Brevet FR2012901A1 — publié le 19700327

Dans les installations électriques faisant appel à du courant à haute intensité, telles qu'elles sont utilisées, par exemple, pour la mise en oeuvre de procédés électrolytiques et électrothermiques, il est "bien connu d'employer des barres en cui-5 vre ou en aluminium pour assurer l'alimentation en courant électrique. Ces "barres omnibus sont réalisées le plus souvent à partir de plusieurs barres individuelles groupées en paquet, de manière à obtenir un conducteur de type feuilleté. les installations de traitement utilisant des courants à 10 haute intensité nécessitent de plus en plus d'énergie - dans 11électrolyse des chlorures alcalins on travaille déjà avec des intensités de 300 kA - et il est plus économique de remplacer les barres feuilletées précitées pair des barres d'aluminium à haute intensité. Dans ce dernier cas, il s'agit d'un aluminium de fon-15 derie, coulé en continu. Ces barres d'aluminium à haute intensité ne sont pas encore très répandues dans le domaine de l'électrotechnique. "ETn des inconvénients qui limite justement leur emploi est la difficulté d'obtenir un contact électrique de très grande qualité entre ces 20 barres d'aluminium à haute intensité et les barres omnibus en cuivre montées sur les installations électriques. Ceci est d'autant plus valable pour les cas où le joint d'assemblage des barres est soumis à une attaque chimique. les assemblages par vis et écrou de barres d'aluminium et 25 de cuivre sont soumis à une très forte corrosion électrolytique (corrosion de contact). Dans les installations utilisées pour 1'électrolyse de chlorures alcalins, on connaît bien le risque d'une attaque de 1'aluminium qui est corrodé et oxydé par les solutions salines, le mercure et les vapeurs dégagées par les 30 bases et le chlore. Pour soustraire l'aluminium à l'attaque précitée, on a coutume de protéger le matériau attaqué par des couches de peinture et de prévoir des revêtements de matière plastique aux endroits particulièrement exposés afin de les protéger contre l'attaque du mercure. Or, ces moyens ne permettent 35 pas d'obtenir une protection durable et sûre lorsque l'assemblage se fait par vis et écrou. En effet, les assemblages par vis et écrou ont tendance à se desserrer, ce qui oblige à rebloquer de temps en temps les écrous. Au cours d'une telle opération de resserrage, le risque 40 d.'-endommager la protection obtenue par les peintures, les revête- 69 23875 2 2012901 ments, etc..., est élevé, et alors les produits agressifs sont de nouveau en contact avec le matériau que l'on désirait protéger. Pour pallier les inconvénients précités, on utilise généralement toute une série de mesures dont seules les plus impor-5 tantes seront énumérées ci-après. Les surfaces de recouvrement des "barres d'aluminium doivent être très propres. C'est ainsi qu'il ne faut utiliser que des outils n'ayant pas servi auparavant à usiner d'autres matériaux. Dès que l'opération d'usinage est terminée, il convient de pro-10 téger les surfaces métalliques avec une vaseline consistante absolument neutre pour éviter toutes traces d'oxydation. Le temps de stockage pour de telles barres est limité et elles doivent être rapidement montées et assemblées par vis et écrou. La densité de courant dans les surfaces de recouvrement ne 2 «5 doit pas dépasser 0,15 à 0,2 A/mm . De plus, il ne faut pas que 2 la pression de contact devienne inférieure à 0,5 kg/mm . Des expériences effectuées sur des barres en service ont montré que les boulons doivent être resserrés régulièrement jusqu'à la stabilisation des barres conductrices. Si l'on néglige un contrôle 20 permanent, de sorte que les boulons d'un point d'assemblage ne sont pas serrés de façon appropriée, la résistance de contact s'accroît et la vaseline consistante déposée au moment du montage s'écoule en raison de l'accroissement de la température, ce qui entraîne