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CABLE ARME.
La présente invention est relative à l'armature de câbles électri- ques pour limiter les efforts ou les excitations électriques ou pour éliminer l'interférence du câble avec des services extérieurs ou l'interférence de sources extérieures avec le câble.Dans une autre demande de brevet n de série 373.181 déposée le 24 juin 1929, qui depuis a été accordée aux Etats- Unis d'Amérique en date du 22 juin 1943 sous le n 2.322.702, on a décrit une structure de câble comprenant une couche semi-conductrice en contact intime avec une surface de l'isolement du conducteur pour dissiper ou emmener des charges qui peuvent, sinon,
créer une différence de potentiel à la surface du fait de l'effort électrique appliquée différence de potentiel qui peut pro- voquer l'ionisation avec une rupture ou une altération subséquente de l'iso- lement. En général, la couche est décrite ici comme étant une couche ayant des propriétés semi-conductrices grâce à des particules de carbone ou de métal conductrices noyées, pulvérisées;
,, ou comprises dans un milieu de revêtement tel une peinture ou une laque, appliquée directement sur l'isolement du con- ducteur lui-même ou sur la surface d'une matière de base qui est normalement isolante, tels que des bandes ou rubans de caoutchouc, de papier, de toile vernie, et en contact intime avec l'isolement du conducteur.La présente de- mande de brevet est relative aux revêtements ou au type de peinture et de la- que de la couche semi-conductrice,
Les milieux de revêtement qui forment des pellicules ou des cou- ches continues adhérentes lors de leur dépôt et après séchage font partie d'une gamme très large de matières connues;
ils sont appliqués sous forme de solutions relativement minces par pulvérisation ou étendage à la brosse, ou encore elles sont appliquées sous forme de pâtes qui peuvent être frottées sur place. Des solutions;, des dispersions, ou des pâtes, fabriquées avec de l'alcool ou avec d'autres solvants ou véhicules volatilisables, destinées à laisser des films: continus solides lors de l'enlèvement du solvent après leur
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application, sont connues sous le mm de laques et sont désignées ci-après par ce terme;
des liquides ou des solutions qui se modifient par eux-mêmes après leur application sous forme de pellicules continues, soit par oxyda- tion ou par polymérisation, soit par ces deux réactions simultanées, sont connus sous le nom de peintures et sont désignés ci-après par ce terme. Le type de laque dépend des solutions ou des phases formant pellicules (soit les phases continues, soit les phases dispersées) et celles-ci comprennent des résines naturelles et synthétiques, des esters de cellulose, des compo- sés polymérisés et copolymérisés, du caoutchouc naturel et synthétique, etc.
Les peintures dépendent d9une façon générale, pour la formation d'une pelli- cule, des huiles siccatives, c'est-à-dire, s'oxydant à l'air ou se polyméri- sant à la chaleur, telles que les huiles d'abrasin, d'oeticica, de lin, de soya, etc. et les huiles sont normalement allongées avec des résines naturel- les ou synthétiques compatibles, ou matières semblables, pour former une masse et.donner de la résistance.
Les laques et les peintures, qui sont tou- tes deux isolantes du point de vue électrique, forment des pellicules élas- tiques dures et peuvent être utilisées comme intermédiaires ou supports pour des particuless conductrices telles du carbone conducteur (par exemple, du noir d'acétylène), du graphite, des poudres métalliques, etc ; mais dans la plupart des installations exigeant une résistance à l'oxydation ou d'au- tres propriétés, on préfère utiliser les laques.
Bien que les laques d'esters de cellulose (nitrate de cellulose et acétate de cellulose) aient trouvé un large usage dans la technique des câbles, à tel point qu'on les considère comme synonyme des "laques", et soient utilisées comme intermédiaires pour des particules conductrices en vue de former des revêtements ou des couches semi-conductrices, elles ont donné lieu à des objections, telle qu'une résistance insuffisante à-la cha- leur et aux huiles..On a trouvé que des perfectionnements à ces derniers points de vue sont obtenus lorsque des élastomères, c'est-à-dire, des com- posés flexibles ou élastiques par eux-mêmes, ou des composés rendus tels par des plastifiants, sont utilisés dans les laques comme constituants pré- vus pour la formation de pellicules;
les élastomères connus qui conviennent dans ce but comprennent des polymères organiques, des caoutchoucs naturels et synthétiques et des résines plastifiées ou synthétiques modifiées dans l'huile tels que:
EMI2.1
<tb> Thiocâl <SEP> - <SEP> polysulfure <SEP> organique
<tb>
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<tb>
<tb> Néoprène <SEP> - <SEP> polymère <SEP> de <SEP> chloroprène
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<tb> Vinylite <SEP> - <SEP> copolymères <SEP> de <SEP> chlorure-acétate <SEP> de
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<tb> vinyle <SEP> plastifiés.
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Koroseal <SEP> - <SEP> polymère <SEP> de <SEP> chlorure <SEP> de <SEP> vinyle
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<tb> Vistanex <SEP> - <SEP> polymère <SEP> d'isobutylène <SEP> (caoutchouc <SEP> butylé)
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<tb> Buna <SEP> S <SEP> - <SEP> copolymère <SEP> de <SEP> butadiène-styrène
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<tb> Buna <SEP> N <SEP> - <SEP> copolymère <SEP> de <SEP> butadiène-acrylonitrile
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<tb> Résines <SEP> alkydes <SEP> - <SEP> esters <SEP> d'acide <SEP> dibasique-alcool <SEP> polyvalent
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<tb> modifiés <SEP> par <SEP> acide <SEP> gras.
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Résines <SEP> phénoliques <SEP> - <SEP> Produits <SEP> de <SEP> condensation <SEP> d'aldéhyde <SEP> phénolique
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<tb>
<tb> modifiés <SEP> dans <SEP> 1-'huile,
<tb>
Parmi ces derniers produits, le néoprène et les résines alkydes ont été trouvés comme étant particulièrement efficaces lorsque l'isolement du câble consiste en papier demballage revêtu de composés visqueux de pé- trôle.
Les laques ne doivent pas être nécessairement des solutions rectifiées; elles peuvent être des dispersions ou des suspensions colloïda- les pourvu que la phas non volatile devienne une pellicule continue, soli- de et adhérente, lors du dépôt et après enlèvement du composé volatil. Une caractéristique distinctive des compositions réside dans le fait que les laques ou les peintures formant les intermédiaires ou milieux pour les par- ticules conductrices sont, par elles-mêmes, des constituants essentiels des revêtements ou pellicules, et possèdent un effet modifiant sur les proprié-
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tés électriquestelles que la conductivité.
La préparation de compositions semi-conductrices nexige pas de procédé particulier. Normalement, cependant, les particules conductrices sont mélangées au préalable avec une laque ou une peinture, pour former une solution ou une pâte. En ce qui concerne les laques comprenant des élasto- mères et certains intermédiaires résineux, une action de malaxage ou de la- minage peut être exigée pour assurer une distribution uniforme des particu- les conductrices dans les laques.
