则会在它们之间形成密封。

参照图23B，它在标号200处概略地示出了一连接好的电缆的截面，上述电缆部分地嵌在凝胶202内，而凝胶202则包含在一对对开外壳204、206的各个部分内。对开外壳204、206基本上呈半圆柱形并且沿着一对纵向边缘在标号208处铰接在一起。由上述两个对开外壳构成的已铰接起来的圆柱形外罩包封在所述已连接好的电缆周围，图23B表示刚好在合拢外罩之前的情形。对开外壳204，206与铰接件208相对向的纵向边缘上沿着外罩的大部分长度配备有相配合的榫舌210和凹槽212，而外罩则包含有要被推挤成贴合于被包封起来的已连好的电缆周围的凝胶202。榫舌210沿圆周方向具有这样的长度即：当合上两个对开外壳204、206时，该榫舌就会在凝胶202上的压力足以将凝胶侧向地挤出外罩之前与凹槽212相接合。通过这种方式，所有的凝胶202都会完全地包含在以圆形方式合拢的外罩之内，从而避免了对凝胶的任何可能切剪，这种剪切在以后会导致外罩内有空穴形成。

利用沿榫舌210外表面的多个分立式凸缘214可将两个对开外壳204、206确实地锁定到一起，而所说的凸缘则卡在凹槽212外壁上的相配合的开口216内。

通过在半个外壳206的整个边缘周围提供一凸脊218，可以密封住外罩，以防该外罩边缘周围的潮气、空气、灰尘或其它杂质在两个对开外壳204、206的接合面处侵入，而上述凸脊则以密封的方式与半个外壳204上的配对用的边缘凹陷部220相接合。

最后，可以用曲柄钳或可在合拢了的外罩外部使用的其它适当紧固装置将上述两个对开外罩固定到一起。

参照图24，位于两条屏蔽电缆1160、1162之间的接头被包封在一双组件外罩1164内。在外罩1164的每一端处均以纵向对齐的方式轴向地切出一狭缝1166，电缆1160、1162的屏蔽线1168、1170分别经由狭缝166露出并在外罩的表面上于标号1172处压接在一起。通过上述方式将屏蔽线1168、117连到一起并且将它们嵌在狭缝1166内，可以阻止外罩1164以旋转的方式或以纵向的方式相对于连好的电缆运动。

参照图25，外罩1180由两个半圆柱形的对开外壳构成，这两个对开外壳沿外罩的中心部分于标号1182处铰接在一起并被位于这两个外壳的拼合边缘周围的榫舌和凹槽结构所密封。在朝向外罩1180端部的锥形部分的外部，有一圆柱形部分1186形成在一对肋条1188之间，而所说的这对肋条则围绕着外罩的圆周延伸。用胶带、封装条、卷绕弹簧或能够缠绕在圆柱形外罩部分1186周围的类似装置将外罩1180固定到被包封起来的已连好的电缆上。为了将外罩密封到电缆上并有助于将外罩固定在电缆上，外罩部分1186与底下的电缆护套之间放置有树脂或其它密封材料。所说的密封材料可作为包层应用于电缆，或者由外罩1180所夹持。

Claims

1.一种包封件，它被设置成能包封住一屏蔽电力电缆与另一电气设备之间的连接件，上述包封件包括：一外罩；包含在前述外罩内的至少一个电应力锥；以及，一定量的可压缩密封材料，这些密封材料由前述外罩所包容并在包封住上述连接件时基本上填满所说的外罩，其中，所述应力锥包括弹性开口装置，它设置成能根据上述弹性材料的体积变化或移动而改变自身的体积，从而，能在使用中保持基本上完全填满上述连接件周围的外罩而不会在其中形成空穴。

2.一种包封件，它设置成能包封住一屏蔽电力电缆与另一电气设备之间的连接件，上述包封件包括：一外罩；包含在前述外罩内的至少一个电应力锥；以及，一定量的油膨胀的聚合物密封材料，这些密封材料由前述外罩所包容并在包封住上述连接件时基本上填满所说的外罩，其中，所述应力锥包括弹性开口装置，它设置成能根据上述弹性材料的体积变化或移动而改变自身的体积，从而，能在使用中保持基本上完全填满上述连接件周围的外罩而不会在其中形成空穴。

