<U>Procédé de fabrication d'un isolateur</U> <U>électrique bobiné et appareil pour sa</U> <U>mise en</U> oeuyre La présente invention a pour objets un pro cédé de fabrication d'un isolateur électrique bobiné, par exemple un manchon d'entrée, et un appareil pour la mise en oeuvre de ce pro cédé. Elle concerne notamment la fabrication d'isolateurs à haute tension comprenant des enroulements formés d'une feuille isolante, par exemple du papier, ou d'un film plastique dont les spires sont entremêlées de papier, entre les spires desquels on introduit des couches électriquement conductrices formant condensateur à des espacements radiaux déter minés pour donner une gradation de la con trainte de tension.
Le procédé et l'appareil peuvent permettre de fabriquer de tels manchons isolants dans lesquels la longueur de la partie formant condensateur dépasse notablement la largeur du papier ou de la feuille utilisé pour l'en roulement. La limite maximum actuelle pour la largeur d'une feuille de papier de qualité électrique du commerce est de 500 cm et avec l'augmentation du niveau de tension des dis positifs de transmission, atteignant et dé passant 750 kV, des manchons comportant des parties formant condensateur dépassant nota blement 500 cm sont nécessaires.
Le procédé que comprend l'invention, dans lequel on forme simultanément sur un mandrin rotatif allongé un enroulement en spirale d'au moins deux bandes d'une matière en feuille et on introduit des couches de con densateur entre les spires de l'enroulement à des espacements radiaux donnés, est caracté risé en ce qu'on dispose les bandes adjacen tes de la matière en feuille de manière qu'elles se chevauchent partiellement et que leurs bords adjacents soient superposés l'un à l'autre quand elles approchent de l'enrou lement, on sépare progressivement les parties marginales superposées des bandes adjacentes, simultanément le long d'une ligne de sépara tion commune au moyen d'un couteau avant que les parties chevauchantes atteignent l'en roulement, on retire les parties marginales coupées,
afin de laisser un joint bout à bout entre les bords séparés des bandes adjacen tes appliquées sur l'enroulement, et en ce qu'on déplace cycliquement le couteau dans une direction transversale à la direction de déplacement des bandes approchant de l'enrou lement afin de produire une ligne de sépara tion en zigzag, de manière que les joints bout à bout des spires successives de l'enrou lement soient décalés les uns des autres. De cette manière, il est possible d'augmenter la longueur de la trajectoire à travers les joints bout à bout des spires successives de l'enroulement entre les feuilles de condensa teur adjacentes à une valeur en excès sur l'écartement de tension requis entre ces cou ches de condensateur.
L'appareil que comprend aussi l'invention pour la mise en oeuvre de ce procédé comprend un mandrin rotatif et des moyens pour amener sur le mandrin au moins deux bandes d'une matière en feuille depuis des rouleaux d'ali mentation et autour de rouleaux de tension afin de former un enroulement en spirale.
Cet appareil est caractérisé en ce que les rou leaux d'alimentation et de tension sont agen cés pour amener les bandes sur le mandrin en chevauchement partiel l'une sur l'autre, leurs parties marginales étant superposées l'une à l'autre, et en ce qu'il comprend un disposi tif de coupe disposé en avant du mandrin et agencé pour s'étendre à travers chaque paire de parties marginales superposées et les sé parer simultanément et progressivement quand les bandes passent devant-le dispositif de coupe vers le mandrin, des moyens pour reti rer les parties marginales coupées supérieu res et inférieures, laissant les bords sépa rés des bandes aboutés,
et des moyens pour faire osciller le dispositif de coupe dans une direction transversale à la direction de déplacement des bandes vers le mandrin afin de produire une ligne de coupe en zigzag.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appa reil que comprend l'invention.
La fig. 1 est une vue en perspective de cette forme d'exécution.
La fig. 2 est une vue en élévation de bout correspondant à la fig. 1.
Les fig. 3 et 4 sont des coupes à plus grande échelle montrant des sections axiales de deux manchons obtenus sur l'appareil des fig. 1 et 2, et la fig. 5 est une vue en perspective par tielle d'une partie découpée au cours du procédé.
