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BREVET 'D'INVENTION sous la bénéfice de la Convention Internationale du 20 mars 1883 Formée par : la Société dite "W.T. GLOVER & COMPANY LIMITED" résidant à Trafford Park, Manchester (Lancashire) Angle,terre Pour : "Perfectionnements à la construction et à la disposi- tion des éléments isolants et des traversées pour des conducteurs électriques. ayant fait l'objet d'une demande de brevet déposée en Angleterre le 12 juillet 1943 sous le n 11.301/43 aux noms de Charles James Beaver, Edward Leslie Davet John henderson Pirie,et la société: W.T. Gloyer & Company Limited.
La présente invention se rapporte à des isolateurs (pour'.bornes et traversées) employés pour les conducteurs électriques à haute tension du type habituellement désigné sons le nom de type à condensateur. De tels isolateurs sont composés d'isolants en feuilles, habituellement en papier, bobinés autour du conducteur ou autour d'un tube à travers lequel passe le conducteur. L'isolant en cours de bobinage comporte à certains intervallesentre les tours une mince couche conductrice, par exemple en feuille de métal, ci$ di-
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menaçons suffisantes pour faire 8pproxi.milti.ve. ent un tour complet.
Dans de telles bornes et trRver8Ps, l'emploi de couches conductrices convenablement dimensionnlees et espacées, permet d'obtenir une distribution de potentiel l'intérieur du diélectrique et également dans les matériaux diélectriques adjacents dans la plupart des cas.
De telles bornes ou traversées peuvent être employées comme éléments de sortie on de joints,
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pour les ogbles électriques et dans les dispositifs de connexion pour l'appareillage électrique à haute tension.
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Les couches conductrices peuvent titre disposées d'une façon variée à l'intérieur du matériau diélectrique ; elles peuvent, si. l'on considère une section longitudinale suivant l'axe du tube, être arrangées en séries alternées se
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recouvrant et s'étendant sur tolite la longllE'll1' de la borne.
Cette série peut progresser continuellement de la partie ex- tét1a:re vers la partie intérieure du diélectrique, ou inver- semant, de la partie intérieure vers l'extérieur, sur toute la longueur de la borne, ou peut progresser vers l'intérieur sur une partie seulement de la longueur, et vers l'extérieur sur une autre partie de la longueur, cette dernière disposition ayant l'avantage de fournir un contrôle des contraintes sur une longueur considérable, sans employer lin tube de diamètre extérieur trop grand.
Tour des tensions plus élevées, on peut , envisager d'autresdispositions par exemple, les couches
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conductrices à un des extrémités peuvent co:,J<; ncer"bTôX de la surface intérieure, aller vers l'extérieur jusqu'au voisinage de la surface extérieure de la borne, puis revenir vers l'in- térieur vers la surface interne, et de nouveau repartir vers l'extérieur jusqu'à la surface extérieure,.
Il est reconnu que, dans de tels bornes et isolateurs, les bords de deux minces couches conductrices créent des concentrations du champ électrique qui perturbent
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les conditions de travail normales, prodi2i-,innt des efforts
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locaux élevés et amenant des difficultés pour obtenir une construction satisfaisante d'isolateurs ou de traversées de ce type pour des tensions très élevées. Par suite, pour éliminer les risquas de rupture, il a été nécessaire, pour maintenir les contraintes diélectriques radiales à un niveau assez faible, de rendre la construction de tels isolateurs ou traversées pour des très hantes tensions, telles que 132.000 volts et au-dessus, considérablement encombrante et chère.
La présente invention fournit un mode de cons- truction perfectionné qui rend pratique la conception écono- mique et la construction de tels isolateurs ou traversées, même pour de très hautes tensions.
Dans cette construction perfectionnée, le man- chon isolateur ou traversée (qui sera désigné pour la commodité uniquement sous le terme "borne") est inséré dans une enceinte dans laquelle est placé un gaz sous pression, tandis que les matières diélectriques sont renforcées et maintenues avec une force plus grande dans les régions proches des bords des cou- ches conductrices.
Dans une forme de construction perfectionnée, il n'est pas prévu de rempli age des espaces existant entre les tours adjacents de l'isolant en feuilles aux extrémités des couches conductrices internes,,, au moyen de produits'solides, liquides ou semi-liqueides. Ces espaces sont, au contraire, libres de toute matière, mais remplis de gaz sous une pression sensible ruent plus grande que la pression atmosphérique. La borne est constituée de feuilles de matière isolante qui ne contient pas de gaz et qui n'est pas perméable aux gaz. Ce peut être, par exemple, du papier imprégné à coeur.
L'impré- gnation, ou tout autre procédé nécessaire pour obtenir, les condtions désirées pour la matière isolante, lui est appli- quês avant que la matière soit enroulée pour former la borne.
