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Isolateur de passage concentrique servant de borne.
La présente invention concerne les-isolateurs de passa- ge concentriques servant de bornes ou de passage à des conducteurs concentriques multiples d'amenée de courant pour appareils élec- triques. Quoique l'invention ne soit limitée à aucune application déterminée, l'invention s'applique spécialement à un isolateur de passage hermétiquement scellé pour appareil électrique à haute tension et .courant fort, enfermé dans une enveloppe hermétique- ment scellée, comme un transformateur oiu un condensateur synchrone ' " refroidi à 1'hydrogène ou une génératice triphasée.
Jusqu'ici) les grosses machines triphasées ont été géné ralement pourvues de trois bornes de phase séparées et de trois bornes -de terre distrinctes sortant de la machine par six isolas
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teurrs 'Le - - sage servant de bornes. Quand des courants alterna- tifs .élevés passent dans des ouvertures pratiquées dans l'envelop-. pe de la machine, surtout dans le cas des plaques d'acier des machines refroidies à l'hydrogène, il y a un flux magnétique qui entoure l'isolateur de passage et échauffe la plaque d'acier,.au point qu'il a été nécessaire, dans le passé, de remplacer les par- ties des plaques d'acier entourant les isolateurs de passage ou, dans les cas extrêmes, les plaques d'acier entières, par des pla- ques en matière non magnétique, ce qui a souvent présenté des in- convénients.
Dans les machines à haute tension, comme, les machines de 6 à 30 kilovolts, la nécessité de prévoir l'écartement suffi- sant,entre les six isolateurs de passage utilisés jusqu'ici pour avoir, entre bornes, une distance présentant la rigidité diélec- trique voulue, a souvent constitué un problème difficile à résou- dre. Dans les machines à courant élevé, où chaque conducteur vé- hicule bien plus de 2.000 ampères à 60 périodes par seconde, des difficultés sérieuses ont surgi du fait que le champ magnétique entourant un isolateur de passage induit des courants de Foucault dans les conducteurs d'amenée de courant passant dans l'isolateur de passage voisin.
La présente invention envisage l'utilisation d'isola- teurs de pass-age à conducteurs concentriques sur les machines ou appareils électriques à haute tension. Ces isolateurs de passage concentriques peuvent.être triphasés, c'est-à-dire à trois conduc- teurs d'amenée de courant concentriques, soit à deux conducteurs concentriques d'amenée de courant, un conducteur constituant la borne ou le fil de phase et l'autre la borne ou le fil de terre pour une phase de-l'appareil, les'courants qui passent dans les ' deux conducteurs :
étant normalement égaux et en opposition de phase, de façon que l'isolateur de passage soit entouré par un flux magné. tique nul par, principe, ce qui évite tout échauffement exagéré des plaques d'enveloppe entourant les isolateurs de passage et toute action inadmissible de courants parasites dans les conducteurs
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des isolateurs de passage voisins.
Une particularité importante de l'invention réside en une réalisation d'isolateur de passage scellé, hermétique aux gaz; qui tient néanmoins compte du problème de dilatation thermique de différentes matières ayant des coefficients de température diffé- rents. Dans cette réalisation, on utilise deux-joints de scelle- ment'hermétique en série, empêchant tout échappement d'hydrogène de l'intérieur de la machine. On peut aussi remplir l'isolateur de passage d'un isolant sec ou d'un isolant fluide à introduire - spécialement. L'invention prévoit aussi un moyen pratique d'assem- blage de l'isolateur de passage, permettant d'assembler l'isola- teur,sans endommager les joints, après quoi le moyen d'assemblage . peut être libéré de façon à permettre à la pression de comprimer les joints.
L'invention, particulièrement dans sa forme d'exécution à deux conducteurs, proucre moyens de réàlisation d'un'trans- formateur de courant du type couronne ou traversé par les conduc- teurs, glissé sur le manchon isolateur central de l'isolateur de passage concentrique, de préférence à l'extérieur de l'enveloppe de la machine, et servant de protection perfectionnée, par relais différentiel, contre les défaùts internes de la machine.,Jusqu'ici on a utilisé un transformateur de courant séparé pour chacune des deux bornes de chaque phase de la machine, ces transformateurs de courant étant connectés entre eux en opposition et alimentant un relais à réponse différentielle;
des imprécisions de fonctionne- ment étaient introduites par les différences de saturation entre .les noyaux des deux trans formateurs sous l'effet de transitoires alternatifs ou continus, sans oublier d'autres difficultés de tous genres, .ainsi que le bobinage'considérable constitué par les en- roulements secondaires de ces transformateurs de courant, les pro- blêmes de construction et d'obtention d'un relais différentiel à sensibilité pratiquement utilisable.
