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Elément blindé de résistance électrique pour basse et haute tensions.
La présente invention se rapporte à un élément blindé de résistance électrique pour basse et haute ten- sions. Ainsi que cela est bien connu, les différents ty- pes d'éléments blindés construits actuellement sont cons- titués, en général, par un conducteur résistant noyé dans une masse isolante. Une gaine extérieure métallique est adaptée autour de l'ensemble par des moyens quelconques et forme une enveloppe étanche servant à la fois comme pro- tection et comme surface d'échange dissipant à l'extérieur la chaleur produite dans l'élément.
L'isolant généralement utilisé dans ce cas est constitué par de la magnésie ou des silicates pressés ou moulés enrobant complètement le conducteur résistant.
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Dans les éléments ainsi constitués, le fil résistant est porté à une température généralement très élevée attei- gnant souvent 1000 degrés et la chaleur est transmise à l'en- veloppe extérieure en presque totalité par conductibilité à travers la couche d'isolant. La dissipation dans le milieu ambiant gazeux ou liquide est alors effectuee par convection et conductibilité.
Dans ces éléments, du fait que la chaleur est trans- mise par conductibilité thermique à travers le diélectrique, depuis le fil chaud jusqu' à l'enveloppe extérieure, cette transmission a lieu proportionnellement à la différence de température entre ces deux parties et il en resulte que, à toute variation de la température du milieu ambiant ou plus généralement de la face externe de l'élément, correspond une variation à peu près égale de la température du fil chauffant, ce qui nuit à la bonne conservation du fil.
La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient et d'obtenir un élément dans lequel la tempe- rature du fil ou du ruban chauffant ne risque pas d'atte@ndre des valeurs préjudiciables à. sa bonne conservation.
Conformément à l'invention, la totalité de la cha- leur émise par le conducteur résistant est transmise par rayon nement à une surface métallique noire, concentrique ou non au conducteur résistant et dont la face extérieure, lisse ou garnie d'ailettes conductrices, forme la surface d'échange en dissipant dans le milieu ambiant la chaleur produite dans 1'élément.
Le diélectrique séparant le conducteur résistant de la surface noire absorbante, généralement mise à la terre, est constitué d'air, raréfié ou non, d'un gaz absorbant ou n'absorbant pas le rayonnement sous différentes pressions ou encore d'un de ces gaz et d'un diélectrique solide mais perméable au rayonnement, ce diélectrique solide n'etant
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pas en contact avec le conducteur résistant.
Dans la réalisation pratique de l'invention, le fil ou ruban chauffant en alliage résistant peut être bobiné à spires non jointives sur un support cylindrique en matière isolante constitué d'un empilage de rondelles de porcelaine, de stéatite, ou de tout autre corps isolant résistant à la température.
Les dessins ci-joints sont destinés à montrer com- ment l'invention peut être réalisée en pratique.
Les fig. 1 à 3 sont des schémas explicatifs de l'in- vention.
Les figures 4 et 5 sont destinées à montrer comment peut être réalisé en pratique l'empilage d.es rondelles et comment celles-ci peuvent être exécutées.
La figure 6 montre une réalisation complète d'élé- ment chauffant tel qu'il peut être réalisé en pratique.
Sur la figure 1, 1 représente une gaine extérieure à l'intërieur de laquelle s'étend un axe 2 qui sert de conduc- teur d'amenée du courant et qui traverse des supports iso- lants 3 et 4.
L'axe 2 sert en même temps de support pour des ron- delles 5 en matière isolante empilées sur cet axe.
Au conducteur d'amenée 3 est raccordé en 6 le fil résistant 7 qui est bobiné sur l'empilage des rondelles 5.
La gaine extérieure 1, dans l'exemple représenté, porte des ailettes conductrices 8 qui peuvent éventuellement être supprimées. Cette gaine est placée concentriquement au. cylindre constitua par les rondelles 5 et possède.un diamètre suffisant pour laisser entre l'enveloppe extérieure et le fil ou ruban chauffant un espace annulaire 9 suffisant pour assu- rer l'isolement électrique de ce fil ou de ce ruban chauffant.
Le courant, après avoir parcouru l'enroulement 7, sort en? .
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La face interne de la gaine 1 est noircie afin d'augmenter au maximum son pouvoir absorbant. L'écartement entre le tube métallique extérieur 1 et le cylindre isolant servant de support au bobinage varie avec la tension d'es- sai à laquelle l'element doit être soumis. Cette distance ne doit toutefois pas être considérable pour assurer un iso- lement convenable.
