Brevet FR2013152A1 — publié le 19700327

La présente invention concerne un condensateur contenant un 11- quide diélectrique d'imprégnation ayant des caractéristiques supérieures de rétablissement de la valeur diélectrique et de stabilité thermique5 et en particulier des condensateurs électriques dans lesquels un film en polyoléfine diélectrique est imprégné d'une huile de méthylphénylsilicone. En raison du développement croissant des systèmes électriques et de la complexité de ces systèmes, il est devenu nécessaire d'augmenter le rendement et la sûreté de fonctionnement de ces systèmes entre des limites larges de conditions de fonctionnement. I1 en résulte des conditions plus sévères pour les dispositifs à diélectrique et en particulier pour les condensateurs de puissance utilisés dans ces systèmes. Des facteurs tels qu'unie puissance nominale élevée, un rendement élevé; des dimensions à un prix réduit et la stabilité à la température entre des limites larges des températures sont de la plus grande importance.En ce qui concerne particulièrement les condensateurs, des tensions élevées d'amorçage de l'effet couronne, d'extinction de l'effet couronne et de réamorçage de l'effet couronne sont extrêmement désirables pour réduire l'importance des problèmes posés pour la construction et le fonctionnement des appareils électriques et pour l'amélioration du fonctionnement des appareils déjà construits. La présente invention a pour objet un condensateur à diélectrique formé avec une résine synthétique imprégnée d'une huile de méthylphénylsilicone de faible densité. I1 a été constaté que bien que certaines huiles de silicones ont en général une bonne stabilité thermique en ce qui concerne les propriétés électriques, elles ne conviennent pas pour de nombreux condensateurs, parce que la tension d'extinction de l'effet couronne est bien plus basse que la tension d'amorçage de cet effet. De plus, les problèmes de l'imprégnation et de la compatibilité peuvent introduire d'autres caractéristiques indésirables, par exemple dans un condensateur de puissance.Par contre, l'utilisation d'une huile de méthylphénylsilicone de faible densité comme diélectrique d'imprégnation dans les condensateurs à films en polyoléfines et particulièrement les condensateurs à films en polypropylène, apportent des caractéristiques électriques extrêmement favorables. En plus de la stabilité thermique dans une plage large des températures, habituelle pour les huiles de silicones, les huiles de méthylphénylsilicone de faible densité utilisées comme diélectrique d'imprégnation sont caractérisées par des tensions élevées d'amorçage, d'extinction et de réamorçage de l'effet couronne > le rapport entre la tension d'extinction de l'effet couronne et la tension d'amorçage de l'effet couronne étant nettement supérieur à celui obtenu avec les huiles de silicone Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple, et faite en Se référant au dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est une vue en perspective d'un condensateur bobiné partiellement déroulé, - la figure 2 est une vue en perspective d'un condensateur bobiné à armatures formées par métallisation, partiellement déroulé, - la figure 3 est une vue en élévation et partiellement en coupe d'un condensateur du type de la figure 1 dans sa bote, et - la figure 4 est une vue en perspective et partiellement en coupe d'un condensateur électrique de puissance suivant un mode de mise en oeuvre de l'invention. La figure 1 représente un condensateur bobiné formé de deux bandes en métal mince pour armatures bobiné de la façon représentée, ces deux bandes 1 et 2 étant en métal convenable, par exemple en aluminium et étant isolées l'une de l'autre par des bandes 3 et 4 en diélectrique, par exemple en papier kraft, en film de matière plastique ou en une autre matière pour séparateur diélectrique imprégnable, poreuse ou non poreuse. Suivant un mode préféré de l'invention, les bandes en diélectrique 3 et 4 sont en résine de polyoléfine, en particulier de polypropylène. Les sorties des bandes métalliques 1 et 2 sont constituées par des conducteurs de sortie 5 et 6 convenablement connectés aux électrodes et dépassant des extrémités opposées du rouleau de condensateur bobiné. La figure 2 représente une autre forme de condensateur dont le rouleau bobiné est formé de deux bandes 7 et 8 en matière diélectrique, bobinées de la façon représentée, ces bandes étant par exemple en résine de polyoléfine et plus particulièrement en polypropylène. Des revêtements 9 et 10 formés par métallisation sur les bandes 7 et 8 constituent les armatures du condensateur. Ces revêtements formés par métallisation peuvent être en aluminium ou en n'importe quelle autre matière conductrice convenable, par exemple en étain, en argent, en plomb, en zinc ou en matières conductrices à l'état solide non métalliques, par exemple en carbone, ces revêtements pouvant être appliqués par n'importe quelle technique de métallisation ou autre.Par exemple, un revêtement métallique satisfaisant peut être formé par évaporation sous vide du métal désiré, ou bien par bombardement ionique, par trempage, par application comme une peinture, par dépôt