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MEMOIRE DESCRIPTIF
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déposé à l'appui deune demande de BREVET d'INVENTION
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"lOrfaotionnements aux câbles électrique"
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<c;'< 3''%- <sç"t/-y-<-. oO .--. t¯;1&.... c>-1-V la présente invention est relative aux câbles électriques à haute tension du genre dans lequel le diélectrique est forme d'une matière feuilletée et imprégnée, généralement du papier imprégné d'huile ou d'un composé (désigné ci-après} pour la commodité de
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l'exposé, par le terme "composé").
Des câbles de ce type que la partie pleine du diélectrique soit formée de papier ou qu'elle soit faite d'une autre matière fibreu- se, seront désignés ci-après, pour la commodité de la description, par l'expression "câbles isolés à
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l'aide de .P8.pieJ1mprégné-.
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Dans des câbles de ce genre. il peut exister, dans la partie du câble soumise aux efforts électriques, de petites poches vides ou remplies de gant généralement appelées "vides". Ces vides peuvent être dus à une imprégnation incomplète de la masse de l'isolant, mais, plus généralement, ils sont produits par une migration ultérieure de l'agent d'imprégnation dans le sens radial ou longitudinal (ou dans les deux), migration due, par exemple, au cycle thermique que le câble subit au cours de son utilisation ou à un 1 traînage. on a gonflement suppos é que ces vides étaient habituellement la cause initiale des défail- lances des câbles.
On a déjà proposé divers moyens pour empêcher la formation de vides de ce genre ou :pour réduire les risques de leur formation. par exemple on a proposé d'empêcher la production de vides pendant la partie de refroidissement d'un cycle en facilitant le retour de l'agent d'imprégnation dans la masse du diélectrique fibreux au moyen de petits conduits d'huile et (ou) en maintenant l'intérieur du câble à une pression supérieure à la pression atmosphérique.
Des câbles dans lesquels le retour du composé dans la masse du diélectrique est facilité de cette maniè- re ont donné satisfaction au point de vue électrique, mais malheureusement il est nécessaire d'employer, en combinaison avec ces câbles, une installation auxiliai- re coûteuse. Dans le brevet britannique n 175.753, on a proposé d'empêcher la migration enrenfermant l'isolant dans de minces couches de séparation formées d'une matière non métallique qui est imperméable au composé à l'aide' duquel le diélectrique fibreux est imprégné, .
Une de ces couches entoure le conducteur afin d'empê- cher que le composé pénètre dana les interstices du
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conducteur et qu'il se produise des vides pendant la partie de refroidissement d'un cycle,produc- tion de vides due au fait que le composé n'a pas tendance à revenir des interstices dans l'isolant fibreux. Ces précautions peuvent avoir pour résultat d'empêcher la production de vides dans le corps diélectrique, mais, pour les raisons expli- quées plus loin, cela n'est pas suffisant pour empêcher qu'il se produise des défaillances dans les câbles. Dans le brevet britannique n 407.718, on a décrit une construction d'un câble à haute tension, qui a pour but d'éviter la présence de vides.
Dans ce cas, l'emploi d'un isolant formé de papier imprégné est abandonné en faveur d'un diélectrique formé en totalité d'un composé ther- mopkastique imperméable à 1'eau et appliqué sous forme de couches par un procédé de refoulement.
Un isolant de ce genre est actuellement assez coû- teux comparé à un isolant composé de papier im- prégné. En outre, un câble de ce genre ne présen- terait pas le degré de flexibilité que possède un câble isolé au moyen de papier, du fait que son isolant est composé de couches successives qui peuvent glisser librement l'une sur l'autre et sont formées d'une barde enroulée en hélice dont les spires se recouvrent partiellement.
La problème que doit résoudre le fabricant, de câbles à haute tension est par consé- quent de produira un câble isolé à 1%de de papier imprégné, résistant aux défaillances dans les con- ditions d'utilisation normales, mais ne nécessitant pas l'utilisation, en combinaison avec ledit câ-
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cet effet, la demanderesse a effectué de longues recherches à la suite desquelles elle a découvert que la défaillance du diélectrique de câbles iso- lés à l'aide de papier imprégné se produit initia- lement, dans la grande majorité des cas, à l'en- droit du conducteur ou près de celui-ci dans des espaces contenant du gaz,
espaces délimités inté- rieurement par le conducteur et extérieurement par le diélectrique.
