Isolateur électrique à haute tension. La présente invention a pour objet un isolateur électrique à haute tension du genre de ceux qui comportent des éléments en ma tière isolante groupés en file.
Dans l'isolateur suivant l'invention, les liaisons intermédiaire entre les éléments de la file sont établies sans que la masse de chaque élément soit en contact avec une pièce de liaison métallique. En outre, les divers éléments sont séparés par des joints étanches. .
Cette disposition permet de supprimer les capacités formées dans les isolateurs or dinaires par la présence simultanée de pièces métalliques de liaison.
Les divers éléments peuvent comporter des cavités filetées dans lesquelles se vissent des pièces de liaison en matière isolante de résistance mécanique et électrique suffi sante.
Pour améliorer la répartition du poten tiel le long d'un isolateur de ce type, on peut disposer de place en place, entre deux éléments consécutifs, une cape métallique amovible. Par ailleurs, on sait que, dans la consti tution d'isolateurs rigides à plusieurs élé ments, la tension de "claquage par con- tournement", c'est-à-dire la tension néces saire pour qu'une étincelle puisse éclater entre les deux pôles du potentiel en suivant le contour extérieur de l'isolateur, est fonc tion de la longueur de la ligne de fuite me surée sur les distances les plus courtes sé parant les deux points où sont appliqués ces pôles.
On sait également qu'une très faible augmentation de la longueur de la ligne de fuite améliore d'une façon assez considérable la valeur de la tension d'amor çage d'une chaîne d'isolateurs. On peut dans un isolateur suivant la présente invention intercaler des éléments auxiliaires isolants entre deux éléments consécutifs.
Plusieurs files d'éléments, dans un Îso- lateur, pourraient être reliées par une arti culation métallique joignant les éléments ter minaux de deux files consécutives.
Quand l'isolateur est destiné à servir d'isolateur de traversée, on peut employer un tube isolant qui traverse les éléments et les pièces creuses et qui renferme le conduc teur. Celui-ci peut être constitué par une tige métallique filetée aux deux bouts, des écrous se vissant sur ces filetages et blo quant les divers éléments les uns contre les autres.
Les dessins annexés donnent, à titre d'exemple, des formes d'exécution de l'objet (le l'invention: La fig. 1 représente, partie en élévation, partie en coupe, un élément isolateur assem blé par vissage à un second élément; La fig. 2 représente, en élévation, un isolateur rigide formant un pôle de section neur constitué par l'assemblage de plusieurs éléments isolateurs; La fi-. 3 montre un isolateur compor tant entre deux éléments une cape amovible métallique; La fig. 4 montre un isolateur compor tant un élément auxiliaire entre deux élé ments principaux;
Les fig. 5 et 6 représentent deux modes d'exécution différents d'un isolateur de tra versée; enfin L a fig. 7 est une vue, partie en coupe, partie en élévation, d'une suspension mixte. L'élément représenté en fig. 1 est cons titué par un isolateur en porcelaine ou toute autre matière isolante (verre, basalte, etc.) 1, de forme appropriée et de préférence de forme "juponnée", de façon à permettre l'évacuation vers l'extérieur de l'eau de ruis sellement. La forme de l'isolateur doit d'ail leurs être fonction de son emploi.
A l'inté rieur de l'isolateur 1 est ménagée une cavité 2 dont les parois latérales sont filetées et dont la. partie supérieure est en forme de calotte sphérique. Dans la cavité 2, vient se visser une pièce isolante 3, constituée par une tête filetée .1, surmontée d'une partie en forme de portion de sphère 5, qui vient épouser exactement la forme du fond de la cavité 2 et par une tige filetée 6. Cette pièce 3 est en matière isolante de résistance mécanique suffisante, par exemple un isolant constitué par un aggloméré cellulosique dont les élé ments sont choisis parmi les corps parfaite- ment isolants et d'une grande résistance mé canique.
L'isolateur en porcelaine 1 présente à sa partie supérieure une cavité filetée 7, destinée à recevoir, lors de l'assemblage des éléments, la tige filetée 6 de l'élément supérieur.
