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Perfectionnements à la répartition de la tension dans les isolants du matériel de Commutation à haute tension
La présente invention concerne les appareils électriques pourvus de conducteurs constituant des électrodes, aux bornes desquelles il y a une différence de potentiel élevée et qui sont séparées par un isolant en matière diélectrique solide dont les surfaces entre les électrodes sont exposées à l'air ou dont la matière diélectrique solide contient des interstices remplis d'air,
Aux tensions élevées, ces surfaces ou interstices peuvent donner lieu à des décharges ou des arcs locaux aux endroits de concentration du champ, et il s'ensuit que l'isolant se détériore au voisinage des décharges et finit par entièrement se détruire.
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On a proposé de protéger l'isolant contre les décharges locales de ce genre, en réglant le gradient de potentiel entre les électrodes de manière à éviter toute concentration -de champ exagérée, et on a pourvu, à cet effet, .l'isolant solide de couches ou plaques capacitives espacées répartissant la chute de tension par capacité- Cette solution convient pour les manchons isolateurs ou dispositifs analogues faits de papier enroulé, car il est facile d'enrouler, entre les couches de papier, des couches conduc- trices de métal en feuille placées aux profondeurs voulues pendant le bobinage et servant d'armatures de condensateur.
Au contraire, dans le cas d'un isolant homogène obtenu par moulage sous pression de résine synthétique, par exemple, il est très difficile d'insérer des armatures de condensateur en feuilles à cause de leur manque de consistance, et il est pratiquement-Impossible de fixer ces Couches en place avec la précision voulue.
La présente invention concerne un procédé de répartition de la tension entre les électrodes, consistant à faire passer ùn faible courant de fuite par une résistance élevée reliant les électrodes et pouvant être utilisé dans les cas où la répartition de tension par divisionlcapacitive est hors de question soit pour des raisons de fabrication, soit dans le cas de tensions'continues ou' la division capacitive' est inefficace par principe.
Suivant la présente invention, l'isolant solide contient. entre les électrodes, au moins un vide rempli d'un liquide à haute rigidité diélectrique et ayant une conductibilité électrique telle qu'il laisse passer, entre les électrodes, un faible courant watté comparable, en grandeur, au courant déwatté.
La matière diélectrique-constituant'le liquide de rem- plissage peut être considérée comme un conducteur à haute résistan- ce ou comme un isolant de qualité inférieure. Les expressions "conducteur" et "isolant" peuvent être mises en opposition facile- ment en considérant le facteur de puissance, ou le rapport courant
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watté à courant déwatté,du courant circulant dans la matière sou- mise à la contrainte d'une tension d'une fréquence donnée.
Dans le cas de matières utilisées normalement comme des conducteurs, la composante résistive ou wattée est, aux fréquences normales ' de réseau, des milliers de fois supérieure à la composante capaci- tive ou déwattée, tandis que, dans le cas d'un bon isolateur, la composante capacitive est plusieurs milliers de fois supérieure à la composante wattée.
Dans ie cas de la matière utilisée dans la présente invention, la composante wattée doit être du même ordre de grandeur que le courant capacitif, c'est-à-dire non inférieure au dixième de celuui-ci,
Par l'expression "liquide" utilisée dans la présente demande pour la matière conductrice de remplissage du vide entre électrodes, on entend toutes les matières semi-liquides, par exem- ple les pâtes et gelées, pouvant être injectées dans le vide mais ne pénétrant et ne remplissant pas celui-ci sans intervention extérieure.
La résistance spécifique du liquide conducteur utilisé peut avoir des valeurs très différentes et le choix de la valeur dépend de/la tension, puisque le courant watté de fuite doit être limité à une valeur telle que la chaleur produite puisse être dissipée sans difficulté. Cela signifie en pratique que le courant watté de fuite ne peut pas dépasser environ un milliampère. Compte tenu de cette limitation, plus le courant watté de fuite est élevé, Mieux la tension est répartie.
De nombreuses matières liquides ont les qualités voulues pour jouer le rôle de matière de remplissage, par exemple: a) Les dispersions de conducteurs liquides ou solides dans une base isolante, comme du graphite dans une graisse ou de l'eau dans de l'huile, b) Les amines, alcools, glycols, chlorohydrine et phénols,
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et leurs mélanges; l'hexylène glycol s'est avéré excellent en particulier.