Sans que l'on ait l'intention de limiter la formation physique ou la tenue électrique des' pellicules ou des couches semi-conductrices à une théorie ou une explication particulière quelconque, il apparaît que les particules conductrices sont présentes dans les gaines isolantes du point de vue électrique à des degrés différents de contact; même dans le cas de pel- licules à l'haute résistivité", il y a sans aucun doute des passages de con- tact continu entre les particules.
De tels contacts entre les particules in- dividuelles, cependant, se trouvent évidemment à des endroits ne formant que de petites portions des surfaces des particules moyennes et à travers le support séparant les particules, pour transmettre une semi-conductivité, car les particules sont dans et recouvertes par la gaine isolante ; con- ductivité qui se manifeste ainsi est celle qui est connue comme étant une conductivité "non métallique", car elle est du type de celle d'une matière isolante qui ne permet qu'une légère fuite de courant à travers ou le long de sa surface.
Par une augmentation des surfaces de contact des particules, ainsi que par une augmentation du nombre de particules dans la gaine, ou une augmentation de la surface de contact relative moyenne pour la surface de particules, on trouve que la résistivité de la pellicule (qui, comme on l'établit ci-après, peut varier de quelques ohms à un très grand nombre de mégaohms) est réduite d'une manière correspondante ; exemple, un polis sage- des pellicules réduit la résistivité.
La résistivité de surface peut être des millions de fois supérieure à celle d'une feuille ou,'d'une appli- que métallique, ou d'une pellicule métallique pulvérisée ou déposée d'une autre manière, qui, dans un contact continu métal sur métal, a des résisti- vités de l'ordre de o,ool ohm par cm2; la résistivité d'une telle pellicule de métal, cependant, peut devenir infinie lors d'une fissure ou d'une rup- ture'se développant dans la pellicule.
Comme les pellicules types non mé- talliques contenant des particules de carbone conductrices sont produites avec des particules ayant une dimension moyenne d'environ 12 microns, il est pratiquement impossible de déterminer les espacements relatifs et la nature des passages ou des fuites conducteurs qui contribuent à la conduc- tivité de la pellicule. La pellicule semi-conductrice métallique, de plus, a un coefficient de température négatif, c'est-à-dire, que la résistance décroît avec une augmentation de température, tandis que la résistance d'une feuille-ou d'une pellicule métallique continue augmente avec'une aug- mentation de température.
L'isolement sur des conducteurs électriques peut consister en en- veloppements de papier ou de toile vernie,de pellicules de résine synthéti- que formées à l'avance, etc; en bandes de caoutchouc, etc, appliquées dans le sens longitudinal d'un conducteur ; ou en une structure de paroi homogène, telle que celle qui est obtenue par l'extrusion de caoutchouc, de résines thermoplastiques, et de matières semblables, autour du conducteur; et 1?un quelconque de ces isolements peut comporter, par dessus tout, des bandes de toile imprégnée ou autres, telles que des bandes de toile de coton imprégnée de caoutchouc.
Un revêtement semi-conducteur peut être formé directement sur une surface d'un tel isolement, comme par les méthodes classiques de trempage, de vaporisation ou de frottement sur une surface extérieure, ou par un transport dune pellicule sur une surface intérieure réalisé, par exemple, en appliquant un revêtement au conducteur de cuivre et en laissant le revêtement en état lorsque l'isolement est placé autour du conducteur, pour qu'il se joigne ou adhère intimement à lisolement. Lorsque les compo- sitions semi-conductrices destinées à former une pellicule sont appliquées sur des matières de base ou façonnées en matières de base, telles que des
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bandes, des toiles, etc, ou formées à l'avance sous la présentation de pelli- cules avant leur application à l'isolement,
les compositions peuvent avoir des renforcements adhésifs de caoutchouc ou de matières semblables, et, dans cette forme, elles peuvent être enroulées soit autour de l'isolement, soit directement sur le conducteur, pour être en '-contact avec la surface intérieu- re de l'isolement du câble. Pour des bandes de recouvrement ou autres matiè- res de base, des machines de calandrage ou de recouvrement par couteau peu- vent être utilisées pour les pâtes ou les solutions visqueuses; des solutions liquides légères sont incorporées, d'une manière convenable, en faisant pas- ser les matières de base dans un bain de la'solution et en les faisant ensui- te sécher pour permettre une manipulation ultérieure.
Des pellicules formées à l'avance de matières de revêtement peuvent être réalisées en versant une solution sur une plaque, en la laissant sécher et en l'enlevant ensuite ; les pellicules enlevées peuvent être découpées en bandes, rendues adhésives sur leur dos avec un solvant ou un autre produit intermédiaire convenable, et enroulées intimement autour de l'isolement, car elles sont flexibles et élastiques, pour donner l'équivalent d'un recouvrement appliqué sous forme liquide, et séchées et polymérisées en place sur l'isolement.
Après l'application de la composition semi-conductrice, soit à l'isolement du Gable, soit à une bande séparée ou autre base, en vue de l'en- roulement autour de l'isolement ou de la mise en place sur ou en-dessous de l'isolement, il est d'usage de chauffer en vue de hâter le séchage ou la vola- tilisation du solvant. Un chauffage est requis lorsqu'un solvant à haut point d'ébullition est utilisé ou lorsque le constituant formant la pellicule est un constituant qui est ou est amené à une forme insoluble ou à point de fu- sion supérieur par chauffage; des recouvrements sous forme de bandes sont habituellement chauffés avant leur application à l'isolement du câble.
Com- me le chauffage, cependant, est nécessaire pour vulcaniser l'isolement de caoutchouc, qui a été extrudé sur le conducteur du câble dans sa forme non vulcanisée et qui habituellement comporte un enroulement par une bande pour le retenir en place et le préserver d'un soulèvement, l'ensemble du câble comprenant la bande peut être soumis au chauffage, pour vulcaniser simultanément l'isolement en caoutchouc et placer le composé semi-conduc- teur sur la surface, ou noyé dans les interstices de la bande.
Quand les peintures ou les laques, telles qu'elles sont décri- tes ici,sont appliquées sur un isolement de câble, elles fonctionnent com- me couches d'armature, de la manière expliquée dans l'autre demande de bre- vet, dont il a été question précédemment; elles-ne doivent avoir qu'une petite épaisseur de matière, car c'est la résistivité de surface qui est intéressante, et l'épaisseur peut varier habituellement de 0,001 jusqu'à 0,010 pouce, cette dernière dimension supposant une matière ou une bande de base.
En vue de ce but, la proportion relative de particules conductri- ces peut varier pour donner tout degré quelconque de résistance de surface le long du câble, depuis quelques ohms jusqu'à un très grand nombre de mé- gaohms ; on a trouvé très satisfaisante une résistance de 100 mégaohms par cm2 (ou par pouce carré) de surface, pour des câbles à haute tension (par exemple, 3.000 volts ou plus) comportant des ligatures et des bornes fré- quentes, car la conductivité dans le sens longitudinal du câble est suf- fisante p our dissiper des charges destructives, et les réalisations des li- gatures et des bornes sont grandement simplifiées.
