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LE MINISTRE DES AFFAIRES ECONOMIQUES ET DES CLASSES MOYENNES,
Vu l'arrêté-loi du 8 juillet 1946, prorogeant, en raison des événements de guerre les délais en matière de propriété industrielle et la durée des brevets d'invention ; Considérant qu'aucune réclamation n'a été introduite, dans le délai réglementaire, à la suite de cette publication , Considérant qu'il résulte des justifications fournies à l'appui de la requête que le brevet No 410.592 Procédé pour la formation des têtes de câbles électriques et dispositifs pour la mise en oeuvre de ce procédé @ a ,pu être exploité , par suite de l'état de guerre, pendant une période équivalent à cinq années d'exploi- tation normale ;
Considérant, d'autrepart, que le maximum de prolongation prévu par l'arrêté-loi du 8 juillet 1946 est fixé à cinqans; ARRETE: ARTICLE PREMIER. - La durée du brevet No 410.592 Procédé pour la formation des têtes de câbles électriques et dispositifs pour la mise en oeuvre de ce procédé est prolongée de cinq années.
ART. 2. - La prolongation est accordée sous condition du paiement, dans le mois de son octroi, de la taxe spéciale prévue à l'art. 6 de l'arrêté-loi du 8 juillet 1946 précité.
ART. 3. - Le présent arrêté sera annexé au titre du brevet.
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BELL TELEPHONE MANUFACTURING COMPANY PROCEDE POUR LA FORMATION DES TETES DE CABLES ELECTRIQUES, ET DISPOSITIFS POU
MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE,
Cette invention fait l'objet d'une demande de brevet déposée en Gra Bretagne le ler janvier 1935 au nom de la "STANDARD TELEPHONES AND GABLES LIN et de Messieurs Thomas Robertson SCOTT et John Krauss WEBB.
En pratique on rencontre un grand nombre de difficultés et d'incon nients dans la formation des têtes de câbles électriques, surtout s'il agit c lignes à haute tension pour lesquelles les câbles sont impregnés d'huile ou tres substances isolantes analogues. Beaucoup de ces inconvénients concerne] gradation ou diminution graduelle de la tension électrique entre le noyau de bles et la gaine, mais l'arrangement connu sous le nom de cône de condensate (condenser cône), décrit dans le brevet anglais 377.311, fournit un remède s à ce genre d'inconvénients. Une autre cause d'ennui est la construction phy
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et mécanique adoptée dans la pratique présente.
Afin d'éviter les décharges à l' air libre dues à l'humidité ou aux impuretés qui se trouvent dans l'atmosphère (par exemple poussières etc...) on doit utiliser de larges isolateurs en porcelaine. Cela peut être réalisé au moyen d'un chapeau et d'une base métallique, cette d ernière étant fixée à un gland qui est à son tour soudé à l'enveloppe en plomb du câble. Les parties métalliques sont ordinairement cimentées à la porcelaine et tous les joints sont recouverts d'une matière devant résister à l'huile, mais qui en général ne donne pas satisfaction. La boîte de jonction peut de plus être remplie entièrement ou partiellement d'un mélange isolant ou composé qui cotivre l'extrémité du câble.
Cet arrangement, quelque peu incommode, doit résister à des changements de température très importants qui sont en partie dus aux variations atmosphériques et en partie aux fluctuations dans la température du câble provenant des variations du courant de charge. Puisque un certain nombre de coefficients thermiques de dilatation, largement différents, en résulte, il est extrêmement difficile de maintenir cet arrangement en bon état, c'est-à-dire sans perte du mélange utilisé et/ou sans introduction d'air ou d'humidité.
Le mélange ou composé placé dans la boîte de jonction est en contact direct avec celui placé dans le câble, et une diffusion s'exerce vers ce dernier.