L'amorçage du phénomène qui provoque une défaillance est génalement dû au 'bombardement de la surface de delimitation extérieure d'un espa- ce de ce genre par des ions libérés par le gaz con- tenu dans ledit espace et propulsés par la force électrique dans le même espace. Ce (bombardement provoque la carbonisation soit du composé,, soit du papier, on a constaté que la carbonisation du composé peut s'effectuer dans et à travers le pa- pier, en raison du fait que le papier n'est pas homogène. le papier est composé de fibres pressées ensemble et contenant ou renfermant des cellules ou passages dans lesquels rentre le composé à la suite du procédé d'imprégnation. la carbonisation peut s'effectuer le long de fils du composé s'éten- dant à travers ces passages.
A la lumière de cette découverte, il apparaît, contrairement à l'@pinion qu'avaient jus- quici les fabricants de câbles, que le but visé doit être l'élimination d'espaces possibles conte- nant du gaz et délimités par la surface du conducteur plutôt que l'élimination d'espaces possibles contenant du gaz et formés dans la masse de l'iso- lant constituant le diélectrique.
Ceci ne signifie
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pas que la présence de vides à l'intérieur de l'isolant ne soit pas Indésirable, mais bien que Inexistence de ces vides n'est pas aussi sus cep- tible de provoquer une défaillance que le se- rait la présence de vides entre la surface du conducteur et l'isolant,
En se fondant sur le résultat des recherches effectuées par la demanderesse, la présente invention permet de réaliser un câble perfectionné, isolé à l'aide de papier imprégné, résistant aux pannes ou défaillances, de fabrica- tion assez économique, n'entraînant pas l'emploi d'une installation auxiliaire et, par consé- quent, assez peu coûteux à installer et à main- tenir en service, Dans le câble perfectionné, une couche continue de matière isolante homogène,
ayant une épaisseur appropriée, est interposée entre la surface du conducteur et la couche si- tuée le plus à l'intérieur du diélectrique im- prégné et est appliquée de manière à assurer un contact pratiquement complet entre le métal et la couche sur toute l'étendue de la surface in- térieure de cette dernière. La matière consti- tuant cette couche est imperméable à l'huile ou au composé.
Dans 1'exposé qui précède de la pré- sente invention, il y a un certain nombre de phnases ayant besoin d'être définies d'une ma- nière plus préoise.
D'après ce qui a été dit en ce qui concerne lepapier, on comprendra qu'il ne ren- tre pas dans le terme "matière homogène". De
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même, toute autre matière composée de fibres qui conservent jusqu'à un certain point leur indivi- dualité ne peut contenir. Des matières qui sont considérées comme étant suffisamment homogènes dans le but visé par la présente invention et qui sont mentionnées à titre d'exemple sont trouvées parmi les suivantes : les compositions estérifiées de cellulose, telles que celles ayant une base formée d'acétate de cellulose; les éthers de cellulose, tels que la benzyle-cellulose; les polystyrènes, par exemple le styrol: et les composés analogues au caoutchouc et résistant à l'huile, par exemple les composés de polysulfure d'oléfine vendus dans le commerce sous le nom de "Thiokol".
Du papier, ou une autre matière possédant des propriétés mécaniques analogues, peut être employé corne support pour un enduit superficiel formé d'une matière homogène, à la condition que cette dernière puisse être appli- quée sur le papier de manière à assurer l'uni- formité du revêtement sans aucun joint ouvert ou fissure dans la surface
La continuité du revêtement du conducteur doit être telle qu'il n'y ait aucun passage di- rect, dans le sens radial, à travers la couche.
Toutefois, il est possible de former cette couche en appliquant des bandes de matière enroulées en hélice et dont les spires se recouvrent suf- fisamment à l'endroit des joints.
Il peut ne pas être toujours possible d'a@ un contact complet entre la couche et le métal du conducteur sur la totalité de leurs surfaces adjacentes, mais le résultat poursuivi
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est de rendre le contact aussi complet que possi- ble et,lorsque des,des -vides ou solutions de con- timuité existent, de les réduite à une très faible valeur, par exemple ne dépassant pas 0,05 m/m en mesurant dans le sens radial, Ceci implique que, lorsque la couche est formée par une bande dont les spires se recourent partiellement, l'épaisseur de cette bande ne doit pas être supérieure à 0,05 mm
Afin de faciliter l'obtention d'un contact intime et sensiblement continu, la surface du conducteur peut être rendue lisse, ou,
lorsque le conducteur est formé de fils métalliques ronds, la matière constituant la couche peut y être ap- pliquée de manière à,assurer le contact sur la to- talité des surfaces extérieures, cette matière pé- nétrant dans les interstices compris entre les fils métalliques sur cette surface.
