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"ENROULEMENTS DE TliAN-31X)IiLWÈURS AVEC ISOLATION GRADUEE"
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La présente invention, due à MU. DELASTHN et VIDÀLI #*#* relative à des perfectionnements apportés à l'isolation des earou- lewenta pour les transformatoura qui sont expos4u aux onde@ à front raidit telles que les ondes de ohoo ; } elle a (applique aux
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enroulements à couches concentriques superposées qui, comme on le
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saint, sont avantageuses au point de vue de la répartition des
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contraintes provoquées par ces ondes.
Suivant la théorie généralement admise et confirmée par
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8 étudea et 1'expérience pratique de la Société demanderesse la répartition des contraintes transversale$ et longitudinales est y
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avantageuse lorsque la capacité répartit d'une couche du bobinage par rapport à la terre diminue régulièrement, tandis que cette capacité par rapport à un écren électroatatique de répartition augmente suivant une loi linéaire, et cela à mesure que l'on 'éloigne de la borne d'entrée. cependant.l'application pratique de cette théorie pré- tente des grandes difficultés de réalisation, et l'invention consiste essentiellement à faciliter les réalisations en rempla- çant l'une de ces variations linéaires et progressives,
ou bien toutes les deux à la fois, par un échelonnement discontinu des dites capacité@ en appliquant une isolation convenablement graduée au moyen d'une superposition appropriée de fouilles isolantes de faible épaisseur.
L'invention indique à cet effet des dispositions cons- tructives et technologiques simples et efficaces qui t'appliquent plus particulièrement, mais non exclusivement, aux bobinages cons- titués par enroulement en couches de fils de section circulaire.
Ces perfectionnements apportent des résultats qui se rapprochent sensiblement de l 1 optimum de la tenue aux ondes choc, théoriquement réalisable dans le cas des dites variation réelle-' ment progressives, et ils faoilitont beaucoup la réalisation pra- tique des transformateurs industriels, tels que les transformateurs de distribution par exemple, tout en permettant l'équilibrage rigoureux des ampère-tours de leurs enroulements primaires et secondaires, ainai que l'emploi de prises intermédiaires pour le réglage de la tension.
On décrira quelques exemples de réalisation de l'inven- tion on se reportant au dessin annexé sur lequel la figure 1 est un schéma de principe, la figure 2 un schéma d'agencement d'un bobinage à plusieurs couches ne comportant pas d'écran de répar- tition ; la. figure 3 un schéma d'agencement comportant deux écrans, la figure 4, un schéma qui représente un bobinage ayant deux bornes d'entrée prévues pour des tensions différentes, les figure$
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5 et 6 représentent deux réalisations pratiques qui correspondent;
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respectivement aux eohémaa des figura) 8 <t 3, et la figure 7 Montré ocrent on peut effectuer la mise en place des feuille Isolantes intercalées suivant l'invention en nombre variables
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entre les 0<mohM successives, d*un bobinage.
Sur le schéma de principe de la figure Il on mit une couche du bobinais d'un tr41J1lJ,tormateur qui est placée entre la terre T et un écran électrostatique E de répartition) reliée à une borne d'entrée B. Suivant l'invention, cette couche est diva'.;
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en plusieurs, pur example en trois âcholons ai b et a qui sont séparés des sur:
%ooa B et T par des isolations d'épaisseurs ou de constantes diélectriques différentes convenablement graduées @ @ il en résulte que les capacités des divers échelons de la couche
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considérée par rapport" l'écran E, désignées par Col# C2 et Ce,39 diminuent suivant une loi linéaire, tandis que les capacité* par
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vpar rapport à la terre Te désignées/ 0 Ti 0 cTa et CT3 augmentent
T1 T3 T3 suivant la même loi... -
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Les #aâais de choc$ effectues pat," la demanderesse sur des bobinages échelonnés de cette ;
façon on confirme que l'on os tient effectivement une répartition avantageuse des contraintes
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tr8J1DversaleJ et des gradients longitudinaux, et que cette répar.. tition se rapproche sensiblement de la répartition idéale, obtenue dans le cas théorique (difficilement réalisable en pratique) où les dites capacités varient d'une façon continue et progressive.
