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1t1erfectionnement s aux câbles électriques
Ainsi qu'il est bien connu, dans les câbles à haute tension appartenant au type actuel recouvert d'une enveloppe de plomb avec papier isolant, la présence d'espace clos renfermant de l'air ou des gaz
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présente de sérieux inconvénients en raison du danger de voir cette masse gazeuse devenir ionisée dans le cas des hautes tensions électriques, ce qui peut entraîner la rupture du diélectrique.
Avec le procédé habituel d'imprégnation, selon lequel le câble, préalablement revêtu de papier, est séohé et imprégné d'huile ou de composition isolante qui sera, par la suite, appelée "compound", opération effectuée dans le vide, on sait qu'il est impossible d'éliminer entièrement la masse d'air ou de gaz.
En outre, ce procédé impose des limites relativement faibles à la viscosité du compound-., de manière à permettre à ce corps de pénétrer dans les parois du diélectrique.
Lorsque le câble est de fabrication récente, l'air ou le gaz restant est, en générall, finement divisé et uniformément distribué sous forme de très petites bulles ou bien en solution dans le oompound imprégnant le diélectrique et les dimensions des espaces confinés sont telles que le gaz ne peut pas être ionisé tant qu'on n'applique pas des tensions beaucoup plus importantes que celles qui carrespondent à la tension appliquée en service normal.
Par contre, @ lesdites dimensions sont susceptibles d'être modifiées par retrait après échauffement du câble, et il en résulte que l'ionisation peut ensuite se produire pour des tensions électriques moins élevées.
Ce retrait est rendu possible par la nature du compound utilisé dans le procédé d'imprégnation, compound qui est nécessaire pour assurer la pénétration dans l'isolant, ainsi qu'on l'a vu
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plus haut,
D'autre part, si on s'efforce de pousser plus loin 1 imprégnation, de manière à réduire de beaucoup la masse de gaz résiduel emprisonnée, la di- latition du compound n'étant pas compensée par la compression du gaz dans le diélectrique, agit sur la galne de plomb par suite du chauffage du câble lorsque ce dernier est en charge. De cette manière, lorsque le cable se refroidira, il tendra à se former, dans le diélectrique., des espaces contenant un gaz à basse pression susceptible d"être ionisé au cours du fonctionnement normal du câlls.
Dans le but de remédier à ces inconvénients dus à la dilatation de la gaine de plomb et (ou) à l'accumulation de gaz, phénomènes provoquant, en ser- vice normal, des conditions favorables à 1 ionisation du gaz emprisonné dans un diélectrique en papier imprégné, on a prévu, conformément à la présente invention, un câble dont les caractéristiques sont nouvelles* Il'une de ces caractéristiques réside dans le fait que-, l'on a établi, pour le gaz qui se trouve dans le câble, des espaces dont les dimensions sont déterminées et sont sensiblement invariables. D'autre part, le gaz est continuellement maintenu sous une pression sensiblement inférieure à la pression atmosphérique.
Ainsi qu'il est bien connu, à chaque épaisseur d'un espace rempli de gaz correspond une pression critique au-dessous de laquelle on voit augmenter rapidement la tension dionisation. Dans le cas actuel, si on tient compte des dimensions des espaces remplis de gaz, la pression choisie pour le gaz est 'si faible que ce
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gaz n'est pas ionisablB au cours du fonctionnement normal du câble. Cette pression est réglée de manière qu'elle soit inférieureà la pression critique correspondant à la plus grande dimension radiale de l'un quelconque des espaces remplis de gaz existants dans le câble .
La présente invention est applicable à la fois au cas où le papier est imprégné et au cas où le papier n'est pas imprégné. Ladite invention est également applicable à des diélectriques autres que le papier, ces diélectriques étant utilisés d'une manière analogue, par exemple le "cambric" verni. Dans la description qui suit, la matière solide utilisée comme diélectrique est le papier.
