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ISOLATEUR ELECTRIQUE, A CHAMP DIRIGE.
Les isolateurs de traversée à champ électrique dirigé par des écrans métalliques appelés condensateurs et encastrés dans l'isolant de la traversée sont connus depuis longtemps et il en existe plusieurs espèceso Deux types ont surtout retenu l'attention des constructeurs, à savoir :
1 ) l'isolateur de traversée à sollicitation électrique moyenne répartie uniformément sur les surfaces extérieures de l'isolant'.qui sépare le conducteur haute tension et le manchon mis à la terre, et
2 ) l'isolateur de traversée à sollicitation électrique non uni- forme, mais qui a le même degré de non uniformité dans les directions ra- diales et longitudinales.
Le dernier de ces deux types d'isolateur est intéressant surtout pour sa simplicité de conception et sa facilité de construction, les dis- tances radiales et longitudinales entre les écrans étant constantes. Cepen- dant ce type d'isolateur de traversée n'est pas très favorable au point de vue de la répartition des sollicitations électriques tant radiales que lon- gitudinales, celles-ci étant plus fortes aux environs des électrodes exté- rieures (conducteur haute tension et manchon mis à la terre) qu'au milieu de.l'isolant.
Mais si la répartition uniforme dés sollicitations superficielles donne apparemment au premier type d'isolateurs de traversée mentionné ci- dessus des qualités quasi idéales, en fait il n'en est pas ainsi. La prati- que ainsi que des considérations théoriques montrent que pour augmenter la tension de contournement une certaine non uniformité des sollicitations su- perficielles est favorable,
La présente invention concerne, au lieu de la répartition uni- forme des sollicitations superficielles, une répartition non uniforme dont les valeurs les plus faibles sont situées aux environs des électrodes ex- térieures et dont le maximum de sollicitation est sensiblement au milieu de la surface extérieure, ainsi que la fig.
1 des dessins annexés le montre à
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titre d'exemple, mais toute autre répartition des tensions et par consé- quent des sollicitations superficielles dont les valeurs les plus faibles sont aux environs des électrodes extérieures est dans l'esprit de la présen- te invention.
Sur la fig. l, l'axe h représente la distance relative entre le manchon mis à la terre et un point quelconque situé à la surface extérieure de l'isolateur de traversée, par rapport à la distance totale entre le con- ducteur haute tension et le manchon, u est la tension relative du point en question par rapport à la tension totale supportée par l'isolateur de tra- versée. La ligne droite 1 de cette figure représente une répartition uni- forme des dites tensions et, par conséquent, des sollicitations superficiel- les et la courbe 2, une répartition non uniforme des tensions le long de la surface extérieure et caractérisée, selon l'invention, par le fait que les sollicitations superficielles aux environs du conducteur haute tension (h= 1) et du manchon mis à la terre (h = o) sont plus faibles qu'au milieu de la surface isolante (h = 0,5 env. ).
Une particularité de la présente invention consiste dans le fait que la courbe de la répartition des tensions, ou tout au moins le degré de non uniformité c'est-à-dire le rapport entre les valeurs des sollicitations les plus fortes et les plus faibles, n'est pas due au hasard, mais est impo- sée préalablement par les exigences de nature physique, telle que par exem- ple la tension de contournement. La courbe de répartition des tensions peut avoir, par exemple une allure ou un degré de non uniformité favorisant spé- cialement la tension de contournement soit à sec soit sous pluie.
Conformément à la présente invention, la courbe de répartition des sollicitations peut être symétrique, c'est-à-dire que les sollicitations les plus faibles situées aux environs des électrodes extérieures sont égales entre elles, le maximum étant au milieu de la surface extérieure ou, non symétrique, les sollicitations les plus faibles n'étant pas égales et le maximum étant plus ou moins déplacé par rapport au milieu des surfaces exté- rieures isolantes.
La technique de confection des écrans en général ainsi que la nature du métal qui les constitue sont sans importance au point de vue de la présente invention. Ainsi les écrans peuvent être réalisés par des ru- bans métalliques plus ou moins larges et épais, rubannés en hélice avec ou sans recouvrement, formés chacun d'une seule ou de plusieurs feuilles de métal ou de papier métallisé, ou encore par une couche de métal pulvérisé ou déposé par des moyens chimiques ou physiques.
