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(Jable électrique à capacitéartificiellement renforcée.
L'introduction dans l'industrie de la commande in- dividuelle des ma,chines qui se généralise de plus en plus, nécessite l'installation d'une gra,nde quantité de petits moteurs,'le plus souvent surdimensionnés, ce qui crée un mau- vais facteur de puissance du réseau. Ce facteur de puissance représente dans bien des réseaux une valeur telle que l'économie des centrales en est influencée défavorablement. Dès lors, les centrales ont, dans bien des cas, établi leurs tarifs en tenant compte du facteur de puissance dans le but d'inviter leurs clients à prendre des dispositions nécessaires afin de réduire la valeur du coura,nt déwatté demandé au réseau pour autant que cela soit possible. Le cos peut descendre à des va.leurs de 0,4 à 0.5.
La surveillance du facteur de puissance, ainsi que son relèvement, peut fa,cilement se faire par le
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placement de groupes rotatifs de compensation ou de condensa- teurs statiques.
Dans es réseaux où le nombre des consommateurs de courant est très important, c'est-à-dire dans les villes, la distribution se fait principalement pa.r cê-bles. Les câbles ont, comparativement aux lignes aériendes, une grande capacité électrostatique, et agissent par conséquent à l'inverse d'une self en améliorant le facteur de puissance du réseau d'une façon naturelle. Cette capacité propre ne suffit pas dans la plupart des cas pour améliorer le cos et le porter à une valeur favorable .
Grâce à la présente invention, la capacité propre des câbles est artificiellement augmentée. On connaît déjà des câbles-condensateurs, c'est-à-dire des condensateurs sous forme de câbles, qui sont utilisés en remplacement d'unités de condensateur statique. Ceux-ci ne participent pas au transport de l'énergie, mais constituent plutôt un appareillage additionnel pour le réseau. La présente invention permet de réaliser non seulement un réducteur de phase, mais en même temps un agent de transp.ort d'énergie.
L'augmentation de la capacité électrostatique est obtenue en noyant des couches donduptriees dans l'isolant du câble. Les couches conductrices sont constituées par de minces banderolles en cuivre ou en un autre métal, par une couche de fin fil métallique ou d'une façon analogue. Ces couches conductrices sont connectées alternativement aux conducteurs à tension de phase différente. Elles constituent, par conséquent, des condensateurs en parallèle sur les conducteurs de courant et compensant par leur capacité une certaine puissance déwattée. Les couches conductrices sont isolées entre elles par des couches isolantes dont l'épaisseur dépend de la tension régnant entre deux couches conductrices voisines. Selon la capacité exigée, une ou plusieurs couches conductrices sont superposées l'une sur l'autre et sont connectées convenablement.
Les couches conductrices peuvent
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parfois n'être soumises au potentiel que par rapport au neutre ; l'épaisseur de La couche isolante est alors dimensionnée en conséquence. L'absorption de puissance déwattée est alors modifiée et devient proportionnelle au potentiel par rapport au neutre. rour des lignes dn câbles de grande longueur, le courant de charge dans les minces couches conductrices atteindrait, du côté alimentation, des valeurs telles qu'un échauffement inadmissible en serait la conséquence.
Pour ces lignes étendues, les couches conductrices sont alimentées conformément à la présente invention, par le conducteur même du câble qui, à cette fin, est scindé, .fin le scindant par exemple en deux, une moitié du conducteur peut être constituée comme corde de la manière ordinaire et l'autre moitié sera disposée concentriquement autour du conducteur formant noyau; elle sera isolée de ce dernier par une couche isolante, conditionnée à la tension de service .
Dans un câble triphsé, par exemple, chaque toron sera constitué de cette façon. Les conducteurs centraux sont raccordés aux phases R, S et T. Le conducteur concentrique du toron S sera raccordé auconducteur central du toron R. Le transport de l'énergie de la phase R se fera par conséquent en partie sur le conducteur centra,l du toron R et en partie sur le conducteur concentrique du toron S. Le conducteur central du toron S, qui conduit le courant de la. phase S, sera raccordé a,u conducteur concentrique du toron T et le conducteur central T au conducteur concentrique du toron R. De cette façon, les conducteurs centraux constituent, avec les conducteurs concentriques appartenant à d'autres phases, des condensateurs sta.tiques, en élevant la capacité propre d'un câble et absorbant de ce fait une certaine quantité d'énergie déwattée.
