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PERFECTIONNEMENTS A LA FABRICATION DES CABLES ELECTRIQUES,
Dans la fabrication des câbles électriques à imprégnation d'huile, on place ordinairement le câble non pourvu de son enveloppe ou gaine dans une cham- bre où on fait le vide, puis on introduit l'huile de manière à ce que l'isolant, qui recouvre le câble, s'imprégne de cette huile. Ce procédé est très couteux et l'huile dans la chambre doit être utilisée plusieurs fois avec l'introduction inévitable d'impuretés. De plus, le procédé appliqué ensuite pour le placement de l'enveloppe ou de la gaine tend à réduire les qualités de l'isolant, et des pré- cautions spéciales doivent être prises pour éviter la contamination de l'isolant par les gaz tels que l'air, par l'humidité, etc. ....
On sait que dans la cas
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de câbles particuliers où des chemins ou conduits spéciaux sont prévus et où un composé d'imprégnation de viscosité comparativement basse est utilisé (par exem- ple B.P. 251.670, huile moindre que 6 de viscosité à 60 centigrades) une imprég- nation satisfaisante peut être réalisée en introduisant le composé après que l'en- veloppe en plomb a été placée.
On a aussi proposé d'introduire le composé d'im- prégnation après que l'enveloppe en plomb est appliquée sur les câbles qui n'ont pas de conduits ou de chemins spéciaux et qui utilisent un composé de viscosité normal, mais ce procédé a été trouvé jusqu'ici peu économique à cause du temps con- sidérable nécessaire pour effectuer une évacuation parfaite du câble avant d'in- troduire l'huile, et aussi à cause de la longue durée requise pour effectuer l'im- prégnation voulue, qui de plus ne peut jamais être complète avec les moyens connus jusqu'à ce jour.
La présente invention, qui se rapporte à une méthode et aux procédas pour son application, permet d'éliminer les difficultés ci-dessus mentionnées dans le cas de l'évacuation et de l'imprégnation d'un câble après que l'envelàppe en plomb a été appliquée. On a prévu, pour les câbles électriques à haute tension, une évacuation et/ou une imprégnation accélérée en réduisant la longueur effective du câble. Suivant un des faits caractéristiques de l'invention, cette réduction de la longueur effective pour un câble recouvert de sa gaine est obtenue en pré- voyant des conduits d'évacuation ou d'imprégnation en divers points de l'enveloppe.
Avant l'introduction de. l'huile, le câble peut être traité au moyen d'une vapeur condensable en liquide ou solide à la température normale du câble, ainsi qu'il est décrit dans les brevets Anglais No.7205 et 28.286. On peut réduire le temps né- cessaire à l'imprégnation et rendre celle-ci plus parfaite en contrôlant convena- blement la température, et/ou en contrôlant la pression extérieure du câble, ainsi qu'il sera expliqué par la suite.
Dans certains cas' particuliers utilisant un composé d'imprégnation dont le point de fusion est à une température plus élevée que celle à laquelle peut être soumis le câble pendant son service normale, le composé peut être formé pendant l'imprégnation qui suit le placement de l'enveloppe. A cet effet on ap- plique un composant (par exemple de la cire ou de la gelée) sur le papier séché, (ou papier traité à l'éther) servant à l'opération d'isolement du câble, puis on imprégne ce câble par les méthodes ici décrites au moyen d'une huile de viscositê
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convenable de manière que la combinaison, résultant dela cire ou de la gelée avec l'huile, forme un composé d'imprégnation présentant les caractéristiques physiques et électriques voulues.
Par ce procédé, la durée d'imprégnation est réduite puis- que le volume de composé qui doit passer dans le câble est moindre et la vitesse d'écoulement est accrue en vertu de la viscosité plus faible de l'huile que celle du composé résultant. Dans ce procédé, il est nécessaire de régler la tempéra- ture en utilisant une des méthodes de contrôle décrite par la suite, afin que la combinaison des deux composantes puisse s'effectuer d'une manière permettant de réaliser le procédé d'imprégnation en un temps suffisamment court après que l'en- veloppe a été placée.
@
On a trouvé que le temps nécessaire pour effectuer l'évacuation d' un câble avec gaine de plomb, est approximativement égal à celui donné par la for- mulet
EMI3.1
p = o 1 kt + "C"2 dans laquelle ,
Po est la pression initiale du gaz dans le câble recouvert de sa gaine.
P est la pression maximum du gaz dans le dit câble au temps t est la longueur effective du câble, c'est-à-dire la distance maximum de la station de pompage. k est.une constante qui dépend de la résistance longitudinale du câble aux gaz s'écoulant et du volume de gaz par unité de câble.
Dans les câbles du type considéré où aucune précaution spéciale n' est faite pour l'écoulement longitudinal, tels que des conduits pour l'huile, etc. k est de valeur comparativement grande. Il est nécessaire aussi que de tels câ- bles soient faits en longueurs d'amplitudes considérables (de l'ordre de 200 à 400 yards ou 180 à 360 mso)a Il s'ensuit que même si des stations de pompage sont prévues aux deux extrémités de la langueur L du câble, de manière que a@ = L, le temps voulu pour réduire P à la valeur requise sera incommodément long.
