Isolateur électrique du type condensateur. La présente invention a pour objet un iso lateur électrique du type condensateur pré sentant des couches conductrices noyées dans la matière de l'isolateur.
L'isolateur faisant l'objet de la présente invention est caractérisé en. ce qu'il comporte au moins une couche conductrice, répartitrice de tension, et au moins une couche protec trice, conductrice, pour l'élimination de cou rants à haute fréquence d'ondes à front raide, une connexion extérieure étant fixée sur cette couche, ladite couche protectrice étant disposée de telle façon que la majeure partie au moins de cette couche soit proté gée par effet d'écran par au moins une cou che répartitrice adjacente, des moyens pour éliminer au moins le courant,de capacité nor mal étant prévus entre deux couches conduc trices.
De préférence, le chemin réparti pour les courants de haute fréquence d'ondes à front raide est constitué de telle sorte que son im pédance, dans les conditions de haute fré quence de oes ondes, soit moindre qu'elle l'est dans les conditions normales.
Par exemple, le chemin réparti pour le passage d'un courant de haute fréquence d'ondes à front raide peut être avantageusement assuré par la capacité entre deux couches; dans ce cas, la couche protectrice est conformée et disposée de telle manière -que la capacité entre elle et la cou che adjacente répartitrice de tension soit con sidérable et en: outre lui est connectée par un conducteur ou un circuit conducteur d'im pédance élevée.
Ordinairement, la couche pro tectrice d'ondes à front raide est sensiblement de même longueur que la couche adjacente répartitrice de tension quoique, dans certains cas, la première puisse ne présenter que les trois quarts ou même la moitié de la longueur de la seconde. De plus, .dans certains cas, la couche protectrice peut être légèrement plus longue que la couche répartitrice voisine. Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, quelques formes d'exécution de l'isolateur électrique faisant l'objet de l'in vention.
Fig. 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un tel isolateur, du type tubulaire. Les fig. 2 .à 4 sont des coupes axiales schématiques d'autres formes d'exécution. Dans la forme d'exécution représentée sur la -fig. 1, un conducteur central A est en touré par la matière isolante B, telle que du papier vernis ou imprégné avec de la résine synthétique et enroulé sous forme d'un isolateur tubulaire formé de couches superpo sées. Pendant l'opération d'enroulement, un certain nombre de couches C en matière con ductrice mince, constituant des condensateurs répartiteurs de tension sont intercalées à (les diamètres appropriés.
Ensuite, une couche protectrice D en matière conductrice plus ro buste, servant à l'élimination des ondes à front raide, est noyée dans l'isolateur, et finalement celui-ci est .entouré par un organe E mis à la terre, tel qu'une bride, grâce à la quelle l'isolateur est monté sur l'appareil au quel il est associé.
La couche répartitrice C la plus exté rieure est connectée à la couche protectrice D par une liaison I' de haute impédance et sert d'écran pour la couche protectrice. Cette der= nière est reliée directement, par une con nexion G de basse impédance, à la bride E qui, à son tour, est mise à la terre par une connexion H. La disposition décrite a pour effet d'éviter des décharges sous la couche protectrice dans les conditions normales, même si cette couche protectrice est formée par une matière épaisse possédant des quali tés d'adhésion relativement mauvaises, étant donné que la couche C voisine la protège par l'effet d'écrans contre le champ électri que.
Pour la même raison, l'adhésif utilisé pour la couche protectrice n'a pas besoin de posséder de bonnes caractéristiques électri ques.
Ainsi, aux fréquences normales, la couche protectrice a un effet très minime, étant donné qu'elle est sensiblement au même po tentiel que la couche répartitrice voisine. Le courant ordinaire de capacité de l'isolateur s'écoule finalement à, la terre par la liaison conductrice et, étant donné que ce courant est très faible, il est facilement supporté par celle-ci. Lorsque apparaissent des ondes à. front raide, le courant est plus fort, mais il est aussi de fréquence plus élevée.
Dans ces conditions, la réactance de capacité ou capa- citance entre la couche protectrice et la cou che répartitrice voisine, diminue considéra blement, tandis que l'impédance de la liaison conductrice reste constante ou, si la, liaison est inductive, augmente. De cette façon, une partie considérable du courant passe par la capacité entre les deux couches susdites et est distribuée uniformément le long de ces cou ches, en réduisant de ce fait, le passage du courant le long de la couche mince, à une va leur admissible et en évitant toute surcharge de la- couche près de la jonction à la con nexion, empêchant ainsi toute brûlure, ce qui avait été jusqu'ici une difficulté.
En d'autres termes, la disposition des couches est telle qu'il soit fait usae du pou voir en tant que transporteur<B>dé'</B> courant, de la. couche protectrice plus épaisse, lorsque c'est nécessaire, de façon à empêcher toute décharge ou brûlure.
