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Dispositif de traversée pour courants à haute tension, du type a condensateur enroulé, et procédé pour sa fabrication.
Il existe des dispositifs de traversée pour courants a haute tension du type a condensateur enroulé, dans lesquels l'enroulement constituant la partie principale supportant les efforts électriques est noyé dans une masse isolante durcie par cuisson. Des dispositifs de traversée de ce genre n'offrent pas de garantie pour le maintien permanent des propriétés d'isola- tion.
Non seulement les masses isolantes utilisées le plus sou- vent a cet effet ne se prêtent pas bien a l'imprégnation par- faite de la partie enroulée, même sicelle-ci n'est enrouléeque de manière lâche, mais aussi la cuisson ou le durcissement subsE quent de la masse isolante donne lieu à toutes sortes d'incon- vénients, qui ont tendance surtout a affecter défavorablement les propriétés d'isolation, en particulier lorsqu'il s'agit d'une structure lâche de la partie enroulée.
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La présente invention se rattache à ce genre de dispositifs de traversée a haute tension, ;nais cherche a main- tenir la masse isolante dans la partie enroulée, en l'espèce le liquide d'imprégnation (huile) inaltérée dans son état original et hermétiquement scellée vers l'extérieur, de sorte qu'aucune altération de la nature du liquide d'imprégnation et par conséquent aucun amoindrissement des propriétés d'isola- tion ne peut avoir lieu. Ce n'est que de cette façon qu'on peut réaliser des dispositifs de traversée, du type à condensateur enroulé, avec des propriétés d'isolation restant toujours également bonnes.
L'invention se caractérise en ce que l'en- roulement cylindrique constituant la partie principale suppor- tant les efforts électriques, enroulée autour du boulon conduc- teur et formée d'une nappe de matière isolante avec des couches métalliques intermédiaires est jointivement entourée par une enveloppe isolante servant d'appui à l'ensemble de l'enroule- ment et est imprégnée d'un liquide isolant à introduire dans l'armature par l'effet du vide, l'enveloppe isolante étant scellée hermétiquement à ses extrémités, de sorte que le liquide isolant reste emprisonné dans la partie enroulée et que celle-ci est par suite protégée contre l'humidité, les gaz etc.
Pour la fabrication d'un dispositif de traversée de ce genre on procède, suivant l'invention, de la manière sui- . vante : On enroule a sec sur le boulon-conducteur une nappe de matière isolante (d'une largeur correspondant au moins à la longueur de l'enroulement ou sous forme de bande) avec des couches métalliques intermédiaires de façon à produire un enroulement serré de forme cylindrique, puis on entoure celui-ci jointivement et de façon à lui donner un appui,
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d'une enveloppe isolante qui peut consister en un tube isolant, en une manchette isolante ou en un bandage isolant, et on imprègne ensuite l'ensemble, par l'effet du vide, d'un liquide isolant, par exemple d'huile, après quoi on scelle l'enveloppe isolante hermétiquement à ses extrémités,
de faÇon à maintenir le liquide isolant emprisonné dans l'enroulement.
Le dessin annexé représente, a titre d'exemple, trois formes d'exécution du dispositif de traversée suivant l'inven- tion.
La fig. 1 représente la première forme d'exécution dans laquelle 1 désigne le boulon-conducteur sur lequel est engagé un enroulement cylindrique en papier 2, avec des couches métalliques intermédiaires 2a, enroulement qui est inséré d.ans un tube-enveloppe 3 en matière isolante, après quoi l'ensemble est imprégné, par l'effet du vide, d'un liquide isolant, respec- tivement d'ure huile isolante qui reste liquide à toutes les températures en question, alors que le tube-enveloppe 3 est scellé d'une manière étanche à ses deux extrémités au moyen de dispositifs d'obturation 4 et 5.
Le tube-enveloppe 3 donne à l'enroulement imprégné une solidité suffisante pour résister aux efforts mécaniques qui peuvent s'exercer sur le dispositif de traversée; il sert en outre de récipient pour le liquide isolant, ce pourquoi il est scellé de manière étanche à ses deux extrémités, et enfin il protège l'enroulement contre l'accès d'humidité, de saleté et de gaz et abrite par conséquent l'huile d'imprégnation contre des influences d'oxydation. Un autre avantage est encore que des actions photo-chimiques ne peuvent pas se manifester à l'intérieur du dispositif.
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Extérieurement, le tube-enveloppe 3 porte la bride de fixation 8 du dispositif.