Il n'est pas absolument nécessaire que la section du conducteur central et celle du conducteur concentrique soient identiques; on pourra choisir, selon les nécessités, tout autre rapport des sections. On pourra par exemple
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également prévoir la subdivision en trois parties de la section utile exigée du conducteur total et appartenant à des phases différentes.
Par le scindement du conducteur décrit ni-dessus, on atteint des courants de capacité intenses sans avoir les inconvénients qui résultent del'utilisation des fines ban- derolles en métal, formant couche conductrice.
Pour les câbles à section de conducteur relati- vement faible, la subdivision de celui-ci comporte des dif- ficultés. Dans ce cas, le conducteur central est remplacé par un simili-conducteur, par exemple un tube en plomb, un noyau en matière textile recouvert d'une gaine conductrice, etc...Le conducteur proprement dit est ensuite disposé concen- triquement autour de ce dernier et séparé de celui-ci par une couche isolante appropriée. Les connexions correspondent entre autres à celles du conducteur subdivisé, avec la diffé- rence que le conducteur central n'est traversé que par un courant de charge.
Si par la méthode décrite ci-dessus la capacité à obtenir n'était pas atteinte, il reste la possibilité d'ajouter d'autres couches conductrices noyées entre des couches isolantes ainsi que cela a été décrit pour le câble ne comportant pas le conducteur subdivisé. La connexion des diverses couches conductrices est à exécuter comme déjà mentionné, c'est-à-dire qu'elles sont raccordées alternativement à la phase raccordée au conducteur central ou à la phase raccordée au conducteur concentrique. Pour évite- dans ce cas également un échauffement excessif des minces couches conductrices par le courant de charge, celles-ci seront discontinues dans les joints. La connexion des couches conductrices avec les phases se fait dans le joint et on raccorde avantageusement dans chaque second joint les couches conductrices au conducteur principal.
De cette façon les couches conductrices ne sont traversées que par un courant de charge proportionnel au
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tronçon de câble qui entre en ligne de compte et non d courant de charge de la'ligne tout entière. Pour des réseaux à, charge variable, il est désirable d'adapter la, puissance aéwattée à ces variations, pour éviter une surcompensation.
A cet effet, les terminaisons des couches conductrices sortiront des boites terminales pour aboutir à des sectionneurs de façon à pouvoir les raccorder à la tension répondant aux besoins. Pour des lignes étendues, on pourra obtenir une autre variabilité de la capacité en raccordant les couches conductrices à des sectionneurs aux deux extrémités afin de pouvoir les réunir ou non à la tension. Les couches conductrices seront discontinues en un endroit de la, ligne,, par exemple dans un joint, et si la ligne ne comporte pas de joints, dans le câble même.
En choisissant l'endroit de cette discontinuité, afin d'obtenir une subdivision des couches conductrices comme 1:2, il sera possible en la raccordant à une des extrémités d'insérer 1/3 de la puissance Déwattée en n'insérant que l'autre extrémité 2/3 et enfin en connectant les deux extrémités la totalité de celle-ci.
En subdivisant les couches conductrices en deux groupes, il serait possible, dans les mêmes conditions, de faire varier Ea capacité en sixièmes. Par un sectionnement de la ligne dans des sous-stations il serait possible, d'obtenir d'autres subdivisions.
Avec le câble à conducteur subdivisé sans couches conductrices additionnelles, une telle diminution de la capacité ne serait possible que lorsque la charge utile aurait diminué proportionnellement, afin que celle-ci puisse être transportée par une seule des subdivisions du conducteur. Comme on l'a déjà fait remarquer on peut donner au conducteur central une très faible section pour. obtenir également, si la nécessite se présente, une variabilité de la capacité. Dans certains cas, il sera même possible de couper le câble entièrement à une des extrémités et de laisser fonctionner celui-ci
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uniquement comme condensateur, ce qui peut facilement se faire, si dans un réseau plusieurs câbles marchent en parallèle.
La capacité renforcée du type de câble, selon la présente invention, a en outre l'avantage de créer une protection plus grande contre les surtensions. Par une liaison appropriée des couches conductrices, par exemple de la couche intérieure avec le conducteur, ou de la coucheextérieure avec la gaine de plomb à travers des relais, il serait possible de réaliser facilement des sectionnements sélectifs de tronçons de câble, à toute apparition de défaut, survenant dans celui-ci du dehors ou de l'intérieur.
Far la déconnexion des couches conductrices défectueuses, le câble pourra être remis sous tension jusqu'au moment où la réparation pourra se faire aisément étant donne qu'il contient encore, par sa constitution, des couches isolantes entièrement saines, qui, suivant l'état du terrain, permettent la remise sous tens-,ion pour un temps plus ou moins long. en dehors de ce qui est dit ci-dessus il reste naturellement d'autres combinaisons possibles. La présente invention peut s'étendre à tous les types de câbles connus.
