Borne de traversée haute tension. Il est connu que lorsque l'on désire faire traverser une plaque métallique par un con ducteur porté à un potentiel élevé par rapport à ladite plaque, il est nécessaire d'isoler ce conducteur par rapport à ladite plaque au moyen d'un manchon en matière isolante, au- quel il est courant de donner le nom de borne de traversée.
Une telle borne est d'autant plus efficace qu'elle permet de supporter une différence de potentiel plus élevée entre ladite plaque et le dit conducteur central.
Il est connu de réaliser de telles bornes sous la forme d'un solide de révolution en cé ramique par exemple, maintenu sur la plaque par un système de griffes métalliques et tra versé axialement par un conducteur.
De telles bornes sont, dès que la différence de poten tiel entre plaque et conducteur atteint une valeur relativement élevée, sujettes à l'appa rition d'effluves, issus des parties de la pla que en contact direct avec la borne, et des griffes de fixation, ceci en raison de la forte densité des lignes de force du champ électri que. On peut remédier à cet inconvénient, mais c'est en donnant à la borne un encom brement souvent exagéré.
Une autre catégorie de bornes permettant d'atteindre des tensions plus élevées sous un encombrement plus réduit que les bornes dutype précédent, est également utilisée; ces bornes, di tes bornes condensateurs, sont réalisées sous la forme d'ensembles de condensateurs cylindri- ques coaxiaux, à diélectrique en papier et à armature en feuille d'aluminium montés suc cessivement autour du conducteur central.
Dans ce type<B>de</B> borne, les lignes de force électrique sont bien étalées et leur-densité ne risque pas d'être exagérée, mais leur prix de revient est élevé; de plus, l'apparition de, con tacts imparfaits entre conducteur central ou armature et diélectrique, risque de les dété riorer d'autant plus rapidement que le pou voir inducteur spécifique dudit diélectrique est élevé.
Ces zones de contact imparfait qui sont d'autant plus dangereuses qu'elles ne sont pas visibles, conduisent rapidement à la des truction complète de la borne.
La présente invention a pour but de créer une borne de traversée exempte de ces incon vénients.
La borne de traversée haute tension, objet de l'invention, est constituée par un manchon creux de matériau diélectrique dont le pou voir inducteur spécifique est inférieur à 10, destinéie-à entourerau,moine un conducteur, des moyens étant prévus pour rendre ladite borne solidaire de chaque conducteur, des moyens étant prévus dans la partie médiane de ladite borne pour la fixer sur une plaque métalli que,
une différence de potentiel élevée pou vant ainsi être établie entre làdite plaque et chaque conducteur, ladite borne étant carac térisée en ce que le manchon présente exté rieurement et dans la partie médiane, au moins- une gorge dont au moins un bord se raccorde avec la surface extérieure du man chon suivant un angle voisin de 90 ,
ladite gorge étant recouverte d'un dépôt métallique qui est destiné à être en contact électrique avec ladite plaque, et constituant une surface équipotentielle du champ électrique régnant dans la, borne au .potentiel de ladite plaque,
la surface intérieure dudit manchon étant égale ment recouverte-d'un dépôtmétallique destiné à être en contact électrique avec chaque con ducteur et constituant une surface équipoten- tielle au. potentiel dudit conducteur, une telle disposition permettant aux lignes équipoten- tielles du champ électrique.
de se resserrer à l'intérieur de la borne et d'atteindre étalées la surface extérieure de la borne, en traversant ladite surface sous un angle droit, l'étalement se conservant ainsi dans le milieu extérieur, ce qui contribue à retarder l'app:arition d'ef fluves.
L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ci-après en se reportant au dessin annexé, dans lequel: La fis. 1 montre en coupe, par un plan méridien, une borne de traversée de type connu en faisant ressortir le mécanisme de la formation des effluves.
La fis. 2 illustre schématiquement le mé- canisme de la formation d'effluves dans une zone de contact imparfait entre diélectrique et conducteur, faisant ainsi ressortir les incon vénients des bornes du type condensateur .
