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*Procédé et dispositif pour la formation d'extrémité de câble électrique à haute tension en vue de sa connexion et câble électrique à extrémité fermée conformes à ceux ainsi obtenus".
La présente invention concerne un procède et un dis- positif pour former l'extrémité des câbles à haute tension et plus particulièrement pour réaliser un scellement sans inclu- sion d'air et le contrôle des qualités diélectriques exigées dans . de ' -telles extrémités, en vue de la connexion de tels câbles.
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On constate actuellement une tendance oroissant4er8 la transmission et la distribution d'énergie électrique a. oyon de câbles souterrains, afin d'éviter les inconvénients deJI\L1- t't gnes aériennes. En outre, afin de transporter la quantité (|ou*- jours croissante d'énergie électrique demandée, il devient né- cessaire de transporter celle-ci à des voltages de plus en plus élevés.
Les câbles de transport d'énergie coaxiaux ayant un conducteur central entouré par un isolement et une gaine conduc-
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trice extérieure aonvfréquemment employés pour la transmission souterraine d'énergie électrique. De tels câbles doivent être pourvus d'extrémités permettant de faire les connexions néces- saires à des sources de courant à des charges, à un mécanisme ou un appareil interrupteur etc... La confection des extrémi- tés de câbles fonctionnent à des Voltages supérieurs à 5000 volts soulève plusieurs problèmes qui deviennent plus diffi- ciles à mesure que le voltage.de service croit.
En premier lieu la gaine conductrice doit être enle-
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vée à une certaine distance de l'extrémité réelle afin de met- tre à nu suffisamment de diélectrique ou d'isolant pour contrô- ler les fuites de surface en vue d'éviter un arc d'étincelle.
Le diélectrique ainsi mis à nu doit être d'une valeur compara- ble en valeur d'isolement au ni Veau d'isolation de l'autre équipement auquel le câble est connecté*
Deuxièmement, dans la région ou la gaine conductrice est interrompue, l'isolation et l'air qui l'entoure sont sou- mis à des gradients peuventêtre,suffisamment
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¯nda pour produirt des .couroânes" ha16s. terme "cor- grands pour produire des "couroïmea" ou halôs.
Le terme "cou- SI .. - onne" se rapporte | une condition, comprenant l.0n1âat1qn (1 Sa3a(oïilea Gazeuses,-le t'a1oln':m t ultra-violet et là formation =''1<; - F>- F # S = F m':
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d'ozone, tous faceeur qui sont défavorables aux lsolations du câbler -La "couronne" est aussi indésirable parce qu'elle est une source d'interférences radio-électriques,
Ces problèmes de confection d'extrémités de câbles ont été traités jusqu'ici en employant des tônes d'allégement d'ef- forts* et des composés, excluant l'air, dans les logements cons- titués en métal et en diélectrique connus sous le nom de "pôts de tête".
Le terme "cône de charge" ou de "cône d'allégement d'efforts" se réfère à un accroissement conique totalement sy- métrique du diamètre de l'isolant et de la gaine conductrice avant la préparation de l'extrémité, de sorte qu'à la fin du cône de gaine l'épaisseur de l'isolant entre conducteur et gai- ne soit suffisante pour maintenir les gradients de potentiel à des niveaux tolérables. Selon la pratique actuelle, ces "cônes de charge" sont formés en matière isolante que l'on enveloppe \ à la main sur une portion de la périphérie de câble avant son insertion dans le logement d'extrémité. Le logement est, après insertion du "cône de charge" rempli d'un composé expulsant l'air.
Les "cônes de charge" enveloppés à la main et les .pots- remplis de composé, largement utilisés actuellement sont d'un prix relativement élevé et en outre leur installation est dif- ficile et demande beaucoup de temps. l'invention a notamment pour objet un procédé pour la formation de l'extrémité d'un câble électrique pour sa con- nexion, procédé caractérisé parce que pour munir l'extrémité du câble du boîtier en matière isolante telle que la porcelai- ne, on met à nu d'une part l'isolant du conducteur et d'autre part le conducteur lui-même, et on introduit sur l'extrémité ainsi préparée une pièce intermédiaire isolante de forme telle qu'elle s'applique progressivement et à force sur le conducteur,
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sur l'isolant et sur la paoi intérieure du boîtier,
avec con- tact intime de toutes les surfaces et en expulsant toute inser- tion d'air indésirable.
Le procédé de laprésente invention permet de réali- ser des extrémités de câbles, qui évitent les inconvénients de la technique précédente étudiés ci-dessus.
La structure d'extrémité permet de graduer les charges électriques à l'extrémité d'un câble utilisé pour la transmission de hauts voltages.
La structure d'extrémité de câble comprend un cône de charge incorporé et un scellement sans air supprimant l'effet de "couronne" pour réaliser une installation simple et rapide ainsi qu'un fonctionnement uniforme de longue durée.
Le procédé est économique et d'application rapide et facile de sort* que même les installateurs non spécialisés peu- vent être très facilement instruits pour le réaliser.
Le dispositif est applicable à une série de grosseurs de câble en utilisant un nombre minimum de composants variables.
L'invention s'étend également à un raccord d'extrémi- té de câble en application du procédé ci-dessus ou procédé si- milaire.
Le dispositif d'extrémité de l'invention permet de connecter l'extrémité d'un câble à un contact disposé à l'in- térieur d'un logement clos ou formé tel que, par exemple, un contact situé à l'intérieur d'un transformateur à bain d'huile du type conventionnellement utilisé dans la distribution d'éner- gie.
La connexion avec le contact situé à l'intérieur d'un logement fermé peut être effectuée à partir de l'extérieur et sans ouvrir le logement tel que la cuve d'un transformateur à
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bain d'huile.
Bien que la présente invention soit particulièrement appropriée pour les câbles geôles concentriquement avec de la matière plastique synthétique et dans l'étendu des voltages de distribution d'énergie électrique, elle peut être adaptée à d'autres formes de câbles ainsi qu'à d'autres voltages.
Suivant une forme de réalisationle dispositif d'ex- trémité de câble comprend un premier et un second organes con- centriques d'interajustage, Le premier organe est un organe pré- formé élastique disposé sur l'isolant du câble près de l'extré- mité de celui-ci avec une liaison intime et sans air.
Lorsque le dispositif de la présente invention est utilisé pour la terminaison de câbles, la forme extérieure du premier organe est celle d'un cône coaxial au conducteur du câ- ble et s'étenuant symétriquement autour du câble à partir du point de terminaison de la gaine conductrice. Cette expansion se prolonge à une pente prédéterminée jusqu'à ce que le diamè-
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' tre/d'une cavité cylindrique formée dans le second organe qui est construit en matière rigide.
Lorsque le dispositif est utilisé pour terminer un câble, le second organe prend la forme d'un logement en matière diélectrique telle que la porcelaine, mais dans d'autres formes de l'invention, ce second organe peut comprendre un logement mé- tallique rigide.
Dans la structure de terminaison de câble, l'extrémi- té conique du premier organe s'étend au-delà de l'extrémité du logement et le diamètre du premier organe décroît le long de l'axe à partir de sa région de diamètre maximal avec une pente beaucoup plus faible que celle de son expansion le long de 1'ax- trémité conique, de sorte que son diamètre extérieur devient
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quelque peu inférieur au diamètre de la cavité prévue dans le second organe. Le premier organe est construit en un élastomère diélectrique qui est facilement déformable sous pression mais qui revient à sa forme originelle lorsque cesse la pression.
Un montage d'extrémité eut opérativement associé avec les premier et second organes d'une manière qui force le premier organe à une conformité interfaoiale complète tant avec le second organe qu'avec le montage d'extrémité. Les formes et la disposi- tion géométriques de ces parties autour du câble excluent l'air et contrôlent les gradients de potentiel à des niveaux tolérables simplement en forçant les parties à se rencontrer et en les fixant dans leurs positions finales. Un ressort intérieur exerce une for- ce permanente sur l'organe élastique de façon à maintenir les con- tacts interfaciaux sans air dans toutes les conditions normales de fonctionnement.
L'invention s'étend également à un câble électrique à haute tension pourvu d'une extrémité fermée de connexion confor- me à celle obtenue par le procédé ci-dessus ou procédé similaire.
L'invention 'étend également aux caractéristiques ré- sultant de la description ci-après et les dessins joints ainsi qu'à leurs combinaisons possibles.
La description se rapporte à des exemples de réalisa- tion représentés aux dessins annexés, dans lesquels : - La figure 1 est une vue en coupe d'un dispositif d'extrémité de câble présentant les caractéristiques de la pré- sente invention, la coupe étantaite dans un plan contenant l'axe longitudinal du câble terminé ; - La figure 2 est une vue latérale de la figure 1 avec l'extrémité supérieure montrée en coupe et partiellement enlevée pair.représenter certains détails de construction ;
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- La figure 3 est une vue en coupe axiale d'une forme d'élément de remplissage en élastomère ou élastique utilisée dans la présente invention avec les portions coopérantes de la structure d'extrémité de câble montrée en trait discontinu afin de clarifier l'explication ;
- La figure 4 est une vue schématique d'une portion de l'élément de remplissage montré la figure 3 et représente-les pressions anal' élément après installation ; - La figure 5 est une vue en coupe longitudinale simi- laire à la figure 1, mais d'une autre forme de l'invention par- ticulièrement adaptée pour être utilisée dans les câbles pourvus d'une gaine conductrice externe continue - La figure 6 est une vue fragmentaire en coup* mentrart une adaptation de la forme de l'invention montrée à la figure 5 pour permettre à un câble d'être raccordé directement à une cuve de transformateur ; - La figure 7 est une vue fragmentaire en regardant dans le sens des flèches 7 - 7 de la figure 6 ;
- La figure 8 est une vue en coupe partielle montrant une forme de l'invention pour réaliser les jonctions de câbles par épissure ; - La figure 9 est une vue 6a coupe faite dans un plan passant par l'axe longitudinal de l'organe élastique de remplis- sage montré à la figure 3 en dehors des parois de fermeture du logement métalliqte, l'organe étant représenté en trait continu dans son état non chargé et en trait discontinu dans son état chargé.