Une gradation de la ré- sistance d'armature, aux bornes, peut être réalisée en recouvrant l'isole- ment avec des laques de résistivité progressivement croissante, au fur et à mesure que l'on approche des extrémités dénudées du câble, ou encore grâ- ce à des couches de moins en moins nombreuses d'une laque donnée appliquée le long de l'isolement depuis le bord de l'armature jusque à l'extrémité du câble.
Les laques et les peintures déposées sur l'isolement à titre de revêtements, et spécialement comme revêtements sur ou dans des bandes, ont un avantage très pratique, sur les couches réalisées d'une pièce avec l'isolement du conducteur, de pouvoir être enlevées, là où on le désire, comme aux ligatures et aux bornes, par eexemple, par l'enlèvement des barn-
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des et Inapplication de solvants pour nettoyer la surface d'isolement; comme les bandes sont appliquées séparément, leur adhérence à l'isolement n'est en général pas suffisante pour empêcher leur enlèvement. Les laques et les peintures se distinguent aussi par la facilité d'application aux iso- lements de câbles, sans que cela crée un obstacle ou que cela demande une modification dans la fabrication du câble.
En plus, elles combinent une stabilité avec tout degré désiré quelconque de conductivité, cependant que la liaison est intime et amplement suffisante pour accomplir les effets élec- triques.
En choisissant les types et la charge relative de carbone, de graphite ou de métal, des résistivités variables et des propriétés physiques différentes peuvent être atteintes pour en arriver aux exigences particuliè- res.
Certaines formes spécifiques de compositions semi-conductrices sont décrites ci-après à titre d'illustrations de l'invention.
Exemple 1.
Une bande pour câble, destinée à l'enroulement autour de l'isole- ment de caoutchouc, consistant en une toile de coton contenant du caoutchouc non vulcanisé dans ses interstices et étant adhésive, comporte, répandue à la brosse sur une de ses surfaces, un laque composée de particules conductrices de carbone dispersées dans une solution légère d'un caoutchouc non vulcanisé dans du benzène; environ 15 à 20 % de carbone basé sur le poids du caoutchouc étaient utilisés.
La résistivité de la bande, par pouce carré, le long de la surface recouverte était réduite de 15.000 mégaohms à moins de 100.000 ohms; elle était réduite, le long de la surface opposée non recouverte, de 14.300 mégaohms à 104 mégaohms (ce qui montre une pénétration dans les interstices de la bande), et elle était réduite perpendiculairement à la bande de 27.100 mégaohms à 16 mégaohms.
Exemple 2.
Un laque d'une résine flexible phénol-aldéhyde allongée par de l'huile, dans un solvant volatil, comportait en dispersion une poudre métal- lique en quantité suffisante pour donner, lorsque ladite laque était répandue sur une toile, une conductivité de surface par pouce carré de 10. 000 ohms à 1 mégaohm.
Exemple 3.
Des peintures à base d'huile de lin étaient rendues semi-conduc- trices en y incorporant de la litharge et de l'"Aquadag" qui est une disper- sion colloïdale dans l'eau de carbone conducteur. Lorsque ces peintures étaient répandues sur une bande de toile de coton, elles montraient des ré- ductions dans les résistivités de surfaces du même ordre de grandeur qu'à l'exemple 1.
Exemple 4.
La composition de résine synthétique suivante, dans un solvant d'acétone pour la peinture ou la pulvérisation, produisait, lorsqu'elle était disposée sur du papier, de la Cellophane, ou matière semblable, des pellicu- les ayant des résistivités de surface comprises entre 2.000 et 10.000 ohms par pouce carré.
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<tb>
Parties
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Résine <SEP> copolymère <SEP> acétate-chlorure <SEP> (85-88%) <SEP> de <SEP> vinyle <SEP> 100
<tb>
<tb>
<tb> Plastifiant <SEP> (triglycol <SEP> de <SEP> -2- <SEP> éthylhéxoate) <SEP> 5
<tb>
<tb>
<tb> Phosphate <SEP> de <SEP> tricrésyle <SEP> 50
<tb>
<tb>
<tb> Blanc <SEP> de <SEP> plomb <SEP> 3
<tb>
<tb> Oxyde <SEP> de <SEP> zinc <SEP> 10
<tb>
<tb>
<tb> Stéarate <SEP> de <SEP> plomb <SEP> 2
<tb>
<tb>
<tb> Huile <SEP> de <SEP> broche <SEP> 1
<tb>
<tb>
<tb> Noir <SEP> d'acétylène <SEP> 75
<tb>
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Exemple 5.
Pour un câble au papier, c'est-à-dire, un câble dans lequel l'i- solement est réalisé par des couches de papier et dans lequel les espaces sont remplis de Vaseline ou d'une fraction Visqueuse de pétrole, une bande semi-conductrice était réalisée en recouvrant une bande isolante de toile ou de papier habituel, avec une couche de :
EMI6.1
<tb> Parties.
<tb>
<tb>
Néoprène <SEP> G. <SEP> (polymère <SEP> de <SEP> chloroprène) <SEP> 40
<tb> Oxyde <SEP> de <SEP> magnésium <SEP> 4
<tb> Noir <SEP> d'acétylène <SEP> 32
<tb> Huile <SEP> de <SEP> coton <SEP> 10
<tb>
et de petites quantités d'acide stéarique, de sulfate de baryum et de gou- dron de pin.
La bande ainsi recouverte était enroulée autour de l'isolement de papier et également sur le conducteur pour entrer en contact avec la sur- face intérieure de l'isolement. Des résistivités de surface comprises entre 5. 000 et 100.000 ohms par pouce carré étaient maintenues mêmes après de lon- gues périodes d'immersion dans des huiles isolantes chaudes et de contact avec ces mêmes huiles.
Exemple 6.
Du thiocol (un polysulfure organique) était mélangé d'une manière semblable à celle de l'exemple 5 et porté dans une solution convenable. Des pellicules étaient formées et avaient des caractéristiques électriques et chi- miques semblables à celles de l'exemple 5.
Exemple 7
Une laque pour câble, au nitrate de cellulose, était mélangée avec d'autres ingrédients dans les proportions suivantes:
EMI6.2
<tb> Grammes
<tb>
<tb>
<tb> Dispersion <SEP> de <SEP> graphite <SEP> colloïdal <SEP> 20 <SEP> .
<tb>
<tb>
Acétate <SEP> de <SEP> butyle <SEP> 5
<tb>
<tb> Acétone <SEP> 5
<tb>
<tb> Laque <SEP> 20
<tb>
Lorsque ce produit était de plus dilué avec un diluant habituel, tel que de l'acétone, et pulvérisé sur une matière de base en toile ou en feuille, des pellicules étaient obtenues après séchage, ayant des resistivités d'environ 50. 000 ohms à 1 mégaohm par pouce carré.
Exemple 8
Une solution dans du toluol d'une résine d'ester alkyde, conver- tible par corps simple, préparée par la réaction d'un acide dibasique ali- phatique, d'huile de castor et de glycérol et comportant, en dispersion, du graphite colloïdal, était pulvérisée sur des bandes de papier et de Cello- phane, séchée et amenée à 350 F pendant 1 heure, pour développer des résisti- vités de 10. 000 ohms à 50. 000 ohms par pouce carré. On a trouvé que les pel- licules ont une très longue durée et qu'elles retiennent leur conductivité après une immersion prolongée dans de l'huile chaude.