La fis. 3 représente en coupe, par un plan méridien, ime forme d'exécution de la borne objet de l'invention.
Les fis: 4 et 5 montrent en perspective respectivement une borne de traversée servant de passage à un conducteur unique non de révolution et une borne servant de passage à plusieurs conducteurs.
Les fis. 6, 7, 8 et 9 montrent en coupe, par un plan méridien, des vues partielles die for mes d'exécution diverses de bornes présentant une seule gorge.
La fis. 10 montre, fortement grossi, l'as pect d'un dépôt métallique dans le cas d'une argenture superficielle. Les fis. 11, 12, 13 montrent en coupe, des gorges de formes différentes.
Les tig. 14, 15, 16, 17 montrent en coupe des gorges dans lesquelles est disposée une pièce conductrice.
Les fis. 18, 19, 20, 21, 22, 23 montrent en coupe divers moyens de fixation de la borne à la plaque à traverser.
Sur la fis. 1, 1 représente une plaque mé tallique, sur laquelle est fixée par un ensem- ble de griffes métalliques 2, le corps de la borne 5, constitué en matière céramique. Le conducteur. central 3 est maintenu contre la céramique par deux écrous 4.
Si l'on fait croître le potentiel du conduc teur central par rapport à la plaque, les pre miers effets observés apparaissent sous forme d'effluves issus des bords de la plaque 1 et des griffes 2.
La cause en est la densité élevée des lignes de force du champ électrique au voi sinage de ces points. Ces lignes sont-représen- tées sur la moitié de .la coupe en traits poin tillés.
Ces effluves sont provoqués par le gra- dient de potentiel très élevé auquel sont sou mises les couches d'air tant au voisinage im- médiat de la plaque que des griffes de fixa tion.
Sur la fis. 2, 1 et 2 représentent les deux armatures d'un condensateur, 3 le diélectrique de pouvoir inducteur spécifique a, 4 repré sente, avec un fort grossissement, une zone de contact imparfait entre le diélectrique et l'armature 1. Soit H le champ électrique qui régnerait dans l'air entre les deux armatures du condensateur pour un potentiel donné. Dans le diélectrique, 1!e champ est e H.
Dans la poche d'air 4, par continuité, règne un champ électrique s H qui devient facilement supérieur au champ nécessaire à l'ionisation des gaz qu'elle renferme. Des effluves peuvent donc facilement apparaître, c'est l'apparition de ce phénomène qui est souvent la cause de détériorations rapides dans les bornes du type condensateur . La fig. 3 montre en coupe, par un plan méridien, une forme d'exécution de la borne objet de l'invention.
Le corps de la borne ou manchon 1 est en un matériau de constante diélectrique aussi faible que possible (en principe inférieure à 10) tel que porcelaine; corindon, stéatite, ou un verre, ou un mélange de matière plastique et de matière minérale; ou une matière plasti que chargée comme, par exemple, l'oxyde de titane en poudre, ou une matière plastique non chargée. Le conducteur central 2 est maintenu sur le corps de la borne par un sys tème de blocage quelconque 3 tel qu'écrous, goupilles, rivets, etc.
Ce conducteur est en contact électrique; non- plus directement avec le corps de la borne comme dans les modèles connus, mais avec une couche de peinture métallique 4 d'un métal tel que l'argent, dé posée sur la partie interne du corps de la borne.
Le corps de la borne présente au voisinage de la plaque et sur sa surface extérieure une collerette d'appui à permettant sa fixation sur la plaque à traverser 10, par un système de griffes 9.
Cette collerette est bordée de deux gorges 6 de révolution autour de l'axe de la borne. La méridienne qui engendre ces gorges est une courbe tournant sa concavité vers l'ex térieur de la borne et qui coupe la surface de la borne sous un angle voisin, de 90 . Ces gorges ont la forme de deux demi-tores creux.
La surface extérieure de la collerette et clés deux gorges est recouverte d'un revêtement métallique 7, par exemple d'argent.