une oxydation des surfaces de contact» L'augmentation de 25 la résistance de contact qui en résulte et qui provoque un échauf-fement croissant de l'assemblage peut entraîner l'oxydation complète et même la destruction de l'assemblage par vis et écrou. Pour éviter certains des inconvénients précités, on utilise entre les barres de cuivre et d'aluminium une pièce intercalaire 30 en "Cupal", pièce qui se présente sous la forme d'une tôle composite obtenue en assemblant par laminage du cuivre et de l'aluminium. Eh procédant de cette façon, on obtient tin passage unique cuivre-cuivre et aluminium-aluminium, mais les inconvénients du contrôle et du resserrage permanents de 1'assèmblage ne sont pas 35 supprimés pour autant. On a également tenté d'éviter une oxydation ultérieure de la surface de contact en dessous de la tôle composite en "Cupi&l " en soudant sous atmosphère inerte la face en aluminium de la tôle "Cupal" sur- la barre d'aluminium. Or, comme cet assemblage 40 ne peut se faire qu'au moyen d'une soudure marginale, la surface 69 23875 3 2012901 de contact se trouvant en dessous de la tôle précitée est incontrôlable. De plus, cette opération coûte relativement cher. En s'inspirant de l'argentage au pistolet pratiqué sur les surfaces de contact en fer des cuves d'éléments, on a argenté la 5 surface de contact des "barres d'aluminium pour éviter les inconvénients décrits ci-dessus pour un assemblage aluminium-cuivre, après avoir enlevé auparavant la couche d'alumine par sablage. Or, ce procédé ne garantit pas une disparition totale de l'oxyde d'aluminium. Comme il a pu être observé, une couche d'oxyde se 10 reforme à la surface de la barre d'aluminium dans le temps très bref d'environ Tin quart d'heure qui s'écoule entre le sablage et l'argentage au pistolet. Cette couche extrêmement dure n'est pas déchirée par les particules d'argent fondu. Même en supposant que l'assemblage par vis et écrou d'une barre d'aluminium ainsi 15 préparée et d'une barre de cuivre entraîne une modification de la texture de l'argent et que la pression de serrage rend la texture plus homogène, certaines particules d'argent pénétrant dans la surface d'aluminium après avoir endommagé la couche d'oxyde, l'inconvénient précité du mauvais passage du courant 20 reste présent. Le principal inconvénient de ce procédé doit cependant être vu dans le fait que l'argent rapporté au pistolet ne présente pas de texture homogène, ce qui permet à l'humidité ou encore à 1'atmosphère corrosive d'entrer en contact avec l'aluminium. Voilà 25 la conclusion d'un essai consistant à plonger la pièce successivement dans de l'eau salée. Il a pu être observé que la couche d'argent rapportée au pistolet se décollait très rapidement par plaques, ces plaques présentant par endroits une surface de plusieurs centimètres carrés. La couche d'argent s'est tout d'abord 30 décollée dans la zone marginale du passage couche d'argent-aluminium, mais on a pu également observer un décollage à 1'intérieur de la surface argentée. Même si l'on doit considérer que l'essai précité représente des conditions extrêmes de fonctionnement, il faut néanmoins 35 conclure que l'argentage au pistolet ne permet pas d'obtenir un assemblage d'une fiabilité satisfaisante. L'essai tenté en remplaçant l'argent par du cuivre ne permet pas d'améliorer, en principe, les résultats obtenus, étant donné que les inconvénients résultant de la dilatation différente des ^ deux métaux assemblés par vis et écrou ne sont pas supprimés. 69 23875 4 2012901 La présente invention a pour objet de supprimer les inconvénients précités. Pour cela, il est proposé d'utiliser un élément de dilatation 3 pour l'assemblage de barres conductrices à haute intensité 1, réalisé en aluminium, et des barres de cui-5 vre 2, cet élément de dilatation 3 étant caractérisé par le fait qu'il comprend une "barre d'aluminium 4- et une "barre de cuivre 6 prolongée par un raccord de dilatation 5 en cuivre recuit ou un paquet de cuivre feuilleté 6a et par le fait que la "barre d'aluminium 4- et les pièces de cuivre sont assemblées par un procédé 10 dit d o soudure avec interpénétration des pièces (point de soudure 7)* La barre de cuivre 6 soudée avec interpénétration dans la barre d'aluminium 4 peut ître vissée (référence. 