Brevet FR2179178A1 — publié le 19731116

Un condensateur pour courants forts se compose ordinairement de plusieurs éléments de condensateur qui sont montés en série et/ou en parallèle à l' ntérieur du condensateur, de sorte que l'on obtienne les caractéristiques voulues de celuici. Le condensateur peut aussi se composer d'un seul élément. Un semblable e'lépi..ent de condensateur se compose de deux feuilles minces conductrLces, constituant les deux électrodes ou armatures, le plus souvent en aluminium, qui sont séparées par une ou plusieurs couches d'une matière diélectrique. S'a glissant de condensateurs à haute tensIon, les éléments de condensateur sont imprégnés, à la suite du séchage, d'un diélectrique liquide approprié, ordinairement un mélange de diphénylène chloré, d'autres composés aryliques chlorés ou d'huile, afin de combler toutes les cavités existantes dans l'élément de condensateur et d'éviter une effluve électrique.Dans les condensateurs à haute tension modernes, on utilise fréquemment une pellicule de matière plastique, comme par exemple une pel limule de polypropylène, en tant que matière diélectrique. L'un des problèmes les plus difficiles qui se posent à la fabrication de condensateurs avec une pellicule de matière plastique en tant que matière diélectrique consiste à parvenir à une tmpré- gnation complète de l'élément, de sorte que celui-ci sot dépour vu de cavités nuisibles. Pour parvenir à une imprégnation complète, on a été forcé de poser des couches poreuses, par exemple des couches de papier le long des pellicules de matière plastique. Les couches poreuses se comportent comme des mèches qui aspirent le liquide diélectrique dans la partie intérieure de l'élément.L'introduction des couches poreuses signifie, pour une tension et une capacitance données du condensateur, un sur croyait notable des dimensions géométriques de celul-ci, ce qui constitue évidemment un grand inconvénient. De plus, en cas d'u tilisation de couches poreuses, l'opération d t imprégnation prend beaucoup de temps et exige plusieurs heures sous un vide poussé. Selon la présente invention, on évite l'utilisation de ces couches poreuses dans les éléments de condensateur et, par suite, les inconvénients qui y sont liés. Ce resultat est atteint sans que l'élément contienne pour autant des cavités dans lesquelles une effluve électrique puisse se produire. Grâce à l'invention, on évite aussi une opération d 1imprégna- tion qui prend du temps. Par ailleurs, on élimine la tendance à la formation de plis longitudinaux dans la pellicule de matière plastique, ce qui est courant dans la fabrication traditionnelle d'éléments de condensateur. L'invention permet donc une fabrication raplde d'un élément de condensateur qui est dépourvu de cavités dans lesquelles une effluve électrique peut se produire, sans qu'il faille pour cela introduire dans l'élément de condensateur des couches en soi indésirables de papier ou d'une autre matière poreuse. L'invention concerne un élément pour condensateurs pour courants forts, se composant d'un enroulement de plusieurs spires superposées d'une bande qui est composée de couches métalliques, d'une ou de plusieurs pellicules de matière plastique disposées entre les couches métalliques et d'une pellicule de matière plastique disposée au moins à l'extérieur de l'une des couches métalliques, les couches métalliques constituant les électrodes et les pellicules de matière plastique constituant le diélectrique dans l'élément de condensateur, lequel est caractérisé par le fait que chaque couche métallique entrant dans la composition de la bande est fixée rigidement à chaque pellicule contiguë de matière plastique le long de toute la surface de contact de la pellicule de matière plastique considérée, par le fait que chaque pellicule de matière plastique entrant dans la composition de la bande est fixée rigidement à chaque pellicule éventuellement présente de matière plastique contiguë le long de toute la surface de contact de la pellicule contiguë de matière plastique considérée, et par le fait que chaque spire de la bande dans l'enrou- lement est fixée rigidement à la spire sous-jacente le long de toute la surface de contact de la spire sous-jacente. Par condensateur pour courants forts, on entend un condensateur pour une tension de 220 V au moins. L'élément de condensateur est placé de préférence, au moins par ses surfaces d'extrémité, dans un diélectrique liquide qui se compose de préférence de substances aromatiques chlorées, notamment de composés diphényliques chlorés, connus dans l'industrie sous le nom "Askarel1,. L'Askarel est un diphényle chloré et contient entre autres, en forte proportion, du trichlorodiphényle et du tétrachlorodiphényle. On peut aussi utiliser des composés aromatiques chlorés qui sont analogues à des composés diphényliques chlorés, par exemple des benzènes chlorés tels que le trichlorobenzène ou l'alcoylbenzène chloré, soit isolément, soit en mélange avec des composés diphényliques chlorés.Il est par ailleurs possible d'utiliser entre autres, en tant que liquides diélectriques, des huiles minérales, une huile de silicone et des composés aromatiques du type