Il.va..de soi qu'on peut trouver d'autres matières liqui- des ayant les caractéristiques électriques voulues dans d'autres séries organiques homologues.
Dans le cas d'émulsions et de dispersions, on peut obte- nir les conductibilités voulues en variant la phase de dispersion, le milieu de dispersion ou l'agent d'émulsion.
Le vide dans l'isolant solide rempli par le conducteur liquide peut avoir la forme d'un espace tubulaire de section droite en forme d'anneau entourant une électrode centrale et reliant cette dernière à une électrode extérieure- Dans ce cas, on peut faire varier,le gradient de potentiel le long de l'espace tubulaire en faisant varier le rayon et/ou l'épaisseur radiale de l'espace tubulaire.
Le vide peut aussi se présenter sous la forme d'une ou plusieurs galeries percées dans l'isolant solide et reliant une électrode à l'autre.
L'invention peut être mise en pratique de plusieurs manières; certaines'formes d'exécution sont décrites ci-après à titre d'exemple avec référence'aux dessins annexés, dans lesquels:
La figure 1 est une vue en coupe d'une connexion semi- permanente, par fiche et-douille., de deux conducteurs sous haut tension à isolant solide.
La figure 2 est une vue en coupe'd'une connexion amovi-- ble par fiche et douille, pour interrapteur à enfichage.
La figure 3 est une vue de profil, en coupe, d'une partie d'un isolateur de passage pour conducteur haute tension.
La figure 4 est une vue. de profil,.en coupe, d'un isola- teur suspendu...
La figure 5 est une coupe d'une autre forme d'isolateur de passage.
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La figure 6 est une vue de profil, en coupe, d'une autre forme d'isolateur suspendu, et La figue 7 est une vue de profil, en coupe, d'encore une autre forme 'd'isolateur suspendu.
Dans la forme d'exécution de la figure 1, l'invention est appliquée à un dispositif à fiche et douille assurant une connexion bout à bout semi-permanente entre une paire de conduc- teurs haute tension allongés 10 et 11. Les deux conducteurs 10 et 11 sont enfermés dans des manchons 13, 14 en une matière isolante solide diélectrique, sauf à leurs extrémités qui ressor- tent et prennent la forme de bornes 15 et 16.
Chaque manchon ,isolant est garni d'un blindage extérieur métallique 17 mis à la terre, l'un des manchons 14 étant terminée à une extrémité, par une douille concentrique tronconique 18 qui contient la borne associée 16, tandis que l'autre manchon 13 se termine par une fiche tronconique 19 d'où émerge la borne 15 du conducteur correspondant 10. Les deux manchons 13 et 14 sont boulonnés l'un à l'autre par des boulons 20 qui réunissent des rebords radiaux 21, 22 solidaires des blindages métalliques 17, la fiche 19 étant insérée dans la douille 18, et les deux bornes 15 et 16 qui sont ainsi amenées l'une près de l'autre dans un creux 23 à la base de la douille 18, sont réunies électriquement l'une à l'autre par un connecteur à ressort convenable 24.
Une bague de scellement hermétique aux liquides 25 est logée entre les rebords 21 et 22.
Les parties étant assemblées de cette manière, il reste,,. entre la-face extérieure de la fiche isolante 19 et la face intérieure de la douille isolante 18, un vide étroit 26 de forme tronconique et de section annulaire dont les surfaces de délimi- tation sont parallèles entre elles de façon que ce vide soit d'é- paisseur uniforme. Le vide 26 est- rempli d'un liquide conducteur 27 à haute résistance qui remplit aussi le creux 23 au fond de la douille 18 et est en contact électrique, avec les deux conducteurs à haute tension 10 et 11 interconnectés à une extrémité du vide 26,
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et avec les blindages métalliques mis à la terre 17 à l'autre extrémité.
Le liquide 27 utilisé est choisi de façon à avoir une rigidité diélectrique élevée convenable, afin de résister à la contrainte électrostatique appliquée, et une résistance spécifique suffisante, par exemple 10 mégohms-centimètres, pour laisser passer un 'courant de fuite limité ne produisant qu'un échauffement pouvant être facilement dissipé. En pratique, le courant de fuite watté ne dépassera pas un milliampère environ.