La position mutuelle des écrans, leur nombre ou le nombre de groupes d'écrans peuvent être quelconques. Ainsi la position mutuelle des écrans dans la section longitudinale de l'isolateur de traversée peut être plus ou moins symétrique, comme le montre la fig. 2, ou par contre tout à fait asymétrique, comme il est indiqué fig. 3. Enfin, les écrans peuvent constituer des groupes en série ou en parallèle, composés d'écrans plus ou moins symétriques ou asymétriques.
Ces fig. 2 et 3, données à titre d'exemples non limitatifs, re- présentent des terminales pour câbles, mais l'invention permet naturelle- ment toute autre réalisation et toute autre utilisation. Sur ces figures, 1 désigne le conducteur haute tension, 2 le manchon basse tension mis à la terre, 3 la gaine de plomb du câble, 4 les écrans métalliques plus ou moins symétriques (fig. 3) ou asymétriques (fig.4).
De même, la nature de la matière constituant l'isolant qui est placée principalement entre les écrans métalliques peut être quelconque sans modification à l'essence de l'invention. Les traversées peuvent donc être confectionnées en papier imprégné d'huile minéral ou synthétique ou en papier bakélisé ou enduit d'une autre résine synthétique thermoplastique
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ou termodurcissable ou enfin d'un mélange d'huiles et de résines naturelles et synthétiques, ou être en'porcelaine ou en n'importe quelle autre matière isolante naturelle ou synthétique de qualité diélectrique convenable.
On peut aussi employer à la fois plusieurs diélectriques différents, solides, liquides ou mêmes gazeux à pression atmosphérique ou sous pression plus élevée, comme par exemple le papier, la porcelaine, l'huile et l'air, soit pour des raisons purement électriques, en utilisant leurs constantes dié- lectriques différentes, soit pour des raisons de protection contre l'humi- dité ou contre les intempéries en général, contre les décharges électriques ou contre les-détériorations mécaniques.-
Le¯genre et la configuration du réseau capacitif'constitué par toutes les capacités partielles entre les écrans, entre les écrans et'la terre, entre les écrans et le conducteur haute tension ou encore entre les écrans et une électrode spéciale mise à la haute tension peuvent également être quelconques.
Selon cette invention on peut ainsi réaliser des traver- sées dont les capacités des écrans par rapport à la terre ou par rapport au conducteur haute tension sont très faibles, par exemple pour transformateurs, ou par contre dont ces mêmes capacités sont relativement fortes, comme par exemple pour les terminales de câbles à haute tension.
D'une manière générale, l'invention est applicable quels que soient le changement ou la déformation de la configuration du réseau capa- citif de la traversée, ou la construction mécanique découlant d'une appli- cation particulière. On peut ainsi réaliser, selon l'invention, des traver- sées pour transformateurs, disjoncteurs et tous genres d'appareils électri- ques, les traversées des murs des centrales électriques et des postes de distribution, les terminales des câbles à haute tension, que ces traversées soient du type intérieur ou extérieur, qu'elles soient simples, ou encore munies de transformateurs de courant, de relais, de thermocouples, etc.
Toujours selon l'invention en question, les traversées peuvent formée un bloc dont toutes les parties sont solidaires et non démontables sans destruction de la traversée, ou par contre être composées de plusieurs pièces démontables ou scellées au ciment ou réalisées de toute autre manière adéquate.
Une particularité de la présente invention consiste dans le fait que la traversée peut être prévue avec une gaine protectrice extérieure en porcelaine ou en toute autre matière diélectrique. Mais si pour augmenter la tensionde contournement sous pluie, cette gaine est munie de jupes ou pourvue d'ondulations appropriées, le champ électrique de la traversée peut être déformé défavorablement. Cette déformation peut être compensée par une répartition judicieusement choisie des tensions sur les écrans de la tra- versée.
Cette correction du champ, selon l'invention, peut être réalisée de façon à arriver soit à une répartition finale des tensions plus ou moins uniforme,soit à une répartition où les sollicitations les plus faibles sont situées à proximité des électrodes extérieures. Dans les termes de la pré- sente invention, la première correction donnera lieu à une traversée qu'on appellera compensée, la deuxième, une traversée surcompensée.
