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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande de
BREVET D'INVENTION la société :BR ITISH INSULATED CALLENDER'S CABINES LIMITED Perfectionnements relatifs au traitement à chaud des revêtements isolante' de filset decâbles électri ques. Priorité d'une demande de brevet déposée en Grande-Bretagne le 18 avril 1942 aux noms de British Insulated uables Limited, G.H. Walton, J.C. Quayle et P. Jones.
La présente invention est relative au traitement à chaud des revêtements isolants de fils et de câbles électriques, par le procédé, dans lequel la chaleur est engendr'ée dans la matière même en la traitant comme milieu diélectrique entre deux électrodes entre lesquelles on maintient une différencedepotentiel alternative appropriée à fréquence élevée . On sait que, dans un tel agencement, les pertes diélectriques dans la matière ont pour effet de faire absorber par la dite matière l'énergie du champ électrique, ce qui produit la libération de chaleur dans toute la partie de la .matière se trouvant dans le champ électrique .
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La présente invention a pour objet d'appliquer ce procédé de manière telle qu'une production rapide et continue de chaleur ait lieu de sorte que l'appareil peut constituer une partie d'une installation pour recouvrir des fils ou des câbles et pour les traiter sans interruption par la chaleur .
Si une telle disposition doit donner des résultats pratiques, il faut que le traitement par la chaleur puisse être effectué aussi rapidement que le revêtement est appliqué, de sorte qu'il n'est pas nécessaire de ralentir la marche de la machine à recouvrir qui, peut, par exemple, être une presseà gainer. En conséquence, l'appareil doit pouvoir appliquer à la matièrede revêtement la quantité de chaleur requise en une courte période de temps et, sans que le coût n'en devienne excessif , l'opération doit être exécutée dans un appareil d'une longueur acceptable. Pour réaliser de telles conditions, l'allurede la production dechaleur doit êtretrès vive et on est d'avis que les appareils proposés précédèrent pour le chauffage à haute fréquence ne répondent pas à ces exigences.
On a constaté que, pour obtenir un résultat satisfaisant, il est nécessaire de remplir deux conditions qui se contrecarrent dans une certaine mesure , Il y avantage, lors de l'établissement et de la répartition du champ électrique, que le fil qui est situé au centre de la matière isolante, forme une des électrodes coopérant avec une deuxième électrode, qui entoure sensiblement le fil recouvert. On a également constaté que le résultat exigé ne peut pratiqeement être atteint , si la position du fil recouvert est telle que le courant à haute fréquence doit parcourir une distance appréciable dans le dit fil .
Il est évident que, pour, arriver à des résultats pratiques, la sollicitation due à la présence du champ électrique ne doit pas êtretelle qu'elle briseou endommage la matière isolante située dans ce champ , de sorte qu'il existe une limite pour l'intensité maximum du champ électrique, qui peut
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être appliquée . La vitesse de production de la chaleur dépend à la fois de l'intensité du champ et de la fréquence des alternances. La limite pratique fixée pour la première exige que la dernière soit très élevée,si la vitesse, de chauffage doit atteindre la valeur désirée .'La gamme des fréquences souhaitables s'étend de 20 à 200 millions de périodes par seconde .
On a constaté que même à une fréquence de 20 périodes, le courant ne peut pas parcourir le fil recouvert sur une distance appréciable . Etant donné les- conditions qui se présentent amec de tels courants à haute fréquence, l'impédance du fil (par la, composante due à la'résistance aussi bien que celle due, à la réactance) est élevée de sorte qu'une tension élevée doit lui être appliquée pour que le courant soit obligé de parcourir une distanoe appréciable et la chaleur engendrée par ce courant prend naissance-danh le conducteur même, ce qui n'est pas un endroit favorable pour un chauffage rapide du diélectrique. Ce chauffage sera la cause d'une augmentation excessi- ve de température dans le conducteur et dans la matière isolante à proximité immédiatede celui-ci.
Il faut serendre compte de l'importance du fait , qu'à la vitesse de chauffage considérée, une répartition bien uniforme de la production de chaleur dans toute la matière isolante est essentielle, étant donné que le temps disponible est trop court pour permettre une transmission importante de chaleur à travers une matière qui n'a pas une bonne conductibilité calorifique .
La présente invention fournit un appareil du type indiqué dans lequel la vitesserequise de chauffage est satisfaisante . Dans ce dispositif le fil central, tout en servant d'électrode pour le champ électrique, n'est pas-connecté l'appareillage produisant da haute fréquence, mais il est maintenu à un potentiel intermédiaire entre deux électro-
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des ou jeux d'électrodes connectées à la génératrice .
