[发明专利]高压电缆附件以及生产高压电缆附件的方法

说明书

用于容纳具有设置为用于电流传导的导体(11、112)的高压电缆(1、22)和围绕导体(11、112)的电缆绝缘体(12、122)的高压电缆附件(100‑700)具有绝缘体(2‑5)和波导(51、52)。该绝缘体(2‑5)具有场控制元件(2、4)，其至少在一些区域是透明或半透明的，并且其由硅氧烷聚合物制成，至少部分地围绕该高压电缆(1、22)的电缆绝缘体(12、122)，该硅氧烷聚合物在场控制元件的至少一个部分区域(2a、2b)中含有共价耦合的荧光团和/或介电颜料。该波导(51、52)被布置为使得由该场控制元件(2、4)中的局部放电引起的光信号可以从该场控制元件(2、4)耦合到该波导(50)中。

技术领域

本发明涉及高压电缆附件，特别是电缆接线盒和端子，以及相关的生产方法。

背景技术

在能量供应的电气系统中，由对高压附件上的损伤影响和聚合物绝缘的老化现象导致故障重复出现。这些故障主要是由局部放电引起的。然而，这种故障也可能由于安装误差而引起或促进，由于，例如，在安装期间无意中引入至高压附件的微小颗粒可能在操作期间导致极端的局部场升高。在局部放电期间，如果相关系统不及时关闭，则在绝缘材料中形成所谓的局部放电树，其在时间过程中生长并最终导致电击穿。因此，电缆附件的绝缘中的局部放电，例如用于电力电缆或高压电缆的端子和电缆接线盒，可能会在高级阶段导致电缆附件的全面破坏(爆炸)和网络故障。由于与故障相关的高能量释放，系统的其他部分可能在该过程中被损伤。因此这些确实有些罕见的事件所造成的损害可以说是使得重视的。

根据常规知识，聚合物绝缘材料在高压交变场中的几个阶段间变化。导致在直流电压负载下的电介质中局部放电的过程可以类似地发生，但在下文中将不再详细描述。在高压交变场中，通常假定用于聚合物绝缘的三级现象老化模型，其包括作为第三阶段的局部放电过程。在第一阶段中，开发出一种电荷载流子，取决于材料和场分布，其通过特征临界场强而识别。该过程能够在绝缘材料体积中(例如由与生产有关的不均匀性而导致的)超过临界场强的任何位置进行。然而，它也能够发生在载流导体的界面处。该模型的第二阶段的特征在于，随着电荷载流子注入开始，发生通过注入电荷载流子从电场到聚合物基质的能量转移。在这个过程中，物质依赖和生产相关的不均匀性具有中心作用，因为它们是现在开始的不可逆转的损伤机制的起点。由于电荷载流子注入到高电压交变场的相应的半振荡中，在陷阱发生空间电荷的积累。在此过程中，可能会发展电致发光现象。在该相中电致发光的发生可以由所谓的“热电子”过程、分子的激发和电荷载流子重组所引起。如果任何这些过程占主导地位，这取决于材料。通过注入的电荷载体的能量转移导致聚合物微结构的不可逆化学，机械和热变化。在此过程中，局部场强分布通常严重受到空间电荷扰动的影响。然后可能形成微腔，这可能伴随着声信号的发射，并且其中局部放电在超过临界幅度之后触发，从而达到第三级。此外，由于电化学变化(反应损失)和/ 或在局部放电期间，机械应力可能发展，并且作为结果，在绝缘材料中形成裂纹和裂缝。在进一步的事件中，可能会出现越来越强的局部放电，这可能导致局部放电树的增长，并最终导致电气故障，以及上述严重的后果性损伤。

只有在破坏结构(局部放电树)的发展之后，才能够利用电气或电磁测量方法以足够灵敏度检测绝缘材料中的不均匀性或老化过程的后果。在实际条件下，电气测量受到电磁干扰的影响，另外在技术上也非常复杂。关于破坏程度的定量数据只能在有限的程度上或仅在很晚的阶段才可能。为此，破坏结构通常首先必须达到一定程度，即，按照大约40年电气工艺系统的使用寿命估计，故障直接即将到来。到那时，组件的有效修复(例如在计划的维护阶段之内)可能已经太晚了。

局部放电可以用光纤方法检测。因此，美国专利7,668,412B2 描述了用于检测放电和监测电线的方法和分布式感测系统。为此目的，在待研究对象附近设置具有直径小于500微米的二氧化硅核心并且其中集成有发光材料的包层的光纤。光电检测器位于光纤的第二端，并感测并测量来自电气局部放电事件的直接发射光和从光纤的第一反射端反射的发射光。测量信号及其到达时间用于确定电气局部放电的位置和幅度。