En se référant maintenant aux dessins et 'abord aux figures 1 et 2, l'extrémité de câble 10 présentant les caracté- ristiques de la présente invention comprend un organe de boîtier
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ou enveloppe 11 construit en matière isolante rigide telle que la porcelaine ou similaire. Le boîtier 11 est de forme généra- lement cylindrique, la portion supérieure de sa surface exté- rieure comportant des élargissements horizontaux périodiques 3.la pour augmenter la valeur d'isolation de la surface exté- rieure. La surface extérieure inférieure du boitier 11 porte un vernis conducteur llb du point 11c au point lld en vue d'éli- miner l'interférence radio due à des contacts inadéquats entre la porcelaine et les parties métalliques associées à celle-ci.
Un petit enfoncement annulaire 11c formé à la périphérie de la portion inférieure llb reçoit une bague fendue métallique annu- laire 12 qui sert de support de montage et de terre électrique pour le boîtier Il*
La surface intérieure du boîtier 11 forme une chambre cylindrique oblongue disposée axialement 13. Une paroi termina- le supérieure intégralement formée 14 est prévue avec une ouver- ture centralement disposée 15, de sorte que le circuit de câble peut être porté à une borne supérieure de connexion 16. La bor- ne 16 porte une bride 17 coopérant avec une garniture 18, une rondelle élastique (Belville) 19 et un écrou 20 pour réaliser un serrage efficace autour de la borne 16.
La borne 16 porte un alé- sage axial 21 ne s'y étendant que partiellement pour recevoir un conducteur 22 ou un prolongement 23 de celui-ci, Ce dernier pro- longement peut prendre la forme d'une partie courbe et ayant une partie extérieure inférieure creuae engagée télescopiquement sur l'extrémité supérieure dénudée du conducteur 22. Comme montré à la figure 2, un boulon de serrage augo-serrant 24 est vissé dans la portion supérieure de la borne 16 pour fixer le prolongement de câble conducteur sur la borne 16 à la fois électriquement et mécaniquement .
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Le câble 25 figuré pénétrant dans l'extrémité infé- rieure du boîtier 11 est du type dénommé "concentrique" en raison du fait que son circuit neutre est porté sur sa surface extérieure sous la forme de douze ou quatorze fils de cuivre 26 enroulés en hélice avec un espacement uniforme. Le câble conduc- teur 22 est situé au centre et est symétriquement entouré, d'abord par une couche isolante 27, et ensuite par un ruban conducteur ou semi-conducteur 28 qui est enveloppé sur la cou- che d'isolation avant que soient appliqués les conducteurs 26.
Le ruban conducteur 28 réalise un contact intime et continu avec la surface extérieure de l'isolation, empêchant ainsi la forma- tion de "couronnes" qui pourrait avoir lieu si les fils métal- liques condusteurs neutres espacés étaient enroulés directement sur l'isolation au câble.
Dans l'application de la présente invention à un câ- ble du type montré aux figures 1 et 2, il est nécessaire de préparer l'extrémité du câble de façon qu'elle soit de la lon- gueur appropriée à être engagée et fixée par le boulon de ser- rage 24. En outre, afin d'assurer l'uniformité et un ajustage précisa l'isolation de câble est enlevée sur une distance pré- déterminée. Cette opération comprend l'enlèvement de l'envelop- pe des conducteurs neutres 26 et du ruban conducteur 28. L'iso- lation de câble 27 est ensuite enlevée sur une distance prédéter- minée à l'extrémité du conducteur et le conducteur 22 est emman- ché à force dans la tige de rallonge de diamètre uniforme 23.
Un raccord à moindre compression 29 est ensuite glissé sur la partie de câble d'où l'isolant a été enlevé. Ceci est suivi par un cône en métal doux 30. Puis la surface nettoyée de l'isola- tion de câble estrevtue d'une graisse diélectrique, préférable- ment d'une graisse au silicone qui maintient une viscosité uni- forme dans une large gamme de températures ambiantes. Ensuite
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un remplissage élastique en entonnoir 31 est glissé en place sur le câble avec son extrémité conique dirigée vers le bas de façon à s'engager avec le cône en métal doux 30. La sur- face extérieure de l'entonnoir 31 est également enduite de graisse aux silicones.
Afin de pouvoir recevoir une'série de câbles de dimensions différentes avec un nombre minimum de composants variables, le boîtier de porcelaine 11 et tous ses éléments restent les mêmes pour la série choisie. On tient compte des variations des dimensions du conducteur en attachant la tige de rallonge uniforme 23 au conducteur avant l'insertion dans le boîtier. Le boîtier 11 peut ainsi être assemblé en usine, comme montré, pour comprendre un ressort de compression 32 qui est maintenu en place de façon permanente à l'extrémité supé- rieure de la chambre de logement cylindrique 13 au moyen d'une rondelle en laiton 33 serrée entre l'écrou 20 et la rondelle Belville 19. La rondelle 33 porte des doigts 33a s'engageant avec la spire supérieure du ressort 32 pour maintenir celui-ci en position.
Lorsque le câble portant l'entonnoir 31 et les gar- nitures métalliques inférieures associées ont été préparés de la manière décrite ci-dessus, l'ensemble est prêt à être monté dans le boîtier en porcelaine 11. Il faut noter que l'entonnoir comprend un alésage axial 31a dimensionné pour s'ajuster au diamètre extérieur de l'isolation de câble 27. En outre, l'ex- trémité inférieure du cône métallique 30 s'étend vers le bas sur une certaine distance en forme cylindrique 36 s'ajustant exacte- ment au diamètre extérieur de l'isolation de câble. La portion inférieure de ce cylindre est découpée en bandes 37 s'étendant parallèlement à l'axe du câble.
Pratiquement le raban semi-
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conducteur 28 est coupé e enlevé de façon à se terminer dans la région des bandes métalliques de sorti que les bandes peuvent être pressées vers le bas sur l'extrémité du ruban pour empêcher celui-ci de se dérouler et aussi pour assurer la connexion électrique nécessaire avec la bande de façon à réaliser le bouclier électrostatique continu nécessaire,
Le cône 30 porte 4 son extrémité supérieure une bride annulaire 30a adaptée pour être maintenu entre le mon- . tage 29 et l'extrémité inférieure du logement 11.
Il est évi- dent que l'entonnoir 31 et le cône métallique 30 doivent être choisis pour s'adapter à la série de diamètre; ce câble rencon- trés dans la gamme considérée. Toutefois, ce sont là les seules parties dans cette forme de l'invention, qui varient avec le diamètre du câble.
La forme extérieure de l'entonnoir 31 reste la même pour tous les diamètres de câbles du fait q'il doit s'ajuster au diamètre inférieur du boîtier 11 et réaliser un contact interfacial sans air entre le logement etl'isolation de câ- ble et aussi avec le câne en métal doux 30 à l'extrémité infé- rieure. Jusqu'ici des liquides ou des composés fondus au creu- set ont été employés afin de réaliser cette condition.
Dans la présente invention, cette condition nécessaire est remplie par des moyens plus simples, plus économiques et plus effica- ces et c'est dans ces moyens que réside une des caractéristi. ques la plus significative de l'invention,
Se référant maintenant à la figure 3, elle montre une section transversale de l'entonnoir 31, les lignes dis- continues représentant les contours du boîtier de porcelaine 11 et du cane en métal doux 30 tels qu'ils se présentent dans la section suivant l'axe. Il faut noter qu'à la jonction de
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l'extrémité inférieure du boîtier 11 et de la bride supérieure 30a du cône 30 de l'entonnoir a un diamètre plus grand que le diamètre intérieur du boîtier et que la base du cône.
Il faut également observer que l'extrémité supérieure de l'entonnoir a un diamètre légèrement inférieur au diamètre intérieur du boîtier 11. En contrôlant ces dimensions les une par rapport aux autres, en coordination avec la dureté de la matière plas- tique de l'entonnoir, et avec la rigidité du ressort de oomprea sion 32, on réalise un système propre à chasser les poches d'air de toutes les interfaces critiques pour réaliser un scellement permanent sans air.
De façon détaillée, ce système fonctionne comme suit, Le câble avec l'entonnoir 31 et les autres garnitures comme dé- crit ci-dessus sont insérés dans l'extrémité ouverte inférieure de la chambre 13 dans le boîtier 11. L'entonnoir 31 est pressé vers le haut jusqu'à ce qu'un jeu de boulons de tension 34 pénètrent dans un groupe correspondant d'alésages taraudés 35 formés dans la bague d'assemblage 12. A ce point l'assemblage d'entonnoir de câble est à environ trois centimètres de sa po- sition finale montrée à la figure 1.
