<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention est relative aux terminaisons et joints pour câbles électriques à haute tension et concerne des moyens pour con- trôler les sollicitations dans l'isolement non recouvert du câble et dans la région adjacente. L'élément constituant ces moyens affecte la forme d'un manchon du type condensateur, c'est-à-dire un manchon constitué de couches alternées de matière diélectrique et de matière conductrice mince (électrodes) dimensionnées et agencées de façon à déterminer la distribu- tion ou répartition du champ électrique dans et autour du tronçon non gainé du conducteur de câble. Un tel manchon est utilisé de manière con- nue dans une enveloppe rigide, par exemple un tube en porcelaine, dans le cas d'une terminaison, et un tube ou une boite métallique, dans 1%cas d'un joint.
L'invention sera décrite d'abord dans son application à une terminaison et son adaptation à un joint sera ensuite expliquée. Pour aider le lecteur à mieux comprendre la présente description, on fera fré- quemment référence au dessin ci-annexé, qui représente un manchon répar- titeur des sollicitations suivant l'invention. Dans ce dessin, l'échel- le dans les directions normales à l'axe du manchon est sensiblement éga- le au double de l'échelle parallèlement à cet axe.
Le manchon répartiteur des sollicitations suivant l'invention désigné par la notation de référence 1 sur le dessin, comprend deux séries d'électrodes cylindriques concentriques 2a, 2b, 2c ... et 3a, 3b, 3c ..., une série,à savoir la série 2a 2b, 2c d'électrodes, étant disposée près de l'extrémité mise à la terre du manchon, et l'autre série d'électrodes, à savoir la série 3a, 3b, 3c ..., étant disposée près de l'extrémité à haute tension, un espace 4 étant prévu dans la région médiane de la longueur du manchon, dans lequel ne sont pas prévues d'électrodes, sauf une électrode extérieure 5 commune aux deux séries d'électrodes et s'étendant par dessus et autour de l'espace 4 sur la longueur du manchon comprise entre les deux séries.
Chaque série d'électrodes forme une série de condensateurs s'étendant radialement vers l'extérieur à partir du voisinage du noyau 6 du câble, qui est représenté en traits interrompus. L'électrode intérieure 2a de la première série d'électrodes prévue à l'extrémité mise à la terre est destinée à être connectée à la gaine 7 prévue sur le noyau 6 du câble. Quant à l'électrode intérieure 3a de la seconde série d'électrodes, prévue à l'extrémité à haute tension, elle est destinée à être connectée au conducteur 8 du noyau de câble.
Grâce à la forme et à l'agencement des deux séries de condensateurs et à leur connexion en série par l'électrode commune 5 entre la gaine mise à la terre 7 et le conducteur 8 à haute tension, la répartition du champ électrique longitudinalement et radialement est déterminée et la sollicitation, qui se manifestera en chaque point du manchon et du noyau de câble non gainé, est ainsi fixée.
Selon une particularité de l'invention, les électrodes des deux séries d'électrodes sont dimensionnées et disposées de façon que les capacités entre les électrodes d'une série et les capacités entre les électrodes de l'autre série soient telles que l'électrode commune ait-un potentiel correspondant à 25 à 35 % du potentiel du conducteur, ce potentiel étant, de préférence, d'environ 30 %, lorsque les deux séries de condensateurs sont connectées en série entre le conducteur et la terre.
Selon une autre particularité de l'invention, les électrodes de la série d'électrodes prévues au voisinage de la série à basse tension ont leurs bords intérieurs, c'est-à-dire leurs bords les plus voisins des électrodes de la série à tension plus élevée, axialement au voi-
<Desc/Clms Page number 2>
sinage l'un de l'autre, de façon que, lorsque le manchon est placé sur le noyau avec les électrodes à basse tension entourant le manchon cut-back 7 du noyau, les bords intérieurs de la série d'électrodes à basse tension se trouvent axialement au voisinage de l'extrémité de la gaine du noyau,
La combinaison de ces particularités donne lieu à une répartition avantageuse du potentiel et évite l'utilisation d'un cône tampon,
tout en donnant un manchon présentant des dimensions globales telles qu'on obtient un modèle avantageux de la terminaison ou du joint. La structure interne du manchon est déterminée par cette combinaison de par- ticularités.