La valeur de P au moment de l'admission du liquide d'imprégnation dans le câble a été trouvée d'importance considérable en déterminant la qualité du câble imprégné d' huile, puisque l'introduction de gaz dans l'isolant favorise la détérioration de
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cet isolant sous l'action des forces électriques et affecte éventuellement sa rupture.
On a donc proposé de prévoir des ouvertures dans l'enveloppe du câble en un ou plusieurs points, de faire le vide en ces points, et de réduire ain si la longueur effective du câble. Pour arriver à ce but, l'enveloppe présente un ou plusieurs trous forés.en des points intermédiaires, et un joint de plombier est fait avec un tube qui peut être relié à une pompe. Il est préférable de de-* tendre légèrement l'enveloppe en plomb à l'embouchure du tube de manière à assu- rer en ce point un accès libre à l'air. Le relâchement de l'enveloppe en ce point, réduit considérablement l'effet de résistance produit par l'interposition inévi- table desspires d'enroulement de l'isolant antre le trou dans l'enveloppe et le que toron.
On a trouve/quand les dites ouvertures sont prévues de cette manière, la résistance d'une ouverture située au point milieu d'un câble à l'une de ses ex- trémités peut être réduite à 1.08 R ou @R= la résistance totale de la longueur de câble, tandis que sans relâchement du plomb, la valeur peut être de l'ordre de 3R et plus. L'huile d'imprégnation peut alors être introduire à chaque extrémité du câble ou en autant de points , qu'on le désire. Cependant de préférence après l'évacuation, les tubes sont enlevés en chauffant, par exemple au moyen d'un ap- pareil à souder aux points, l'embouchure du tube afin de fermer l'enveloppe en ce point et de déconnecter le tube qui peut alors être enlevé. L'imprégnation du câble se fait alors de la manière décrite ci-après.
Quand l'imprégnation d'huile dans le câble doit être précédée d'une imprégnation de vapeur, le câble doit être séché avant d'être recouvert de son enveloppe. Un flux d'air sec et chaud passe à travers le câble d'une de ses ex- trémités après son recouvrement, et cela de préférence par aspiration à faible pression, les extrémités du câble étant inversées de temps en temps. On cesse ensuite de fournir de l'air et l'évacuation commence. Au bout d'un temps déter- miné, un nouveau séchage peut encore être fait en introduisant un flux d'air chaud, et après cela une vapeur est introduite pour se substituer à l'air. Le vide est ensuite appliqué aux deux extrémités du câble, puis l'imprégnation d' huile peut commencer.
Si de la vapeur est introduite des deux extrémités de la longueur effective du câble en grande quantité dans un flux d'air chaud et soc, la section centrale de la longueur effective du câble étant refroidie d'abord
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puis l'ensemble du câble pouvant se refroidir ensuite, la vapeur se condense dans le câble et la quantité de cette vapeur est graduée sur toute la longueur, la par- tie centrale contenant la majeure partie. Quand le câble est froid, l'évacuation finale commence et le chauffage est alors appliqué. Comme la température du câ- ble s'élève, la matière vaporisable accroît la pression, et cet accroissement s' exerçant particulièrement sur la section centrale de la longueur effective ne di- late pas seulement l'air mais accélère le procédé d'évacuation.
Ce procédé peut être étendu en graduant la température du câble, de sorte que cette température tombe du centre de la longueur effective aux extrémités auxquelles les pompes sont placées. La pression de vapeur de la matière décroît donc avec condensation partielle à mesure que l'on approche des extrémités, et le gradient de pression forçant l'air aux extrémités est accru. Si après cela la température peut s'éle- ver progressivement du centre vers les extrémités, le gradient de pression (en unités de pression par unité de longueur) peut s'accroître progressivement et l' évacuation de l'air résiduel est accélérée et rendue plus efficace.
Une méthode modifiée pour obtenir une concentration de la matière vaporisable au centre de la longueur est l'application de la matière sous forme liquide aux points voulus dans le câble non recouvert, immédiatement avant le re- couvrement, Dans de tels cas, les opérations de séchageet d'évacuation qui sui- vent le recouvrement doivent être réalisées avec soin pour éviter l'évacuation de la vapeur.
Dans cette méthode, il peut être désirable dnfermer la matière vaporisable dans des réservoirs ayant des sorties fusibles, le point de fusion de la matière dont sont faites ces sorties étant à une température égale approxima- tivement à celle pour laquelle la pression de vapeur de la matière vaporisable devient appréciable (par exemple 5 - 10 mms)o
Les dits réservoirs, qui peuvent être en métal, sont introduits dans les interstices du toron, ou en quelqu'autres pointe convenables du câble, avant le placement de l'enveloppe. La matière vaporisable doit avoir les carac- téristiques requises de pression et de température.
En général des matières qui ont une pression de vapeur de 20 à 30 mms. à la température finale seront utili- sées, telles que la naphtalène de méthyle ayant une pression de vapeur de 20 mms. à 120 centigrades.