Etant donné que le diamè-- tre extérieur de l'entonnoir est supérieur au diamètre inté- rieur du boîtier aans la région voisine de l'extrémité infé- rieure du boîtier l'entonnoir est pressé vers l'intérieur con- tre l'isolation de câble dans la région centrale de l'entonnoir.
L'engagement initial de la périphérie de l'entonnoir avec la surface intérieure du boîtier 11 provoque un contact sans air se produisant entre toutes les surfaces dans la région de dia- mètre maximum de l'entonnoir. La pression dans la partie prin- cipale de l'entonnoir 31 reste modérée étant donné que l'extré- mité supérieure est libre de s'allonger esqu'à ce qu'elle
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vienne au contact du ressort de compression 32.
Les boulons 34 sont ensuite vissés dans les alésa- ges respectifs 35 et tandis que ces boulons progressivement tirés vers le haut (ou remontés),l'extrémité supérieure de de l'entonnoir presse bientôt contre le ressort 32. La pous- sée terminale, qui en résulte sur l'entonnoir a pour effet que la ligne de contact entre la région de diamètre maximum de l'entonnoir, et le logement se déplace progressivement vers le haut, portant avec elle l'air et tout excès dégraisse présent, La môme chose se produit le long du diamètre intérieur de l'entonnoir dan la zone d'engagement entre l'entonnoir et l'isolation de câble en raison de l'accroissement progressif de la pression de paroi, avec une compression progressivement croissante du fait du ressort 32,
Comme noté ci-dessus,
la portion conique de l'enton- noir a un diamètre plus grand que celui du cône métallique 30 dans la région de la bride 30a et l'entonnoir a une pente plus raide que le cane métallique 30, le cône métallique, dans une forme de l'invention, ayant une pente de 20 le cône d'enton- noir a une pente de 22,5 à 22 . Ceci a pour effet que la ré- gion de contact entre l'entonnoir et le cône métallique avance progressivement de la région de la bride 30a vers le bas jus- qu'à l'extrémité du cane métallique et entraîne avec elle l'air et l'excès de graisse.
Les boulonu 34 sont vissés dans les alésages 35 jusqu'à ce que la bride 30a du cône métallique rencontre le boîtier en porcelaine et soit appliquée contre celui-ci la bride étant soutenue à force par une saillie intérieure 29a sur le montage 29. C'est là la position finale du système et à ce point toutes les surfaces nécessaires sont en contact
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intime et sans air au moyen d'un film de graisse de silicones.
Le ressort 32 est comprimé comme exigé pour compen- ser les tolérances se produisant dans les différentes parties et pour fournir l'étendue additionnelle nécessaire pour toute expansion ou contraction des parties causée par les variations de la température ambiante. Dans la pratique de l'invention, on a trouvé que pour une matière plastique élastique d'une du- reté de 35 à 40 ("Shore A") et un amincissement d'entonnoir de 6,5 en excédent du diamètre intérieur du bottier 11 au point de diamètre maximum d'entonnoir de 6 plus petit que le dia- mètre intérieur du bottier 11 à l'extrémité supérieure de l'en- tonnoir et avec le cône inférieur de l'entonnoir ayant une pen- te de 22 contre un cône métallique de 20 ,
le ressort de con- pression 32 doit exercer une force totale oontre l'extrémité supérieure de l'entonnoir élastique, s'étendant de 32 à 40 kilogs. Avec une dureté "Shore" de 25 à 30 dans l'entonnoir élastique, la force de ressort nécessaire est de 30 à 32 kiloga Ces paramètres de calcul de projet, c'est à dire la dureté de l'élastomère et la géométrie différentielle de l'entonnoir par rapport au bottier et à la force deressort, peuvent largement varier pour satisfaire aux besoins des nombreuses applications utiles possibles du fonctionnement d'entoanoir décrit ci-dessus.
La nature des forces dans l'entonnoir élastique qui rend possible d'accomplir la fonction non usuelle de contact interfacial progressif pour chasser l'air, sera plus clairement comprise en se référant à la vue schématique de la figure 4 qui montre en tarait plein le contour d'une coupe de l'entonnoir après que celui-si a été presse dans sa position finale dans le bottier. Le contour relâché de l'entonnoir est montré en trait discontinu à titre de comparaison.
Les lignes
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courbes traversant la partie principale de la zone d'entonnoir désignent les contours délimitant les zones de pression, les lettres P1 P2 P,désignant les étendues de pressions croissant en valeur relative proportionnellement aux nombres de suscription
Ainsi, la région centrale où l'interférence entre le boîtier et l'entonnoir est maximale, montre la région de pres- sion maximale P7. Les régions de @ession décroissent de l'une et de l'autre manière (ou des deux manières) à partir de cette zone, atteignant le minimum à l'extrémité supérieure. 11 faut noter que la pression dans la zone de contact avec le ressort de compression est moindre que les pressions dans les régions centrales môme après que le système est remonté à sa position finale.
Ceci est possible en raison des forces de traction ou d'extension établies dans l'entonnoir élastique par les dépla- L) céments nécessaires pour se conformer à la pression additionnel- le générale du logement dans ces régions où les déplacements ont eu lieu. L'étendue de la direction des déplacement internes et la direction des forces d'extension sont suggérées par les li- gnes de contours.
La série des régions de pressions indiquées sont con- finées par l'isolation de câble du coté intérieur et au boîtier de porcelaine et au cône métallique à l'extérieur avec la zone de pression maximale P7 comme montré. Ces variations de pres- sions de paroi produisent des forces agissant sur les mstières fluides ou liquides telles que l'air ou la graisse dans les ré- gions interfaciales ayant pour effet de les faire déplacer le long des interfaces en s'éloignant des régions de pression ma- ximales. Ces forces ont des directions et sens indiqués par les flèches F1 F2 F3 et F4 à la figure 4.
Pratiquement on a trouvé que l'excès de graisse
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continue d'être chassé par ce procédé pendant des heures après l'assemblage des composants. L'expulsion complète de l'air et l'expulsion plus lente continuée de l'excès de graisse par ce procédé ont été clairement démontrés par l'emploi de composante transparents, Apres que les boulons 34 ont été vissés dans les alésages 35 suffisamment pour compléter le contact interfa- cial entre l'entonnoir, le boîtier 11, le cane 30 et l'iso- lation de câbles comme décrit ci-dessus,
le système hélicoï- dal externe de fils métalliques 26 et de nouveau enroulé et enveloppé sur le câble et les fils métalliques peuvent être proprement et sûrement serrés et fixés par des connecteurs de boulons fendus standart 38 agissant à travera des ouver- tures préformées 39 délimitées dans une paire de brides dia- métralement opposées 40 sur le montage inférieur 29.. Ainsi, 1'assemblage final satisfait à toutes leu exigences pour une extrémité de câble idéale.
L'isolation et son bouclier s'éten- dent graduellement à travers le cône métallique jusqu'au ver- nis conducteur sur le boîtier de porcelaine et 'isolation à l'intérieur du bouclier s'étend en conformité exacte avec les interfaces sans air dans toutes les régions critiques, Le diamètre final du système d'allégement de charge qui est à l'extrémité supérieure du vernis conducteur à la surface extérieure du bottier 11, est si grand que les gradients de potentiel en fonctionnement sont bien au-dessus des valeurs formant des "couronnes".
D'autres formes de câbles emploient des gaines de plomb etd'autres formes d'isolation nécessitant un scellement étanche à l'huile et à l'humidité entre la gaine et le boîtier d'extrémité. Cette exigence pose deu problèmes additionnels
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qui ont étérésolus par des modifications significatives dans la forme du dispositif montré aux figures 1 et 2 mais ces mo- difications réalisent encore les principales caractéristiques de la présente invention.
Ainsi 4 la figure 5 est montrée une structure d'ex- trémité de câble pour être utilisée avec un câble ayant une gaine en plomo extérieure continue 41, un ruban conducteur ou semi-conducteur 42, l'isolation de câble 43 et un conducteur en câble central 4. Toutes les préparations comprenant la con- nexion au conducteur central à la borne supérieure, sont les mêmes que celles pour la forme montrée aux figures 1 et 2 et, pour simplifier la description, les parties correspondantes ont les mêmes nombres de référence. Il est ainsi évident que toutes les caractéristiques des montages supérieurs de logement termi- nal (ou de borne), les colliers ou crampons de montage, etc... sont identiques à celles de la forme montrée à la figure 1.
Les différences résident dans la portion inférieure du départ ( ou du commencement) de borne à l'extrémité inférieure du boîtier de porcelaine 11 désignée par la ligne R-R. On notera qu'au-dessus de cette ligne l'entonnoir élastique 45 est le même qu'à la fi- gure 1 et dans la condition non chargée montrée par les lignes discontinues a le même diamètre plus grand de 6 % sur la ligne
R-R et le même diamètre plus petit de 6 % à l'extrémité supé- rieure de l'entonnoir 45. L'entonnoir 45 dans ce cas reste au diamètre plus grand vers le bas jusqu'à la ligne S-S, L'extrémi- té inférieure de l'entonnoir élastique diélectrique 45 va en s'amincissant coniquement à 20 , de même que dans la forme de la figure 1.