On voit à l'examen de la fig. 1, qu'en bloquant l'un sur l'autre les isolateurs 1 et 8 et en interposant entre les deux une rondelle isolante 9, en caoutchouc par exemple, on obtient une étanchéité absolue entre les deux éléments.
La pièce isolante 3 pourrait avoir toute autre forme que celle qui vient d'être indi quée et être constituée, par exemple, par une simple tige filetée, ainsi qu'on peut le voir en fig. 3 par exemple. Bien entendu, la forme de la cavité 2 est modifiée en conséquence.
La fi-. 2 représente un pôle de section neur haute tension constitué par un certain nombre d'éléments tels que celui qui vient d'être décrit, assemblés de manière à cons tituer un isolateur à plusieurs éléments. A l'intérieur du dernier élément l' en bas de l'isolateur est fixée une pièce 10 pouvant être, par exemple, boulonnée sur une plaque- support 11, tandis que l'élément supérieur 1" porte la mâchoire haute tension 12.
On voit qu'il est très facile de changer, en cas de besoin, l'un des éléments, toutes les fixations se faisant par vissage.
Un tel isolateur rigide pourrait être uti lisé, non seulement dans l'appareillage courant haute tension, mais aussi à la cons truction de lignes de transport de force aérien, la répartition du potentiel le long des éléments devant être sensiblement égale par suite de l'absence de métal entre éléments.
La fig. 3 représente un isolateur dans lequel on a eu recours à l'artifice décrit plus haut pour améliorer encore cette r6par- tition du potentiel. Entre les deux éléments 1, réunis entre eux par la tige filetée isolante 3, est disposée la cape métallique amovible 13, avant, par exemple, la forme d'un tronc de cône avec un rebord interne 14 à. sa par tie inférieure. Notons encore les rondelles isolantes 9.
Cette métallisation, destinée uniquement < i améliorer la répartition du potentiel, pour ra, suivant les cas, intéresser soit la totalité des éléments isolateurs constituant la chaîne, suit seulement une partie de ceux-ci.
Dans la forme d'exécution de l'isolateur représentée en fig. 4, on a interposé entre les deux éléments 1 un élément auxiliaire 15, de forme appropriée, de manière à aug- meritc@r la longueur de la ligne de fuite de l'i-#o1ateur total.
Ce dispositif peut, si on le désire, être combiné avec le dispositif de métallisation décrit ci-dessus.
L'emploi de ces éléments auxiliaires per- rnet, en outre, d'obtenir un excellent facteur d'efficacité E pour une chaîne d'isolateurs de 1' éléments. En effet, si l'on désigne par Ui la valeur de la tension de claquage pour l'un des éléments principaux, et par Ut la valeur de la tension de claquage pour l'en semble de la chaîne considérée, le facteur d'efficacité est défini par la relation:
EMI0003.0017
L'adjonction des éléments auxiliaires a pour effet d'augmenter la ligne de fuite et par suite Ut.
Le nombre N des éléments prin cipaux et la tension Z71 restant constante, on voit que le facteur E croîtra avec Ut.
Dans l'isolateur de traversée représenté en fig. 5, les divers éléments constitutifs 16 sont creux, s'emboîtent les uns dans les au tres et reposent sur des rondelles isolantes d'étanchéité 17. Ils sont tous traversés par une tige centrale métallique 18 servant de passage au courant, et filetée à chacune de ses extrémités. Des écrous 19 et 2.0 s'enga gent sur ces parties filetées et réunissent, lorsqu'ils sont bloqués, les divers éléments les uns aux autres, assurant ainsi la rigidité de l'ensemble et l'étanchéité.
Un tube isolant 21 entoure la tige cen trale 18 et forme une protection supplémen taire pour celle-ci qui peut porter, à sa par tie supérieure, un trou 22 servant à amener l'huile de l'intérieur de la traversée et mis en communication avec un réservoir extérieur. Le remplissage intérieur de ces traversés peut se faire également à l'aide d'une matière isolante mise liquide à chaud telle que com pound, brai, etc (huile et brai mélangés).
