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ISOLATEURS DE TRAVERSEE PERFECTIONNES, ET APPAREILS LES UTILISANT.
La présente invention se rapporte plus particulièrement aux isola- teurs de traversée et, d'une manière générale, aux phénomènes qui se pro- duisent à la jonction entre des diélectriques solides et fluides, situés dans un champ électrique alternatif.
Les disjoncteurs haute tension dans l'huile utilisent d'habitude des- isolateurs de traversée en porcelaine recouverte d'une glaçure. Une par- tie de l'enveloppe de porcelaine de l'isolateur s'enfonce dans l'huile qui remplit la cuve et qui bien entendu, entoure les contacts de coupure du circuit. C'est un fait bien connu que la porcelaine immergée dans l'huile se recouvre peu à peu de carbone. Cette couche de carbone déposé est conductrice, ou au moins semi-conductrice électriquement, et réduit
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sensiblement la rigidité diélectrique de 1! isolateur, et il se produit pendant le fonctionnement de réels amorçages, et des défaillances de l'appareil, provoquées par cette cause.
Le carbone déposé sur la porcelaine de l'isolateur provient de produits carbonisés @le l'huile, ou de la décomposition de cette huile, lors de la production de l'arc électrique au moment ou le disjoncteur coupe le courant. Ces particules de carbone se répandent dans la cuve et se déposent sur la porcelaine de l'isolateur, par suite de la non - uniformité ou des distorsions du champ électrique dans lequel elles se trouvent. Ces distorsions du champ électrique peuvent se produire pour diverses causes.
L'une d'elles provient des dimensions et de la forme de l'isola- teur et de ses diverses parties. Une autre cause est la non-homogénâté de la porcelaine ou de la glaçure de l'isolateur, causées par des peti- tes poches de gaz ou d'air dans la porcelaine, ou par des particules étrangères qui peuvent avoir d'autres propriétés diélectriques que la porcelaine elle-même. Une autre cause est dae aux particules de carbone elles-mêmes, qui ont d'autrespropriétés diélectriques que l'huile et la porcelaine, et causent par conséquent des distorsions du champ.
Il est exact qu'une particule conductrice située dans un champ électrique alternatif uniforme n'est pas sensible à une force produite électriquement. Toutefois, la Société demanderesse a trouvé que lors- qu'un diélectrique solide, ayant une constante diélectrique déterminée, est plongé dans un milieu isolant ±bide de constante diélectrique sen- siblement plus faible, la surface de l'isolateur solide agit comme un miroir électrique par rapport aux particules conductrices répandues dans le fluide.
Autrement dit, une particule de carbone qui se trouve dans de l'huile isolante habituelle, dont la constante diélectrique est d'environ 2,2 et qui s'approche de la surface de la porcelaine avec glaçure, dont la constante diélectrique est d'environ 7, ae conduit comme si elle avait son image, derrière la surface de la porcelaine, image qui crée une distorsion du Champ électrique, de telle sorte que la particule est attirée vers son image. Une fois que la particule de carbone s'est déposée sur la surface de la porcelaine, elle modifie bien entendu les propriétés diélectriques de la surface de la porcelai- @
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-ne en ce point, et cause directement une distorsion du champ, de tel- le sorte qu'elle attire à elle d'autres particules de carbone.
La Société demanderesse a,trouvé par des considérations théoriques, confirmées par des essais pratiques, que si la surface de l'isolateur solide a une constante diélectrique égale à celle du fluide, on élimine complètement cette action de miroir électrique, et, si le champ électri- que est par ailleurs relativement uniforme, les particules conductrices ou les particules de toute constante diélectrique qui se trouvent dans le fluide, ne sont pas attirées vers cette surface diélectrique. Si la constante diélectrique de cette dernière est inférieure à celle du flui- de, la force est en sens inverse et les particules conductrices du flui- de sont repoussées par la surface.
La Société demanderesse aboiement trouvé que l'on obtient une ré- duction très sensible de la valeur de la force d'attraction et du dépôt de particules conductrices sur la surface, même lorsque la constante diélectrique de la surface est supérieure à celle du fluide, à condition qu'elle soit inférieure à celle du corps principal de l'isolateur solide.
Pour donner la constante diélectrique appropriée à la surface de l'isolateur solide, tout l'isolateur peut être fait en une matière ayant la constante diélectrique désirée auquel cas les propriétés diélectri- ques de la surface sont les mêmes qu'à l'intérieur de l'isolateur. Un autre moyen d'obtenir la constante diélectrique apprppriée de la surface, consiste à revêtir la surface de l'isolateur solide d'une matière ayant la constante diélectrique convenable. Ce revêtement peut être organique, ou non-organique, et on peut l'appliquer comme un vernis, ou comme un film, par condensation ou au moyen d'un ruban enroulé autour de l'isola- teur, ou bien une gaine est ajustée sur le diélectrique solide, ou on peut appliquer ce revêtement de toute autre maniere.
Alors que le contrôle de la constante diélectrique de l'isolateur solide contrôle la force d'attraction sur les particules conductrices, due à l'action au miroir décrite ci-dessus, ce contrôle ne commande pas nécessairement la force d'attraction due à la non-homogénéité du diélec- trique solide. Si celui-ci est pratiquement parfaitement homogène, ou si la glaçure habituelle de la porcelaine est parfaitement homogène, le revêtement de constante diélectrique plus faible n'a pas besoin d'avoir @
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une épaisseur supérieure à 25 à 50 microns pour un isolateur à 115 Kv.