Lcr squ' il est question ci-après de deux jeux d'électrodes il faut comprendre qu'un jeu peut consister en une seule électrode ou en un nombre plus élevé , approprié, quelcon- que . Les électrodes des deux jeux sont connectées à la source d'énergie à haute fréquence de manière telle qu'à tout moment, des-électrodes directement adjacentes ont une polarité opposée Les éléments du premier jeu alternent avec les éléments du deuxième jeu le long de l'axe de l'appareil, de sorte que toute partie donnée du fil passe alternativement par uneélectrode du premier jeu et ensuite par une électrode du deuxième jeu, puis par une autre électrodedu premier jeu et ensuitepar uneautre électrodedu deuxième jeu et ainsi de suite. -
Chaque électrodea,comme indiqué ci-dessus, une forme sensiblement tubulaire .
Elle peut former un tube complet ou elle peut être fendue ou être constituée par des pièces disposées contigûment les unes aux autres. Le but envisagé dans la construction de cet élément est, qu'il doit constituer électriquement une surface continue ou sensiblement continue, entourant le fin recouvert pour former une limite appropriée et servir d'organe pour une répartition uniforme du champ électrique , Les éléments des deux jeux sont placés aussi près l'un de l'autre qu'il est pratiquement possible .En général, les éléments ne sont séparés que d'une distance suffisante pour empêcher une décharge brusque entre eux.
Avec une telle disposition, le champ s'étend sensiblement (à tout moment) radialement vers l'intérieur à partir d'une électrode vers le fil et sensiblement radialement vers l'extérieur à partir du fil vers l'électrode suivante. Il est ainsi possible d'appliquer un champ intense à haute fréquence sur une longueur apprécia- ble de fil recouvert sans grande perte d'efficacité par
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l'utilisation du fil comme limite du système à champ électri que.
Bien que les électrodes soient sensiblement plus longues que les intervalles ménagés entre elles, leur longueur est limitée par la nécessité d'obtenir une répartition bien uniforme de l'intensité du champ électrique , le long de la matière renfermée dans chaque électrode.
Ceci peut être réalisé si chaque électrode n'est pas plus grande qu'un dixième de la longueur d'onde.
L'invention sera décrite à présent en se référant aux dessins annexés. Dans ceux-ci,la figure 1 montre schématiquement la disposition des électrodes. La figure2 montre une forme de construction d'une partie d'un appareil pour le traitement à chaud du revêtement isolant d'un câble électrique . Les deux vues sont des coupes longitudinales.
Les quatre électrodes montrées dans la figure 1 forment deux jeux dont les éléments sont respectivement désigààs par a et b. On peut constater que ces éléments sont disposés coaxialement bout à bout et ne sont que.faiblement écartés l'un de l'autre, les électrodes a alternant avec les électrodes b, Ces électrodes forment ainsi un long organe à travers lequel un fil ininterrompu, tel que c, peut continuellement se déplacer . Pendant ce passage, le revêtement d entourant le fil , qui peut,par exemple, être une composition de caoutchouc,est soumis à l'action d'un champ électrique . Pour l'établissement de ce champ, les électrodes a sont connectées à une des borhes e d'un oscillateur g et les électrodes b sont connectées à l'autre borne f de cet oscillateur .
Au lieu de. se servir du même oscillateur pour toutes les électrodes; il'peut y avoir avantage, dans le but d'obtenir une puissance plus élevée ou dans un autre but d'employer un oscillateur distinct
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pour chaque paire directement adjacente d'électrodes a-b.
A un moment donné, le champ électrique s'étend radia- lement vers l'intérieur à partir de la surface d'une élec- a trode/à travers le revêtement d, et vers lefil c et radialement vers l'extérieur à partir du fil c vers la surface d'une électrode b immédiatement adjacente . L'os- cillation à haute fréquence d'un tel champ provo que la formationefficace et rapide de chaleur dans le recouvrement d et ce procédé de chauffage est maintenu. sans arrêt pendant le déplacement du fil à travers la série d'électrodes.
Une construction pratique appropriée de système à électrode est celle dans laquelle chaque électrode est constituée par un tube métallique complet , un tube court en matière isolante, par exemple en matière céramique ou vitreuse, étant disposé entre deux électrodes adjacentes, qux ces tubes conducteurs et isolants étant connectés bout à bout les uns aux autres pour former une enveloppe tu bulai- re complète servant à enfermer le conducteur recouvert pen- dant la durée du traitement par la chaleur. Une partie d'une telle construction est représentée à la figure 2.
Dans cette figure, une électrode tubulaire métallique h est munie à chaque extrémité d'une pièce tubulaire isolante i qui est reliée par son extrémité de gauche à la pièce terminale j de l'appareil et par son extrémité de droite(non représentée) à une autre électrode tubulaire similaire au tube h. Un nombre requis de tubes h muni de pièces isolantes i peut être prévu, une autre pièce terminale similaire à la pièce termi- nale j étant disposée à l'extrémité de droite de l'appareil. h
Chaque tube/est monté dans un collier de fixation k porté par une tige 1 qui est elle-même supportée par un isolateur m. La tige 1 ne sert pas seulement de support mais également de connexion électrique pour alimenter l'électro- at de h de l'extérieur.