La surface du conducteur peut être rendue lisse en le formant, ou en formant sa partie extérieure, de fils métalliques ayant une section appropriée pour obtenir une forme cylindrique con- tinue. Suivant une autre disposition, un toron formé de fils métalliques ronds peut être recouvert d'une gaine de métal, par exemple du plomb, qui y est appliquée par filage à la presse, ou d'une bande dé métal ou d'une banie de papier métallisé étroitement enroulée sur ledit toron de façon à recouvrir la surface entière.
Dans une autre forme d'exécution, la couche appliquée peut présenter une surface inté- rieure métallisée, qui vient en contact avec le conducteur et étend de ce fait la surface de ce
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rejoint la matière homogène sur laquelle elle est portée.
La revêtement d'une surface extérieure non lisse d'un conducteur peut être effectué en refoulant par filage la matière de recouvrement, de manière qu'elle soit pressée en contact intime avec le toron sur toute sa périphérie, c'est-à-di- re de façon à suivre :la contour ondulé des fils métalliques et à pénétrer dans les interstices.
Suivant une autre façon d'opérer, le reniement peut être effectué en peignant le conducteur eu en y pulvérisant une pellicule d'émail,de cellu- lose ou d'une autre matière, qui sèchera de manière à former une surface continue sans fissures, remplissant les interstices et donnant une forme sensiblement lisse à 1*extérieur de la couche.
La procédé d'application de la couche de revêtement mentionné endernier lieu peut être employé arec des conducteurs lisses et, dans chaque cas, il peut être complété en enroulant des bandes formées d'une matière homogène pendant Que la couche peinte ou appliquée par pulvérisa- tion est encore humide ou collante.
L'épaisseur appropriée de la couche dé- pend, dans une certaine mesure, du degré d'appro- ximation qui peut âtre obtenu en ce qui concerne l'homogénéité parfaite et la continuité de la couche et le contact parfait entre la couche et le métal. Toutefois, il est évidement désirable de prévoir une marge de sécurité, en vue du fait Que les conditions désirées ne peuvent jamais être complètement réalisées.
Lorsqu'on utilise des bandes enroulées en hélice et dont les spi- res se recouvrent partiellement, il peut être
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désirable de prévoir jusqu'à six couches. Lors- que le reniement est refoulé, il n'y aura gé- néralement aucune difficulté à obtenir une épaisseur appréciable et, en conséquence, des valeurs de 1 m/m 58 ou même de 3 m/m 17,en ce qui concerne l'épaisseur radialepeuvent être adoptées.
Le dessin annexé représente deux exem- ples de réalisation de câbles à haute tension isolés à 1'aide de papier imprégné conformément à l'invention.
La fig. 1 est une vue en coupe trans- versale d'une forme de réalisation; vue en La fig, a est une coupe transversale d'une seconde forme de réalisation;
La fig. 3 est une coupe partielle verticale, à une échelle beaucoup plus grande dans le sens radial, faite suivant la ligne III-III de la fig. 2 et montrant le câble re- présenté sur cette figure 2.
En se référant tout d'abord seulement à la fig. 1, on remarquera que le câble comprend un conducteur 1 composé de plusieurs fils métalliques 2. Ce conducteur est isolé par une épaisse masse d* isolant 3 formée par une série de bandes de papier enroulées en hélice (dont les spires se recouvrent partiellement) et im- ;régnées d'un. composé. L'ensemble est entouré par la gaine de plomb usuelle 4.
Une couche don- tinue de matière isolante homogène, telle que de 1'acétate de ce llulose, entoure le conducteur 1 et est en contact complet avec les
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de la couche extérieure. Cette couche de ma- tière isolante est appliquée par un procédé de filage à la presse sur le conducteur nu, des précautions spéciales étant irises pour assu" rer un contact complet entre la paroi de déli- mitation du conducteur et la couche.
Bans la construction du câble repré- senté sur les fig. 2 et 3, le conducteur 11, consistant en une série de torons la en fil mé- tallique, est isolé, comme dans le cas précé- dent, par une masse épaisse d'isolant 13 formée de papier imprégné et renfermée dans une gaine de plomb 14. Toutefois, dans ce cas, le conducteur est recouvert d'une gaine continue de métal 18 en contact avec certains des fils métalliques extérieurs du conducteur ou avec la totalité de ces fils extérieurs. Ceci donne une surface lisse au conducteur sur lequel est appliquée la couche 15 de matière isolante homogène. Cette couche est formée d'une bande 19 dont les spires se recouvrent :partiellement et dont l'épaisseur est inférieure à 0,05 mm.