L'appareil représenté aux fig. 1 et 2 per met de former des manchons bobinés en papier sec et formant des condensateurs à haute ten sion par formation sur un mandrin 10, qui peut être un conducteur destiné à être isolé par le manchon, d'un enroulement 11 composé de deux bandes de papier sec provenant de deux rouleaux d'alimentation 12 et 13. Les bandes 14, 15 sont disposées ce te à côte avec un décalage de manière qu'elles se chevau chent l'une l'autre de plusieurs centimètres sur leurs bords adjacents. Les deux bandes de papier 14, 15 passent autour de deux rou leaux de tension 16, 17 toujours en se che vauchant et sont conduites du rouleau 17 vers le mandrin rotatif 10.
Les parties 14', 15' des bandes 14, 15 qui ont quitté le rouleau de tension 17 et n'ont pas encore atteint l'enroulement 11, sont sé parées simultanément dans la direction lon gitudinale dans leurs parties marginales chevauchantes 14",<B>15"</B> par un couteau 20, au-delà duquel le papier est avancé pour effectuer la séparation et former un joint bout à bout 21 entre les bords séparés des longueurs 14', 15'.
Les parties coupées 22, 23 des deux bandes de papier sont reprises sur des rouleaux d'enroulement 24 et 25 supérieur et inférieur disposés respectivement en avant et au-dessus du mandrin 10, de façon que les longueurs rognées 14', 15' atteignent 1e man drin rotatif avec leurs bords adjacents 21 bout à bout, sans chevauchement, et soient déposées sur le mandrin en un enroulement hé- licoidal sous la pression de rouleaux chauf fés 26 pressés par des rouleaux de pression 27.
Un rouleau de tension flottant 30, qui n'est pas entraîné et tourne librement, s'étend en travers des bandes de papier 14', 15' et presse légèrement sur leur surface supérieure immédiatement au-delà du couteau 20, la partie marginale supérieure coupée 22 passant autour de ce rouleau de tension 30. Une barre de calage verticale 31 est montée à proximité du rouleau 30 et engage et cale ce dernier. A des espacements radiaux donnés pendant la formation de l'enroulement sur le mandrin 10, des feuilles de condensateur 32 (fig. 3 et 4) sont introduites manuellement dans l'enroulement 11 pour constituer des couches de condensateur. Les feuilles 32 recouvrent les joints bout à bout 21 des ban des de papier.
Une table 33 est montée au-dessus du rou leau de tension 17 et en avant du mandrin 10, et les bandes 14', 15' passent au-dessous de la table vers le mandrin. La table porte un panneau 34 qui donne à l'opérateur des ins tructions telles que le nombre de spires et le nombre et l'espacement des feuilles de condensateur 32. La table 33 présente une ouverture 35 à travers laquelle s'étend le couteau et dans laquelle la partie marginale coupée supérieure 22 passe vers le rouleau d'enroulement 24. La table 33 n'est pas re présentée à la fig. 1 pour plus de clarté.
Pour assurer que les joints bout à bout 21 entre les spires superposées successives de l'enroulement 11 ne soient pas alignés en direction radiale, le couteau 20 est déplacé latéralement par rapport aux bandes 14', 15' en mouvement pendant l'enroulement. Pour cela, le couteau 20 est monté sur une tige os cillante 38 qui s'étend transversalement aux bandes 14', 15' et qui oscille longitudina lement sous l'action d'un mécanisme à came 39 à une vitesse correspondant à la vitesse de l'enroulement.
On voit aux fig. 1 et 5 que le couteau 20 est déplacé latéralement à vi tesse constante dans les deux sens pendant chaque cycle de son oscillation latérale, le mécanisme 39 étant lié à l'entrainement du mandrin 10 de façon que la ligne de coupe et les joints aboutés 21 résultants soient en forme de zigzag composé de lignes droites. La fig. 5 montre 1a partie marginale coupée su périeure 22 présentant ce profil sur son bord de coupe. Si les rouleaux d'alimentation 12 et 13 se recouvrent approximativement de 25 cm sur leurs bords adjacents, l'étendue du mouvement de traverse latéral du couteau 20 peut être de 7 cm, donnant des largeurs de coupe maximum et minimum d'approximativement 17 cm et 10 cm.
