Brevet FR2003774A1 — publié le 19691114

La présente invention concerne un nouveau type d'isolation d'organes soumis à des sollicitations électriques, tels que, par exemple, des transformateurs, des bobine d'inductance , des condensateurs ou des appareils analogues. On connait at on a utilisé déjà depuis longtemps une isolation dite à la rési n@ moulée, dans laquelle on coule sur les organes électriques et on durcit une résine synthétique, en général constituée du mélange de plusieurs composants. Pour obtenir par cette voie une isolation de haute valeur électrique, il est absolument nécessaire d'éviter les bulles gaseuses ou @es r@t@@sur@s dans l'isolation. L'obtention de ce résultat de façon sûr@ entraîne des dépenses très importantes, depuis les processus particuliers de dégazage de La résine en mélange prète à être coulée jusqu t au installations de coulée sous vide poussé. L'enrobage des organes électriques dans la résine synthétique n a pas seulement pour but d'obtenir une bonne isolation de la tension, mais aussi d'assurer une solidité mécanique, une cohésion mécanique des organes et de protéger ceux-ci de la pénétration 'humidicé. Comme on l'a déjà exposé, un inconvénient de ce procédé connu consiste dans l'obligation d'utiliser une très vaste installation à vide ou vide poussé pour éviter les inclusions d'air. En outre, cette technique de coulée nécessite des rais de m@in-d'oeuvre importants et en général, de temps de durcissement prolongés avant de pouvoir démouler l'organe enrobé. Le plus grand danger constant avec cette coulée est cu'il se forme de petites inclusions de gaz @ui, à cause de la grande différence ae constante diélectrique entre la masse coulée et Ie inclusions d'air ou de gaz, ont à supporter une portion exc@ssivement élevée du champ électrique, c'est à dire de grands gradients de potentiel. La Fig. 1 ci-@ointe montre ce phénomène dans le cas d'un condensateur à plaques. La courbe A représente La variation normale de potentiel entre les plaoues du condensateur, tandis cue la courbe B montre la déformation provoquée Dar une inclusion de gaz. La bulle de @az doit @upporter une très haute différence de DO tentiel, et l'en arrive à de: décharges partielles à cet endroit, mPme avec des tensions relativement basse:. L'énergie de l'are de décharge est four@ie par la capacité entre électrodes et peut sous certaines conditions conduire à une destruction de la structure isolante. Ce danger résulte ainsi de la préseres, dans une matière de rigidité diélectrique élevée, d'une relativement petite inclusion d@ @aible rigidité. Ces inconvénient. peuvent être évités de manière afficace si, au lieu de s'exposer au danger de petites inclusions éparses dans le diélectrique solide, on utilise pour l'isolation un diélectrique mixte composé d'une succession de bulles d'air et@ou de gaz avec des parois de relativement faible épaisseur. Comme le montre la Fig. 2, on peut, par le choix des épaisseurs relatives du matériau se présentant sous forme d'air ou de gaz et su matériau isolant solide Ces parois, répartir la tension appliquée de manière que, les deux matériaux présentent ta même rigidité et soient l'objet d'une décharge pour la même contrainte de tnnsion extérieure, et ou ainsi le milieu isolant soit utilisé de manière upt ima le. La Fig. 3 montre ces relations physiques au moyen d'une petite coupe. La tension partielle est appliquée à une série de matériaux solide 1 et gazeux 2 avec des constantes diélectriques 1 et 62, #1 étant supposé plus grand que t2 . Le gradient de potentiel se répartit inversement proportionnellement aux constantes diélectriques. La répartition des tensions U1,U2 sur les deux diélectriques est : On peut choisir le épaisseurs a et b des matériaux de manière à avoir la me- me tension disruptive dans les deux milieux. Si, par exemple, #1 = 3 #2 et si la rigidité diélectrique du matériau 1 est cinq fois plus grande que celle du matériau 2, on adoptera le rapport : b b = 15, a 1 afin d'obtenir une utilisation optimale des deux portions d'isolant. Cela conduit à un matériau isolant solide dont la constante diélectrique résultante à approximativement la valeur de l'air. Pour mettre en oeuvre l'invention, il faut trouver un système de coulée tel que lors du durcissement, des inclusions de gaz suaient prises dans la masse en grande quantité et avec une répartition régulière. De tels systèmes sont déjà connus comme matériaux alvéolaires et offerts par les industries chimiques de matières premières, dans de nombreuses combinaisons. Un tel matériau alvéolaire apparat en fabrication du fait du mélange de deux composants dans lequel se développe un gaz qui gonfle le mélange en une mousse et le solidifie. La dureté peut être réglée par le choix des composants de base et leur rapport quantitatif. Les propriétés mécaniques, thermiques et électriques de ce matériau alvéolaire peuvent de plus être modifiées par l'addition de certaines charges telles que des fibres de verre, de la poudre de quartz, de la poudre de porcelaine, du graphite de l'alumine... etc I1 est, en particulier, désirable, pour l'utilisation pratique, d'avoir, dune part, une solidité mécanique suffisante,- et, d'autre