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Câble condensateur pour câbles triphasés.
Cette invention concerne les oables dits: " condensateurs" connus également sous le nom de câbles S.
Elle a pour but d'utiliser de tels oables pour la fabri- oation de cables triphasés et subsidiairement de fournir des moyens d'opérer leur jonction et d'exécuter leurs terminales.
On sait que dans un câble dont le diélectrique est homogène l'u- tilisation du diélectrique est très défavorable.
La sollicitation en un point'quelconque de ce dernier est donnée par la relation
EMI1.1
E 1 9 = r lognep D a
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dans laquelle; g est le gradient au point considérée situé à une distance r du centre. D représente le diamètre du conducteur mesuré sur l'isolant. d est le diamètre mesuré sur métal, E est la tension appliquée.
Cette expression montre que la sollicitation est très grande à la surface même du oonductaur, qu'elle déoroit au fur et à mesure que l'on s'avance dans les couches successives et qu'on s'approche de l'enveloppe métallique réalisant la limita du champ.
Elle permet de déterminer les dimensions d'un conduc- teur quelconque de forme circulaire, autour duquel on sa pro- pose de déposer un isolant d'une épaisseur telle que le gra- dient maximum ne dépassa pas une valeur que l'expérience recoh- nait convenable.
Il existe un type de câble monophasé appelé câble con- densateur, ou "oable S" qui corrige dans une très grande mesu- re ce que le cable monophasé ordinaire présente de défectueux.
La présente invention a pour objet l'utilisation pour le oourant triphasé, des dits câbles condensateurs employés jusqu'à présent uniquement pour les câbles monophasés et de prévoir las moyens techniques de réaliser leur fabrication, leur jonotion et leur raooordement aux appareils d'utilisation.
Elle est caractérisée par la disposition dans une seu- le gaine en plomb de trois câbles dits "condensateurs " ou ca- bles S et par l'utilisation de pièces spéciales pour leur jonc- tion et pour les bornes finales.
Dans la réalisation pratique de l'invention, les cables condensateurs sont oablés par trois, et on procède à l'exécu- tion de l'armature extérieure du condensateur sous huile afin de soustraire l'élément de oable à toute influence extérieure.
La jonction de ces câbles se fait par l'emploi d'une pièce spéciale étudiée pour que les conditions de sollioita-
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tion soient calculables au même dégré de précision que celles du câble lui-même.
Les bornes finales sont également du type condensateur et sont construites de telle façon qu'une partie de câble ser- ve au contrôle du fonctionnement de l'ensemble.
Afin de bien faire comprendre l'invention on donnera ci- après,. après un rappel de la théorie des oables condensateurs câbles certains exemples de réalisation de tels/triphasés de leurs jono tions et de leurs terminales.
La figure 1 représenta en grandeur naturelle un conduc- teur de 70 mm2 de section, 40. 500 volts entre ouivre et terre, 70.000 volts entre lignes.
La figure 2 donne la répartition des gradients et des tensions absorbées par le diélectrique.
La figure 3 montre la construction d'un oable à trois oa paoités dit oable condensateur ou oable S.
La figure 4 est un graphique montrant la répartition des gradients et des tensions absorbées par le diélectrique dans un tel oable.
La figure 5 montre en coupe un oable triphasé oondensa- teur construit suivant l'invention,
La figure 6 donne un schéma de prinoipe d'une jonotion établie suivant l'invention pour un cable monophasé prévu pour 58.000 volts entre ouivre et terre, 100.000 volts entre lignes.
La figure 7 représente une pièce de jonction complète indiquant les dimensions relatives des éléments pour ce oable.
La figure 8 montre en grandeur naturelle les détails des pièces de cette jonction.
Les figures 9, 10, II et 12 montrent des coupes faites suivant les lignes IX-IX, X-X, XI-XI, XII-XII dans la figure 8.
La figure 13 donne le schéma de principe de la liaison du câble à la base de son isolateur de sortie.
La figure 14 montre un isolateur de sortie pour l'air
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libre du type oondensateur pour un cable de 50 mm2 essayé à 210.000 volts une coupe ayant été faite dans une moitié de la figure.
La figure 15 montre un isolateur de sortie du type con- densateur, modèle d'intérieur, pour câble de 50 mm essayé à 210.000 V.
La figure 16 représente la manière dont un câble tripha- sé de 3 x 50 mm2 fonctionnant à 60.000 volts est relié à trois terminales du type condensateur.
Le oable ordinaire représenté à la figurel servira de terma de comparaison pour dégager les avantages que présentent les cables dits " condensateur " ou câbles "S".