Le pas de la coupe en zigzag est réglé en relation avec la vitesse d'enroulement en vue d'obtenir une disposition décalée des joints aboutés 21 superposés, les changements de direction (correspondant aux limites du dé placement latéral du couteau 20) se produisant pour les rayons où les feuilles de condensa teur 32 doivent être insérées. Ainsi, la fig. 3 montre en coupe axiale une partie de l'épaisseur de la paroi de l'enroulement 11 où trois feuilles de condensateur 32 sont insérées dans des positions espacées d'un nombre donné de spires, par exemple douze spires de papier.
La disposition décalée des joints 21 donne naissance à une trajectoire extérieure en zigzag 40 à travers les joints 21 et à travers la paroi du manchon de l'in térieur vers l'extérieur, les changements de direction dans la trajectoire 40 se produi sant dans les positions où se trouvent les feuilles 32. Chaque cycle complet de dépla cement du couteau 20 s'étend ainsi entre trois couches 32. En pratique, une formation plus au hasard de la trajectoire a des chances de se produire quand les spires de papier sépa rées sont formées sur l'enroulement, comme indiqué en 40' à la fig. 4.
L'étendue du déplacement latéral du couteau 20 ne doit en aucun cas excéder l'écartement d'éclatement électrique requis dans l'air en tre les couches de condensateur 32 adjacentes du manchon bobiné. Ainsi, si l'espacement en tre les couches 32 adjacentes dans 1e manchon fini est de l'ordre de 1 mm, le déplacement latéral du couteau doit être d'au moins 5 cm. Il est nécessaire de coupler le mécanisme os cillant 39 pour le couteau à l'entraînement assurant la formation de l'enroulement 11, car i1 peut être nécessaire de réduire la vi tesse d'enroulement périodiquement afin d'in sérer les feuilles de condensateur métalli ques 32.
I1 peut être nécessaire aussi d'ar rondir les angles du profil en zigzag du joint 21 en modifiant le mécanisme à came 39, afin d'éviter des changements rapides indési rables de la direction de déplacement du cou teau 20 aux extrémités de son mouvement de traverse latéral qui pourraient déchirer le papier.
Dans l'appareil décrit, dans lequel le manchon est formé de papier sec, les parties marginales coupées 22 et 23 sont retirées en avant et au-dessus de l'enroulement 11. Tou tefois, il est souvent plus avantageux de prendre la partie marginale de coupe infé rieure 23 à l'arrière de l'enroulement, et dans ce but le rouleau d'enroulement inférieur est monté dans une autre position en arrière de l'enroulement, comme représenté en lignes mixtes 25' à la fig. 2. Le rouleau d'enroule ment 25 ou 25' est entraîné par frottement à partir d'un des rouleaux de pression 27.
En variante, les deux parties marginales de coupe supérieure et inférieure 22 et 23 peu vent passer autour d'une partie de l'enroule ment 11 et être retirées sur un rouleau d'en roulement commun monté en arrière et/ou au- dessous du mandrin 10, 1a partie inférieure 22 étant tirée latéralement depuis l'enroule ment à travers le joint abouté.
Pour surmonter toute faiblesse mécanique dans le manchon formé par le procédé décrit, on peut enrouler un cylindre de papier recou vert de résine sur la partie supérieure de l'enroulement fini pour recouvrir les joints.
Dans l'appareil représenté, seuls deux rou leaux d'alimentation 14 et 15 ont été utili sés, séparés par un seul couteau 20. L'appa reil pourrait être conçu cependant pour for mer l'enroulement simultanément à partir de trois ou plus de trois rouleaux d'alimenta tion se recouvrant sur un mandrin commun, l'appareil comprenant deux couteaux 20 ou plus, tous montés sur la tige oscillante 38 commune afin de se déplacer latéralement en synchronisme, chaque couteau séparant les bords chevauchants d'une paire de feuilles de papier adjacentes pour former un joint en zigzag avant l'enroulement de ces feuilles.