Il s'ensuit donc qu'une contamination par l'air ou l'humidité du mélange de la boîte se transmet au mélange placé dans le câble avec comme résultat une détérioration de celui-ci. Le remplissage original de la botte de jonction produit luimême en général certaines contaminations puisqu'il est difficile sur le chantier de produire un degré de déhydratation, d'évacuation et de dégazéification égal à celui que l'on peut obtenir à l'usine pendant la fabrication des câbles. Finalement, puisque le câble a une communication directe avec la botte de jonction, l' échauffement de ce câble tend à repousser l'huile dans la boite, tandis qu'un refroidissement du câble tend à faire passer l'huile de la boîte dans le câble. Ce fait accélère le mélange des composés employés et favorise la contamination.
Une dilatation de l'enveloppe en plomb tend aussi à drainer le mélange de la boite de jonction en provoquant un écoulement lent vers le câble,
La boîte dejonction peut aussi être placée à l'extrémité d'un câble
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qui aboutit à l'endroit prévu suivant une certaine inclinaison ou qui provient d' un pilône supportant une ligne aérienne. Dans ce cas il y a une action hydrostatique de l'huile qui tend à remplir la boite et à provoquer certaines pressions hydrostatiques extérieures. Il est dès lors souvent nécessaire de prévoir un coussin de gaz dans la boite afin de limiter la pression maximum créée, ou bien d'attacher un réservoir ou siphon dans lequel le coussin de gaz est séparé de l'huile par un diaphragme.
La première méthode introduit un gaz dans la boîte de jonction d'extrémité, et ce gaz en se dissolvant peut éventuellement contaminer le câble. Les deux méthodes maintiennent la pression interne de la boite à un niveau assez haut et accentuent la tendance à ce que des pertes se produisent.
Suivant un des faits de la présente invention, les changements apportés dans la pression et les effets de contamination dans les têtes de cibles, indiqués ci-dessus, sont évités en insérant un séparateur polymérisé ou un point d'arrêt entre le câble principal et la boite de jonction ou autre dispositif pour tâte de câ- ble. De préférence ce séparateur est constitué par du styrène polymérisé.
Un autre fait de l'invention consiste à prévoir un séparateur à la base de la tête de câble et du prolongement de l'isolant styrène dans la tête de câble elle-même, de manière que le câble est complètement isolé de l'huile. L'invention prévoit aussi un moyen perfectionné pour l'emploi de boîte conique à condensateurs (condenser cone) pour graduer l'effet électrique dans une tête de câble, et elle envisage le cas de câbles multiples.
D'une manière générale, l'invention consiste à isoler le mélange ou composé placé dans le câble de celui plac dans la tête de câble, au moyen d'un séparateur à base de styrène polymérisé ou autre dispositif analogue. Les divers faits mentionnés ci-dessus, ainsi que d'autres non spécialement spécifiés seront mieux compris de la description suivante basée sur les dessins ci-joints.
Sur ceux-ci : la figure 1 montre schématiquement la forme la plus simple d'une tête de câble conforme à l'invention ; la figure 2 se rapporte à une tête de câble utilisant une boîte conique de condensateurs, (condenser stress cone); la figure 3 indique schématiquement le moyen d'appliquer l'invention à un câble multiple ; la figure 4 montre une forme pratique de construction d'une tête de câble conforme à l'invention; la figure 5 montre schématiquement une autre forme de réa-
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lisation de l'invention; la figure 6 se rapporte au moyen suivi pour appliquer une botte conique de condensateurs à l'extrémité d'un câble;
et la fig.7 est un di- agramme montrant l'effet dû à la gradation de la tension électrique sur le diélectrique entourant le noyau du câble,
Les figures 1 et 2 représentent un câble se terminant dans une boite 1 qui peut être d'un genre quelconque bien connu. La base de la boite est convenablement fixée à l'enveloppe du câble 2, et dans la fig.l l'isolant 3 est impregné de styrène et polymérisé de manière à former un fourreau solide d'isolant s'étendant dans l'enveloppe de plomb afin de constituer une séparation entre l'intérieur de la boîte et le restant du câble.
L'isolant peut être imprégné et polymérisé avant l'enlèvement de l'enveloppe de plomb à l'extrémité du câble, et le conducteur 4 auquel le terminal sera attaché, sera rendu solide par soudure ou de toute autre manière afin d'empêcher toute communication à travers lui, sur la fig.2, l'extrémité du câble est pourvue d'une botte conique à condensateurs 5 qui est logée avec l'extrémité du câble dans la masse polarisée 6. Cela est convenablement réalisé par moulage dans la fabrique, le câble 2formant un bout de câble de longueur convenable qui peut être ensuite relié au câble principal sur le chantier.