Il est à remarquer que, comme l'épaisseur de la résistan- ce liquide 27,remplissant le vide 26 est faible, la chute de tension dans la couche 27 est faible, tandis que la chute de tension le long de la surface de la couche 27 est égale à la différence de,potentiel totale entre les conducteurs 10, 11 et la terre.
Si on veut réduire au minimum'la déformation du champ électrostatique radial, la, tension doit, en tout point de la résistance liquide 27, être /égale au potentiel électrostatique en ce point dû au champ radial; cependant avec des conducteurs concentriques, le gradient de potentiel radial n'est pas uniforme, mais il décroit des conducteurs centraux 10, 11 vers l'extérieur. avec la distance radiale.
Le gradient de potentiel le long de la résistance liquide 27 répond partiellement à la condition précitée à cause de la forme conique du vide 26, puisque la superficie de,. la section transversale de la couche liquide 27 diminue progressi- vement vers l'extrémité intérieure plus petite de la couche, et sa résistance par unité de longueur varie en proportion inverse de sa section transversale, de sorte qu'on obtient automatiquement une compensation partielle....
On peut cependant adapter avec .précision la répartition de la tension le.long de la surface de la couche liquide au gradient de potentiel électrostatique radial, en faisant varier convenablement l'épaisseur radiale de la couche 27 le long de celle-ci, ou en courbant convenablement les parois de délimitation
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du vide 26 dans le sens longitudinal, de façon à donner à la couche liquide 27 une courbe de forme exponentielle, ou par une combinaison des deux procédés.
La répartition de la tension le long des parois du vide'
2 6 est obtenue donc par la couche liquide 27, et l'épaisseur radiale du diélectrique solide séparant les conducteurs intérieurs
10,11 du manteau métallique 17 mis à la terre est déterminée uniquement par la contrainte diélectrique radiale maximum admissi- ble.
Un joint étanche est prévu par la bague de scellement 25 entre les rebords boulonnés 21, 22 du blindage métallique mis à la' terre et, si 'on le désire, un réservoir à liquide 28 peut être ajouté pour compenser toute perte de liquide et permettre sans danger la dilatation.
La forme d';exécution de la figure 1 est relative à une connexion semi-pennanente par fiche et douille. Dans le cas d'une connexion amovible par fiche et douille permettant d'isoler sous tension, par exemple une liaison entre,un interrupteur blindé amovible et une douille contenant une borne fixe, il n'est pas indiqué de remplir le vide entre la fiche d'interrupteur et la douille avec le liquide résistant, celui-ci empêchant la séparation des deux pièces. La figure 2 représente une forme d'exécution de ce genre, où la douille tronconique 30 est recouverte intérieu- renient d'une garniture isolante 31 en matière diélectrique solide et reçoit une fiche-borne d'interrupteur associée 32 venant en contact avec la borne fixe 33 de la douille.
La garniture 31 délimi- te, entre sa surface extérieure et la surface intérieure de la douille 30, un étroit espace annulaire 34 de forme tronconique qui est rempli de liquide résistant 34 mis en contact avec la borne 33 à une extrémité de la couche par l'intermédiaire d'une rondelle métallique 36 introduite à la base de la douille 30, et en contact, à l'autre extrémité de la couche liauide 35, avec le blindage métallique extérieur mis à la terre 37 entourant l'isolant 38 de
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la douille.
La couche de liquide 35 est donc confinée dans un vide pratiqué à l'intérieur de l'isolant 38 de la douille qui entoure le creux dans lequel la fiche 32 s'engage, et elle assure la répartition de tension, empêchant ainsi' les arcs de se produire sur la surface intérieure.de la'douille exposée à l'air. Un réservoir à liquide 39 est relié au vide annulaire 34 de façon à permettre les dilatations sans danger.
Dans une autre forme d'exécution représentée à la figure 3, l'invention est appliquée à un isolateur de passage consistant en un conducteur allongé 41 entouré par un isolateur solide oblong 40 à double tronc de cône. Chaque demi isolateur ou tronc de cône est entouré par un, manchon extérieur ou protecteur! en porcelaine ou autre matière isolante 42 pourvu de nervures extérieures 43 et prévu 'pour Utilisation dans l'atmosphère.