La construction décrite permet d'obvier à tous les inconvénients inhérents aux dispositifs connus de ce genre, Elle permet surtout d'exposer le diélectrique à de grands efforts électriques et de réduire par conséquent les dimensions, en par- ticulier en épaisseur; il en résulte que le poids reste dans des limites plus étroites. La fabrication du dispositif est aussi rendue très simple. Le liquide d'imprégnation remplit tous les pores et autres espaces creux, de sorte que des endroits de combustion lente ne peuvent plus s'établir au sein de la partie enroulée.
Le dispositif résiste sans autre aux efforts mécaniques qui s'exercent sur le boulon lors de manifestations de court- circuits, ce boulon étant noyé dans une matière capable de résister a toute pression. La construction compacte et solide au point de vue mécanique, ainsi que la fe@meture hermétique du dispositif de traversée à haute tension, permet, contrairement aux dispositifs de traversée du type à bain d'huile, relative- ment lourds, de transporter aisément le nouveau dispositif dans toute position et d'en rendre le montage facile.
Le tube isolant 3 consiste avantageusement en papier enroulé sous pression ou toute matière isolante appropriée.
Les couches métalliques 2a, servant à la commande du champ électrique dans les directions axiale et radiale, ont la forme bien connue en usage dans les constructions de dispositifs de traversée, du type à condensateur; au lieu de feuilles en métal, on pourrait aussi incorporer des couches de matière semi- conductrice au corps isolant.
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Au lieu de papier on peut aussi employer une autre matière isolante sous forme de feuille ou de bande pour la. fa- brication de l'enroulement.2.
Avant l'introduction de l'enroulement dans le tube isolant 3, il est avantageusement enveloppé d'une forte bande isolante, de façon a empêcher tout déplacement des couches de papier lors de l'introduction de la partie enroulée dans le tube.
Le dispositif présente a son extrémité supérieure un espace 6 qui sert de chambre a expansion pour le liquide d'im- prégnation; 12 est le niveau de ce liquide. En effet, si la ma- tière dont consiste l'enroulement est très poreuse, elle absorbe une grande quantité de liquide, qui se dilate lors d'une aug- mentation de température, ce qui exige la présence d'un espace à expansion. Ce dernier est déterminé le plus simplement par brolongement du tube 3 au delà de l'enroulement 2. L'enroule-: méht 2 est toujours enfermé de manière étanche dans le tube 3.
L'air ou le gaz de remplissage se trouvant au-dessus du niveau du liquide est tout simplement un peu comprimé lors de la dila- tation de l'huile.
Si, pour une raison quelconque, le dispositif d'obtu- ration inférieur 5 du tube 3 venait a perdre son étanchéité, le dispositif de traversée ne serait pas encore en danger immédiat attendu que, grâce à la haute capacité d'absorption du papier e' des petites dimensions des espaces intermédiaires, le liquide reste pris dans l'enroulement, de sorte que l'efficacité du dispositif de traversée, au point de vue électrique, n'est amoindrie qu'insensiblement et qu'en aucun cas une destruction immédiate n'aura lieu.
Suivant les expériences, le dispositif peut encore rester une bonne période de temps'en service et il est de la sorte possible de renvoyer sa réparation à plus tard,
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lorsqu'une bonne occa.sion se présentera, contrairement aux dispositifs de traversée du type à bain d'huile, qui, en cas de pertes d'huile, deviennent rapidement impropres au service.
Comme on peut le voir à la fig. 1, la partie supérieure de l'enroulement 2 est prolongée d'une-certaine distance au delà de la couche de métal intérieur 2a, la raison de cette mesure de précaution étant expliquée cans ce qui suit. Le dispositif est scellé lorsqu'il a la température la plus élevée qu'il peut voir en service. Par le refroidissement subséquent inévitable du liquide d'imprégnation, il peut alors s'établir un espace à
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i::lpré2;!lation plus faible, qui toutefois ne doit pas s'étendre vers le bas jusqu'à I? première couche :il-::2.1liue afin d'éviter le phénomène de jaillisse.¯.ent c1e feu.
Il :;,';p'.'.lte ce. qui quantité plus corps de papier do4l-t faire Sc'.= 1 ¯o r.n .¯^-. ,,,re quantité plus ou moins grande suivant les circonstances qui se présentent.
La fig. 2 montre un dispositif de traversée du genre décrit, destiné a être monté en plein air. Ici aussi, l'enroule- ment 2 est jointivement entouré par le tube isolant 3. Le tube 3 consiste en une matière qui ne saurai t résister aux intempéries, par exemple en papier enroulé sous pression, ce pourquoi il est nécessaire de protéger la partie supérieure du dispositif au moyen d'une gaine en porcelaine 10.
