Brevet FR2180618A1 — publié le 19731130

La présente invention a pour objet un procédé permettant d'améliorer l'imprégnation par des liquides, des condensateurs comportant des films de résines synthétiques comme isolants électriques. Elle concerne plus spEciale- ment le dépôt sur les films de particules d'une substance solide, soluble dans les liquides imprégnants. On sait que les condensateurs isolés par des films de résines synthétiques, notamment de polyoléfines, connaissent un développement grandissant en raison des avantages qu'ils procurent, tels que possibilité de réduire la demension des appareils, faibles pertes diélectriques, etc. Cependant ils posent un problème délicat au stade de leur imprégnation par des liquides isolants : en effet les résines synthétiques sont beaucoup plus difficiles à imprégner que le matériau diélectrique classique que constitue le papier d'autre part, dans les rouleaux de condensateurs, les films de résines ont tendance à se coller entre eux ou avec les armatures métalliques, ce qui crée des zones de blocage empechant le cheminement régulier et uniforme du liquide, de la périphérie au centre des rouleaux ; il en résulte des inclusions d'air au sein des appareils ou meme à l'intérieur des films, où se produisent des décharges couronne qui détruisent localement l'isolation diélectrique. On a déjà tenté de remédier à ces inconvénients par divers types de moyens qui sont essentiellement l'utilisation de liquides imprégnants de pouvoir pénétrant et mouillant amélioré, l'introduction dans ou le dépôt sur les films de diverses substances, la modification de la surface des films et/ou des électrodes, la transformation des techniques de bobinage ou d'imprégnation des condensateurs. Comme liquides imprégnants de pouvoir pénétrant et mouillant amélioré, on a déjà préconisé des hydrocarbures halogénés, en particulier le trichlore- diphényle, additionnés de polypropylène atactique (brevet américain 3 483 452 du 11 septembre 1968), ou d'un copolymère à blocs (brevet français 70.25 225 du 7 juillet 1970), des mélanges spécifiques de mono-, di- et trichlorodiphé nyles contenant éventuellement une faible quantité d'huile de silicone, tels qu'ils sont décrits par la demanderesse dans sa demande de brevet français 71.04 692 du 5 février 1971, intitulée "Nouveaux mélanges d'imprégnation pour matériel isolant électrique", ou encore des mélanges d'isopropyldichlorodiphényles et éventuellement de dichlorodiphényles, pouvant aussi contenir une huile de silicone, qui ont fait ltobjet de la demande de brevet français 71.44 569 intitulée "Liquides diélectriques" déposée le 6 décembre 1971 par la demanderesse. Ces divers liquides améLiorent effectivement llimprégna- tion des films, mais ils sont pratiquement sans effet sur la suppression des zones de blocage qui s'opposent à l'imprégnation complète des rouleaux de condensateurs. Comme substances pouvant être introduites dans les films de résines synthétiques, avant le formage de ceux-ci, on a proposé le liquide imprégnant lui-même (brevet français 70. 35 246 du 29 septembre 1970) et des charges finement divisées, solubles dans les liquides imprégnants, spécialement des polymères comme les polycarbonates, polysulfones, polyoxydes de phénylène (brevet français 70.47 061 du 29 décembre 1970). I1 semble que cette manière de procéder présente les mêmes avantages et inconvénients que l'utilisation de liquides imprégnants de pouvoir pénétrant et mouillant amélioré. De plus la dissolution ultérieure des charges incluses à l'intérieur des films de résines risque d'altérer les propriétés mécaniques de ceux-ci. La poudre d'alumine est la substance que l'on proposé de déposer sur la surface des pellicules diélectriques, comme d'ailleurs d'introduire au sein même de ces pellicules (brevet américain 3 340 446 du 24 mai 1966). La technique du dépôt superficiel facilite l'imprégnation en épaisseur des routea-7x de condensateurs car les particules déposées ménagent un espace entre les isolants diélectriques et/ou les armatures métalliques, ce qui permet le passage du liquide et l'élimination de l'air. Mais