Cet amincissement part à la ligne S-S et se termine à la ligne T-T ou la pontet'amincissement rencontre le diamètre extérieur de l'isolation de câble. A la place du cône métallique
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utilisé dans la forme montrée à la figure1, il est prévu un manchon cylindrique 47 de matière synthétique conductrice de la même dureté que l'entonnoir 45 et ayant son extrémité supé- rieure comportant un enfoncement pour s'ajuster exactement avec l'extrémité conique inférieure de l'entonnoir diélectrique 45.
Le diamètre intérieur du manchon synthétique conducteur 47 com- mence à partir de son extrémité supérieure au môme diamètre intérieur que l'entonnoir 45, c'est à dire le diamètre de l'iso- lation de câble 43 Le diamètre intérieur du manchon 47 est à une @@ agrandi @prédéterminée de la* jonction de.3 éléments 45 et 47 pour recevoir la gaine de câble 41 à la ligne U-U. Une pièce d'insertion dure en matière plastique 48 est placée dans l'ex- trémité inférieure du montage inférieur 46 émette pièce d'in- sertion est dimensionnée pour s'ajuster étroitement au-dessus de la gaine 41.
A cette extrémité, l'extrémité inférieure du montage 46 est tournée à l'intérieur pour former un bord 46a pour supporter une bague annulaire sur la pièce d'insertion 48 et la portion cylindrique inférieure de la pièce d'insertion s'étend à travers un espace annulaire formé entre la bague 46a et la gaine extérieure du câble.
En pratique, l'entonnoir diélectrique 45e le manchon conducteur en matière synthétique 47 et la pièce d'insertion 48 sont assemblés et cimentés ensemble de façon 4 constituer une unité fonctionnelle et ces parties sont choisies pour s'ajuster au format ou diamètre désiré de câble. Toutes les autres parties de la borne sont les mêmes pour n'importe quel format ou diamètre de câble de ce type dans la série ou gamme choisie. La périphérie du manchon 47 va en s'amincissant lé- gèrement à partir de la ligne S-S où ,,on diamètre extérieur est égal au diamètre maximum de l'entonnoir 45 et à son
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extrémité Inférieure le manchon a un diamètre extérieur d'en- viron 6 % mdndre que le diamètre intérieur du montage 46.
Le dispositif d'extrémité montré à la figure 5 est encore plus simple que celui montré à la figure 1. La gaine 41 ast enlevée sur une distance prédéterminée de l'extrémité de câble. Le ruban conducteur 42 est enlevé sur une distance de 0, 6 à 1,3 cm de moins que la gaine de façon à contacter le manchon conducteur en matière synthétique 47. Le conducteur 44 est-dénué en enlevant l'isolation sur une distance prédé- terminée à son extrémité supérieure et la tige de connecteur 23 est installée comme auparavant. Le montage 46 est placé sur le câble en insérant l'extrémité du câble dans l'ouverture cen- trale formée par le bord 46a.
L'isolation de câble enlevée est ensuite nettoyée et revêtue de graisse de silicones et les trois pièces, unité d'entonnoir combinée comprenant les éléments 45, 47 et 48 sont glissées sur le câble jusqu'à ce que l'apaulement 47a à l'intérieur du manchon 47 soit assis sur l'extrémité de la gaine de câble. L'extérieur de l'unité d'entonnoir est en- suite enduit de graisse de silicones et l'assemblage avec le câble est insété dans le logement 11 jusqu'à ce que les boulons 34 puissent être engagée dans les alésages taraudés de la bague de serrage 12. Le boulon de serrage 24 dans la borne supérieure 16 est préférableent enlevé de façon à observer et respecter l'arrivée de la tige de connexion 23 au niveau exigé pour le cramponnement.
Lorsque les boulons 34 sont remontés le système d'interférence entre l'unité d'entonnoir combinée et le logement 11, a lieu et le ressort de compression 32 entre en action comme décrit di-dessus pour produire l'expulsion complète d'air de toutes les interfaces Critiques.
Les boulon. sont remontés de sorte que le logement métallique inférieur 46 presse (ou appuie) fortement contre l'extrémité inférieure du bottier de porcelaine à la ligne
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R-R. C'est 16 la position finale du système. Maintenant, comme dans la forme précédente, toute .L'unité d'entonnoir est soumis à la compression du fait de la force de pouusée terminale pro- duite par le ressort 32. Comme auparavant, cette force est de l'ordre de 45 Kgs pour la matière d'entonnoir élastique dans la gamme de dureté "Shore'A" de 35 à 40, et les différences de diamètre d'entonnoir de 6 %.
La nouvelle caractéristique introduite dans la forme de l'invention montrée à la figure 5 est l'emploi du manchon en matière synthétique conductrice du même ordre de dureté que len- tonnoir diélectrique. La force de ressort agit de façon permanen- te sur tous les éléments à l'intérieur de la totalité de la cham- bre cylindrique formée par le boîtier de porcelaine llet le mon- tage inférieur 43. Ainsi, le manchon conducteur élastique 47 se conforme à la gaine de câble, le ruban conducteur et l'isola- tion de câble dénudé avec pression étant maintenue de façon per- manente par le ressort 32 à travers toutes les variations de température ambiante.
De cette manière toutes les exigences électriques impliquant des interfaces sana air et le contrôle de charge, sont satisfaites comme avant, mais en outre, un scel- lement de pression élastique permanent est obtenu entre:la gaine de câble et l'élément conducteur en matière synthétique 47, et en outre une transition plus simple et plus efficace est réalisée en partant de la gaine au moyen du ruban conducteur 42 jusqu'au manchon conducteur 47*
La forme de l'invention qui vient d'être décrite est particulièrement bien adaptée pour la solution du problème de la terminaison d'un câble, directement dans un transormateur à bain d'huile.
Ainsi, en se référant ensuite à la figure 6 il y est montré une borne de câble similaire à celle montrée à la
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figure 5, main employant un boîtier de porcelaine modifié pénétrant dans l'huila d'un transformateur à travers une paroi extérieure 50 de la cuve de transformateur. Plus particulièrement la paroi 50 comprend une position incliné@
51 dans laquelle il y a une ouverture centrale 52.
Un bord roulé 5,1 de forme annulaire s'étend autour de l'ouverture
52 afin de loger une bague de scellement 54 interposée entre la portion de support 51 de la paroi de transformateur et une bague do coramponnement ou de serrage 55 portée par le logement 56 de la structure terminant le câble.
La bague 55 a une rainure annulaire délimitée à sa face supérieure pour recevoir la bague de scellement
54.Plusieurs boulons 57 fixés sur la portion de support 51 s'étendent à travers des ouvertures appropriées dans une bague de oramponnement 55a et reçoivent des écrous 58 à leurs extrémités extérieures pour la fixation de la bague 54 et ,du logement 55 à la paroi 50 de la cuve de transformateur.
Le logement 56 a une cavité cylindrique intérieure comme le logement 11 précédemment décrit et est adapté pour recevoir l'extrémité d'un câble pouvant être gainé comme celui décrit ci-dessus en relation avec la forme de l'invention montrée à la figure 5.
La préparation du câble et l'installation sont identiques au procédé décrit en conjonction avec la structure de terminaison de câble montrée à la figure 3, et après avoir complété cette préparation, l'extrémité du câble ont insérée dans le logement 56 jusqu'à oe qu'elle soit assise à l'intérieur d'une cavité ou chambre de contact doublée d'argent 64 formée par les deux moitiés d'un connecteur 63 à diaphragme appuyées l'une contre loutre par un ressort permanent à lame à haute
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puissance 62.
La. chambre ou cavité 64 reçoit le conducteur intérieur du câble ou une tige extensible montée sur celui-ci et oe conducteur peut ainsi être pressé en position de l'exté- rieur de la cuve pour faire une connexion électrique appropriée au connecteur 63 sans ouvrir la cuve de transformateur.
Le con- necteur à diaphragme 63 réalise un scellement contre 1 'écoulement d'huile, et en même temps, la chambre 64 formée par ce connecteur est de forme cylindrique pour recevoir l'extrémité du conducteur en câble ou une tige extensible portée par celui-ci* Le connecteur à diaphragme 63 et son ressort associé 62 sont montés sur une borne supérieure 56a du logement 56 et une connexion est faite à partir de cette borne jusqu'au transformateur.. Apres que l'ex- trémité au câble conducteur a été insérée dans la chambre 64, elle est cramponnée en position par les brau du ressort 62 et le montage terminal inférieur 59 est ensuite adapté aux boulons remontés 60 portés par la bague 51.
La montage terminal inférieur 59 est, naturellement, remonté sur les boulons 60 par des écrous de serrage 61 jusqu'8 ce qu'une unité d'entonnoir comme celle montrée à la figure 5 soit forcée au contact interfaoial sans air avec le câble, l'intérieur du logement 56 et le montage 59. Un ressort (non montré) à l'extrémité supérieure du logement 59 dans la borne, agit de nouveau contre l'unité d'entonnoir pour fournir la force nécessaire décrite 'ci-dessus,.
Il est parfois nécessaire de joindre un câblot à un autre section de câble du même genre par une connexion dite "épissure". Une épissure dans un câble à haute tension se heurte à tous les problèmes d'exclusion de l'air, de contrôle de charge et de scellement. Les caractéristiques fondamentales de la pré- soute invention ue prêtent à la solution de de difficile problè- me de réalisation de l'épissure mais nécessitant certaines autres
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importantes modifications dans la forme du dispositif ainsi que le montre la figure 8.