ester, comme le benzoate de benzyle et le di-iso-octyl-phtalate. L'invention concerne aussi un procédé pour la fabrication d'un élément de condensateur du type ainsi défini, caractérisé en ce qu'on utilise des feuilles minces de métal en tant que couches métalliques, et en ce que les feuilles minces de métal et les pellicules de matière plastique sont d'abord soudées en une bande cohérente, les feuilles minces de métal et les pellicules de matière plastique étant fixées rigidement le long de-toutes leurs surfaces de contact, puis la bande est bobinée en un enroulement et, pendant qu'elle est placée sur l'enroulement, elle est soudée à la bande précédemment enroulée, le long de toute la surface de contact, de telle sorte que chaque spire de la bande dans l'enroulement soit fixée rigidement à la spire sous-jacente. Selon un mode de réalisation préféré, lors de la fabrication de la bande, chaque feuille mince de métal est soudée d'abord à une pellicule de matière plastique disposée au moins sur l'une de ses faces, après quoi les feuilles minces de métal, ainsi garnies de pellicule de matière plastique, sont soudées en une bande cohérente, au moins une pellicule de matière plastique étant placée entre les feuilles minces de métal et au moins une pellicule de matière plastique étant disposée à l'extérieur de l'une des feuilles minces de métal. Le fait de souder ensemble des feuilles minces de métal et des pellicules de matière plastique, avant que la bande ainsi obtenue ne soit utilisée pour la fabrication d'un condensateur, est connu en soi. Ce qui est essentiel pour l'invention, c'est que les spires de la bande sont soudées entre elles lors du bobinage. C'est cette disposition qui rend possible une fabrication rapide d'un élément de condensateur qui est dépourvu de cavités et qui ne doit être soumis à aucune opéra tion longue d'imprégnation. Les couches de métal sont constituées de préférence par des feuilles minces d'aluminium, mais il est également possible d'utiliser des feuilles minces d'autres métaux, comme par exemple de cuivre et de tantale. Dans un condensateur selon l'invention, les couches de métal peuvent être aussi fabriquées sur les pellicules de matière plastique utilisées en tant que matériau diélectrique, par exemple par dépôt par évaporation d'aluminium ou d'un autre métal sur les pellicules de matière plastique. La-pellicule de matière plastique est de préférence en une polyoléfine, par exemple le polypropylène, le polyéthylène ou le polystyrène ; mais elle peut être aussi en une autre matière, comme par exemple le polycarbonate, le téréphtalate de polyéthylène-glycol > un polyamide, le polytétrafluoréthylène, le polychlorotrifluoréthylène et le fluorure de polyvinylidène. Le soudage d'une feuille mince de métal avec une pellicule de matière plastique signifie que la pellicule de matière plastique est mise en contact intime avec la feuille mince de métal et est fixée à celle-ci par une opération de cylindrage, sans que des intervalles emplis de gaz se forment entre les matériaux. Le soudage peut se dérouler de difrérentesmanières. L'un de ces procédés consiste à revêtir la feuille mince de métal ou la pellicule de matière plastique d'une colle avant que les éléments ne soient soumis à ltopération de cylindrage. Si la colle contient un solvant, celui-ci est élimine, ordinairement à une température élevée avant que les matériaux ne soient réunis par cylindrage. Le facteur de perte, tg; ss de la colle ne doit pas dépasser 0,5 %. A titre d'exemple de colles appropriées, on peut citer la colle de caséine (par exemple "Casco A-Leim" de la Firme AB Casco, Suède), la colle de résine phénolique-acrylonitrile (par exemple ''Plastilockl' 605 de la firme B.F. Goodrich Industrial Products Co.), la colle de silicone, la colle de polyimide, la colle de polyisobutylène, la colle de phénoxyle, la colle de phénol-époxy, le caoutchouc butyle et le polyvinyl-butyral.Outre la forme d'une solution dans un solvant, il est concevable d'appliquer la colle sous la forme d'une pellicule ou fusion sans solvant d'une résine durcissable ou thermoplastique. Une autre manière de parvenir à un soudage consiste à réchauffer la feuille mince de métal, la pellicule de matière plastique ou ces deux éléments avant l'opération de cylindrage ou en combinaison avec celle-ci. Dans ee cas, il est à conseiller d'utiliser par exemple des cylindres chauffés, au moins du côté de la feuille mince. Dans ces conditions, la pellicule de matière plastique doit être réchauffée à une température telle que sa surface devienne collantes sans que la pellicule de matière plastique ne fonde par elle-même. Une autre manière de parvenir à un soudage consiste à traiter la pellicule de matière plastique avec un solvant avant l'opération de cylindrage. Dans ces conditions, le solvant rend la pellicule collante et assure sa liaison avec la feuille mince. Etant donné que, dans ce cas, le solvant est encore présent au moment du cylindrage, il est éliminé en une opération ultérieure. Dans ces conditions, le solvant est évacué à travers la pellicule de matière plastique. Les procédés décrits sont également applicables pour le soudage