On préfère fabriquer le manchon par le procédé connu consistant à enrouler une feuille de matière diélectrique, par exemple de papier, présentant une largeur maximum égale à la longueur du manchon fini et à placer dans ladite feuille enroulée des pièces de métal en feuille présentant des dimensions et disposées de façon à former chacune une électrode dans une position désirée, chacune de ces électrodes s'étendant sur un peu plus d'un tour complet autour de l'axe du manchon.
Suivant une particularité du mode de construction pratique, on confère au manchon sur toute sa longueur une épaisseur suffisante pour qu'il soit rigide et puisse conserver sa section transversale circulaire, de façon qu'il puisse s'adapter sur le conducteur isolé et gainé de l'extrémité du câble avec seulement un faible jeu. Cette rigidité de structure peut, par exemple, être obtenue en enroulant de la matière à l'intérieur du manchon jusqu'à une épaisseur de 0,2 à 0,3 pouce en direction radiale, avant l'insertion de la première électrode 2a ou 3a,
Lorsque le manchon est placé sur le noyau de câble, l'électrode intérieure 2a à l'extrémité mise à la terre entoure la gaine cutback 7 et son extrémité intérieure ne s'étend, en direction axiale, qu'à courte distance au delà de cet écran, comme montré sur le dessin.
L' extrémité mise à la terre du manchon présente un ressaut, de façon à découvrir l'électrode intérieure 2a à son extrémité externe, ce qui facilite sa connexion à la gaine du noyau ou autre enveloppe électriquement conductrice entourant le noyau du câble. L'extrémité extérieure de l'électrode intérieure 3a à l'extrémité à haute tension est similairement découverte, de manière à faciliter sa connexion au conducteur 8.
L'espacement axial des extrémités intérieures de la série d'électrodes à basse tension est déterminé par la sollicitation longitudinale permise dans la matière diélectrique du manchon. Ceci conduit à des distances très faibles. Dans chaque série, les dimensions et 1' espacement des électrodes sont, de préférence, choisis de façon à donner des capacités effectives égales entre chaque paire d'électrodes adjacentes de la série. Dans la série de condensateurs prévus à l'extrémité à haute tension du manchon, les espacements et dimensions radiales des électrodes 3a, 3b, 3c ... seront choisis de manière à donner des capacités effectives plus faibles entre elles qu'entre les électrodes de l'autre série, dans le but d'obtenir la valeur désirée de potentiel pour l'électrode commune aux deux séries.
Etant donné que la sollicitation radiale cette extrémité de la paroi du manchon est plus élevée qu'à 1' extrémité entourant la gaine du noyau, les électrodes 3a, 3b, 3c... de la seconde série seront placés, en direction longitudinale, avec un chevauchement ou décalage axial plus grand de leurs extrémités intérieures, c'est-à-dire les extrémités se trouvant vers le milieu de la longueur du
<Desc/Clms Page number 3>
manchon, que dans le cas des extrémités intérieures des électrodes de la première série.
On comprendra qu'en raison de ce plus grand décalage et de la capacité résultante des extrémités intérieures saillantes du conducteur du noyau, le rapport de la capacité de la série de conden- sateurs à l'extrémité à haute tension, mesurée entre l'électrode inté- rieure 3a et l'électrode commune 5, à la somme des capacités des deux séries de condensateurs, chacune mesurée entre l'électrode intérieure
2a ou 3a et l'électrode commune, sera assez inférieur au rapport requis du potentiel de l'électrode commune au potentiel du conducteur, la dif- férence variant avec les dimensions et caractéristiques du diélectrique du noyau.
A titre d'indication du genre de structure qui résulte de la mise en oeuvre de l'invention dans un manchon pour une terminaison de câble à haute tension, les particularités suivantes sont données. Ce manchon, qui est celui illustré sur le dessin ci-annexé, est destiné à un câble à noyau unique faisant partie d'un système triphasé de 132 kV.
Il a une longueur totale de 75 pouces et l'électrode intérieure 2a de la série d'électrodes prévue à l'extrémité mise à la terre présente une longueur axiale égale à environ la moitié de celle du manchon. La distance axiale entre les bords intérieurs des électrodes adjacentes de cette série est quelque peu supérieure à deux fois la distance radiale (sauf dans le cas des deux premières électrodes, où elle est approximativement égale à cette distance), et, lorsqu'on regarde dans une section du manchon prise par un plan contenant l'axe du manchon, les extrémités intérieures des électrodes de la série s'étendent suivant une ligne faisant un angle compris entre 15 et 25 par rapport à l'axe du manchon.