Pour d'autres tensions, l'épaisseur minima varie en conséquence. D'au- tre part, un revêtement homogène, ayant la constante diélectrique vou- lue, et dont l'épaisseur atteint 300 microns, élimine pratiquement les forces d'attraction dues à la non-homogénéité de la matière diélectri- que sous-jacente. Autrement dit, un revêtement homogène de 300 microns peut être utilisé pour une porcelaine avec glaçure, de qualité inférieu- re, et comportant une quantité appréciable de fentes ou de poches, dans sa matière et sa glaçure.
Le chiffre de 300 microns est basé sur le fait que le diamètre des poches, ou bulles, incluses dans la porcelaine, est de l'ordre de 150 microns, pour des valeurs du champ électrique que l'on trouve normale- ment dans les isolateurs. Pratiquement, il est douteux qu'un revêtement de 300 microns soit nécessaire, car l'huile se déplace un peu et net- toie la surface de l'isolateur solide. La raison pour laquelle la surfs- ce externe homogène de l'isolateur solide doit avoir l'épaisseur ci-des- sus, réside dans le fait qu'on veut s'assurer que la force électrique sur les particules reste inférieure à leur poids, plutôt que d'être attirées vers la surface de l'isolateur. L'épaisseur indiquée ci-dessus ne l'est qu'à titre d'exemple non limitatif.
L'épaisseur réelle à adop- ter varie suivant le champ électrique de l'isolateur considéré, auquel le film est appliqué.
Bien que l'invention ait été conçue comme une solution au problème qui s'est posé à propos des isolateurs de traversée en porcelaine à glagure pour disjoncteurs électriques, il est bien évident pour les tech. niciens que les principes énoncés dans ce qui précède ne sont nullement limités à cette application particulière, ni aux matières considérées, et que l'invention s'applique d'une manière générale à la commande des force's existant au voisinage de la jonction entre diélectriques solides et fluides, dans un champ alternatif, et agissant sur des particules conductrices qui se trouvent da' s ce fluide, liquide ou gazeux.
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L'invention sera d'ailleurs bien comprise en se référant à la des- cription qui suit et au dessin qui l'accompagne à titre d'exemple non limitatif et dans lequel :
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La figure 1 est une coupe partielle d'un disjoncteur à l'huile conforme à l'invention; les figures 2 à 4 en représentent des variantes.
En se reportant figure 1, on voit que le disjoncteur comprend une cuvel, avec son couvercle 2, dans lequel est adapté l'isolateur de tra- versée 3. Celui-ci comporte un corps principal 4 en porcelaine avec gla- cure, avec une borne 5 montée à son extrémité externe et un contact fi- xe 6 monté à son extrémité interne. Un contact mobile 7 coopère avec la contact fixe 6 et est actionné par tout mécanisme approprié de commande, de type bien connu, schématisé par la tige 8. La cuve 1 est presque en- tièrement remplie d'un diélectrique liquide 9, comme l'huile minérale habituelle.
Pour contrôler l'attaction des particules de carbone ou autres par- ticules conductrices de l'huile S, vers la surface'de l'isolateur immer- gée dans l'huile, un revêtement 10 est appliqué sur cette partie de l'i- solateur et possède une constante diélectrique de préférence sensible- ment la même que celle du liquide 9. Son épaisseur doit être au moins de l'ordre de grandeur de 38 microns pour des tensions moyennes et il ne semble pas qu'il y ait avantage à ce que cette épaisseur dépasse 300 microns. Plus la constante diélectrique de la surface est voisine de cel. le de l'huile 9, plus les forces sont petites sur les particules de car- bone ou autres particules conductrices de l'huile. De telles particules ont été représentées, très agrandies, en 11.
La constante diélectrique de l'huile habituellement utilisée dans les disjoncteurs à l'huile est de 2,2. La Société demanderesse a trouvé qu'une gamme de constantesdiélectriques pour le revêtement, ou la surf- ce extérieure 10, donnant de bons résultats, varie entre 1 et 3,5.
Une matière appropriée pour le revêtement 10 est un vernis à base de si- licone, dont la constante diélectrique est de l'ordre de 3,2. On peut également citer l'éthyl-cellulose (2,7), le fluorure de baryum (2,3).
Ce dernier est analogue au fluorure de magnésiup, utilisé pour le revê- tement de lentilles optiques. D'autres matières à constante diélectrique faible ont été essayées et trouvées satisfaisantes ; le polyéthylène (2,3), le polytétrafluoroéthylène (2) la résine phénolique (2,8) et le caoutchouc synthétique -(2,6).
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Il y a beaucoup d'autres matières à faible constante diélectrique qui seraient satisfaisantes, à condition qu'elles puissent s'appliquer sur la porcelaine sous forme d'un fil homogène et uni, et à condition qu'elles ne soient pas endommagées par l'huile, ou l'eau contenue dans l'huile.
Un autre type de revêtement qui peut être utilisé, est constitué par une gaine enfilée autour de la partie inférieure de l'isolateur, par exem ple en 12 de la figure 2. Il peut être en caoutchouc synthétique résis- tant à l'huile, par exemple, et avoir été traité de manière à présenter la constante diélectrique désirée.
On peut également enrouler, autour de la partie inférieure de l'iso- lateur, un ruban en matière convenable, comme schématisé figure 3. Une telle matière peut être du polyéthylène, de constante 2,2 environ.
Dans la variante de la figure 4, le solide diélectrique n'a pas de revêtement extérieur, mais il est fait lui-même, en une matière homogène dont la constante diélectrique est suffisamment voisine de celle du liqui de 9.
Bien qu'on ait représenté plusieurs réalisations de l'invention, il est bien entendu que l'on ne désïre pas se limiter à ces réalisations données à simple titre d'exemple non limitatif et que, par conséquent, toutes variantes ayant même principe et même objet que les dispositions ci-dessus, rentreraient comme elles dans le cadre de l'invention.