Dans certains cas, la couche protectrice peut être divisée en un certain nombre de sec tions, par exemple comme représenté sur la fi-. 2. Elle peut comprendre trois sections tubulaires<I>D',</I> D= et D3 constituant chacune une partie de la longueur de la couche. Les couches isolantes des côtés opposés de la couche protectrice peuvent alors être reliées entre elles dans les espaces situés entre les dites sections.
Pour obtenir une meilleure adhésion entre les couches de matière iso lante disposées sur les deux faces de la cou che protectrice, et réduire ainsi les effets affaiblissants .dus à une mauvaise adhésion, on donne aux sections D', Y et D3 des dia mètres légèrement différents. Un effet sem blable peut être obtenu en, prévoyant des perforations dans la couche protectrice.
La connexion électrique F entre les deux couches peut être réalisée de différentes ma nières, mais de préférence elle -est constituée par une bande métallique enroulée en con tact avec la couche répartitrice et graduelle ment conduite vers l'extérieur pendant l'opé ration d'enroulement, jusqu'à ce qu'elle fasse contact avec la couche protectrice. Cette bande doit présenter une impédance relative ment élevée; son inductance est appréciable vu sa forme bobinée, tandis que sa résistance peut être augmentée en l'exécutant partielle ment ou totalement en matière de haute résis tivité.
Lorsque la couche protectrice et la cou- clhe répartitrice voisine sont très proches l'une de l'autre, comme il peut être désirable pour augmenter leur capacité, il peut arriver qu'il y ait un espace insuffisant pour permettre d'enrouler entre elles une connexion présen tant l'impédance requise.
Dans ce cas, et comme montré sur la fig. 3, la couche pro tectrice peut être réalisée en deux sections D' et DG et une connexion Fi de haute impé dance peut étre enroulée dans l'espace com pris entre les sections et reliée à la bride E mise à la terre, à laquelle les sections sont aussi reliées directement par la connexion G'. Dans une variante, une connexion peut être conduite vers l'extérieur à partir de cha cune des deux couches et une impédance extérieure peut être reliée entre ces deux con nexions.
Cette impédance peut affecter la forme d'une bobine pour l'actionnement d'un appareil ou bien encore elle peut comprendre une telle bobine. De plus, des connexions peuvent être prévues entre chacune des cou ches et des points déterminés situés dans le corps de l'isolateur, et une impédance peut être enroulée dans la matière et reliée entre ces couches.
Au lieu de compter seulement sur une ca pacité pour éliminer les courants de haute fréquence provoqués par des ondes à front raide, on peut prévoir un passage constitué par une résistance répartie le long des cou ches au lieu ou en, plus d'une connexion con ductrice localisée et ceci en rendant suffisam- ment conductrice la matière ,de l'isolateur, entre les couches.
On peut aussi utiliser une matière présen tant un coefficient de résistance négatif, c'est-à-dire tel qu'avec une augmentation de la tension due à un courant de haute fréquence d'ondes à front raide, son impédance dimi nue. Le diélectrique entre les couches peut être traité avec une matière telle que le gra phite, donnant soit une conductivité suffi sante à travers les couches, pour offrir un passage aux ondes à front raide, soit une con ductivité superficielle suffisante pour cons tituer une liaison conductrice en forme de spirale.
Des combinaisons de ces dispositions peuvent être utilisées, par" exemple, en utHi- sant, d'une part, un chemin conducteur ré parti et, d'autre part, une capacité pour lais ser passer les courants d'ondes à front raide.
La couche protectrice peut consister en une feuille métallique, en un tissu ou treillis métallique fin, ou encore en une autre ma tière et elle peut être noyée. Si cette couche n'est pas noyée, elle peut consister en un tube conducteur disposé autour :du corps de l'isola teur, avec une bride fixée solidement sur lui. L'isolateur peut aussi être renforcé mécani quement par du fil métallique enroulé autour de lui, et ce fil peut être prévu pour agir comme couche protectrice.
Lorsque l'on se sert exclusivement de la capacité entre les deux couches, cette capacité doit être aussi élevée que possible et elle peut être augmentée par un choix des matières pour la partie de l'isolateur située entre ces deux couches.
Bien que dans l'isolateur décrit il ait été question d'une couche répartitrice extérieure, on pourrait également prévoir une couche répartitrice intérieure. Il est connu de relier la couche répartitrice intérieure au conduc teur central, et il est usuel de faire cette cou che en une feuille métallique robuste et de donner à la connexion une impédance faible.
