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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-
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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
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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
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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.