Dans la structure habituelle des câbles, il est prévu, sur l'i- solement, une gaine protectrice armée, en caoutchouc, tressée ou autre. Une telle.gaine, lorsqu'elle est réalisée en métal, fournit un conducteur pour le retour des courants au potentiel de la terre et limite ainsi l'effort ou la sollicitation électrique à l'isolement. Une gaine métallique sert aussi à emmener le courant de charge, depuis la couche semi-conductrice sur la sur-
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face extérieure de l'isolement, par son contact à intervalles le long du câble avec la couche semi-conductrice sur la surface extérieure de l'isole- ment;
des calculs- montrent que, dans un câble fonctionnant à 13.000 volts avec une couche semi-conductrice ayant une résistance de surface égale à 100.000 mégaohms par cm2, de tels intervalles de contact peuvent être égaux à environ 1/3 de pouce, sans qu'il y ait possibilité de charges nuisibles, ce qui est une distance beaucoup plus grande que celle qui existe ou pour- rait exister dans un câble à gaine métallique, durant l'utilisation.
Quand la gaine ou le recouvrement est de caoutchouc ou d'une autre matière iso- lante, un fil ou une bande métallique extérieure s'étendant dans le sens longitudinal est placé autour ou en contact longitudinal avec la couche semi- conductrice ; par exemple, dans un câble à 3 conducteurs, un fil peut-être @ placé au centre ou dans une vallée ou passage du câble pour entrer en con- tact avec chacune des couches prévues sur l'isolement des conducteurs, ou bien un fil ou une bande métallique peut être enroulée en hélice autour de la couche semi-conductrice sur chaque conducteur du câble, à cet effet.
La couche semi-conductrice peut être interposée entre le conducteur du câble et l'isolement prévu autour de celui-ci, pour servir, dans cette position, com- me un moyen préventif pour les décharges corona, et le conducteur lui-même sert alors à emmener les courants de charge depuis la couche et à empêcher le développement de différences de potentiel destructices à cette couche; dans cette construction, le revêtement est appliqué au conducteur, l'isole- ment, s'il est en caoutchouc, est extrudé autour de ce revêtement, en con- tact intime, et le revêtement, lors de la vulcanisation, adhère intimement à l'isolement. Dans le cas d'un isolement par enroulement, la première ban- de (voisine du conducteur), si elle est en caoutchouc, en papier, en toile, etc, peut être recouverte d'une peinture ou d'une laque semi-conductrice destinée à former pellicule.
Au dessin annexé, on a représenté certaines structures types de câble.
La figure 1 est une vue en élévation d'un câble à conducteur uni- que.
La figure 2 est une coupe transversale radiale de la fig. 1
La figure 3 est une coupe radiale transversale d'un câble à 3 conducteurs.
La figure 4 est une coupe radiale transversale d'une autre for- me d'un câble à 3 conducteurs.
La figure 5 est une coupe radiale transversale d'un câble à con- ducteurs multiples, conçu pour les tensions des rayons X et donnant un cou- rant de chauffage.
Dans le câble à conducteur unique, représenté au figs. 1 et 2, il est prévu un conducteur central 10; celui-ci peut être soit solide, soit toronné. Autour du conducteur, est représentée une couche de revêtement semi- conductrice 12, en laque ou en peinture, portant des particules de carbone ou de métal conductrices; dans beaucoup de types de câble, le revêtement 11 n'est pas nécessaire et peut être supprimé. Sur ce revêtement, se dispose l'isolement de câble 12 en caoutchouc,. en papier, en toile vernie ou en ma- tière semblable ; etautour de l'isolement, peut se trouver un enroulement d'une bande de câble 13 imprégnée par du caoutchouc ou par une autre matière semblable.
Un revêtement semi-conducteur continu 14 (représenté comme étant une bande à la fig. 1) est appliqué à l'isolement 12 ou à l'enroulement 13 et est semblable au revêtement 11. Un conducteur 15 est en contact avec le revêtement 14 et est représenté comme étant une bande métallique, mais ce conducteur peut être un tressage de fil, un fil à enroulement en hélice, etc, et il sert coeme liaison à la terre pour emmener les charges qui peu- vent se développer sur le recouvrement 14 et pour emporter tous les courants de retour quelconques.
Un recouvrement protecteur 16, tel qu'un tressage sa- turé, une gaine de caoutchouc résistant à l'abrasion, une gaine de plomb ou une armature métallique renferme les diverses parties du câble ; la gaine est métallique ou conductrice et mise à la terre, la bande 15 n'est pas requise.
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Un câble, comme celui qui est représenté aux figs. 1 et 2, peut être réalisé, par exemple, en faisant passer le conducteur dans une solution de laque contenant des particules conductrices. Le conducteur re- couvert est alors passé dans unefLlière de nettoyage pour former une pelli- cule uniforme mince sur la surface, et ensuite dans un four de séchage pour enlever le solvant et laisser un recouvrement presque sec sur le conducteur.
Un isolement en caoutchouc non vulcanisé peut alors être extrudé, suivant la pratique courante, et une bande peut être enroulée autour du caoutchouc.
La bande est enduite par passage dans une solution de laque, et l'ensemble est passé dans un four pour vulcaniser l'isolement et pour mettre les revê- tements semi-conducteurs en contact intime et adhérant avec l'isolement.
La bande métallique ou autre conducteur, et le recouvrement extérieur, sont alors appliqués au câble.
Le câble à conducteurs multiples, montré en coupe transversale à la fig. 3, comprend des conducteurs 10a, pourvus chacun d'un isolement 12a.
Les conducteurs sont enroulés en hélice les uns autour des autres, et les vallées ou passages ainsi formés sont remplis de jute 17. Une bande 18 est enroulée autour des conducteurs isolés et du remplissage de jute, et la ban- de est pourvue d'un revêtement semi-conducteur sur sa surface extérieure. Au- dessus de la bande, est placé un ruban ou un tressage ou un fil métallique conducteur 19 et un recouvrement ou une gaine isolante 16a protège le ruban métallique.
Un câble à trois conducteurs, à structure modifiée, est repré- sentée en coupe transversale à la fig. 4. Dans cette forme, chacun des iso- lements de conducteur 12b comporte un revêtement semi-conducteur 13b. Dans les vallées en passages formés par les conducteurs isolés, s'étendent des fils 21 en contact longitudinal avec les revêtements 13b. Les logements sont remplis de jute 17b, et une gaine 16b entoure les différentes parties du câ- ble.
