Câble électrique unipolaire isolé, pour courant à haute tension, et procédé pour sa fabrication. La présente invention comprend un câble électrique unipolaire à haute tension, isolé par exemple au moyen de papier imprégné, et un procédé pour sa fabrication.
Il est connu qu'il existe pour ce genre de câbles un rapport optimum entre le diamètre D mesuré sur le revêtement en papier et le diamètre d du conducteur proprement dit, rapport correspondant à la contrainte mini mum du diélectrique pour un diamètre D donné. Suivant la théorie, ce rapport op timum est de<I>D : d =</I> 2,718.
Lors du calcul de la section nécessaire, on trouve, souvent, pour le transport d'énergie à. très haute tension, que le diamètre d du conducteur correspondant à la section trouvée est inférieur à D 12,718, de sorte que de nom breux constructeurs ont tenté d'agrandir par des artifices le conducteur en vue d'obtenir le diamètre optimum. Ces artifices consistent généralement dans la disposition de fils élé mentaires formant le conducteur autour d'un support fibreux ou métallique ou de toute autre matière moins coûteuse que le cuivre constituant le conducteur. .
On sait également que l'une des difficul tés les plus graves rencontrées par les cons tructeurs de câbles pour de très hautes ten sions est la détermination du temps néces saire pour le séchage du papier et l'imprégna tion complète de ce dernier par les mélanges isolants, lors de la fabrication du câble.
Il est d'importance extrême de pouvoir reconnaître avec certitude quand toute l'hu midité contenue dans le papier a été extraite, car le prolongement excessif de l'opération peut nuire aux propriétés physiques du pa pier, tandis qu'un séchage imparfait donne rait lieu à un mauvais fonctionnement du câble.
L'imprégnation est faite généralement après avoir déterminé le temps nécessaire, la viscosité du mélange, la température, la pression employée, l'épaisseur et la perméa bilité du diélectrique étant connus. Toutefois, en considération du grand nombre de facteurs intervenant, il n'est pas possible de limiter la durée de l'imprégna tion au temps strictement nécessaire et il ar rive souvent que, tout en employant pour cette opération un temps bien supérieur celui qui avait été calculé, on trouve au moment de l'épreuve des points où l'impré gnation a été défectueuse, parfois sur des zones très étendues et toujours à proximité du conducteur, c'est-à-dire où l'effort du dié lectrique est le plus fort.
Ces zones repré sentent des points dangereux, sujets à se sur chauffer et par conséquent à briller lors du fonctionnement du câble.
Le câble selon la présente invention est caractérisé en ce qu'il comporte un revête ment en papier poreux disposé autour d'une âme conductrice servant au transport du cou rant, sur lequel revêtement est enroulée en hélice, à spires rapprochées mais non join tives, une bande métallique reliée électrique ment à la partie centrale conductrice en di vers points de sa longueur et sur laquelle est disposé le revêtement isolant, la face externe de la bande se trouvant à un rayon tel de l'axe du câble que le diamètre de l'hélice qu'elle forme soit très sensiblement dans le rapport optimum avec celui du revêtement isolant.
Son procédé de fabrication se caractérise par le fait que l'on enroule autour de l'âme conductrice la couche de papier poreux et sur celle-ci la bande métallique, sur laquelle est ensuite disposé le revêtement isolant, le câ ble ainsi formé étant séché, puis imprégné d'un isolant, des mesures électriques étant effectuées sur le revêtement de papier Po reux au cours du séchage et de l'imprégna tion, en vue de suivre la marche de ces deux opérations et de les interrompre en temps utile.
Le dessin annexé montre, à titre d'exem ple, une forme d'exécution de l'objet de l'in vention et des détails de construction.
Fig. 1 et 2 sont respectivement une coupe transversale et une vue latérale, les différen- tes couches étant successivement enlevées de cette forme d'exécution; Fig. 3 et 4 montrent respectivement une coupe transversale et une coupe axiale par tielle du raccordement de deux tronçons de câble, montrant la connexion entre l'hélice et l'âme du câble; Fig. 5 est une vue analogue à fig. 4, re lative à un mode de connexion entre l'hélice et l'âme du câble, sur une borne terminale.
Aux fig. 1 et 2, 1 indique le conducteur calculé en vue d'avoir la section de cuivre nécessaire pour le transport de l'énergie. Le diamètre du revêtement hélicoïdal 3 en lame métallique conductrice est au contraire cal culé en vue d'obtenir le meilleur rapport en tre ledit diamètre<I>d</I> et celui<I>D</I> résultant de la contrainte de la couche d'isolant 4 consti tué en papier par exemple et qui est, comme mentionné ci-dessus, DId <I>=</I> 2,718.
Entre le conducteur 1 et la bande 3 est interposée une couche 2 en papier à porosité très élevée.
Une gaine clé plomb 5 protège la couche isolante 4 des agents extérieurs.
Aux fig. 3 et 4, les conducteurs 2 por tent à l'extrémité une borne 6, celle-ci étant simplement une bague conductrice enfilée sur les conducteurs, dont les deux bouts sont mis en face, l'hélice 3 recouvrant les bornes et les bouts des conducteurs. Un alliage de soudure 8 est coulé par la fente résultant entre les bords de la bande 3 au moyen d'un dispo sitif convenable et forme un corps rigide entre les bornes 6, et un contact excellent entre le conducteur 1 et l'hélice 3.
A la fig: 5 est représentée une borne ter minale comportant un manchon cylindrique 7 enfilé sur le bout du conducteur dépourvu de tout revêtement et évasé à une extrémité dépassant le conducteur; on coule dans cet évasement l'alliage de soudure 8, aussi bien que dans les interstices de la bande entou rant le manchon 7 en substitution de la cou che 2? de papier poreux. Le manchon 7 porte un prolongement fileté pour les connexions.
