Appareil électrique. On sait qu'une des principales causes des avaries auxquelles sont exposés les appareils électriques baignant dans un liquide isolant est l'altération plus ou moins rapide de -cet isolant ou -de cet imprégnant avec le temps.
Cette altération, qui se manifestera générale ment par une augmentation des pertes diélec triques des isolants solides au contact du liquide isolant considéré ou imprégnés par lui, et par une diminution de leur pouvoir isolant suivi -d'un claquage prématuré, peut provenir de ce que cet imprégnant s'est trans formé chimiquement ou qu'il a absorbé une matière nuisible à son isolement, par exemple de l'eau.
Or, on sait qu'à conditions égales un imprégnant (huile, vaseline ou produits simi laires) s'altère d'autant plus vite et plus pro fondément que son contact avec l'air est plus intime et que cet air est plus saturé de gaz nuisibles à l'isolement, par exemple de vapeur d'eau.
Ces remarques s'appliquent particulière ment aux condensateurs électriques et aux isolateurs d'entrée dont l'isolement est formé d'une matière poreuse imprégnée d'un iso lant liquide ou pâteux, en raison des con traintes électriques élevées auxquelles est sou mis ce genre d'appareils.
On a déjà proposé d'éviter le contact de l'isolant liquide avec l'air en utilisant un ré cipient sans matelas d'air, mais avec des pa rois métalliques suffisamment élastiques, ou avec des corps compressibles immergés (par exemple des vessies complètement closes et remplies -d'un gaz), ou avec un piston d'ex pansion retenu en général par un ressort. 'Hais avec toutes ces solutions, le récipient est soumis à des variations de pression intérieure considérables lorsque la température de l'ap pareil et de son isolant varie, ce qui requiert une construction très robuste et onéreuse du récipient pour en assurer l'étanchéité.
De tels récipients étanches ont d'ailleurs causé, en raison même de cette robustesse, des accidents graves par éclatement à la suite -d'un défaut de l'appareil qu'ils contenaient La solution eonsistant à utiliser un piston libre, non maintenu par un ressort, est à re- jeter pour une autre raison encore:
la dé pression résultant. de la. contraction de l'iso lant augmente fortement le risque de forma tion de petits vides ou alvéoles à l'intérieur du diélectrique, ce qui, comme on le sait, re présente un des grands dangers des diélec triques à imprégnation liquide. San,: tenir compte des inconvénients que présentent toutes les solutions à piston, qui sont la dif ficulté d'obtenir une étanchéité absolue tout en conservant un frottement doux au piston, l'oxydation inévitable du liquide isolant qui adhère à. la, paroi du tube et qui se trouve en contact avec l'air lorsque le piston est à fond de course, encrasse peu à peu et enfin blo que le piston.
On a proposé en outre d'entourer hermé tiquement le corps du condensateur d'une enveloppe sous forme de vessie isolante et élastique, mais ce procédé a l'inconvénient d'empêcher la, bonne évacuation de la cha leur interne du condensateur qui est un appa reil particulièrement sensible à l'échauffe- ment; d'autre part, la vessie-enveloppe est:
peu économique parce due son volume est, égal au volume total du corps du condensateur (papier et imprégnant); enfin, l'enveloppe étant obligatoirement isolante doit être percée pour ,sortir les contacts du condensateur, et cette sortie est insuffisamment étanche ou bien présente des difficultés de réalisation pratiquement insurmontables.
Enfin, on a proposé l'emploi de vessies dont l'intérieur communique avec le milieu qui entoure le récipient. Cette solution a l'avantage notable de permettre une varia tion de volume de l'isolant sans variation pra tique de la pression à l'intérieur du récipient.
Toutefois, dans les constructions connues, l'usage de telles vessies avait le désavantage d'occasionner une augmentation notable (lu volume du condensateur, que la vessie soit placée à l'intérieur ou à l'extérieur de la cuve, et, quand elle était placée à l'intérieur, d'entraver la bonne évacuation de la chaleur en diminuant la. circulation du liquide entou rant le condensateur.
La présente invention a pour but d'éviter ces divers inconvénients et de réaliser un condensateur ou appareil analogue du type à rouleau formé autour d'un noyau dans un ré cipient hermétiquement clos d'un volume extrêmement réduit, présentant au point de vue de sa réfrigération une brande facilité d'évacuation parfaite de la chaleur.
L'appareil selon l'invention est caracté risé par une vessie placée longitudinalement dans le noyau creux, fixée à l'une des parois du récipient, et communiquant avec le milieu ambiant.