Les manchons 42 sont maintenus, à leurs, extrémités intérieures, par les rebords du support,central\ métallique mis à la terre, 44 de l'isolateur de passager et, aux extrémités extérieures, par des capots métalliques d'extrémité 45 fixés au conducteur central 41 qui' ressort.
peux étroits espaces allongés 46 de section,annulaire séparent ta face extérieure de l'isolateur solide 40 des parois intérieures de Branchons en porcelaine extérieure 42, et ces deux espaces sont remplis de liquide résistant 47 constituant des couches tronconiques creuses qui sont en contact électrique à leurs extré- mités respectives avec le support métallique mis a la terre 44 et les capots métalliques \d'extrémité 45. La différence de potentiel conducteur-ferré totale est appliquée longitudinalement à chacune des deux couches 47 de liquide résistant qui répartissent la tension et protègent les surfaces extérieures de l'isolateur de passage contre les arcs.
On obtiendra une bonne répartition de tension le long de chaque couche 47 de liquide résistant, si la résistance de la couche liquide est uniforme sur toute la longueur de l'isolateur de passage. Pour compenser la différence de diamètre entre le
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rebord 44 et les extrémités, l'épaisseur de chaque couche 47 de liquide résistant est plus grande à son extrémité extérieure qu'à son extrémité, inférieure voisine du rebord, ce qu'on obtient en faisant varier convenablement l'épaisseur radiale des espaces coniques 46,' comme la figure le montre.
Quoiqu'une résistance de valeur constante par unité de longueur des couches liquides 47 donne'généralement une bonne répartition dé la tension, il faut, dans certains cas, pouvoir compenser un renforcement de la capacité près des rebords 44 et les courants de fuite wattés à travers l'isolateur de passage, en diminuant la proportion résistive près des rebords, c'est-à-dire en augmentant, à ces endroits, a section transversale de chaque couche liquide 47. Une telle compensation est cependant d'ordinaire superflue.
Un réservoir à liquide résistant 48 est prévu à hauteur du support 44, et communique, de part et d'autre des rebords de celui-ci, avec les vides annulaires.
Dans une autre forme d'exécution représentée à la figure 4, l'invention réalise la répartition régulière de la tension par résistance dans un isolateur allongé du type suspendu 50 comprenant un noyau allongé 51 de matière isolante convenable pourvue d'oeillets métalliques de suspension 52 ou autres attaches noyées dans les deux extrémités du noyau. Dans le cas présent, les deux oeillets métalliques 52 constituent les deux électrodes qui sont séparées par l'isolant solide dunoyau 51; en service, un des oeillets porte un conducteur à haute tension et l'autre est fixé à un support convenable mis à la terre. Le noyau central 51 donne à l'isolateur la résistance mécanique nécessaire.
Le noyau isolant 51 est entouré par un manchon de porcelaine 53 pourvu de cloches de protection 54 et maintenu par une paire de capots métalliques d'extrémité à rebords 55 solidaires des oeillets métalliques 52. Un espace ou vide cylindrique 56 à mince section transversale annulaire est laissé entre le noyau
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central 51 et la face intérieure du manchon de porcelaine 53, et est rempli de liquide résistant 57 servant à répartir le' potentiel sur toute la.longueur de l'isolateur 50, entre les deux oeillets métalliques '52* Une valeur de résistance constante par unité de longueur-sur toute l'étendue de la couche liquide 57 procure normalement une répartition satisfaisante, mais si une répartition de tension irrégulière s'avère nécessaire,
ceci peut être obtenu en faisant varier l'épaisseur de l'espace annulaire 56 entre le noyau isolant et le'manchon. Un réservoir à liquide 58 est ici aussi relié à l'espace annulaire 56, pour permettre la dilatation.
Dans les quatre formes d'exécution représentées aux figures l'à 4, le liquide résistant est chaque fois contenu dans un espace tubulaire allongé à section transversale annulaire. Ceci convient dans ie cas d'une connexion semi-permanente par fiche et douille comme à la figure 1, puisque l'espace annulaire existe et qu'il suffit de le remplir avec du liquide résistant.
Dans les trois autres formés d'exécution, aucontraire, il faut prendra des mesures spéciales pour avoir un espace annulaire dans lequel le liquide se loge, et il peut être plus intéressant de prévoir des creux dautres formes entre les électrodes pour y mettre le liqui- de, surtout si l'isolant solide garnissant l'électrode est du type moulé, car-les difficultés de fabrication empêchent d'obtenir une section annulaire de-forme régulière et de petite dimension., Il est utile que la section transversale de l'espace occupé par le liquide soit aussi réduite que possible, de manière à réduire la résistivité du liquide utilisé pour répartir la tension.