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On a trouvé que l'imprégnation de vapeur permet une réduction consi dérable de la longueur effective du câble et par suite réduit le nombre d'ouver- tures nécessaires à prévoir dans l'enveloppe. Quand de l'huile est introduire en deux points d'un câble, les deux flux d'huile se meuvent l'un vers l'autre pour effectuer leur jonction et l'imprégnation totale, chassant l'atmosphère individuel- le contenue dans la longueur du câble entre les deux ouvertures. Si cette atmos- phère résiduelle est un gaz, une poche se formera entre les deux flux dans la ré- gion du point milieu de la longueur du câble comprise entre les points d'alimen- tation. Cette poche de gaz empêche l'huile de passer en vertu de la contre-pres- sion produite et l'imprégnation totale est empêchée.
On a proposa ci-dessus de prévoir une ouverture au point milieu, de sorte que les gaz accumulés peuvent être pompés par la dite ouverture. De cette manière la longueur effective d'imprégna- tion sera réduite à approximativement un quart, comparée au cas de l'introduc- tion de l'huile en un point et du pompage du gaz à l'autre point. Un effet sem- blable à celui produit en prévoyant une ouverture peut être obtenu par l'imprégna- tion de vapeur. Dans ce cas l'atmosphère résiduelle accumulée entre les deux flux d'huile consiste en vapeur qui se condense comme les deux flux d'huile s'ap- prochent l'un de l'autre, de sorte que les deux flux peuvent éventuellement se rencontrer et l'imprégnation peut se terminer.
Ainsi quand un câble de longueur L est pourvu d'un nombre impair d'ouvertures n (auxiliaires aux extrémités du cêble de sorte que la longueur du câble entre chaque ouverture est L/ (n+ 1), la longues effective, sans imprégnation de vapeur, sera L/ (n + 1) (puisque le câble peut être alimenté aux deux extrémités et aux ouvertures alternées pourvu qu'une ouver- ture d'alimentation ne soit pas adjacente d'une extrémité) tandis que la longueur effective pour l'imprégnation sera L/2 (n+1). Donc si la longueur effective re- quise est L/ (n+l) au moyen d'imprégnation de vapeur il est possible d'éliminer (n+l) /2 ouvertures.
N.B. - Pour un câble avec deux extrémités plus n (impair) ouvertures n-1/2 + 1 sont des ouvertures d'aspiration. n-1 sont des ouvertures d'alimentation
2
Soit par exemple 6 ouvertures.
5-1/2 +1=3 ouvertures d'aspiration.
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5-1/2 = 2 ouvertures d'alimentation (plus les deux extrémités).
La vitesse d'imprégnation de l'huile dans un câble vide d'air peut encore être accrue par un contrôle convenable de la température. Ainsi si un courant circule dans le conducteur, sa température et celle de l'isolant voisin peut être accrue. On réduit de la sorte la viscosité de l'huile et on aide l' imprégnation. Puisque la résistivité thermique de l'isolant non imprégné et vide d'air est plusieurs fois plus grande que celle de l'isolant imprégné, l'applica- tion de courant au conducteur provoquera en plus un accroissement de la tempéra- ture longitudinalement le long du toron, de sorte que la résistance fluide par unité de longueur (après que l'huile a progressé d'une distance considérable sous le toron) à la chute de l'onde de l'huile est considérablement moindre que la résistance par unité de longueur à l'entrée du câble.
Cette gradation de tempé- rature le long du câble peut être aidée en élevant la température de l'enveloppe à quelque distance de l'extrémité d'alimentation. La condition limite est que la température maximum à laquelle l'isolant peut être soumis soit observée. Dans certains cas, la chute de température à travers le diélectrique non imprégné peut être si grande que le courant de circulation dans le conducteur amène le cuivre à une température très haute.
Dans ce cas le procédé inverse de chauffage de l' enveloppe peut être employé, c'est-à-dire que l'on peut donner la température ma- ximum permise au conducteur pour la température minimum obtenable de l'enveloppe et la température de l'enveloppe aux extrémités d'alimentation peut être élevée après imprégnation aux extrémités afin de maintenir la température du cuivre aux extrémités jusqu'à ce que la température maximum de l'enveloppe soit compatible avec la pression utilisée.
Le contrôle de la température le long du câble peut s'effectuer en chauffant le conducteur (courant électrique de circulation), ou en contrôlant la température de l'enveloppe en diverses sections le long du câble, ou par une combinaison de ces deux méthodes de contrôle.
Le contrôle de la température de l'enveloppe aux diverses sec- tions de la longueur du câble peut être mieux effectué par une méthode quelconque de chauffage électrique. Le câble peut être immergé dans un bain fluide (gaz ou liquide) qui est maintenu à un niveau quelconque voulu de température, et un des
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types suivants de chauffage électrique peut être employé pour produire la grada- tion requise des températures le long du câble. Un courant électrique (courant continu ou alternatif) peut circuler dans l'enveloppe qui peut être pourvue d'un nombre quelconque de dérivations;, ainsi qu'il est montré fig.l. Le court-circuita- ge d'une paire de dérivations produira dans l'enveloppe, entre cesdérivations, un refroidissement du niveau de température basique du fluide ambiant.