Le dessin ci-annexé représente, à titre d'exemple, des formes d'exécution de l'appa reil faisant l'objet de l'invention.
La fig. 1 montre un isolateur d'entrée. la fig. ? montre un condensateur destiné à être monté en série ou en parallèle avec d'autres condensateurs semblables.
La fi-. 3 montre un condensateur selon fig. ? en cours d'imprégnation, suivant le procédé représenté en fig. 4.
Les fib. 5 et 6 montrent des détails cons tructif s.
La fi-. 7 montre un groupe de conden sateurs et plongés dans un bac d'huile de refroidissement.
La fi-. 1 représente un isolateur d'entrée constitué par le rouleau de papier 1 enroulé sur un tube métallique 2 formant. conduc teur de traversée. Dans ce rouleau sont dis posées il la manière connue les armatures de condensateur 3 assurant la répartition cor recte du potentiel. L'ensemble 1, ?. 3 est placé dans un récipient constitué par un tube isolant 4 présentant en son milieu une bride de fixation 5 et à ses deux extrémités des brides 6 et 7 contre lesquelles sont appli qués respectivement le fond 8 et le couvercle 9 du récipient.
La connexion électrique entre le fond 8 et le couvercle 9, d'une part, et le tube métallique 2, d'autre part, n'est pas in diquée sur la figure, mais est aisément imagi nable. Le tube 2 formant noyau est muni en haut et en bas d'un ou plusieurs trous 10 faisant communiquer l'intérieur de ce tube avec. l'intérieur du récipient qui n'est. pas complètement rempli par le rouleau 1. Le couvercle 9 est traversé en son centre par un tube métallique 11 sur lequel est collé le tube-vessie 12 logé à l'intérieur -du tube noyau 2.
Le bas de la vessie tubulaire 12 est fermé avantageusement par collage sur un bouchon isolant 13, il est possible d'obtenir dés vessies- de n'importe quelle longueur en raccordant à la suite l'une de l'autre plusieurs vessies tubulaires par collage des extrémi tés en regard sur un bout de tube isolant tel que 14. Il est possible de renforcer par des bandes appropriées le collage de la vessie 12 sur les tubes 11 ou 14 ou sur le bouchon 13. La vessie communique à sa partie supérieure avec un bac d'équilibrage 15 communiquant avec le milieu ambiant.
L'ensemble ainsi constitué -est placé à la manière habituelle dans une étuve pour être séché avec évacuation de l'air. Les gaz et vapeurs contenus dans le récipient 4-8-9 et dans les organes qu'il contient pourront s'échapper par l'orifice 16 du -couvercle 9 après enlèvement -du bouchon fileté 17. L'im prégnant pourra pénétrer dans le récipient par le même orifice 16.
On peut établir un condensateur d'après les mêmes principes que l'isolateur d'entrée de la fig. 1. Le noyau 2 est isolant dans le cas d'un condensateur au lieu d'être métal lique comme dans le -cas de la fig. 1. La bride de fixation médiane 5 est supprimée. On ob tient, après avoir relié électriquement l'une des armatures du condensateur à la bride 6, et l'autre armature à la bride 7, un condensateur à. cuve isolante 4 ayant comme bornes les pièces 8 et 9@.
Cette disposition n'est toutefois pas limi tative. Le rouleau de condensateur peut être subdivisé en plusieurs rouleaux .concentriques superposés de telle manière que leurs noyaux supposés creux forment un tube tel que 2% En outre, le récipient peut être entièrement mé tallique et le .couvercle peut être muni d'un ou de plusieurs isolateurs de traversée. Dans ce cas, on pourra éventuellement placer un (les isolateurs dans le centre .du couvercle et se servir de son conducteur, à condition qu'il soit creux, pour y fixer le bout ouvert de la vessie 121. Ce conducteur creux prendrait alors la place du tube 11.
Les fig. 2 et 3 représentent un condensa teur élémentaire de dimensions plus petites et pouvant servir à la constitution de conden sateurs de grande puissance par montage en série et en parallèle d'un nombre approprié de ces éléments, l'élément représenté étant établi conformément aux principes de l'inven tion. La fig. 2 montre l'élément terminé et prêt à être employé et la. fig. 3 le représente avant terminaison lors du séchage et de l'im prégnation.
On voit que le condensateur élé mentaire comprend un noyau isolant 1.8 sur lequel sont enroulées, à la manière habituelle, les deux armatures 19 et 20 séparées par le diélectrique 2'1. Les armatures dépassent de quelques millimètres et chacune d'un côté -dif férent le diélectrique. L'élément est enfermé dans un récipient formé par un tube isolant 22 et par deux pièces métalliques 2:3, et 24 appliquées contre le bord en saillie de l'ar mature correspondante 19 ou 2,0- et formant le couvercle et le fond du récipiet.
