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BREVET D'INVENTION " CONDUCTEUR ELECTRIQUE ISOLE "
La présente invention est relative aux conducteurs électriques isolés. Elle vise, en particulier , à réaliser un câble électrique pour réseaux de force à basse tension et elle envisage, dans ce but, un câble électrique compor- tant un agent isolant , susceptible , lorsqu'il est soumis à une température due à la formation d'un court-circuit ou d'un défaut du même genre , de constituer un moyen effec- tif d'extinction de l'arc.
Etant donné que la mise en service de réseaux à basse tension pour la distribution de force impose des conditions de service nouvelles du fait que l'on ne peut se protéger contre une surcharge des conducteurs au moyen des types habituels de dispositifs de protection électriques tels que des coupe-circuit ou dispositifs analogues, il devient nécessaire en cas d'un court-circuit ou autre
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défectuosité , que le conducteur lui-même fonde et se coupe. Ce type de coupure est toujours accompagné de la formation d'un arc , et les types habituels d'isolants se désagrègent et permettent à l'arc de se déplacer le long des canalisations dans lesquelles les câbles sont installés jusqu'en un point où la coupure physique dans les trous d'homme donne un intervalle suffisant pour éteindre l'arc.
Il en résulte la destruction de grandes longueurs de câbles ,et souvent la défectuosité se transmet à d'autres circuits et augmente les dommages, d'où il résulte une interruption de service dans de grandes zones.
En outre des dommages faits à l'installation , un autre danger encore plus sérieux tient aux explosions résultant de l'allumage par l'arc de gaz produits par la désagragation des matières isolantes utilisées jusqu'ici.
On a enregistré pour cette raison beaucoup de cas de dété- riorations faites ades propriétés extérieures et de bles- sures occasionnées à des personnes.
Des réseaux sont également utilisés pour distribuer de la force dans des grands bâtiments où les câbles sont placés dans des conduits à la fois verticaux et horizontaux, et les mêmes conditions de brûlure et d'explosion et de danger d'incendie existent.
Le conducteur électrique isolé selon l'inven- tion convient particulièrement pour les réseaux de distri- bution à basse tension. Il est caractérisé par le fait qu'il possède, de façon inhérente dans sa structure, des moyens appropriés entrant en jeu lorsqu'il se produit un court- circuit ou défaut analogue pour réduire au minimum la durée
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de l'arc. Cette réduction au minimum de la durée de l'arc empêche que la destruction se propage et que des conditions défectueuses se transmettent à d'autres circuits. En outre , on évite complètement la possibilité d'explosion ou d'incendie dans les systèmes souterrains et les trous d'homme avec le conducteur isolé selon l'invention car il ne se dégage pas de gaz inflammables explosifs ou toxiques du conducteur isolé du fait de l'extinction de l'arc.
Sur son aspect le plus large, le conducteur isolé selon l'invention comporte un conducteur métallique entouré par un agent isolant incapable de dégager un gaz inflamma- ble , explosif ou toxique à des tèmpératures élevées conséquentes à un court-circuit ou défaut analogue et sus- ceptible , lorsqu'il est soumis à ces températures élevées, de former un composé vitreux autour du conducteur métalli- que . Le corps isolant possède les caractéristiques physi- ques et électriques voulues pour permettre la manutention et la mise en oeuvre ordinaire pendant l'installation et le service normal du câble ou dispositif analogue , et la formation du composé vitreux n'a lieu que lorsque le corps isolant est soumis à des températures élevées.
De préfé- rence , le corps isolant est fait principalement d'amiante imprégnée d'un silicate alcalin tel que le silicate de sodium . Lorsqu'il est ainsi fait , conformément à l'in- vention , le corps isolant contient une quantité de sili- cate alcalin telle qu'il s'unisse à l'amiante pour former un composé vitreux autour du conducteur métallique lors- qu'il est soumis à la température élevée due à un court- circuit ou défaut analogue. Dans sa forme de réalisation
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la meilleure, le corps isolant composé d'amiante imprégné d'un silicate alcalin est séparé du conducteur métallique par un corps intermédiaire capable d'empêcher la pànétra- tion du silicate alcalin sur la surface du corps métalli- que.