Comme l'isolateur de passage deux conducteurs concentriques n'est entouré, en principe, d'au-
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cun 1 ux i transformateur de courant glissé sur les conducteurs de l'isolateur de passage ne produit normalement aucune tension secondaire quand la machine fonctionne correctement, mais est au contraire très sensible à tout défaut :interne de la machine dont le résultat serait que les deux couran,ts ne seraient plus égaux et opposés.
La possiblité de placer un transformateur de courant de ce genre sur la partie de 1?isolateur de passage concentrique , située à l'extérieur de 1'evneloppe de la machine, supprime la né- cessité de faire sortir des fils 'de secondaire de l'intérieur de la machine., pour alimenter le simple relais de surcourant consti- tuant la seule chose nécessaire, de \cette manière, pour disposer d'un, relais différentiel.
L'invention ressortira clairement de la description dé- taillée, 'donnée ci-après, de deux de ses formes d'exécution repré- sentées, à titre d'exemple, au dessin annexé, dans lequel :
La fig. 1 est une vue en coupe, non à l'échelle, mon- trant les principes généraux de l'invention appliqués à un isola- teur de passage à deux conducteurs concentriques.
La fig. 2 est une représentation très schématique d'une forme d'exécution de l'invention à trois conducteurs concentri- ques, seule la moitié droits de l'isolateur étatreprésentée, et cer- taines particularités moins importantes ou moins essentielles étant omises, et
La fig.3 est une vue schématique de la partie infé- rieure de la figure 2 comportant certaines modifications de con- struction représentées à titre d'exemple.
A la figure 1 l'invention est représentée appliquée à un ,appareilà courant alternatif 4 dojnt une parite seulemte est représentée, .suffisante cependant pour sé rendre compte qu'il muni de deux conducteur 5 et 6 ;soumis à des potentiels opposés et Véhiculant,des courants en substance égaux et en substance' exac- tement en oppsotin de phase durant le fonctionnement correct de 1'appareil, comme précité, L'appareil 4 est représen pouvru
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d'une enveloppe? remplies 4 titre d'exemple pratique, d'hydrogène
H2 sous une-pression habituellement supérieure à la pression at- moshpérieur ou de l'air environnant.
L'enveloppe 7 est percée d'un trou ou ouverture de passage des conducteurs 8 permettant aux deux -conducteurs 9 et 10 de traverser la carcasse'' ou enveloppe
7 de la machine ou appareil. Afin d'empâcher que l'hydrogène ne puisse s'échapper par le trou de passage des conducteurs 8, la ma- chine est pourvue d'une boîte à .conducteurs 12 qui entrourele dit trou et constitue, en fait, une partie de l'enveloppe étanche aux gaz 7 de la machine. La boite à conducteurs 12 est pourvue d'un trou de logement de l'isolateur de passage 13, dans lequelvient se placer un isolateur de passage à deux conducteurs d'amenée de courant concentriques scellé hermétiquement 14 construit suivant l'invention.
L'isolateur de passage à deux conducteurs d'amenée de courant concentriques 14 représenté à la figure 1 comprend u con- ducteur d'amenée de courant intérieur 15, et un conducteur d'amenée' de couratnubuaire extérieur électriquement isolé 16, les deux conducteurs étant en substance concentriques l'un par rapport à l'autre, le conducteur intérieur 15 étant le plus long et ayant la section. ou, la 'dimension transversale la plus petite, ayant en outre des extrémités ou prolongement 15a et 15b's'étendant plus loin que le conducteur extérieur 16.