Comme représenté sur la fig. 4, le maté riel de la couche répartitrice intérieure peut posséder une bonne adhésion et l'on peut pré voir une couche additionnelle DB plus ro- buste, constituée par une feuille métallique située plus prés du conducteur central, les deux couches étant reliées l'une à l'autre par une liaison P à forte impédance et une liai son directe G2 à faible impédance étant pré vue entre la feuille métallique DE et le con ducteur central.
On peut également prévoir une couche in termédiaire dans l'isolateur, par exemple lors qu'il est nécessaire de prévoir une prise de courant dans l'isolateur, pour obtenir un vol tage réduit en vue, par exemple, de comman der un appareil de mesure. La fig. 4 com prend également une telle disposition dans laquelle ce qui a été décrit comme étant la couche protectrice consiste en une feuille D' comparativement robuste, noyée dans l'isola teur et protégée par effet d'écran contre le champ par une couche répartitrice de tension située à son intérieur et par une autre située à son extérieur.
La couche protectrice D' est alors reliée à chacune de ces couches répa.rti- trices par un chemin conducteur F' d'impé dance relativement élevée. Il est clair qu'un isolateur du type décrit peut être prévu avec une couche extérieure, une couche intérieure et une ou plusieurs couches intermédiaires (comme représenté sur la fig. 4) ou avec n'importe quelle combinaison de ces couches.
Dans l'isolateur décrit, le conducteur cen tral est celui à travers lequel passe le cou rant, mais il va de soi qu'on pourrait égale ment envisager le cas où il s'agirait d'un con ducteur dans lequel aucun courant ne circule. Dans certains cas, le conducteur lui-même peut être utilisé comme couche protectrice, pourvu -que la couche répartitrice adjacente soit en une matière possédant une bonne adhésion, que la connexion soit d'impédance élevée et que la capacité soit également élevée.
Condenser type electrical insulator. The present invention relates to an electrical insulator of the capacitor type having conductive layers embedded in the material of the insulator.
The insulator forming the subject of the present invention is characterized in. that it comprises at least one conducting layer, distributing voltage, and at least one protective layer, conducting, for the elimination of high frequency currents of waves with a steep front, an external connection being fixed on this layer , said protective layer being arranged such that at least the major part of this layer is protected by a shielding effect by at least one adjacent distributing layer, means for eliminating at least the current, of normal capacity being provided between two conductive layers.
Preferably, the distributed path for high frequency steep-fronted wave currents is formed such that its impedance, under high-frequency conditions, is less than it is under high-frequency conditions. normal.
For example, the distributed path for the passage of a high frequency current of waves with a steep front can be advantageously provided by the capacitance between two layers; in this case, the protective layer is shaped and arranged in such a way that the capacitance between it and the adjacent voltage distributing layer is considerable and in addition: it is connected to it by a conductor or a conductive circuit of high impedance .
Ordinarily, the steep-fronted wave-protecting layer is substantially the same length as the adjacent voltage-distributing layer, although in some cases the former may be only three-quarters or even half the length of the second. In addition, in some cases the protective layer may be slightly longer than the neighboring distribution layer. The appended drawing represents, by way of examples, some embodiments of the electrical insulator forming the subject of the invention.
Fig. 1 is a schematic view in axial section of such an insulator, of the tubular type. Figs. 2. To 4 are schematic axial sections of other embodiments. In the embodiment shown in -fig. 1, a central conductor A is surrounded by the insulating material B, such as paper varnished or impregnated with synthetic resin and wound in the form of a tubular insulator formed of superposed layers. During the winding operation, a number of layers C of thin conductive material, constituting voltage distributing capacitors are interposed at (the appropriate diameters.
Then, a protective layer D of stiffer conductive material, used for the elimination of waves with a steep front, is embedded in the insulator, and finally the latter is surrounded by a member E grounded, such as 'a flange, thanks to which the insulator is mounted on the device to which it is associated.
The outermost distribution layer C is connected to the protective layer D by a high impedance link I 'and acts as a screen for the protective layer. This last one is connected directly, by a connection G of low impedance, to the flange E which, in turn, is earthed by a connection H. The arrangement described has the effect of avoiding discharges under the protective layer under normal conditions, even if this protective layer is formed by a thick material having relatively poor adhesion qualities, given that the neighboring layer C protects it by the effect of screens against the electric field.
For the same reason, the adhesive used for the protective layer does not need to have good electrical characteristics.
Thus, at normal frequencies, the protective layer has a very minimal effect, since it is substantially at the same potential as the neighboring distribution layer. The ordinary capacitance current of the insulator ultimately flows to earth through the conductive link and, since this current is very small, it is easily withstood by it. When waves appear at. steep edge, the current is stronger, but it is also of higher frequency.