L'épissure qui y est représentée est adaptée à joindre ensemble les extrémités d'une paire de câble 70 et 71 qui peuvent être du type à gaine de plomb décrit ni-dessus. La structure d'épissure comprend une paire de loge- ments ou montages métalliques 72 et 73 respectivement glissés sur les câbles 70 et 71 et ayant des bords tournés en dedans 72a et 73 a respectivement, à l'extrémité délimitant une ou- verture recevant un câble central. Les logements 72 et 73 sont cylindriques avec les mêmes diamètres intérieur et extérieur et portent des brides annulaires tournées vers l'extérieur 72b et 73b respectivement, à leurs autres extrénités.
Ces dernières brides sont adaptées pour être tirées ensemble jusqu'à se tou- cher au moyen d'une paire de bagues de cramponnement 74 et 75 coopérant avec les boulons 76 s'étendant à travers des ouvertu- res alignées dans les deux bagues pour recevoir les écrous 77.
Disposer à l'intérieur des logements 72 et 73 se trouve un entonnoir à deux extrémités 78 ayant les mêmes pro- priétés générales élastiques et diélectriques que dans les pré- bédentes formes de l'invention ci-dessus et montré aux figures 1, 2, 5 et 6. La figure 9 montre une coupe axiale de l'élément d'entonnoir principal 78 et son état non chargé est représenté en trait plein avec son diamètre extérieur maximum sur la ligne centrale A - À et un diamètre progressivement décroissant vers Chaque extrémité.
l'entonnoir 78 a un diamètre intérieur s'ajus- tant à la gaine des câbles 70 et 71 pour être épissés ensemble est, comme prédédemment, son diamètre extérieur maximum sur la ligne A - A est approximativement de 6 % plus grand que le dia- mètre intérieur des logements 72 et 73 tandis que le diamètre extérieur minimum de 1'entonnoir 78 a des deux extrémités est
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d'environ 6 % inférieur au diamètre intérieur des logements. Les extrémités de l'entonnoir diélectrique 78 sont coniques comme précédemment et son montésavec des manchons d'ajustage 79 de matière synthétique conductrice du même ordre de dureté que l'entonnoir 78.
Les autres éléments nécessaires pour le système d'épis- sure de câble sont un connecteur de conducteur-câble électrique- ment conducteur 80. un manchon fenju de matière plastique synthé- tique diélectrique 81 pour remplir le vide entre les extrémités de l'isolation de câble, une paire de manchons diélectriques 82 dont chacun a un manchon de matière plastique synthétique conduc- trice 83 à une extrémité, et une paire de plaques terminales conductrices rigides 64 respectivement cimentées aux extrémités opposées de l'unité d'entonnoir 78-79. Une pièce d'insertion 85 s'ajustant à la gaine passe à travers l'ouverture centrale à l'extrémité de chaque logement et a une bride s'étendant vers l'extérieur assise contre la bride tournée vers l'intérieur 72a ou 73a de son logement associé.
La pièce d'insertion a Une ou- verture centrale s'ajustant exactement au câble qui passe au travers de celle-ci. Un entonnoir en matière plastique synthéti- que 86 est assis contre la face intérieure de la pièce d'inser- tion 85 et porte un enfoncement annulaire 86a à sa périphérie pour loger un ressort en acier inoxydable b7 qui encercle l'en- tonnoir 86 et à ses extrémités oppouées respectivement assises contre la plaqua conductrice 84 et une bague terminale rigide 88 insérée sur la portion, comportant un enfoncement, de l'envon- noir 86. La bague 88 s'appuie contre un épaulement de l'enton- noir 86 formé par l'enfoncement 86a et sert à accroître la tone de pression de contact du ressort.
L'entonnoir a un alésage axial s'ajustant étroitement au câble.
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Pour assembler par épissure, la gaine 70a et 71a de chacun des câbles 70 et 71 respectivement est enlevée sur une distance prédéterminée à partir de l'extrémité de câble ; le ruban conducteur 70b et 71b de chaque câble respectivement est enlevé sur une distance d'environ 6 mm plus faible que la gaine extérieure, laissant ainsi une petite portion de ruban s'éten- dant au-delà de l'extrémité de gaine de câble comme indiqué en 89 à la figure 8 sur le câble 71 ;
l'isolation de câble 70c et 71c de chaque câble respectivement est enlevés, des extrémités sur une distance précise pour exposer juste assez de conducteurs câ- bles intérieures 70d et 71d pour loger exactement le connecteur 80 lorsque les extrémités de câbles sont placée de façon à se toucher dans la position mutuelle de contact bout à bout. les deux câbles sont traités exactement de la même manière. ceci fait, les logements 72 et 73 avec leurs éléments intérieurs 85, 86, 87 et 88 en place sont glissés sur chaque câble à une certaine dis-* tance au-delà de l'isolation mise à nu.
Les isolations dénudées 70c et 71c de chaque câble respectivement sont maintenant nettoyées et revêtues de graisse de silicones et les deux manchons 82 sont ensuite installés avec leurs extrémités en matière plastique synthétique 83 soigneuse- ment mises en place pour couvrir doucement les extrémités des . rubans conducteurs dans la zone 89 s'étendant sur une courte dis- tance au-delà de la gaine. La zone de la gaine près de l'extré- mités d'un des câble; est nettoyée et enduite de graisse et l'uni- té d'entonnoir principale comprenant les éléments réunis 78, 79 et b4 est glissée sur la zone nettoyée de gaine et est poussée bien en arrière sur la: dernière gaine.
Une mince fourrure de ma- tière plastique synthétique peut être appliquée pour protéger la surface intérieure de L'unité d'entonnoir principale pendant
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l'insertion de cette unité*
Les extrémités exposées des conductsurs-câbles 70d et 71d sont ensuite placées bout à bout en les insérant dans le manchon de connecteur 80. Le manchon diélectrique fendu 81 est rapidement passé sur le manchon 80 avec un excès de graisseede silicones.
Les surfaces extérieures de tous les manchons 81, 82, et 83 sont nettoyées et enduites de graisse de silicones et tous les manchons ont des diamètres extérieurs approximativement égaux au diamètre de l'ouverture centrale de l'unité d'entonnoir prin- cipale qui est maintenant glissée en place centrée symétriquement entre les extrémités des gaines de câbles,
Les deux logementsmétalliques 72 et 73 sont maintenant mia en place sur l'unité d'entonnoir et les boulons d'accouple- ment 76 et leurs écrous associés 77 sont assemblés et remontés de façon serrée. Pendant le serrage des écrout sur les boulons, le même procédé.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemple de réalisation ci-dessus décrits et représentés, et à partir des- quels on pourra prévoir d'autres variantes, sans pour cela sortir du cadre de l'invention.
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* Method and device for forming high voltage electrical cable end for connection and closed end electrical cable conforming to those thus obtained ".
The present invention relates to a method and a device for forming the end of high voltage cables and more particularly for achieving a seal without the inclusion of air and the control of the dielectric qualities required therein. such ends, for the connection of such cables.
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There is currently a trend towards the transmission and distribution of electrical energy a. Use of underground cables, in order to avoid the inconveniences of overhead lines. In addition, in order to transport the increasing quantity (| or * - days of electrical energy demanded, it becomes necessary to transport it at increasingly higher voltages.
Coaxial power transmission cables having a central conductor surrounded by an insulation and a conduc-
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External trice are frequently used for the underground transmission of electrical energy. Such cables must be provided with ends allowing the necessary connections to be made to current sources to loads, to a mechanism or switch device, etc. The making of the cable ends works at higher voltages at 5000 volts raises several problems which become more difficult as the operating voltage increases.
First, the conductive sheath must be removed
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vented some distance from the actual end to expose sufficient dielectric or insulation to control surface leakage to avoid a spark arc.
The dielectric thus exposed must be of a value comparable in insulation value to the insulation level of the other equipment to which the cable is connected *
Second, in the region where the conductive sheath is interrupted, the insulation and the air around it are graded sufficiently.
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¯nda for producing .couroânes "ha16s. Term" cor- large to produce "couroïmea" or halôs.
The term "cou- SI .. - onne" refers to | a condition, comprising l.0n1âat1qn (1 Sa3a (gazous oïilea, -le t'a1oln ': m t ultra-violet and the formation =' '1 <; - F> - F # S = F m':
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ozone, all faceeur which are unfavorable to the lsolations of the wiring -The "crown" is also undesirable because it is a source of radio-electric interference,
These cable end fabrication problems have heretofore been addressed by employing strain relief * tones and compounds, excluding air, in housings made of metal and dielectric known as the name of "head pots".
The term "load cone" or "stress relief cone" refers to a fully symmetrical conical increase in the diameter of the insulation and conductive jacket prior to end preparation, so that At the end of the sheath cone the thickness of the insulation between conductor and sheath is sufficient to maintain the potential gradients at tolerable levels. In current practice, these "load cones" are formed from insulating material which is wrapped by hand over a portion of the cable periphery prior to insertion into the end housing. The housing is, after insertion of the "load cone" filled with a compound expelling air.
The hand-wrapped "load cones" and compound-filled jars now widely used are relatively expensive, and furthermore their installation is difficult and time consuming. The subject of the invention is in particular a method for forming the end of an electric cable for its connection, a method characterized because in order to provide the end of the cable with the casing in an insulating material such as porcelain, the insulation of the conductor is exposed on the one hand and the conductor itself on the other hand, and an insulating intermediate piece of the shape such that it is applied progressively and forcefully on the conductor,
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on the insulation and on the inside of the box,
with intimate contact of all surfaces and expelling any unwanted air entry.