Ces pièces 23, 24 portent chacune, fixée en -leur centre par soudage ou par un autre procédé qui sera décrit ci-après, un écrou dont l'un, 2,5, est percé et taraudé .de part en part et dont l'au tre, 2.6, est muni d'un trou fileté borgne. Sur l'écrou percé 25 est collée, ou assujettie par un bandage 27, ou tout autre moyen appro prié, la vessie 28 fermée à son autre extré mité par un bouchon isolant 29,.
Les deux pièces d'extrémité 2t3. et 2'4 assu rent le contact électrique entre les arma tures correspondantes 19 et 20, d'une part, et l'amenée de courant qui se fait, comme expliqué ci-après, par les écrous 25 et 26 d'autre part. Elles sont constituées en prin cipe par un fond plat<B>30</B> qui repose sur le bord en saillie de l'armature. Dans ce fond 30 sont repoussées des nervures radiales 31 qui permettront à l'imprégnant -de se dé placer à. l'intérieur -du récipient lors .de va riations thermiques de son volume.
Pour as surer une bonne dissipation de la chaleur en gendrée dans le corps -du condensateur, qui se fera. par conduction thermique au tra vers des parties plates telles que 30, on limi tera le nombre des nervures 31 autant que le permettra la nécessité d'assurer un déplace ment de l'imprégnant avec un frottement aussi faible que possible, pour éviter une dé pression éventuelle dans le corps du conden sateur lors de la contraction éventuelle de l'imprégnant. Selon une variante, une pièce métallique munie de nervures radiales peut être intercalée entre la paroi d'extrémité et le bord en saillie de l'armature.
Le séchage et l'imprégnation du condensa teur élémentaire décrit précédemment se fera, selon une méthode connue, dans une étuve chauffée et mise sous un vide poussé, étuve que le liquide isolant remplit directement lors de l'imprégnation. On se servira, par exemple, d'une étuve horizontale 36 selon fi--. 4, fermée par un couvercle 37 et munie d'orifices nécessaires à l'évacuation des gaz et à l'introduction de l'imprégnant, tels que 38 et 39.
Les condensateurs .à, traiter, tels que C, sont placés verticalement (comme il sera dé crit plus tard en se référant à la fig. 3) dans un bac 40 qui peut être introduit dans l'étuve 36, par exemple au moyen de galets 41, rou lant sur des rails 42, ce bac seul étant rem pli d'imprégnant lors de l'imprégnation.
Un avantage de cette disposition est que l'impré gnant ne souille pas les parois de l'étuve elle- même, qui sont toujours difficiles à nettoyer alors que le nettoyage du bac amovible 40 est aisé; un autre avantage consiste en ce que la quantité totale d'imprégnant nécessaire à l'imprégnation peut être fortement réduite par rapport à la quantité effectivement absor bée par le corps des condensateurs, ce qui per met de prévoir des installations beaucoup moins importantes pour le traitement de l'im prégnant; enfin, le matériel néce#saire lors qu'on emploie différents imprégnants peut être fortement réduit;
ces multiples avantages prennent toute leur valeur quand on consi dère l'usage éventuel, comme imprégnants, d'hydrocarbures chlorés et autres matières à, prix très .élevé et parfois difficiles à, manier, en particulier lorsque .leur point de fusion est supérieur à la température ambiante nor male.
Pour le séchage et l'imprégnation, l'élé ment est placé verticalement, comme indiqué en fi,-. 3, dans le bac 40 (fig. 4). Le corps 19, 20, 21 du condensateur est. suspendu au cou vercle 23 par l'intermédiaire de la vessie 28 et du bouchon 29, dont l'éperon 32 s'accroche sur le rebord du noyau 18 qui, de ce côté de l'élément, est en retrait par rapport à la face dit rouleau condensateur, ou est muni d'une fente axiale 3'3 dans laquelle peut coulisser l'éperon 3''2,. En écartant le couvercle 23 du tube isolant 22, par un moyen approprié, par exemple par un étrier 34,
on obtiendra des intervalles suffisants entre les bords en saillie des armatures, d'une part, et les pièces d'ex trémité correspondantes 23 et 24, d'autre part, pour que les gaz puissent s'échapper du corps de l'élément et que l'imprégnant puisse y pénétrer. Une tige 35 percée le long de son axe, que l'on aura vissée temporairement dans l'écrou 25, empêchera le cas échéant l'imprégnant de pénétrer dans la vessie par l'écrou; cette précaution sera utile, par exem ple, si l'imprégnant est. un corps chimique de stabilité réduite en présence d'air, de vapeur d'eau ou autres substances pouvant former l'ambiance de l'élément en service.
