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PERFECTIONNEMENTS AUX TETES DE GABLES OU AUX JOINTS POUR
GABLES ELECTRIQUES A HAUTE TENSION.
L'invention se rapporte aux têtes de câbles ou aux joints pour câbles électriques à haute tension, et plus particulièrement au type dans lequel une boî- te conique pour uniformiser l'effet électrique dû à la tension sur l'isolement en- tre le bout du câble et la gaine, est utilisée afin de rendre pratiquement unifor- ma le gradient de pression à travers l'isolant.
Dans les arrangements jusqu'ici utilisés, la boite conique consiste en une pièce métallique en forme de cloche placée comme un entonnoir à l'extrémité de l'enveloppe en plomb ou de la gaine du câble. L'angle exact, ou l'épanouisse- ment ou la divergence, était plut8t déterminé par des lois mathématiques, mais le résultat était qu'afin d'obtenir une gradation satisfaisante des forces, l'embou- chure du cône devait être incommodément large. Un des buts de l'invention est d' éviter cet inconvénient.
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Suivant un des faits caractéristiques de l'invention, la boîte conique est constituée par des couches métallisées et séparées d'isolants qui graduent 1' effet électrique entre le noyau et la gaine ou autre recouvrement. L'arrangement des couches métallisées est tel que l'épanouissement, ou angle du cône, peut être réduit considérablement, ou que l'embouchure du cône peut être rendue moindre que celle nécessaire avec les cônes ordinaires établis pour donner pratiquement le mê- me gradient de potentiel. Par les arrangements décrits, le gradient de potentiel dans une téta de câble ou dans un joint de câble est rendu pratiquement uniforme, en partie par lèffet de la boîte conique et en partie par la gradation des conden- sateurs.
Suivant un autre fait caractéristique de l'invention, un joint ou une tête de câble, pourvue de condensateurs pour graduer uniformément les effets é- lectriques entre le noyau du dit câble à haute tension et son enveloppe ou gaine, comprend des condensateurs constitués par des couches métallisées (clinquants, papier métallisé, ou autre matière analogne) séparées par une matière isolante (par exemple du papier) et disposées de manière que pendant l'emploi une surface métallisée a un plus grand potentiel qu'une autre surface semblable qui est située plus près du noyau.
Afin de rendre plus uniforme les effets électriques dans un joint ou dans une tête de câble, on applique vers une extrémité de l'enveloppe une série de couches d'isolant entre lesquelles sont insérées des surfaces métallisées, de manière à former un cône dont la base est éloignée de la dite enveloppe. On con- stitue ainsi une série de condensateurs occupant différentes positions tout le long du cône. En connectant l'électrode extérieure du condensateur extérieur au noyau, une gradation en force peut être obtenue égale à celle que l'on pourrait obtenir par une boîte conique ordinaire, mais dont le diamètre à la base serait considéra- blement plus grand que celui du cône décrit.
Suivant encore un autre fait caractéristique de l'invention, un ,joint ou une tête de câble est prévue dans laquelle l'effet électrique sur l'isolant est uniformément gradué, ou gradué suivant des valeurs prédéterminées, et ce] sans introduire d'autres surfaces à effets non gradués connectant le conducteur à l'en- veloppe .
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Sur les dessins ci-Joints! la figure 1 se rapporte à un type bien connu de boîte conique: la figure 2 se rapporte à une tête de câble utilisant un arrangement connu à condensateurs gradués afin de réduire l'action des effets électriques; la figure 3 permet d'exposer le principe sur lequel repose l'établie sèment d'une tête de câble conforme à l'arrangement de la figure 2; la figure 4 montre schématiquement une forme de boîte conique conforme à l'invention ; la figure 5 est une vue latérale en élévation et sectionnée d'une boîte conforme à celle de la figure 4; la figure 6 montre le papier métallisé qui peut être employé dans la présente invention; la figure 7 est une vue latérale en éléva- tion et sectionnée d'une boite construite en se servant du papier métallisé de la figure 6;
les figures 8 et 9 sont des vues latérales, en élévation et sec- tionnées, de joints de câble conforme à l'invention; les figures 10 et 11 sont respectivement des vues latérales, en élévation et sectionnées, d'une extrémité d'essai "Test End" et d'une boîte de jonction d'extrémité "Sealing Bell" utili- sant la formation des boites coniques.
La boite conique bien c'onnue, représentée fig.l, comprend une pièce en forme de cloche 2 réunie à l'enveloppe en plomb ou gaine 3 qui entoure un isolant 4 et un conducteur 5. Par cet arrangement, le champ électrique est maintenu normal à l'axe du câble.