Tout ce qui a été dit ci-dessus au sujet des isolateurs de tra- versée est applicable également aux supports électriques. La différence principale entre une traversée et un support électrique consiste dans le fait que le manchon mis à la terre et situé plus ou moins au milieu de la traversée sera déplacé à une des extrémités de l'isolateur constituant ain- si la base par laquelle l'isolateur sera fixé sur la partie mécanique et que le conducteur central mis à la haute tension sera remplacé par une plaque ou capot métallique formant l'électrode haute tension et servant à la fixation des conducteurs ou des appareils qui doivent être isolés par rapport à la terre.
La Fig. 4 donnée à-titre d'exemple non limitatif, représente un support isolant ; cette figure :
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1 désigne la plaque ou capot mis à la haute tension, 2 l'électrode mise à la terre, 3 les écrans métalliques, 4 la matière isolante.
Il est naturellement loisible de réaliser, sans sortir du cadre de l'invention, des variantes se comportant pratiquement de la même façon que les exemples de réalisation sus-visés.
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ELECTRICAL INSULATOR, DIRECTED FIELD.
Bushing insulators with an electric field directed by metal screens called capacitors and embedded in the bushing insulation have been known for a long time and there are several species. Two types have especially attracted the attention of manufacturers, namely:
1) the medium electrical stress feedthrough insulator distributed evenly over the outer surfaces of the insulation '. Which separates the high voltage conductor and the earthed sleeve, and
2) the bushing insulator with electrical stress not uniform, but which has the same degree of non-uniformity in the radial and longitudinal directions.
The last of these two types of insulator is interesting above all for its simplicity of design and ease of construction, the radial and longitudinal distances between the screens being constant. However, this type of feed-through insulator is not very favorable from the point of view of the distribution of both radial and longitudinal electrical stresses, the latter being stronger in the vicinity of the external electrodes (high voltage conductor and sleeve grounded) than in the middle of the insulation.
But if the uniform distribution of the surface stresses apparently gives the first type of bushing insulator mentioned above almost ideal qualities, in fact this is not so. Practice as well as theoretical considerations show that to increase the bypass tension a certain non-uniformity of the surface stresses is favorable,
The present invention relates, instead of the uniform distribution of the surface stresses, to a non-uniform distribution, the lowest values of which are situated in the vicinity of the outer electrodes and of which the maximum stress is substantially in the middle of the outer surface. , as well as fig.
1 of the accompanying drawings shows it at
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By way of example, but any other distribution of the voltages and consequently of the surface stresses, the lowest values of which are in the vicinity of the external electrodes, is in the spirit of the present invention.
In fig. l, the axis h represents the relative distance between the earthed sleeve and any point on the outer surface of the bushing insulator, compared to the total distance between the high voltage conductor and the sleeve, u is the relative voltage of the point in question with respect to the total voltage supported by the bushing insulator. The straight line 1 of this figure represents a uniform distribution of said stresses and, consequently, of the surface stresses and the curve 2, a non-uniform distribution of the stresses along the outer surface and characterized, according to the invention. , by the fact that the surface stresses around the high voltage conductor (h = 1) and the earthed sleeve (h = o) are lower than in the middle of the insulating surface (h = 0.5 approx. ).
A particular feature of the present invention consists in the fact that the curve of the distribution of the tensions, or at least the degree of non-uniformity, that is to say the ratio between the values of the strongest and weakest stresses, is not due to chance, but is imposed beforehand by requirements of a physical nature, such as, for example, the bypass voltage. The stress distribution curve may have, for example, a shape or a degree of non-uniformity which especially favors the bypass tension either in dry conditions or in rain.
According to the present invention, the stress distribution curve can be symmetrical, that is to say that the weakest stresses located in the vicinity of the outer electrodes are equal to each other, the maximum being in the middle of the outer surface or , not symmetrical, the weakest stresses not being equal and the maximum being more or less displaced with respect to the middle of the external insulating surfaces.