chimique ou autre. Les parties marginales des côtés opposés et les extrémités des bandes en diélectrique 7 et 8 ne reçoivent pas deerevêtement métallique pour éviter le risque des courts-circuits entre les armatures ayant des polarités opposées. Les conducteurs de sortie 11 et 12 sont connectés électriquement aux bords des revêtements métalliques exposés des extrémités opposées du rouleau par des connexions métalliques 13 formées sur les extrémités opposées par pulvérisation au chalumeau, par soudage ou par n'importe quel autre procédé convenable pour la fixation des conducteurs de sortie. La figure 3 représente un condensateur complet dans lequel le rouleau de condensateur 14 de l'une des figures 1 et 2 est enfermé dans une botte ou enveloppe 15, le rouleau de condensateur étant imprégné d'un liquide diélectrique 16. Conformément à l'invention, le liquide diélectrique 16 est une huile de méthylphénylsilicone de faible densité. Les conducteurs de sortie 17 et 18 sous la forme de rubans plats sont connectés aux électrodes des deux polarités différentes et aux bornes de sortie extérieures 19 et 20 fixées sur le dessus de la boite. La figure 4 représente un condensateur de puissance 21 comprenant une boite ou enveloppe métallique 22 rectangulaire contenant un bloc de condensateur 23 formé de plusieurs rouleaux aplatis 24, ces rouleaux étant bobinés d'une façon analogue à ceux des figures 1 et 2. Chaque rouleau 24 comporte des conducteurs de connexion 25 et 26 connectés aux armatures respectives et pouvant dépasser des extrémités supérieures des rouleaux. Ces conducteurs de connexion sont convenablement connectés électriquement à des conducteurs de sortie (non représentés) traversant les isolateurs des bornes de sortie 27 et 28 fixées sur le dessus 29 de l'enveloppe. Au lieu de comporter les conducteurs de connexion décrits ci-dessus, les rouleaux peuvent comporter des films exposés aux extrémités opposées de chaque rouleau d'une façon connue pour permettre la fixation des conducteurs de sortie. Le bloc de condensateur 23 est enveloppé dans une matière isolante 30, par exemple d'une ou plusieurs couches de papier kraft séparant le bloc 23 de la boîte métallique 22. La boite 22 est fermée hermétiquement par un dessus du couvercle 29 et contient, par exemple, une huile de silicone d'imprégnation selon la présente invention, dans laquelle le bloc 23 est immergé et imprégné de cette huile. Une tension d'extinction de l'effet couronne élevée et une tension de réamorçage de l'effet couronne élevée sont désirables pour de nombreuses utilisations des condensateurs pour lesquels le condensateur peut être soumis à une tension transitoire d'une valeur supérieure à la tension d'amorçage de l'effet couronne, mais dont la tension nominale est inférieure à la tension d'amorçage de l'effet couronne. Pour que le condensateur retrouve son état normal après un effet couronne résultant d'une telle tension transitoire, la tension d'extinction de cet effet doit être supérieure à la tension nominale.Une tension de réamorçage de effet couronne est désirable car elle est caractéristique de la fréquence pour laquelle un condensateur peut supporter ces tensions transitoires sans diminution de la tension d'amor- d'amor- çage de l'effet couronne. Pour de nombreuses applications, une grande stabilité à la température relativement aux caractéristiques électriques est désirable aussi. Cette caractéristique étant une propriété inhérente de la plupart des huiles de silicone ou de qualité électrique, c'est-à-dire les huiles recommandées pour les appareils électriques tels que les transformateurs et les appareils électriques imprégnés. I1 a été constaté que les huiles de silicone de qualité électrique sont caractérisées par des tensions d'amorçage de l'effet couronne relativement basses et comme la plupart des liquides isolants, elles ont un rapport VEC/VAC (rapport entre la tension d'extinction de l'effet couronne et la tension d'amorçage de l'effet couronne) inférieur à 0,3. Quelques liquides diélectriques seulement, tels que le biphényle chloré (Pyranol) et l'huile de coton ont un rapport VEC/VAC égal environ à 0,8. Cependant, il a été constaté conformément à l'invention que lesbiks de méthylphénylsilicone ayant des caractéristiques d'huiles isolantes pour haute température ont un rapport VEC/VAC compris environ entre 0,6 et 0,7.De plus, ces huiles de méthylphénylsilicone imprègnent d'une façon pratiquement complète les résines de polyoléfine telles que le polypropylène et qu'elles sont compatibles avec ces huiles. Une huile de méthylphénylsilicone et vendue par la General Electric Company sous la désignation huile de silicone XF 1050. Cette huile de silicone a d'une façon avantageuse une viscosité faible, par exemple d'environ 4 centistokes à 38"C ce qui est important pour l'imprégnation de la polyoléfine. Les tableaux I, II et III donnent les résultats d'une série d'essais effectués sur un condensateur du type "entièrement sandwich" avec différents liquides d'imprégnations. Les films diélectriques utilisés sont des films en polypropylène diélectriques Film I, Film II et Film III de trois sources d'approvisionnement du terrain. Chaque