Pour établir les dimensions des espaces remplis de gaz, au cours du guipage des couches de papier, lesdits espaces sont déterminés au point de vue radial d'après l'épaisseur du papier et au point de vue longitudinal d'après l'espacement des enroulements de chaque couche. Dans le cas où l'on utilise du papier imprégné, on s'arrange pour que les espaces compris entre les enroulements de papier ne contiennent pas (ou presque pas) de compound à l'état libre, c'est-à-dire pour que le compound soit retenu dans le papier et à la surface de ce papier.
Conformément à la présente invention, au cours de la préparation du papier imprégné destiné à la fabrication d'un câble, ce papier est (avant d'etre appliqué sur le conducteur) imprégné d'une composition isolante appelée "compound" ayant un point de soli- dification suffisamment élevé pour assurer, jusqu'à une température supérieure au maximum atteint en service normal, le maintien de la stabilité physique de ce
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papier imprégné, L'imprégnation peut être effectuée, par exemple, conformément au brevet belge n 358.734 ou au brevet belge n 386.051.
Ainsi qu'il est mentionné dans les brevets précités, on peut, en plus de l'imprégnation, munir le papier d'une pellicule lubrifiante. Cette pellicule est appliquée de préférence sur un seul côté du papier et elle a une très faible épaisseur* Elle peut, par exemple, être composée d'une substance enduite d'une gelée de pétrole ayant une forte viscosité et un point de solidification élevé.
Le traitement d'imprégnation du câble est complété par les opérations effectuées sur le papier, comme il vient d'être décrit. Il n'y a pas lieu d'ajouter encore du compound, soit pendant le guipage du papier, soit après la pose du papier dié- lectrique. le dessin annexé montre schématiquement un exemple de câble conforme à la présente invention, la fig. 1 représentant une section transversale et la fige 2 une section longitudinale.
Dans ce câble, le conducteur 1 est recouvert d'un mince ruban métallique (ou feuille) 8 et il est enveloppé de couches de bandes de papier désignées par les chiffres 3, 4 et 5 sur le dessin.
A l'extérieur de ce diélectrique se trouve une couche métallisée 6 qu'il est préférable de perforer et sur laquelle on applique la @ gaine de plomb 7. On applique encore, à l'extérieur de cette gaine, un ruban métallique de renforcement 8 et le tout est protégé, suivant le procédé habituel, par des couches d'étoffé imprégnée 9.
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Le ruban métallique .8, le papier métallisé 6, le ruban de renforcement 8 et les couches d'étoffe 9 seront montée ,comme d'ha bi tude, sous forme hélicoïdale. Ce détail n'est pas visible sur le dessin.
Le mince ruban métallique 2, monté sur le conducteur 1, a pour fonction bien connue de réduire localement les tensions électriques et on obtient ainsi, pour la couche diélectrique, une surface intérieure cylindrique bien définie. Au lieu d'utiliser ce ruban, on peut obtenir le résultat désiré en posant les fils constituant la partie périphérique du conducteur (soit avant, soit après le toronnage) de manière à donner au conducteur une surface extérieure lisse. On peut utiliser, à titre de variante, un tube fin en plomb recouvrant le conducteur, conformément à la description figurant dans le brevet belge n 275.062.
On verra sur- le dessin comment on a fixé les dimensions des espaces 10 remplis de gaz entre les spires adjacentes en papier; ces dimensions ont été déterminées :
1 / d'après l'espacement mutuel des spires de papier;
2 % d'après l'épaisseur du papier.
La première condition détermine la largeur (sens longitudinal du câble) et la deuxième condition détermine la hauteur radiale de ces espaces clos. Le ruban métallique 2 constitue, du côté intérieur du câble, la surface limitant les espaces rem- :Plis de gaz les plus rapprochés de l'axe du câble. La couche de papier métallisé 6 forme, vers l'extériemr du câbler la surface limitant lesdits espaces les plus éloignés de l'axe du câble. On comprendra que
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toute masse gazeuse pouvant se trouver emprisonnée en- tre la couche de papier métallisé 6 et la gaine de plomb 7 ne sera pas soumise à la tension électrique.
La même remarque s'applique aux masses gazeuses situées entre le ruban 2 et les fils du conducteur 1, ainsi qu'à l'intérieur de ce conducteur.