Il est constitué par un oable 1 dont le diamètre sur ouivre est 10,9 mm, l'isolant 2 ayant une épaisseur de 18,65 mm.
Une couche de plomb 3 de 2,7 mm d'épaisseur le recouvre entière- ment. La diamètre extérieur de ce oable est de 53,6 mm.
Dans le graphique da la figure 2 montrant les caracté- ristiques de ce cable la courbe A représente la distribution des gradients dans le diélectrique et la courbe B, qui est l'in- tégrale de la précédentes détermine les tensions prises par le diélectrique en totalisant partir du cuivre vers la plomb.
On voit d'après ce graphique que le gradient maximum est de 5.000 V par mm, mais que le gradient moyen n'est que de 2.165 V mm.
Il s'en suit que ce qu'on pourrait appeler le "degré d' utilisation" du diélectrique c'est-à-dire la rapport g moyen
EMI4.1
u = ¯¯¯¯¯..¯¯¯ r 0432 g max.
Ce dernier nombre est caractéristique da la construction précédente.
La comparaison des degrés d'utilisation du diélectrique de deux cables différents, capables du môme service donnera im- médiatement une idée des valeurs relatives des deux cables.
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Dans la figure 3 qui'montre la construction d'un câble condensateur monophasée un conducteur central 4 recouvert d'uns épaisseur 5 d'isolant est entouré par le conducteur principal 6 qui possède une forme annulaire et qui est oomposé du nombre de fils convenable réalisant la section désirée. Autour de ce oon- ducteur 6 on dépose une couche nouvelle d'isolant 7 suivie d'u- ne couche métallique très mince 8 qui vient occuper une surface équipotentielle dont la position par rapport à 6 est calculée.
On termine le cable en enroulant l'isolant 9, en finissant à la presse par le revêtement de plomb 10.
Cette construction du câble présente trois condensateurs élémentaires.
Le premier a pour armatures 4 et 6 et comme diélectri- que l'isolant 5.
Le deuxième a pour armatures 6 et 8 et comme di,éleotri- que l'isolant 7.
Enfin le troisième a pour armature 8 et l'enveloppe de plomb 10 et pour diélectrique l'isolant 9.
Le principe des oables S est de réunir les deux armatu- res 4 et 8 par une liaison métallique. On met ainsi en parallè- le les deux premiers oondensateurs élémentaires qui automatique- ment se mettent en série avec le troisième.
Si maintenant on applique la tension E entre le conduc- teur 6 et l'enveloppe 10, la tension se répartira dans les con- densateurs en raison inverse des oapaoités présentées de sorte que comme la mise en parallèle des oondensateurs 4-6 et 6-8 a augmenté la capacité de la région centrale, les sollicitations dans cette région seront diminuées pour être reportées vers 1' extérieur. Il suffit de proportionner les épaisseurs 5 et 7 pour que les tensions prises par les deux premiers condensateurs soient égales.
Le cable représenté par la figure 3 donne une vraie grandeur de la section d'un oable dont les onditions sont tou-
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tes égales à celles du câble destiné en figure 1.
I) même section 70 mm2
2) même tension appliquée . 70.000 V. entre lignes, 40506 V. entre ouivre et plomb.
3) même gradient maximum 5.000 V mm admis dans le dié- lectrique.
La distribution des forces électriques est donnée par la figure 4 qui donne la répartition des gradients (courbes A) et des tensions (courbes B) absorbées par le diélectrique. Ce dia- gramme fait ressortir une uniformisation évidente des sollicita- tions du diélectriques il montre qùe les deux condensateurs du centra absorbent chacun 9.500 volts et que 31.000 volts sont dépensés dans l'épaisseur 9 du diélectrique.
Calculant le degré d'utilisation du diélectrique on trou ve le rapport ; g moyen
U - --------- - o,74 g max
Cette valeur élevée de l'indice d'utilisation démontre combien cette construction est supérieure à la précédente et l'importance de la réduction du diamètre final des cables que 1' on peut réaliser avec elle.
C'est dans le but de la faire ressortir d'une façon évi- dente que les deux sections de câble figure 1 et figure 3 char- gés du même service et calculés pour la même fatigue, ont été dessinés en grandeur naturelle;
Conformément à la présente invention pour appliquer le principe des câbles condensateurs à des oables triphasés on uti- lisa trois cables condensateurs du type rappelé ci#dessus, ces trois cables étant disposée dans une seule gaine en plomb. ain- si que cela est montré figure 5.