Suivant une caractéristique de la présente invention, un tel échelonnement est réalisé au moyen d'un nombre convenable. ment varié de feuilles isolantes de faible épaisseur qui entourent * les échelons successifs des bobinages.
Sur la figure 2, on voit par exemple le cas de plusieurs couches concentriques I, II, III etc.., reliées en série entre le bornes d'entrée et de sortie. Dans ce cas particulier,on a suppo- sé que l'écran électrostatique E de la figure 1 n'est,.. utilisé de aorte que l'échelonnement n'est appliqué qu'à l'isolation:
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entre les coucha et par rapport * la terre T. Dana ce eu* (dont la réalisation pratique cet représenté plue en détail sur la figure 0). on peut subdiviser par exemple rauses les couches paS..
1'18 IX et IV, t et laisser non subdivisées les couches impair.. 10 III, V du bobinage.
L'isolement gradué est obtenue goum. représenté, au
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moyen de feuilles Isolantes 1 qui entourent les couchée sucoes- ulves ; une partie de ces fouilles passe, comme on le voit, entre les échelons adjacente a, b' o de façon à modifier périodiquement les nombres de couches isolantes tubulaires qui sont Interposées entre les différentes parties des couches du bobinage.
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La figure 3, dont la réalisation pratique est repre- *entée plus en détail sur la figure 6, est relative au cas o le bobinage qui est constitué par les couches concentriques I, II
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et III est disposé entre deux écrans électrostatiques E 1 et 1112 qui sont parallèles aux couches extérieures I et III. D=0,04 oas, toutes les couches sont de préférence subdivisées en échelons a, b, o. On y a supposé un nombre plus élevé de feuilles isolantes 1, et il est entendu que l'un des écrans, par exemple E2, peut être remplacé par la terre T (comme l'indique la figure i).
Dans le eau de la figure 4 relative aux appareils pou-
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vant fonctionner à deux hautes tensions différentes, c'est-à-dire ayant des bornes d'entr4a Bi et Ba' une partie de l'enroulement qui est représentée schématiquement en traits interrompus, peut
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se trouver sans inconvénient Men bout mortue o'est-à'-dire hors circuit ; on constate en effet que l'isolation graduée permet de résoudre aisément le problème des contraintes diélectriques due. aux transferts @ la borne B. étant celle de la tension la plus faible et la borne B2 étant*celle de la tension la plus élevée,
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les distancée d'isolement par rapport aux terres T. c et T1 rpré.
entées sur la figure 49 paauent progressivement de I di t'd 8 et la distance d2 correspondu la tension de choc qui apparaît par transfert aur'la borne BZ lors d'un esaai de choc sur la borne 111 i
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On voit que dans les dispositions suivant les figure*
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; 4 les couche* du fil conducteur sont séparées par une isola- ! tison qui varie par gradins entre les extrémités des couches super- ! posées, et que les couches extérieures peuvent être munies d'écrans électrostatiques de répartition.
Dans ces dispositions, les prises de réglage sont de préférence placées en cours de bobinage, soit sur deux couches consécutives non graduées, telles que les couches
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I et III de la figure 2 par exemple.s#taur une annule couche, sui- vant l'importance du pas de réglage. On les place de telle manière que, pour n'importe quelle prise utilisée, la . .répartition des
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ampère-tours par en, entre la haute et la basse tension soit en# ' ocre compatible avec une bonne tenue mécanique en court-circuit,
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et que pour chaque prise les efforts leotrodynam1queG produisent sur les enroulements au moins une légère compression.