l'alumine, en raison de sa dureté, risque, sous l'influence des tensions mécaniques, de pénétrer dans les films et de les détériorer localement.De plus la poudre d'alumine constitue au sein des condensateurs des zones d'hétérogénétté susceptibles de renforcer le champ électrique et/ou de produire des phénomènes de conduction à la surface des particules. La modification de la surface des films et/ou électrodes qui a été décrite, consiste à rendre rugueuse au moins une des parois externes des armatures métalliques et/ou du matériau diélectrique de manière à créer des interstices disposés régulièrement ou au hasard, qui facilitent le cheminement du liquide imprégnant. (brevet français 1 593 695 du 27 novembre 1968). Mais cette méthode est d'une réalisation difficile et peu économique. De plus, lors du bobinage des rouleaux de condensateurs, les rugosités sont soutent effacées de manière irréversible sous l'influence des tensions mécaniques. Enfin on a tenté d'améliorer l'imprégnation des condensateurs à films de résine synthétique, au stade des techniques de bobinage et d'imprégnation, soit en mouillant les films avec le liquide avant d'effectuer l enroulement des condensateurs, soit en contrôlant la vitesse relative de cheminement du liquide impregnant et de gonflement de la résine synthétique sous l'effet du liquide, en agissant sur le degré de serrage des rouleaux et la température d'imprégnation. Itais l'application pratique de ces méthodes est délicate e. il ne semble pas qu'elles aient donné les resultats recherchés d'imprégnation à coeur des rouleaux de condensateurs et d'élimination de l'air inclus. I1 a maintenant été trouvé un moyen de remédier à ces inconvénients grâce à un procédé qui permet d'imprégner uniformément les rouleaux de condensateurs, de leur périphérie à leur centre, d'une manière simple et sûre, sans risques de détérioration des films diélectriques. La présente invention a en effet pour objet un procédé pour améliorer l'imprégnation par des liquides des condensateurs comportant des films de résines synthétiques comme isolants électriques, qui consiste à déposer sur au moins l'une des surfaces des films, préalablement à l'imprégnation, des particules d'au moins une substance solide, ledit procédé étant caractérisé en ce que la substance solide est soluble dans les liquides imprégnants. Les particules solides produisent un écartement des pellicules de résines entre elles et/ou les armatures métalliques, ce qui évite ainsi les zones de blocage qui s'opposent au passage du liquide. La dissolution ultérieure de la substance empêche toute détérioration des films ou formation de zones d'hétérogénétté, comme cela peut être le cas avec la poudre d'alumine. On peut choisir la substance solide utilisable dans le cadre de l'invention parmi tous les composés pouvant être obtenus sous forme de particules, dont le point de fusion soit suffisamment élevé pour qu'ils ne fondent pas au cours du séchage des condensateurs, préalable à l'imprégnation, qui soient solubles dans le liquide imprégnant utilisé et n'affectent pas de façon importante les propriétés diélectriques et la viscosité de celui-ci. I1 convient en général d'avoir recours à une substance solide qui soit soluble en toutes proportions et à toutes températures dans le liquide isolant choisi pour l'imprégnation.De nombreux composés organiques satisfont aux divers critères qui viennent d'être exposés et lton peut citer, parmi eux, à titre non limitatif : des hydrocarbures aromatiques à plusieurs noyaux,notamment le diphényle, le méta- et le paraterphényle, des dérivés halogénés d'hydrocarbures aromatiques corne certains chloro-diphényles ou chlorobenzènes en particulier le tétrachloro-1;2,4,5 benzène, le monochloro-4 diphényle, etc. On peut bien entendu utiliser les composés seuls ou en mélange. Il convient de veiller à ce que la substance solide ne contienne pas ou peu d'humidité au moment de l'emploi ; à cet effet, on peut la conserver en présence d'un produit absorbant l'eau, comme le gel de silice, ou de la sècher, par exemple par un courant gazeux, immédiatement avant l'utilisation. La