The method of the present invention enables cable ends to be produced which avoid the drawbacks of the previous technique discussed above.
The end structure makes it possible to scale the electrical charges at the end of a cable used for the transmission of high voltages.
The cable end structure includes a built-in load cone and airless seal eliminating the "crown" effect to achieve quick and easy installation as well as long-lasting uniform operation.
The process is economical and quick and easy to apply * that even non-specialist installers can be very easily instructed to perform.
The device is applicable to a variety of cable sizes using a minimum number of variable components.
The invention also extends to a cable end fitting in application of the above method or a similar method.
The end device of the invention makes it possible to connect the end of a cable to a contact placed inside a closed or shaped housing such as, for example, a contact located inside a cable. an oil bath transformer of the type conventionally used in power distribution.
Connection with the contact located inside a closed housing can be made from the outside and without opening the housing such as the tank of a transformer to
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oil bath.
Although the present invention is particularly suitable for cables encased concentrically with synthetic plastic and in the range of electrical power distribution voltages, it can be adapted to other forms of cables as well as to other voltages.
In one embodiment the cable end device comprises a first and a second centering inter-adjustment member. The first member is a resilient pre-formed member disposed on the cable insulation near the end. mimicry of it with an intimate and airless affair.
When the device of the present invention is used for cable termination, the outer shape of the first member is that of a cone coaxial with the conductor of the cable and extending symmetrically around the cable from the termination point of the cable. conductive sheath. This expansion continues at a predetermined slope until the diameter
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'being / a cylindrical cavity formed in the second member which is constructed of rigid material.
When the device is used to terminate a cable, the second member takes the form of a housing of dielectric material such as porcelain, but in other forms of the invention, this second member may include a rigid metal housing. .
In the cable termination structure, the tapered end of the first member extends beyond the end of the housing and the diameter of the first member decreases along the axis from its region of maximum diameter. with a slope much smaller than that of its expansion along the conical end, so that its outer diameter becomes
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somewhat smaller than the diameter of the cavity provided in the second organ. The first member is constructed from a dielectric elastomer which is easily deformable under pressure but which returns to its original shape when the pressure ceases.
An end mount is operatively associated with the first and second members in a manner which forces the first member to full interfaoial compliance with both the second member and the end mount. The geometric shapes and arrangement of these parts around the cable exclude air and control potential gradients to tolerable levels simply by forcing the parts to meet and fixing them in their final positions. An internal spring exerts a permanent force on the resilient member so as to maintain the interfacial contacts without air under all normal operating conditions.
The invention also extends to a high voltage electric cable provided with a closed connection end conforming to that obtained by the above method or similar method.
The invention also extends to the features resulting from the following description and the accompanying drawings as well as to their possible combinations.
The description relates to exemplary embodiments shown in the accompanying drawings, in which: - Figure 1 is a sectional view of a cable end device having the characteristics of the present invention, the section being taken. in a plane containing the longitudinal axis of the completed cable; Figure 2 is a side view of Figure 1 with the upper end shown in section and partially removed to show certain construction details;
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FIG. 3 is an axial sectional view of one form of elastomeric or elastic filler element used in the present invention with the cooperating portions of the cable end structure shown in broken lines in order to clarify the explanation. ;
- Figure 4 is a schematic view of a portion of the filling element shown in Figure 3 and shows the pressure anal 'element after installation; - Figure 5 is a longitudinal sectional view similar to Figure 1, but of another form of the invention particularly suitable for use in cables provided with a continuous outer conductive sheath - Figure 6 is a fragmentary sectional view showing an adaptation of the form of the invention shown in Figure 5 to allow a cable to be connected directly to a transformer tank; - Figure 7 is a fragmentary view looking in the direction of arrows 7 - 7 of Figure 6;
- Figure 8 is a partial sectional view showing one form of the invention for making the joints of cables by splicing; - Figure 9 is a sectional view 6a taken in a plane passing through the longitudinal axis of the resilient filling member shown in Figure 3 outside the closure walls of the metal housing, the member being shown in line. continuous in its unloaded state and dashed in its loaded state.
Referring now to the drawings and first to Figures 1 and 2, the cable end 10 exhibiting the features of the present invention comprises a housing member.
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or casing 11 constructed of rigid insulating material such as porcelain or the like. The housing 11 is generally cylindrical in shape, the upper portion of its exterior surface having periodic horizontal widenings 3.la to increase the insulation value of the exterior surface. The lower outer surface of the housing 11 carries a conductive varnish 11b from point 11c to point 11d in order to eliminate radio interference due to inadequate contacts between the porcelain and the metal parts associated therewith.
A small annular recess 11c formed at the periphery of the lower portion 11b receives an annular metal split ring 12 which serves as a mounting support and electrical ground for the housing II *.
The inner surface of the housing 11 forms an axially disposed oblong cylindrical chamber 13. An integrally formed upper end wall 14 is provided with a centrally disposed opening 15, so that the cable circuit can be carried to an upper terminal of the same. connection 16. The terminal 16 carries a flange 17 cooperating with a gasket 18, a spring washer (Belville) 19 and a nut 20 to achieve effective tightening around the terminal 16.
Terminal 16 carries an axial bore 21 extending therein only partially to receive a conductor 22 or an extension 23 thereof. This latter extension may take the form of a curved part and having an outer part. lower creuae telescopically engaged on the stripped upper end of conductor 22. As shown in Figure 2, an self-tightening clamp bolt 24 is screwed into the upper portion of terminal 16 to secure the conductor cable extension to terminal 16 both electrically and mechanically.
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The cable 25 shown entering the lower end of the housing 11 is of the so-called "concentric" type due to the fact that its neutral circuit is carried on its outer surface in the form of twelve or fourteen copper wires 26 wound in a helix. with uniform spacing. The conductive cable 22 is centrally located and is symmetrically surrounded, first by an insulating layer 27, and then by a conductive or semiconductor tape 28 which is wrapped over the insulation layer before being applied. the conductors 26.
Conductive tape 28 makes intimate and continuous contact with the exterior surface of the insulation, thereby preventing the formation of "crowns" which could occur if the spaced neutral conductor metal wires were wound directly over the insulation in the middle. cable.
In applying the present invention to a cable of the type shown in Figures 1 and 2, it is necessary to prepare the end of the cable so that it is of the appropriate length to be engaged and secured by. the clamping bolt 24. Furthermore, in order to ensure uniformity and a precise fit, the cable insulation is removed a predetermined distance. This operation includes the removal of the envelope of the neutral conductors 26 and the conductive tape 28. The cable insulation 27 is then removed a predetermined distance from the end of the conductor and the conductor 22 is removed. press fit into extension rod of uniform diameter 23.
A less compression fitting 29 is then slipped over the portion of cable from which the insulation has been removed. This is followed by a soft metal cone 30. Then the cleaned surface of the cable insulation is coated with a dielectric grease, preferably a silicone grease which maintains a uniform viscosity over a wide range. of ambient temperatures. Then
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an elastic funnel filling 31 is slid into place on the cable with its conical end pointing downwards so as to engage with the soft metal cone 30. The outer surface of the funnel 31 is also coated with grease. with silicones.
In order to be able to receive a series of cables of different dimensions with a minimum number of variable components, the porcelain box 11 and all its elements remain the same for the series chosen. Variations in conductor dimensions are accommodated by attaching the uniform extension rod 23 to the conductor prior to insertion into the housing. The housing 11 can thus be assembled at the factory, as shown, to include a compression spring 32 which is permanently held in place at the upper end of the cylindrical housing chamber 13 by means of a brass washer. 33 tightened between the nut 20 and the Belville washer 19. The washer 33 carries fingers 33a engaging with the upper coil of the spring 32 to hold the latter in position.
When the cable carrying the funnel 31 and the associated lower metal gaskets have been prepared as described above, the assembly is ready to be mounted in the porcelain housing 11. Note that the funnel includes an axial bore 31a sized to fit the outside diameter of the cable insulation 27. Further, the lower end of the metal cone 30 extends downward a certain distance in a cylindrical shape 36 fitting exactly to the outside diameter of the cable insulation. The lower portion of this cylinder is cut into strips 37 extending parallel to the axis of the cable.
Practically the semi-raban
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conductor 28 is cut and removed so as to end in the region of the metal strips taken out as the strips can be pressed down onto the end of the strip to prevent the strip from unwinding and also to provide the necessary electrical connection with the band so as to achieve the necessary continuous electrostatic shield,
The cone 30 carries its upper end 4 an annular flange 30a adapted to be held between the mon-. floor 29 and the lower end of housing 11.
Obviously, funnel 31 and metal cone 30 must be chosen to suit the diameter series; this cable are found in the range considered. However, these are the only parts in this form of the invention which vary with the diameter of the cable.
The outer shape of the funnel 31 remains the same for all cable diameters because it must fit the smaller diameter of the housing 11 and make airless interfacial contact between the housing and the cable insulation and also with the soft metal cap 30 at the lower end. Heretofore liquid or crucible molten compounds have been employed in order to achieve this condition.