En d'autres termes, les bords intérieurs de ces électrodes se trouvent sur ou au voisinage d'une surface tronconique s'étendant depuis un point situé près de l'extrémité de la gaine du noyau et divergeant vers l'extrémité à haute tension du manchon, en faisant un angle compris entre 15 et 25 avec l'axe du manchon. L'électrode intérieure 3a à l'extrémité à tension élevée s'étend à partir de cette extrémité sur environ 1/6è de la longueur totale du manchon et les bords intérieurs des électrodes de cette série, considérées en chevauchement dans une section du manchon prise dans le plan précité, s'étendant sensiblement suivant une ligne faisant un angle d'environ 3 à 5 avec l'axe du manchon.
Ceci revient à dire que les bords intérieurs de ces électrodes cylindriques se trouvent sur ou près d'une surface tronconique convergeant suivant un angle de 3 à 5 par rapport à l'axe du manchon vers 1' extrémité à tension élevée du manchon. La distance minimum entre les deux séries d'électrodes, c'est-à-dire la distance au voisinage de l'électrode commune, est d'environ 4 pouces. Le jeu entre le manchon et la gaine du câble est d'environ 15 millièmes de pouce en direction radiale.
Le diélectrique est constitué par du papier imprégné enroulé en une feuille continue et les électrodes, constituées d'une feuille métallique (dont l'épaisseur a été exagérée sur le dessin) sont insérées de façon qu'aucune feuille d'une série de condensateurs ne se trouve entre les mêmes tours ou spires de papier que l'électrode de l'autre série. Ainsi, 1' électrode 3a peut avoir un diamètre interne de 2,70 pouces l'électrode 2a un diamètre interne de 2,83 pouces, l'électrode 3b un diamètre de 2,9 pouces, l'électrode 2b un diamètre de 3,00 pouces, etc... Le rapport de la capacité de la série de condensateurs, prévue à l'extrémité à tension élevée, mesurée entre les électrodes 3a et 5, à la somme de cette capacité et de la capacité, mesurée entre les électrodes 2a et 5, est d' environ 24%.
Ceci, en conjonction avec la capacité de dissipation entre l'électrode commune et le conducteur du noyau et entre les extrémités saillantes des électrodes décalées 3b, 3c etc.. et le conducteur du noyau
<Desc/Clms Page number 4>
donne à l'électrode commune un potentiel de 30 % de celui du potentiel du conducteur, soit un potentiel d'approximativement 23 kV.
Lorsque l'invention est appliquée à un joint, la construction décrite doit être appliquée de chaque côté du centre du joint, deux manchons étant ordinairement utilisés pour une question de commodité, bien qu'un seul manchon long comportant quatre séries d'électrodes puisse être utilisé. Dans l'un et l'autre cas, les deux électrodes intérieures aux extrémités adjacentes des deux séries d'électrodes prévues du côté à tension élevée sont connectées l'une à l'autre et, de préférence aussi au joint conducteur. Les électrodes intérieures sont mises à la terre aux autres extrémités des manchons (ou du manchon) et les manchons (ou le manchon) sont agencés de façon que chaque manchon (ou partie d'un manchon) occupe la même position par rapport à la gaine prévue sur la gaine du noyau du câble que dans une terminaison.
Les manchons suivant l'invention sont fabriqués complètement à l'usine et ne nécessitent pas d'enveloppement supplémentaire à appliquer à la main,-lors de l'établissement de la terminaison ou du joint.
Ces manchons conviennent pour être utilisés aux tensions les plus élevées auxquelles des câbles sont utilisés.
<Desc / Clms Page number 1>
The present invention relates to terminations and joints for high voltage electric cables and relates to means for controlling the stresses in the uncovered insulation of the cable and in the adjacent region. The element constituting these means takes the form of a sleeve of the capacitor type, that is to say a sleeve made up of alternating layers of dielectric material and thin conductive material (electrodes) sized and arranged so as to determine the distribution. - tion or distribution of the electric field in and around the unsheathed section of the cable conductor. Such a sleeve is used in a known manner in a rigid casing, for example a porcelain tube, in the case of a termination, and a metal tube or box, in 1% of the case of a joint.