Dans ces conditions; cette surface est une équipotentielle au potentiel de la plaque 7:0, en raison de ses contacts mécaniques directs avec ladite plaque et les griffes de fixation.
Le reste de la surface extérieure de la borne petit avoir la forme la plus convenable à chaque montage à réaliser. Les lisières des argentures ou des pièces métalliques saillan- tes sont recouvertes dune couche de matière plastique 8 à haute constante diélectrique.
Si l'on examine la répartition du poten tiel à l'intérieur d'une telle borne, on remar- que que les étranglements dus aux gorges 6 produisent un resserrement dans la région correspondante des équipotentielles qui sont tracées en pointillé sur la figure. Ces équipo tentielles au sortir de cette région s'étaleront d'autant plus que l'étranglement aura été plus prononcé.
En d'autres termes, dans la région des deux gorges, le gradient de potentiel élec trique passera par un maximum, pour ensuite diminuer fortement, au sortir de la région.
On, peut remarquer que le champ électrique au voisinage du conducteur central est maxi mum, et qu'il y a intérêt à, lui donner la valeur la plus faible possible,pourunpotentiel ducon- ducteur central donné,- pour utiliser au maxi- mum. les caractéristiques du diélectrique em ployé;
ceci .en supposant que la plaque à tra verser est à la masse. Si Rl est le rayon du conducteur central, R2 celui du fond de la gorge, on peut arriver à ce résultat, en don nant au rapport
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une valeur voisine de 2,7.
Ceci étant, au voisinage de la partie mé- tallisée 7, les lignes équipotentielles, représen tées en pointillé sur la figure épousant la forme des deux gorges 6, atteindront la sur face extérieure de la borne, surface de sépara tion milieu isolant .air, sous un angle voisin de 90 , et passeront, par conséquent, dans l'air, sans marquer de points anguleux. Autrement dit,
l'étalement des lignes équipotentielles pro- cuit par l'étranglement se conservera dans l'air au voisinage des griffes 9 et de la pla que 10, donnant lieu dans cette région criti que à un faible gradient de potentiel, ce qui explique que ces bornes permettent l'emploi de tensions élevées sans apparition d'effluves,
ceci pour un encombrement beaucoup plus faible que les bornes du type qui est repré senté à la fig. 1.
Il est à remarquer que l'emploi du revête ment en matière plastique 8, dans les régions où les surfaces conductrices sont en, contact avec le matériau diélectrique constituant 1a borne, évite les discontinuités trop marquées, et permet un étalement encore plus net des lignes équipotentielles. Il est clair que les bornes décrites ci:
-des- sus présentent de nombreux avantages, parmi lesquels on peut citer les suivants: L'emploi d'un revêtement métallique sur les surfaces en contact avec les conducteurs (plaque;
griffes ou conducteur centras), éli minant les poches d'air telles que celles de la fig. 2, permet d'éviter l'apparition des efflu- ves dus à des masses de gaz soumises à un champ élevé. Cet inconvénient a été signalé comme particulièrement gênant dans le cas des bornes du type condensateur.
Leur prix de revient est faible vis-à-vis de celui des bornes condensateur . Les masses d'air au voisinage de la plaque et des griffes étant soumises à -un faible gradient de poten tiel, les effluves ne sont pas à redouter et l'encombrement de ces bornes par rapport à celles du type représenté à la fig. 1 peut être tTès réduit.
A titre indicatif, l'expérience a montré qu'une telle borne construite en stéatite, d'une hauteur de 160 mm, présentant une partie creuse centrale de rayon 7 mm, de rayon maximum 21 mm et dont le fond de la gorge a un rayon de 18 mm, supporte, sans qu'il n'y :ait jamais apparition d'effluves, une ten sion de 35 000 volts efficaces sous une fré quence de 50 périodes par seconde.
Sur la fig. 4, on peut voir en 1 le corps d'une borne de traversée haute tension. Le conducteur haute tension 2 n'est pas de ré volution, et affecte une forme cylindrique de section quelconque, par exemple un rectangle.