Quand l'isolateur de passage 14 doit , être scellé hermétiquement, de façon que l'enveloppe 7-12 reste hermétique aux gaz, comme la figure 1 le montre, il faut bou cher hermétiquement, le condueur intérieur 15 soit en le rendant plein soit, s'il est de forme, tubuaire en y intrudisant une pièce de traverse ou de fermeture'appliquée de façon hermétique, de préférence au bout de l'extrémité inférieure 15b qui sort de l'enveloppe.de l'appareil, comme représenté en 17 ou par tout autre moyen qui maintient la machine ou l'appareil 4 étanche aux gaz. Il va de soi que le conducteur intérieur 15 peut être avanta- geusement ventilé ou refroidi, de toute manière voulue.
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Chaque conducteur concentrique 15 et '16 a une extré- mité, l'extrémité supérieure dans chaque cas pour l'exemple donné, terminée par un rebord consistant en une bride latérale annulaire électriquement connectée 15c et 16c, suivant le cas, servant de borne ou de connexion.
Ces brides sont perforées de manière à pouvoir y relier les conducteurs de machine 9 et 10 au moyen de boulons de fixation.
De préférence, chaque bride 15c et 16c est connectée de façon per- manente et hermétique au conducteur correspondant de l'isolateur
15 ou 16.
L'isolateur de passage 14 est pourvu, de préférence à son ,extrémité inférieure qui sort de l'enveloppe de machine 7-12 d'un chapeau à rebord de préférence amovible, servant de borne ou de connexion, 18 relié électriquement, de toute manière convenable, à l'extrémité inférieure, sans rebord, du conducteur d'amenée de courant intérieur 15. De préférence, cette liaison électrique consiste en une connexion électrique amovible vissée
18a, hermétiquement scellée ou non. Le chapeau 18 est pourvu, d'une bride latérale annulaire 18b faisant corps avec lui et formant borne ou connexion, à laquelle on peut fixer un des fils de raccor. dément extérieurs .(non représenté) de la machine.
Si l'isolateur de passage 14 doitêtre scellé hermétiquement, le chapeau 18 doit comporter aussi une partie centrale d'extrémité scellée hermétique. ment 18c, à moins que¯la connexion vissée 18a soit elle-même her- métique.
Le conducteur d'amenée de courantintérieur 15 est, de . préférence, glissé, sur toute sa longueur, dans une feuille isolas . te tubulaire 19,-pouvant consister en du ruban imprégné qui est entouré lui-même par le conducteur extérieur tubulaire 16.
LZ'extrémité inférjeure du conducteur tubulaire d'ama- née de courant extérieur 16 est garnie d'une bride latérale annu¯ laire 22 sevant de bone ou de connexin et reliée électiquement au conducteur d'amenée de courant 16, de préférence au moyen d'une connexion vissée amovible 22
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La conducteur tabulaire démenée de courant extérieur 16 est entourepar ujntube de porcelaine central ou autre protec- tion isolante rigide 23 un vide annulaire 84 séparant, de préfé- rence, le tube de protection du conducteur extérieur 16.
Les deux prolongements 15a et 15b du conducteur d'amenée de courant inté- rieur 15 sont entourés chacun par un tube de porcelaine séparé ou autre protection isolante 23a ou 23b suivant le cas, de préférence aussi avec des vides annulaires 24a, 24b entre les tubes de protec tijn et le conducteur intérieur 15.
' Chacundes trois tubes de protection 23a, 23 et 23b dot être pourvu d'un scellement séparé respectivement 23a' - 23a", 23' 23" et 23b' 23b" à chaque extrémité, servant à sceller celui-ci, de préférence hermétiquement, à la bride servant de borne ou de connexion adjacente 15a, 16c, 22 et 18b, suivant le cas.
Afin de pouvoir assembler initialement :Les différentes par- ties de l'isolateur, il faut pouvoir achever le scellement au moins à une extrémité de chacun des trois manchons isolants 23a 23 et 23b après que les parties de l'isolateur sont assemblées. des moyens de scellement après assemblage peuvent comprendre, au moins à une extrémité de chaque manchon de protection, un ou plusieurs joints de scellement compressibles et amovibles @5 auxquels il faut,appliquer, en finale, une pression déterminée pour qu'ils gar . dent leurs qualités d'étanchéité. Les moyens de scellement à 1'au tre extrémité de chacun des trois manchons de protection peuvent être du type permanent ou du type amovible: de préférence les six scellements 23a' 23a", 23', 23", 23b' et 23b" sont, pour la faci lité, des joints compressibles, comme représenté.