Les moyens techniques de réaliser la fabrication de ces câbles sont décrits ci-après
On construit primitivement trois câbler séparés du type
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"condensateur" mais en oonstituant l'enveloppe 10 de ces cables par une armature métallique mince en aluminium placée sur le conducteur après les opérations habituelles de séchage et d'impré gnation. @stte opération se fait sous huile et comme l'envelop- pe 10 est fabriquée d'une manière étanche, chacun des conducteurs traité est soustrait à toute influença de l'atmosphère et consti- tue immédiatement un élément autonome qui pourra subir tous les essais préliminaires garantissant une exécution logique et exemp- te de tout aléa.
Après ces essais, les conducteurs sont oablés en vue de leur passage à la pressa à plomb. Dans cette opération d'assem- blage, les vides existants entre les conducteurs et entre ces der- niers et l'enveloppe finale de plomb 10' sont remplis d'un bour- rage mixte 9' oomportant des fils de jute ou de papier et des feuilles métalliques minces, comme le montre clairement la figu- re 5.
Ces derniers sont en quantité suffisante pour assurer à la fois la continuité métallique et la conductibilité thermique de ce milieu.
Cette dernière considération est de très grande importan- ce. Elle réduit la résistance thermique du câble et permet d(aug- menter sa charge sans augmenter la température à laquelle le ouivre est porté,
Par ce qu'il a été dit "degré d'utilisation" de l'isolant il a été démontré que les nouveaux câbles donneront pour une tension et une section données, la solution du transport de puis- sanoe par un cable dont le diamètre sera notablement inférieur à celui d'un cable quelconque. Par voie de conséquence la ten- sion limite à laquelle les câbles triphasés seront utilisables sera reculée. Cette limite est en effet atteinte quand le dia- mètre du cable est cause de son manque de maniabilité et de 1' impossibilité où l'on est de le transporter et de la poser.
Enfin, un troisième avantage procuré par ce mode de coss-
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truotion résulta du meilleur dgré d'utilisation de l'isolant.
Pour un oable construit suivant l'invention possédant les di- mentions finales d'un cable triphasé construit suivant les mé- thodes habituelles la taux de sollicitation maximum du diélec- trique sera diminué et par suite la séourité de l'exploitation se trouvera de ce fait augmentée.
D'une faon générale la jonction de câbles condensateurs doit présenter cette particularité qu'en plus de la liaison des conducteurs principaux, elle doit permettre la connexion des armatures 4 et 8 dont il a été question précédemment.
La tension à laquelle les cables sont appelés à fonc- tionner exclut automatiquement les liaisons habituelles com- binées avec les isolants de remplissage coulés dans les boites de jonotion.
La présente invention fournit également le moyen d'opé- rer de telles jonctions en respeotant les conditions requises grâce à l'emploi de pièces spéciales. L'exemple décrit ci-après est donné pour une jonction monophasée prévue pour 58. 000 volts
On procède préalablement à la toilette de l'extrémité d'un oable de chaque tronçon dont on veut opérer la jonction découvrant successivement et en retrait l'un de l'autre l'âme en ouivre 4 l'isolant 5, la conducteur annulaire 6, l'isolant 7 le conducteur en couche mince 8 et l'isolant 9. A l'extrémité dénudée des oables annulaires 6 on place sur l'isolant 5 un an- neau II en laiton étamé. Une coquille 12 est alors soudée à l'étain sur l'extrémité des fils constituant le oable annulaire 6 de façon à réunir les deux conducteurs principaux.
L'isolant 5 est protégé contre la soudure par l'anneau 11.
Une pièce an bakélite 13 semi-circulaire possédant à son extrémité une partie circulaire 14 munie d'un téton 15 et percée d'une ouverture oorrespondante au diamètre du cable cen- tral 4, est introduite sur l'extrémité d'un des oables. Une piè ce similaire 16 en bakelite également mais pourvue d'une cavité
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oorrespondante au téton 15 de la pièce 13 est fixée sur l'ex trémité de l'autre oable. Chacune de ces pièces en bakélite pos sède sur sa généra trice supérieure une rainure garnie d'une bande de laiton.17, Un fil de chaque cable central 4 est passé dans une rainura 18 de la pièce en bakelite, ramené en arrière le long de la bande da laiton jusqu'à l'extrémité du oonduc- teur 8 découvert et soudé sur cette bande.
La liaison métalli- que est ainsi établie entre les conducteurs 4 ce qui réalise la mise en parallèle des condensateurs 4-6 et 6-8 qui dans le fonc tionnemant du cable, sa mettront automatiquement en série avec le troisième condensateur 8-10. Deux demi anneaux 19 et 20 en bakélite sont alors placés aux extrémités du demi-cylindre en cuivre 12 afin d'isoler le conducteur annulaire 6 du oonduo- teur en couche mince 8.