Ce corps intermédiaire peut avantageusement consister en une couche d'amiante primitivement imprégné d'acide borique , de borax ou autre substance susceptible de réagir avec le silicate alcalin pour former une barrière empêchant la pénétration du silicate sur la surface du conducteur métallique. L'amiante dans tout l'isolement entourant le conducteur métallique ne contient pas de coton ou autres matières organiques volatilisables à température élevée.
La figure du dessin annexé représente schématique- ment un conducteur électrique isolé selon l'invention.
Comme on le voit sur le dessin, le conducteur métallique est composé de fil de cuivre toronné 1 . Le conducteur métallique est recouvert de plusieurs couches d'amiante pur à 6 ne contenant ni coton ni autre matière organique. La première couche d'amiante est imprégnée d'une solution d'acide borique ( ou matière analogue) , et les couches suivantes d'amiante 3, 4, 5 et 6 sont imprégnées de silicate alcalin tel que du silicate de sodium en con- centration variable de façon à avoir la flexibilité néces- saire.
L'amiante est appliqué sous forme de mèches non tordues ayant un fil ou filament de renforcement central en amiante pur , et les mèches voisines provoquent un en- chevêtrement réciproque des fils , et chaque couche est comprimée de façon à former un revêtement continu homogène du genre du feutre.
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Dans la fabrication du conducteur isolé selon l'invention , on applique une couche de mèche d'amiante non tordue et ne contenant pas' de coto,n ni autre matière organique , sur le conducteur métallique. L'amiante est alors imprégné d'une solution aqueuse d'acide borique ou matière analogue , par exemple, en faisant passer le con- ducteur métallique avec son premier recouvrement d'amiante feutré dans la solution d'acide borique en l'y laissant un temps suffisant pour que la solution sature complètement l'amiante. Lorsque le conducteur sort de la solution d'acide borique , il est pris entre des dispositifs tour- nants de façon à comprimer le revêtement isolant et à expul- ser l'excès de solution. Le conducteur passe alors dans des matrices tournantes qui compriment davantage et lissent le recouvrement en amiante .
On applique alors la couche suivante des mèches d'amiante non tordues 3 sur la première couche encore humide, et le conducteur ainsi formé passe alors dans une solution de silicate de sodium ou autre sili- cate alcalin approprié . En sortant de la solution de sili- cate ,le conducteur est de nouveau soumis aux opérations de serrage et de lissage précédemment décrites. On applique alors des couches supplémentaires de mèches d'amiante non tordues 4,5 et 6,et on les imprègne de la solution de silicate de sodium jusqu'à ce que l'on ait réalisé un corps isolant ayant l'épaisseur désirée . En général, trois couches ou plus d'amiante imprégnées de silicate sont appli- quées sur le conducteur, chaque couche successive étant soumise aux opérations d'expulsion et de lissage décrites plus haut.
Le conducteur isolé est alors soumis à un séchage
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dans le vide à une température d'environ 1100 au cours de laquelle à peu près toute l'eau est entraînée . Si on le désire, le conducteur isolé peut finalement être recouvert de la gaine en plomb habituelle 1 de façon à faire le câble définitif .
On imprègne la première couche ou couche intérieure d'amiante d'acide borique, borax ou analogue en vue d'em- pêcher la pénétration du silicate alcalin, lors des appli- cations subséquentes , sur la surface du conducteur métalli- que en empêchant ainsi l'adhérence de l'isolement sur le con- ducteur qui en résulterait. Cette adhérence de l'isolement sur le conducteur rend difficile l'enlèvement de l'isolement du conducteur lorsque l'on fait des connexions électriques, et lorsque le conducteur est enduit de silicate alcalin, cela empêche la soudure lorsque l'on fait des épissures ou des connexions.