On a décrit la formation d'un manchon à partir de papier sec. Après enroulement, le manchon peut être imprégné d'huile dans le vide, ou d'une résine liquide qui est durcie ensuite, ou encore imprégné d'un gaz sous pression, par exemple d'hexafluorure de sou fre. Le procédé et l'appareil décrits, correcte ment modifiés, peuvent être utilisés pour former des manchons de papier bobinés liés par une résine. Dans ce cas, on enroule le papier qui a été préalablement recouvert d'une ré sine synthétique adhésive, après quoi on laisse sécher le revêtement, ou on enroule le papier dont les couches successives sont sé parées par un film adhésif de résine synthéti que sèche.
Le revêtement de résine sur la feuille de papier peut être réalisé avec toute résine synthétique thermodurcissable ou ther moplastique présentant les qualités électri ques et la liaison désirées, par exemple une époxy-résine à l'état sec et partiellement durcie ou une résine phénolique. Dans le cas de couches de papier et de film, on peut uti liser un film sec rigide d'une phénoxy-résine. Dans ces cas, il est nécessaire de maintenir les rouleaux 26 à une température suffisante pour fondre la résine et l'obliger à lier en semble les spires successives de l'enroule ment.
En outre, les moyens d'enroulement pour les parties marginales supérieure et inférieu re 22 et 23 doivent être agencés pour retirer les deux parties marginales avant qu'elles atteignent l'enroulement et passent sous les rouleaux chauffés 26.
Les essais des manchons bobinés en papier imprégnés d'huile, formés par le procédé et l'appareil décrits, ont montré que la résis tance à l'éclatement électrique le long de la trajectoire allongée à travers les joints de butée décalés peut être supérieure à la ré sistance électrique radiale à travers le nom bre correspondant de spires de la feuille de papier imprégnée.
<U> Method of manufacturing a coiled electrical insulator </U> <U> and apparatus for its </U> <U> setting </U> The present invention relates to a process for manufacturing a coiled electrical insulator, for example an input sleeve, and an apparatus for implementing this process. It relates in particular to the manufacture of high-voltage insulators comprising windings formed of an insulating sheet, for example of paper, or of a plastic film, the turns of which are interwoven with paper, between the turns of which electrically conductive layers are introduced. forming a capacitor at radial spacings determined to give a gradation of the voltage stress.
The method and apparatus can be used to manufacture such insulating sleeves in which the length of the capacitor portion significantly exceeds the width of the paper or sheet used for rolling it up. The current maximum limit for the width of a sheet of commercial electrical grade paper is 500 cm and with increasing voltage level of transmission devices reaching and exceeding 750 kV, sleeves having parts forming capacitor significantly exceeding 500 cm are required.
The method of the invention, wherein a spiral winding of at least two webs of sheet material is simultaneously formed on an elongated rotating mandrel and layers of condenser are introduced between the turns of the winding to. radial spacings given, is characterized by arranging the adjacent strips of the sheet material so that they partially overlap and that their adjacent edges are superimposed on each other as they approach the edge. 'winding, the superimposed marginal parts are gradually separated from the adjacent bands, simultaneously along a common dividing line by means of a knife before the overlapping parts reach the rolling, the cut marginal parts are removed,
in order to leave a butt joint between the separate edges of the adjacent bands applied to the winding, and in that the knife is cyclically moved in a direction transverse to the direction of travel of the bands approaching the winding in order to to produce a zigzag separation line, so that the end-to-end joints of the successive turns of the winding are offset from each other. In this way, it is possible to increase the length of the path through the butt joints of the successive turns of the winding between the adjacent sheets of condenser by an amount in excess of the required tension gap between these. capacitor layers.
The apparatus which the invention also comprises for carrying out this method comprises a rotary mandrel and means for feeding onto the mandrel at least two strips of sheet material from feed rollers and around rollers. of tension to form a spiral winding.