L'imprégnation terminée, on retire le bac 40 de l'étuve 36 (fig. 4). A chacun des élé- nients C. on enlève l'étrier 34 et on pousse le couvercle 23 vers le tube isolant 22, jusqu'à ce que la position de la fig. 2 soit atteinte; on assujettit alors le couvercle, en principe par sertissage étanche de son bord dans une rainure circulaire '2T pratiquée dans le tube isolant 22, dans laquelle on pourrait disposer, le cas échéant, un joint circulaire.
Ce n'est qu'après avoir assuré la fermeture étanche du récipient qu'on le sort du bain d'imprégna tion. Ce procédé évite tout contact de l'une quelconque des parties internes du récipient avec l'atmosphère et permet de conserver à la totalité de l'imprégnant contenu dans le récipient la pureté que lui ont. conférée la déshydratation et la désaération préalables à l'imprégnation.
Le récipient peut être formé de quatre pièces (fig. 5), le fond 24 étant, par exemple, collé sur le tube isolant 22; un manchon mé tallique 43: collé à l'autre :extrémité de :ce tube est rabattu sur un joint 44 qui maintient le couvercle 23, en s'appuyant sur :le bord re courbé 45. Les pièces 43, 22 et 2.4 (fig. 5) pourraient ne former qu'une seule pièce mé tallique, le joint 44 s'étendant horizontale ment vers le centre du couvercle 2-3 et servant non seulement à la fermeture étanche par rabattement du rebord, mais aussi à l'isole ment des pièces 2-3: et 43, le rebord recourbé 45 étant supprimé.
Un manchon métallique tel que 43. peut être muni :d'un pas de vis in térieur dans lequel serait vissé le :couvercle 23, plat en principe, les nervures 31 formant alors une pièce indépendante munie de fentes radiales permettant la circulation de l'im prégnant sous .le couvercle.
La vessie peut être fermée à, sa partie in férieure par un bouchon en matière plasti que moulée de manière à faire corps avec la vessie. Elle peut aussi être obturée par une simple ligature ou par collage.
L'élément terminé représenté en fig. 2- est prêt à subir l'essai :de surtension, et à être mis en service. Il pourra être utilisé soit individuelle ment, soit en groupe -de plusieurs éléments en parallèle, en série ou en s@érie-parallèle. La connexion électrique, effectuée conjointement ou non avec la fixation mécanique, s e fera de préférence par les écrous 2'5 et 2'6 (ou par les pièces qui .les remplacent dans les va riantes), bien qu'il existe aussi la possibilité de se raccorder électriquement, et mécanique ment par des brides serrées autour des parties cylindriques des pièces d'extrémité 2f3, et 24;
s'il ne s'agit que d'une fixation mécanique, on peut la réaliser autour de la partie cen trale libre :du tube isolant 22. En ce qui con cerne .la connexion par .les écrous 2'5 et 26-, on pourra employer deux plaques métalliques 52 et 53i (fig. 2). Ces plaques portent un trou destiné à recevoir une vis 54 ou 55 péné trant respectivement dans l'écrou 2,5 -ou 26.
Une ou plusieurs rondelles 56: servent à com penser le jeu éventuel @dû à la différence entre la longueur de l'élément et .la .distance entre les deux plaques 52 et 50. Les ron delles 57 sont de préférence à ressort ou en éventail. La vis 54 est percée le long de son axe pour permettre la respiration de la vessie. Lorsque la pièce de raccord, par exemple 26, est mâle, il faut prévoir, nu lieu :du trou dans la plaque<B>M</B>, une- encoche droite ou une encoche inclinée, les lèvres de l'encoche droite pouvant comporter des parties rabattues pour retenir la rondelle 57.
Enfin, on pourrait uti liser une encoche dont l'extrémité intérieure est élargie pour former une ouverture circu laire dans laquelle est introduite une bride intérieure légèrement recourbée :de la ron delle 56.
Dans les montages comprenant des élé ments en série, on pourra coupler deux ou plusieurs éléments bout à bout comme indi qué à la fig. 6 correspondant au cas où .les bouts couplés seraient tous deux du côté- de la vessie ouverte, c'est-à-dire de l'écrou 25. Dans ce cas, on visse une pièce @de couplage 58 dans les écrous 25 en regard des :deux,élé- ments accouplés.