Une réalisation pratique de l'enroulement suivant la
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fir6 2 est représentée d'une façon plus détaillée sur la figure 6. Lu couche I du fil à section circulaire est enroulée sur un tube isolant i6 et des cales tubulaires isolantes D sont disposées
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à ses extrémités pour assurer les distances de contournement suf- f1ntes ainsi qu'un appui mécanique d'une feuille isolante telle que i, en papier par exemple, fixée sur la couche I à l'aide d'un verni. adhésif approprié qui la recouvre, tel qu'un vernis phéno-
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liue ou vinylphénolique qui est polymérisé à chaud après le bobi-1 nage complet de l'enroulement.
Sur cette feuille isolante i5, on bobine le premier échelon II de la, couche II, et on entoure cet échelon par une feuille isolante i4, après quoi on bobine le deuxième échelon
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II sur le tube qui est formé par cette feuille ..9n: recouvre .1", " . ensuite leu deux échelons Iii et 11 ,e.tl1.;e lA$ et ainsi de suite, .. , 'LI':;'" . °,,ß " ': .
. " , /1!1' J'}"'r"') -/ #comme le montre à plus grande ,49H1'1 :"kt,,!,: ,;':;':' dernières spires 8 et 9 de l'échelon ;'4' ttt.1 encore a l'intérieur du tube qui est formé par la feuille riz enrouai
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lée sur cet échelons avec un recouvrement suffisant p, de préfèrent ce égal au moine à dit fois l'épaisseur de i4.La spire de transi- tion 10, passa entre les couches superposées'de ce recouvrement pour se poser ensuite sur la surface extérieure du dit tube (dont le prolongement initial est indiqua par les traits mixtes x et y) de sorte que les spires suivantes 11, 12 etc.,, qui constituent l'échelon voisin IIb sont enroulées, non pas à l'intérieur,
mais à l'extérieur du tube i dont le'diamètre se trouve ainsi légè- rement réduit,
Tous les autres passades des feuilles isolantes d'un échelon à un autre et d'un diamètre à l'autre, quel que soit le sens de ces passages s'effectuent de la même façon, On constate que, grâce à ce procédé caractéristique d'enroulement; en étages, les feuilles isolantes n'ont pas besoin d'êtra coupées dans le sens de leur largeur pour laisser passer le fil conducteur, lequel n'a pas besoin d'être coupé non plus.
La figure 6 représente d'une façon plus détaillée une réalisation pratique du bobinage avec écrans de répartition ± ut E2 à l'entrée et à la sortie de l'enroulement suivant la figure 3, Cela. peut être notamment le cas de transformateurs triphasés cou- plût en triangle. Comme on le voit, c'est un enroulement, à trois couches I, II, III, celles-ci sont toutes constituées ,par trois échelons a, b, o et logées entre les écrans de répartition E1, E2 et entre les terres T1 T2 ..Dans cet exemple, le nombre de fouilles isolantes i est plus grand que dans l'exemple des figures 2 et 5, car on a supposé des tensions plus élevées.
Dans les,exemples décrits plus haut, on a supposé un nombre d'échelons égal à trois. Bien que ce nombre soit générale- ment satisfaisant dans le cas des transformateure de distribution à moyenne tension, il est entendu que, suivant les applications et les conditions particulières, il peut varier dans les deux sens.
, Cette disposition n'est pas tributuire du diélectrique utilisé (huile minérale, pyralène etc..) pour autant que le choix de la substance de la feuille isolante soit technologiquement adopta
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"TliAN-31X) WINDINGS WITH GRADUATED INSULATION"
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The present invention, due to MU. DELASTHN and VIDÀLI # * # * relating to improvements made to the insulation of earou- lewenta for transformatoura which are exposed to stiff front waves such as ohoo waves; } it has (applies to
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windings with concentric superimposed layers which, as is
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saint, are advantageous from the point of view of the distribution of
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stresses caused by these waves.
