Câble électrique à haute tension et procédé pour sa fabrication. L'expérience a montré que, dans les câ bles électriques dont l'isolement comporte un corps solide isolant, du papier par exemple, imprégné -de matière isolante, les points fai bles à l'égard de la disruption électrique sont constitués essentiellement par les parties de l'isolement imparfaitement imprégnées et présentant des vacuoles; celles-ci, qui peu vent se former dans n'importe quelle partie de l'isolement, contiennent des gaz plus ou moins raréfiés; elles constituent des points faibles qui amorcent le percement de l'isole ment; leur complète élimination, soit en cours de fabrication, soit après pose du câble est très difficile.
Comme cela est connu, la rigidité -diélec trique des gaz augmente avec la pression et l'utilisation de cette propriété a déjà été proposée pour la fabrication -de câbles élec triques à haute tension avec gaine protec trice souple, .dont le ou les conducteurs- sont, par rapport à cette gaine, maintenus en po sition pratiquement invariable par un corps solide isolant, les parties de l'espace à l'inté rieur de la gaine, non occupées par le ou les conducteurs et par le corps solide isolant, étant remplies d'un gaz comprimé.
On substitue ainsi aux matières isolan tes d'imprégnation couramment employées (huiles, résines, etc.) un gaz sous pression remplissant complètement toutes les partie- de l'espace à l'intérieur de la gaine protec trice -et non occupées par le ou les conduc teurs et le corps solide isolant. Il est indi qué de choisir un gaz sec et inerte. La for mation de vacuoles occupées par des gaz ra réfiés est exclue et la rigidité électrique de l'isolement ainsi réalisé est variable à vo lonté avec la pression du gaz entre des limi tes étendues; elle peut atteindre des valeurs élevées capables de résister à de très hautes tensions.
L'isolement est donc constitué par deux éléments distincts, un élément solide et un élément gazeux. Le but de l'élément solide est. double: maintenir-le ou les conducteurs en tout point à une distance de la gaine pro tectrice pratiquement invariable, et isoler électriquement ce ou ces conducteurs de ia gaine. L'élément gazeux atteint son but en remplissant complètement tout l'espace non occupé par l'élément solide entre conducteurs et naine.
La présente invention a pour objet un câ ble qui se distingue de câbles connus :de ce genre en ce que le corps solide isolant est souple et disposé autour du ou des conduc teurs tout le long de :ceux-ci, de façon que toute section transversale :du câble rencontre ce corps solide isolant.
L'objet de la présente invention comporte également un procédé pour la fabrication de ce câble, procédé :d'après lequel le corps so lide isolant souple est disposé autour du ou des conducteurs tout le long de ceux-ci, de façon que toute section transversale au câ ble rencontre ce :corps solide isolant, le ou les conducteurs ainsi revêtus étant ensuite lo gés dans la gaine protectrice souple, puis le gaz sous pression .étant introduit dans la gaine où il vient remplir toutes les parties de l'espace non occupées par le ou les conduc teurs et le corps solide isolant.
Deux formes d'exécution et plusieurs va riantes d'un câble selon l'invention sont re présentées, schématiquement, et à titre d'exemple, au dessin annexé, dans lequel: Fig. 1 est une coupe transversale d'un câble unipolaire, et Fig. 2 une coupe transversale :d'un câble tripolaire; Les fig. 3, 4 et 5 sont des coupes trans versales partielles d'un câble unipolaire mon trant chacune une variante d'isolement; Fig. d est une coupe longitudinale d'un câble unipolaire montrant une quatrième va riante d'isolement, et Fig. 7 est une coupe transversale d'un conducteur de construction spéciale.
Dans la première forme :d'exécution (fig. 1), le câble unipolaire représenté est à :conducteur souple 1 formé d'une corde de cuivre ou d'aluminium ou d'un autre métal bon conducteur de l'électricité; ce conduc- teur est recouvert d'un isolant 2 enroulé en hélice, et non montré .au dessin, entouré lui- même d'une gaine protectrice souple 3, en plomb, par exemple, ou en caoutchouc, ou en plomb allié à un autre métal (antimoine, étain, etc). Cette gaine est étanche aux gaz et,. en outre, elle doit être susceptible de sup porter sans déformation la pression intérieure du gaz comprimé.
Pour la rendre plus résis tante à :cette pression, elle est entourée d'une ceinture de renforcement 4 constituée par des rubans enroulés en hélice superposées, ru bans en un matériau non magnétique, papier, toile, cuivre, etc., afin d'éviter les pertes par induction. Pour protéger cette ceinture contre l'action destructrice )des agents extérieurs, elle est à son tour entourée d'un manteau souple extérieur 5, de même matériau que la gaine 3, par exemple, Une gaine en alliage de plomb sera plus résistante _à la pression qu'en plomb dur.