Au lieu de noyer le noyau du câble dans une masse polymérisée, il peut être formé à l'usine avec un recouvrement par exemple de papier impregné de styrène qui est polymérisé de manière à constituer une connexion soudée avec la surface extérieure du noyau.
La figure 3 montre schématiquement une méthode pour terminer un câble à trois conducteurs 2"'. Elle comprend une boîte ou joint 7 dans laquelle les conducteurs sont séparés. Le joint peut être polymérisé ou il peut consister en un joint à huile. Les bouts de câble 8, 8', 8" se connectent aux cloches de scellement , 9', 9" dans chacune desquelles est pourvu un séparateur polymérisé, ainsi qu'il est indiqué en 10, 10', 10".
Considérant maintenant la fig.4, on peut voir que la tête de câble consiste en une double cloche de scellement isolatrice, l'extrémité du câble étant logée dans une cloche intérieure en porcelaine 11 placée dans l'isolateur extérieur 12 aussi en porcelaine. Une boite conique à condensateur 51 est prévue dans la cloche intérieure. A cause de l'effet de gradation de la boite conique, et à
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cause que la partie extérieure de la cloche en porcelaine est recouverte d'huile, il est possible de résister à un voltage de 33 KV pour une longueur de 20 à 40 cm. de tête de câble, et à un voltage de 66 KV pour une longueur de 40 à 64 cm. de tête de câble.
Si la cloche intérieure est remplie d'huile en contact avec l'huile du câble, les inconvénients mentionnés précédemment existent encore, c'est à dire que les joints entre la porcelaine et les pièces métalliques peuvent encore laisser passer des fuites et provoquer la contamination de l'huile par l'air ou par 1' humidité, Un passage d'huile peut encore avoir lieu de la cloche en porcelaine à l'intérieur du câble ou inversement, et des variations de pressions hydrauliques auront encore lieu, Si cependant la cloche intérieure en porcelaine est remplie de styrène polymérisé en un corps solide indiqué en 13, la tête de câble devient un fourreau solide offrant de grandes qualités électriques et libre de tous les in- convénients physiques et mécaniques mentionnés ci-dessus.
Il est donc possible de préparer à l'usine: un bout de câble placé dans une cloche en porcelaine, telle que montrée, et pourvue d'une boite conique à condensateurs, ce bout de câble ayant par exemple de 4. 50 à 9 m. de longueur; de rem- plir la cloche en porcelaine d'un liquide styrène ; de polymériser ce liquide.
L'ensemble, après avoir été essayé, est envoyé pour l'installation et est placé à l'intérieur de l'isolateur en porcelaine, ainsi qu'il est montré fig.4. Celui-ci est rempli avec un mélange ou composé convenable qui est complètement séparé de 1' isolant du câble et qui peut être contaminé dans des limites voulues par l'air ou l'humidité, sans qu'il y ait d'inconvénients pour la tête de câble, et certainement sans aucun dommage pour l'isolant du câble. L'huile dans l'isolateur peut être enlevée pour purification ou être remplacée sans préjudice pour le câble.
La tête de câble au styrène ainsi formée peut être insérée, quand cela est nécessaire, dans un dispositif transformateur ou commutateur qui peut être rem' pli d'un composé ou mélange convenable quelconque. La tendance observée jusqu'à présent de maintenir l'huile du transformateur ou du commutateur Hein du mélange remplissant la cloche, et qui à son tour est en contact avec l'huile du câble, est totalement inutile. Le bout de câble est relié au câble principal d'une manière convenable, et l'installation est complétée.
Dans la construction montrée fig.4, la cloche .intérieure 11 en porce-
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laine est montée sur une pièce de base 14 qui est fixée à l'enveloppe du câble 21 par un joint 15 fait à l'usine. L'extrémité du câble 41 est connectée au dispositif 16 par un joint à dilatation 17.