This apparatus is characterized in that the feed and tension rollers are arranged to bring the bands on the mandrel in partial overlap one on the other, their marginal parts being superimposed on one another, and in that it comprises a cutting device disposed in front of the mandrel and arranged to extend through each pair of superimposed marginal portions and separate them simultaneously and progressively as the webs pass the cutting device towards the bottom. mandrel, means for removing the upper and lower cut marginal parts, leaving the edges separated from the butting bands,
and means for oscillating the cutting device in a direction transverse to the direction of travel of the webs towards the mandrel to produce a zigzag line of cut.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the apparatus which the invention comprises.
Fig. 1 is a perspective view of this embodiment.
Fig. 2 is an end elevational view corresponding to FIG. 1.
Figs. 3 and 4 are sections on a larger scale showing axial sections of two sleeves obtained on the apparatus of FIGS. 1 and 2, and fig. 5 is a partial perspective view of a portion cut out during the process.
The apparatus shown in Figs. 1 and 2 make it possible to form coiled sleeves of dry paper and forming high voltage capacitors by forming on a mandrel 10, which may be a conductor intended to be insulated by the sleeve, of a winding 11 composed of two strips of dry paper from two feed rollers 12 and 13. The webs 14, 15 are arranged side by side with an offset so that they overlap each other by several centimeters on their adjacent edges. The two strips of paper 14, 15 pass around two tension rolls 16, 17 still overlapping and are led from the roll 17 to the rotary mandrel 10.
The parts 14 ', 15' of the bands 14, 15 which have left the tension roller 17 and have not yet reached the winding 11, are separated simultaneously in the longitudinal direction in their overlapping marginal parts 14 ", < B> 15 "</B> by a knife 20, beyond which the paper is advanced to effect the separation and form a butt joint 21 between the separated edges of the lengths 14 ', 15'.
The cut portions 22, 23 of the two paper webs are taken up on upper and lower winding rollers 24 and 25 respectively arranged in front of and above the core 10, so that the trimmed lengths 14 ', 15' reach the first. man drin rotating with their adjacent edges 21 end to end, without overlap, and are deposited on the mandrel in a helical winding under the pressure of heated rollers 26 pressed by pressure rollers 27.
A floating tension roller 30, which is not driven and rotates freely, extends across the webs of paper 14 ', 15' and presses lightly on their upper surface immediately beyond the knife 20, the upper marginal part. cut 22 passing around this tension roller 30. A vertical wedging bar 31 is mounted near the roller 30 and engages and wedges the latter. At given radial spacings during winding formation on mandrel 10, capacitor sheets 32 (Figs. 3 and 4) are manually inserted into winding 11 to form capacitor layers. The sheets 32 cover the butt joints 21 of the paper strips.
A table 33 is mounted above the tension roller 17 and in front of the mandrel 10, and the bands 14 ', 15' pass below the table towards the mandrel. The table carries a panel 34 which gives the operator instructions such as the number of turns and the number and spacing of capacitor sheets 32. Table 33 has an opening 35 through which the knife extends and. wherein the upper cut marginal portion 22 passes to the take-up roll 24. The table 33 is not shown in FIG. 1 for clarity.
To ensure that the butt joints 21 between the successive superimposed turns of the winding 11 are not aligned in the radial direction, the knife 20 is moved laterally with respect to the bands 14 ', 15' in motion during the winding. For this, the knife 20 is mounted on a winking bone rod 38 which extends transversely to the bands 14 ', 15' and which oscillates longitudinally under the action of a cam mechanism 39 at a speed corresponding to the speed of winding.
We see in fig. 1 and 5 that the knife 20 is moved laterally at constant speed in both directions during each cycle of its lateral oscillation, the mechanism 39 being linked to the drive of the mandrel 10 so that the cutting line and the joints 21 abut resulting in a zigzag shape made up of straight lines. Fig. 5 shows the upper cut marginal portion 22 having this profile on its cutting edge. If the feed rollers 12 and 13 overlap approximately 25 cm at their adjacent edges, the extent of lateral cross-movement of the knife 20 can be 7 cm, giving maximum and minimum cut widths of approximately 17 cm. and 10 cm.
