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"Perfectionnements aux câbles électriques"
Dans le but d'obtenir un diélectrique perfectionne pour câbles électriques en réglant la répartition de la tension dans ceux-ci, il a déjà été proposé de disposer, à une ou plusieurs distances radiales, entre le conducteur et la surface extérieure du diélectrique, une couche conductrice concentrique au conducteur. La pré- sente invention a pour objet un mode de réalisa- tion perfectionné d'une telle couche conductrice et aussi un groupement particulier de celles-ci, groupement destiné a être réalisé dans un diélec-' trique feuilleté formé de bandes enroulées de pa- pier, ou d'autre matière, appliquées en hélice et en couches superposées.
La couche conductrice établie-conformé- ment à l'invention est obtenue par utilisation de bandes métallisées de papier, ou d'autre matière,
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affectant une forme particulière et par applica- tion de ces bandes d'une façon particulière. On procède à la métallisation de telle sorte que la matière conductrice soit plus étroite que la ban- de de diélectrique et qu'elle ne couvre que la partie médiane de celui-ci en laissant, de part et d'autre de ladite partie médiane, une zone dé- nudée. obtenir une couche conductrice, on réunit deux bandes ainsi métallisées. La première de ces ban- des est enroulée en hélice de manière à ne lais- ser qu'un faible espace entre les bords des spi- res voisines. La surface métallisée de cette bande est tournée vers l'extérieur.
Sur la pre- mière bande vient s'appliquer directement une au- tre bande dont la surface métallisée est tournée vers l'intérieur de manière à venir en contact avec la surface métallisée de la bande intérieure.
Les spires de la bande extérieure sont disposées de manière à couvrir les petits intervalles ména- gés entre les spires de la bande intérieure et à s'étendre de part et d'autre de ces intervalles.
Dans ces conditions, les deux couches de métal forment une couche conductrice complète présentant cette particularité qu'en aucun endroit un bord de matière conductrice ne pénètre dans les inter- valles ménagés entre les spires voisines ou n'y est à découvert. Or, la présence d'un tel bord à découvert aurait pour effet la production d'une perturbation sensible dans la répartition de la tension.
La couche conductrice perfectionnée,qui fait l'objet de l'invention, est applicable en par-
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ticulier à des câbles du type comportant, comme diélectrique, du papier imprégné et dans lequel les espaces compris entre les spires et entre les couches de papier dépourvues de produit d'impré- gnation (compound) contiennent du gaz sous une pression convenable. De tels câbles sont décrits dans les brevets belges No. 393.910 et No.
398.311.
Lorsque l'on interpose,entre le conduc- teur et la gaine, un certain nombre de couches conductrices, l'effet d'induction produit dans chacune de ces couches une tension qui se trouve, dans un rapport déterminé, avec celles des autres couches conductrices et les variations d'effort, dans les espaces contenant du gaz,en passant dans le sens radial d'un point à l'autre du diélectri- que, peuvent être réglées en écartant convenable- ment,les unes des autres,les couches conductrices, pourvu que celles-ci soient exemptes de variations locales de tension, ce qui peut être réalisé par la construction perfectionnée de la couche décri- te précédemment.
En plaçant dans la zone, à champ maximum,du diélectrique ci-dessus mentionné uti- lisé dans des câbles à haute tension (et dans des positions convenables) un nombre relativement fai- ble de couches conductrices perfectionnées, on peut régler la répartition de la tension à l'in- térieur du diélectrique, de telle façon que l'on obtienne, dans les espaces remplis de gaz de la zone dans laquelle l'effort atteint la valeur la plus élevée, un champ très sensiblement uniforme dans le sens radial.
Dans la partie solide du dié- lectrique le champ n'est pas sensiblement modifié
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par la présence des couches conductrices et par leur espacement mais le rapport entre les tensions respectives des espaces remplis de gaz et de la matière solide en est influencé; ce rapport dimi- nue avec la réduction de l'espacement des couches conductrices.
Dans la suite de l'exposé, on se réfère- ra au dessin annexé sur lequel :
La figure 1 représente schématiquement, en coupe longitudinale par un plan médian, une moitié d'un conducteur et d'un diélectrique pour câble établi conformément à l'invention;
La figure 2 montre, à une échelle plus grande, la disposition d'une couche conductrice;
La figure 3 montre la distribution des efforts à l'intérieur du câble montré sur la fi- gure 1;
Enfin, la figure 4 représente une cour- be qui est en corrélation avec la figure 3.
