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PERFECTIONNEMENTS A LA FABRICATION DES CABLES ELECTRIQUES,
Dans la fabrication des câbles électriques à imprégnation d'huile, on place ordinairement le câble non pourvu de son enveloppe ou gaine dans une cham- bre où on fait le vide, puis on introduit l'huile de manière à ce que l'isolant, qui recouvre le câble, s'imprégne de cette huile. Ce procédé est très couteux et l'huile dans la chambre doit être utilisée plusieurs fois avec l'introduction inévitable d'impuretés. De plus, le procédé appliqué ensuite pour le placement de l'enveloppe ou de la gaine tend à réduire les qualités de l'isolant, et des pré- cautions spéciales doivent être prises pour éviter la contamination de l'isolant par les gaz tels que l'air, par l'humidité, etc. ....
On sait que dans la cas
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de câbles particuliers où des chemins ou conduits spéciaux sont prévus et où un composé d'imprégnation de viscosité comparativement basse est utilisé (par exem- ple B.P. 251.670, huile moindre que 6 de viscosité à 60 centigrades) une imprég- nation satisfaisante peut être réalisée en introduisant le composé après que l'en- veloppe en plomb a été placée.
On a aussi proposé d'introduire le composé d'im- prégnation après que l'enveloppe en plomb est appliquée sur les câbles qui n'ont pas de conduits ou de chemins spéciaux et qui utilisent un composé de viscosité normal, mais ce procédé a été trouvé jusqu'ici peu économique à cause du temps con- sidérable nécessaire pour effectuer une évacuation parfaite du câble avant d'in- troduire l'huile, et aussi à cause de la longue durée requise pour effectuer l'im- prégnation voulue, qui de plus ne peut jamais être complète avec les moyens connus jusqu'à ce jour.
La présente invention, qui se rapporte à une méthode et aux procédas pour son application, permet d'éliminer les difficultés ci-dessus mentionnées dans le cas de l'évacuation et de l'imprégnation d'un câble après que l'envelàppe en plomb a été appliquée. On a prévu, pour les câbles électriques à haute tension, une évacuation et/ou une imprégnation accélérée en réduisant la longueur effective du câble. Suivant un des faits caractéristiques de l'invention, cette réduction de la longueur effective pour un câble recouvert de sa gaine est obtenue en pré- voyant des conduits d'évacuation ou d'imprégnation en divers points de l'enveloppe.
Avant l'introduction de. l'huile, le câble peut être traité au moyen d'une vapeur condensable en liquide ou solide à la température normale du câble, ainsi qu'il est décrit dans les brevets Anglais No.7205 et 28.286. On peut réduire le temps né- cessaire à l'imprégnation et rendre celle-ci plus parfaite en contrôlant convena- blement la température, et/ou en contrôlant la pression extérieure du câble, ainsi qu'il sera expliqué par la suite.
Dans certains cas' particuliers utilisant un composé d'imprégnation dont le point de fusion est à une température plus élevée que celle à laquelle peut être soumis le câble pendant son service normale, le composé peut être formé pendant l'imprégnation qui suit le placement de l'enveloppe. A cet effet on ap- plique un composant (par exemple de la cire ou de la gelée) sur le papier séché, (ou papier traité à l'éther) servant à l'opération d'isolement du câble, puis on imprégne ce câble par les méthodes ici décrites au moyen d'une huile de viscositê
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convenable de manière que la combinaison, résultant dela cire ou de la gelée avec l'huile, forme un composé d'imprégnation présentant les caractéristiques physiques et électriques voulues.
Par ce procédé, la durée d'imprégnation est réduite puis- que le volume de composé qui doit passer dans le câble est moindre et la vitesse d'écoulement est accrue en vertu de la viscosité plus faible de l'huile que celle du composé résultant. Dans ce procédé, il est nécessaire de régler la tempéra- ture en utilisant une des méthodes de contrôle décrite par la suite, afin que la combinaison des deux composantes puisse s'effectuer d'une manière permettant de réaliser le procédé d'imprégnation en un temps suffisamment court après que l'en- veloppe a été placée.