La figure 5 représente,-: en coupe transversale, un isola- teur de passage 60 dont chaque moitié tronconique est percée d'une série de minces galeries longitudinales. Internes 61 allant du rebord du support central à l'extrémité extérieure de l'isola- teur de passage et réparties circonfé-rentiellement autour de l'isolateur près de sa surface extérieure. Ces galeries 61, il y en a huit dans le cas considéré, servent de réservoirs à des
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colonnes de liquide conducteur résistif 62 répartissant convenable+ ment la tension entre le conducteur central 63 et le support mis à la terre. Les galeries internes 61 peuvent être obtenues en mou- lant l'isolateur 60 autour d'une série de tiges pleines convenable- ment espacées qu'on retire ensuite de façon à laisser des galeries prêtes à recevoir le liquide.
On peut prévoir.un-groupe semblable de galeries circonfé- rentiellement réparties dans l'isolant de la douille de l'interrup- teur amovible décrit ci-dessus, au lieu de délimiter un espace annulaire pour le liquide en appliquant une garniture contre la paroi de la douille, comme représenté à la figure 2.
La 'figure 6 représente un isolateur suspendu constituant une variante de l'isolateur de la figure 4, dont le noyau isolant
70 peut être moulé avec une seule galerie concentrique. 71 reliant les deux extrémités et en communication' avec les. deux oeillets métalliques de suspension 72.,,cette galerie 71 contenant le liqui- de conducteur 73. Dans une autre variante représentée à la figure 7 le noyau isolant 80 de l'isolateur suspendu contient une galerie en hélice 81 obtenue en moulant le noyau autour d'un fil hélicoïdal qu'on retire ensuite de façon à avoir une galerie en hélice concen- trique à l'intérieur de l'isolateur 80, près de la périphérie de celui-ci.
Le liquide résistant remplit la galerie et est en contact avec les oeillets métalliques aux extrémités de l'isola- teur. Cette dernière solution est particulièrement intéressante parce qu'on dispose d'une très longue galerie de section relative- ment faible par rapport à la longueur-axiale de l'isolateur.
Dans les formes d'exécution des figures 5, 6 et,7, il ne faut pas de manchon de porcelaine extérieur et l'isolateur moulé peut être pourvu de nervures extérieures ou de cloches de'protec- tion faisant corps ou rapportées.
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Improvements to the voltage distribution in the insulators of high voltage switching equipment
The present invention relates to electrical devices provided with conductors constituting electrodes, at the terminals of which there is a high potential difference and which are separated by an insulator of solid dielectric material whose surfaces between the electrodes are exposed to air or whose the solid dielectric material contains air-filled interstices,
At high voltages, these surfaces or interstices can give rise to local discharges or arcs at the places of concentration of the field, and it follows that the insulation deteriorates in the vicinity of the discharges and ends up completely destroying itself.
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It has been proposed to protect the insulator against local discharges of this kind, by adjusting the potential gradient between the electrodes so as to avoid any exaggerated field concentration, and the solid insulator has been provided for this purpose. of spaced capacitive layers or plates distributing the voltage drop by capacitance - This solution is suitable for insulating sleeves or similar devices made of rolled paper, since it is easy to wind, between the layers of paper, conductive layers of metal in foil placed at the desired depths during winding and serving as capacitor armatures.
On the contrary, in the case of a homogeneous insulation obtained by die-casting of synthetic resin, for example, it is very difficult to insert capacitor plates in sheets due to their lack of consistency, and it is practically impossible to secure these layers in place with the desired precision.
The present invention relates to a method of distributing the voltage between the electrodes, comprising passing a low leakage current through a high resistance between the electrodes and which can be used in cases where the voltage distribution by capacitive division is out of the question either. for manufacturing reasons, either in the case of 'continuous voltages' where 'capacitive splitting' is inefficient in principle.
According to the present invention, the solid insulation contains. between the electrodes, at least one void filled with a liquid of high dielectric strength and having an electrical conductivity such that it allows a low watted current to pass between the electrodes, comparable in size to the watted current.
The dielectric material constituting the filler liquid can be regarded as a high resistance conductor or as an insulator of inferior quality. The expressions "conductor" and "insulator" can be put in opposition easily by considering the power factor, or the current ratio.