On peut utiliser dans ce but d'autres agents que l'acide borique ou le borax. Le principe invoqué est de faire former par la solution de métal alcalin un gel lorsqu'elle pénètre dans la deuxième couche d'amiante et rencontre l'acide borique ou le borax de la première couche. Tous sels d'un acide doux donnent le même résultat étant donné que le silicate alcalin est alcalin et qu'il suffit de neutraliser cette alcalinité pour l'amener à former un gel. La formation de ce gel empêche la pénétra- tion du silicate alcalin , de sorte qu'il n'arrive pas jusqu'au conducteur métallique. La solution d'acide borique ou. de borax n'enduit pas le conducteur métallique et ne gêne pas la soudure subséquente étant donné que le borax agit comme fondant.
En outre, l'acide borique ou le borax
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ne provoque pas l'adhérence de.. l'isolement sur le conduc- teur. En se servant de borax, la solution d'imprégnation est de préférence maintenue à une température d'environ 50 , tandis qu'avec l'acide borique,, la solution peut être utili- sée à froid ou à la température ambiante. Il est préférable d'utiliser le silicate de sodium étant donné que l'on peut en avoir facilement dans le commerce et qu'il est bon marché.
Toutefois, on peut se servir d'autres silicates alcalins tels que le silicate de potassium . Il est préférable d'utiliser un silicate alcalin ayant un grand pourcentage en silice (SiO2) par rapport à l'oxyde alcalin (par exemple Na2O) car ces silicates ont une plus faible alcalinité et leur action vitrifiante à température élevée (dont il sera plus parti- culièrement parlé plus loin) donne un tube ayant une plus grande résistance mécanique. On a utilisé avec de bons résultats un silicate de sodium ayant la formule 3,3 SiO2, Na2O.
Sans avoir l'intention de limiter ou restreindre l'invention. d'une manière quelconque , on va indiquer ci- dessous les matières d'imprégnation des différentes couches d'amiante dans un conducteur isolé fait suivant une forme de réalisation de l'invention jugée la meilleure.
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COUCHE D'HUANTE MATIERES D ' I17RE GKA TI OK
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<tb> N <SEP> 1 <SEP> 0.9 <SEP> kilog <SEP> d'acide <SEP> borique <SEP> pour <SEP> 4 <SEP> litres <SEP> 5 <SEP> d'eau
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*Le poids spécifique du silicate de sodium est de 40 Bé.
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Le conducteur isolé, lorsqu'il est terminé, con- tient approximativement 15% de silicate de soude sec et appro- ximativement 3% d'acide borique en poids d'amiante.
Lorsque le conducteur isolé selon l'invention a à supporter un court-circuit ou autres défauts et en consé- quence , des températures supérieures au point de fusion du cuivre, l'amiante et le silicate de soude ( ou autre silicate alcalin) se combinent en formant une structure robus- te analogue à un tube de nature vitreuse , qui agit comme barrière isolante pour empêcher la propagation de l'arc et autres phénomènes prolongeant les court-circuits et provo- quant la propagation de la destruction du conducteur et autre matériel voisin. La réaction exacte qui a lieu n'est pas bien déterminée .
Etant donné que l'amiante est un sili- cate complexe de magnésium et de petites quantités d'autres métaux avec une certaine quantité d'eau de cristallisation , il semble possible qu'à des températures élevées, supérieures à 1000 , cette. eau soit chassée et comme le métasilicate 'de sodium fond à 1088 , il coule dans le silicate de magné- sium déshydraté et réagit avec celui-ci en formant un sili- cate complexe de sodium et de magnésium qui fond en donnant un tube vitreux entourant le conducteur métallique. Il se produit probablement un réarrangement des ions acides et alcalins en donnant un état d'équilibre chimique.
En tout cas, lorsqu'il se produit un défaut , les températures élevées qui se produisent provoquent la fusion de l'amiante et du silicate de soude en donnant un tube vitreux ou analo- gue à de la porcelaine entourant le conducteur métallique.
Ce tube a une résistance suffisante pour maintenir le cuivre
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fondu (ou autre métal du conducteur) jusqu'à ce qu'il s'é- coule au point où a lieu le défaut. L'intervalle de l'arc s'allonge finalement du fait de la fusion du conducteur mé- tallique à un point tel que l'arc s'éteint. En conséquence, la caractéristique du conducteur isolé selon l'invention est qu'il se forme autour du conducteur métallique, dans le cas d'un défaut , un tube protecteur de nature vitreuse qui permet au cuivre fondu de s'écouler au point où a lieu le défaut, l'arc étant finalement éteint du fait de l'aug- mentation de la longueur du conducteur fondu. De cette façon , l'arc est virtuellement éteint mécaniquement, c'est- à-dire par augmentation de la résistance électrique entre les extrémités non consumées du conducteur métallique.