Le corps de la borne n'est plus de révolu tion. Il comporte néanmoins la collerette et les deux gorges d'étranglement prévues à la fig. 3. Le profil de celles-ci sera encore choisi de façon à couper la surface de la borne sous un angle voisin de 90 .
La fig. 5 montre une borne de traversée pour trois conducteurs à haute tension 2, 2' 2".
La fig. 6 montre en coupe une forme d'exécution d'une borne ne présentant qu'une gorge d'étranglement. Il est clair que dans un tel cas, la gorge unique suffit à produire l'étranglement nécessaire.
Dans la forme d'exécution représentée à la lig. 7, une des faces -de la plaque à traver ser est baignée dans un diélectrique tel que les effets Corona ne soient pas à craindre; ce diélectrique, par exemple de l'huile, est dési gné par la référence 11.
La fig. 8 montre une autre forme d'exé cution d'une berme ne présentant qu'une gorge d'étranglement. La surface extérieure de la borne se raccorde à angle droit sur une des faces de la plaque à traverser qui est en con tact avec elle sur une surface assez étendue.
Par continuité, les surfaces équipotentielles sortiront de la borne dans la région située en dessous de la plaque sous un angle d'inci- dence voisin de 90 , et ne subiront pas de ré fraction notable, le long de la surface de sépa ration diélectrique-air.
La fig. 9 montre une autre forme d'exécu tion d'une borne ne présentant qu'une gorge d'étranglement.
La fig. 10 montre avec un grossissement considérable, comment se présente en géné ral la délimitation d'une métallisation effec tuée sur la surface d'un matériau diélec trique.
Sur cette figure, 1 représente la partie de la surface métallisée, 2 la surface non métalli sée. On peut voir en 3 des petites taches de revêtement conducteur isolées de la ligne de séparation entre la surface métallisée et la surface non métallisée ou encore en 4 des franges de conducteur mal reliées à la sur face métallisée. Cet état est la cause,
quand la surface métallisée est portée à un potentiel de plus en plus élevé, de l'apparition d'effet Corona plus intense en certains points qu'en d'autres.
On diminue cette tendance à l'effet Corona aux lisières du dépôt métallique des bornes en recouvrant lesdites lisières au moyen d'une couche d'un diélectrique convenable.
En effet, si l'air où l'effet Corona appa raît pour un champ électrique de l'ardre de 3000 V/mm est remplacé par un matériau à rigidité diélectrique plus élevée, la tension pour laquelle apparaîtront les premiers efflu ves sera également plus élevée.
En deuxième lieu, le fait de rempla cer l'air de constante diélectrique 1 entre las franges de métallisation, par un milieu à cons tante plus élevée E permet de diminuer approximativement dans le rapport a, le champ électrique à la surface de la couche métallique, ce qui montre l'intérêt qu'il y a à utiliser un revêtement de consrtante diélectri que élevée.
Enfin, il y a lieu de remarquer que, si la couche diélectrique est assez épaisse (quel ques dixièmes de millimètre), elle modifie la direction des lignes de force de champ élec trique aboutissant à la couche .de métallisa tion. On sait que si la constante diélectrique est plus élevée que celle de l'air, on observe en fait un épanouissement des lignes de force.
L'ensemble simultané de ces trois effets est évidemment favorable.
Le choix du diélectrique de recouvrement sera déterminé dans chaque cas. particulier: on pourra sait préférer un diélectrique à fai ble constante diélectrique et grande rigidité, soit un diélectrique à grande constante et fai ble rigidité, soit une combinaison des deux en couches superposées.
Il est à remarquer .que dans ce qui pré cède, on préconise également le recouvrement des lisières d'argenture par un diélectrique (marqué par la référence 8 à la fig. 3); il est, par exemple, indiqué d'utiliser un matériau diélectrique à constante élevée pour éviter les discontinuités trop marquées.
A titre d'exemples du matériau de recou vrement mentionné ci-dessus, on peut citer comme matériau de faible constante et de grande rigidité diélectrique: un vernis à base de matière plastique on en verre, ou un émail fusible susceptible de s'accorder au support en céramique.