Pour tenir compte d'une part des dilatations et des compressions inégales , avec la température, et d'autre part de la nécessité de maintenir la pression finale requeis sur les jointe de scellement compressibles, il faut qu'au moins un ou plusieurs moyens de scellement consistent en pu comprennent un élément de scellement hermétique, dilatable dans le sens axial et comprimé
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par resme comme représenté en 26. Ces éléments 26 comprimés par ressort peuvent prendre différentes formes.
Sous la forme représentée à la figure 1, l'élément de scellement à ressorts 26 est associé à la bride amovible 22 vissée sur l'extrémité inférieure du conducteur extérieur 16. Cet élément de scellement à ressorts 26 consiste en un moyeu 27 auquel la-bride 22 est brasée de façon étanche aux gaz. Deux brides 27a et 27b, respectivement au-dessus et en-dessous de la bride 22, vien ment en contact respectivement avec le joint de scellement 25 de l'extrémité inférieure du manchon isolant central 23 et avec le joint 25 de l'extrémité supérieure du manchon de protection inferieur 23b., Ces brades 27a et 27b sont écartées l'une de l'autre sous l'action de plusieurs ressorts de compression 27c dont les ex- trémités portent contre les brides correspondantes.
L'élément ou ensemble de scellement à ressorts 26 comprend aussi deux soufflets 28a et 28b, ou d'autres moyens de scellement hermétique dilatables dans le sens axial., servant à sceller les brides 27a et 27b à là bride-borne 22 en un point intérieur par rapport .aux ressorts de compression .27c.
Comme la figure 1 le montre, il est habituellement très intéressant de pourvoir l'ensemble de scellement à ressorts 26 d'un moyen permettant de maintenir provisoirement les brides 27a et 27b plus rapprochées l'une de l'autre que normalement, de bou- lons 29 par exemple qui, vissés fond., appliquent .les brides contre les faces opposées de manchons de butée 30 et suppriment la pres- sion des ressorts pendant l'opération d'assemblage, afin d'empé- cher des frottements nuisibles sur les joints compressibles de scellement 25 pendant le vissage de la bride-borne amovible 22 et' du chapeau amovible 18 Il va de soi qu'une fois l'isolateur de passage entièrement assemblé, on peut dévisser ou enlever les bou- lons de serrage de ressorts 29,
de façon à appliquer les pressions de scellement nécessaires sur les 1 joints de scellement 25.
Les vides annulaires 24a, 24b et 24b à l'intérieur des
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manchons isolants de protection 23a 23 et 23b respectivement, peuvent être occupés par de l'air, de l'hydrogène ou un autre gaz, mais on remplit, de préférence , ces vides d'un isolant fluide étranger 32 qui peut être de l'huile ou un autre mélange isolant de remplissage qui peut être introduit au moins à l'état fluide, que ce mélange par après, durcisse, reste liquide ou semi-liquide. on prévoit , de préférence, à 1'extrémité supérieure, un petit espace d'air ou de gaz 32b en vue des dilatations et des contrac- tions thermiques.
Quoique il soit possible que chacun des vides annulaires 24a, 24 et 24b soit scellé hermétiquement sur lui-même, il'est intéressant que les trois vides annulaires communiquent entre eux,,comme représenté à la figure 1, de façon que les trois es- paces se/remplissent d'huile ou d'un autre mélange isolant 32 en une seule opération de remplissage,.
L'isolateur de passage 14 doit nécessairement comporter une monture pour le fixer dans son trou de logement 13 pratiqué dans la boite à conducteurs 12 ou une autre partie¯de l'enveloppe
7 de l'appareil. Comme représenté ,, une partie intermédiaire.du manchon isolant central 23 de l'isolateur de passage 14 de la fi- gure 1 est pourvue d'une bague 33 montée à serrage dur hermétique et portant une bride de fixation 3; aussi montée à serrage dur hermétique, qu'on .applique sur la boite à conducteurs 12 avec un joint de scellement intermédiaire 35.
Comme précité, l'isolateur de passage à deux conducteurs concentriques 14, comme représenté à la figure 1 se prête admira-' blement à l'utilisation d'un transformateur de courant du type couronne ou traversé par les conducteurs 36monté sur le manchon isolant central 23, de préférence à l'extérieur de.,l'enveloppe 7-12 de l'appareil, comme représenté à la figure 1
L'invention n'est pas limitée à un isolateur de passage à deux conducteurs concentriques d'amenée de courait seulement, comme représenté à la figure 1 L'isolateur peut contenir trois conduc . teur de ce genre, ou tout autre nombre voulu de conducteurs.