3.如权利要求1或2所述的包封件，其特征在于，所说的弹性开口装置设置成：(a)当前述密封材料膨胀或移动时，该装置可被压缩或体积减小以便适应密封材料增加了的体积；以及，(b)当前述密封材料收缩时，该装置会对密封材料施加压力以阻止在该密封材料中形成空穴。

4.如前述任何一个权利要求所述的包封件，其特征在于，在使用过程中，所说的弹性开口装置在前述密封材料处于膨胀或移动状态时会处于松弛状态，而在该密封材料处于收缩状态时则是延伸的。

5.如前述任何一个权利要求所述的包封件，其特征在于，所述应力锥的弹性开口装置是由完全包含在该应力锥的弹性部分内的空穴或气体截留部分所形成的。

6.如权利要求1至4之一所述的包封件，其特征在于，所述应力锥的弹性开口装置是由位于该应力锥的弹性部分与前述外罩的非弹性部分之间的空穴或气体截留部分所形成的。

7.如前述任何一个权利要求所述的包封件，其特征在于，所述应力锥的弹性开口装置包括一开口，此开口包含有受到上述密封材料压力的弹性结构。

8.如权利要求7所述的包封件，其特征在于，所说的弹性结构包括一弹簧以及一活塞，它们位于前述开口之内，所述活塞封住了朝向前述密封材料入口的上述开口并与该密封材料相接触。

9.如权利要求1或2所述的包封件，其特征在于，所说的弹性开口装置包括一开口，该开口包含或可接收某些密封材料并带有一弹性壁面，以便将上述密封材料推挤进所说的连接区。

10.如前述任何一个权利要求所述的包封件，其特征在于，所说的密封材料包括凝胶。

11.如前述任何一个权利要求所述的包封件，其特征在于，所说的电气设备包括另一条屏蔽电力电缆，而所说的外罩则包含有与各条电缆相关的应力锥。

12.如前述任何一个权利要求所述的包封件，其特征在于，该包封件包括一导电部件，此部件在使用时设置在电缆导线与电气设备相连接处的周围，以便在该处形成一基本上无电场的区域。

13.如权利要求12所述的包封件，其特征在于，所说的导电部件是弹性的，从而能对前述密封材料施加压力。

14.如前述任何一个权利要求所述的包封件，其特征在于，所述外罩承受前述密封材料压力的壁面的至少一部分是弹性的，以便在使用时容纳该密封材料的膨胀。

15.如权利要求12所述的包封件，其特征在于，该包封件包括定位装置，此装置设置成能支承前述导电部件并保持该导电部件在所述密封材料内的位置。

16.如权利要求15所述的包封件，其特征在于，所说的外罩带有一导电的外表面，它用于以密封的方式包封住前述密封材料，并且，所说的定位装置包括电绝缘的材料并设置成能将前述导电部件固定到所说的外罩上。

17.如前述任何一个权利要求所述的包封件，其特征在于，所说的应力锥包括：(a)一相对刚性的组件；以及，(b)一相对有弹性的组件，并且，所述刚性组件在使用时设置成能将上述弹性组件推挤成基本上完全地贴合在所述电缆的周围。

18.如前述任何一个权利要求所述的包封件，其特征在于，所说的外罩有两部分，每一部分均包含着前述应力锥的一部分以及密封材料的一部分，因此，在使用中将外罩的两部分按圆周包封于所述连接件周围时，应力锥的两部分就会在电缆周围相拼合，而且，所述密封材料会在外罩的两部分之间并与前述连接件一道形成一接口密封。

19.一种位于屏蔽电力电缆与电气设备之间的电连接件，其特征在于，所说的电缆是经过剪切的，因此，该电缆的导线、主绝缘体及屏蔽均是外露的，并且，如前述任一权利要求所述的包封件设置在该连接件周围，而所述至少一个应力锥则放置在前述电缆屏蔽的端部。