D * après la précédente description d'un câble à un seul noyau,, on saisira facilement comment la présente invention peut être étendue baux câbles possédant plusieurs noyaux. Il est entendu que les précautions prises pour s'assurer de l'absence de compound à l'état libre doivent s'étendre au matériel utilisé entre les no aux utilisé pour les matières de remplissage/(lorsque cel- les-ci sont imprégnées)
ainsi qu'à toute ceinture isolante susceptible d'être utilisée en supplément pour l'isolement des différents noyaux*
On peut déterminer à l'avance avec préci- sion les alvéoles de gaz formées entre les spires adjacentes de chaque couche de papier imprégné ou de papier non imprégné (couche appliquée sous forme hélicoïdale) en choisissant pour le papier une épais- seur convenable et en disposant en quinconce les différentes couches, de telle sorte qu'aucun des es- paces hélicoïdaux ne soit directement superposé à un autre.
Cette dernière condition peut être satisfai- te, par exemple en enroulant les cpuohes de papier imprégné sur le câble au moyen d'une machine du type dans lequel le câble tourne; les parties supérieures d'où le papier est débité sont fixes et les positions relatives des rubans de papier peuvent être maintenues avec précision et surveillées d'une manière permanente.
Une telle machine est décrite dans le brevet belge n 301.736.
Toutefois, il est entendu qu'on ne doit pas
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effectuer dans le cas actuel 1' immersion du cabine, dans le compound, pendant l'opération d'enroulement, procédé décrit dans le brevet précité. les rubans de papier sont enroulés dans le câble dans l'air qui est maintenu, de préférence, au-dessous du degré d'hu- midité normale et le câble est ensuite enveloppé d'une gaine de plomb ou d'un alliage de plomb; on peut renforcer cette gaine, pour la protéger contre les agents extérieure.
Ensuite l'air emprisonné dans le- diélectrique, air principalement localisé dans les espaces clos établis entre les spires de papier, est évacué, ainsi que le restant de l'air contenu dans le câble ; on peut pousser cette évacuation jusqu'à la quantité désirée. L'air ainsi évacué peut être remplacé par un gaz inerte, par exemple l'azote, l'anhy- dride carbonique, l'hélium, le néon ou tout autre gaz approprié. L'évacuation de l'air et le remplissage du gaz peuvent être facilités au moyen de remplissages et d'évacuations successives de ce gaz dans le câble et en chauffant le câble d'une manière intermittente ou d'une manière continue, ce chauffage étant obtenu soit par des moyens extérieurs, soit par le passage du courant dans le ou les conducteurs, soit par ces deux procédés.
Dans tous les cas, l'opération finale consiste à vider le câble de manière à obtenir la basse pression désirée, le câble ayant été scellé à ses extrémités dans le but d'empecher une entrée d'air ou de gaz.
Le choix des dimensions radiales des espa- ces remplis de gaz et le choix de la pression du gaz dépendront d'un certain nombre de conditions. Toutefois, il est généralement avantageux d'établir
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avec de faibles dimensions radiales, par exemple de 0,,OU mm., les espaces remplis de gaz situés à la surface du conducteur. En augmentant l'épaisseur des couches de papier s'étendant depuis le conducteur vers l'extérieur, on peut également augmenter les dimensions radiales des espaces remplis de gaze de manière à bénéficier du fait que la tension électrique diminue à mesure qu'on s'éloigne de la surface du conducteur vers l'extérieur.
Avec de telles dimensions et avec une pression absolue de l'ordre de 0 à 10 mm. de mercure, on peut réaliser des con- ditions permettant d'appliquer une très forte tension électrique sans provoquer l'ionisation. Il est entendu que les chiffres précités sont donnés seulement à. titre dexemple.
Dans aucune des conditions normales de fonctionnement du câble, la pression interne ne doit dépasser- la pression atmosphérique externe. la. dilatation du diélectr@que solide, qui peut se produire, est compensée par une variation relativement faible de la pression régnant dans les espaces remplis de gaz. De cette manière, aucune dilatation de la gaine ne peut se produire et aucun renforcement de ladite gatne n'est nécessaire à cet effet.