Deux trous qui se croisent, dont l'un est axial et l'autre radial et per pendiculaire au premier, sont pratiqués dans la pièce de couplage 5'8 pour permettre la res piration des deux éléments accouplés. Pour avoir un accouplement qui soit mécanique ment plus solide, on peut disposer une bague 59 autour de la pièce 518;, :de manière à por ter sur la périphérie :des couvercles des deux éléments. Au cas où les bouts -couplés se trou veraient .du côté de l'écrou borgne 2'6, -la pièce de :
couplage 58 se réduirait à un simple bout de tige filetée, et la bague 69 serait inutile, les deux fonds portant directement l'un sur l'autre. Si l'une des pièces :de raccord est mâle, on peut obtenir le couplage direct en lui opposant une pièce de raccord femelle. Il est naturellement possible d'appliquer d'autres modes de couplage direct, par exemple un couplage par une bride serrée sur la partie cylindrique des -deux fonds ou :couvercles à relier.
Un certain nombre d'éléments selon fi-. ?, reliés électriquement comme il a été décrit et montés dans un châssis approprié, pourra être plongé dans une cuve remplie d'un li quide isolant pour former un condensateur multiple à grande puissance et haute tension. La fig. î donne un exemple de cette disposi tion. Les éléments C' représentent chacun un ensemble selon fig. 2', ou plusieurs de ces en sembles bout à bout, comme il a été dit au sujet de la, fi-. 6. Les ensembles C' sont montés à titre d'exemple entre deux montants 5 2 et 53 supposés métalliques auxquels ils sont fixes par .des vis 54 et 55.
Pour des éléments mon tés en série, les montants 52 et 53 seront iso lants et la connexion électrique des pôles des éléments se fera par des barrettes métal liques disposées le long des montants et ser rées par les vis 54 et 55. On pourrait aussi bien utiliser des montants isolants et .serrer les pôles sur des plaques-supports conduc trices séparées montées de part et d'autre de ces montants et reliées électriquement entre elles d'une manière appropriée.. Les éléments ou groupes d'éléments raccordés bout à bout C' peuvent être placés horizontalement ou verticalement. par rapport à la cuve 63 dont les montants 5?, 53, verticaux ou horizon taux selon le cas, sont écartés par des pièces isolantes 60, 61.
Un liquide isolant. 63, par exemple de l'huile, assure le transport de la chaleur des éléments C' à la cuve, ainsi que l'isolement des parties sous tension. Le li quide 63. forme alors le milieu ambiant dont il. a déjà été parlé, et dont l'imprégnant con tenu dans les récipients C' est hermétique ment séparé par la. vessie. Si le liquide iso lant 63 et l'imprégnant communiquaient, comme cela est le cas dans les constructions connues, et si l'on voulait protéger du contact avec l'atmosphère la totalité du liquide iso lant qui imprègne et entoure les élément. il faudrait prévoir des volumes d'expansion beaucoup plus grands que la somme des vo lumes d'expansion incorporés à chaque élé ment.
D'après la technique actuelle, il faut environ 300 cm' d'imprégnant pour un élé ment de 1 kilovar à 600... 800 volts suscep- tible d'être utilisé dans les condensateurs multiples à grande puissance et haute ten sion, alors qu'il faut compter un bain de 1000 à 6000 cm' de liquide isolant par kilovar pour de tels condensateurs multiples.
En employant des éléments munis d'un volume d'expansion individuel, ces volumes sont dimensionnés strictement d'après la seule quantité d'imprégnant; ils sont donc de 3 à ?0 fois moins grands que s'ils étaient à di mensionner pour la totalité du bain isolant.
Ce dernier n*a d'ailleurs pas besoin, et de loin. d'être protégé aussi rigoureusement que l'imprégnant. car il est moins sollicité au point de vue électrique; ses pertes diélectri ques sont négligeables en ce qui concerne l'échauffement du condensateur multiple; en fin. il est susceptible d'être régénéré, tandis que rien ne saurait rendre ses qualités primi tives à un rouleau condensateur dans lequel de hhumidité ou de l'air se serait peu à peu infiltré.
La cuve 62 peut être remplie d'un gaz éventuellement sous pression.
Lorsque la tension de service du conden- sateur multiple le permettra, on pourra lais ser les éléments à l'air libre et protéger leur ensemble par une cage en treillis. La tension de service d'un élément ne dépassant guère quelques milliers de volts, et ses dimensions axiales étant. de l'ordre de 10 à 20 cm seule ment, il n'y aura pas lieu de remplir la ves sie d'un liquide isolant, comme il peut être fait pour des raisons déjà indiquées.