taille des particules de la substance à déposer ne constitue pas un facteur véritablement critique ; il est cependant avantageux que ces particules soient fines et que leur diamètre ou plus grande dimension soit compris entre 0,05 et 10 microns, de préférence 0,1 à 3 microns. On dépose les particules de substance solide sous la forme d'une ou plusieurs couches, de préférence une seule, sur au moins l'une des surfaces des films de résines synthétiques. Dans l'ensemble des cas, il convient d'effectuer un dépôt sur les deux faces du film ; mais, pour les condensateurs ne comportant qu'une feuille isolante entre les armatures, on peut se contenter de faire un dépôt sur une seule face : en effet la substance solide permet le passage régulier du liquide d'un côté du film et l'imprégnation totale du côté opposé est assurée par la pénétration du liquide à travers l'épaisseur du film. La substance est en général déposée uniformément sur la totalité de la surface du matériau diélectrique. D'un point de vue quantitatif, le poids de substance déposée représente en général de 10-3 à 10-1 g/m2 de surface de film. Pour réaliser en pratique le dépôt de la substance sur le matériau diélectrique, on peut avoir retours à toute technique connue appropriée. Un moyen commode consiste à charger régulièrement d'électricité statique l'une ou les deux faces de chaque film, puis à faire passer celui-ci dans un réceptacle agité, par exemple soumis à des vibrations, où se trouve la substance à déposer qui, sous l'effet du mouvement de l'appareil, se trouve au moins en partie en suspension dans l'air. Grace aux charges électro-statiques, les particules solides viennent adhérer à la surface des films. On peut aisément régler la quantité de substance fixée sur les surfaces en agissant sur le degré de charges électrostatiques déposées sur les films et sur l'intensité du mouvement de l'appareil.Il est également possible de faire défiler les bandes de matériau diélectrique au-dessous d'un système de poudrage, par exemple un tamis vibrant dont la dimension de mailles calibre la grosseur des particules venant tomber sur les films tandis que la quantité déposée est réglée par l'intensité des vibrations. On peut procéder au dépôt de la substance à tout moment, soit dès que les films ont été fabriqués et avant leur stockage, soit immédiatement avant la confection des rouleaux de condensateurs. On peut notamment placer un dispositif de dépôt de substance sur la trajectoire de chaque film alimentant les machines à bobiner les condensateurs. Comme liquides imprégnants utilisables en association avec le procédé, objet de la présente invention, on peut choisir les divers types de liquides isolants habituellement employés dans l'imprégnation des condensateurs, seuls ou en mélange, comme les huiles minérales, lthuile de ricin, les polybutènes liquides et les hydrocarbures aromatiques halogénés, en particulier les la chlorodiphényles, les alkylchlorodiphényles et les chlorobenzènes. On donne/péférecce auxllquidesqi, par leur nature ou grace aux adjuvants qu'ils contiennent sont particulièrement aptes à imprégner les condensateurs comportant des films de résines synthétiques, et/ou qui sont peu visqueux et produisent un gonflement du matériau diélectrique, lors du chauffage des condensateurs faisant suite à l'imprégnation.Les mélanges spécifiques de mono-, di- et trichlorodiphényles ou les liquides à base d'isopropyldichlorodiphényles et éventuellement de dichlorodiphényles, pouvant contenir en outre une faible quantité d'huile de silicone, qui ont fait l'objet des demandes de brevets français 71.04 692 et 71.44 569 déjà citées, conviennent particulièrement bien. De plus, on peut incorporer aux imprégnants tous additifs usuels et notamment, lorsqu'il s'agit de dérivés chlorés, des adjuvants souvent désignés sous renom d'épurateurs qui sont capables de se combiner avec les produits de dégradation de ces dérivés, en particulier l'acide chlorhydrique, et d'en éliminer l'effet nuisible.Parmi ces épurateurs, les plus courants sont notamment des amines, des dérivés de la morpholine, des composés organiques