essai est effectué avec un condensateur en rouleau bobiné du type représenté sur les figures 1 et 3. Le rouleau est formé par une combinaison d'une bande de polypropylène d'une épaisseur 12,7 microns entre deux bandes de papier kraft d'une épaisseur de 16 microns et d'une densité de 0,75. Cet ensemble est enroulé concentriquement entre les bandes en feuille mince d'aluminium d'une largeur de 80 mm. Les condensateurs sont traités par séchage sous vide à 125"C pendant 72 h suivi d'une imprégnation sous vide avec le liquide d'imprégnation à 940 C. La capacité des condensateurs essayés est d'environ 0,8 microfarads et ces condensateurs sont assemblés dans une boite ovale en acier d'une épaisseur de 32 mm. Toutes les mesures pour l'effet couronne sont effectuées à 27"C. La tension d'amorçage et la tension d'extinction de l'effet couronne sont indiquées sur les tableaux par les symboles définis ci-dessus et la tension de réamorçage de l'effet couronne par le symbole VRAC. Sur les tableaux, le Pyranol I est du trichlorodiphényleconnu aussi comme Pyranol d'imprégnation et comme Arochlor d'imprégnation. Le Pyranol II est un trichlorodiphényl auquel est ajouté un stabilisant époxyde de la façon décrite dans le brevet des E.U.A. nO 3 242 402. D'autres détails relatifs à la construction du condensateur ainsi qu'au procédé d'imprégnation sont donnés par le brevet des E.U.A. nO 3 363 156. TABLEAU I Avec Film I en polypropylène Imprégnant VAC VEC VRAC VEC/VAC Pyranol I 2 650 2 200 2 650 0,83 Pyranol I 2 650 2 300 2 650 0,87 Pyranol Il 2 600 1 700 2 500 0,65 Pyranol II 2 700 2 100 2 700 0,78 Huile de silicone qualité électrique 2 000 500 1 400 0,25 Huile de hAthylphénylsilicone 2 800 1 450 2 800 0,52 T A B L E A U II Avec Film II en polypropylène Imprégnant VAC VEC VRAC VEC/VAC Pyranol II 2 600 2 100 2 650 0,81 Pyranol II 2 650 1 900 1 900 0,72 Huile de silicone qualité électrique 1 000 300 800 0,3 Huile de méthylphénylsilicone 2 700 1 350 2 900 0,5 Huile de méthylphénylsilicone 2 650 2 000 2 800 0,76 T A B L E A U III Avec Film III en polypropylène Imprégnant VAC VEC VRAC VEC/VAC Pyranol II 2 050 1 400 2 100 0,68 Pyranol II 1 950 1 440 1 975 0,72 Huile de silicone qualité électrique 1 700 320 480 0,19 Huile de méthylphénylsiîicpne 1 950 1 020 1 600 0,52 Huile de méthylphénylsilicone 1 800 1 000 1 200 0,56 Les tableaux ci-dessus montrent que les valeurs de VAC et VRAC sont sensiblement meilleures pour l'huile de méthylphénylsilicone que pour une autre huile de silicone de qualité électrique. De plus, le rapport VEC/VAC de l'huile de méthylphénylsilicone est nettement supérieur à celui d'une autre huile de silicone de qualité électrique, et il est à peu près dans la plage des valeurs de VEC/VAC pour le Pyranol d'imprégnation.En outre, les valeurs de VAC et VRAC sont équivalentes à celles du Pyranol d'imprégnation qui est considéré comme l'un des meilleurs liquides d'imprégnation pour les condensateurs. I1 en résulte de ce qui précède que l'utilisation conformément à l'invention d'une huile de méthylphénylsilicone comme diélectrique dlimprégna- tion en particulier dans les condensateurs à résines de polyoléfines, apporte des caractéristiques électriques considérablement améliorées par rapport à l'utilisation d'autres huiles de silicone de qualité électrique. Ce liquide d'imprégnation conserve la grande stabilité en fonction de la température inhérente aux huiles de silicone et qui n'existe pas avec les autres diélectriques d'imprégnation. Bien que ces caractéristiques électriques soient particulièrement utiles pour les condensateurs à courant alternatif, elles peuvent aussi être utilisées pour les condensateurs à courant continu et pour d'autres appareils électriques, en particulier quand ces dispositifs sont soumis à des régimes transitoires haute tension et qu'il est nécessaire d'assurer la stabilité thermique dans une plage large des températures. Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative, et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes, sans que l'on sorte de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Condensateur électrique, caractérisé par une enveloppe, un élément de condensateur dans l'enveloppe, comprenant au moins une paire d'armatures et un séparateur en diélectrique entre les armatures, et un liquide diélectrique imprégnant l'élément de condensateur, ce liquide étant une huile de méthylphénylsilicone. 2 - Condensateur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le séparateur en diélectrique est formé d'une résine de polyoléfine. 3 - Condensateur électrique selon la revendication 2, caractérisé par une bande de papier à côté du séparateur en polyoléfine. 4 - Condensateur électrique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le séparateur en diélectrique est en polypropylène. 5 - Condensateur électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'huile de silicone et le séparateur en polypropylène forment une structure imprégnée ayant un rapport VEC/VAC supérieur à environ 0,50 et inférieur à environ 0,80. 6 - Appareil électrique comportant un isolant en diélectrique,caractérisé en ce que l'isolant est imprégné d'une huile de méthylphényîsili- cone.