In the present invention, this necessary condition is fulfilled by simpler, more economical and more efficient means and it is in these means that one of the characteristics resides. most significant of the invention,
Referring now to Figure 3, it shows a cross section of the funnel 31, the broken lines showing the contours of the porcelain casing 11 and the soft metal cane 30 as they appear in the next section. 'axis. It should be noted that at the junction of
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the lower end of the housing 11 and the upper flange 30a of the funnel cone 30 has a larger diameter than the inside diameter of the housing and the base of the cone.
It should also be observed that the upper end of the funnel has a diameter slightly less than the inside diameter of the housing 11. By controlling these dimensions with respect to each other, in coordination with the hardness of the plastic material of the casing. funnel, and with the rigidity of the oomprea sion spring 32, a system is produced which is capable of expelling air pockets from all the critical interfaces in order to achieve a permanent seal without air.
In detail, this system works as follows. The cable with funnel 31 and other fittings as described above are inserted into the lower open end of chamber 13 in housing 11. Funnel 31 is pressed upward until a set of tension bolts 34 enter a corresponding group of threaded bores 35 formed in the assembly ring 12. At this point the cable funnel assembly is approximately three centimeters from its final position shown in figure 1.
Since the outside diameter of the funnel is larger than the inside diameter of the housing, the region adjacent to the lower end of the housing the funnel is pressed inward against the insulation. cable in the central region of the funnel.
Initial engagement of the periphery of the funnel with the interior surface of the housing 11 causes airless contact to occur between all surfaces in the region of maximum diameter of the funnel. The pressure in the main part of the funnel 31 remains moderate since the upper end is free to lengthen until it
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comes into contact with the compression spring 32.
The bolts 34 are then screwed into the respective bores 35 and as these bolts progressively pulled up (or up) the upper end of the funnel soon presses against the spring 32. The terminal thrust, resultant funnel has the effect that the line of contact between the region of maximum diameter of the funnel, and the housing gradually moves upward, carrying with it air and any excess degreaser present, The same this occurs along the inside diameter of the funnel in the area of engagement between the funnel and the cable insulation due to the gradual increase in wall pressure, with progressively increasing compression due to the spring 32,
As noted above,
the conical portion of the funnel has a larger diameter than that of the metal cone 30 in the region of the flange 30a and the funnel has a steeper slope than the metal cane 30, the metal cone, in the form of the invention, having a slope of 20 the funnel cone has a slope of 22.5 to 22. This causes the contact region between the funnel and the metal cone to progressively advance from the region of the flange 30a downwards to the end of the metal cane and carries with it air and water. excess fat.
The bolts 34 are threaded into the bores 35 until the flange 30a of the metal cone meets the porcelain housing and is pressed against it with the flange being force-supported by an inner protrusion 29a on the fixture 29. C ' is the final position of the system and at this point all the necessary surfaces are in contact
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intimate and airless by means of a film of silicone grease.
Spring 32 is compressed as required to compensate for tolerances occurring in the various parts and to provide the additional extent necessary for any expansion or contraction of the parts caused by changes in ambient temperature. In the practice of the invention it has been found that for an elastic plastic material with a hardness of 35 to 40 ("Shore A") and a funnel thinning of 6.5 in excess of the inside diameter of the casing. 11 at the point of maximum funnel diameter 6 smaller than the inside diameter of the casing 11 at the upper end of the funnel and with the lower cone of the funnel having a slope of 22 against a metal cone of 20,
the compression spring 32 should exert a total force against the upper end of the elastic funnel, ranging from 32 to 40 kilograms. With a "Shore" hardness of 25 to 30 in the elastic funnel, the spring force required is 30 to 32 kiloga These project calculation parameters, ie the hardness of the elastomer and the differential geometry of funnel relative to housing and spring force, can vary widely to meet the needs of the many possible useful applications of the funnel operation described above.
The nature of the forces in the elastic funnel which makes it possible to accomplish the unusual function of progressive interfacial contact to expel air will be more clearly understood by referring to the schematic view of FIG. 4 which shows the full load. contour of a cut of the funnel after it has been pressed into its final position in the casing. The relaxed contour of the funnel is shown in dashed line for comparison.
The lines
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curves crossing the main part of the funnel zone designate the contours delimiting the pressure zones, the letters P1 P2 P, designating the pressure ranges increasing in relative value in proportion to the subscription numbers
Thus, the central region where the interference between the housing and the funnel is maximum, shows the region of maximum pressure P7. The regions of session decrease in one or the other way (or both ways) from this zone, reaching the minimum at the upper end. It should be noted that the pressure in the area of contact with the compression spring is less than the pressures in the central regions even after the system has returned to its final position.
This is possible because of the tensile or extension forces established in the elastic funnel by the displacements necessary to conform to the general additional pressure of the housing in those regions where the displacements have taken place. The extent of the direction of internal displacements and the direction of extension forces are suggested by the contour lines.
The series of pressure regions shown are terminated by the cable insulation on the inside and the porcelain housing and metal cone on the outside with the maximum pressure area P7 as shown. These variations in wall pressure produce forces acting on fluid or liquid materials such as air or grease in the interfacial regions causing them to move along the interfaces away from the regions of the interface. maximum pressure. These forces have directions and directions indicated by the arrows F1 F2 F3 and F4 in figure 4.
In practice it was found that the excess fat
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continues to be chased by this process for hours after component assembly. The complete expulsion of air and the continued slower expulsion of excess grease by this process was clearly demonstrated by the use of transparent components, after the bolts 34 had been screwed into the bores 35 sufficiently to complete the interfacial contact between the funnel, the box 11, the tube 30 and the cable insulation as described above,
the external helical system of metallic wires 26 and again wound and wrapped on the cable and metallic wires can be neatly and securely clamped and secured by standard split bolt connectors 38 acting through preformed openings 39 demarcated in a pair of diametrically opposed flanges 40 on bottom mount 29. Thus, the final assembly meets all of their requirements for an ideal cable end.
The insulation and its shield gradually extend through the metal cone to the conductive ver- nis on the porcelain casing and the insulation within the shield extends in exact accordance with the airless interfaces in. all critical regions, The final diameter of the load relief system which is at the upper end of the conductive varnish on the outer surface of the housing 11, is so large that the operating potential gradients are well above the values forming "crowns".
Other forms of cable employ lead sheaths and other forms of insulation requiring an oil and moisture tight seal between the sheath and the end box. This requirement poses two additional problems
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which have been resolved by significant modifications in the form of the device shown in Figures 1 and 2 but these modifications still realize the main features of the present invention.
Thus, Figure 5 is shown a cable end structure for use with a cable having a continuous outer plomo sheath 41, a conductive or semiconductor tape 42, the cable insulation 43 and a solid conductor. center cable 4. All the preparations including the connection to the center conductor at the upper terminal, are the same as those for the form shown in figures 1 and 2 and, for the sake of the description, the corresponding parts have the same reference numbers. . It is thus evident that all the characteristics of the upper terminal housing (or terminal) mountings, the mounting clamps or clamps, etc ... are identical to those of the form shown in figure 1.
The differences reside in the lower portion of the terminal start (or beginning) at the lower end of the porcelain casing 11 designated by the line R-R. Note that above this line the elastic funnel 45 is the same as in Figure 1 and in the unloaded condition shown by the broken lines has the same diameter 6% greater on the line.
RR and the same 6% smaller diameter at the upper end of funnel 45. The funnel 45 in this case remains at the larger diameter down to the SS line, the end The bottom of the dielectric elastic funnel 45 tapers taper to 20, as in the shape of Figure 1.
This thinning starts at the S-S line and ends at the T-T line where the thinning bridge meets the outside diameter of the cable insulation. Instead of the metal cone
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used in the form shown in figure 1, there is provided a cylindrical sleeve 47 of conductive synthetic material of the same hardness as the funnel 45 and having its upper end having a recess to fit exactly with the lower conical end dielectric funnel 45.
The inside diameter of the conductive synthetic sleeve 47 starts from its upper end at the same inside diameter as the funnel 45, ie the diameter of the cable insulation 43 The inside diameter of the sleeve 47 is at a predetermined @@ enlargement @ of the * junction of 3 elements 45 and 47 to receive the cable sheath 41 at the line UU. A hard plastic insert 48 is placed in the lower end of the lower mount 46 and the insert is sized to fit tightly over the sheath 41.
At this end, the lower end of the mount 46 is turned inward to form an edge 46a for supporting an annular ring on the insert 48 and the lower cylindrical portion of the insert extends through. an annular space formed between the ring 46a and the outer sheath of the cable.
In practice, the dielectric funnel 45e the conductive synthetic sleeve 47 and the insert 48 are assembled and cemented together to form a functional unit and these parts are chosen to fit the desired size or diameter of cable. . All other parts of the terminal are the same for any size or diameter of cable of this type in the series or range chosen. The periphery of the sleeve 47 tapers off slightly from the line S-S where, the outer diameter is equal to the maximum diameter of the funnel 45 and its
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Lower end the sleeve has an outside diameter of about 6% as much as the inside diameter of the assembly 46.
The end device shown in Figure 5 is even simpler than that shown in Figure 1. The sheath 41 is removed a predetermined distance from the cable end. The conductive tape 42 is removed a distance of 0.6 to 1.3 cm less than the sheath so as to contact the conductive synthetic sleeve 47. The conductor 44 is stripped by removing the insulation for a predetermined distance. - finished at its upper end and the connector rod 23 is installed as before. The assembly 46 is placed on the cable by inserting the end of the cable into the central opening formed by the edge 46a.