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On a trouvé que le temps nécessaire pour effectuer l'évacuation d' un câble avec gaine de plomb, est approximativement égal à celui donné par la for- mulet
EMI3.1
p = o 1 kt + "C"2 dans laquelle ,
Po est la pression initiale du gaz dans le câble recouvert de sa gaine.
P est la pression maximum du gaz dans le dit câble au temps t est la longueur effective du câble, c'est-à-dire la distance maximum de la station de pompage. k est.une constante qui dépend de la résistance longitudinale du câble aux gaz s'écoulant et du volume de gaz par unité de câble.
Dans les câbles du type considéré où aucune précaution spéciale n' est faite pour l'écoulement longitudinal, tels que des conduits pour l'huile, etc. k est de valeur comparativement grande. Il est nécessaire aussi que de tels câ- bles soient faits en longueurs d'amplitudes considérables (de l'ordre de 200 à 400 yards ou 180 à 360 mso)a Il s'ensuit que même si des stations de pompage sont prévues aux deux extrémités de la langueur L du câble, de manière que a@ = L, le temps voulu pour réduire P à la valeur requise sera incommodément long.
La valeur de P au moment de l'admission du liquide d'imprégnation dans le câble a été trouvée d'importance considérable en déterminant la qualité du câble imprégné d' huile, puisque l'introduction de gaz dans l'isolant favorise la détérioration de
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cet isolant sous l'action des forces électriques et affecte éventuellement sa rupture.
On a donc proposé de prévoir des ouvertures dans l'enveloppe du câble en un ou plusieurs points, de faire le vide en ces points, et de réduire ain si la longueur effective du câble. Pour arriver à ce but, l'enveloppe présente un ou plusieurs trous forés.en des points intermédiaires, et un joint de plombier est fait avec un tube qui peut être relié à une pompe. Il est préférable de de-* tendre légèrement l'enveloppe en plomb à l'embouchure du tube de manière à assu- rer en ce point un accès libre à l'air. Le relâchement de l'enveloppe en ce point, réduit considérablement l'effet de résistance produit par l'interposition inévi- table desspires d'enroulement de l'isolant antre le trou dans l'enveloppe et le que toron.
On a trouve/quand les dites ouvertures sont prévues de cette manière, la résistance d'une ouverture située au point milieu d'un câble à l'une de ses ex- trémités peut être réduite à 1.08 R ou @R= la résistance totale de la longueur de câble, tandis que sans relâchement du plomb, la valeur peut être de l'ordre de 3R et plus. L'huile d'imprégnation peut alors être introduire à chaque extrémité du câble ou en autant de points , qu'on le désire. Cependant de préférence après l'évacuation, les tubes sont enlevés en chauffant, par exemple au moyen d'un ap- pareil à souder aux points, l'embouchure du tube afin de fermer l'enveloppe en ce point et de déconnecter le tube qui peut alors être enlevé. L'imprégnation du câble se fait alors de la manière décrite ci-après.
Quand l'imprégnation d'huile dans le câble doit être précédée d'une imprégnation de vapeur, le câble doit être séché avant d'être recouvert de son enveloppe. Un flux d'air sec et chaud passe à travers le câble d'une de ses ex- trémités après son recouvrement, et cela de préférence par aspiration à faible pression, les extrémités du câble étant inversées de temps en temps. On cesse ensuite de fournir de l'air et l'évacuation commence. Au bout d'un temps déter- miné, un nouveau séchage peut encore être fait en introduisant un flux d'air chaud, et après cela une vapeur est introduite pour se substituer à l'air. Le vide est ensuite appliqué aux deux extrémités du câble, puis l'imprégnation d' huile peut commencer.