Dans la forme d'exécution d'un isola teur de traversée représenté en fig. 6, les éléments constitutifs 16 sont également per cés d'un trou central vertical et traversés par un tube isolant, en porcelaine, par exem ple, 21,à l'intérieur duquel est disposé le conducteur. On peut mettre plusieurs tubas 27. concentriques. Deux éléments successifs sont réunis entre eux par une tige creuse isolante 23 entourant le tube isolant 21 et filetée extérieurement de manière à réunir les deux éléments successifs, entre lesquels est interposé le joint étanche 17.
Ainsi qu'on peut le voir sur la figure, deux tiges isolantes successives 23 sont séparées par une épais seur de po.reelaine 24, venue de fabrication avec la porcelaine de l'élément 16.
Les formes d'exécution représentés en fig. 5 et 6 se rapportent à des isolateurs d'entrée clans un interrupteur ou ir.ansfor- mateur à huile. L'élément isolant 25 qui se trouve à l'endroit où l'isolateur pénètre dans l'appareil est muni extérieurement de rai nures 26 de manière à se fixer par scellement sur la paroi métallique supérieure 27 de l'interrupteur ou du transformateur. Les élé ments isolants tels que 28 qui se trouvent à l'intérieur de l'appareil sont assemblés de la même façon que les éléments exté rieurs 16,
mais leur forme est différente, et en particulier, on a supprimé le chapeau. Ces éléments peuvent baigner complètement ou en partie dans l'huile.
Dans les traversées représentées aux fig.5 et 6, on tient compte que le nombre des élé ments 16 et 28 est fonction de la tension. De plus comme la partie faible de l'isolateur de traversées pour résister à une tension de percement, se trouve à l'endroit du joint avec la pièce 27, on peut, suivant la tension en visagée, proportionner les dimensions et en particulier le diamètre central de l'isolateur central 25, ses parties inférieure et supé- rieure étant dimensionnées pour recevoir les pièces standard 16 et 28.
On conçoit ainsi que par l'augmentation du diamètre de la partie centrale de l'isola teur 25, la distance à la. masse de la tige cen trale métallique 18 (fi-. 5) est plus grande et le volume de matière isolante de remplis sage (huile, compound, etc.) plus considé rable.
Enfin, en cas de .dilatations inégales de la porcelaine et des pièces métalliques et en par ticulier de la tige 18, on peut placer sous les écrous 19 et 20 (fi-. 5) des ressorts de com pensation.
La fig. 7 représente une suspension mixte dans laquelle un certain nombre d'isolateurs 1 sont réunis entre eux au moyen de tiges file tées isolantes 3 avec interposition d'un joint étanche 9, de manière à constituer un groupe isolateur. Deux groupes peuvent être réunis par une pièce métallique formant articula tion 29.
Comme on peut le voir, ce dispositif, sans supprimer complètement toutes les capacités, permet cependant de diminuer la capacité de l'ensemble, le nombre des articulations métal liques pouvant être réduit au strict mini mum.
On peut augmenter, si on le désire, l'étan chéité sur joint entre deux éléments par l'adjonction d'un mastic ou ciment placé tout autour du joint en 30, ainsi que cela est représenté en fig. 7. Ce mastic ou ciment offre en outre l'avantage d'éviter un trop gros effort de desserrage.
On peut remarquer que ces éléments seraient également utilisables avec toute forme d'isolateur dans laquelle la porce laine travaillerait non plus à la traction, mais à la compression.
Enfin, il est possible d'assembler entre eux des éléments isolateurs sans utiliser de pièces de liaison isolantes accessoires. Les supports seraient alors constitués en vis sant directement les éléments les uns sur les autres, sans scellement ni emploi de pièces isolantes accessoires, les éléments étant bien entendu séparés par des joints étanches. Mais il convient de signaler que ce dispositif présente une certaine difficulté dans la fa brIcation des éléments, que ceux-ci soient en porcelaine, en basalte, en verre, ou en toute autre matière appropriée.
High voltage electrical insulator. The object of the present invention is a high voltage electrical insulator of the type which comprises elements made of insulating material grouped in a row.
In the insulator according to the invention, the intermediate connections between the elements of the line are established without the mass of each element being in contact with a metal connecting piece. In addition, the various elements are separated by tight seals. .
This arrangement makes it possible to eliminate the capacitances formed in the ordinary insulators by the simultaneous presence of metallic connecting parts.