Le câble pour rayons X de la fig. 5 comporte un noyau 30. Gomme représenté, le noyau comprend les conducteurs 31, 32 et 33 pour emmener les courants de chauffage à filaments (la chute de tension à cet effet n'est que d'environ 6 volts), et les conducteurs présentent respectivement des isole- ments 34, 35 et 36; (à la figure, ces isolements sont représentés d'une ma- nière beaucoup trop grande en vue de la clarté). Des fils 37, 38, 39 sont tordus autour des conducteurs isolés et s'étendent le long de ceux-ci pour servir de fils d'entraînement des courants de chargé quelconques, et une en- veloppe 40 est enroulée ou conformée autour des conducteurs et des fils et peut être formée grâce à une bande ou à une autre matière de base comportant un revêtement semi-conducteur sur sa surface en contact.avec les fils d'en- traînement.
L'ensemble enveloppé constitue le noyau.
Pour l'usage avec des rayons X, le noyau est maintenu à Une ten- sion élevée de 50,000 à 100.000 volts; une masse épaisse d'isolement 41 est par conséquent requise autour du noyau. Comme représenté, l'isolement 41 est réalisé en caoutchouc extrudé autour du noyau et, par conséquent, est en contact intime avec l'enveloppe semi-conductrice 40. A l'extérieur de l'iso- lement, est prévu un ruban ou revêtement semi-conducteur 42, un tressage de fils mis à la terre 43 au-dessus du ruban ou du revêtement, et un recouvre- ment ou gaine 44 en tressage de coton.
En utilisant cette construction, l'enveloppe semi-conductrice 40 est extérieure aux isolements de conducteur 34, 35, 36 mais intérieure à la masse principale d'isolement 41. Les conducteurs 31, 32, 33 sont à des po- tentiels à peu près égaux (100 volts environ) au potentiel élevé de l'enve- loppe 40 et des conducteurs 37, 38, 39.
Ces derniers sont reliés à la sour- ce de potentiel élevé et, avec l'enveloppe 40, maintiennent la surface inté- rieure de l'isolement 41 et le noyau entier à un potentiel qui empêche des troubles ou des efforts ou sollicitations excessives sur l'isolement 41 ou dans les espaces prévus dans cet isolement 41. Les courants de charge vers l'isolement 41, emmenés de la source par les fils 37, 38, 39 vers l'envelop- pe 40 dans l'isolement 41, sont emportés par le revêtement semi-conducteur
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42 et renvoyés ou amenés à la terre par la gaine tressée 43.
REVENDICATIONS.
EMI9.1
----------
1. Dans un câble électrique comprenant un isolement pour un con- ducteur de courant électrique, une couche semi-conductrice, de forme conti- nue à contact intime, à une surface de l'isolement, comprenant un support choisi parmi le groupe comprenant les peintures et les laques isolantes flexi- bles, ledit support ayant des particules conductrices, en quantité convena- ble pour procurer une résistivité de surface avec une limite inférieure d'un ordre de ohms par carré de surface sous des conditions de fonctionnement nor- males, et ladite couche servant à emporter le courant de charge vers un élé- ment conducteur qui est en contact électrique avec la couche à des interval- les suffisamment rapprochés suivant la longueur du câble,
pour maintenir le potentiel électrique de toute partie quelconque de ladite couche semi-conduc- trice à une valeur excluant des troubles électriques nuisibles.
2. Dans un câble électrique comprenant--.un isolement pour un con- ducteur de courant électrique, une couche semi-conductrice, de forme conti- nue et à contact intime, à une surface de l'isolement, comprenant un support choisi dans lepgroupe comprenant les peintures et les laques isolantes iso- lantes flexibles, ledit support comportant des particules conductrices en quan- tité convenable pour procurer une résistivité de surface de l'ordre de quel- ques ohms à 100 mégaohms par carré de surface sous des conditions de fonction- nement normales,et ladite couche servantà emporter le courant de charge vers un élément conducteur qui est en contact électrique avec la couche, à des intervalles suffisamment rapprochés suivant la longueur du câble,
pour maintenir le potentiel électrique de toute partie quelconque de ladite cou- che semi-conductrice à une valeur excluant des troubles électriques nuisi- bles.
3. Dans un câble électrique comprenant un isolement pour un con- ducteur de courant électrique, une couche semi-conductrice, de forme continue et à contact intime, à une surface de l'isolement, comprenant une laque nor- malement isolante avec un élastomère, comme constituant nécessaire pour la formation de pellicules, et des particules conductrices dans la laque, en quantité convenable pour procurer une résistivité de surface avec une limite inférieure d'un ordre de ohms par cm2 sous des conditions de fonctionnement normales, et ladite couche servant à emporter le courant de charge vers un élément conducteur qui est en contact électrique avec la couche, à des in- tervalles suffisamment rapprochés suivant la longueur du câble,
pour main- tenir le potentiel électrique de toute partie quelconque de ladite couche semi-conductrice à une valeur excluant la possibilité de troubles électri- ques nuisibles.
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ARMED CABLE.
The present invention relates to the reinforcement of electric cables to limit the electrical forces or excitations or to eliminate the interference of the cable with external services or the interference of external sources with the cable. Serial No. 373,181 filed June 24, 1929, which has since been granted to the United States of America on June 22, 1943 under No. 2,322,702, a cable structure has been described comprising a semiconductor layer of intimate contact with a surface of the conductor insulation to dissipate or carry charges which may otherwise
create a potential difference at the surface due to the applied electric force potential difference which can cause ionization with subsequent breakage or deterioration of the insulation. In general, the layer is described here as being a layer having semiconductor properties by virtue of embedded, sprayed conductive carbon or metal particles;
,, or included in a coating medium such as a paint or lacquer, applied directly to the insulation of the conductor itself or to the surface of a base material which is normally insulating, such as tapes or tapes of rubber, paper, varnished canvas, and in intimate contact with the insulation of the conductor. The present patent application relates to the coatings or the type of paint and lacquer of the semiconductor layer,
Coating media which form films or continuous adherent layers upon deposition and upon drying belong to a very wide range of known materials;
they are applied as relatively thin solutions by spraying or brushing, or they are applied as pastes which can be rubbed in place. Solutions ;, dispersions, or pastes, made with alcohol or with other solvents or volatilizable vehicles, intended to leave films: continuous solids upon removal of the solvent after their
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application, are known under the mm of lacquers and are hereinafter referred to by this term;
liquids or solutions which change by themselves after their application in the form of continuous films, either by oxidation or by polymerization, or by these two simultaneous reactions, are known as paints and are hereinafter referred to by this term. The type of lacquer depends on the solutions or film-forming phases (either continuous or dispersed phases) and these include natural and synthetic resins, cellulose esters, polymerized and copolymerized compounds, natural rubber. and synthetic, etc.
Paints generally depend for the formation of a film on drying oils, that is, oils which oxidize in air or polymerize in heat, such as oils. 'abrasin, oeticica, flax, soy, etc. and the oils are normally stretched with compatible natural or synthetic resins, or the like, to form a bulk and provide strength.
Lacquers and paints, both of which are electrically insulating, form hard elastic films and can be used as intermediates or supports for conductive particles such as conductive carbon (eg, carbon black. acetylene), graphite, metal powders, etc; but in most installations requiring resistance to oxidation or other properties, it is preferred to use lacquers.