La gaine 3 et le manteau 5, lorsqu'ils sont :en plomb, peuvent :être co:urcircuités aux jonctions et extrémités de câbles, de sorte qu'ils sont tous deux au même potentiel, gé néralement celui de la terre. Dans ce :cas, la ceinture de renforcement est soumise à la, seule contraite mécanique résultant de la poussée du gaz comprimé. Par contre, si 3 et 5 sont isolés électriquement<B>l'un</B> de l'autre aux jonctions et extrémités, :on pourra ap pliquer la tension totale entre le conducteur 1 et le manteau :de plomb 5;
la gaine 3 pren dra un potentiel intermédiaire entre ceux de 1 et 5 et déterminé par les caractéristiques physiques du câble; la ceinture :de .renforce ment 4 sera ainsi soumise en outre à la con trainte électrique due au champ électrosta tique régnant entre les deux parties métalli ques 3 et 5. Cette ceinture sera de préférence constituée par du papier imprégné d'huile ou d'enduit de câble à base d'huile et de ré sine.
Dans la seconde forme d'exécution (fig. 2), le câble tripolaire représenté com- porte trois conducteurs souples 1 recouverts chacun .d'un isolant 2 enroulé en hélice et non montré au dessin, conducteurs tordus en- semble à la manière connue; la corde à trois torons ainsi réalisée est entourée elle-même d'une gaine souple 3 en plomb (ou autre ma- téiiau) recouverte à son tour d'une ceinture de renforcement 4 jouant aussi le rôle de manteau extérieur -de protection.
Dans ce cas, la ceinture peut être constituée par des rubans métalliques; elle n'aura ici à suppor ter que la pression .du gaz et ne sera pas soumise à une contrainte électrique.
Dans les trois variantes montrées aux fig. 3, 4 et 5, le corps solide isolant 2 est constitué: En fig. 3, par des couches de papier plat 6 superposées -et appliquées directement les unes -sur les autres; En fig. 4, par des couches de papier plat 6 superposées -et alternant avec des couches de papier ondulé ou gaufré 7; En fig. 5, par des couches de papier plat 6 superposées et alternant avec des couches de ficelles 8 en papier (ou tubes ou tresses, etc.).
Ces diverses couches sont, -dans le même câble, .enroulées alternativement dans un sens ou dans l'autre, soit par couches ou par groupes de couches.
La, quatrième variante d'isolement mon trée en fig.6 ne comporte que des-couches de ficelles 8 (ou tubes ou tresses, etc.),enrou- lées les unes sur les autres, les spires de la même couche n'étant pas jointives les unes aux autres, afin -de .donner moins de volume au corps isolant.
D'autres formes que celles montrées par le dessin peuvent être données au corps so lide isolant et les spires d'une même couche peuvent être plus ou moins .serrées les unes contre les autres. Dans toutes ces formes d'exécution il y a interpénétration intime entre ces deux éléments, solide et gazeux, de l'isolant.
Le ou les conducteurs peuvent être cons titués par des brins massifs ou par .des cordes formées de fils tordus en hélices à la façon ordinaire, ou par des tuyaux souples, ouï comme le montre la fig. 7; par une corde dans laquelle un canal intérieur est ménagé au moyen d'une hélice 9 autour de laquelle les brins sont enroulés. Cette dernière façon de faire a pour but d'augmenter artificielle ment le diamètre extérieur du conducteur pour réduire le gradient de potentiel et faei- liter l'introduction et la pénétration du gaz comprimé dans toute l'étendue du câble.
Le canal peut être réalisé par un fil ou un ru ban tordu en hélice, ou par un tube per foré, etc.
Lorsque le volume de l'élément solide de l'isolement .est relativement faible par rap port au volume total de l'isolement, il est indiqué d'utiliser des conducteurs particuliè rement souples, par exemple des cordes à grand nombre de fils fins, afin que par la manipulation du câble, courbes de celui-ci, etc., la pression exercée par la corde sur l'élément solide ne soit pas suffisante pour déformer cet élément; le maintien du ou d@,.@s conducteurs en position invariable sera ainsi mieux assuré.
Les formes d'exécution du câble selon l'invention peuvent différer des formes d'exé cution et variantes -décrites et représentées, par exemple, par le nombre, la forme -et 1;t. disposition des conducteurs, par la constitu tion, la forme et la disposition des diverses parties de l'élément solide de l'isolement, par la constitution, la forme et la disposition des diverses parties de la ceinture de renforce ment, etc., et, d'une manière générale, par le nombre, la forme, la constitution et la -dispo sition des diverses parties du câble.