The technique of making screens in general as well as the nature of the metal which constitutes them are irrelevant from the point of view of the present invention. Thus the screens can be produced by more or less wide and thick metallic strips, helically taped with or without covering, each formed of one or more sheets of metal or of metallized paper, or even by a layer of metal sprayed or deposited by chemical or physical means.
The mutual position of the screens, their number or the number of groups of screens can be any. Thus the mutual position of the screens in the longitudinal section of the feed-through insulator can be more or less symmetrical, as shown in fig. 2, or on the other hand quite asymmetric, as indicated in fig. 3. Finally, the screens can constitute groups in series or in parallel, composed of more or less symmetrical or asymmetrical screens.
These figs. 2 and 3, given by way of nonlimiting examples, represent terminals for cables, but the invention naturally allows any other embodiment and any other use. In these figures, 1 designates the high voltage conductor, 2 the earthed low voltage sleeve, 3 the lead sheath of the cable, 4 the more or less symmetrical (fig. 3) or asymmetrical (fig. 4) metal screens.
Likewise, the nature of the material constituting the insulation which is placed mainly between the metal screens can be arbitrary without modifying the essence of the invention. The bushings can therefore be made of paper impregnated with mineral or synthetic oil or of bakelized paper or coated with another thermoplastic synthetic resin.
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or thermosetting or finally a mixture of oils and natural and synthetic resins, or be made of porcelain or any other natural or synthetic insulating material of suitable dielectric quality.
It is also possible to use at the same time several different dielectrics, solid, liquid or even gaseous at atmospheric pressure or under higher pressure, such as for example paper, porcelain, oil and air, or for purely electrical reasons, by using their different dielectric constants, either for reasons of protection against humidity or against bad weather in general, against electric shocks or against mechanical damage.
The type and configuration of the capacitive network 'constituted by all the partial capacitors between the screens, between the screens and the earth, between the screens and the high voltage conductor or between the screens and a special electrode set to high voltage can also be any.
According to this invention, it is thus possible to produce feedthroughs of which the capacitances of the screens with respect to the earth or with respect to the high voltage conductor are very low, for example for transformers, or on the other hand of which these same capacities are relatively high, as for example. example for high voltage cable terminals.
In general, the invention is applicable regardless of the change or deformation of the configuration of the capacitive network of the bushing, or the mechanical construction resulting from a particular application. It is thus possible, according to the invention, to produce feedthroughs for transformers, circuit breakers and all types of electrical apparatus, the feedthroughs of the walls of power plants and distribution stations, the terminals of high voltage cables, which these bushings are of the internal or external type, whether they are simple, or even fitted with current transformers, relays, thermocouples, etc.
Still according to the invention in question, the crossings can form a block of which all the parts are integral and not removable without destroying the crossing, or on the other hand be composed of several parts which can be dismantled or sealed with cement or made in any other suitable manner.
A particular feature of the present invention consists in the fact that the bushing can be provided with an outer protective sheath made of porcelain or any other dielectric material. But if to increase the bypass voltage in rain, this sheath is fitted with skirts or provided with suitable undulations, the electric field of the bushing may be unfavorably deformed. This deformation can be compensated by a judiciously chosen distribution of the tensions on the screens of the crossing.
This correction of the field, according to the invention, can be carried out so as to arrive either at a final distribution of the voltages which is more or less uniform, or at a distribution where the weakest stresses are located near the external electrodes. In the terms of the present invention, the first correction will give rise to a crossing which will be called compensated, the second, an overcompensated crossing.
Everything that has been said above about bushing insulators is also applicable to electrical supports. The main difference between a bushing and an electrical support consists in the fact that the sleeve earthed and located more or less in the middle of the bushing will be moved to one of the ends of the insulator constituting thus the base by which the The insulator will be fixed on the mechanical part and that the central conductor put to high voltage will be replaced by a metal plate or cover forming the high voltage electrode and used for fixing the conductors or devices which must be insulated from the Earth.
Fig. 4, given by way of non-limiting example, represents an insulating support; this figure:
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1 designates the high voltage plate or cover, 2 the earthed electrode, 3 the metal screens, 4 the insulating material.
It is naturally possible to produce, without departing from the scope of the invention, variants which behave practically in the same way as the above-mentioned embodiments.