Although cellulose ester lakes (cellulose nitrate and cellulose acetate) have found wide use in the cable art, so much so that they are considered to be synonymous with "lakes", and are used as intermediates for conductive particles in order to form coatings or semiconductor layers, they have given rise to objections, such as insufficient resistance to heat and oils. It has been found that improvements to the latter points of view are obtained when elastomers, that is, compounds flexible or elastic by themselves, or compounds made such by plasticizers, are used in lacquers as intended constituents for the coating. dandruff formation;
known elastomers which are suitable for this purpose include organic polymers, natural and synthetic rubbers and plasticized or synthetic resins modified in oil such as:
EMI2.1
<tb> Thiocâl <SEP> - <SEP> organic <SEP> polysulfide
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Neoprene <SEP> - <SEP> polymer <SEP> of <SEP> chloroprene
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Vinylite <SEP> - <SEP> copolymers <SEP> of <SEP> chloride-acetate <SEP> of
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> vinyl <SEP> plasticized.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
Koroseal <SEP> - <SEP> polymer <SEP> of <SEP> chloride <SEP> of <SEP> vinyl
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Vistanex <SEP> - <SEP> isobutylene <SEP> polymer <SEP> (butylated <SEP> rubber)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Buna <SEP> S <SEP> - <SEP> <SEP> copolymer of <SEP> butadiene-styrene
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Buna <SEP> N <SEP> - <SEP> <SEP> copolymer of <SEP> butadiene-acrylonitrile
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Resins <SEP> alkyds <SEP> - <SEP> esters <SEP> of polyvalent <SEP> dibasic acid-alcohol <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> modified <SEP> by <SEP> fatty acid <SEP>.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
Phenolic <SEP> resins <SEP> - <SEP> Products <SEP> of <SEP> condensation <SEP> of aldehyde <SEP> phenolic
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> modified <SEP> in <SEP> 1-'oil,
<tb>
Of these latter products, neoprene and alkyd resins have been found to be particularly effective when the cable insulation consists of wrapping paper coated with viscous petroleum compounds.
Lacquers do not have to be rectified solutions; they can be colloidal dispersions or suspensions provided that the non-volatile phase becomes a continuous, solid and adherent film upon deposition and after removal of the volatile compound. A distinctive feature of the compositions resides in the fact that the lacquers or paints forming the intermediates or media for the conductive particles are, by themselves, essential constituents of the coatings or films, and have a modifying effect on the properties.
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electrical tees such as conductivity.
The preparation of semiconductor compositions does not require a particular process. Normally, however, the conductive particles are premixed with a lacquer or paint, to form a solution or paste. For lacquers comprising elastomers and certain resinous intermediates, a kneading or rolling action may be required to ensure a uniform distribution of the conductive particles in the lacquers.
Without intending to limit the physical formation or the electrical behavior of the films or semiconductor layers to any particular theory or explanation, it appears that the conductive particles are present in the insulating sheaths of the point. of electrical view at different degrees of contact; even in the case of high resistivity films, there are undoubtedly continuous contact passages between the particles.
Such contacts between individual particles, however, are evidently found at places forming only small portions of the surfaces of the medium particles and across the carrier separating the particles, to impart semiconductivity, as the particles are in the medium. and covered by the insulating sheath; The conductivity thus manifested is that which is known to be "non-metallic" conductivity, since it is of the type of an insulating material which allows only a slight leakage of current through or along its area.
By increasing the contact areas of the particles, as well as by increasing the number of particles in the cladding, or increasing the average relative contact area for the particle area, the resistivity of the film (which, as shown below, can vary from a few ohms to a very large number of megahms) is correspondingly reduced; For example, a wise polishing of the films reduces the resistivity.
The surface resistivity can be millions of times greater than that of a foil or metal application, or of a metal film sprayed or otherwise deposited, which in continuous metal contact. on metal, has resistivities of the order of 0.0000 ohms per cm 2; the resistivity of such a metal film, however, can become infinite as a crack or break develops in the film.
Since typical non-metallic films containing conductive carbon particles are produced with particles having an average size of about 12 microns, it is virtually impossible to determine the relative spacings and the nature of conductive passages or leaks that contribute to the conductivity of the film. Metal semiconductor film, moreover, has a negative temperature coefficient, that is, the resistance decreases with increasing temperature, while the resistance of a metal foil or film continuous increases with an increase in temperature.
Insulation on electrical conductors may consist of wraps of paper or varnished canvas, synthetic resin films formed in advance, etc .; of rubber bands, etc., applied in the longitudinal direction of a conductor; or in a homogeneous wall structure, such as that obtained by extruding rubber, thermoplastic resins, and the like, around the conductor; and any of these insulations may include, above all, strips of impregnated canvas or the like, such as strips of rubber-impregnated cotton canvas.
A semiconductor coating can be formed directly on a surface of such insulation, such as by conventional methods of dipping, spraying or rubbing on an exterior surface, or by transporting a film onto an interior surface provided, for example. , applying a coating to the copper conductor and leaving the coating as it is when the insulation is placed around the conductor, so that it joins or adheres intimately to the insulation. When the semiconductor compositions for forming a film are applied to base materials or formed into base materials, such as
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strips, cloths, etc., or formed in advance in the presentation of films before their application to the isolation,
the compositions may have adhesive backings of rubber or the like, and in this form they may be wrapped either around the insulation or directly over the conductor to contact the interior surface of the conductor. cable insulation. For cover belts or other base materials calendering or knife covering machines can be used for pastes or viscous solutions; light liquid solutions are suitably incorporated by passing the base materials through a solution bath and then drying them to allow subsequent handling.
Preformed films of coating materials can be made by pouring a solution onto a plate, allowing it to dry and then removing it; the removed films can be cut into strips, adhesive to their backs with a solvent or other suitable intermediate, and wrapped tightly around the insulation, as they are flexible and elastic, to give the equivalent of an applied covering in liquid form, and dried and polymerized in place on the isolation.
After application of the semiconductor composition, either to the isolation of the Gable, or to a separate tape or other base, for the purpose of wrapping around the isolation or placing on or in - Under the insulation, it is customary to heat in order to hasten the drying or volatilization of the solvent. Heating is required when a high boiling solvent is used or when the film component is one which is or is brought to an insoluble or higher melting point form by heating; wraps in the form of strips are usually heated prior to their application to the cable insulation.
As heating, however, is required to vulcanize the rubber insulation, which has been extruded onto the conductor of the cable in its unvulcanized form and which usually has a wrap around tape to hold it in place and preserve it from damage. Upon lifting, the entire cable including the strip may be subjected to heating, to simultaneously vulcanize the rubber insulation and place the semiconductor compound on the surface, or embedded in the interstices of the strip.
When paints or lacquers, as described herein, are applied to cable insulation, they function as reinforcing layers, as explained in the other patent application, of which it was discussed previously; they should have only a small thickness of material, as it is the surface resistivity that is of interest, and the thickness can usually vary from 0.001 up to 0.010 inch, the latter dimension assuming a material or a strip of based.
