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Câbles électriques pour le transport d'énergie
Il est connu que dans les câbles électriques destinés au transport d'énergie, ayant l'isolant imprégné avec des mélan- ges plus ou moins visqueux, les inévitables espaces exempts de mélange contiennent des gaz et des vapeurs qui ont parfois une pression très basse et qui par conséquent s'ionisent aussi pour des valeurs basses du gradient de tension, en constituant ainsi la cause principale du claquage des câbles en serti ce.
De plus, par suite de la constitution chimique de leurs composants, les mélanges visqueux que l'on emploie habituellement pour l'imprégnation des câbles, sont tels que, sous l'action du champ électrique et de l'ionisation qui s'ensuit, ils sont gazo- ¯vores, c'est-à-dire qu'ils ont la tendance à absorber les gaz
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contenus dans les espaces vides: à ce moment, la pression étant diminuée, l'ionisation est plus forte et produit à son tour une diminution ultérieure de pression. On a donc un phénomène d'instabilité.
Pour éviter cet inconvénient et obtenir par contre la stabilité de la pression il a déjà été proposé d'employer des matières imprégnantes gazogéniques, c'est-à-dire propres à pouvoir donner lieu au développement de gaz sous l'action du champ électrique, développement qui s'arrête lorsque, la pression étant augmentée, l'ionisation du gaz présent s'interrompt.
On a aussi étudié des huiles ou des mélanges particuliers, ou bien des substances additionnées aux mélanges habituels, de façon à les rendre gazogéniques à un degré élevé.
La valeur à laquelle la pression se maintient de la sorte automatiquement, valeur qui peut se dénommer pression de stabilité, est donc celle à laquelle correspond, pour le gaz en question, qui est en général de l'hydrogène, un gradient d'ionisation égal au gradient de tension appliqué au câble. A cause de cela cette pression dépend de la valeur du champ électrique.
Or, le gradient d'ionisation de l'hydrogène est plutôt bas et c'est seulement aux pressions élevées qu'il atteint les valeurs des gradients de tension ordinairement appliqués aux câbles. Cela signifie que dans les câbles imprégnés avec les mélanges gazogéniques ci-dessus mentionnés la pression de stabilité, à laquelle l'ionisation devient nulle, a une valeur très élevée.
L'objet de cette invention est constitué par des câbles électriques dans lesquels la matière imprégnante maintient automatiquement, pendant le service, dans l'intérieur du câble, une pression inférieure à la pression de stabilité ci-dessus mentionnée. Cette pression peut aussi être préfixée
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par un choix opportun de la matière imprégnante même; pour sauvegarder en tous cas le câble contre la pénétration d'air nu d'autres substances nuisibles il est bon que la pression soit positive, c'est-à-dire supérieure à la pression atmosphérique.
Ces buts peuvent être atteints en ayant recours à des matières imprégnantes dont la gazogénicité soit opportuné- ment contrôlée de la façon que nous allons exposer.
Nous avons trouvé qu'il est possible de contrôler à son gré, dans certaines limites, la gazogénicité des matières imprégnantes formées d'huiles minérales et éventuellement de résines et d'autres substances, en variant, de manière oppor- tune', la qualité et la quantité des hydrocarbures composants.
Nous avons trouvé, en effet, qu'en général ces matières imprégnantes possèdent une certaine pression, audessous de laquelle elles sont gazogéniques, tandis qu'audessus de celle-ci elles sont gazovores. A cette pression que l'on peut dénommer pression d'équilibre, pratiquement la matière imprégnante ne développe ni n'absorbe pas de gaz.
Cet équilibre est dû à l'action simultanée des composants de la matière imprégna,nte qui sont gazogéniques et des autres composants qui sont gazovores.
Parmi les composants gazogéniques on doit mentionner les hydrocarbures paraffiniques à poids moléculaire bas, tandis que par exemple les hydrocarbures oléfiniques et aromatiques sont gazovores. La matière imprégnante contiendra , d'habitude aussi, une forte quantité de composants qui, sous l'action du champ électrique, ne développent ni n'absorbent pas du gaz, et constitués généralement par des hydrocarbures cycliques saturés peu volatiles c'est-à-dire à haut poids moléculaire.