Par exemple le court-circuitage de la dérivation Ee provoquera un refroidissement de la sec- tion du câble EX.e. Si la connexion Ee est faite à travers une résistance, une partie du courant circulant continue à passer autour de la section EXe, et la tem- pérature de cette section peut être maintenue à un niveau compris entre celui du restant de la longueur du câble et le niveau de température basique du fluide am- biant. Dans les cas où seulement deux dérivations sont utilisées, la longueur du câble est divisée en trois sections, et un courant alternatif triphasé peut être utilisé dont les phases ne sont pas équilibrées afin de fournir des variations dans la température d'une section à une autre.
Dans ce cas il y a un déséquili- brage dû à la self induction de l'enveloppe, et cette caractéristique peut deve- nir un avantage en réduisant le chauffage dans u::e section du câble par le con- trôle de la rotation de phase. En général un courant à phases Multiplex peut être utilisé, le nombre de phases correspondant au nombre de sections dans les- quelles on désire diviser la longueur du câble pour varier le gradiant de tempé- rature longitudinal.
On a trouvé préférable d'appliquer le courant électrique au moyen d'un ruban fibreux, par exemple en asbeste, dans lequel les éléments de chauffage sont placés. Un tel ruban peut être appliqué sur l'enveloppe comme un recouvre- ment hélicoïdal. Les éléments de chauffage peuvent être disposés ainsi qu'il est montré figures 2 ou 3, de manière que l'ajustement du circuit à l'extrémité du ruban T provoquera la variation de l'effet de chauffe le long du câble. L'emploi d'un tel ruba introduit des avantages pour la circulation du courant dans l'en- veloppe elle-même, en ce qu'il n'est pas nécessaire de prévoir des dérivations sur l'enveloppe en des points qui peuvent être inacessibles quand le câble est enroulé sur un tambour.
Le ruban permet aussi l'emploi de courants à plus hauts voltages (par exemple 220 volts) qui sont d'un emploi plus convenable en pratique
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et qui permettent de réduire le courant de circulation avec pour résultat une ré- duction des effets inductifs. Ces effets peuvent être de plus réduite et rendus négligeables par l'arrangement des circuits élémentaires de chauffe dans le ru- ban sous la forme d'enroulements bifilaires bien connus dans lesquels les effets inductifs d'un conducteur sont complètement annulée par les effets inductifs d' un conducteur de retour correspondant. Le ruban peut aussi comprendre des con- ducteurs à hautes résistances pour la mesure de la température par des change- ments de résistances.
Ces conducteurs peuvent être arrangés de manière que la température dans la région d'une section quelconque de la longueur du câble puis- se être déterminée exactement. On a aussi trouvé que le contrôle de la tempéra- ture le long du câble peut être obtenu en appliquant des rubans du type décrit autour du noyau d'un tambour sur lequel le câble est enroulé, ainsi qu'à travers le câble enroulé sur le tambour. Dans ce cas le câble est arrangé sur le tambour en deux couches, ainsi qu'il est montré fig.4. Les circuits du ruban peuvent être disposés de manière à obtenir un effet semblable à celui obtenu par l'arran- gement de la figure 1, et les sections de la longueur du câble ont été désignées par des lettres d'une manière correspondante sur la figure 4.
La chaleur produi- te dans le ruban intérieur sera transmise à travers la couche extérieure du câble aussi bien qu'à travers la couche intérieure, mais cela est sans importance puis- que le câble est arrangé de manière que les sections correspondantes des deux moi, tiés de la longueur du câble sont adjacentes. Cette méthode de contrôle de la température longitudinale est commode en ce que l'enroulement (et par suite l'en- lèvement) du ruban sur chaque longueur de câble traité est évitée, puisque les tambours utilisés dans le procédé peuvent être équipés d'une manière permanente avec un ruban intérieur, et peuvent être rapidement pourvus avec un ruban exté- rieur après que le câble a été placé sur le tambour, en enroulant le ruban sur le tout et en le fixant au moyen d'un dispositif tel que montré figure 5.
La pression qui peut être appliquée en introduisant l'huile d'im- prégnation, dépend de la résistance à la dilatation de l'enveloppe en plomb. Un accroissement à cette pression peut avoir lieu si le câble est immergé dans un fluide sous pression, de sorte que la différence de pression de l'intérieur à l'extérieur de l'enveloppe soit diminuée par ce moyen. Il est vrai que par ce procédé la pression de l'extérieur vers l'intérieur sera accrue aux points de 1'
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enveloppe près des parties de l'isolant qui ne sont pas imprégnés ou qui sont partiellement imprégnées, puisque la pression intérieure en ces points s'ap- proche de zéro, mais on sait que les enveloppes de câbles sont plus résistantes aux pressions extérieures qu'aux pressions intérieures.
On a trouvé qu'une en- veloppe de câble qui peut résister à 2 1/2 unités de pression interne, peut ré- sister à une pression externe de a 1/2 unités. Donc si la pression externe est élevée d'une unité, la pression appliquée à l'huile d'imprégnation peut être ac- crue d'une unité, et le procédé d'imprégnation sera donc accéléré d'une manière correspondante puisque le temps d'imprégnation est toujours inversement propor- tionnel à la pression appliquée en introduisant l'huile.