For this purpose, the relative proportion of conductive particles can be varied to give any degree of surface resistance along the cable, from a few ohms to a very large number of megahms; a resistance of 100 megaohms per cm2 (or per square inch) of area has been found to be very satisfactory for high voltage cables (for example, 3,000 volts or more) having frequent ties and terminals, because the conductivity in the longitudinal direction of the cable is sufficient to dissipate destructive charges, and the constructions of the links and the terminals are greatly simplified.
A gradation of the armature resistance at the terminals can be achieved by covering the insulation with lacquers of progressively increasing resistivity, as one approaches the stripped ends of the cable, or else due to less and less layers of a given lacquer applied along the insulation from the edge of the reinforcement to the end of the cable.
Lacquers and paints deposited on insulation as coatings, and especially as coatings on or in strips, have a very practical advantage, over coats made in one piece with the conductor insulation, that they can be removed. , where desired, as at ligatures and terminals, for example, by removing barn-
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des and the application of solvents to clean the isolation surface; since the tapes are applied separately, their adhesion to the isolation is generally not sufficient to prevent their removal. Lacquers and paints are also distinguished by the ease of application to cable insulation, without creating an obstacle or requiring modification in the manufacture of the cable.
In addition, they combine stability with any desired degree of conductivity, while the bond is intimate and amply sufficient to accomplish the electrical effects.
By choosing the types and relative loading of carbon, graphite or metal, varying resistivities and different physical properties can be achieved to meet particular requirements.
Certain specific forms of semiconductor compositions are described below by way of illustrations of the invention.
Example 1.
A cable tape, intended for winding around the rubber insulation, consisting of a cotton cloth containing unvulcanized rubber in its interstices and being adhesive, comprises, spread with a brush on one of its surfaces, a lacquer composed of conductive carbon particles dispersed in a light solution of an unvulcanized rubber in benzene; about 15-20% carbon based on the weight of the rubber was used.
The resistivity of the tape, per square inch, along the covered surface was reduced from 15,000 megaohms to less than 100,000 ohms; it was reduced, along the opposite uncovered surface, from 14,300 megaohms to 104 megahms (which shows penetration into the interstices of the strip), and it was reduced perpendicular to the band from 27,100 megaohms to 16 megahms.
Example 2.
A lacquer of a flexible phenol-aldehyde resin elongated by oil, in a volatile solvent, had in dispersion a metallic powder in sufficient quantity to give, when said lacquer was spread on a fabric, a surface conductivity by square inch from 10,000 ohms to 1 megaohm.
Example 3.
Linseed oil paints were made semi-conductive by incorporating litharge and "Aquadag" which is a colloidal dispersion in water of conductive carbon. When these paints were spread on a strip of cotton canvas, they showed reductions in surface resistivities of the same order of magnitude as in Example 1.
Example 4.
The following synthetic resin composition, in an acetone solvent for painting or spraying, produced, when laid on paper, Cellophane, or the like, films having surface resistivities of between 2,000 and 10,000 ohms per square inch.
EMI5.1
<tb>
Parts
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Resin <SEP> copolymer <SEP> acetate-chloride <SEP> (85-88%) <SEP> of <SEP> vinyl <SEP> 100
<tb>
<tb>
<tb> Plasticizer <SEP> (triglycol <SEP> of <SEP> -2- <SEP> ethylhexoate) <SEP> 5
<tb>
<tb>
<tb> <SEP> Tricresyl <SEP> Phosphate <SEP> 50
<tb>
<tb>
<tb> White <SEP> of <SEP> lead <SEP> 3
<tb>
<tb> Zinc <SEP> <SEP> <SEP> <SEP> 10
<tb>
<tb>
<tb> Stearate <SEP> of <SEP> lead <SEP> 2
<tb>
<tb>
<tb> Oil <SEP> from <SEP> spindle <SEP> 1
<tb>
<tb>
<tb> Black <SEP> acetylene <SEP> 75
<tb>
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Example 5.
For a paper cable, that is to say, a cable in which the isolation is achieved by layers of paper and in which the spaces are filled with Vaseline or a viscous fraction of petroleum, a strip semiconductor was made by covering an insulating strip of canvas or usual paper, with a layer of:
EMI6.1
<tb> Parties.
<tb>
<tb>
Neoprene <SEP> G. <SEP> (polymer <SEP> of <SEP> chloroprene) <SEP> 40
<tb> Magnesium <SEP> <SEP> <SEP> 4
<tb> Black <SEP> acetylene <SEP> 32
<tb> Cotton <SEP> <SEP> oil <SEP> 10
<tb>
and small amounts of stearic acid, barium sulphate and pine tar.
The tape thus covered was wrapped around the paper insulation and also over the conductor to contact the interior surface of the insulation. Surface resistivities of between 5,000 and 100,000 ohms per square inch were maintained even after long periods of immersion in and contact with hot insulating oils.
Example 6.
Thiocol (an organic polysulfide) was mixed in a manner similar to that of Example 5 and brought to a suitable solution. Films were formed and had electrical and chemical characteristics similar to those of Example 5.
Example 7
Cellulose nitrate cable lacquer was mixed with other ingredients in the following proportions:
EMI6.2
<tb> Grams
<tb>
<tb>
<tb> Dispersion <SEP> of <SEP> colloidal <SEP> graphite <SEP> 20 <SEP>.
<tb>
<tb>
Butyl <SEP> acetate <SEP> <SEP> 5
<tb>
<tb> Acetone <SEP> 5
<tb>
<tb> Lacquer <SEP> 20
<tb>
When this product was further diluted with a customary diluent, such as acetone, and sprayed onto a fabric or sheet base material, films were obtained after drying, having resistivities of about 50,000 ohms to. 1 megaohm per square inch.
Example 8
A solution in toluol of a single body convertible alkyd ester resin prepared by the reaction of an aliphatic dibasic acid, castor oil and glycerol and having, in dispersion, graphite colloidal, was sprayed onto paper and cellophane strips, dried and brought to 350 F for 1 hour, to develop resistances of 10,000 ohms to 50,000 ohms per square inch. It has been found that the films have a very long life and that they retain their conductivity after prolonged immersion in hot oil.
In the usual structure of cables, there is provided, on the isolation, a reinforced protective sheath, made of rubber, braided or the like. Such a sheath, when it is made of metal, provides a conductor for the return of currents to the potential of the earth and thus limits the force or the electrical stress on the insulation. A metal sheath is also used to carry the load current, from the semiconductor layer on the over-
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outer face of the insulation, by its contact at intervals along the cable with the semiconductor layer on the outer surface of the insulation;
calculations show that in a cable operating at 13,000 volts with a semiconductor layer having a surface resistance equal to 100,000 megaohms per cm2, such contact intervals can be equal to about 1/3 of an inch, without there is the possibility of nuisance loads, which is a much greater distance than that which exists or could exist in a metal sheathed cable, during use.
When the sheath or cover is of rubber or other insulating material, a longitudinally extending outer wire or metal strip is placed around or in longitudinal contact with the semiconductor layer; for example, in a 3-conductor cable, a wire may be placed in the center or in a valley or passage of the cable to come into contact with each of the layers provided on the insulation of the conductors, or a wire or a metal strip can be wound helically around the semiconductor layer on each conductor of the cable, for this purpose.