Dans la pratique, le procédé selon l'inven tion pourra comporter, par exemple, les opé rations successives suivantes: câblage du ou des conducteurs, directement par tordage des brins ou par tordage des brins autour d'une âme creuse, recouvrage du ou des conduc teurs par le corps solide isolant, câblage<B>î</B> d>.-, conducteurs ainsi recouverts, dans le cas d'un câble multipolaire, desséchage du corps solide isolant en étuve à chaud et par le vide, pressage de la gaine protectrice de plomb, recouvrage de cette gaine par la ceinture protectrice -de renforcement, éven tuellement desséchage de cette ceinture et imprégnation,
pressage du manteau de plomb extérieur, pose du câble et introduction du gaz comprimé dans le câble.
Les opérations ci-dessus peuvent différer dans leur nombre et leur succession et d'au tres peuvent y être ajoutées suivant le type de câble à fabriquer.
La pression du gaz comprimé imprégnant le ,câble peut, en cours d'exploitation, être maintenue constante ou être variée à volonté, et cela suivant les cas considérés, et la pres sion se propage tout. le long du câble par les espaces libres non solides qui se trouvent ré partis tout au long de la gaine protectrice, tant entre les parties du corps .solide isolant et dans la contexture même de .celui-ci que dans le ou les conducteurs.
High voltage electric cable and method for its manufacture. Experience has shown that, in electric cables the insulation of which comprises a solid insulating body, for example paper, impregnated with insulating material, the weak points with regard to electrical disruption consist essentially of parts of the isolation imperfectly impregnated and showing vacuoles; these, which can form in any part of the isolation, contain more or less rarefied gases; they constitute weak points which initiate the breakthrough of the insulation; their complete elimination, either during manufacture or after laying the cable is very difficult.
As is known, the dielectric rigidity of gases increases with pressure and the use of this property has already been proposed for the manufacture of high-voltage electric cables with flexible protective sheath, including the conductor (s) - are, with respect to this sheath, maintained in practically invariable position by a solid insulating body, the parts of the space inside the sheath, not occupied by the conductor (s) and by the solid insulating body, being filled with compressed gas.
The insulating impregnation materials commonly used (oils, resins, etc.) are thus replaced by a pressurized gas completely filling all the parts of the space inside the protective sheath - and not occupied by the or the conductors and the solid insulating body. It is advisable to choose a dry, inert gas. The formation of vacuoles occupied by referred gases is excluded and the electrical rigidity of the insulation thus produced is variable at will with the pressure of the gas between extended limits; it can reach high values capable of withstanding very high voltages.
The insulation therefore consists of two distinct elements, a solid element and a gaseous element. The purpose of the solid element is. double: keep it or the conductors at all points at a practically invariable distance from the protective sheath, and electrically insulate this or these conductors from the sheath. The gaseous element achieves its goal by completely filling all the space not occupied by the solid element between conductors and dwarf.
The object of the present invention is a cable which differs from known cables: of this type in that the solid insulating body is flexible and arranged around the conductor (s) all along: these, so that any section transverse: of the cable meets this solid insulating body.
The object of the present invention also comprises a method for the manufacture of this cable, method: according to which the solid flexible insulating body is arranged around the conductor or conductors all along them, so that any section transverse to the cable meets this: solid insulating body, the conductor (s) thus coated then being housed in the flexible protective sheath, then the pressurized gas being introduced into the sheath where it fills all the parts of the unspecified space. occupied by the conductor (s) and the solid insulating body.
Two embodiments and several variants of a cable according to the invention are shown, schematically, and by way of example, in the accompanying drawing, in which: FIG. 1 is a cross section of a single core cable, and FIG. 2 a cross section: of a three-core cable; Figs. 3, 4 and 5 are partial cross-sections of a single-core cable each showing an isolation variant; Fig. d is a longitudinal section of a unipolar cable showing a fourth isolation variant, and FIG. 7 is a cross section of a specially constructed conductor.
In the first embodiment: (fig. 1), the single-core cable shown has: flexible conductor 1 formed of a copper or aluminum cord or of another metal which is a good conductor of electricity; this conductor is covered with an insulator 2 wound in a helix, and not shown in the drawing, itself surrounded by a flexible protective sheath 3, in lead, for example, or in rubber, or in lead alloyed with a other metal (antimony, tin, etc.). This sheath is gas-tight and ,. in addition, it must be capable of supporting the internal pressure of the compressed gas without deformation.
