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" Câble à haute tension "
L'utilisation du oaoutohouo comme matériel isolant pour la haute tension, en partioulier pour les oâbles à haute ten- sion a été rendue possible par l'application du caoutchouc oonduotif comme couche inte nnédiaire entre l'isolation et les conducteurs métalliques, o.à.d. comme partie du oonduoteur.
En assurant une adhésion ferme entre le caoutchouc conducteur et isolant on réuissit à prévenir la majeure objection à l'utilisation du caoutchouc, o. à.d. l'ionisation et la forma- tion d'ozone.
Il appert des résultats trouvés jusqu'à présent qu'on n'a pas reoonnu que le oaoutohouo conducteur doit aatisfaire oertaines exigences bien définies en ce qui oonoerne sa oon- duotibilité et que l'utilisation d'une résistanoe des couches conductrices, qui peut être oonsidérée comme petite en oompa- raison aveo la résistanoe de l'isolant, ne peut pas donner satisfaction.
Or le sujet de l'invention est la conception nouvelle
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que la résistanoe du oaoutohouo oonduotif doit être inférieure à une certaine limite. L'invention vise en outre les moyens d'obtenir ladite résistanoe relativement basse. Enfin il s'est montré que la combinaison de la substanoe isolante et l'iso- lant oonduotif aveo résistanoe maximale définie ne faut pas être limitée au oaoutohouo . Chaque isolant ressemblant le oaoutohouo et aussi les substances synthétiques, comme le oaoutohouo synthétique et les résines flexibles peuvent être utilisées selon le même prinoipe. la combinaison : oouohe oonduotive -couche isolante - couche oonduotive peut être considérée comme un montage en série d'une résistance, d'un condensateur et d'une résistan- oe.
Les résistances absorberont une certaine tension pour la oonduotion du courant de charge du oondensateur. Cette ten- sion est en phase aveo le courant de charge, tandis que la tension au condensateur est en retard d'à peu près 90 sur le courant de charge. On peàt parler d'une tension wat- tée et d'une tension déwattée, le quotient de ces tensions étant la tangente du complément de l'angle de phase entre la tension et le courant de charge, lequel est occasionné par la résistanoe des oouohes oonduotives. En d'autres mots : la ré- sistanoe des couches oonduotives détermine l'augmentation de la tangente de l'angle de perte @ (delta) du matériel iso- lant.
En effet on doit additionner à oette tangente le quo- tient de la tension wattée dansles couches oonduotives et de la tension déwattée dans la couche isolante. Des espèces de caoutchouc ayant été trouvées, lesquelles possèdent une valeur du tg @ = 0.003 à 0. 004 et les résultats des expérienoes aveo le caoutchouc et les autres isolants homogènes ne lais- sant pas soupçonner l'atteinte d'une limite, on doit exiger une telle oonduotibilité de l'isolant conducteur que l'aug- mentation du tg @ due à la perte de tension dans les oouohes
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oonduotives, n'est pas supérieure à 0. 0003 p.e. Le quotient entre la tension wattée et)la tension déwattée doit donc être inférieur à oette valeur.
Or il existe trois directions, dans lesquelles les oou- ohes oonduotives doivent transporter le courant de oharge du oâble. ces trois directions sont :
1 la direction radiale, o.à.d. la direction radiale en- tre le conducteur et l'isolant dans la oouohe inté- rieure et entre l'isolant et le reoouvrement métalli- que dans la couche extérieure. Si le conducteur du courant et le reoouvrement métallique sont en con- taot aveo les deux oouohes conductrices oette direo- tion seule est d'importance. La résistanoe des oouohes conductrices est alors déterminée principalement par leur épaisseur.
2 La direction axiale, o. à.d. la direction selon la li- gne limite entre le conducteur métallique et l'isolant conductif dans la seotion ronde du câble. Cette direc tion de transport est importante, si le susdit contact entre le conducteur métallique et la couche oonduoti- ve n'est pas parfait, o. à.d. si le conducteur n'épouse- @ pas parfaitement la oouohe oonduotive intérieure et/ou si le reoouvrement métallique n'est pas serré sur la couche oonduotive extérieure.
Le cas peut se pro- duire que le contact se trouve seulement établi le long d'une génératrioe du cylindre conducteur du courant ou du reoouvrement métallique et cylindrique. L'accrois- sement des pertes est dans ce cas déterminé, outrepar l'épaisseur de la oouohe oonduotive, par sa circonfé - renoe.