The various elements may include threaded cavities into which are screwed connecting pieces made of insulating material of sufficient mechanical and electrical strength.
To improve the distribution of the potential along an insulator of this type, there can be space in place, between two consecutive elements, a removable metal cap. On the other hand, it is known that, in the construction of rigid insulators with several elements, the "flashover" voltage, that is to say the voltage necessary for a spark to burst between. the two poles of the potential following the outer contour of the insulator, is a function of the length of the creepage line measured over the shortest distances separating the two points where these poles are applied.
It is also known that a very small increase in the length of the creepage line improves quite considerably the value of the starting voltage of a string of insulators. In an insulator according to the present invention, it is possible to insert insulating auxiliary elements between two consecutive elements.
Several rows of elements, in an isolator, could be connected by a metallic articulation joining the end elements of two consecutive rows.
When the insulator is intended to serve as a feed-through insulator, an insulating tube may be used which passes through the elements and the hollow parts and which encloses the conductor. This can be constituted by a metal rod threaded at both ends, nuts screwing onto these threads and locking the various elements against each other.
The accompanying drawings give, by way of example, embodiments of the object (the invention: Fig. 1 shows, part in elevation, part in section, an insulating element assembled by screwing to a second element; Fig. 2 shows, in elevation, a rigid insulator forming a neural section pole formed by the assembly of several insulating elements; Fig. 3 shows an insulator comprising between two elements a removable metal cap; 4 shows an insulator comprising an auxiliary element between two main elements;
Figs. 5 and 6 show two different embodiments of a gate insulator; finally L a fig. 7 is a view, partly in section, partly in elevation, of a mixed suspension. The element shown in fig. 1 is constituted by an insulator made of porcelain or any other insulating material (glass, basalt, etc.) 1, of suitable shape and preferably of "skirted" shape, so as to allow the evacuation to the outside of the runoff. The shape of the insulator must also depend on its use.
Inside the insulator 1 is provided a cavity 2 whose side walls are threaded and whose. upper part is shaped like a spherical cap. In the cavity 2, is screwed an insulating part 3, constituted by a threaded head .1, surmounted by a part in the form of a portion of a sphere 5, which exactly matches the shape of the bottom of the cavity 2 and by a rod threaded 6. This part 3 is made of an insulating material of sufficient mechanical strength, for example an insulator consisting of a cellulose agglomerate, the elements of which are chosen from perfectly insulating bodies and of high mechanical resistance.
The porcelain insulator 1 has at its upper part a threaded cavity 7 intended to receive, during the assembly of the elements, the threaded rod 6 of the upper element.
It can be seen on examination of FIG. 1, that by blocking one on the other the insulators 1 and 8 and by interposing between the two an insulating washer 9, made of rubber for example, an absolute seal is obtained between the two elements.
The insulating part 3 could have any other shape than that which has just been indicated and be constituted, for example, by a simple threaded rod, as can be seen in FIG. 3 for example. Of course, the shape of the cavity 2 is modified accordingly.
The fi-. 2 shows a high voltage neur section pole formed by a certain number of elements such as that which has just been described, assembled so as to constitute an insulator with several elements. Inside the last element 1 ′ at the bottom of the insulator is fixed a part 10 which can be, for example, bolted on a support plate 11, while the upper element 1 "carries the high voltage jaw 12.
We see that it is very easy to change, if necessary, one of the elements, all the fixings being done by screwing.
Such a rigid insulator could be used, not only in high voltage current equipment, but also in the construction of aerial power lines, the distribution of the potential along the elements having to be substantially equal as a result of the absence of metal between elements.
Fig. 3 shows an insulator in which recourse has been had to the device described above to further improve this distribution of potential. Between the two elements 1, joined together by the threaded insulating rod 3, is arranged the removable metal cap 13, before, for example, the shape of a truncated cone with an internal flange 14 to. its lower part. Note again the insulating washers 9.
This metallization, intended only <i to improve the distribution of the potential, for ra, depending on the case, to interest either all of the insulating elements constituting the chain, follows only a part of these.
In the embodiment of the insulator shown in FIG. 4, an auxiliary element 15, of suitable shape, has been interposed between the two elements 1, so as to increase the length of the trailing line of the total indicator.