Une des caractéristiques du conducteur isolé selon l'invention est qu'il n'y a pas de coton ou autre substance organique associée à l'amiante . En fait, l'isolement ne comprend pas de composé (autre qu' une petite quantité d'eau) qui dégage du gaz à la température élevée due à la formation d'un court-circuit ou autre défaut. Par suite, étant donnée la nature des matières entrant dans le corps isolant du conducteur , il n'y a pas de carbonisation à température élevée , et le seul gaz qui se dégage est la vapeur de l'eau combinée dans l'amiante et le silicate.
En conséquence , avec le conducteur isolé selon l'invention , il ne se produit pas de gaz inflammables ou explosifs à n'importe quelle température , et les défauts qui se pro- duisent dans les systèmes souterrains sont arrêtés sans qu'il se dégage de fumée ou de gaz gênant les personnes qui se trouvent au voisinage immédiat.
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Le corps isolant du conducteur selon l'inven- tion , lorsqu'il n'est pas imperméable , doit être enfermé dans une gaine extérieure analogue au câble isolé avec du papier , de la toile vernie, etc.. Dans le cas d'un trou d'épingle dans la gaine ordinaire en plomb , laissant péné- trer l'humidité ,le corps isolant devient conducteur électriquement et le courant qui fuit en ce point produit une chaleur suffisante pour sécher l'humidité , après quoi l'isolement retrouve sa résistance diélectrique primitive.
Une autre caractéristique distinctive du corps isolant du conducteur selon l'invention est qu'il ne pré- sente pas de difficultés au point de vue diélectrique deux fois à la même place . Lorsqu'il est coupé par un voltage élevé , la chaleur produite au point défectueux par l'arc passant à travers la paroi isolante vitrifie l'endroit qui a alors une résistance électrique plus élevée que précédem- ment. Des défectuosités ultérieures se produiront toujours en un autre point.
Le conducteur électrique isolé selon l'invention n'est pas sensiblement différent au point de vue flexibilité ou autres propriétés physiques des câbles isolés habituels, et la formation vitreuse ne se produit pas tant qu'il n'y a pas d'état défectueux provoquant des températures allant de celle du cuivre fondu à celle de l'arc électrique.
On a utilisé précédemment le silicate de soude en vue de rendre ignifuges des matières inflammables utili- sées pour l'isolement électrique. Dans le conducteur isolé selon l'invention , le silicate alcalin a un but nettement différent. Dans le corps isolant du conducteur selon l'in-
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vention, il n'y a pas de matières organiques du inflammables, et le silicate alcalin sert comme ciment fusible pour se combiner à température élevée avec l'amiante déshydraté (silicate de magnésium) en vue de former une barrière ana- logue à un tube robuste mécaniquement autour du conducteur métallique qui, pendant le même temps, a atteint l'état fondu .
Cette barrière de nature vitreuse entraîne finale- ment une extinction mécanique de l'arc sans à aucun moment dégager de gaz de nature inflammable , explosive ou toxique.
Aucune des matières du corps isolant du conducteur selon l'invention ne se détériore avec le temps , et le conducteur isolé est, par suite, complètement permanent.
EMI11.1
ré subie
Conducteur électrique isolé , caractérisé par le fait que l'isolement du conducteur est incapable de dégager un gaz inflammable ou explosif aux températures élevées dues à la formation d'un court-circuit ou défectuosités analogues, cet élément formant un composé vitreux lorsqu'il est soumis à ces températures élevées.
Ce conducteur isolé peut encore être caractérisé par les points suivants , ensemble ou séparément :
1 - Le composé vitreux se met sous forme de tube.
2 - L'isolement est constitué en tout ou partie par une combinaison d'un certain nombre de silicates.
3 - L'un de ces silicates est de l'amiante .
4 - Un de ces silicates est un silicate alcalin tel que le silicate de sodium .
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