3 La direction longitudinale du câble. Cette direction de transport se fait sentir seulement pour la couche ex- térieure si un recouvrement métallique mis à la ter-
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re n'est pas présent et la oouohe oonduotive extérieure est mi - se à la terre en des points disorets. L'accroissement des pertes est déterminé ici, outre par l'épaisseur de la couche oonduotive, par la distanoe des points de mise à la terre.
Cette direction de transport ne se présente pas dans les oa- bles triphasés, dont les oouohes oonduotives extérieures se' touohent. Les oourants de charge des trois oâbles monophasés se oompenseront alors. cette direction de transport se fait notamment sentir dans les oâbles aveo oouohes intermédiaires o.à.d. aveo distribution de tension régularisée dans le dié- leotrique. Dans ce cas on doit se fier à la oonduotibilité des couches intermédiaires pour oompenser les oourants de charge des condensateurs inégaux mis en série. Une simple oaloulation suffit à trouver dans les trois cas susdits la résistanoe spéoifique maximale admissible pour le matériel oonduotif.
1.. Si l'on prend comme exemple un câble pour faible courant aveo noyau de cuivre de 2 nm d'épaisseur, une oouohe de caoutchoute oonduotif de 9 mm, une oouohe de caoutchouc isolant de 17 mm, l'accroissement du tg cf est à oalouler pour une tension de
100 hv.
Le oourant de charge du câble par om est environ 6.10-5 amp., la résistanoe de la oouohe de caoutchouc oonduotif est environ
0,3 x, x étant la résistanoe spéoifique par om3 ; la tension wattée est alors de 1,8.10-5 x V. et oette valeur peut être égale au maximum @@ à 0.0003. 100.000 = 30 V. La valeur maxi- male pour x ext donc de 1,5 megohm par om3 . Si l'on compare oette valeur aveo la résistance du oaoutohouo isolant,o.à.d. environ 1015 à 1016 Ohm par om3 , on reconnaît , que même dans ce premier cas favorable on ne peut pas suffir aveo une réduo- tion, même importante, de la résistance du oaoutohouo isolant et qu'il faut exiger une oonduotibilité relativement importan- te.
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2 Une deuxième oaloulation pour le même câble, pourvu d'une oouohe extérieure en caoutchouc oonduotif de 0,1 mm, la- quelle est mise à la terre sur une génératrice du cylindre extérieur, résulte en une résistanoe spécifique maximale de 500 Ohm par cm3 environ pour la couche extérieure en oaoutohouo oonduotif.
3 Une troisième caloulation pour le transport des oourants de charge dans la direction longitudinale du câble dans les oouohes intermédiaires oonduotives ou dans la oouohe extérieure conductive résulte en l'exigenoe que la résis- tance spécifique soit encore réduite par un faoteur 1000 à 10. 000, la grandeur de ce facteur dépendant de la dis- tanoe des points de mise à la terre et oette réduction étant néoessaire pour empêoher une augmentation inadmis- sible des pertes.
Il est à observer que pour une augmentation de la tension le chemin à paroourir par le oourant dans les couches oonduo- tives se trouve augmenté, au moins pour le second cas et que le courant de charge se trouve également augmenté, de sorte que les exigenoes de oonduotibilité devront être prises plus étroites.
Il s'est montré des expérienoes qu'un câble monophasé recouvert par le plomb d'une façon normale doit être compté sous le cas énuméré sous 2 , en ce qui oonoerne la couche extérieure oonduotive. En partioulier il est à observer que le recouvrement en plomb ne sera plus serré sur l'isolant après que le oâble a été sous charge pendant quelque temps, et bien comme oonséquenoe des expansions et contractions répétées.
Dans tous les cas il est néoessaire que la résistance spécifique de l'isolant soit en aucun cas supérieure à 1 megohm par om3; dans la majorité des cas pratiques la limite maxima de la résistance est à fixer à 1000 Ohm par om3 envi- ron.
On peut obtenir une résistance spécifique basse de deux -5-
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façons. En premier lieu les substances à additionner peuvent être choisies d'une nature, d'une quantité et dans une oombi- naison particulières, sur ce ohoix dépend aussi:
1 la plasticité du mélange oonduotif,
2 son adhésion à l'isolant.