To make it more resistant to: this pressure, it is surrounded by a reinforcing belt 4 consisting of ribbons wound in a helix superimposed, wrapped in a non-magnetic material, paper, canvas, copper, etc., in order to avoid losses by induction. To protect this belt against the destructive action) of external agents, it is in turn surrounded by an outer flexible jacket 5, of the same material as the sheath 3, for example, A lead alloy sheath will be more resistant to the pressure than hard lead.
The sheath 3 and the mantle 5, when they are: made of lead, can: be co: circuited at the junctions and ends of cables, so that they are both at the same potential, generally that of the earth. In this: case, the reinforcement belt is subjected to the only mechanical stress resulting from the thrust of the compressed gas. On the other hand, if 3 and 5 are electrically insulated <B> one </B> from each other at the junctions and ends,: the total voltage can be applied between conductor 1 and the: lead 5 mantle;
the sheath 3 will take an intermediate potential between those of 1 and 5 and determined by the physical characteristics of the cable; the belt: reinforcement 4 will thus also be subjected to the electrical stress due to the electrostatic field prevailing between the two metal parts 3 and 5. This belt will preferably consist of paper impregnated with oil or oil and resin based cable coating.
In the second embodiment (fig. 2), the three-core cable shown comprises three flexible conductors 1 each covered with an insulator 2 wound in a helix and not shown in the drawing, conductors twisted together in the known manner. ; the three-strand rope thus produced is itself surrounded by a flexible sheath 3 made of lead (or other material) covered in turn with a reinforcing belt 4 also playing the role of an outer protective coat.
In this case, the belt can be formed by metal ribbons; here it will only have to withstand the gas pressure and will not be subjected to an electrical stress.
In the three variants shown in fig. 3, 4 and 5, the solid insulating body 2 consists of: In fig. 3, by layers of flat paper 6 superimposed -and applied directly one-on top of the other; In fig. 4, by layers of flat paper 6 superimposed and alternating with layers of corrugated or embossed paper 7; In fig. 5, by layers of flat paper 6 superimposed and alternating with layers of paper strings 8 (or tubes or braids, etc.).
These various layers are, in the same cable, wound alternately in one direction or the other, either by layers or by groups of layers.
The fourth variant of isolation shown in fig. 6 only comprises layers of string 8 (or tubes or braids, etc.), rolled up on top of each other, the turns of the same layer not being not contiguous to each other, in order to give less volume to the insulating body.
Other shapes than those shown in the drawing can be given to the solid insulating body and the turns of the same layer can be more or less tightened against each other. In all these embodiments there is an intimate interpenetration between these two elements, solid and gaseous, of the insulation.
The conductor (s) can be constituted by solid strands or by cords formed of wires twisted into helices in the ordinary way, or by flexible pipes, or hoses as shown in FIG. 7; by a cord in which an internal channel is formed by means of a helix 9 around which the strands are wound. The purpose of this latter approach is to artificially increase the outside diameter of the conductor in order to reduce the potential gradient and to facilitate the introduction and penetration of the compressed gas throughout the entire extent of the cable.
The channel can be made by a wire or a ru ban twisted in a helix, or by a drilled tube, etc.
When the volume of the solid element of the insulation is relatively small compared to the total volume of the insulation, it is advisable to use particularly flexible conductors, for example ropes with a large number of fine wires, so that by handling the cable, curves thereof, etc., the pressure exerted by the rope on the solid element is not sufficient to deform this element; maintaining the or d @,. @ s conductors in an invariable position will thus be better assured.
The embodiments of the cable according to the invention may differ from the embodiments and variants -described and represented, for example, by the number, the shape -and 1; t. arrangement of the conductors, by the constitution, shape and arrangement of the various parts of the solid element of the insulation, by the constitution, shape and arrangement of the various parts of the reinforcement belt, etc., and , in general, by the number, shape, constitution and -dispo sition of the various parts of the cable.
In practice, the method according to the invention may include, for example, the following successive operations: cabling of the conductor (s), directly by twisting the strands or by twisting the strands around a hollow core, covering the one or more conductors by the solid insulating body, <B> î </B> d> .- cabling, conductors thus covered, in the case of a multipolar cable, drying of the solid insulating body in a hot oven and by vacuum, pressing of the protective lead sheath, covering of this sheath by the protective reinforcing belt, possibly drying out of this belt and impregnation,
pressing the outer lead mantle, laying the cable and introducing the compressed gas into the cable.
The above operations may differ in their number and succession and others may be added depending on the type of cable to be manufactured.
The pressure of the compressed gas impregnating the cable can, during operation, be kept constant or be varied at will, and this depending on the cases considered, and the pressure is propagated throughout. along the cable by the non-solid free spaces which are re-parties throughout the protective sheath, both between the parts of the insulating solid body and in the very texture of the latter and in the conductor (s).