Le fluide ambiant peut avoir sa pression accrue à mesure que le procédé avance, afin que la pression maximum de l'extérieur vers l'intérieur puisse être maintenue à la valeur voulue, soit 3 1/2 unités, et que la pression maximum de l'intérieur vers l'extérieur aux extrémités d'alimentation puisse être limitée à la valeur convenable, soit 2'1/2 unités. Cela est montré schématiquement figure 5. Cette figure montre un câble placé dans un réservoir à pression contenant un fluide. Trois condi- tions sont représentées.
Puisque des enveloppes en plomb et en alliage de plomb sont plus résistantes à la dilatation aux basses températures, il est avantageux de maintenir l'enveloppe à la température pratiquement la plus basse et d'utili- ser le conducteur de chauffe comme décrit ci-dessus pour réduire la viscosité de l'huile se déplaçant le long du conducteur, tout en appliquant la pression ma- ximum permise à l'huile à son introduction.
La vitesse permise de refroidissement du câble peut être accrue par un contrôle semblablement gradué de la température. En refroidissant l'en- veloppe avant le noyau (courant circulant dans le conducteur), et en refroidis- sant les sections centrales avant les sections d'extrémités (courant circulant dans les sections d'extrémités de l'enveloppe, ou chauffage inégal appliqué le long du câble par des rubans sur celui-ci ainsi que montré aux figures 2 et 3, eu sur le tambour ainsi que montré figure 4) il est possible d'accélérer le re- froidissement.
On a trouve que pour une forme donnée de câble de longueur con- stante, refroidie en sections EX et eX, DE et de, CD et cd, BC et bc, etc..... ainsi que montré figures 1 et 4, la vitesse permise de refroidissement peut âtre accélérée ainsi-qu'il est montré ci-dessous.
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Nombre de dérivations Temps de refroidissement Heures - 4.50
20 7. 32
5 15.84
3 23.40
1 60,8
Quand l'huile est fournie dans le câble sous pression pendant le refroidissement en plus qu'un point, il convient d'avoir différentes pressions à l'une ou plusieurs des diverses entrées de manière qu'il y ait un léger flux d' un point à un autre. Un trop rapide refroidissement aux points situés entre ceux d'alimentation réduit ce flux et indique par des lectures faites aux points d'en- trée que le refroidissement a lieu trop rapidement.
REVENDICATIONS.
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1 - Câble électrique à haute tension dans lequel l'évacuation et/ ou l'imprégnation est accélérée en réduisant la longueur effective du câble.
2-Câble électrique armé à haute tension dans lequel des ouvertu- res sont prévues dans l'enveloppe en un ou plusieurs points intermédiaires de sa longueur, de telle sorte que la longueur effective du câble dans le but de l'é- vacuation et/ou de l'imprégnation est réduite.
3 - Câble électrique à haute tension, suivant les revendications 1 ou 2, dans lequel les ouvertures dans l'enveloppe correspondent à des tubes dont la forme est telle qu'il y ait une résistance minimum au fluide en ces pointa.
4 - Câble électrique à haute tension dans lequel de la matière va- porisable est utilisée pour prévoir une atmosphère résiduelle s'approchant d'une vapeur pure, de manière que de l'huile introduite aux deux extrémités du câble puisse imprégner complètement celui-ci sans produire de gaz résiduel au point de jonction des flux provenant des points d'introduction, la longueur effective du câble étant ainsi divisée en deux moitiés entre les points d'introduction de l'huile.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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IMPROVEMENTS IN THE MANUFACTURING OF ELECTRIC CABLES,
In the manufacture of oil-impregnated electric cables, the cable without its casing or sheath is ordinarily placed in a chamber where a vacuum is made, then the oil is introduced so that the insulation, which covers the cable, becomes impregnated with this oil. This process is very expensive and the oil in the chamber has to be used several times with the inevitable introduction of impurities. In addition, the process subsequently applied for the placement of the casing or sheath tends to reduce the qualities of the insulation, and special precautions must be taken to avoid contamination of the insulation by gases such as. air, humidity, etc. ....
We know that in the case
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special cables where special paths or conduits are provided and where a comparatively low viscosity impregnation compound is used (eg BP 251.670, oil less than 6 viscosity at 60 centigrade) a satisfactory impregnation can be achieved introducing the compound after the lead envelope has been placed.
It has also been proposed to introduce the impregnating compound after the lead shell is applied to cables which do not have special conduits or paths and which use a compound of normal viscosity, but this process has hitherto found to be uneconomical because of the considerable time required to effect a perfect evacuation of the cable before introducing the oil, and also because of the long time required to carry out the desired impregnation, which moreover can never be complete with the means known to date.
The present invention, which relates to a method and procedures for its application, makes it possible to eliminate the above-mentioned difficulties in the case of the evacuation and the impregnation of a cable after the entrapment of lead. has been applied. For high voltage electric cables, provision has been made for accelerated evacuation and / or impregnation by reducing the effective length of the cable. According to one of the characteristic facts of the invention, this reduction in the effective length for a cable covered with its sheath is obtained by providing evacuation or impregnation conduits at various points of the envelope.