Grâce aux tiges 1 et aux isoveurs m,
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le jeu connecté d'électrodes tubulaires h munies de leurs pièces isolantes i et de leurs pièces terminales j sont supportés par le boitier n qui sert.d'enveloppe protec- trice.
Chaque pièce isolante i consiste en un tube court muni d'une bride à chaque extrémité . Chaque extrémité de la piè- ce tubulaire forme une douille destinée à recevoir l' extré- mité de 1'élément adjacent h ou j selon le cas. Générale- ment la pièce terminale j est également en métal et peut être mise à la terre. -Les brides prévues sur les tubes isolants j sont retenues entre les brides métalliques o fixées aux pièces tubulaires adjacentes h ou j et aux bagues p.
Ces dernières sont divisées en deux parties de sorte qu'elles peuvent être insérées dans les positions montrées, Elles possèdent-également des boulons à l'aide desquels elles peu- vent être tirées vers les brides o dans le but de resserrer les brides d'extrémité des éléments i, des bourrages étant intercalés commele montre la figure 2.
En faisant usage de la forme de construction montrée, il est possible de combiner un appareil de longueur requise avec peu de pièces similaires et de supporter le dit appa- reil àans autre connexion dans le boîtier n que celles, fournies par les connexions électriques 1 et leurs supports isolateurs m.
La construction tubulaire complète fournit un disposi-- tif approprié pour soumettre la matière isolante à une pres- sion extérieure pendant le traitement par*la chaleur. Ceci peut être réalisé en remplissant le tube avec du gaz sous pression, qui peut y être introduit à l'aide d'un tuyau q connecté à une pièce terminale Pour réduire la fuite de fluide sôus pression de l'intérieur de la construction tu- bulaire à un minimum, une fermeture à presse-étoupe telle que
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r peut être agencée dans chaque pièce terminale j. La fermeture à presse-étoupe montrée comprend une pièce tubulaire à section décroissante et une IX bride de base, par laquelle elle est retenue dans une partie élargie s de la pièce terminale j par le dispositif de fixation représenté.
La fermeture à presse-étoupe r possède des dimensions telles qu'elle laisse un léger jeu autour du revêtement du câble de sorte que celui-ci peut y passer sans entrer en contact avec elle ou seulement avec un léger contact par frottement.
En plus de la pression exercée par le gaz sur la matière, la présence de ce dernier,présente encore l'avantage de pouvoir augmenter l'intensité de la sollicitation électrique dans -la région comprise entre le revêtement autour du fil et les électrodes tubulaires. Ceci sera en général souhaitable dans le but d'obtenir une intensité de champ suffi- samment élevée dans la masse de la matière de revêtement, entourant le conducteur.
Souvent, il y aura avantage à donner à la construction tubulaire j , i, h, des dimensions telles qu'il existe un jeu autour du fil recouvert, de sorte que le dit fil ne frotte pas sur les surfaces du tube, lorsqu'il est tiré à travers celui-ci . Ceci est, par exemple, nécessaire dans le cas où le traitement par la chaleur est la vulcanisation d'un caoutchouc ou d'une autre matière similaire au caoutchouc. Si un support intermédiaire est nécessaire dans de longs appareils tubulaires de ce type, il peut être prévu des supports tels que des petits galets en verre ou en matière céramique, placés dans les organes isolants i de manièr e à se trouver hors du champ électrique .
Pour des fréquences de 20 à 30 millions de périodes par seconde, une longueur appropriée pour les pièces isolantes intercalées entre les électrodes est de 1/2" à 3" . La dimension supérieure est valable dans le cas où 'il est néces-
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aaire d'insérer un galet ou un autre support à cet endroit.
Pour des fils recouverts de caoutchouc de faibles grandeurs, 1/2" est suffisant comme diamètre intérieur pour le tube.
Il est évident que cette dimension doit être augmentée pour des câbles de dimensions plus f or tes. Il y avantage à la maintenir aussi petite que pratiquement possible, dans le but d'obtenir la distribution la plus efficace du champ dans la masse de la matière diélectrique à chauffer. Il n'est pas nécessaire que la section transversale du tube soit circulaire, mais il y a avantage à lui donner cette forme lorsque des fils recouverts ou des câbles à un seul conducteur doivent être traités. D'un autre côté dans le cas de câbles d'autres formes, tels que le câbleà double conducteur, on peàt donner au tube une section transversale correspondant à celle de la matière diélectrique à traiter.