According to the theory generally accepted and confirmed by
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8a studied and the practical experience of the Applicant Company the distribution of transverse and longitudinal stresses is y
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advantageous when the distributed capacitance of a layer of the winding with respect to the earth decreases regularly, while this capacitance with respect to an electro-atomic distribution screen increases according to a linear law, and this as the distance from the terminal entry. however, the practical application of this theory presents great difficulties of realization, and the invention consists essentially in facilitating the realizations by replacing one of these linear and progressive variations,
or else both at the same time, by a discontinuous staggering of said capacity @ by applying a suitably graduated insulation by means of an appropriate superposition of insulating trenches of small thickness.
To this end, the invention indicates simple and effective structural and technological arrangements which apply more particularly, but not exclusively, to windings formed by winding in layers of wires of circular section.
These improvements bring results which approach appreciably the optimum of the resistance to shock waves, theoretically achievable in the case of said truly progressive variations, and they greatly facilitate the practical realization of industrial transformers, such as distribution transformers for example, while allowing rigorous balancing of the ampere-turns of their primary and secondary windings, as well as the use of intermediate taps for voltage adjustment.
A few exemplary embodiments of the invention will be described with reference to the appended drawing in which FIG. 1 is a block diagram, FIG. 2 a diagram of the arrangement of a winding with several layers not comprising a screen. distribution; the. figure 3 an arrangement diagram comprising two screens, figure 4, a diagram which shows a winding having two input terminals provided for different voltages, the figures $
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5 and 6 represent two practical embodiments which correspond;
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respectively to the eohémaa of figures) 8 <t 3, and figure 7 Shown ocher one can carry out the establishment of the insulating sheets inserted according to the invention in variable number
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between the successive 0 <mohM, of a winding.
On the schematic diagram of figure II we put a layer of the coil of a tr41J1lJ, transformer which is placed between the earth T and an electrostatic distribution screen E) connected to an input terminal B. According to the invention, this layer is diva '.;
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in several, for example in three acholons ai b and a which are separated from the surs:
% ooa B and T by insulation of different thicknesses or dielectric constants suitably graded @ @ it follows that the capacities of the various steps of the layer
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considered with respect to "the screen E, designated by Col # C2 and Ce, 39 decrease according to a linear law, while the capacitances * by
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v with respect to earth Te designated / 0 Ti 0 cTa and CT3 increase
T1 T3 T3 according to the same law ... -
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The # aâais de shock $ performed pat, "the plaintiff on staggered coils of this;
way we confirm that we actually have an advantageous distribution of stresses
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tr8J1DversaleJ and longitudinal gradients, and that this distribution approaches appreciably the ideal distribution, obtained in the theoretical case (difficult to achieve in practice) where said capacities vary in a continuous and progressive manner.
According to a characteristic of the present invention, such a staggering is carried out by means of a suitable number. a variety of thin insulating sheets which surround the successive stages of the windings.
In Figure 2, we see for example the case of several concentric layers I, II, III etc. .., connected in series between the input and output terminals. In this particular case, it has been assumed that the electrostatic screen E of FIG. 1 is not used, so that the scaling is only applied to the insulation:
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between the coucha and in relation * the earth T. Dana this had * (whose practical realization this represented in more detail in figure 0). one can subdivide for example rauses the layers paS ..
1'18 IX and IV, t and leave the odd layers undivided. 10 III, V of the winding.
Graduated isolation is obtained goum. represented at
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means of Insulating sheets 1 which surround the lying sucoes- ulves; part of these excavations passes, as can be seen, between the adjacent rungs a, b 'o so as to periodically modify the numbers of tubular insulating layers which are interposed between the different parts of the layers of the coil.
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FIG. 3, the practical embodiment of which is represented in more detail in FIG. 6, relates to the case where the winding which is formed by the concentric layers I, II
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and III is arranged between two electrostatic screens E 1 and 1112 which are parallel to the outer layers I and III. D = 0.04 oas, all the layers are preferably subdivided into steps a, b, o. A higher number of insulating sheets 1 has been assumed there, and it is understood that one of the screens, for example E2, can be replaced by earth T (as shown in figure i).