Si de la vapeur est introduite des deux extrémités de la longueur effective du câble en grande quantité dans un flux d'air chaud et soc, la section centrale de la longueur effective du câble étant refroidie d'abord
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puis l'ensemble du câble pouvant se refroidir ensuite, la vapeur se condense dans le câble et la quantité de cette vapeur est graduée sur toute la longueur, la par- tie centrale contenant la majeure partie. Quand le câble est froid, l'évacuation finale commence et le chauffage est alors appliqué. Comme la température du câ- ble s'élève, la matière vaporisable accroît la pression, et cet accroissement s' exerçant particulièrement sur la section centrale de la longueur effective ne di- late pas seulement l'air mais accélère le procédé d'évacuation.
Ce procédé peut être étendu en graduant la température du câble, de sorte que cette température tombe du centre de la longueur effective aux extrémités auxquelles les pompes sont placées. La pression de vapeur de la matière décroît donc avec condensation partielle à mesure que l'on approche des extrémités, et le gradient de pression forçant l'air aux extrémités est accru. Si après cela la température peut s'éle- ver progressivement du centre vers les extrémités, le gradient de pression (en unités de pression par unité de longueur) peut s'accroître progressivement et l' évacuation de l'air résiduel est accélérée et rendue plus efficace.
Une méthode modifiée pour obtenir une concentration de la matière vaporisable au centre de la longueur est l'application de la matière sous forme liquide aux points voulus dans le câble non recouvert, immédiatement avant le re- couvrement, Dans de tels cas, les opérations de séchageet d'évacuation qui sui- vent le recouvrement doivent être réalisées avec soin pour éviter l'évacuation de la vapeur.
Dans cette méthode, il peut être désirable dnfermer la matière vaporisable dans des réservoirs ayant des sorties fusibles, le point de fusion de la matière dont sont faites ces sorties étant à une température égale approxima- tivement à celle pour laquelle la pression de vapeur de la matière vaporisable devient appréciable (par exemple 5 - 10 mms)o
Les dits réservoirs, qui peuvent être en métal, sont introduits dans les interstices du toron, ou en quelqu'autres pointe convenables du câble, avant le placement de l'enveloppe. La matière vaporisable doit avoir les carac- téristiques requises de pression et de température.
En général des matières qui ont une pression de vapeur de 20 à 30 mms. à la température finale seront utili- sées, telles que la naphtalène de méthyle ayant une pression de vapeur de 20 mms. à 120 centigrades.
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On a trouvé que l'imprégnation de vapeur permet une réduction consi dérable de la longueur effective du câble et par suite réduit le nombre d'ouver- tures nécessaires à prévoir dans l'enveloppe. Quand de l'huile est introduire en deux points d'un câble, les deux flux d'huile se meuvent l'un vers l'autre pour effectuer leur jonction et l'imprégnation totale, chassant l'atmosphère individuel- le contenue dans la longueur du câble entre les deux ouvertures. Si cette atmos- phère résiduelle est un gaz, une poche se formera entre les deux flux dans la ré- gion du point milieu de la longueur du câble comprise entre les points d'alimen- tation. Cette poche de gaz empêche l'huile de passer en vertu de la contre-pres- sion produite et l'imprégnation totale est empêchée.
On a proposa ci-dessus de prévoir une ouverture au point milieu, de sorte que les gaz accumulés peuvent être pompés par la dite ouverture. De cette manière la longueur effective d'imprégna- tion sera réduite à approximativement un quart, comparée au cas de l'introduc- tion de l'huile en un point et du pompage du gaz à l'autre point. Un effet sem- blable à celui produit en prévoyant une ouverture peut être obtenu par l'imprégna- tion de vapeur. Dans ce cas l'atmosphère résiduelle accumulée entre les deux flux d'huile consiste en vapeur qui se condense comme les deux flux d'huile s'ap- prochent l'un de l'autre, de sorte que les deux flux peuvent éventuellement se rencontrer et l'imprégnation peut se terminer.
Ainsi quand un câble de longueur L est pourvu d'un nombre impair d'ouvertures n (auxiliaires aux extrémités du cêble de sorte que la longueur du câble entre chaque ouverture est L/ (n+ 1), la longues effective, sans imprégnation de vapeur, sera L/ (n + 1) (puisque le câble peut être alimenté aux deux extrémités et aux ouvertures alternées pourvu qu'une ouver- ture d'alimentation ne soit pas adjacente d'une extrémité) tandis que la longueur effective pour l'imprégnation sera L/2 (n+1). Donc si la longueur effective re- quise est L/ (n+l) au moyen d'imprégnation de vapeur il est possible d'éliminer (n+l) /2 ouvertures.