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La figure 2, par exemple représente schématiquement un isolateur de passage à trois conducteurs concentriques, un con- ducteur intérieur 41 et deux conducteurs tubulaires extérieurs élec- triquement isolés 42 et 43 de longueurs étagées et en substance es pacés et concentriques entre eux, le conducteur intérieur 41 étant le plus long et ayant la section ou la dimension transversale la plus petite, tandis que le conducteur le plus extérieur 43 est le plus court et a la dimension transversale la plus grande. Le conduc- teur intermédiaire 42 a des extrémités 42a et 42b qui dépassent le bouts du conducteur le plus extérieur 43 tandis que le conducteur 'intérieur 41, à ses extrémités 4la et 41b, dépasse les bouts du conducteur intermédiaire 42.
Chacun des trois conducteurs est pour-vu., faisant corps .avec lui, d'une bride faisant borne ou con- nexion 41c 42c ou 43c respectivement couve la description de la forme d'exécution représentée à la figure 1 l'indique.
Comme la figure 2 le montre, l'extrémité inférieure du conducteur le plus' extérieur 43 est povur d'un ensemble à res- sorts à double pression 46 semblable à la pièce 26 de la figure 1, sauf que la connexion du conducteur peut se faire à une des brides à ressorts 47b, au lieu de la bride-borne amovible 47. La liaison entre la bride 47 et l'extrémité inférieure du tube le plus ex- térieur 43 peut être amovible ou rendue permanente par brasage, par exemple. Il va de soi que ces remarques s'appliquent aussi à la forme d'exécution de la figure 1. Comme la figure 2 le montre aussi, l'extrémité inférieure du tube intermédiaire 42 est pourvue de même d'un ensemble à ressorts à double pression 56 monté sur une bride 57covnablem reliée un conducteur 42.
Le conducteur intérieur 41 à l a figure @ peut être bouché par un chapeua 18 qui peut ,être semblable à celui représenté à la figure 1 .L'isolateur de passage à trois conducteurs de la figure
2 comprend cinq tubes de porcelaine ou autre manchons isolants de protection, notamment un manchon central 43 qui peut être sem.. blable à la pièce 23 de la figure 1, et quatre manchons isolants
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auxiliaires séparés 41a' 42a' 42b' et 41b', qui peuvent être sem- blables aux pièces 23aet 23b de la figure 1.
ssion axiale
Dans les cas des figures 1 et 2 la pression axiale,ap- pliquée aux différents joints de scellement compressibles est exer céer par les ressorts de compression d'un ensemble à resorts à double pressin 26 (fig.1) ou des ensembles 46 et 56 (fig.2) Dans chaque cas, au lieu d'utiliser un ensemble à ressorts à double près* sion poussant contre les deux manchons de protection entre lesquels cet ensemble est placé, on peut utiliser un dispositif à ressorts à simple action associé à l'extrémité inférieure, sans bride, de chacun des trois conducteurs 41, 42, et 43, comme représenté en 61, 62 et 63 à la figure 3. Chacun de ces ensembles à ressorts à simple action comprend une plaque servant de borne ou de connexion 64,
une plaque pressée par ressort 65, plusieurs ressorts de com- pression 66 et un soufflet ou autre scellement hermétique dilatable dans le sens axial 67.
Dans toutes les formes d'exécution de l'invention, il faut remarquer qu'après le serrage final de l'isolateur de passage, lorsque il est rendu hermétique par la mise. en place ou le vissage du chapeau d'extrémité inférieur et qu'il est maintenu ainsi, les différents ressorts de compression des ensembles de scellement sont soumis à une compression suffisante pour- exercer la pression axiale voulue sur tous les joints de scellement prévus aux extrémités des différents manchons isolants de protection de l'isolateur de passage.
Dans toutes les formes d'exécution de l'invention re- présentées, quand il s'agit de brides dites brides servant de bor- ne ou de connexion, cela signifie que les connexions de conducteurs peuvent se faire soit directement à ces brides, soit à d'autres parties métalliques en contact électrique avec celles-ci, se trou- vant donc au même potentiel électrique que les dites brides.