Cela posé, moyennant un choix et un dosage judicieux des composants, nous pouvons obtenir une matière imprégnante
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dont la pression d'équilibre ait une valeur préfixée, indépendante du gradient d'ionisation du gaz présent dans les câbles, en général de l'hydrogène, et naturellement ne dépassant pas la pression de stabilité pour l'hydrogène. De telles matières imprégnantes peuvent être trouvées déjà prêtes dans le commerce ou peuvent être obtenues moyennant des corrections convena,bles.
Dans les câbles faisant l'objet de la présente invention, fabriqués avec une de ces matières imprégnantes, les bulles de gaz présentes dans l'isolant, en s'ionisant sous l'action du champ électrique, donnent lieu au développement ou à l'absorption de gaz par la matière imprégnante suivant que dans ces bulles la pression est inférieure ou supérieure à la pression d'équilibre caractéristique de la. matièrecim- prégnante même. La pression dans le câble se maintiendra donc pratiquement autour de cette valeur.
Il résulte ainsi que, pendant le service, l'ionisation des inclusions gazeuses est toujours présente dans cescâbles sans pourtant qu'elle provoque aucun préjudice à la rigidité diélectrique de l'isolant. En effet les produits qui, par suite de ces réactions chimiques, se forment dans l'isolant lorsqu'il n'y a aucune présence d'oxygène, tels par exemple les soi-disant cires, sont, comme on sait, sans préjudice pour les propriétés diélectriques de l'isolant même.
L'ionisation est cependant utilisée de la façon indiquée pour maintenir dans tous les points du câble une pression d'équilibre pré- établie, de façon à éviter le danger constitué par des points à pression trop basse, qui sont la cause principale des claquages de l'isolant et sans que, d'autre part il soit nécessaire d'augmenter d'autant la pression jusqu'à atteindre les valeurs de la pression de stabilité pour l'hydrogène.
Pour construire les câbles, objet de cette invention,
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on prend des précautions spéciales pour éliminer le plus soigneusement possible toute trace d'oxygène dans le câble, étant donné que l'oxygène, par suite de l'ionisation, pourrait donner lieu à la formation d'eau ou d'autres produits nuisibles pour l'isolant. Dans ce but l'isolant, après évacuation de l'air, est soumis à des lavages avec de l'hydrogène, ou bien avec un hydrocarbure, ou avec un autre gaz ou vapeur convenable, avant d'effectuer l'évacuation définitive et l'imprégnation.
On adopte aussi pour.la matière imprégnante des précautions analogues avant de l'introduire dans le câble. Il est conseillable aussi que la matière imprégnante ait une tension superficielle convenable de façon qu'elle enroule les fibres de l'isolant sur les parois des espaces vides afin de les protéger contre le phénomène de l'ionisation.
REVENDICATI ONS.
1) Câbles électriques pour le transport d'énergie, dans lesquels la matière imprégnante maintient automatiquement, pendant le service, dans l'intérieur du câble, une pression positive inférieure à celle à laquelle correspond un gradient d'ionisation de l'hydrogène égal à la valeur du gradient appliqué au câble.
2) procédé pour fabriquer des câbles comme sous 1) caractérisé par le fait que l'imprégnation est faite au moyen d'une matière imprégnante ayant en soi des composants qui, pendant le service du câble, sont gazogéniques et des composants qui sont gazovores.
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Electric cables for energy transport
It is known that in electric cables intended for the transport of energy, having the insulation impregnated with more or less viscous mixtures, the inevitable spaces free of mixing contain gases and vapors which sometimes have a very low pressure and which consequently also ionize for low values of the voltage gradient, thus constituting the main cause of the breakdown of crimped cables.
In addition, due to the chemical constitution of their components, the viscous mixtures which are usually used for the impregnation of cables, are such that, under the action of the electric field and the ionization which follows, they are gas-¯vores, that is to say they have the tendency to absorb gases
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contained in the empty spaces: at this moment, the pressure being reduced, the ionization is stronger and in turn produces a subsequent decrease in pressure. We therefore have a phenomenon of instability.
To avoid this drawback and on the other hand to obtain pressure stability, it has already been proposed to use gasogenic impregnating materials, that is to say suitable for being able to give rise to the development of gas under the action of the electric field, development which stops when, the pressure being increased, the ionization of the gas present is interrupted.
We have also studied particular oils or mixtures, or substances added to the usual mixtures, so as to make them gasogenic to a high degree.