Before the introduction of. oil, the cable can be treated by means of a vapor condensable in liquid or solid at the normal temperature of the cable, as described in English Patents Nos. 7205 and 28.286. The time required for impregnation can be reduced and the impregnation more perfect by suitably controlling the temperature, and / or by controlling the external pressure of the cable, as will be explained later.
In some special cases using an impregnating compound whose melting point is at a temperature higher than that to which the cable may be subjected during normal service, the compound may be formed during the impregnation following the placement of the cable. the envelope. To this end, a component (for example wax or jelly) is applied to the dried paper (or paper treated with ether) serving for the operation of isolating the cable, then this cable is impregnated. by the methods described here using an oil of viscosity
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suitable so that the resulting combination of the wax or jelly with the oil forms an impregnating compound exhibiting the desired physical and electrical characteristics.
By this process, the impregnation time is reduced since the volume of compound which has to pass through the cable is less and the flow rate is increased by virtue of the lower viscosity of the oil than that of the resulting compound. . In this process, it is necessary to control the temperature using one of the control methods described later, so that the combination of the two components can take place in such a way that the impregnation process can be carried out in one. sufficiently short time after the envelope has been placed.
@
It has been found that the time required to perform the evacuation of a cable with a lead sheath is approximately equal to that given by the formula
EMI3.1
p = o 1 kt + "C" 2 in which,
Po is the initial gas pressure in the cable covered with its sheath.
P is the maximum gas pressure in said cable at time t is the effective length of the cable, that is to say the maximum distance from the pumping station. k is a constant which depends on the longitudinal resistance of the cable to flowing gases and on the volume of gas per unit of cable.
In cables of the type in question where no special precautions are taken for longitudinal flow, such as oil conduits, etc. k is of comparatively large value. It is also necessary that such cables be made in lengths of considerable amplitude (of the order of 200 to 400 yards or 180 to 360 mso). It follows that even if pumping stations are provided at both ends of the length of the cable L, so that a @ = L, the time required to reduce P to the required value will be inconveniently long.
The value of P at the time of admission of the impregnating liquid into the cable has been found to be of considerable importance in determining the quality of the oil impregnated cable, since the introduction of gas into the insulation promotes the deterioration of the cable.
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this insulator under the action of electric forces and possibly affects its rupture.
It has therefore been proposed to provide openings in the casing of the cable at one or more points, to create a vacuum at these points, and thus to reduce the effective length of the cable. To achieve this goal, the casing has one or more drilled holes at intermediate points, and a plumber's joint is made with a tube which can be connected to a pump. It is preferable to loosen the lead casing slightly at the mouth of the tube so as to ensure free access to air at this point. Relaxation of the envelope at this point considerably reduces the effect of resistance produced by the inevitable interposition of the spirals of winding of the insulation between the hole in the envelope and the strand.
It has been found / when the said openings are provided in this way, the resistance of an opening located at the midpoint of a cable at one of its ends can be reduced to 1.08 R or @ R = the total resistance of the cable length, while without loosening of the lead, the value can be on the order of 3R and more. The impregnation oil can then be introduced at each end of the cable or at as many points as desired. However, preferably after evacuation, the tubes are removed by heating, for example by means of a spot welding device, the mouth of the tube in order to close the casing at this point and to disconnect the tube which. can then be removed. The impregnation of the cable is then carried out in the manner described below.
When the oil impregnation in the cable is to be preceded by vapor impregnation, the cable must be dried before being covered with its casing. A flow of dry and hot air passes through the cable from one of its ends after it has been covered, and this preferably by low pressure suction, the ends of the cable being inverted from time to time. The supply of air is then stopped and the evacuation begins. At the end of a fixed time, further drying can be done by introducing a flow of hot air, and after that a steam is introduced to replace the air. Vacuum is then applied to both ends of the cable and then oil impregnation can begin.
If steam is introduced from both ends of the effective cable length in large quantity into a hot air stream and ploughshare, the middle section of the effective cable length being cooled first
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then the whole of the cable can then be cooled, the vapor condenses in the cable and the quantity of this vapor is graduated over the entire length, the central part containing the major part. When the cable is cold, final discharge begins and heat is applied. As the temperature of the cable rises, the vaporizable material increases the pressure, and this increase particularly on the central section of the effective length not only expands the air but speeds up the evacuation process.
This process can be extended by graduating the temperature of the cable, so that this temperature falls from the center of the effective length to the ends at which the pumps are placed. The vapor pressure of the material therefore decreases with partial condensation as one approaches the ends, and the pressure gradient forcing air into the ends is increased. If after that the temperature can gradually rise from the center to the ends, the pressure gradient (in pressure units per unit length) can gradually increase and the evacuation of residual air is accelerated and rendered more efficient.
A modified method of obtaining a concentration of the vaporizable material at the center of the length is the application of the material in liquid form to the desired points in the uncoated cable, immediately before the covering. In such cases, the operations of drying and evacuation following the covering must be carried out with care to prevent the evacuation of steam.