Under these conditions, the capacitance reactance or capacitance between the protective layer and the adjoining distributor layer decreases considerably, while the impedance of the conductive link remains constant or, if the link is inductive, increases. In this way, a considerable part of the current passes through the capacitance between the aforesaid two layers and is distributed evenly along these layers, thereby reducing the flow of current along the thin layer, to a constant value. permissible and avoiding overloading of the layer near the junction to the connection, thus preventing any burns, which had hitherto been a difficulty.
In other words, the arrangement of the layers is such that it can be used as the current <B> d '</B> transporter, of the. thicker protective layer, where necessary, to prevent discharge or burn.
In some cases, the protective layer can be divided into a number of sections, for example as shown in fig. 2. It can comprise three tubular sections <I> D ', </I> D = and D3 each constituting a part of the length of the layer. The insulating layers of the opposite sides of the protective layer can then be interconnected in the spaces located between said sections.
To obtain better adhesion between the layers of insulating material arranged on the two faces of the protective layer, and thus reduce the weakening effects due to poor adhesion, sections D ', Y and D3 are given slightly diameters. different. A similar effect can be obtained by providing perforations in the protective layer.
The electrical connection F between the two layers can be made in different ways, but preferably it consists of a metal strip wound up in contact with the distributing layer and gradually led outwards during the operation. winding, until it makes contact with the protective layer. This band must have a relatively high impedance; its inductance is appreciable given its coiled form, while its resistance can be increased by making it partially or totally in high resistance material.
When the protective layer and the adjoining distribution layer are very close to each other, as may be desirable to increase their capacity, it may happen that there is insufficient space to allow winding between them. a connection with the required impedance.
In this case, and as shown in fig. 3, the protective layer can be made in two sections D 'and DG and a high impedance connection Fi can be wound in the space between the sections and connected to the earthed flange E, to which the sections are also linked directly by connection G '. Alternatively, a connection can be made to the outside from each of the two layers and an external impedance can be connected between these two connections.
This impedance can affect the shape of a coil for the actuation of an apparatus or else it can include such a coil. In addition, connections can be provided between each of the layers and determined points located in the body of the insulator, and an impedance can be wound in the material and connected between these layers.
Instead of relying only on capacity to eliminate high frequency currents caused by steep-fronted waves, one can provide a passage formed by a resistance distributed along the layers instead of or more than one con localized conductor and this by making the material of the insulator sufficiently conductive between the layers.
It is also possible to use a material having a negative coefficient of resistance, that is to say such that with an increase in voltage due to a high frequency current of steep front waves, its impedance decreases. The dielectric between the layers can be treated with a material such as graphite, giving either sufficient conductivity through the layers, to provide passage to steep-fronted waves, or sufficient surface conductivity to form a conductive bond. spiral shaped.
Combinations of these arrangements can be used, for example, by using, on the one hand, a distributed conductive path and, on the other hand, a capacitor to pass the wave currents at steep front.
The protective layer can consist of a metal foil, of a fine metal fabric or mesh, or of another material and it can be embedded. If this layer is not flooded, it may consist of a conductive tube arranged around: the body of the insulator, with a flange firmly fixed to it. The insulator can also be mechanically reinforced by metal wire wound around it, and this wire can be provided to act as a protective layer.
When using exclusively the capacitance between the two layers, this capacitance should be as high as possible and it can be increased by a choice of materials for the part of the insulator located between these two layers.
Although in the insulator described it was a question of an outer distributing layer, one could also provide an inner distributing layer. It is known to connect the inner distribution layer to the central conductor, and it is customary to make this layer of a strong metal foil and to give the connection a low impedance.
As shown in fig. 4, the material of the inner distribution layer may have good adhesion and an additional, more robust DB layer can be provided, consisting of a metal foil located closer to the central conductor, the two layers being joined together. one to the other by a high impedance P link and a low impedance direct G2 link being provided between the metal sheet DE and the central conductor.
It is also possible to provide an intermediate layer in the insulator, for example when it is necessary to provide a current outlet in the insulator, in order to obtain a reduced vol tage with a view, for example, to controlling a control device. measured. Fig. 4 com also takes such an arrangement in which what has been described as the protective layer consists of a comparatively strong sheet D ', embedded in the insulator and shielded against the field by a voltage distributing layer located inside and by another located outside.
The protective layer D 'is then connected to each of these repair layers by a conductive path F' of relatively high impedance. It is clear that an insulator of the type described can be provided with an outer layer, an inner layer and one or more intermediate layers (as shown in Fig. 4) or with any combination of these layers.
In the insulator described, the central conductor is the one through which the current passes, but it goes without saying that we could also consider the case where it would be a conductor in which no current is flowing. . In some cases the conductor itself can be used as a protective layer, provided that the adjacent distribution layer is of a material having good adhesion, the connection is of high impedance and the capacitance is also high.