Si l'on examine à présent le mécanisme de la transmission de la chaleur dans un element de résistance électrique construit comme décrit ci-dessus et destine à échauffer de l'air par exemple, on se rend compte de ce que, lors du passage du courant, le fil résistant 7 doit s'échauffer et dégager une certaine quantité de chaleur qui peut être considerée comme transmise en totalité par rayonnement, l'épaisseur de la couche intercalaires étant trop grande et sa conductibilité thermique trop faible pour permettre un échange important par conductibilité; de même, le courant de convection qui s'établir dans l'espace annu- laire fermé 9 sera négligeable par rapport au rayonnement du dit conducteur.
Sous l'influence de ce rayonnement, le tube exté- rieur 1 va s'échauffer à son tour, la chaleur absorbée par sa. face interne se transmettant par conductibilité à la face externe et aux ailettes d'où elle sera dissipée par con- vection dans l'air extérieur. Pour une valeur donnee de l'intensité du courant, du débit d'air et de sa température d'entrée, il s'établira un écoulement continu de chaleur depuis le fil ou ruban chauffant jusqu'à l'air extérieur et les températures se stabiliseront à des valeurs de régime.
En particulier, la température du ruban chauffant 7 attein- dra une valeur telle que la quantité de chaleur rayonnée par lui à cette température soit exactement égale à, celle pro- duite par le passage du courant.
A son tour, la paroi interne du t,ube 1 atteindra
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une température telle que la quantité de chaleur absorbée par rayonnement soit exactement égale à celle transmise par con- ductibilité vers l'extérieur du tube et les ailettes. A oute variation d'une des données ci-dessus correspond une varia- tion dans le régime des températures.
Contrairement à ce qui se passe dans les éléments de résistance dans lesquels la chaleur est tr-ansmise par conductibilité thermique à travers le diélectrique depuis le fil chaud jusqu'à l'enveloppe extérieure proportionnellement à la différence de température de ces deux parties et dans lesquels à toute variation de la température du milieu ambiant ou plus généralement de la face externe de l'élément corres- pond une variation à peu près égale du fil chauffant, dans les éléments suivant l'invention, à une forte variation de la température de paroi de la face externe ne correspond qu'une variation relativement faible de la température du fil ou ruban chauffant.
Ce fait est dû à ce que, la totalité de la chaleur se transmettant par rayonnement entre ces deux parties de l'élément, l'échange de chaleur est commandé par la loi de la quatrième puissance de la température absolue, ou loi de Stefan-Boltzmann.
Toutes autres choses étant égales, dans les élé- ments de résistance suivant l'invention, la température du fil ou ruban chauffant sera très sensiblement plus basse, et ne risquera pas d'atteindre des valeurs préjudiciables à sa bonne conservation.
Le diélectrique servant à assurer l'isolement en- tre le fil résistant et l'enveloppe extérieure peut être absolument quelconque, pourvu qu'il soit perméable au rayon- nement thermique, et réduise au minimum le flux de chaleur par conductibilité et par convection.
D'une manière générale, il sera constitué par une simple couche d'air, raréfié ou non, dépaisseur suffisante
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pour assurer l'isolement électrique. Dans certains cas parti- culiers,pour permettre de fonctionner à température plus ele- vée, sans risquer de produire d'oxydation du fil, il peut y avoir intérêt à utiliser comme diélectrique un gaz inerte perméable au rayonnement. Dans d'autres cas cependant, le rem- plissage gazeux pourra avantageusement être constitue d'anhy- dride carbonique ou de tout autre gaz absorbant le rayonnement, et servant en quelque sorte de relais dans la transmission de chaleur depuis le fil chauffant jusqu'à l'enveloppe extérieure absorbante.
Dans les différents cas ci-deusus, si l'on désire une sécurité supplémentaire en cas de rupture du fil chauf- fant, on peut inclure la partie centrale et le fil chauffant, dans un tube transparent (quartz, pyrex, verre, ou toute autre matière analogue) contenant l'atmosphère gazeuse désirée.