In this method, it may be desirable to enclose the vaporizable material in tanks having fusible outlets, the melting point of the material from which these outlets are made being at a temperature approximately equal to that at which the vapor pressure of the vapor. vaporizable material becomes appreciable (for example 5 - 10 mms) o
Said reservoirs, which may be made of metal, are introduced into the interstices of the strand, or at some other suitable point of the cable, before the placement of the casing. The vaporizable material must have the required pressure and temperature characteristics.
Usually materials that have a vapor pressure of 20 to 30 mms. at the final temperature will be used, such as methyl naphthalene having a vapor pressure of 20 mms. at 120 centigrade.
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It has been found that the vapor impregnation allows a considerable reduction in the effective length of the cable and therefore reduces the number of openings necessary to be provided in the casing. When oil is introduced at two points of a cable, the two oil flows move towards each other to effect their junction and total impregnation, expelling the individual atmosphere contained in the cable length between the two openings. If this residual atmosphere is a gas, a pocket will form between the two flows in the region of the midpoint of the length of the cable between the feed points. This gas pocket prevents the oil from passing by virtue of the produced back pressure and total impregnation is prevented.
It has been proposed above to provide an opening at the midpoint, so that the accumulated gases can be pumped through said opening. In this way the effective impregnation length will be reduced to approximately one quarter, compared to the case of introducing oil at one point and pumping gas at the other point. An effect similar to that produced by providing an opening can be obtained by impregnating with vapor. In this case the residual atmosphere accumulated between the two oil streams consists of vapor which condenses as the two oil streams approach each other, so that the two streams can eventually be separated. meet and impregnation can end.
So when a cable of length L is provided with an odd number of openings n (auxiliary at the ends of the cable so that the length of the cable between each opening is L / (n + 1), the longest effective, without vapor impregnation , will be L / (n + 1) (since the cable can be fed at both ends and at alternate openings provided that a feed opening is not adjacent to one end) while the effective length for the impregnation will be L / 2 (n + 1) So if the required effective length is L / (n + 1) by means of vapor impregnation it is possible to eliminate (n + 1) / 2 openings.
N.B. - For a cable with two ends plus n (odd) openings n-1/2 + 1 are suction openings. n-1 are feed openings
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Or for example 6 openings.
5-1 / 2 + 1 = 3 suction openings.
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5-1 / 2 = 2 feed openings (plus both ends).
The rate of oil impregnation in a vacuum cable can be further increased by proper temperature control. Thus if a current flows in the conductor, its temperature and that of the neighboring insulation can be increased. In this way the viscosity of the oil is reduced and the impregnation is assisted. Since the thermal resistivity of the unimpregnated, air-void insulation is several times greater than that of the impregnated insulation, the application of current to the conductor will additionally cause an increase in temperature longitudinally along. of the strand, so that the fluid resistance per unit length (after the oil has progressed a considerable distance under the strand) to the wave drop of the oil is considerably less than the resistance per unit length. length at cable entry.
This temperature gradation along the cable can be aided by raising the temperature of the jacket some distance from the feed end. The limiting condition is that the maximum temperature to which the insulation can be subjected is observed. In some cases, the temperature drop across the unimpregnated dielectric can be so great that the current flowing through the conductor brings the copper to a very high temperature.
In this case the reverse method of heating the casing can be employed, that is to say that the maximum temperature allowed to the conductor can be given for the minimum obtainable temperature of the casing and the temperature of. the envelope at the supply ends can be raised after impregnation at the ends in order to maintain the temperature of the copper at the ends until the maximum temperature of the envelope is compatible with the pressure used.
Temperature control along the cable can be accomplished by heating the conductor (circulating electric current), or by controlling the temperature of the jacket in various sections along the cable, or by a combination of these two methods of control.
The control of the jacket temperature at the various sections of the cable length can best be accomplished by any method of electric heating. The cable can be immersed in a fluid bath (gas or liquid) which is maintained at any desired level of temperature, and one of the
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The following types of electric heating can be used to produce the required temperature gradation along the cable. An electric current (direct or alternating current) can circulate in the enclosure which can be provided with any number of taps ;, as shown in fig.l. Short-circuiting a pair of taps will produce cooling of the basic temperature level of the ambient fluid in the envelope between these taps.
For example, short-circuiting the Ee branch will cause the section of the EX.e cable to cool. If the Ee connection is made through a resistor, part of the current flowing continues to pass around the EXe section, and the temperature of this section can be kept at a level between that of the rest of the cable length and the basic temperature level of the ambient fluid. In cases where only two taps are used, the length of the cable is divided into three sections, and three-phase alternating current can be used whose phases are not balanced in order to provide variations in temperature from one section to another. .
In this case there is an imbalance due to the self induction of the envelope, and this characteristic can become an advantage by reducing the heating in a section of the cable by controlling the rotation of the cable. phase. In general a multiplex phase current can be used, the number of phases corresponding to the number of sections in which it is desired to divide the length of the cable to vary the longitudinal temperature gradient.