A ce moment, la jonotion présente une surface cylindri- que parfaite ayant comme diamètre celui de l'équipotentielle 8.
L'isolement de la jonction 21 est obtenu par un rubannage de papier isolant pour oable. L'isolement des jonctions est donc reconstitué dans des conditions aussi précises que l'exécution du cable lui-même à l'usine..
La continuité de l'enveloppe 10 est réalisée par l'en- roulement d'une feuille d'étain 22 montée sur la feuille de pa- pier servant à reconstituer l'isolant, à une distance telle du bord initial de la feuille, qu'elle vient s'enrouler au diamè- tre prévu pour que le gradient dans la jonction soit celui qui a été fixé lors du calcul. La liaison de la bande détain 22 avec l'enveloppe 10 est assurée par une bande sans fin 23 qui s'enroule antre les couchas de papier en réalisant une hélice tracée sur une surface conique 24,
Le joint est ensuite enfermé dans un manohon en plomb 25 qui est protégé par une boite en fonte 26 du type usuel.
Toutes les parties de la jonotion présentant la forme de oylindres concentriques, il n'existe aucuneincertitude au
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sujet de la distribution des forces électriques dans le milieu constitué par la jonction. Les dimensions paument être calcu- lées avec toute la précision désirable.
Si l'on veut passer d'une jonction monophasée à une jonction convenant à un cable triphasé tel que décrit ci-dessus, il suffira d'exécuter trois liaisons semblables au moyen de pièces de jonotion séparées pour chacun des cables constituant le oable triphasé.
Les trois liaisons peuvent être à volonté enfermées dans un seul manchon et une seule boite en fonte ou bien être exécutées de la manière courante dans une boite triphasée subdi- visée en trois boites élémentaires.
La raccordement aux appareils d'utilisation s'effectua en employant des bornes de sortie du type condensateur comme représenté figures 14 et 15.
Dans ces figures, la jonotion du cable est réalisée avec la borne au moyen d'un dispositif du ganta de celui décrit pour la jonction, et que l'on reconnaît aisément à la base de la bor- ne figure 14.
La figure 13 donne le schéma de principe de cette jonc- tion. Elle ne diffère de la jonction proprement dite du cable, que par le fait que la coquille 12 est étudiée pour se raccor- der à la base de la borne de sortie par une partie filetée 27 qui se visse sur l'extrémité du noyau ou conducteur 28 et se raccorde au cable de la manière décrite plus haut.
La base du noyau au conducteur 28 est garnie d'une piè- ce en bakélite 29 qui, à l'intérieur de l'isolateur présente des gradins 31 et 32 dont les dimensions sont établies pour que 1' isolateur ait des conditions de sollicitationsbien définies, prévues par¯le calcul.
Du côté du oable, la pièce 29 continue en 30 les gra- dins extérieurs 33 de l'isolateur de sortis et maintient exao- tement en place la coquille de bakelite 13, dont le rôle dans le
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joint ordinaire a été décrit plus haut.
Une dernière particularité que présente la sotie du con- densateur est que l'armature 8 du oable se prolonge dans la sor- tie et se dirige au dehors par 34 par une connexion auxiliaire vers un voltomètre non représenté. Ce dernier est raccordé à de- meure aux conducteurs 4 et 8 du câble et ses indications servant au contrôle de l'installation entière an service.
L'application de cette terminale au câble triphasé se - fait en utilisant trois terminales semblables auxquelles on at- tache chacun des oables constituant le câble triphasé,
Ainsi que cela est montré figure 16, les trois câbles constituant le cable triphasé sont séparés dans une boite de ré- partition en fonte 35 qui a pour but de diriger ces câbles vers la base des trois isolateurs condensateurs construits pour la tension requise. Les trois extrémités des oables entre la boita 35 et les isolateurs sont protégés par trois gaines en plomb 36 disposées autour des câbles dans le but uniquement de réaliser une protection mécanique.
Tous les éléments de la terminale du oable triphasé sont fixés sur une table métallique 37 en fonte ou en fer, maintenue par des consoles appliquées aux parois de la cellule..
RESUMA.
L'invention a pour objet
I.- Un câble condensateur pour cable triphasé oaraotéri- sé en ce qua trois câbles du type condensateur " sont pourvus d'une armature métallique mince en aluminium et sont oablés dans une seule gaine.en plomb.
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