Si un joint au styrène est employé dans le câble en conjonction avec la tête de câble ci-dessus décrite dans laquelle le boût de câble utilisé est à impregnation ordinaire d'huile, il y a deux changements d'impregnation styrène et huile. L'un de ceux-ci a lieu dans le joint et est semblable à celui de l'autre cô té du joint, c'est à dire que ce changement est standard et efficace. Le deuxième changement a lieu à la tête de câble dans la boite conique et constitue la région deplus grande faiblesse. La boîte conique gradue l'effet électrique longitudinalement, mais il y a une variation subitedes forces radiales où le câble émerge de l'enveloppe, c'est à dire au commencement de la jonction de l'impregnation au styrène avec celle à l'huile.
Il est préférable de transférer cette jonction à une autre place, et on a donc proposé d'insérer le bout de câble non impregné dans le premier exemple, d'impregner la partie qui se trouve dans la tête de câble et dans l'enveloppeen plomb sur une courte distance avec le styrène, et d'impregner le restant du câble avec de l'huile. Cela peut être fait par des méthodes d'impregnation d'enveloppes bien connues. La jonction est ainsi transférée dans une région où l'isolement au papier est régulièrement appliqué par la machine et où l'effet électrique est certainement radial. on se rapprocherait encore de l'arrangement idéal si l'ensemble du bout de câble était impregné de styrène.
Cela peut être réalisé en assemblant et en asséchant la tête de câble et le bout de câble non impregné à l'usine, et en instal- lant sur le chantier la tête de câble tout en faisant le joint entre le bout de câble et le câble principal mécaniquement. Après cela, le joint, le bout de câble, et la tête de câble peuvent être simultanément évacuéset peuvent être remplis de liquide styrène. La polymérisation peut être ensuite réalisée, et un isolant solide styrène est créé du joint à travers la tête de câble, La seule objection que l'on puisse faire à ce procédé est que l'impregnation principale et la polymérisation du bout de câble et de la tête de câble est transférée de l'usine au chantier où l'efficacité du procédé est sensiblement moindre par suite des conditions climaté- riques locales.
La méthode idéale est donc de réaliser le procédé décrit à l'usine,
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mais l'objection qui se pose est que le bout de câble imprégné de styrène, après polymérisation, n'est pas flexible et devient cassant. Cette inflexibilité et cette fragilité peuvent être réduites à une certaine valeur par l'incorporation de matières plastiques, et en effectuant la polymérisation sous des conditions de température et de temps qui permettent d'obtenir un produit résistant plutôt qu'un produit cassant. En général une flexibilité plutôt grande est requise qui peut être obtenue par ce procédé.
On a cependant trouvé qu'il est possible de régler la polymérisation de manière que le produit consistant en un mélange de styrène liquide avec le polystyrène se présente sous la forme d'une masse plastique, Celle-ci se solidifiera lentement, mais le changement sera assez lent pour qu'il soit possible d'effectuer 1' essai et le transfert sur le chantier, l'installation et le joint avant que le câble ne devienne inflexible. La polymérisation du bout de câble peut alors être poursuivie vers son étape finale en conjonction avec le joint. Dans ce procédé on a trouvé plus satisfaisant d'amener la polymérisation du styrène dans la tête de câble à un degré plus haut que celui de la polymérisation dans le bout du câble. Ce la peut être réalisé par la prolongation du chauffage local autour de la tête de câble.
La fig.4 montre un isolateur en porcelaine employé comme boîtier pour la tête de câble. Cependant, puisqu'aucune résistance à la pression hydraulique n' est requise dans ce cas, (la résistance étant fournie par le styrène de remplissage rendu solide par polymérisation) il est possible de substituer des boîtiers mécaniquement plus faibles, tels que des boîtiers faits de produits moulés dus à la condensation du phénol, ou puisque le polystyrène lui-même constitue une tête de câble solide et imperméable, il est possible d'éliminer entièrement le boîtier. La tête de câble peut donc être primitivement enfermée dans un moule qui est enlevé après polymérisation. Le gland auquel l'isolateur en porcelaine est attaché sur la fig.4 peut aussi être éliminé et un ensemble beaucoup plus économique est ainsi réalisé.