This device can, if desired, be combined with the metallization device described above.
The use of these auxiliary elements further provides an excellent efficiency factor E for a string of element insulators. Indeed, if we denote by Ui the value of the breakdown voltage for one of the main elements, and by Ut the value of the breakdown voltage for the whole of the chain considered, the efficiency factor is defined by the relation:
EMI0003.0017
The addition of auxiliary elements has the effect of increasing the creepage line and consequently Ut.
The number N of the main elements and the voltage Z71 remaining constant, it can be seen that the factor E will increase with Ut.
In the bushing insulator shown in fig. 5, the various constituent elements 16 are hollow, fit into each other and rest on insulating sealing washers 17. They are all crossed by a central metal rod 18 serving as a passage for the current, and each threaded. of its ends. Nuts 19 and 2.0 engage on these threaded parts and join, when they are blocked, the various elements to each other, thus ensuring the rigidity of the assembly and sealing.
An insulating tube 21 surrounds the central rod 18 and forms an additional protection for the latter which can carry, at its upper part, a hole 22 serving to bring the oil from the inside of the bushing and placed in communication. with an external tank. The internal filling of these feedthroughs can also be done using an insulating material placed in a hot liquid, such as compound, pitch, etc. (oil and pitch mixed).
In the embodiment of a feedthrough insulator shown in FIG. 6, the constituent elements 16 are also pierced with a vertical central hole and traversed by an insulating tube, made of porcelain, for example, 21, inside which the conductor is placed. Several concentric 27. tubas can be used. Two successive elements are joined together by a hollow insulating rod 23 surrounding the insulating tube 21 and externally threaded so as to unite the two successive elements, between which the tight seal 17 is interposed.
As can be seen in the figure, two successive insulating rods 23 are separated by a thickness of po.reelaine 24, produced with the porcelain of the element 16.
The embodiments shown in FIG. 5 and 6 relate to input isolators in an oil switch or transformer. The insulating element 25 which is located at the point where the insulator enters the apparatus is provided on the outside with grooves 26 so as to be fixed by sealing on the upper metal wall 27 of the switch or the transformer. The insulating elements such as 28 which are inside the device are assembled in the same way as the external elements 16,
but their shape is different, and in particular, the hat has been removed. These elements may be completely or partially bathed in oil.
In the bushings shown in Figs. 5 and 6, it is taken into account that the number of elements 16 and 28 is a function of the voltage. In addition, as the weak part of the bushing insulator to withstand a piercing voltage, is located at the location of the joint with part 27, it is possible, according to the tension in sight, to proportion the dimensions and in particular the diameter central of the central insulator 25, its lower and upper parts being dimensioned to receive the standard parts 16 and 28.
It is thus understood that by increasing the diameter of the central part of the insulator 25, the distance to the. mass of the central metal rod 18 (fig. 5) is greater and the volume of insulating filling material (oil, compound, etc.) more considerable.
Finally, in the event of unequal expansion of the porcelain and metal parts and in particular of the rod 18, compensating springs can be placed under the nuts 19 and 20 (fig. 5).
Fig. 7 shows a mixed suspension in which a certain number of insulators 1 are joined together by means of insulating rods 3 with the interposition of a tight seal 9, so as to constitute an insulator group. Two groups can be joined by a metal part forming a joint 29.
As can be seen, this device, without completely eliminating all the capacities, however makes it possible to reduce the capacity of the assembly, the number of metal joints being able to be reduced to the strict minimum.
We can increase, if desired, the seal on the joint between two elements by adding a mastic or cement placed all around the joint at 30, as shown in fig. 7. This mastic or cement also offers the advantage of avoiding too great a loosening force.
It can be noted that these elements would also be usable with any form of insulator in which the wool porce would no longer work in traction, but in compression.
Finally, it is possible to assemble insulating elements together without using accessory insulating connecting parts. The supports would then be formed by screwing the elements directly onto each other, without sealing or using accessory insulating parts, the elements being of course separated by tight joints. But it should be noted that this device presents a certain difficulty in the fabrication of the elements, whether these are porcelain, basalt, glass, or any other suitable material.