Le dispositif suivant le fig. 2 possède égrlement une armature métallique 2a. L'espace entre la ;aine en porcelaine 10 et le tube isolant 3 renferme avantageusement une ,.lasse isolante y introduite.
Dans la forme d'exécution suivant la fig. 3, l'ensemble de l'enroulement 2 et du tube isolant 3 scellé aux deux extré-
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mités, est immergé dans un bain de liquide isolant 15, qui a pour but, d'une part, de bien dissiper la chaleur qui se produit par suite de pertes diélectriques dans l'enroulement soumis à des efforts électriques élevés et en raison du passage du courant dans le boulon-borne et, d'autre part, de mieux répartir la chaleur qui pénètre de l'extérieur dans le dispositi lorsqu'une partie de celui-ci est située dans un liquide ou gaz chaud.
Le bain de liquide isolant 15, dissipateur de chaleur, se trouve dans les deux gaines 16 et 17 qui peuvent avoir toute forme appropriée et consister de toute matière convenable. Il est toutefois important que le liquide puisse bien y circuler.
Dans cette forme d'exécution, il serait possible de donner a l'enroulement une solidité mécanique suffisante d'une manière autre que par introduction dans un tube isolant rigide, par exemple par application d'un bandage isolant solidité réali- sé avec une forte bande ou un cordon isolant ou même tout simplement par application d'un papier laqué collant y enroulé sur toute la longueur, qui constituerait l'enveloppe isolante d'emboîtement.
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A feedthrough device for high voltage currents, of the coiled capacitor type, and method for its manufacture.
There are feedthrough devices for high voltage currents of the wound capacitor type, in which the winding constituting the main part supporting the electrical forces is embedded in an insulating mass hardened by baking. Bushing devices of this kind do not offer a guarantee for the permanent maintenance of the insulation properties.
Not only do the insulating materials most often used for this purpose not lend themselves well to perfect impregnation of the coiled part, even if it is only loosely coiled, but also baking or hardening. Subsequent to the insulating mass gives rise to all kinds of disadvantages, which tend especially to adversely affect the insulating properties, especially when it comes to a loose structure of the coiled part.
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The present invention relates to this type of high voltage feedthrough devices, but seeks to maintain the insulating mass in the wound part, in this case the impregnation liquid (oil) unaltered in its original state and hermetically. sealed outwards, so that no alteration in the nature of the impregnation liquid and therefore no reduction in the insulating properties can take place. It is only in this way that it is possible to realize feed-through devices, of the wound capacitor type, with insulation properties always remaining equally good.
The invention is characterized in that the cylindrical winding constituting the main part supporting the electric forces, wound around the conductive bolt and formed of a sheet of insulating material with intermediate metal layers is surrounded by joint. an insulating casing serving as a support for the entire winding and is impregnated with an insulating liquid to be introduced into the armature by the effect of a vacuum, the insulating casing being hermetically sealed at its ends, so that the insulating liquid remains trapped in the coiled part and that the latter is therefore protected against humidity, gases etc.
For the manufacture of a feedthrough device of this kind the procedure, according to the invention, is as follows. A sheet of insulating material (of a width corresponding at least to the length of the winding or in the form of a strip) with intermediate metal layers is wound on the conductor bolt so as to produce a tight winding of cylindrical shape, then we surround it contiguously and so as to give it a support,
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an insulating envelope which may consist of an insulating tube, of an insulating sleeve or of an insulating bandage, and the assembly is then impregnated, by the effect of the vacuum, with an insulating liquid, for example oil, after which the insulating envelope is hermetically sealed at its ends,
so as to keep the insulating liquid trapped in the winding.
The appended drawing shows, by way of example, three embodiments of the feed-through device according to the invention.
Fig. 1 shows the first embodiment in which 1 designates the conductor bolt on which is engaged a cylindrical paper winding 2, with intermediate metal layers 2a, winding which is inserted in a casing tube 3 of insulating material, after which the assembly is impregnated, by the effect of a vacuum, with an insulating liquid, respec- tively with an insulating oil which remains liquid at all the temperatures in question, while the casing tube 3 is sealed with sealed at both ends by means of closure devices 4 and 5.
The casing tube 3 gives the impregnated winding sufficient strength to withstand the mechanical stresses which may be exerted on the feed-through device; it also serves as a container for the insulating liquid, which is why it is tightly sealed at both ends, and finally it protects the winding against the access of moisture, dirt and gas and therefore houses the impregnating oil against oxidative influences. Another advantage is still that photochemical actions cannot be manifested inside the device.