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watt-dewatted current, current flowing through matter subjected to the stress of a voltage of a given frequency.
In the case of materials normally used as conductors, the resistive or watted component is, at normal network frequencies, thousands of times greater than the capacitive or dewatted component, while in the case of a good insulator , the capacitive component is several thousand times greater than the watted component.
In the case of the material used in the present invention, the watted component must be of the same order of magnitude as the capacitive current, that is to say not less than a tenth of the latter,
By the expression “liquid” used in the present application for the conductive material for filling the vacuum between the electrodes, is meant all semi-liquid materials, for example pastes and jellies, which can be injected into the vacuum but which do not penetrate. and not fulfilling it without external intervention.
The specific resistance of the conductive liquid used can have very different values and the choice of the value depends on / the voltage, since the watt-leakage current must be limited to a value such that the heat produced can be dissipated without difficulty. This means in practice that the leakage watt current cannot exceed about one milliampere. Given this limitation, the higher the wattage current, the better the voltage is distributed.
Many liquid materials have the qualities to act as filler material, for example: a) Dispersions of liquid or solid conductors in an insulating base, such as graphite in grease or water in oil , b) Amines, alcohols, glycols, chlorohydrin and phenols,
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and their mixtures; hexylene glycol has been found to be particularly excellent.
It goes without saying that other liquids having the desired electrical characteristics can be found in other homologous organic series.
In the case of emulsions and dispersions, the desired conductivities can be obtained by varying the dispersion phase, the dispersing medium or the emulsifying agent.
The vacuum in the solid insulation filled by the liquid conductor can have the form of a tubular space of cross section in the form of a ring surrounding a central electrode and connecting the latter to an external electrode. In this case, one can vary , the potential gradient along the tubular space by varying the radius and / or the radial thickness of the tubular space.
The vacuum can also be in the form of one or more galleries pierced in the solid insulation and connecting one electrode to the other.
The invention can be put into practice in several ways; certain embodiments are described below by way of example with reference to the accompanying drawings, in which:
Figure 1 is a sectional view of a semi-permanent plug-and-socket connection of two solid-insulated high-voltage conductors.
Figure 2 is a sectional view of a removable plug and socket connection, for a plug-in switch.
FIG. 3 is a side view, in section, of part of a passage insulator for a high voltage conductor.
Figure 4 is a view. in profile, in section, of a suspended insulator ...
Figure 5 is a sectional view of another form of pass insulator.
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Figure 6 is a side sectional view of another form of hanging insulator, and Figure 7 is a side sectional view of yet another form of hanging insulator.
In the embodiment of Figure 1, the invention is applied to a plug and socket device providing a semi-permanent end-to-end connection between a pair of elongated high voltage conductors 10 and 11. The two conductors 10 and 11 are enclosed in sleeves 13, 14 of a dielectric solid insulating material, except at their ends which protrude and take the form of terminals 15 and 16.
Each insulating sleeve is lined with an outer metallic shield 17 grounded, one of the sleeves 14 being terminated at one end, by a concentric frustoconical sleeve 18 which contains the associated terminal 16, while the other sleeve 13 ends with a frustoconical plug 19 from which emerges the terminal 15 of the corresponding conductor 10. The two sleeves 13 and 14 are bolted to each other by bolts 20 which join together radial edges 21, 22 integral with the metal shields 17, the plug 19 being inserted into the socket 18, and the two terminals 15 and 16 which are thus brought close to each other in a hollow 23 at the base of the socket 18, are electrically joined together. the other by a suitable spring connector 24.
A liquid-tight sealing ring 25 is housed between the flanges 21 and 22.
The parts being assembled in this way, it remains ,,. between the outer face of the insulating plug 19 and the inner face of the insulating sleeve 18, a narrow void 26 of frustoconical shape and of annular section, the delimiting surfaces of which are mutually parallel so that this void is of uniform thickness. The vacuum 26 is filled with a high resistance conductive liquid 27 which also fills the recess 23 at the bottom of the socket 18 and is in electrical contact, with the two high voltage conductors 10 and 11 interconnected at one end of the vacuum 26 ,
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and with the grounded metal shields 17 at the other end.