The pitch of the zigzag cut is adjusted in relation to the winding speed in order to obtain an offset arrangement of the superimposed butt joints 21, the changes of direction (corresponding to the limits of the lateral displacement of the knife 20) occurring to the shelves where the condenser sheets 32 are to be inserted. Thus, FIG. 3 shows in axial section a part of the wall thickness of the winding 11 where three sheets of capacitor 32 are inserted in positions spaced by a given number of turns, for example twelve turns of paper.
The staggered arrangement of the seals 21 gives rise to a zigzag outer path 40 through the seals 21 and through the wall of the sleeve from the inside to the outside, the changes in direction in the path 40 occurring in the positions where the sheets 32 are located. Each complete cycle of movement of the knife 20 thus extends between three layers 32. In practice, a more random formation of the path is likely to occur when the paper turns separate. are formed on the winding, as indicated at 40 'in fig. 4.
The extent of lateral displacement of the knife 20 should in no case exceed the required electrical burst gap in the air between the adjacent capacitor layers 32 of the coiled sleeve. Thus, if the spacing between adjacent layers 32 in the finished sleeve is on the order of 1 mm, the lateral displacement of the knife should be at least 5 cm. It is necessary to couple the winking bone mechanism 39 for the knife to the drive providing the formation of the winding 11, since it may be necessary to reduce the winding speed periodically in order to insert the sheets of metal capacitor. ques 32.
It may also be necessary to round the angles of the zigzag profile of the joint 21 by modifying the cam mechanism 39, in order to avoid undesirable rapid changes in the direction of travel of the knife 20 at the ends of its movement. side cross member that could tear the paper.
In the apparatus described, in which the sleeve is formed of dry paper, the cut marginal portions 22 and 23 are removed in front of and above the winding 11. However, it is often more advantageous to take the marginal portion. of lower cut 23 at the rear of the winding, and for this purpose the lower winding roller is mounted in another position behind the winding, as shown in phantom lines 25 'in FIG. 2. The take-up roll 25 or 25 'is frictionally driven from one of the pressure rollers 27.
Alternatively, the two upper and lower marginal cutting portions 22 and 23 may pass around a portion of the coil 11 and be withdrawn over a common rolling roller mounted behind and / or below the coil. mandrel 10, the lower part 22 being drawn laterally from the winding through the butt joint.
To overcome any mechanical weakness in the sleeve formed by the method described, a cylinder of resin coated paper can be wound over the top of the finished coil to cover the joints.
In the apparatus shown, only two feed rollers 14 and 15 have been used, separated by a single knife 20. The apparatus could be designed, however, to form the winding simultaneously from three or more. three feed rollers overlapping on a common mandrel, the apparatus comprising two knives 20 or more, all mounted on the common oscillating rod 38 to move laterally in synchronism, each knife separating the overlapping edges of a pair of adjacent sheets of paper to form a zigzag joint before these sheets are rolled up.
The formation of a sleeve from dry paper has been described. After winding, the sleeve can be impregnated with oil in a vacuum, or with a liquid resin which is then hardened, or else impregnated with a pressurized gas, for example sulfur hexafluoride. The disclosed method and apparatus, properly modified, can be used to form resin bonded coiled paper sleeves. In this case, the paper which has been previously covered with an adhesive synthetic resin is wound up, after which the coating is allowed to dry, or the paper is wound up, the successive layers of which are separated by an adhesive film of dry synthetic resin. .
The resin coating on the sheet of paper can be made with any thermosetting or thermoplastic synthetic resin having the desired electrical qualities and bonding, for example a dry and partially cured epoxy resin or a phenolic resin. In the case of paper and film layers, a rigid dry film of a phenoxy resin can be used. In these cases, it is necessary to maintain the rollers 26 at a temperature sufficient to melt the resin and force it to bind together the successive turns of the winding.
Further, the winding means for the upper and lower marginal parts 22 and 23 must be arranged to remove the two marginal parts before they reach the winding and pass under the heated rollers 26.
Testing of the oil-impregnated paper-wound sleeves formed by the disclosed method and apparatus has shown that the electrical burst strength along the elongated path through the offset thrust seals can be greater than the radial electrical resistance through the corresponding number of turns of the impregnated sheet of paper.