Comme on le voit sur la figure 2, cha- que couche conductrice est formée de deux couches de papier dont chacune comporte une bande de pa- pier A métallisé sur l'une de ses faces, de telle sorte que la surface métallique B couvre la sur- face entière de la bande sauf une petite partie C sur chaque bord de la surface. La bande intérieu- re est enroulée en hélice sur la couche de papier voisine en laissant seulement un petit espace E entre les spires adjacentes. La surface métalli- sée B de cette bande est placée vers l'extérieur.
'On enroule..', alors en hélice la bande extérieure sur la bande intérieure, la surface métallisée B de la bande extérieure étant tournée vers l'inté-
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rieur, de manière à venir en contact avec la sur- face correspondante de la bande intérieure. Les spires de la bande extérieure sont disposées de telle façon qu'elles couvrent l'espace E entre les spires de la bande intérieure et s'étendent de chaque côté dudit espace jusqu'au voisinage de l'axe de la bande intérieure en ne laissant ainsi que des petits intervalles ou espaces F entre leurs bords. Les deux couches de métallisation B forment ainsi une couche conductrice complète sans qu'un bord de la matière conductrice soit à découvert dans chacun des espaces E ou F.
Par ce procédé très simple, on obtient une couche conductrice cy- lindrique complète. Celle-ci peut être placée dans une position désirée quelconque à l'intérieur.: du diélectrique feuilleté.
Sur la figure 1, on a montré, à titre d'exemple, la disposition,conforme à l'invention, des couches conductrices dans le diélectrique. Sur cette figure, la section de deux bandes de papier métallisé de chaque couche conductrice est repré- sentée par un jeu de traits épais se chevauchant horizontalement. Les couches de papier imprégné dépourvues de métallisation sont montrées par des traits minces.
Les bandes de papier métallisé sont im- prégnées de la même façon et de la même matière que les autres bandes de papier, de telle sorte que les propriétés diélectriques de toutes ces bandes soient identiques. L'imprégnation est ef- fectuée avant que le papier soit enroulé sur le conducteur et tant que la matière d'imprégnation est chaude; celle-ci est retenue par le papier en
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raison du fait que sa température de solidification est supérieure à celles auxquelles est porté le câble au cours de son fonctionnement. Cette impré- gnation avant enroulement a pour effet que les espaces contenant du gaz sont dépourvus de compo- sition d'imprégnation.
Elle a encore cet autre avantage, sur le procédé courant d'imprégnation après enroulement, qu'il n'est pas nécessaire de perforer le papier métallisé, ce qui permet d'ob- tenir une couche conductrice sans solution de con- tinuité.
Sur le conducteur toronné G on applique, en premier lieu, une couche de matière conductri- ce, destinée à donner au conducteur une surface unie, couche montrée sur le dessin par la ligne horizontale épaisse e. Cette couche conductrice peut être réalisée par l'enroulement d'une bande conductrice ou bien elle peut être constituée par une gaine mince de plomb. Lorsque le conducteur est formé par une tige solide, il n'est pas néces- saire, bien entendu, de faire appel à une couche lui donnant une surface unie. Le diélectrique est limité à l'extérieur par une couche conductri- ce indiquée par une ligne horizontale épaisse 1.
Cette couche conductrice est formée par enroule- ment d'une bande ou ruban conducteur de types connus.
La partie extérieure du diélectrique,placée entre les couches h et 1, est formée par des enroule- ments de papier non métallisé. Au point h est interposé une couche conductrice du type repré- senté sur la figure 2 et, entre ce point et le point e, sont disposées six autres couches con- ductrices semblables, ces couches étant, au voi-
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sinage de la ligne e, plus rapprochées les unes des autres qu'au voisinage de la ligne h.
Enfin, dans l'exemple montré sur le dessin, le rayon du conducteur au voisinage de la couche e est de 0,89 mm., tandis que le rayon du diélectrique à la limite extérieure 1 est de 24,3 mm. La distribution de l'effort diélectri- que dans ce câble sera considéré à présent en se référant aux figures 3 et 4 (l'effort diélectri- que..est égal numériquement à la valeur du poten- tiel en kilovolts par centimètre et, pour la com- modité de l'exposé, il sera désigné par le terme "effort" dans les lignes qui vont suivre.