On peut également, dans un but de sécurité, inter- poser une grille métallique de protection 10 (fig. 2) entre le conducteur résistant et la surface absorbante, de façon à empêcher le fil résistant de venir en contact avec l'eveloppe extérieure en cas de rupture, et d'y provoquer un court- circuit.Cette grille métallique 10 peut être constituée d'un simple treillis ou d'un cylindre plein 11 (fig. 3) qui sera porté par rayonnement à une température suffisante pour lui permettre de rayonner à son tour vers l'enveloppe extérieure.
Au point de vue électrique, cette grille peut être portée à n*importe quel potentiel désiré, de manière à assurer la répar- tition voulue du champ electrique entre le fil chauffant et le blindage.
Dans la réalisation suivant la figure 2, la grille 10 est portée par 12 au potentiel du conducteur d'amenée.
Il est avantageux de prevoir des moyens permettant d'assurer la libre dilatation du fil résistant et de son sup- port.
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A cet effet, on peut, par exemple, recourir (fig.4 et 5) à un empilage de rondelles isolantes comportant chacune une fente de dilatation 13 et enfilées sur un support métal- lique plein 14 ayant la forme représentée à la figure 5, de maniere à empêcher la rotation des rondelles et pouvant ser- vir de conducteur d'amenée.
Les rondelles sont munies de saillies isolantes en spirale 15 déterminant des creux dans lesquels sont enrou- lées les spires du conducteur chauffant représentées en 16.
Ces rondelles sont pressées les unes contre les autres par un ressort, ou tout autre moyen de serrage élas- tique, susceptible d'absorber la dilatation de l'empilage.
Enfin, le noyau central, constitué du support de bobinage et du fil résistant est, de préférence, fixé dans l'enveloppe extérieure servant de blindage, de façon à as- surer l'indépendance complète de chaque partie, au point de vue dilatation, démontage et remplacement d'une des parties.
La figure 6 montre à titre d'exemple un élément étudié spécialement pour les tensions élevées (1600 volts environ).
Dans cette réalisation, le courant entre par une borne 16 prévue dans un chapeau isolant 17 et sort par une borne 18 se trouvant dans le même vhapeau 17.
De la fiche 19 de la borne 16, le courant est amené à une bande 20 entourant une rondelle 21 en matière isolante montée sur l'axe central 22.
A la bande 20 est raccordé le conducteur résistant 23 qui, après avoir traversé une rondelle extrême isolante'24, s'enroule autour d'un support isolant 25 constitué par exem- ple par des rondelles, comme montré aux figures 4 et 5, à l'extrémité opposée à celle correspondant au chapeau 17, le conducteur résistant passe à travers la dernière rondelle pour venir se raccorder à- une bague conductrice 26 fixée sur une rondelle isolante 27 de diamètre réduit. La bague 26
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est raccordée par un ou plusieurs conducteurs souples 28 à une bague conductrice 29 fixée directement sur l'axe 2@ et s'appuyant contre un ecrou 30.
Le courant, aprs avoir parcouru les éléments 19- 20-23-26-28-29, est ramené par le support 22vers l'extreml- té correspondant au chapeau 17 et son, par une borne 31 en liaison avec le support 23 par un raccord 32.
Un ressort 33 prenant appui sur la bague 29 com- prime l'empilage des rondelles qui est ma@ntenu à l'autre extrémité par le raccord 32.
Comme cela ressort du dessin, les pièces 17 et 34 formant bouchons, possèdent avantageusement en raison delà tension elevee prévue, des rainures 35, d'une part, pour as- surer une distance de contournement suffisante entre les pièces métalliques sous tension et le blindée mis à la ter- re et d'autre part pour eviter de creer des tenslons méca- niques internes lors des dilatations. On peut prévoir aussi dans le bouchon 17 un event 36.
D'autre part, un vide 37 est laisse entre les ex- trémités des bornes 19-31 et celles du support 22 et le fond de la cavité formant logement pour ces extrémités, afin de rendre indépendante la dilatation de la partieblindée de l'appareil et celle du support du conducteur résistant.
La forme d'exécution représentée par la fleure 6 n'est évidemment donnée qu'à titre d'exemple et de nombreuses modifications peuvent être introduites sans s'écarter du domaine de protection de l'invention. C'est ainsl par exemple que le support du bobinage 23 pourrait être remplace par une hélice en graphite synthétique ou un élément, analogue. Ce mode de réalisation est très rationnel tant au point de vue du rayonnement par la couleur du corps rayonnant et l'augmen- tation de la surfacerayonnante qu'au pointde vue dilata- tion, simplicité et prix de revient.