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Externally, the casing tube 3 carries the fixing flange 8 of the device.
The construction described makes it possible to obviate all the drawbacks inherent in known devices of this type. Above all, it makes it possible to expose the dielectric to great electrical forces and consequently to reduce the dimensions, in particular in thickness; as a result, the weight remains within narrower limits. The manufacture of the device is also made very simple. The impregnation liquid fills all the pores and other hollow spaces, so that places of slow combustion can no longer be established within the coiled part.
The device resists the mechanical forces exerted on the bolt during short-circuits, this bolt being embedded in a material capable of withstanding any pressure. The compact and solid construction from a mechanical point of view, as well as the hermetic seal of the high voltage feedthrough device, allows, unlike the relatively heavy oil bath type feedthrough devices, to easily transport the product. new device in any position and make assembly easy.
The insulating tube 3 advantageously consists of paper wound under pressure or any suitable insulating material.
The metallic layers 2a, serving for controlling the electric field in the axial and radial directions, have the shape well known in use in the constructions of feed-through devices, of the capacitor type; instead of metal sheets, it would also be possible to incorporate layers of semiconductor material into the insulating body.
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Instead of paper it is also possible to use another insulating material in the form of a sheet or strip for the. Winding manufacture. 2.
Before the introduction of the winding into the insulating tube 3, it is advantageously wrapped with a strong insulating tape, so as to prevent any displacement of the layers of paper during the introduction of the wound part into the tube.
The device has at its upper end a space 6 which serves as an expansion chamber for the impregnating liquid; 12 is the level of this liquid. Indeed, if the material of which the winding consists is very porous, it absorbs a large quantity of liquid, which expands during an increase in temperature, which requires the presence of an expansion space. The latter is most simply determined by extending the tube 3 beyond the winding 2. The winding: méht 2 is always sealed in the tube 3.
The air or the filling gas above the liquid level is simply compressed a little when the oil expands.
If, for some reason, the lower closure device 5 of the tube 3 were to lose its seal, the feed-through device would not yet be in immediate danger since, thanks to the high absorption capacity of the paper. '' from the small dimensions of the intermediate spaces, the liquid remains trapped in the winding, so that the efficiency of the crossing device, from an electrical point of view, is only imperceptibly reduced and in no case immediate destruction will not take place.
Depending on experience, the device can still remain in service for a good period of time and it is therefore possible to postpone its repair until later,
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when a good opportunity arises, unlike feedthrough devices of the oil bath type, which, in the event of oil loss, quickly become unfit for service.
As can be seen in fig. 1, the upper part of the winding 2 is extended a certain distance beyond the inner metal layer 2a, the reason for this precautionary measure being explained in the following. The device is sealed when it has the highest temperature it can see in service. By the inevitable subsequent cooling of the impregnation liquid, a space can then be established.
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i :: lpre2;! lation weaker, which however must not extend down to I? first layer: it - :: 2.1liue in order to avoid the phenomenon of gushing. ¯.ent this fire.
It:;, '; p'. '. Lte ce. which quantity plus body of paper do4l-t do Sc '. = 1 ¯o r.n .¯ ^ -. ,,, re quantity more or less according to the circumstances which present themselves.
Fig. 2 shows a crossing device of the type described, intended to be mounted in the open air. Here too, the winding 2 is surrounded by the insulating tube 3 contiguously. The tube 3 consists of a material which cannot withstand the weather, for example of paper rolled up under pressure, which is why it is necessary to protect the part. upper part of the device by means of a porcelain sheath 10.
The device according to FIG. 2 also has a metal frame 2a. The space between the porcelain groin 10 and the insulating tube 3 advantageously contains an insulating .lasse introduced therein.
In the embodiment according to FIG. 3, the assembly of winding 2 and insulating tube 3 sealed at both ends
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mites, is immersed in a bath of insulating liquid 15, the purpose of which is, on the one hand, to properly dissipate the heat which occurs as a result of dielectric losses in the winding subjected to high electrical forces and due to the passage current in the terminal bolt and, on the other hand, to better distribute the heat which penetrates from the outside into the device when part of it is located in a hot liquid or gas.
The bath of insulating liquid 15, heat sink, is located in the two sheaths 16 and 17 which may have any suitable shape and consist of any suitable material. However, it is important that the liquid can circulate well in it.
In this embodiment, it would be possible to give the winding sufficient mechanical strength in a manner other than by insertion into a rigid insulating tube, for example by application of a strength insulating bandage made with a high strength. insulating tape or bead or even quite simply by applying a sticky lacquered paper wound therein over the entire length, which would constitute the insulating nesting envelope.