N.B. - Pour un câble avec deux extrémités plus n (impair) ouvertures n-1/2 + 1 sont des ouvertures d'aspiration. n-1 sont des ouvertures d'alimentation
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Soit par exemple 6 ouvertures.
5-1/2 +1=3 ouvertures d'aspiration.
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5-1/2 = 2 ouvertures d'alimentation (plus les deux extrémités).
La vitesse d'imprégnation de l'huile dans un câble vide d'air peut encore être accrue par un contrôle convenable de la température. Ainsi si un courant circule dans le conducteur, sa température et celle de l'isolant voisin peut être accrue. On réduit de la sorte la viscosité de l'huile et on aide l' imprégnation. Puisque la résistivité thermique de l'isolant non imprégné et vide d'air est plusieurs fois plus grande que celle de l'isolant imprégné, l'applica- tion de courant au conducteur provoquera en plus un accroissement de la tempéra- ture longitudinalement le long du toron, de sorte que la résistance fluide par unité de longueur (après que l'huile a progressé d'une distance considérable sous le toron) à la chute de l'onde de l'huile est considérablement moindre que la résistance par unité de longueur à l'entrée du câble.
Cette gradation de tempé- rature le long du câble peut être aidée en élevant la température de l'enveloppe à quelque distance de l'extrémité d'alimentation. La condition limite est que la température maximum à laquelle l'isolant peut être soumis soit observée. Dans certains cas, la chute de température à travers le diélectrique non imprégné peut être si grande que le courant de circulation dans le conducteur amène le cuivre à une température très haute.
Dans ce cas le procédé inverse de chauffage de l' enveloppe peut être employé, c'est-à-dire que l'on peut donner la température ma- ximum permise au conducteur pour la température minimum obtenable de l'enveloppe et la température de l'enveloppe aux extrémités d'alimentation peut être élevée après imprégnation aux extrémités afin de maintenir la température du cuivre aux extrémités jusqu'à ce que la température maximum de l'enveloppe soit compatible avec la pression utilisée.
Le contrôle de la température le long du câble peut s'effectuer en chauffant le conducteur (courant électrique de circulation), ou en contrôlant la température de l'enveloppe en diverses sections le long du câble, ou par une combinaison de ces deux méthodes de contrôle.
Le contrôle de la température de l'enveloppe aux diverses sec- tions de la longueur du câble peut être mieux effectué par une méthode quelconque de chauffage électrique. Le câble peut être immergé dans un bain fluide (gaz ou liquide) qui est maintenu à un niveau quelconque voulu de température, et un des
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types suivants de chauffage électrique peut être employé pour produire la grada- tion requise des températures le long du câble. Un courant électrique (courant continu ou alternatif) peut circuler dans l'enveloppe qui peut être pourvue d'un nombre quelconque de dérivations;, ainsi qu'il est montré fig.l. Le court-circuita- ge d'une paire de dérivations produira dans l'enveloppe, entre cesdérivations, un refroidissement du niveau de température basique du fluide ambiant.
Par exemple le court-circuitage de la dérivation Ee provoquera un refroidissement de la sec- tion du câble EX.e. Si la connexion Ee est faite à travers une résistance, une partie du courant circulant continue à passer autour de la section EXe, et la tem- pérature de cette section peut être maintenue à un niveau compris entre celui du restant de la longueur du câble et le niveau de température basique du fluide am- biant. Dans les cas où seulement deux dérivations sont utilisées, la longueur du câble est divisée en trois sections, et un courant alternatif triphasé peut être utilisé dont les phases ne sont pas équilibrées afin de fournir des variations dans la température d'une section à une autre.