The invention will be described first in its application to a termination and its adaptation to a joint will then be explained. To help the reader better understand the present description, frequent reference will be made to the accompanying drawing, which shows a stress-distributing sleeve according to the invention. In this drawing, the scale in directions normal to the axis of the sleeve is substantially equal to twice the scale parallel to that axis.
The stress distribution sleeve according to the invention designated by the reference notation 1 in the drawing, comprises two series of concentric cylindrical electrodes 2a, 2b, 2c ... and 3a, 3b, 3c ..., one series, to namely the series 2a 2b, 2c of electrodes, being arranged near the earthed end of the sleeve, and the other series of electrodes, namely the series 3a, 3b, 3c ..., being arranged near of the high voltage end, a space 4 being provided in the middle region of the length of the sleeve, in which no electrodes are provided, except for an outer electrode 5 common to the two series of electrodes and extending through above and around the space 4 over the length of the sleeve between the two series.
Each series of electrodes forms a series of capacitors extending radially outward from the vicinity of the core 6 of the cable, which is shown in broken lines. The inner electrode 2a of the first series of electrodes provided at the earthed end is intended to be connected to the sheath 7 provided on the core 6 of the cable. As for the inner electrode 3a of the second series of electrodes, provided at the high voltage end, it is intended to be connected to the conductor 8 of the cable core.
Thanks to the shape and arrangement of the two series of capacitors and their connection in series by the common electrode 5 between the earthed sheath 7 and the high voltage conductor 8, the distribution of the electric field longitudinally and radially is determined and the stress, which will appear at each point of the sleeve and of the unsheathed cable core, is thus fixed.
According to a particular feature of the invention, the electrodes of the two series of electrodes are dimensioned and arranged so that the capacitors between the electrodes of one series and the capacitors between the electrodes of the other series are such that the common electrode have a potential corresponding to 25 to 35% of the potential of the conductor, this potential preferably being about 30%, when the two series of capacitors are connected in series between the conductor and the earth.
According to another feature of the invention, the electrodes of the series of electrodes provided in the vicinity of the low voltage series have their inner edges, that is to say their edges closest to the electrodes of the voltage series. higher, axially to the side
<Desc / Clms Page number 2>
sinning from each other, so that when the sleeve is placed over the core with the low voltage electrodes surrounding the cut-back sleeve 7 of the core, the inner edges of the low voltage electrode array meet located axially in the vicinity of the end of the core sheath,
The combination of these features gives rise to an advantageous distribution of the potential and avoids the use of a buffer cone,
while providing a sleeve having overall dimensions such that an advantageous design of the termination or seal is obtained. The internal structure of the sleeve is determined by this combination of features.
It is preferred to manufacture the sleeve by the known method consisting in winding a sheet of dielectric material, for example paper, having a maximum width equal to the length of the finished sleeve and in placing in said wound sheet pieces of sheet metal having dimensions. and arranged so as to each form an electrode in a desired position, each of these electrodes extending a little more than one full turn around the axis of the sleeve.
According to a particular feature of the practical construction method, the sleeve is given over its entire length a sufficient thickness so that it is rigid and can retain its circular cross section, so that it can adapt to the insulated conductor and sheathed with the end of the cable with only a small clearance. This structural rigidity can, for example, be achieved by winding material inside the sleeve to a thickness of 0.2 to 0.3 inches in a radial direction , before the insertion of the first electrode 2a or 3a,
When the sleeve is placed over the cable core, the inner electrode 2a at the grounded end surrounds the cutback sheath 7 and its inner end extends, in the axial direction, only a short distance beyond this screen, as shown in the drawing.
The earthed end of the sleeve has a projection, so as to expose the inner electrode 2a at its outer end, which facilitates its connection to the core sheath or other electrically conductive envelope surrounding the core of the cable. The outer end of the inner electrode 3a at the high voltage end is similarly uncovered, so as to facilitate its connection to conductor 8.
The axial spacing of the inner ends of the array of low voltage electrodes is determined by the longitudinal stress allowed in the dielectric material of the sleeve. This leads to very short distances. In each series, the dimensions and spacing of the electrodes are preferably chosen so as to give equal effective capacitances between each pair of adjacent electrodes in the series. In the series of capacitors provided at the high voltage end of the sleeve, the spacings and radial dimensions of the electrodes 3a, 3b, 3c ... will be chosen so as to give lower effective capacities between them than between the electrodes of the other series, in order to obtain the desired value of potential for the electrode common to the two series.