La figure 3 se rapporte à un arrangement dans lequel une série de rangées de condensateurs V1... V4 sont appliquées vers l'extrémité du dié- lectrique 4 d'un conducteur 5. Les condensateurs ont la forme de couches métal- lisées séparées par un isolant, constitué ordinairement par du papier imprégné.
La couche métallique intérieure est approximativement au potentiel du noyau tandis que la couche extérieure est approximativement au potentiel de la terre (enveloppe).
Une autre forme de réalisation de la méthode mentionnée est mon- trée sur la fgure 3. Les capacités graduées C1, C2, C3 .... sont appliquées comme des condensateurs auxiliaires convenablement isolés desquels partent des éléments conducteurs vers la surface isolante. La gradation dans ce cas dépend des valeurs des capacités auxiliaires C1, C2, etc.... et de la position des points sur la surface isolante avec lesquels les éléments conducteurs sont en
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contact. Un arrangement de ce genre exige généralement l'emploi de condensa- teurs de grandeurs incommodes, afin d'obtenir une capacité suffisamment grande pour stabiliser le champ.
Dans l'arrangement de la figure 1, le potentiel à travers le dié- lectrique de A à B est uniformément gradué par les capacités c1, C2,C3 dont les valeurs sont contrôlées par le cône C. La concentration du flux en un point particulier du diélectrique est donc évitée. On doit cependant observer qu'en- tre l'extrémité extérieure du cône et le noyau se trouve une surface non gra- duée (remplie d'air ou d'isolant si le cône est rempli d'une matière isolante).
Ainsi l'élimination d'une surface non graduée AB à donner lieu à une autre sur- face non graduée BD avec tous ses dangers de rupture qui en résulte. L'effet de l'absence de gradation peut être rendu très faible en se servant d'une très grande embouchure, mais cela devient incommode.
La boîte conique de la figure 4 est conforme à la présente inven- tion. Des condensateurs ayant la forme de couches métallisées V1.... V4 sont disposés ainsi que montré autour de l'isolant 4 qui entoure le conducteur 5. La couche condensatrice extérieure V1 est connectée au noyau, et le potentiel est gradué de manière à décroître de V1 à V4 qui est approximativement au potentiel de la terre ou de l'enveloppe. Par cet arrangement on a trouvé que l'embouchure du cône peut être considérablement moindre que celle requise avec un dispositif tel que montré figure 1 pour satisfaire aux mêmes conditions. Dans l'arrangement de la figure 4, l'effet électrique à la surface AB de l'isolant est gradué par les couches métallisées V1...
V4 qui présentent par rapport au noyau des capaci- tés effectives 1,2,3,4 par lesquelles l'effort le long de l'isolant AB est uni- formément gradué. La surface CA est maintenant aussi graduée en vertu des capa- cités 5 .... 7, ainsi que la surface DE. Puisque le noyau est connecté à la cou- che métallisée extérieure V il n'y a aucun effort entre B et D, et cette surface peut être convenablement faite de métal (ainsi qu'il est montré en 12 figure 9).
L'application du voltage du noyau à l'électrode extérieure a aussi l'avantage que la distance "1" peut être utilement employée pour un couvercle isolant (non mon- tré) appliqué à la tête du câble (par exemple un isolateur en porcelaine). En pratique on a trouvé que la bofte conique, conforme à cette invention, peut être faite économiquement pour prévoir des capacités suffisamment grandes afin d'as-
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surer la stabilité, et de plus elle permet une plus grande tolérance pendant l'as- semblage que celle qui peut être obtenue des bottes ordinaires.
Quand les boites coniques sont formées de clinquants et de papiers isolants, elles peuvent être construites ainsi qu'il est montré fig.5.
Le tube en cuivre 2 sert de gabarit ou de support, la feuille iso- lante 3 étant enroulée fermement sur le tube 2 et les électrodes métalliques 4 (constituées par les dites feuilles de clinquant) sont insérées pour constituer des cylindres complets de diamètres appropriés. Pendant l'enroulement, la feuille isolante peut être découpée en spirale, ainsi qu'il est indiqué par les lignes pointillées, ce qui divise l'assemblage dans le nombre requis de cônes. Un cône est pris de son gabarit, monté sur un tube en cuivre ayant environ le même dia- mètre que le gabarit, et ce tube est glissé sur l'extrémité de l'enveloppe d'un câble afin d'obtenir l'arrangement indiqué figure 4.