8) ou soudé* sur le raccord do dilatation 5 proprement dit (ouivre recuit). 15 Le procédé dit de soudage avec interpénétration des pièces, bien connu dans la techni'que actuelle, consiste à préparer une pièce do cuivre pour que son extrémité soit cunéiforme ou ondulé à 1'étamer en atmosphère inerte à une température do Sans l'élément de dilatation faisant l'objet de la présente invention, il est impossible d'obtenir une liaison parfaite entre 25 la barre d'aluminium à intensité élevée et la barre de suivre. Premièrement, il n'est pas pessible sur une barre d'aluminium à intensité élevée, longue de 10 mètres, do conserver à un endroit déterminé la plasticité nécessaire à la mise en oeuv»o du procédé de soudage avec interpénétration (chauffage jusqu'à ïm 30 température de 600°C), en raison de la conduetivité thermique élevée de l'aluminium. Deuxièmement, un assemblage par soudage no faisant pas appel à un élément de dilatation tel que le préconise la présente invention serait incapable de résister aux sollieita-tions mécaniques auxquelles il serait soumis pendant le fonotien-35 nement. Or, 1 'endommageaient d'un tel assemblage entraîne des coupures de courant qui arrêtent la production. De plus, les installations utilisées pour 1'électrolyse des ehlorures alcalins, il y a risque d'explosion et les vapeurs de chlore qui s'échappe-alors mettraient en danger la vie du personnol chargé d'as-40 surer le bon fonctionnement desdites installations* BAD ORIGINAL 69 23875 5 2012901 En procédant comme il vient d'être dé-crit, il est, par ailleurs facile de réaliser l'assemblage électrique des barres- omni-bus directement sur lieu de montage et cela sans qu'il soit nécessaire de disposer de moyens techniques importants, .. 5 L'invention sera expliquée plus en-détail par les exemples suivants : fcx tcirPT/R -] Elément de dilatation en cuivre recuit, assemblé avec la barre de cuivre au moyen de boulons ou d'une soudure (intensité : 10 15 kA)« Les éléments de construction utilisés pour le montage présentent les caractéristiques suivantes : a) Barre omnibus en cuivre (2) 160 x 15 m* 5 barres l200Gnm^ - 1,25 A/mm^. 15 b) Guivre recuit (5) 100 x 5 mo. 24 barres 12000 mba - 1,25 c) Barre de cuivre (6) 220 z 20 m 4 barres, 17600 am -Q,85"A/®m^. d) Bàirre d'aluminium (4) 300 x 30 am 20 4 barres, 36000 mm.^- 0,42 A/aua^. e) Barre d'aluminium (1) à intensité élevée 400 2 150 2-2 1 barre, 6Ô000 mm - 0,25 A/ma. . _ ÉTOfFEE 2 Elément de dilatation en cuivre feuilleté pour 15 iA» 25 Les éléments de construction utilisés présentent les carac téristiques suivantes : a) Barre de cuivre (2) 160 x 15 ai - 5 barres, 12000 mm^ -1,25 A/aam^. b) Paquet de cuivre feuilleté (6a), 220 x 20 30 (80 éléments, 220 x 1 mm), 17600 mm^ - 0,85 A/mm^. c) Barre d'aluminium (4) 300 x 30 mm 4 barres, 36000 mm^ - 0,42 A/mm^. d) Barre d'aluminium (1) à intensité élevée : 35 400 x 150 mm , ; .. - • 1 barre, 60000 mm^ - 0,25:A/ma^*. ; s v: . r : ' BÂb GftKaîNÂiL 69 23875 6 2012901 REVENDICATION Elément de dilatation électriquement conducteur pour relier des barres d'aluminium à haute intensité avec des "barres conductrices de cuivre, caractérisé par le fait que l'élément de dilata-5 tion se compose d'une barre d'aluminium et d'une barre de cuivre prolongée d'un raccord de dilatation en cuivre recuit ou d'un paquet de cuivre feuilleté et par le fait que la barre d'aluminium de l'élément de dilatation est assemblée avec la barre de cuivre ou le paquet de cuivre feuilleté par le procédé de soudage 10 avec interpénétration des pièces. BAD ORIGINAL