Si oette adhésion devrait devenir insuffisante on pour- rait recourir à une deuxième mesure, o. à.d. à la subdiivision d'une oouohe conductrice en des couches minoes aveo oonduo- tibilitéoroissantes vers le conducteur métallique.
Comme exemple du mélange aveo une substance oonduotive définie on peut mentionner le mélange avec poudres métal- liques. Les résistances à obtenir sont da nature à permettre dans le premier et dans le second des trois susdits cas, le transport du oourant de charge sans pertes d'une élévation inadmissible. Cependant on ne parvient pas à une telle résis- tanoe réduite que le transport dans la direction longitudina- le du câble serait possible. On doit donc prévoir un reoou- vrement métallique (gaine de plomb) et l'utilisation des cou- ches intermédiaires n'est pas po ssible.
Un exemple du mélange aveo une certaine quantité d'une substance conductive est le mélange aveo le graphite finement divisé. Il s'est montré que dans la courbe de la oonduotibilité comme fonction du pourcentage de graphite on a un repli aigu pour 65 % de graphite. Pour les 60 % les valeurs de la résis- tanoe sont considérablement au$-dessus de ce qui est admissi- ble; pour 65 % on a environ la valeur des résistances admissi- bles pour le transport du oourant de charge dans la direction radiale; pour les 70 % on a environ la valeur admissiblpour le transport dans la direction axiale.
L'addition de plus de 70 % n'est pas recommandable, puisque ceci entraînerait une perte trop considérable du pointde vue de la plasticité , ,ré- sistanoe mécanique et élastioité. Le transport du courant de charge dans la direction longitudinale n'est aussi pas possi-
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ble dans ce oas.
Comne exemple de l'addition d'une combinaison des suhstan- ces on peut mentionner la combinaison du graphite et du litho- pone . Des expérienoes ont montré que l'addition de 50 à 55 % de graphite etde 10 % de lithopone résulte en la même résis- tance que l'addition de 65 % de graphite, les qualités mécani- ques du caoutchouc mentionnées en premier lieu étant oonsi- dérablement meilleure que du deuxième.
La mesure mentionnée en deuxième lieu : laconfection de la couche oonduotive de oouohes minoes à conductibilité croissante assmre enpremier lieu une meilleure adhésion en- tre l'isolant et l'isolant oonduotif. En.effet la transition est plus graduée, ce qui entraîne une réduction de l'influen- ce de la cause principale de la formation des oavités, o. à.d. les différences du coefficient d'expansion. En second lieu ce principe rend possible le transport du courant de charge dans la direction longitudinale et l'application des couches intermédiaires, car on peut atteindre ainsi une résistance très basse.
En partioulier si l'on utilise des poudres métal- liques, la couche constituante avec la.. résistanoe la plus basse peut avoir un pourcentage en métal très élevé, tandis que l'adhésion à l'isolant est assurée par les couches compo- santes avec résistance plus élevée .
Dams le cas extrême, o.à.d. lorsqu'on utilise des couches intermédiaires daas les systèmes étendus de câbles, on peut avoir recours à la prévision d'une bande métallique enroulée sur le oâble et oontigue de couches en isolant oonduotif sur ses deux cotés, la résistance de ces couches augmentant vers le diélectrique, dans lequel elles sont graduellement trans- formées.
Si l'isolant est rendu oonduotif au moyen de poudre métal- lique on choisit par préférence le métal de la bande identi- que au métal de poudre.
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Il va de soi que sous le câble on doit comprendre les pièces auxiliaires de l'installation,en partioulier les jonc- tions ou les manchons du oâble et les manchons d'extrémité du câble. En général il est possible et très préférable de oon- feotionner ces pièces auxiliaires de la même façon que le oâ- ble utilisé, de sorte que les différentes oouohes di-éleotri- ques et oonduotives sont continuées dans les manchons.
REVENDICATIONS.
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1. Câble isolé en aaoutohoue, oaoutohouo synthétique, résine synthétique ou autre matière isolante homogène et élas- tique, dans lequel une ou plusieurs oouohes du matériel isolant ont été rendues oonduotives, caractérisé en ce que la résis- tanoe spéoifique de l'isolant rendu oonduotif n'est pas su- périeur à 1 megohm par om3 .
2. Câble selon la revendioation 1, caractérisé en ce que l'isolant oonduotif oonsiste en deux ou plusieurs oouohes avec conductibilité oroissante de l'isolant vers le conduc- teur métallique.