de l'antimoine, de de l'étain et tout spécialement des époxydes comme ltoxydeXphénoxy-propylène, de styrène, de diphényl-éthylène, l'époxyéthyl-l époxy-3,4 cyclohexane, etc. Ces additifs sont généralement incorporés en quantités comprises entre 0,1 et 5 % en poids, par rapport au liquide de base. Le procédé selon la présente invention n'implique pas de modification notable des opérations habituelles de dégazage du liquide isolant de sèchage et imprégnation sous vide puis de chauffage sous la pression normale, des condensateurs. I1 est cependant intéressant d'apporter une attention particulière aux conditions de température. Tout d'abord il convient de veiller à ce que la température du sèchage préalable à 1' imprégnation soit inférieure au point de fusion de la substance solide déposée sur les films diélectriques. D'autre part on réalise de préférence l'imprégnation des condensateurs à une température suffisamment basse pour que la vitesse de dissolution de la substance solide soit faible et que le gonflement de la résine synthétique, préjudiciable au cheminement du liquide, soit évité ou restreint. Lorsque le liquide s'est écoulé jusqu'au centre des rouleaux, la présence de la substance solide n'est plus nécessaire et le gonflement du matériau diélectrique non seulement n'est plus gênant mais devient au contraire souhaitable pour améliorer la résistance au claquage des condensateurs : c'est pourquoi il peut être avantageux, lors du stade de chauffage qui succède à l'imprégnation proprement dite, d'appliquer une température supérieure à celle ordinairement employée afin d'aceélérer la dissolution de la substance solide dans le liquide imprégnant et/ou le gonflement de la résine synthétique. Cet accroissement de température doit bien entendu être limité de telle sorte qu'il n'entrain pas la dégradation de la résine. Le procédé selon la présente invention s'applique à tous les types de condensateurs comportant une ou plusieurs feuilles de résines synthétiques, placées entre des armatures métalliques. I1 est compatible avec toutes les sortes de résines entrant dans la composition des diélectriques pour condensateurs, spécialement les polyoléfines, telles que le polypropylène, ou encore les polycarbonates, les polyesters comme les polytéréphtaîates, etc. I1 peut être utilisé pour améliorer l'imprégnation d'un appareillage électrique d'une taille quelconque mais il convient en particulier pour les condensateurs de dimensions relativement grandes, qui sont les plus difficiles à imprégner uniformément de leur périphérie à leur centre. Les condensateurs auxquels on a appliqué le procédé de l'invention ont une durée de vie supérieure à celle des condensateurs selon l'art connu, ce qui, notamment, traduit leur bonne imprégnation. REVENDICATIONS 1) Un procédé pour améliorer l'imprégnation par des liquides, des condensa teurs comportant des films de résines synthétiques qui consiste à déposer sur au moins l'une des surfaces des films, préalablement à l'imprégnation, des particules d'au moins une substance solide, ledit procédé étant caractérisé en ce que la substance solide est soluble dans les liquides imprégnants. 2) Procédé selon la revendication 1) caractérisé en ce que la substance solide est un hydrocarbure aromatique à plusieurs noyaux, ou un dérivé halogéné d'hydrocarbure aromatique. 3) Procédé selon la revendication 2) caractérisé en ce que la substance solide est le diphényle, le méta- ou le para- terphényle, le tétrachloro-1,2,4,5 benzène, le monochloro-4 diphényle. 4) Procédé selon les revendications 1,2 ou 3) caractérisé en ce que le liquide imprégnant comprend au moins un chlorodiphényle ou un alkylchloro diphényle. 5) Procédé selon la revendication 4) caractérisé en ce que le liquide impré gnant est un mélange de mono-, di- et trichlorodiphényles, éventuellement additionné d'une faible quantité d'huile de silicone. 6) Procédé selon la revendication 4) caractérisé en ce que le liqaide impré gnant est un mélange d'isopropyldichlorodiphényles et éventuellement de dichlorodiphényles, pouvant contenir en outre une faible quantité d'huile de silicone.