The liquid 27 used is chosen so as to have a suitable high dielectric strength, in order to withstand the electrostatic stress applied, and a sufficient specific resistance, for example 10 megohms-centimeters, to pass a limited leakage current producing only 'a heating that can be easily dissipated. In practice, the watted leakage current will not exceed approximately one milliampere.
Note that since the thickness of the liquid resistor 27 filling the void 26 is small, the voltage drop in the layer 27 is small, while the voltage drop along the surface of the layer 27 is equal to the difference in total potential between the conductors 10, 11 and the earth.
If we want to minimize the deformation of the radial electrostatic field, the voltage must, at any point of the liquid resistance 27, be / equal to the electrostatic potential at this point due to the radial field; however with concentric conductors the radial potential gradient is not uniform, but decreases from the central conductors 10, 11 outward. with the radial distance.
The potential gradient along the liquid resistance 27 partially meets the above condition because of the conical shape of the void 26, since the area of ,. the cross section of the liquid layer 27 gradually decreases towards the smaller inner end of the layer, and its resistance per unit length varies in inverse proportion to its cross section, so that partial compensation is automatically obtained. ...
However, the voltage distribution along the surface of the liquid layer can be adapted with precision to the radial electrostatic potential gradient, by suitably varying the radial thickness of the layer 27 along it, or by suitably bending the boundary walls
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vacuum 26 in the longitudinal direction, so as to give the liquid layer 27 a curve of exponential shape, or by a combination of the two methods.
The distribution of the tension along the walls of the vacuum '
2 6 is therefore obtained by the liquid layer 27, and the radial thickness of the solid dielectric separating the inner conductors
10,11 of the earthed metal mantle 17 is determined only by the maximum allowable radial dielectric stress.
A tight seal is provided by the sealing ring 25 between the bolted flanges 21, 22 of the grounded metal shield and, if desired, a liquid reservoir 28 can be added to compensate for any loss of liquid and allow without danger of dilation.
The embodiment of Figure 1 relates to a semi-permanent connection by plug and socket. In the case of a removable connection by plug and socket making it possible to isolate under voltage, for example a connection between, a removable shielded switch and a socket containing a fixed terminal, it is not advisable to fill the gap between the plug switch and the socket with the resistant liquid, this one preventing the separation of the two parts. FIG. 2 shows an embodiment of this kind, where the frustoconical socket 30 is internally covered with an insulating lining 31 of solid dielectric material and receives an associated switch terminal plug 32 coming into contact with the terminal fixed 33 of the socket.
The gasket 31 defines, between its outer surface and the inner surface of the socket 30, a narrow annular space 34 of frustoconical shape which is filled with resistant liquid 34 brought into contact with the terminal 33 at one end of the layer by the. 'via a metal washer 36 introduced at the base of the sleeve 30, and in contact, at the other end of the aid layer 35, with the earthed outer metal shield 37 surrounding the insulation 38 of
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the socket.
The liquid layer 35 is therefore confined in a vacuum formed inside the insulator 38 of the socket which surrounds the recess in which the plug 32 engages, and it ensures the distribution of voltage, thus preventing arcs. to occur on the inner surface of the socket exposed to air. A liquid reservoir 39 is connected to the annular vacuum 34 so as to allow safe expansions.
In another embodiment shown in FIG. 3, the invention is applied to a passage insulator consisting of an elongated conductor 41 surrounded by an oblong solid insulator 40 with a double truncated cone. Each half insulator or truncated cone is surrounded by an outer or protective sleeve! of porcelain or other insulating material 42 provided with external ribs 43 and intended for use in the atmosphere.
The sleeves 42 are held at their inner ends by the flanges of the central metal grounded carrier 44 of the passenger insulator and at the outer ends by metal end covers 45 attached to the driver. central 41 which emerges.
can narrow elongated spaces 46 of annular section separate the outer face of the solid insulator 40 from the inner walls of the outer porcelain branchons 42, and these two spaces are filled with resistant liquid 47 constituting hollow frustoconical layers which are in electrical contact with each other. their respective ends with the grounded metal support 44 and the metal end caps 45. The total conductor-iron potential difference is applied longitudinally to each of the two layers 47 of resistive liquid which distribute the voltage and protect the outer surfaces of the arc passage insulator.
A good voltage distribution will be obtained along each layer 47 of resistive liquid, if the resistance of the liquid layer is uniform over the entire length of the passage insulator. To compensate for the difference in diameter between the
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flange 44 and the ends, the thickness of each layer 47 of resistant liquid is greater at its outer end than at its lower end near the rim, which is obtained by suitably varying the radial thickness of the conical spaces 46, 'as the figure shows.