Suivant un autre mode de réalisation, les couches métalliques sont formées en métallisant les feuilles isolantes par sections, ainsi qu'il est indi- qué figure 6. Le ruban est alors enroulé sur un tube en cuivre formant gabarit afin d'obtenir l'arrangement de la figure 7.
Les gabarits ou supports métalliques doivent avoir un diamètre in- térieur tel qu'ils permettent un montage facile sur la couche extérieure de pa- pier métallisé du diélectrique ou sur la gaine en plomb du câble. Dans certains cas, si le tube et le cône comprennent un anneau de garde dans des buts d'essais, une tolérance peut être prévue pour permettre une légère isolation de l'enveloppe totale avant que le tube ne soit glisser par dessus.
Le tube peut être formé convenablement en enroulant hélicoïdale- ment un fil de cuivre (avec un pas très court) autour d'un manchon de dimensions convenables, et en étamant le cylindre ainsi formé de manière à obtenir un tube flexible. Cela évite de devoir prévoir des stocks de tubes pour répondre aux diverses dimensions d'enveloppes, et permet de réaliser des montages dans des cas spéoiaux tout en contribuant à donner à l'assemblage une certaine mesure de flexibilité.
La feuille ou ruban isolant peut être faite de papier, de papier traité au moyen de certains éthers, d'acétate cellulosique, ou d'autres matières isolantes quelconques qui soient faiblement hygroscopiques, qui aient une capa-
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cité inductive spécifique relativement grande, et qui résistent aux effets élec- triques. Des matières fibreuses, telle que le papier, le papier traité à l'é- ther, etc... seront imprégnés avant leur utilisation afin d'empêcher toute absorp. tion d'humidité et pour élever leur capacité inductive spécifique. Des huiles hydrocarbonées ou des cires peuvent servir comme moyens d'imprégnation.
L'équation générale, déterminant le nombre et la position des cou- chas condensatrices introduites, est
Cn = n/2 (N - 1) Co + CI dans laquelle C1 est la capacité de la couche condensatrice extérieure par rap- port à la deuxième, et Co la capacité de chaque couche par rapport au noyau. De la sorte Cn est la capacité de la nième couche à partir de la surface extérieure par rapport à la (n + 1) ième couche.
Si V est la différence de potentiel entre le conducteur et l'enve- loppe en plomb, la chute de voltage entre chaque feuille (n feuilles en tout)est V/n, et en disposant un nombre suffisamment grand de feuilles, le gradient du voltage peut être rendu approximativement linéaire.
Utilisations et adaptations de la boîte conique perfectionnée.
La boite peut servir aux buts suivants:
1 - Gradation des effets électriques aux extrémités d'essai, dans lequel cas elle peut aussi constituer un anneau de garde.
2 -Gradation des effets électriques aux extrémités du câble dans les boîtes de jonction d'extrémité.
3 - Gradation des effets électriques aux extrémités du câble dans les joints.
1 - Extrémité d'essai. Dans la figure 10, la boîte est appliquée com- me une mesure temporaire pendant les essais, afin d'effectuer une économie de longueur du câble gaspillée en formant une extrémité d'essai et pour assurer une extrémité stable pour les tests de voltage ou pour des mesures électriques à haut voltage.
L'extrémité est constituée d'une bolte 2 placée sur une forme ou support 3, laquelle boîte est semblable à celles des figures 4,5 ou 7 et est montée sur l'enveloppe ou gaine 4, ainsi qu'il est montré au dessin. Le creux du cône dans lequel l'extrémité du câble se prolonge, est dans ce cas rempli
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d'huile, de gelée et de cire, ou est rempli avec des granules de matière isolante solide, ou encore avec de la matière isolante en poudre telle que indiquée en 5.
Dans le cas où des granules sont utilisées, il est préférable de remplir les interstices qui existent entre ces granules avec de l'huile. La surface exté- rieure du cône peut être recouverte de cire, afin d'empêcher l'absorption de l'humidité. Si l'extrémité d'essai doit aussi servir d'anneau de garde, ce but peut être atteint en isolant légèrement le support 3 d'une enveloppe de plomb 4.
2 - Boîte de ,jonction d'extrémité. La boite de la figure 11 est très semblable à l'extrémité d'essai de la figure 10, et les mêmes caractères de référenceront utilisés sur les deux figures. Un couvercle 6, en porcelaine ou autre substance analogue, est utilisé, et l'espace autour du cône est rempli d'ure matière isolante 5.