Ces 'bandes 19 peuvent avoir 25 mm. de large et être appliquées avec un vide de 1 mn.58 entre les spires adjacentes de la même couche, les spires successives sont appliquées de façon à se recouvrir d'une manière appréciable, par exemple dans la proportion 50 :50, comme on l'a représenté dans le cas de la première et de la seconde couches et dans la proportion 75 : 25, comme on l'a. représenté dans le cas de la seconde et de la troisième couches.
On comprendra, que sur la fig. 3 les bandes sont représentées comme si elles étaient détachées
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dans le sens radial et que les dimensions, dans le sens radial, de ces'bandes et de la gaine 18 sont agrandies de 60 à 70 fois par rapport aux dimensions dans le sens longitudinal.
La partie extérieure du diélectrique, c'est-à-dire la partie se trouvant au-delà de la couche recouvrant le conducteur, peut être faite, à la manière usuelle, de papier imprégné ou d'une matière équivalente.
Un câble construit conformément à la présente invention est renforcé dans la région où une défaillance est susceptible de s'amorcer et, en conséquence, il est pour ainsi dire à l'abri d'une défaillance du diélectrique dans les conditions de fonctionnement ordinaires.
Ce renforcement peut permettre d'utiliser dans le diélectrique un effort électrique sensible- ment plus élevé et cet effort peut être porté à un point tel que l'effet qui, précédemment, était limite au conducteur, se manifeste également sur la gaine. Dans ces conditions, des moyens analo- gues à ceux indiqués dans la description qui pre- cède peuvent être appliqués, conformément à la pré- sente invention, dans la région comprise entre la partie extérieure du diélectrique et la gaine.
par exemple, comme le montre le dessin, on pour- rait appliquer, entre la couohe métallisée usuelle 7 ou 17, à l'extérieur du diélectrique, et le diélectrique, un revêtement 6 ou 16 qui est du même genre et qui occupe la même position relative, par rapport à la couohe métallisée, que le revête- ment précédemment décrit en ce qui concerne le
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R E S U M E
L'invention est relative aux câbles élec- triques à haute tension du genre dans lequel le diélectrique est formé d'une matière fibreuse feuilletée imprégnée d'huile ou d'un composé, câ- bles désignés ci-après par l'expression "câbles isolés à l'aide de papier imprégné".
L'intention présente les caractéristiques suivantes prises isolément ou en combinaison :
1 / entre la surface du conducteur et la , couche située le plus à l'intérieur de la masse de diélectrique fibreux imprégnéest interposée une couche contime-, d'épaisseur appropriée, formée d'une matière isolante homogène imperméa- ble à l'huile ou au composé;
2 / la couche précitée est appliquée de manière à assurer un contact pratiquement complet entre le conducteur et la couche sur toute l'é- tendue de la surface intérieure de cette dernière; Se/ afin de faciliter l'obtention d'un .. contact complet entre la couche et le conducteur, la surface de ce dernier peut être rendue lisse.
Dans ce cas, la couche continue de matière isolante homogène peut être formée d'un ou plusieurs en- roulements de bandes dont l'épaisseur ne dépasse pas 0,05 mm;
4 / dans une variante, la couche appli- quée peut présenter une surface intérieure métal- lisée qui tient en contact avec le conducteur et qui prolonge ainsi la surface de celui-ci jus- qu'à l'endroit où la couche métallisée rejoint la matière homogène sur laquelle elle est portée;
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5 / lorsque le conducteur est un ,. , conducteur formé de torons, la couche continue peut être formée en refoulant par filage à la presse la matière homogène de manière qu'elle soit pressée en contact intime avec sensiblement la totalité de la surface extérieure du conclue- teur;
6 / la couche continue peut, dans certains cas, être formée en peignant le conclue- teur eu en pulvérisant sur lui une pellicule d'une matière isolante homogène qui sèche de façon à constituer une surface continue sans fissures, remplissant les interstices que peut présenter la surface du conducteur et donnant une forme sensiblement lisse à l'extérieur de la couche;
7*/ la formation de la couche peut être complétée en appliquant des bandes de matière homogène sur la pellicule peinte ou appliquée par pulvérisation pendant qu'elle est encore humide ou collante.