Le diamètre du câble s'accroitra naturellement du fait de 1'augmentation artificielle éventuelle du diamètre du conducteur ou de La subdivision du conducteur, ce qui est compensé par un meilleur refroidissement du câble et par conséquent par une charge admissible plus élevée que celle d'un c âble orainaire de même section; la section effective d'un câble donné pourra être réduite en realisant ainsi une économie de cuivre. Le prix plus élevé d'un câble de ce genre à capacité artificiellement augmentée sera largement compensé de ce fait de même que par l'économie réalisée par suite de la compensation du facteur de puissance.
Les dessins ci-joints représentent diverses formes d'exécution à titre d' exemple et leur application.
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La f ig. 1 montre un câble avec le conducteur a les, couches isolantes b , les couches conductrices c 1 et 0- et la gaine de plomb d. Le nombre des couches conduc- trices c pourra être augmenté à volonté.
La. fig. 2. représente un schéma de connexion dans un réseau triphasé comportant les 3 phases R ; et T; a désigne les conducteurs, c1 et c les couches conductrices 1 2 contenues, soit dans un câble tripha.sé, soit dans trois câbles monophasés. Les couches conductrices c2 sont rac- cordées chaque rois à la phase propre du toron, tandis que le les couches c1/sont à un conducteur voisin à tension de phase différente.
La fig. 3 montre une autre possibilité de réalisa- tion au moyen d'un inverseur f. Les couches conductrices pourront être mises à terre ; le câble fonctionnera ainsi en câble ordina.ire, ne transportant que 1'énergie utile, ou bien les couches conductrices peuvent être mises BOUS tension d'une façon analogue à la fig. 2. et ainsi la capa- cité totale du câble entrera en action. Les résistances r limitent le courant de décharge des couches conductrices au moment de leur mise à terre. En laissant ouvert l'interrup- teur e et le câble connecté à l'extrémité d'alimentation, l'inverseur f dans sa position sous tension, le câble agira comme condensateur seulement, sans intervenir dans le trans- port d'une charge utile.
La fig. 4 représente le câble avec le conducteur sub- divisé; h, H2 et h sont les conducteurs centraux d'un câble triphasé (câble triplomb ou 3 câbles monophasés connectés en triphasé), i les couches isolantes entre les subdivisions des conducteurs scindés ,K2 et k 6 les parties concentriques des conducteurs 1 la couche isolante extérieure, qui ainsi que la couche intérieure i sera dimensionnée pa,r rapport à la, tension du réseau,..!! la gaine métallique extérieure des
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phases (gaine de plomb ou autres), n l'armature.
Le conducteur central.±. est raccordé au conducteur concentrique k2 , le conducteur central h2 au conducteur concentrique k3 , le conducteur central h3 au conducteur concentrique ki .
La fig. 5 représente une coupe schématique à travers un câble à conducteurs subdivisés comme à la fig. 4, sauf que plusieurs couches conductrices 0 , agrandissant la capacité, y sont disposées. la fig. 6 représente schématiquement la symétrie des capacités réalisées par un câble de la fig.5.
La fig.7 représente une boite de jonction d'un câble à capacité renforcée et à conducteur subdivisé. Elle montre la possibilité de raccorder les couches conductrices aux phases correspondantes le long du tracé de la ligne, ce*ci pour éviter que le courant de charge total ne parcoure les couches conductrices , ce qui nécessiterait leur renforcement.
Enfin la fig.8 représente une ligne avec une série de boites de jonction p1,p2, p3 et p4 selon la fig. 7 dans lesquelles les couches conductrices sont raccordées ou laissées isolées alternativement.
R e v e n d i c a t i o n s .
I/ Jable à courant fort, caractérisé en ce que les couches conductrices noyées dans l'isolant et raccordées à la tension constituent des condensateurs statiques et en ce que le câble possède une capacité artificiellement renforcée.
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(Electric jable with artificially reinforced capacity.
The introduction into the industry of individual machine control, which is becoming more and more general, necessitates the installation of a large number of small motors, most often oversized, which creates a poor network power factor. In many networks, this power factor represents a value such that the economy of the power stations is adversely affected. Consequently, the power plants have, in many cases, established their tariffs taking into account the power factor in order to invite their customers to take the necessary measures to reduce the value of the dewatted current requested from the network. that this is possible. The cos can drop to values of 0.4 to 0.5.