Dans ce cas il y a un déséquili- brage dû à la self induction de l'enveloppe, et cette caractéristique peut deve- nir un avantage en réduisant le chauffage dans u::e section du câble par le con- trôle de la rotation de phase. En général un courant à phases Multiplex peut être utilisé, le nombre de phases correspondant au nombre de sections dans les- quelles on désire diviser la longueur du câble pour varier le gradiant de tempé- rature longitudinal.
On a trouvé préférable d'appliquer le courant électrique au moyen d'un ruban fibreux, par exemple en asbeste, dans lequel les éléments de chauffage sont placés. Un tel ruban peut être appliqué sur l'enveloppe comme un recouvre- ment hélicoïdal. Les éléments de chauffage peuvent être disposés ainsi qu'il est montré figures 2 ou 3, de manière que l'ajustement du circuit à l'extrémité du ruban T provoquera la variation de l'effet de chauffe le long du câble. L'emploi d'un tel ruba introduit des avantages pour la circulation du courant dans l'en- veloppe elle-même, en ce qu'il n'est pas nécessaire de prévoir des dérivations sur l'enveloppe en des points qui peuvent être inacessibles quand le câble est enroulé sur un tambour.
Le ruban permet aussi l'emploi de courants à plus hauts voltages (par exemple 220 volts) qui sont d'un emploi plus convenable en pratique
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et qui permettent de réduire le courant de circulation avec pour résultat une ré- duction des effets inductifs. Ces effets peuvent être de plus réduite et rendus négligeables par l'arrangement des circuits élémentaires de chauffe dans le ru- ban sous la forme d'enroulements bifilaires bien connus dans lesquels les effets inductifs d'un conducteur sont complètement annulée par les effets inductifs d' un conducteur de retour correspondant. Le ruban peut aussi comprendre des con- ducteurs à hautes résistances pour la mesure de la température par des change- ments de résistances.
Ces conducteurs peuvent être arrangés de manière que la température dans la région d'une section quelconque de la longueur du câble puis- se être déterminée exactement. On a aussi trouvé que le contrôle de la tempéra- ture le long du câble peut être obtenu en appliquant des rubans du type décrit autour du noyau d'un tambour sur lequel le câble est enroulé, ainsi qu'à travers le câble enroulé sur le tambour. Dans ce cas le câble est arrangé sur le tambour en deux couches, ainsi qu'il est montré fig.4. Les circuits du ruban peuvent être disposés de manière à obtenir un effet semblable à celui obtenu par l'arran- gement de la figure 1, et les sections de la longueur du câble ont été désignées par des lettres d'une manière correspondante sur la figure 4.
La chaleur produi- te dans le ruban intérieur sera transmise à travers la couche extérieure du câble aussi bien qu'à travers la couche intérieure, mais cela est sans importance puis- que le câble est arrangé de manière que les sections correspondantes des deux moi, tiés de la longueur du câble sont adjacentes. Cette méthode de contrôle de la température longitudinale est commode en ce que l'enroulement (et par suite l'en- lèvement) du ruban sur chaque longueur de câble traité est évitée, puisque les tambours utilisés dans le procédé peuvent être équipés d'une manière permanente avec un ruban intérieur, et peuvent être rapidement pourvus avec un ruban exté- rieur après que le câble a été placé sur le tambour, en enroulant le ruban sur le tout et en le fixant au moyen d'un dispositif tel que montré figure 5.
La pression qui peut être appliquée en introduisant l'huile d'im- prégnation, dépend de la résistance à la dilatation de l'enveloppe en plomb. Un accroissement à cette pression peut avoir lieu si le câble est immergé dans un fluide sous pression, de sorte que la différence de pression de l'intérieur à l'extérieur de l'enveloppe soit diminuée par ce moyen. Il est vrai que par ce procédé la pression de l'extérieur vers l'intérieur sera accrue aux points de 1'
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enveloppe près des parties de l'isolant qui ne sont pas imprégnés ou qui sont partiellement imprégnées, puisque la pression intérieure en ces points s'ap- proche de zéro, mais on sait que les enveloppes de câbles sont plus résistantes aux pressions extérieures qu'aux pressions intérieures.