3 -Joints. Au point de vue de la construction, le joint de la fig, 8 est semblable à deux extrémités d'essai (fig.10) réunies entre-elles. Les mê- mes caractères de référence indiquent les mêmes parties sur les deux figures.
Le chiffre 7 désigne une matière isolante ordinaire, tandis que 8 est la conne- xion entre les deux noyaux de câble. Les plaques 9 sont au potentiel du conduc- teur.
Dans le joint à écran de la figure 9, le cône 2, le support 3, et l'isolant 5 sont les mêmes que dans la figure 10. Un tube 10, par exemple en bakelite est placé sur l'isolant 11, et un mélange d'huile et de particules so- lides de matière isolante (par exemple de la cellulose en poudre, de la cellu- lose en poudre traitée au moyen d'éthers, du styrène polymérisé en poudre, ou autres matières pouvant être convenablement mélangées avec de l'huile pour former une supension colloïdale de bonne stabilité) est introduite dans l'espace placé extérieurement au tube 10. L'huile s'infiltrant à travers les pores de l'organe 2 pénètre dans l'isolant extérieur qui peut ainsi être entièrement imprégné. La boite de jonction 12 peut être en métal et sert à connecter électriquement le noyau du conducteur à la couche extérieure du cône 2.
Le joint tout entier est représenté pourvu de l'isolant ordinaire 13 et du recouvrement 14.
Suivant un autre arrangement, le joint ou la tâte de câble peut comprendre une disposition telle que la boite conique ordinaire peut s'étendre sur une partie de la longueur dénudée, et l'isolant entre l'embouchure du cône
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et l'extrémité de l'isolement du câble peut être règle par des condensateurs gra- dués.
REVENDICATIONS.
1-Tête de câble ou joint pour câble électrique à haute tension, comprenant des couches métallisées séparées par une matière isolante, lesquelles graduent l'effet électrique entre le noyau et la gaine ou enveloppe, l'arrange- ment des couches métallisées étant tel que la base du cône formé par elles est une surface équipotentielle.
2 -Tête de câble ou joint pour câble électrique à haute tension, dans lequel le gradient du potentiel est rendu pratiquement uniforme, en partie par l'effet d'une boite conique destinée à uniformiser l'effet électrique dû à la tension sur l'isolement entre le bout du câble et la gaine, et en partie par la gradation de condensateurs.
3 --* Tête de câble ou joint pour câble électrique à haute tension, pourvu de condensateurs destinés à graduer uniformément l'effet électrique entre le noyau et une enveloppe ou gaine extérieure, et dans lequel les condensateurs sont constitués par des couches métallisées séparées par de la matière islante, ces couches étant arrangées de manière que pendant l'emploi uno surface métal- lisée a un potentiel plus grand qu'une autre de ces surfaces située plus près du noyau.
4 - Méthode pour rendre plus uniforme l'effet électrique dans un joint de câble ou dans une tête de câble, laquelle consiste à prévoir autour d' une extrémité de l'enveloppe du câble une série de couches isolantes, des sur- faces métallisées étant insérées entre les dites couches isolantes de manière à former un cône dont la base est éloignée de la dite enveloppe, et à constituer une série de condensateurs occupant différentes positions tout le long du cône, le condensateur extérieure étant connocté au noyau.
5 -Tête de câble ou joint pour câble électrique à haute tension, dans lequel l'effet électrique sur la matière isolante est unifor@ément gradué, ou est gradué suivant des valeurs quelconques prédéterminées, et cela par des moyens qui n'introduisent pas d'autres surfaces d'effets non gradués connectant le conducteur à l'enveloppe.
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6 - Tête de câble ou joint pour câble électrique à haute tension, dans lequel la boite conique ordinaire s'étend sur une partie de la longueur de l'isolant dénudé, et dans lequel l'isolement entre l'embouchure du cône et l'ex- trénité de l'isolant est gradué par divers moyens qui n'introduisent pas d'au- tres surfaces d'effets non gradués connectant le conducteur à l'enveloppe.
7 - Boite conique telle que décrite en référence aux figures 5 ou 7 des dessins ci-joints.
8 - Extrémité d'essai pour un câble électrique, telle que décrite en référence de la figure 10 des dessins ci-joints.
9 - Boîte de jonction d'extrémité, telle que décrite en référence à la figure 11 des dessins ci-joints.
10 - Joint pour câble électrique, tel que décrit en référence aux figures 8 ou 9 des dessins ci-joints.