It has been found preferable to apply the electric current by means of a fibrous tape, for example of asbestos, in which the heating elements are placed. Such tape can be applied to the casing as a helical cover. The heating elements can be arranged as shown in Figures 2 or 3, so that the adjustment of the circuit at the end of the tape T will cause the heating effect to vary along the cable. The use of such a ruba introduces advantages for the flow of current in the casing itself, in that it is not necessary to provide taps on the casing at points which can be inaccessible when the cable is wound on a drum.
The tape also allows the use of currents at higher voltages (for example 220 volts) which are more suitable in practice.
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and which allow the circulating current to be reduced resulting in a reduction in inductive effects. These effects can be further reduced and made negligible by the arrangement of the elementary heating circuits in the ru- ban in the form of well-known bifilar windings in which the inductive effects of a conductor are completely canceled out by the inductive effects of 'a corresponding return conductor. The tape may also include high resistance conductors for temperature measurement by changes in resistance.
These conductors can be arranged so that the temperature in the region of any section of the length of the cable can be determined exactly. It has also been found that temperature control along the cable can be achieved by applying tapes of the type described around the core of a drum on which the cable is wound, as well as through the cable wound on the cable. drum. In this case the cable is arranged on the drum in two layers, as shown in fig. 4. The ribbon circuits can be arranged so as to achieve an effect similar to that obtained by the arrangement of Figure 1, and the sections of the length of the cable have been designated by letters in a corresponding manner in the figure. 4.
The heat produced in the inner tape will be transmitted through the outer layer of the cable as well as through the inner layer, but this is irrelevant since the cable is arranged so that the corresponding sections of the two moi, ties of the cable length are adjacent. This method of longitudinal temperature control is convenient in that the winding (and hence removal) of the tape on each length of treated cable is avoided, since the drums used in the process can be fitted with a permanently with an inner tape, and can be quickly provided with an outer tape after the cable has been placed on the drum, by winding the tape all over and securing it by means of a device as shown in figure 5.
The pressure which can be applied by introducing the impregnating oil depends on the resistance to expansion of the lead shell. An increase in this pressure can take place if the cable is immersed in a pressurized fluid, so that the pressure difference from the inside to the outside of the casing is reduced by this means. It is true that by this process the pressure from the outside to the inside will be increased at the points of 1 '
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envelope near those parts of the insulation which are not impregnated or which are partially impregnated, since the internal pressure at these points approaches zero, but it is known that cable envelopes are more resistant to external pressures than to internal pressures.
It has been found that a cable wrap which can withstand 2 1/2 units of internal pressure can withstand an external pressure of 1/2 units. So if the external pressure is raised by one unit, the pressure applied to the impregnating oil can be increased by one unit, and the impregnation process will therefore be accelerated in a corresponding manner since the time d The impregnation is always inversely proportional to the pressure applied by introducing the oil.
The ambient fluid can have its pressure increased as the process progresses, so that the maximum pressure from the outside to the inside can be maintained at the desired value, i.e. 3 1/2 units, and the maximum pressure of l The inside to the outside at the feed ends can be limited to the appropriate value, ie 2'1 / 2 units. This is shown schematically in Figure 5. This figure shows a cable placed in a pressure vessel containing a fluid. Three conditions are represented.
Since lead and lead alloy casings are more resistant to expansion at low temperatures, it is advantageous to keep the casing at substantially the lowest temperature and to use the heating conductor as described above. to reduce the viscosity of the oil moving along the conductor, while applying the maximum allowable pressure to the oil when it is introduced.
The allowable rate of cable cooling can be increased by similarly graduated temperature control. By cooling the casing before the core (current flowing through the conductor), and cooling the central sections before the end sections (current flowing in the end sections of the casing, or uneven heating applied along the cable by tapes thereon as shown in Figures 2 and 3, or on the drum as shown in Figure 4) it is possible to accelerate the cooling.
It has been found that for a given form of cable of constant length, cooled in sections EX and eX, DE and de, CD and cd, BC and bc, etc ..... as shown in figures 1 and 4, the The allowable cooling rate can be accelerated as shown below.
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Number of taps Cooling time Hours - 4.50
20 7. 32
5 15.84
3 23.40
1 60.8
When oil is supplied to the cable under pressure during cooling at more than one point, different pressures should be had at one or more of the various inlets so that there is a slight flow of one point. point to another. Cooling too quickly at the points between the feed points reduces this flow and indicates by readings at the entry points that cooling is taking place too quickly.
CLAIMS.
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1 - High voltage electrical cable in which evacuation and / or impregnation is accelerated by reducing the effective length of the cable.
2-Armored high voltage electric cable in which openings are provided in the casing at one or more intermediate points of its length, so that the effective length of the cable for the purpose of evacuation and / or impregnation is reduced.
3 - High voltage electric cable according to claims 1 or 2, wherein the openings in the casing correspond to tubes whose shape is such that there is a minimum resistance to the fluid at these points.
4 - High voltage electric cable in which vaporizable material is used to provide a residual atmosphere approaching pure vapor, so that oil introduced at both ends of the cable can completely impregnate the latter without producing any residual gas at the junction point of the flows coming from the points of introduction, the effective length of the cable thus being divided into two halves between the points of introduction of the oil.
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