The value at which the pressure is maintained in this way automatically, a value which may be called the stability pressure, is therefore that to which corresponds, for the gas in question, which is generally hydrogen, an equal ionization gradient to the voltage gradient applied to the cable. Because of that this pressure depends on the value of the electric field.
However, the ionization gradient of hydrogen is rather low and it is only at high pressures that it reaches the values of the voltage gradients ordinarily applied to cables. This means that in cables impregnated with the gasogenic mixtures mentioned above the stability pressure, at which the ionization becomes zero, has a very high value.
The object of this invention is constituted by electric cables in which the impregnating material automatically maintains, during service, in the interior of the cable, a pressure lower than the stability pressure mentioned above. This pressure can also be prefixed
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by an appropriate choice of the impregnating material itself; to safeguard the cable in any case against the penetration of naked air from other harmful substances, it is advisable for the pressure to be positive, that is to say greater than atmospheric pressure.
These objects can be achieved by having recourse to impregnating materials, the gasogenicity of which is suitably controlled in the manner which will be explained.
We have found that it is possible to control at will, within certain limits, the gasogenicity of impregnating materials formed from mineral oils and possibly resins and other substances, by varying, in a timely manner, the quality. and the amount of the component hydrocarbons.
We have found, in fact, that in general these impregnating materials have a certain pressure, below which they are gasogenic, while above this they are gasovores. At this pressure, which may be called the equilibrium pressure, practically the impregnating material neither develops nor absorbs gas.
This equilibrium is due to the simultaneous action of the components of the impregnated material which are gasogenic and the other components which are gasoline engines.
Among the gasogenic components we should mention low molecular weight paraffinic hydrocarbons, while for example olefinic and aromatic hydrocarbons are gasoline. The impregnating material will usually also contain a large amount of components which, under the action of the electric field, neither develop nor absorb gas, and generally consisting of saturated cyclic hydrocarbons with low volatility, that is to say - say high molecular weight.
That said, with a choice and a judicious dosage of the components, we can obtain an impregnating material
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the equilibrium pressure of which has a predetermined value, independent of the ionization gradient of the gas present in the cables, generally hydrogen, and naturally not exceeding the stability pressure for hydrogen. Such impregnating materials can be found already commercially ready or can be obtained with suitable corrections.
In the cables forming the subject of the present invention, manufactured with one of these impregnating materials, the gas bubbles present in the insulation, on ionizing under the action of the electric field, give rise to the development or to the absorption of gas by the impregnating material depending on whether the pressure in these bubbles is lower or higher than the equilibrium pressure characteristic of the. same impregnating material. The pressure in the cable will therefore remain practically around this value.
As a result, during service, the ionization of gaseous inclusions is always present in cescables without, however, causing any damage to the dielectric strength of the insulation. Indeed the products which, as a result of these chemical reactions, are formed in the insulation when there is no presence of oxygen, such for example the so-called waxes, are, as we know, without prejudice to the dielectric properties of the insulation itself.
The ionization is however used in the manner indicated to maintain in all the points of the cable a pre-established equilibrium pressure, so as to avoid the danger constituted by points with too low pressure, which are the main cause of breakdowns of the cable. the insulator and without, on the other hand, it being necessary to increase the pressure as much until the values of the stability pressure for hydrogen are reached.
To construct the cables, object of this invention,
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special precautions are taken to eliminate as carefully as possible all traces of oxygen in the cable, since oxygen, as a result of ionization, could give rise to the formation of water or other products harmful to the cable. the insulation. For this purpose the insulation, after evacuation of the air, is subjected to washing with hydrogen, or with a hydrocarbon, or with another suitable gas or vapor, before carrying out the final evacuation and the 'impregnation.
Similar precautions are also adopted for the impregnating material before introducing it into the cable. It is also advisable that the impregnating material has a suitable surface tension so that it winds the fibers of the insulation on the walls of the empty spaces in order to protect them against the phenomenon of ionization.
CLAIMS.
1) Electric cables for energy transport, in which the impregnating material automatically maintains, during service, inside the cable, a positive pressure lower than that to which corresponds an ionization gradient of hydrogen equal to the value of the gradient applied to the cable.
2) process for manufacturing cables as under 1) characterized by the fact that the impregnation is made by means of an impregnating material having in itself components which, during the service of the cable, are gas-generating and components which are gas-fueled.
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