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L'imprégnation du papier utilisable pour réaliser une telle borne peut, Par exemple, être obtenue au moyen de l'appareillage
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décrit dans le brevet britsbnique n 375.697 ou dans le brevet britannique n 545.315.
Dans un pâtre mode d.e construction, la borne
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est imprégnée d'huile (ou tout [111tn." di.plectri.q'18 liquide 8:91JTO- prié,' de fluidité suffisante) et se trouve i.n"le r :::é8 dE' ns un récipient à la partie supérieure duquel se trouve un gaz sous pression. Ce gaz agit sur l'huile, formant un coussin élastique
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/le dilec- par lequel/est maintenu sous une pression sensiblement supériettre trique à la pression atmosphérique, et dans une garé a¯i. Ji. tée de v?ria- tions, suivant les conditions de travail.
La borne faisant l'objet du présent brevet peut être employée dans les conditions où. de tels appareils apparaissent comme utiles; par polir coiffer le diélectrique dénudé
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à l'extrémité d'un câ:'18 haute-tension, ou corYne j oi.'1t entre deux longueurs d'un tel câble, ou comme traversée pour un con- ducteur la traversant et passant ? 1 travers In 1)[1roi. d'un 1!Jp8- reil.
L'invention est illustrée par deux exemples montrent son application pour les connexions d'extrémité de
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cgbles à haute tension (du type Pr-)roprié J. '32 kilovolts). a figure 1 représente la coupe longitudinale de la borne do sortie d'un câble nous pression de gaz du type décrit dans le brevet britannique n 749.408. La figure 2 montre également la coupe longitudinale d.e la partie centrale de la borne d'extrémité d'un
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câble isolé au papier in:pr66n4 a coel;j.
Df\J1S ce dernier cas, 18 partie extérieure qui ni pas été figuré? est 7¯a r'imo comice construction que* celle décrite sur la figure 1.
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Dans le type de câble représenté sur :La firpre :1¯, le diélectrique est composé de papier pré-imprégné, et il n'y a aucune composition isolante libre dans l'espace compris entre
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les tours et couches de papier. Ces espaces sont remplis de gaz sous pression, qui constituent ainsi une partie d'un diélec- trique composite.
Une borne d'extrémité d' un tel câble 'comporte deux chambres co-axiales limitées par la base de métal 1, les isolateurs intérieur et extérieur tubulaires en porcelaine 2 et 3 et les chapeaux d'extrémité intérieur et extérieur 4 et 5.
La chambre intérieure est fermée à l'extrémité inférieure par un chapeau 6 s'étendant vers le bas, et fixé à la base 1. Celui- ci. est scellé à la gaine intérieure 7 du câble, comme il appa- rait en 8, à l'intérieur de la poche d'alimentation en gaz 9.
Cette dernière est scellée à son extémité inférieure par le raccord 10 qui scelle également (non représenté ici) l'espace compris entre les gaines intérieure et extérieure du câble.
Au-dessus de l'extrémité de la gaine intérieure 7 se trouve en 11 une petite longueur de l'écran du diélectrique du câble, et au-dessus de ce point, le papier isolant imprégné 12 du câble se trouve à nu. Cet isolant est retiré sur une petite longueur du conducteur 13 à l'extrémité supérieure. L'extrémité du con- ducteur est insérée dans un support 14, relié à un pont 15 for- mant une partie de l'anneau 16 attaché au sommet de l'isolateur intérieur 2, portant monté sur lui-même le chapeau intérieur 4.
La connexion est ainsi réalisée entre le câble conducteur 13, le chapeau.4 et la pièce de sortie 17 portée par lui et passant à travers le chapeau extérieur 5.
Le type de borne à condensateur est construit sur un tube de papier bakélisé 18 et se trouve composé d'un enroulement de papier imprégné 19 entre les tours duquel sont placées des couches coductrices (feuillard de métal) 20. Ces couches commencent au sommet, près de la surface extérieure de la borne et sont espacées l'une de l'autre à la fois radialement et longitudinalement, formant une série qui, allant le long de la borne au sommet vers la base passe d'abord vers l'intérieur
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à travers le tube de papier bakélisé 18, puis vers l'extérieur de nouveau de telle sorte que les premières et dernières couches se trouvent à la fois près de la surface extérieure de la borne.
La première couche est relire par le conducteur 21 au support 14 et, par suite, se trouve au potentiel du câble conducteur. La dernière couche est reliée d'une manière qui sera décrite ultérieurement à ecran 11 et à La gaine 7 et, par suite, se trouve au potentel de ces éléments qui est habituellement celui de la terre. Cette forme de borm permet une distribution sensiblement uniforme des contraintes longitudinales depuis l'extrémité supérieure jusque l'extrémité inférieurs de l'élément du diélectrique 12 du câble dénudé, qui est compris dans l'espace au-delà duquel sétend la couche conductrice 20.