Sur la figure 3, la courbe inférieure H représente l'effort calculé dans l'hypothèse où le papier imprégné est homogène et qu'il a une permi@@ivité (constante diélectrique) de valeur
3,3. La courbe supérieure continue iL représente l'effort dans les espaces remplis de gaz ménagés entre les spires et les couches de papier dans le cas où des couches conductrices ne sont pas inter- calées, les ordonnées de cette courbe ayant une valeur triple de celle de la courbe H. En inter- calant des couches conductrices, la valeur de ce rapport peut être réduite dans les régions se trouvant entre les couches. La valeur destinée à être utilisée pour de telles régions est indiquée sur la figure 4 pour un nombre différent (de 1 à
10) de couches diélectriques placées entre les couches conductrices.
En choisissant un tel es- pacement, il faut tenir compte du fait que le pa- pier,sur lequel est appliquée chaque couche mé- tallisée, doit être calculé comme une des couches
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de papier entre les couches conductrices. Dans ces conditions, un espacement de cinq couches de papier consisterait dans deux couches de papier mé- tallisé et dans trois couches de papier non métal- lisé interposées entre lesdites couches métallisées.
L'épaisseur du papier,dans l'exemple fi- guré, est de 0,064 mm. Entre la couche à surface unie e (figure 1) et la couche conductrice f sont intercalés deux groupes de cinq épaisseurs de pa- pier calculées de la manière ci-dessus indiquée, ces groupes étant séparés par une couche conduc- trice. Il existe donc, dans cette région e-f, deux couches conductrices avec un espacement de cinq couches chacun. Dans la région f-g, on a prévu également deux groupes de bandes de papier inter- calées entre les couches conductrices, chacun de ces groupes étant constitué par six couches de pa- pier. Dans la région g-h, on a disposé trois grou- pes de bandes de papier dont chacun est constitué et séparé par des couches conductrices par huit couches @ De h à j il n'existe pas de couche conduc- trice interposée.
Si l'on se réfère à la figure 4, on remarque que, pour une région comportant un espacement de cinq couches entre les couches conduc- trices (région e-f), le rapport,entre l'effort de l'espace rempli de gaz et l'effort qui s'exerce dans le diélectrique solide, est égal à 2,25.
Dans ces conditions, en interposant dans cette ré- gion des couches conductrices, l'effort maximum se trouvera réduit à 75% environ de la valeur qu'il aurait s'il n'existait pas de couches con- ductrices. La dernière valeur est indiquée en k sur la figure 3 et la valeur réduite résultant de
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la présence de couches conductrices, est montrée en a sur la partie étagée de la courbe. Sur cet- te figure, la branche a-b correspond à la région e-f de la figure 1; la branche b-c à la région f-g de la figure 1 et la branche e-d à la région -h de la figure 1. Dans chacune de ces branches la partie descendante de la courbe de la partie étagée/est en rapport avec la partie correspondante de la courbe H, ce rapport pouvant être exprimé par un facteur approprié montré sur la figure 4.
On voit que les points a-b-c ont sensiblement les mêmes valeurs que le point d de la courbe J.
Pour avoir la certitude que,quelles que soient les conditions de fabrication, les gaz ne poussent circuler à travers les couches conductri- ces voisines dans,le sens radial, il est nécessai- re de placer au moins deux couches de papier iso- lant imprégné,sans solution de continuité, entre les faces arrière des bandes de papier métallisé , dont sont formées les couches conductrices. Cet-(- te condition détermine la limite minimum de l'écart entre les couches conductrices (à savoir quatre couches constituées par deux bandes de papier de par deux support et 'autres bandes de papier) et limite par conséquent le rapport dans lequel l'effort peut être réduit dans les espaces remplis de gaz par l'insertion de couches conductrices conformes à l'invention.
L'exemple donné ci-dessus montre comment, par un réglage de l'espacement à des va- leurs différentes, on peut abaisser et maintenir à de faibles valeurs l'effort dans les espaces montenant des gaz dans la région du diélectrique qui est voisine du conducteur jusqu'au moment où
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l'on atteint un point auquel l'effort dans les- dits espaces remplis de gaz aura le même ordre de grandeur sans interposition de couches conductri- ces. Au delà de ce point on ne peut obtenir aucun avantage, au point de vue de la réduction de l'ef- fort, par l'introduction d'autres couches conduc- trices.