Une telle construction est montrée schématiquement fig.2.
Si l'isolateur extérieur en porcelaine (cloche de scellement) est construit avec des rainures intérieures destinées à accroître le chemin de décharge, il est possible d'éliminer l'huile de la cloche. Dans ce cas, il peut être nécessaire d'accroître la longueur de la tête de câble remplie de styrène et de prévoir
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des rainures sur le bottier ou surface de cette tête de câble. L'intérieur de la cloche sera protégé de la contamination et de l'humidité et sera donc supérieur à l'extérieur en ce qui concerne la résistance à la décharge.
Le bout de câble peut être de section transversale plus grande que le câble principal pour produire une action de refroidissement, de manière que les températures de la cloche de scellement soient réduites et que les troubles mécaniques dus aux dilatations thermales soient diminués. Le bout de câble peut aussi avoir des dimensions d'isolement radiale accrues, de manière que les effets électriques dans la tête de câble soient amoindris et que le facteur de sécurité correspondant soit accru.
Si la cloche de scellement est remplie avec de l'huile ou un composé quelconque, une deuxième boîte conique à condensateurs peut être insérée sur la tête de câble remplie au styrène pour graduer l'effet électrique longitudinal et pour accroître la gradation de la tension électrique à la surface intérieure de l' isolateur extérieur en porcelaine.
Si la boite conique à condensateur est utilisée pour fournir un effet auxiliaire, tel qu'un anneau de garde ou une capacité graduée pour indiquer le voltage, ou une protection de ligne, le cône peut être légèrement isolé de l'enveloppe métallique du bout de câble et la connexion à faible potentiel du cône réalisée à travers le styrène pour la connexion à l'appareil.
Dans le cas où il est nécessaire ou désirable de réaliser dans un câble principal les effets de séparation pour tête de câble semblable à celle décrite, par des méthodes applicables sur le chantier, le procédé suivant peut être choisi, lequel est décrit en se basant sur la figure 5.
Le toron 4 du câble ayant été convenablement bloqué, ainsi qu'il a été décrit ci-dessus, la boite conique à condensateurs peut être remplie avec du styrène ou un mélange de styrène et de diphényl chlorinaté. Ce mélange pénètre l'isolant 3 impregné d'huile de la partie du câble placé dans le cône.
Après un temps suffisant pour assurer l'imbibition, le surplus du mélange est filtré, et un mélan. ge prépolymérisé X (alcool-styrol) est préparé ainsi qu'il est décrit ci-après, puis versé à une température qui maintient le mélange liquide (c'est à dire 138 à 140 C.) Ce nélange doit de préférence immerger l'isolant du câble dans le cône, ainsi qu'il est montré, pendant le procédé de remplissage, le cône est de préfé-
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rence plongé dans l'huile chaude afin que la température soit maintenue dans les buts suivants:
a) - réaliser la polymérisation du styrène qui a pénétré le câble (pour cela la température doit être maintenue de 120 à 130 C pendant la période requise. b) - permettre le refroidissement graduel du mélange versé dans le cône (pendant le refroidissement le mélange peut être pressé par des moyens mécaniques et peut être recouvert.)
On suppose que le système doit être utilisé dans une boite d'extrémité ordinaire 1, de sorte que, en service, le cône à condensateurs est immergé dans l' huile 11 ou autre composé. L'arrangement prévoit alors un fourreau séparant cette huile du mélange contenu dans le câble.
Dans le cas où l'on veut fournir au câble de l'huile (par exemple pour maintenir une certaine pression dans le câble), il peut être nécessaire d'ajouter un dispositif à siphon. Cela peut être réalisé par branchement sur l'enveloppe en plomb 2 et en plaçant une tubulure 21 qui assure la connexion avec le siphon 20, l'enveloppe étant percée au point de fixation de la tubulure afin de permettre le passage libre à l'huile.