Il est bien entendu que les bornes de jonc tion et terminales pourront varier des exem- Ales représentés, sans sortir du cadre de l'in- Vention.
Pour fabriquer un câble tel due décrit, un enroule autour de l'aame conductrice 1 (dont: le diamètre est déterminé par la section fb@ cuivre nécessaire), la couche de papier po- 1"(-Iux \? et, sur celle-ci, la mince bande mé tallique 3, en cuivre ou en laiton par exem ple. L'épaisseur de la couche 2 devant être telle que le diamètre extérieur de l'hélice for- nlée par la bande 3 ainsi enroulée soit égal à la valeur satisfaisant au rapport fixé.
Cette hélice 3 est connectée électrique ment à l'âme 1 aux points de jonction des tronçons du câble et à ses extrémités, aux bornes terminales.
Les spires de l'hélice 3 sont placées tout près l'une de l'autre sans toutefois être en contact, dans le double but de maintenir au râble la flexibilité nécessaire et de permettre la pénétration parfaite du mélange isolant jusqu'au conducteur interne lors de l'impré gnation. Sur l'hélice est disposé le revête ment isolant 4 (constitué par exemple par une ou plusieurs couches de papier) par les méthodes usuelles jusqu'à ce qu'on ait at- ti,int le diamètre extérieur D. On applique rInfin à l'extérieur le revêtement normal en plomb.
La. couche de papier interposée entre le conducteur et l'hélice métallique a les fonc tions -suivantes: Pendant le séchage, le papier permet clé r@@rifier par (les mesures électriques le pro- @\lès du séchage et d'interrompre l'extraction il- l'humidité au moment convenable, en ob- ti@nant le double effet de ne pas prolonger inutilement un procédé très coûteux et de ne Inis maintenir la matière isolante à haute @c lllpérai ire au delà du temps nécessaire.
Les mesures électriques que l'on peut ef- fectuet sont des mesures d'isolement, ou @@iisux encore de pertes du diélectrique par 1w. ill.ntliode à pont à. fréquences tél.#"@pho- Illqlles.
La mesure intéresse la partie la plus dif ficile à sécher, qui est précisément la, cou- clie de papier interposée entre l'hélice mé- tallique et le conducteur en cuivre. Si l'on suit méthodiquement le procédé de séchage, il est possible de déterminer le maximum, de la résistance d'isolement, ou bien le mini mum des pertes du diélectrique correspondant à un séchage parfait.
Pendant l'imprégnation, on a la possibi lité de reconnaître quand le mélange d'impré gnation atteint la couche de papier poreux interposé entre l'hélice conductrice et le con ducteur proprement dit, puisqu'on remarque une variation brusque de la résistance d'iso lement due à la forte conductivité du mé lange à la température d'imprégnation.
Si, au lieu de la résistance d'isolement, on mesure la capacité entre les deux arma tures susdites, on remarque une augmenta tion considérable de la capacité et des pertes lorsque le mélange atteint la couche de pa pier très poreux.
Comme cette couche est la dernière mouil lée par le mélange, l'imprégnation du câble s'effectuant de l'extérieur vers l'intérieur, on a la certitude que lorsque la couche com prise entre l'hélice et le conducteur est im prégnée, tout le revêtement isolant externe est complètement saturé de mélange.
Afin de réaliser cette condition, il est nécessaire d'empêcher au mélange l'entrée dans les interstices du câble en cuivre aux extrémités du câble. La détermination d'une façon très sûre de la durée exacte d'impré gnation représente, ainsi qu'on l'a déjà dit, un avantage considérable, soit au point de vue technique, soit au point de vue économi que.
Pendant le fonctionnement du câble (:n service, la couche de papier à porosité élevée interposée entre l'hélice et le conducteur n'est soumise à aucun effort électrique, car, ainsi due l'on a dit ci-dessus, l'hélice mé tallique est reliée électriquement aux jonc tions des tronçons et aux bornes extrêmes du câble avec le conducteur proprement dit, de sorte due la couche susdite se trouve entre deux surfaces équipotentielles au même ni veau électrique. Les bords de la bande métallique consti tuant l'hélice sont repliés vers l'intérieur du câble, évitant ainsi le danger de créer des saillies à petit rayon de courbure vers la ma tière isolante proprement dite.
Toutefois, la couche susdite ayant une épaisseur calculée de façon à avoir un diamètre d de l'hélice satisfaisant au rapport optimum, il en résulte sur la surface de contact entre la couche iso lante et le métal formant l'hélice un gradient de potentiel sensiblement inférieur à celui que l'on aurait sur la surface du conducteur pro prement dit, si l'écran métallique représenté par l'hélice n'existait pas;
d'autre part, comme il résulte d'études et d'expériences effectuées en Italie et en Amérique, la surface de l'hélice conductrice étant lisse et parfaitement cy lindrique, l'effort au point de gradient maxi mum est considérablement inférieur à celui que l'on aurait en agrandissant artificielle ment le conducteur, car la surface comportant des fils élémentaires enroulés autour d'un noyau de support donne lieu à un effort du diélectrique supérieur de 15-20 % à celui dû à un conducteur cylindrique à surface lisse.
En outre, la couche de papier à porosité élevée forme -une espèce de réservoir des mélanges isolants équilibrant en partie les dilatations subies pendant le fonctionnement du câble et empêchant que les dilatations mêmes tendent à déformer le tube en plomb, ce qui donnerait lieu, lors du refroidissement du câble, à des espaces vides dus à la con traction du mélange à son volume primitif.