Since the radial stress at this end of the sleeve wall is higher than at the end surrounding the core sheath, the electrodes 3a, 3b, 3c ... of the second series will be placed, in the longitudinal direction, with a greater axial overlap or offset of their inner ends, i.e. the ends lying towards the middle of the length of the
<Desc / Clms Page number 3>
sleeve, only in the case of the inner ends of the electrodes of the first series.
It will be appreciated that due to this larger offset and the resulting capacitance of the protruding inner ends of the core conductor, the ratio of the capacitance of the series of capacitors to the high voltage end, measured between the electrode internal 3a and common electrode 5, to the sum of the capacitances of the two series of capacitors, each measured between the internal electrode
2a or 3a and the common electrode, will be quite less than the required ratio of the potential of the common electrode to the potential of the conductor, the difference varying with the dimensions and characteristics of the dielectric of the core.
As an indication of the kind of structure which results from the implementation of the invention in a sleeve for high voltage cable termination, the following features are given. This sleeve, which is the one illustrated in the accompanying drawing, is intended for a single core cable forming part of a three-phase 132 kV system.
It has a total length of 75 inches and the inner electrode 2a of the series of electrodes provided at the grounded end has an axial length of about half that of the sleeve. The axial distance between the inner edges of adjacent electrodes in this series is somewhat greater than twice the radial distance (except in the case of the first two electrodes, where it is approximately equal to this distance), and, when looking in a section of the sleeve taken by a plane containing the axis of the sleeve, the inner ends of the electrodes of the series extending along a line making an angle between 15 and 25 with respect to the axis of the sleeve.
In other words, the inner edges of these electrodes lie on or near a frustoconical surface extending from a point near the end of the sheath of the core and diverging towards the high voltage end of the core. sleeve, making an angle between 15 and 25 with the axis of the sleeve. The inner electrode 3a at the high voltage end extends from this end for about 1 / 6th of the total length of the sleeve and the inner edges of the electrodes of this series, considered to overlap in a section of the sleeve taken. in the aforementioned plane, extending substantially along a line making an angle of approximately 3 to 5 with the axis of the sleeve.
This is to say that the inner edges of these cylindrical electrodes lie on or near a frustoconical surface converging at a 3 to 5 angle from the axis of the sleeve towards the high tension end of the sleeve. The minimum distance between the two sets of electrodes, i.e. the distance in the vicinity of the common electrode, is about 4 inches. The clearance between the sleeve and the cable jacket is approximately 15 thousandths of an inch in the radial direction.
The dielectric is made of impregnated paper rolled up in a continuous sheet and the electrodes, made of a metal sheet (the thickness of which has been exaggerated in the drawing) are inserted so that no sheet of a series of capacitors is inserted. is between the same turns or turns of paper as the electrode of the other series. Thus, electrode 3a may have an internal diameter of 2.70 inches, electrode 2a an internal diameter of 2.83 inches, electrode 3b a diameter of 2.9 inches, electrode 2b a diameter of 3, 00 inches, etc. The ratio of the capacitance of the series of capacitors, provided at the high voltage end, measured between electrodes 3a and 5, to the sum of this capacitance and the capacitance, measured between the electrodes 2a and 5, is about 24%.
This, in conjunction with the dissipation capacity between the common electrode and the core conductor and between the protruding ends of the offset electrodes 3b, 3c etc. and the core conductor
<Desc / Clms Page number 4>
gives the common electrode a potential of 30% of that of the potential of the conductor, or a potential of approximately 23 kV.
When the invention is applied to a joint, the construction described should be applied to either side of the center of the joint, two sleeves ordinarily being used for convenience, although a single long sleeve with four sets of electrodes may be used. used. In either case, the two inner electrodes at the adjacent ends of the two sets of electrodes provided on the high voltage side are connected to each other and preferably also to the conductive joint. The inner electrodes are earthed at the other ends of the sleeves (or sleeve) and the sleeves (or sleeve) are arranged so that each sleeve (or part of a sleeve) occupies the same position relative to the sleeve provided on the cable core sheath than in a termination.
The sleeves according to the invention are manufactured completely at the factory and do not require additional wrapping to be applied by hand, during the establishment of the termination or the seal.
These sleeves are suitable for use at the highest voltages at which cables are used.