Monitoring of the power factor, as well as its reading, can easily be done by the
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placement of rotary compensation groups or static capacitors.
In the networks where the number of current consumers is very important, that is to say in the cities, distribution is mainly done by cables. The cables have, compared to the overhead lines, a great electrostatic capacity, and consequently act in the reverse order of a choke by improving the power factor of the network in a natural way. This inherent capacity is not sufficient in most cases to improve the cos and bring it to a favorable value.
Thanks to the present invention, the inherent capacity of the cables is artificially increased. Cables-capacitors, that is to say capacitors in the form of cables, are already known which are used as a replacement for static capacitor units. These do not participate in the transport of energy, but rather constitute additional equipment for the network. The present invention makes it possible to produce not only a phase reducer, but at the same time an energy transp.ort agent.
The increase in the electrostatic capacity is obtained by embedding the corrugated layers in the cable insulation. The conductive layers consist of thin copper or other metal bands, a layer of thin wire or the like. These conductive layers are alternately connected to conductors with voltage of different phase. They therefore constitute capacitors in parallel with the current conductors and compensating by their capacitance for a certain dewatted power. The conductive layers are insulated from one another by insulating layers, the thickness of which depends on the voltage prevailing between two neighboring conductive layers. Depending on the capacity required, one or more conductive layers are superimposed on top of each other and are suitably connected.
Conductive layers can
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sometimes be subjected to the potential only in relation to the neutral; the thickness of the insulating layer is then dimensioned accordingly. The dewatted power absorption is then modified and becomes proportional to the potential with respect to neutral. rour long cable lines, the charging current in the thin conductive layers would, on the supply side, reach values such that inadmissible heating would be the consequence.
For these extended lines, the conductive layers are supplied in accordance with the present invention, by the actual conductor of the cable which, for this purpose, is split, in order to split it for example in two, one half of the conductor can be formed as a rope. the ordinary way and the other half will be arranged concentrically around the core conductor; it will be isolated from the latter by an insulating layer, conditioned to the operating voltage.
In a triphse cable, for example, each strand will be formed in this way. The central conductors are connected to phases R, S and T. The concentric conductor of the strand S will be connected to the central conductor of the strand R. The transport of the energy of the phase R will therefore be done in part on the central conductor, l of the strand R and partly on the concentric conductor of the strand S. The central conductor of the strand S, which conducts the current of the. phase S, will be connected to, u concentric conductor of strand T and the central conductor T to the concentric conductor of strand R. In this way, the central conductors constitute, with the concentric conductors belonging to other phases, static capacitors , by increasing the inherent capacity of a cable and thereby absorbing a certain quantity of twisted energy.
It is not absolutely necessary that the section of the central conductor and that of the concentric conductor are identical; one can choose, according to the needs, any other report of the sections. We could for example
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also provide for the subdivision into three parts of the useful section required of the total conductor and belonging to different phases.
By splitting the conductor described above, intense capacitance currents are achieved without having the drawbacks resulting from the use of the thin metal bands forming a conductive layer.
For cables with a relatively small conductor cross-section, the subdivision of the latter is difficult. In this case, the central conductor is replaced by an imitation conductor, for example a lead tube, a core of textile material covered with a conductive sheath, etc. The conductor proper is then arranged concentrically around the tube. the latter and separated from it by a suitable insulating layer. The connections correspond among other things to those of the subdivided conductor, with the difference that the central conductor is only traversed by a load current.
If by the method described above the capacity to be obtained was not reached, there remains the possibility of adding other conductive layers embedded between insulating layers as has been described for the cable not comprising the subdivided conductor. . The connection of the various conductive layers is to be carried out as already mentioned, that is to say they are connected alternately to the phase connected to the central conductor or to the phase connected to the concentric conductor. To avoid in this case also an excessive heating of the thin conductive layers by the load current, these will be discontinuous in the joints. The conductive layers are connected to the phases in the joint and the conductive layers are advantageously connected to the main conductor in each second joint.
In this way the conductive layers are only crossed by a load current proportional to the
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section of cable which is taken into account and not the charging current of the whole line. For networks with variable load, it is desirable to adapt the wattage power to these variations, to avoid overcompensation.
To this end, the terminations of the conductive layers will come out of the terminal boxes to end in disconnectors so as to be able to connect them to the voltage meeting the needs. For extended lines, another variability of the capacitance can be obtained by connecting the conductive layers to disconnectors at both ends in order to be able to unite them or not to the voltage. The conductive layers will be discontinuous at one point on the line, for example in a joint, and if the line has no joints, in the cable itself.
