<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.