The semiconductor layer may be interposed between the conductor of the cable and the insulation provided around the latter, to serve, in this position, as a preventive means for corona discharges, and the conductor itself then serves. driving the charge currents from the layer and preventing the development of destructive potential differences at this layer; in this construction, the coating is applied to the conductor, the insulation, if rubber, is extruded around this coating in intimate contact, and the coating, upon vulcanization, adheres intimately to the liner. 'isolation. In the case of insulation by winding, the first strip (next to the conductor), if it is made of rubber, paper, canvas, etc., can be covered with a paint or a semi-conductive lacquer. intended to form a film.
In the accompanying drawing, some typical cable structures have been shown.
Figure 1 is an elevational view of a single conductor cable.
FIG. 2 is a radial cross section of FIG. 1
Figure 3 is a radial cross section of a 3 conductor cable.
Figure 4 is a radial cross section of another form of a 3 conductor cable.
Figure 5 is a radial cross section of a multi-conductor cable, designed for x-ray stresses and providing a heating current.
In the single conductor cable, shown in figs. 1 and 2, a central conductor 10 is provided; this can be either solid or stranded. Around the conductor is shown a semiconductor coating layer 12, in lacquer or in paint, carrying conductive carbon or metal particles; in many types of cable the coating 11 is not necessary and can be omitted. The rubber cable insulation 12 is placed on this coating ,. of paper, varnished canvas or the like; and around the insulation there may be a winding of a strip of cable 13 impregnated with rubber or other similar material.
A continuous semiconductor coating 14 (shown as a strip in Fig. 1) is applied to insulation 12 or winding 13 and is similar to coating 11. A conductor 15 contacts the coating 14 and is shown as a metal strip, but this conductor may be a braid of wire, a helically wound wire, etc., and it serves as a ground connection to carry charges which may develop on the cover 14 and to carry all any return currents.
A protective covering 16, such as a saturated braiding, an abrasion resistant rubber sheath, a lead sheath or a metal reinforcement encloses the various parts of the cable; the jacket is metallic or conductive and grounded, tape 15 is not required.
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A cable, like the one shown in figs. 1 and 2, can be achieved, for example, by passing the conductor through a lacquer solution containing conductive particles. The coated conductor is then passed through a cleaning die to form a uniform thin film on the surface, and then through a drying oven to remove the solvent and leave an almost dry coating on the conductor.
Unvulcanized rubber insulation can then be extruded, in accordance with common practice, and a strip can be wrapped around the rubber.
The strip is coated by passing through a lacquer solution, and the whole is passed through an oven to vulcanize the insulation and to bring the semiconductor coatings into intimate contact and adherence to the insulation.
The metal strip or other conductor, and the outer covering, are then applied to the cable.
The multi-conductor cable, shown in cross section in FIG. 3, comprises conductors 10a, each provided with an insulation 12a.
The conductors are wound helically around each other, and the valleys or passages thus formed are filled with jute 17. A strip 18 is wound around the insulated conductors and the jute filling, and the strip is provided with a semiconductor coating on its outer surface. Above the strip is placed a tape or braiding or a conductive metal wire 19 and an insulating covering or sheath 16a protects the metal tape.
A three-conductor cable with a modified structure is shown in cross section in FIG. 4. In this form, each of the conductor insulations 12b has a semiconductor coating 13b. In the valleys in passages formed by the insulated conductors, extend son 21 in longitudinal contact with the coverings 13b. The housings are filled with jute 17b, and a sheath 16b surrounds the different parts of the cable.
The X-ray cable of fig. 5 has a core 30. As shown, the core includes conductors 31, 32 and 33 for carrying the filament heating currents (the voltage drop for this is only about 6 volts), and the conductors have insulations 34, 35 and 36 respectively; (in the figure these isolations are shown in a way much too large for clarity). Wires 37, 38, 39 are twisted around the insulated conductors and extend along them to serve as drive wires for any load currents, and an envelope 40 is wound or shaped around the conductors and wires and may be formed from a strip or other base material having a semiconductor coating on its surface in contact with the drive wires.
The enveloped whole constitutes the core.
For use with x-rays, the core is maintained at a high voltage of 50,000 to 100,000 volts; a thick insulating mass 41 is therefore required around the core. As shown, the insulation 41 is made of rubber extruded around the core and, therefore, is in intimate contact with the semiconductor shell 40. On the outside of the insulation, a tape or coating is provided. semiconductor 42, a braiding of grounded wires 43 above the tape or coating, and a cover or sheath 44 of cotton braiding.
Using this construction, the semiconductor shell 40 is exterior to the conductor insulations 34, 35, 36 but interior to the main insulation ground 41. The conductors 31, 32, 33 are at approximately potentials. equal (approximately 100 volts) to the high potential of the envelope 40 and the conductors 37, 38, 39.
These are connected to the high potential source and, together with the envelope 40, maintain the inner surface of the isolation 41 and the entire nucleus at a potential which prevents disturbances or excessive strain or stress on the cell. insulation 41 or in the spaces provided in this insulation 41. The load currents to the insulation 41, carried from the source by the wires 37, 38, 39 to the envelope 40 in the insulation 41, are carried away by semiconductor coating
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42 and returned or brought to the earth by the braided sheath 43.
CLAIMS.
EMI9.1
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1. In an electric cable comprising an insulation for an electric current conductor, a semiconductor layer, of continuous form in intimate contact, on a surface of the insulation, comprising a support selected from the group comprising the flexible insulating paints and lacquers, said support having conductive particles, in an amount suitable to provide a surface resistivity with a lower limit of the order of ohms per square of surface under normal operating conditions, and said layer serving to carry the charge current to a conductive element which is in electrical contact with the layer at sufficiently close intervals along the length of the cable,
to maintain the electric potential of any part of said semiconductor layer at a value excluding harmful electrical disturbances.
2. In an electric cable comprising -. An insulation for an electric current conductor, a semiconductor layer, of continuous shape and in intimate contact, on one surface of the insulation, comprising a support chosen from: the group comprising flexible insulating paints and insulating lacquers, said support comprising conductive particles in an amount suitable to provide a surface resistivity of the order of a few ohms to 100 megaohms per square of surface under conditions of normal operation, and said layer serving to carry the charging current to a conductive element which is in electrical contact with the layer, at sufficiently close intervals along the length of the cable,
to maintain the electric potential of any part of said semiconductor layer at a value excluding harmful electrical disturbances.
3. In an electric cable comprising an insulation for an electric current conductor, a semiconductor layer, of continuous shape and in intimate contact, on one surface of the insulation, comprising a normally insulating lacquer with an elastomer. , as a constituent necessary for the formation of films, and conductive particles in the lacquer, in an amount suitable to provide a surface resistivity with a lower limit of the order of ohms per cm 2 under normal operating conditions, and said layer serving carrying the charge current to a conductive element which is in electrical contact with the layer, at sufficiently close intervals along the length of the cable,
to maintain the electric potential of any part of said semiconductor layer at a value excluding the possibility of harmful electrical disturbances.