Le tube 18 constitue une gaine très serrée sur la diélectrique 12 du câble et se trouve pacé suivant la figure, de telle éprte que son extrémité supérieure se trouve de niveau avec le bord du diélectrique du câble, à l'endroit où celui-ci est coupé pour dégager le conducteur 13. Sur l'extrémité du dié- lectrique du câble et sur l'extrémité supérieure de la borne est placé un enroulement 22 d'un ruban de soie vernissée qui sépare ces éléments et le conducteur de la matière isolante qui les entoure, et dont la chambre intérieure est remplie jus- qu'au niveau 23.
Un remplissage similaire de la chambre extérieure est assuré jusqu'au niveau du sommet de l'isolateur'3.
A l'extrémité inférieure de la berne 19, le tube 18 s'amincit au-delà, de l'extrémité de la dernière des séries de couches conductrices 20 et le diélectrique 19 à partir de l'ex- térieur jusqu'à la paroi interne de la borne à cette extrémité.
Sur cette partie conique de l'extrémité du diélectrique 19 de la borne et de l'isolant adjacent dénudé du câble est appliqué un corps de matière isolante 26 constitué par des spires serrées de ruban de soie vernissée. Sur ce corps d'isolant est appliquée
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une couverture 28 de ruban conducteur, qui réalise la connexion à l'extrémité inférieure avec la gaine 7 et forme une couverture extérieure conductrice analogue à celles qui sont appliques
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habituellement aux cônes amortis f-e Le ruban conducteur 2fez réalise la connexion au po&nt 24 avec la couche conductrice 20 de la borne.
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Par le moyen de tuyau 50 du réservoir d'alimsn- tation en gaz 9 et des trocs 51 dans la gaine intérieure 7, le gaz à haute pression peut être fourni au câble de telle sorte que tous les espaces situés entre les spires et les couches de. papier sont remplis de gaz sous imd pression assez considérable- ment supérieure à la pression atmosphérique. La pression peut, par exemple, être de 14 kilos par centimètre carre. Ce gaz à
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haute pression passe de la partie inférieure du diéleo'criqe dénudé du câble dans le 0,
inters tLee a d'a corps isolant 26 et de la dans les intervalles entre les couches du papier 19 qui cons- titi2a la borne C0l1,sc:md8te r. D 'une manière analogue, à l'extré- mité stzp6rieiza du diélectrique dénudé du câble, :xle gaz passe dans les interstices de l'enroulem3nt 22 et de là entre les couches de papier 19 de la borne.
Les corps de matière isolante 22 et 26 aux deux
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extrémités de la borne oonsendatour sont perméables aux .'\gaz à haute pression, mais non la composition isolante. A partir de la surface du conducteur 13, à l'ext-rémi't4 supérieure du câble, un. tube 52 passe vers le dessus, tube qui traverse l'enroulement 22 puis monte dans le chapeau 4 au-dessus du niveau 23 de la ma- tière isolante. De cette façon, la totalité de la chambre inté- rieure est soumise à une pression uniforme.
La construction das le cas illustré par la figure 2 est identique sous beaucoup de rapports à celle qui vient d'être décrite, mais il y a' cependant quelques différences. Du
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fait que le câble n'est p8S .Iln câble chargé de gaz, il n'y iii pas de réservoir prévu pour l'alimentation en gaz du câble. La borne . il -
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consendateur 18, 19, 20 est imprégnée à coeur avec et? l'huile ou une composition isolente destinée àremplir l'espace compris entre les bords de la Quille de métal 20 située entre les cou- ches de papier 19.
L'extrémité supérieure de cette borne et celle de l'isolant du câble ne sont pas enfermas; elles sont en contact avec la matière isolante, avec laquelle la chambre intérieure est remplie jusqu'au nivau 23. Cette natière est une huile ou un compound de viscosité plus faible que celle qui est employée dans le vas de la figure 1, de telle sorte qu'il peut être facilement appliqué une pression hydraulique. à la borne, co qui l'obligé à couler la l'intérieur. pour remplir tous les espaces pouvant exister entre les feuilles de papier.
L'espace au-dessus du niveau 23 est rempli avec un gaz sous pression qui est obligé de pénétrer à. travers le tube 53 contrôlé par la valve 54 à la partie inférieure de al chambre et de s'écouler au-dessus dans l'espace libre.
La pression du gaz employé, conformément à l'invention sera sensiblement au-dessus de la pression atmosphérique, par exemple 3,5 kilos ou plus. La valeur exacte sera, dans beaucoup de cas, dans une dépendance étroite de la nature de l'appareillée auquel la borne est associée. On peut utiliser un assez ,-rend nom- bre de gaz, parmi lesquels on petit citer l'azote, le fréon (dichloro-difluoro-méthane) et hexafluorure de soufre, ainsi que des mélanges de ceux-ci.