The removed cable insulation is then cleaned and coated with silicone grease and the three parts, combined funnel unit comprising items 45, 47 and 48 are slid over the cable until the shoulder 47a at the inside the sleeve 47 is sitting on the end of the cable sheath. The outside of the funnel unit is then coated with silicone grease and the assembly with the cable is inserted into the housing 11 until the bolts 34 can be engaged in the threaded bores of the bushing. clamp 12. The clamp bolt 24 in the upper terminal 16 is preferably removed so as to observe and respect the arrival of the connecting rod 23 at the level required for the clamping.
When the bolts 34 are reassembled the interference system between the combined funnel unit and the housing 11, takes place and the compression spring 32 comes into action as described above to produce the complete expulsion of air from. all Critical interfaces.
The bolt. are raised so that the lower metal housing 46 presses (or presses) strongly against the lower end of the porcelain casing at the line
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R-R. This is the final position of the system. Now, as in the previous form, the whole funnel unit is subjected to compression due to the terminal thrust force produced by spring 32. As before, this force is of the order of 45 Kgs. for the elastic funnel material in the "Shore'A" hardness range of 35 to 40, and the funnel diameter differences of 6%.
The new feature introduced in the form of the invention shown in FIG. 5 is the use of the sleeve of conductive synthetic material of the same order of hardness as the dielectric funnel. The spring force acts permanently on all the elements within the whole of the cylindrical chamber formed by the porcelain housing and the lower assembly 43. Thus, the elastic conductive sleeve 47 conforms to the to the cable sheath, the conductive tape and the stripped cable insulation with pressure being permanently held by the spring 32 through any variations in ambient temperature.
In this way all electrical requirements involving airless interfaces and load control are satisfied as before, but in addition a permanent elastic pressure seal is obtained between: the cable sheath and the conductive material element. synthetic 47, and furthermore a simpler and more efficient transition is made from the sheath by means of the conductive tape 42 to the conductive sleeve 47 *
The form of the invention which has just been described is particularly well suited for solving the problem of terminating a cable, directly in an oil bath transformer.
Thus, referring next to Figure 6 there is shown a cable terminal similar to that shown in
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Figure 5, hand employing a modified porcelain casing entering the oil of a transformer through an outer wall 50 of the transformer tank. More particularly the wall 50 comprises an inclined position @
51 in which there is a central opening 52.
A ring-shaped 5.1 rolled edge extends around the opening
52 in order to accommodate a sealing ring 54 interposed between the support portion 51 of the transformer wall and a coramponnement or clamping ring 55 carried by the housing 56 of the structure terminating the cable.
The ring 55 has an annular groove defined on its upper face to receive the sealing ring
54. Several bolts 57 attached to the support portion 51 extend through suitable openings in a buffer ring 55a and receive nuts 58 at their outer ends for fixing the ring 54 and, the housing 55 to the wall. 50 from the transformer tank.
Housing 56 has an interior cylindrical cavity like housing 11 previously described and is adapted to receive the end of a sheathable cable like that described above in relation to the form of the invention shown in Figure 5.
Cable preparation and installation is the same as the process described in conjunction with the cable termination structure shown in Figure 3, and after completing this preparation, the end of the cable has been inserted into housing 56 until oe whether it is seated inside a silver lined contact cavity or chamber 64 formed by the two halves of a diaphragm connector 63 pressed against each other by a permanent leaf spring with high
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power 62.
The chamber or cavity 64 receives the inner conductor of the cable or an extendable rod mounted thereon and this conductor can thus be pressed into position from the exterior of the vessel to make a suitable electrical connection to the connector 63 without opening. the transformer tank.
The diaphragm connector 63 seals against the oil flow, and at the same time the chamber 64 formed by this connector is cylindrical in shape to receive the end of the cable conductor or an extendable rod carried by it. Here * The diaphragm connector 63 and its associated spring 62 are mounted on an upper terminal 56a of the housing 56 and a connection is made from this terminal to the transformer. After the end to the conductor cable has been inserted into the chamber 64, it is clamped in position by the brau of the spring 62 and the lower terminal assembly 59 is then adapted to the bolts 60 carried by the ring 51.
The lower terminal assembly 59 is, of course, reassembled over the bolts 60 by clamp nuts 61 until a funnel unit like the one shown in Figure 5 is forced into airless interfaoial contact with the cable. inside the housing 56 and the mount 59. A spring (not shown) at the upper end of the housing 59 in the terminal, again acts against the funnel unit to provide the necessary force described above.
It is sometimes necessary to join a cable to another section of cable of the same type by a so-called "splice" connection. A splice in a high voltage cable faces all the problems of air exclusion, load control and sealing. The fundamental characteristics of the present invention lend themselves to the solution of the difficult problem of making the splice but requiring certain other problems.
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significant changes in the shape of the device as shown in Figure 8.
The splice shown therein is adapted to join together the ends of a pair of cables 70 and 71 which may be of the lead sheathed type described above. The splice structure comprises a pair of metal housings or mounts 72 and 73 respectively slid over cables 70 and 71 and having inwardly turned edges 72a and 73a respectively, at the end defining an opening receiving an opening. central cable. The housings 72 and 73 are cylindrical with the same inner and outer diameters and carry outwardly facing annular flanges 72b and 73b respectively, at their other ends.
These latter flanges are adapted to be pulled together until touching by means of a pair of cramping rings 74 and 75 cooperating with bolts 76 extending through openings aligned in the two rings to receive. the nuts 77.
Arranged inside the housings 72 and 73 is a funnel with two ends 78 having the same general elastic and dielectric properties as in the previous forms of the invention above and shown in Figures 1, 2, 5 and 6. Figure 9 shows an axial section of the main funnel element 78 and its unloaded state is shown in solid lines with its maximum outside diameter on the center line A - λ and a gradually decreasing diameter towards each end. .
funnel 78 has an inside diameter fitting the sheath of cables 70 and 71 to be spliced together and, as before, its maximum outside diameter on line A - A is approximately 6% greater than the diameter. - inside meter of housings 72 and 73 while the minimum outside diameter of funnel 78 at both ends is
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approximately 6% smaller than the internal diameter of the housings. The ends of the dielectric funnel 78 are conical as before and its mounted with adjusting sleeves 79 of conductive synthetic material of the same order of hardness as the funnel 78.
The other items required for the cable splice system are an electrically conductive conductor-cable connector 80. a dielectric synthetic plastic fenju sleeve 81 to fill the void between the ends of the insulation. cable, a pair of dielectric sleeves 82 each of which has a conductive synthetic plastic sleeve 83 at one end, and a pair of rigid conductive end plates 64 respectively cemented to opposite ends of the funnel unit 78-79. An insert 85 fitting the sheath passes through the central opening at the end of each housing and has an outwardly extending flange sitting against the inward facing flange 72a or 73a of the housing. its associated accommodation.
The insert has a central opening that fits exactly to the cable passing through it. A synthetic plastic funnel 86 sits against the interior face of the insert 85 and has an annular recess 86a at its periphery to accommodate a stainless steel spring b7 which encircles the funnel 86 and at its oppouées ends respectively sitting against the conductive plate 84 and a rigid end ring 88 inserted on the portion, comprising a recess, of the surrounding 86. The ring 88 rests against a shoulder of the funnel 86 formed by the depression 86a and serves to increase the contact pressure tone of the spring.
The funnel has an axial bore that fits tightly to the cable.
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To splice together, the jacket 70a and 71a of each of the cables 70 and 71 respectively is removed a predetermined distance from the cable end; the conductive tape 70b and 71b of each cable respectively is removed a distance of about 6mm less than the outer sheath, thus leaving a small portion of the tape extending beyond the end of the cable sheath as indicated at 89 in FIG. 8 on the cable 71;
cable insulation 70c and 71c from each cable respectively is removed, ends a precise distance to expose just enough inner cable conductors 70d and 71d to exactly accommodate connector 80 when the cable ends are positioned so as to touching each other in the mutual butt contact position. the two cables are treated in exactly the same way. this done, the housings 72 and 73 with their interior elements 85, 86, 87 and 88 in place are slid over each cable some distance beyond the exposed insulation.
The stripped insulations 70c and 71c of each cable respectively are now cleaned and coated with silicone grease and the two sleeves 82 are then installed with their synthetic plastic ends 83 neatly in place to gently cover the ends of the. conductive tapes in area 89 extending a short distance beyond the sheath. The area of the sheath near the ends of one of the cables; is cleaned and coated with grease and the main funnel unit comprising the assembled elements 78, 79 and b4 is slid over the cleaned area of liner and is pushed well back onto the last liner.
A thin synthetic plastic fur can be applied to protect the inner surface of the main funnel unit during
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the insertion of this unit *
The exposed ends of the conductors 70d and 71d are then placed end to end by inserting them into the connector sleeve 80. The split dielectric sleeve 81 is quickly passed over the sleeve 80 with excess silicone grease.
The outer surfaces of all sleeves 81, 82, and 83 are cleaned and coated with silicone grease and all sleeves have outside diameters approximately equal to the diameter of the central opening of the main funnel unit which is now slid in place symmetrically centered between the ends of the cable sheaths,
The two metal housings 72 and 73 are now in place on the funnel unit and the coupling bolts 76 and their associated nuts 77 are assembled and reassembled tightly. While tightening the nuts on the bolts, the same process.
Of course, the invention is not limited to the exemplary embodiments described and shown above, and from which it is possible to provide other variants, without thereby departing from the scope of the invention.