Comme matériau de grande constante et de faible rigidité diélectrique: des recouvrements de même type que les précédents, mais enrichis de céramique - à haute constante diélectrique telle que l'oxyde de titane ou des titanates.
La fig. 11 montre en coupe une forme d'exécution d'une borne présentant deux gor- gés ayant chacune la forme d'un demi tore 70.
A la fig. 12, les deux gorges ont l'a forme d'un demi-tore 70, raccordé à une couronne circulaire 71.
A la fig. 13, les deux gorges ont la forme d'une portion de tore 70 supérieure à la moi tié.
La forme de ces gorgés a été -déterminée par le calcul et l'expérence a permis de-v6ri- fier leur efficacité.
L'efficacité des gorges d'étranglement peut être augmentée par l'introduction d'une pièce conductrice au voisinage immédiat de la sur face métallisée qui recouvre les gorges, pièce dont.
le rôle est de contribuer à éviter toute discontinuité dans le tracé des surfaces équi- potentielles quand. elles quittent le diélectri- que constituant la borne pour pénétrer dans l'air.
Les fig. 14, 15, 16, 17 montrent en coupe de telles gorges.
Dans les exemples montrés aux fig. 14 et 17, on a placé dans une des gorges d'étrangle ment un anneau, par exemple de caoutchouc recouvert d'un dépôt métallique 2. 3 désigne la plaque à traverser. Sur la fig. 17, cet anneau a la forme d'un tore. Les lignes. en pointillés désignent les traces des équipoten- tielles sur le plan de la figure.
Dans les exemples montrés aux fig. 15 et 16, une surface conductrice 2 en métal mince est placée dans les gorges soit directement fixée à la plaque à .traverser (fig. 15), soit fixée au dépôt métallique de la gorge (fig. 16)
par soudure ou simple contact mécanique. Les courbes en pointillé désignent encore la trace sur le plan 'de la figure des surfaces équipo tentielles.
Pour faciliter la fixation des bornes sur la plaque de traversée, on: peut s'arranger pour que la collerette comprise entre'les deux gorges d'étranglement présente une forme telle qu'elle permette de la maintenir directement sur la plaque ou que ladite @callerette soit plus ou moins proéminente,
et qu'elle soit dans ce cas enserrée dans une bague métallique sus- eeptible d'être soudée ou vissée sur la plaque à traverser.
Les fig. 18, 19, 20, 21, 22, 23 montrent en coupe par un plan. méridien divers moyens de fixation de la borne.
A la fig. 18, 1 représente une bague mé tallique de révolution autour de l'axe de la borne, et dont la méridienne est en forme de <B>L.</B> Cette bague permet de poser la borne sur la plaque .de traversée. On peut la monter sur la borne par un des procédés suivants, par exemple Forcer la bague sur le manchon.
Souder la bague sur le dépôt métallique extérieur de la borne, ou encore coller la bague à l'émail sur la céramique, et prévoir un bon contact électrique entre la bague et le restant de la surface métallique, par soudure ou argenture de la bague par exemple.
A la fig. 19, on a monté suivant l'un des procédés ci-dessus indiqués par exemple, une bagne métallique 1 filetée.
Les fig. 20 et 21 montrent des moyens de fixation appliqués à une borne présentant une seule gorge d'étranglement. A la fig. 20, la bague utilisée 1 est analogue à celle de la fig. 19; mais pour pouvoir effectuer le mon tage, on a dû la construire sous la forme de deux ;demi-bagues et souder ces deux demi bagues.
A la fig. 21, la bague a été coulée dans la gorge puis filetée.
A la fig. 22, la bague 1 a une forme tron conique; elle est serrée au moyen d'un anneau en forme de L.
Enfin, à la fig. 23, la bague 1 est rempla cée par un anneau en caoutchouc ou en ma tière plastique métallisée, serrée sur la pla que au moyen de la griffe 3 et du dispositif à vis 4.