Although a resistance of constant value per unit length of the liquid layers 47 generally gives a good distribution of the tension, it is necessary, in certain cases, to be able to compensate for a reinforcement of the capacity near the edges 44 and the leakage currents watté at through the passage insulator, by decreasing the resistive proportion near the edges, that is to say by increasing, in these places, the cross section of each liquid layer 47. Such compensation is however usually superfluous.
A resistant liquid reservoir 48 is provided at the height of the support 44, and communicates, on either side of the edges thereof, with the annular voids.
In another embodiment shown in Figure 4, the invention achieves the regular distribution of the voltage by resistance in an elongated insulator of the suspended type 50 comprising an elongated core 51 of suitable insulating material provided with metal suspension eyelets 52 or other fasteners embedded in both ends of the core. In the present case, the two metal eyelets 52 constitute the two electrodes which are separated by the solid insulator of a core 51; in use, one of the eyelets carries a high voltage conductor and the other is attached to a suitable grounded support. The central core 51 gives the insulator the necessary mechanical strength.
The insulating core 51 is surrounded by a porcelain sleeve 53 provided with protective bells 54 and held by a pair of flanged end metal covers 55 integral with the metal eyelets 52. A cylindrical gap 56 with a thin annular cross section is formed. left between the core
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central 51 and the inner face of the porcelain sleeve 53, and is filled with resistant liquid 57 serving to distribute the 'potential over the entire length of the insulator 50, between the two metal eyelets' 52 * A constant resistance value by unit length - the full extent of the liquid layer 57 will normally provide a satisfactory distribution, but if an irregular tension distribution is required,
this can be achieved by varying the thickness of the annular space 56 between the insulating core and the sleeve. A liquid reservoir 58 is here also connected to the annular space 56, to allow expansion.
In the four embodiments shown in Figures 1a to 4, the resistant liquid is each time contained in an elongated tubular space with an annular cross section. This is suitable in the case of a semi-permanent connection by plug and socket as in FIG. 1, since the annular space exists and it suffices to fill it with resistant liquid.
In the other three embodiments, on the contrary, special measures must be taken to have an annular space in which the liquid is lodged, and it may be more advantageous to provide hollows of other shapes between the electrodes to put the liquid there. of, especially if the solid insulator lining the electrode is of the molded type, because the manufacturing difficulties prevent obtaining an annular section of regular shape and of small dimension., It is useful that the cross section of the space occupied by the liquid is as small as possible, so as to reduce the resistivity of the liquid used to distribute the voltage.
FIG. 5 represents, in cross section, a passage insulator 60, each frustoconical half of which is pierced with a series of thin longitudinal galleries. Internal 61 extending from the rim of the central support to the outer end of the passage insulator and distributed circumferentially around the insulator near its outer surface. These galleries 61, there are eight in the case considered, serve as reservoirs for
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columns of resistive conductive liquid 62 suitably distributing the voltage between the central conductor 63 and the grounded support. The internal galleries 61 can be obtained by molding the insulator 60 around a series of suitably spaced solid rods which are then withdrawn to leave galleries ready to receive the liquid.
It is possible to provide a similar group of galleries distributed circumferentially in the insulation of the socket of the removable switch described above, instead of delimiting an annular space for the liquid by applying a gasket against the wall. socket, as shown in Figure 2.
Figure 6 shows a suspended insulator constituting a variant of the insulator of Figure 4, the insulating core of which
70 can be molded with a single concentric gallery. 71 connecting the two ends and in communication 'with them. two metal suspension eyelets 72. ,, this gallery 71 containing the conductor liquid 73. In another variant shown in FIG. 7, the insulating core 80 of the suspended insulator contains a helical gallery 81 obtained by molding the core around of a helical wire which is then withdrawn so as to have a concentric helical gallery inside the insulator 80, near the periphery thereof.
The resistant liquid fills the gallery and is in contact with the metal eyelets at the ends of the insulator. The latter solution is particularly advantageous because we have a very long gallery of relatively small section compared to the axial length of the insulator.
In the embodiments of Figures 5, 6 and 7, an outer porcelain sleeve is not required and the molded insulator may be provided with outer ribs or integral or attached protective bells.