In the water of figure 4 relating to the devices for
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If operating at two different high voltages, i.e. having input terminals Bi and Ba 'a part of the winding which is shown schematically in broken lines, can
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to be without inconvenience Men end mortue o 'that is to say out of circuit; it is indeed noted that the graduated insulation makes it possible to easily resolve the problem of the dielectric stresses due. at transfers @ terminal B. being that of the lowest voltage and terminal B2 being * that of the highest voltage,
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them isolated from land T. c and T1 rpré.
entered in figure 49 gradually shift from I di t'd 8 and the distance d2 corresponds to the impulse voltage which appears by transfer to terminal BZ during a shock test on terminal 111 i
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We see that in the arrangements according to the figures *
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; 4 the layers * of the conductor wire are separated by an insulation! brand that varies in steps between the ends of the super layers! laid, and that the outer layers may be fitted with electrostatic distribution screens.
In these arrangements, the adjustment taps are preferably placed during winding, or on two consecutive non-graduated layers, such as the layers
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I and III of figure 2 for example. S # taur a layer cancellation, depending on the size of the adjustment step. They are placed in such a way that, for any socket used, the. .distribution of
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ampere-turns by in, between the high and the low tension is in # 'ocher compatible with a good mechanical resistance in short-circuit,
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and that for each grip the leotrodynamic forces produce at least a slight compression on the windings.
A practical realization of the winding following the
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fir6 2 is shown in more detail in Figure 6. Lu layer I of the circular section wire is wound on an insulating tube i6 and insulating tubular wedges D are placed.
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at its ends to ensure sufficient circumvention distances as well as mechanical support of an insulating sheet such as i, made of paper for example, fixed to the layer I using a varnish. suitable adhesive covering it, such as a phenolic varnish
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liue or vinylphenolic which is hot polymerized after the complete bobi-1 swim of the winding.
On this insulating sheet i5, the first step II of the layer II is wound up, and this step is surrounded by an insulating sheet i4, after which the second step is wound up
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II on the tube which is formed by this sheet ..9n: covers .1 ",". then on two steps Iii and 11, e.tl1.; e lA $ and so on, .., 'LI' :; '". ° ,, ß"':.
. ", / 1! 1 'J'}" 'r "') - / #as shown at larger, 49H1'1:" kt ,,!,:,; ':;': 'last turns 8 and 9 of the rung; '4' ttt.1 still inside the tube which is formed by the husk rice leaf
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rung on this rung with a sufficient overlap p, prefer this equal to the monk at said times the thickness of i4. The transition coil 10, passed between the superimposed layers of this covering to then rest on the outer surface of the said tube (the initial extension of which is indicated by the mixed lines x and y) so that the following turns 11, 12 etc. ,, which constitute the neighboring step IIb are wound, not inside,
but outside the tube i, the diameter of which is thus slightly reduced,
All the other passes of the insulating sheets from one level to another and from one diameter to another, whatever the direction of these passages are carried out in the same way, It is noted that, thanks to this characteristic process of 'winding; in layers, the insulating sheets do not need to be cut across their width to allow the conductive wire to pass, which does not need to be cut either.
FIG. 6 shows in more detail a practical embodiment of the winding with distribution screens ± ut E2 at the input and at the output of the winding according to FIG. 3, that. This may be the case in particular with three-phase transformers with delta coupling. As can be seen, it is a winding, with three layers I, II, III, these are all constituted by three levels a, b, o and housed between the distribution screens E1, E2 and between the earths T1 T2 .. In this example, the number of insulating digs i is greater than in the example of Figures 2 and 5, because higher voltages have been assumed.
In the examples described above, it is assumed that a number of steps is equal to three. Although this number is generally satisfactory in the case of medium voltage distribution transformers, it is understood that, depending on the applications and the particular conditions, it may vary in both directions.
, This arrangement does not depend on the dielectric used (mineral oil, pyralene etc.) as long as the choice of the substance of the insulating sheet is technologically adopted.