On a trouvé qu'une en- veloppe de câble qui peut résister à 2 1/2 unités de pression interne, peut ré- sister à une pression externe de a 1/2 unités. Donc si la pression externe est élevée d'une unité, la pression appliquée à l'huile d'imprégnation peut être ac- crue d'une unité, et le procédé d'imprégnation sera donc accéléré d'une manière correspondante puisque le temps d'imprégnation est toujours inversement propor- tionnel à la pression appliquée en introduisant l'huile.
Le fluide ambiant peut avoir sa pression accrue à mesure que le procédé avance, afin que la pression maximum de l'extérieur vers l'intérieur puisse être maintenue à la valeur voulue, soit 3 1/2 unités, et que la pression maximum de l'intérieur vers l'extérieur aux extrémités d'alimentation puisse être limitée à la valeur convenable, soit 2'1/2 unités. Cela est montré schématiquement figure 5. Cette figure montre un câble placé dans un réservoir à pression contenant un fluide. Trois condi- tions sont représentées.
Puisque des enveloppes en plomb et en alliage de plomb sont plus résistantes à la dilatation aux basses températures, il est avantageux de maintenir l'enveloppe à la température pratiquement la plus basse et d'utili- ser le conducteur de chauffe comme décrit ci-dessus pour réduire la viscosité de l'huile se déplaçant le long du conducteur, tout en appliquant la pression ma- ximum permise à l'huile à son introduction.
La vitesse permise de refroidissement du câble peut être accrue par un contrôle semblablement gradué de la température. En refroidissant l'en- veloppe avant le noyau (courant circulant dans le conducteur), et en refroidis- sant les sections centrales avant les sections d'extrémités (courant circulant dans les sections d'extrémités de l'enveloppe, ou chauffage inégal appliqué le long du câble par des rubans sur celui-ci ainsi que montré aux figures 2 et 3, eu sur le tambour ainsi que montré figure 4) il est possible d'accélérer le re- froidissement.
On a trouve que pour une forme donnée de câble de longueur con- stante, refroidie en sections EX et eX, DE et de, CD et cd, BC et bc, etc..... ainsi que montré figures 1 et 4, la vitesse permise de refroidissement peut âtre accélérée ainsi-qu'il est montré ci-dessous.
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Nombre de dérivations Temps de refroidissement Heures - 4.50
20 7. 32
5 15.84
3 23.40
1 60,8
Quand l'huile est fournie dans le câble sous pression pendant le refroidissement en plus qu'un point, il convient d'avoir différentes pressions à l'une ou plusieurs des diverses entrées de manière qu'il y ait un léger flux d' un point à un autre. Un trop rapide refroidissement aux points situés entre ceux d'alimentation réduit ce flux et indique par des lectures faites aux points d'en- trée que le refroidissement a lieu trop rapidement.
REVENDICATIONS.
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1 - Câble électrique à haute tension dans lequel l'évacuation et/ ou l'imprégnation est accélérée en réduisant la longueur effective du câble.
2-Câble électrique armé à haute tension dans lequel des ouvertu- res sont prévues dans l'enveloppe en un ou plusieurs points intermédiaires de sa longueur, de telle sorte que la longueur effective du câble dans le but de l'é- vacuation et/ou de l'imprégnation est réduite.
3 - Câble électrique à haute tension, suivant les revendications 1 ou 2, dans lequel les ouvertures dans l'enveloppe correspondent à des tubes dont la forme est telle qu'il y ait une résistance minimum au fluide en ces pointa.
4 - Câble électrique à haute tension dans lequel de la matière va- porisable est utilisée pour prévoir une atmosphère résiduelle s'approchant d'une vapeur pure, de manière que de l'huile introduite aux deux extrémités du câble puisse imprégner complètement celui-ci sans produire de gaz résiduel au point de jonction des flux provenant des points d'introduction, la longueur effective du câble étant ainsi divisée en deux moitiés entre les points d'introduction de l'huile.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.