By choosing the location of this discontinuity, in order to obtain a subdivision of the conductive layers like 1: 2, it will be possible by connecting it to one of the ends to insert 1/3 of the Dewatted power by inserting only the other end 2/3 and finally by connecting the two ends the whole of it.
By subdividing the conductive layers into two groups, it would be possible, under the same conditions, to vary Ea capacitance in sixths. By sectioning the line in substations it would be possible to obtain other subdivisions.
With the subdivided conductor cable without additional conductive layers, such a decrease in capacitance would only be possible when the payload had proportionally decreased, so that it could be carried by only one of the conductor subdivisions. As has already been pointed out, the central conductor can be given a very small section for. also obtain, if the need arises, variability in capacity. In some cases, it will even be possible to cut the cable entirely at one end and leave it running.
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only as a capacitor, which can easily be done, if several cables run in parallel in a network.
The enhanced capacitance of the type of cable, according to the present invention, has the further advantage of creating greater protection against surges. By a suitable bonding of the conductive layers, for example of the inner layer with the conductor, or of the outer layer with the lead sheath through relays, it would be possible to easily achieve selective sectioning of cable sections, at any occurrence of defect, occurring in it from outside or from inside.
By disconnecting the defective conductive layers, the cable can be re-energized until the repair can be done easily, given that it still contains, by its constitution, completely sound insulating layers, which, depending on the condition of the ground, allow the re-energization, ion for a more or less long time. apart from what is said above there are naturally other possible combinations. The present invention can extend to all known types of cables.
The diameter of the cable will naturally increase due to the possible artificial increase in the diameter of the conductor or the subdivision of the conductor, which is compensated by better cooling of the cable and therefore by a higher allowable load than that of the conductor. a common cable of the same section; the effective cross section of a given cable can be reduced, thus saving copper. The higher price of such an artificially increased capacity cable will be more than offset by this as well as by the savings made by power factor compensation.
The accompanying drawings show various exemplary embodiments and their applications.
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The f ig. 1 shows a cable with the conductor a, the insulating layers b, the conductive layers c 1 and 0- and the lead sheath d. The number of conducting layers c can be increased at will.
Fig. 2. represents a connection diagram in a three-phase network comprising the 3 phases R; and T; a designates the conductors, c1 and c the conductive layers 1 2 contained, either in a three-phase cable, or in three single-phase cables. The conductive layers c2 are each connected to the proper phase of the strand, while the layers c1 / are to a neighboring conductor with a different phase voltage.
Fig. 3 shows another possible embodiment by means of an inverter f. The conductive layers can be earthed; the cable will thus operate as an ordinary cable, carrying only the useful energy, or else the conductive layers can be put under tension in a manner similar to FIG. 2. and so the full capacity of the cable will kick in. The resistors r limit the discharge current of the conductive layers when they are grounded. By leaving the switch e and the cable connected to the power supply end open, the inverter f in its energized position, the cable will act as a capacitor only, without intervening in the transport of a payload. .
Fig. 4 shows the cable with the sub-divided conductor; h, H2 and h are the central conductors of a three-phase cable (three-phase cable or 3 single-phase cables connected in three-phase), i the insulating layers between the subdivisions of the split conductors, K2 and k 6 the concentric parts of the conductors 1 the insulating layer external, which as well as the internal layer i will be dimensioned pa, r in relation to the, network voltage, .. !! the outer metal sheath of the
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phases (lead sheath or others), n the reinforcement.
The central conductor. ±. is connected to the concentric conductor k2, the central conductor h2 to the concentric conductor k3, the central conductor h3 to the concentric conductor ki.
Fig. 5 shows a schematic section through a cable with subdivided conductors as in FIG. 4, except that several conductive layers 0, enlarging the capacitance, are arranged therein. fig. 6 schematically represents the symmetry of the capacitors produced by a cable of FIG. 5.
Fig. 7 shows a junction box for a cable with reinforced capacitance and with a subdivided conductor. It shows the possibility of connecting the conductive layers to the corresponding phases along the route of the line, this * this to prevent the total load current from flowing through the conductive layers, which would require their reinforcement.
Finally, fig.8 shows a line with a series of junction boxes p1, p2, p3 and p4 according to fig. 7 in which the conductive layers are alternately connected or left isolated.
R e v e n d i c a t i o n s.
I / High current cable, characterized in that the conductive layers embedded in the insulator and connected to the voltage constitute static capacitors and in that the cable has an artificially reinforced capacity.