part, une conductibilité thermique pour extraire des appareils electriques la chaleur due aux pertes. Comme dans la technique connue de résine moulée, on peut dans la réalisation d'une isolation alvéolaire, suivant l'invention, d'organes électriques, soumettre en même temps au moussage des éléments de connexion pour le circuit électri que ou des éléments de fixation mécanique. Outre la réalisation à partir d'un matériau moussant à deux composants, qui produit de lui-mtme le gaz gonflant, on peut, suivant un prolongement de l'idée inventive, obtenir l'isolation objet de l'invention, avec des résines connLes en les remplissant de petits corps creux, par exemple sphériques, le rapport des dimensions de ces coeps creux à celles de la résine solide devant naturellement donner une répartition optimale des potentiels sur le matériau solide et sur le matétiau gazeux. Quant aux corps creux eux-memes, il est avantageux de les fabriquer en un ma tériau dont la constante diélectrique est égale ou analogue à celle de la résine de remplissage et d'agglomération ou de la charge. Dans l'isolation, suivant l'invention, pour organes électriques, on utilise consciemment, contrairement à toutes les règles de la technique de résine moulée actuellement connue,comme milieu isolant1 me combinaison de matériau solide et de bulles gazeuses, le réglage des dimensions des'- deux éléments permettant de tendre vers une contrainte le plus possible équivalente des deux éléments dans le champ électrique, et ainsi une utilisation optimale. Par -rapport à la technique connue de résine moulée, on obtient des gains importants en ce qui concerne l'installation du fait qu'on renonce au vide, et en ce qui concerne les moules qui peuvent être fabriqués très simplement en bois, en plâtre, en béton ou-en une matière analogue, et il s'y ajoute que les-maté- riaux mousse connus à deux composants, convenant pour cet emploi, ont un temps de durcissement nettement plus court que les résines de coulée habituelles, de sorte que l'on peut beaucoup plus ttt démouler et préparer le moule pour la coulée suivante. I1 est, en outre, possible, suivant l'inventio,n, d'une manière analogue à celle de la technique de résine moulée connue, d'augmenter la résistance mécanique en insérant dans le moule des nattes du genre tissu de, fibres de verre, de matière synthétique, ou d'un matériau analogue, avant d '-efhctuer le moussage. La structure du tissu doit être telle que, pendant le processus de mous sage, le matériau moussant non encore durci puisse pénétrer la structure des mailles. Après solidificationj l'armature contribue-à une consolidation de la partie mousse. tes fibres-ou fils peuvent aussi être introduits en désordre, sous la forme de courts segments, et acquérir d'une technique de feutrage une solidité mécanique suffisante. REVENDICATIONS 1 - Isolation pour organes électriques, tels que par exemple transformateurs, bobines d'inductance, condensateurs ou appareils analogues, caractériséeen ce qu'elle est un diélectrique mixte constitué d'une succession de bulles d'air ou de gaz avec des parois de relativement faible épaisseur. 2 - Isolation suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est formée par un système de matériau moussant qui résulte de la réaction chimique de deux ou plusieurs composants dont le mélange développe un gaz provoquant la for mation de bblles gazeuses dans un rapport voluxétrique comparé à celui du ma-té- riau solide tel que l'on obtienne la iigidité électrique optimale. 3 - Isolation suivant les revendications l et 2, caractérisée en ce que le matériau solide de l'isolation reçoit, dans l'ensemble de ses composants, dans une partie de ceux-ci ou dans-chaque composant séparément, l'addition d'une char- ge, telle que des fibres de verre, de la poudre de quartz, de la poudre de porcelaine, du graphite ou de l'alumine, afin d'augmenter la conductibilité thermique et la résistance:mbcanique du matériau. 4 - Isolation suivant les revendications l à 3, caractérisée en ce que l'on soumet en mtme temps au mous sage des éléments de connexion pour le circuit électrique et des éléments de fixation mécanique. 5 - Isolation suivant les revendications l à 4, caractérisée en ce qu'un des systèmes usuels de résine moulée est rempli de petits corps creux, par exemple sphériques, et en ce que le rapport des dimensions des corps creux à celles de la résine solide assure une répartition optimale des potentiels entre le matériau solide et le matériau gazeux. 6 - Isolation suivant la revendication 5; caractérisée en ce que les corps creux sont constitués ou les espaces -creux sont limités, par un matériau ayant une constante diélectrique égale ou semblable à celle de la résine ou charge environnante. 7 - Isolation suivant les revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'on introduit dans les organes à soumettre au mous sage, des nattes du genre tissu, de fibres deverre par exemple. 8 - Isolation suivant la revendication 7, caractérisée en ce que l'on y introduit en désordre des fibres ou fils sous la forme de courts segments, qui contribuent à élever la solidité par l'application d'une technique de feutrage.