Les désavantages mentionnés ci-dessus en ce que le câble à son extrémité constitue une jonction huile-styrène, sont fortement diminués par l'incorpora- tion d'alcool ou autres substances analogues dans le liquide de remplissage versé, puisqu'un effet de gradation radial est obtenu de la manière décrite ci-après. Un degré raisonnable d'efficacité sera obtenu sans incorporer l'alcool, puisque le styrène versé en refroidissant présente une couche solide aux effets électriques radiaux, Si cependant des effets électriques de très grandes valeurs doivent être évités, l'addition d'une matière de gradation devient nécessaire. Semblablement il est possible de renfermer ou protéger le câble en employant simplement la matière versée sans introduire le styrène dans le câble, puis créer la polymérisation.
Ce. pendant dans ce cas la matière étant plastique ne suffira pas aux hautes valeurs de pressions hydrauliques s'il y en a d'induite dans le câble.
Le composé principal du mélange versé est le styrol polymérisé à environ 2000 C. afin d'obtenir un polymère fusible à des températures inférieures à 1400 C.,et l'on peut ajouter des matières plastiques au mélange. Une matière qui
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ne se mélangera pas avec l'huile peut aussi être ajoutée pour accroître la. perte diélectrique et/ou la constante diélectrique du mélange. Une matière convenable est par exemple l'alcool $$ phénol éthyle. On sait généralement que les effets électri- ques peuvent être gradués par juxtaposition de matières de constantes diélectriques variables. Un résultat semblable peut être obtenu en accroissant la perte diélec- trique du matériel ambiant.
Sur la fig.7, C2 représente la capacité du noyau du câble qui est suppo- sé avoir une perte diélectrique très basse, ce qui est le cas normal. La gradation radiale de l'effet électrique sur le film diélectrique entourant le noyau (c'est à dire le mélange versé) est indiqué pour diverses valeurs de cas 0 (le facteur d'é- nergie diélectrique du mélange versé).
On a trouvé qu'un mélange convenable peut être réalisé comme suit:
Styrol 60 parties) ) polymérisé à 210 C. alcool 40 parties)
Ce mélange donne une valeur de cos de .8 (à 30 C. et 50 CPS) et par suite produit une valeur de 0. 59 C2.
Ci
Le mélange spécial précédent peut être employé dans n'importe quel pro- cédé de fabrication de bouts de câble pour obtenir la gradation voulue.
Dans tous les mélanges utilisés de styrène polymérisé, une certaine quan. tité de charge, par exemple de fibres cellulosiques ou de fibres cellulosiques éthe- rifiées, peut être employée afin de réduire la contraction pendant le refroidisse- ment ou la polymérisation.
Le procédé suivant pour appliquer la boîte conique à condensateurs peut être employé suivant la fig.6. Le cône 5 avec le fourreau 51 de styrène polymérisé, comme décrit en connexion avec la fig.2, peut être rempli à l'usine avec un mélange X. Ce cône peut être chauffé sur le chantier jusqu'à ce que le mélange prenne un état plastique ou fluide et alors est appliqué sur le noyau du câble qui peut avoir été d'abord plongé dans un mélange convenable (styrène/aroclar). quand le cône est fourni par l'usine, il peut être pourvu d'une tige métallique centrale ou tube Y de diamètre légèrement moindre que celui du noyau du câble, de sorte qu'en chauffant la tige on peut l'enlever facilement et le noyau du câble peut être introduit à sa place.
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Bien que la description donnée ci-dessus s'applique seulement à des têtes de câble pour supertension, l'invention peut trouver son emploi dans d'autres applications aussi intéressantes à voltages plus faibles. Des difficultés considérables sont rencontrées dans le câblage des bâtiments quand des montées verticales sont rencontrées se terminant dans des boites de commutation ou de déconnexion Ces difficultés sont encore plus grandes si la température ambiante est élevée. Un écoulement dans le câble s'ensuit et la matière de remplissage, visqueuse ou semisolide, de la boîte est amincie par l'introduction de mélange chaud. Des fuites se produisent donc. Cela sera évité par l'arrangement décrit dans ce brevet.
REVENDICATIONS.
1 - Procédé pour la formation de têtes de câble pour câbles électriques, lequel consiste à prévoir une séparation polymérisée entre le câble principal et la dite tête de câble de manière que le mélange ou composé placé dans le câble est isolé de celui placé dans la tête de câble.