d'une pellicule de matière plastique avec une autre pellicule de matière plastique et pour le soudage d'une bande du type décrit ci-dessus pour former un enroulement de spires de la bande en question. L'invention est expliquée de façon plus détaillée par la description d'un exemple de réalisation en référence aux dessins ci-annexés. La fig. 1 représente schématiquement un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention pour la fabrication d'un élément de condensateur. La fig. 2 est une coupe de la bande qui peut être utilisée pour la fabrication de l'élément de condensateur, c'est-àdire une coupe par le plan passant par la ligne A-A de la fig.l. Les fig. 3 et 4 représentent d'autres formes de réalisation de la bande. La fig. 5 représente une bande à partir de laquelle la bande de la fig. 4 peut Aetre fabriquée. La fig. 6 représente schématiquement un condensateur à éléments selon la présente invention. Le dispositif représenté sur la fig. 1 contient plusieurs récipients d'encollage lOa-f pour llapplication de colle sur les feuilles minces de métal et les pellicules de matière plastique aux différents stades de la fabrication de ltélément de condensateur. Ces récipients d'encollage se composent tous d'une cuve il qui contient la colle et d'un cylindre tournant 12.La colle est une colle de caséine en solution aqueuse (par exemple "Casco A-Le de la firme AB Casco, Suède). D'autre part, le dispositif comprend plusieurs fours 13a-f pour l'élimination du solvant.La température des fours est réglée de sorte que les feuilles minces de métal ou les pellicules de matière plastique soient dépourvues de solvant lorsqu'elles ont traversé le four, mais sans que la colle ait durci. La couche de colle a une épaisseur de l'ordre de 1p . Le dispositif de la fig. 1 comprend aussi plusieurs paires de cylindres 14a-e à travers lesquelles passent les matériaux oui doivent être réunis. C'est dans ces paires de cylindres que se produit le soudage proprement dit. De plus, plusieurs cylindres de renvoi 15 font partie du dispositif. Une feuille mince d'aluminium 16 d'une épaisseur de 5-10 en provenance du rouleau d'alimentationV7 est enduite d'une couche de colle dans le récipient lOa et, après avoir traversé le four 13a, elle se dirige vers la paire de cylindres 14a. Vers cette paire de cylindres est également acheminée une pellicule de polypropylène 19 d'une épaisseur de 70-158 en provenance du rouleau d'alimentation 18. Cette pellicule a été pré-traitée selon le mode usuel, c'est-à-dire qu'elle a été exposée pendant un temps bref à une effluve électrique dans un dispositif à aretes vives et à cylindre. De ce fait, le pouvoir adhérent de la pellicule sur la feuille mince d'aluminium garnie de sa couche de colle est accru. Après le passage à travers la paire de cylindres 14a, on obtient un produit 20 se composant d'une feuil= le mince d'aluminium qui est doublée d'une pellicule depo-lypro- pylène sur l'une de ses faces. Ce produit est garni d'une nouvelle couche de colle sur la surface libre de la feuille mince d'aluminium dans le récipient lOb. Après évaporation du solvant dans le four 13b, le produit composite est dirigé vers la paire de cylindres 14b où il rencontre une autre pellicule de p;oly- propylène "pré-traitée" 21 en provenance du rouleau d'alimentation 22. A la sortie de la paire de cylindres 14b, on obtient un produit 23 se composant d'une feuille mince d'aluminium qui est doublée de pellicules de polypropylène sur ses deux faces. Un produit 24, semblable au produit 23 est fabriqué de manière analogue à partir de la feuille mince d'aluminium 25 provenant du rouleau d'alimentation 26 et des pellicules de polypropylène pré-traitées 27 et 28 issues respectivement des rouleaux d'ali- mentation 29 et 30, au moyen des dispositifs lOc, 13c, 14c, lOd, 13d et 14d. Le produit composite 23 est garni d'une nouvelle couche de colle sur l'une de ses faces de polypropylène dans le récipient 10e et, après élimination du solvant dans le four 13e, il parvient à la paire de cylindres 14e où il est réuni au produit composite 24.Après le passage à travers la paire de cylirdres 14e, on obtient un produit, c'est-à-dire la bande 31 qui se compose de deux feuilles minces d'aluminium qui sont séparées l'une de l'autre par deux pellicules de polypropylène et sont munies chacune d'une pellicule de polypropylène sur leur face extérieure. Ces six couches de feuille mince et de pellicule sont fixées les unes aux autres par des couches de colle sur toute les surfaces de contact et le long de toute la surface de contact de chacune d'entre elles.La bande 31 est garnie d'une couche de colle sur l'une de ses faces dans le récipient 10f et, après élimination du solvant dans le four 13 f, elle est enroulée sur une bobine cylindrique 32 qui est divisible, en ce sens qu'elle est formée de deux parties en forme de segment cylindrique 33 et 34 et d'une partie médiane 45 essentiellement parallèlépipèdique, laquelle peut être extraite lors du démontage de manière à désolidariser les parties 33 et 34. Le bobinage de la bande 31 s'accompagne d'un cylindrage simultané par le cylindre 35 qui est pressé contre les spires de la bande 31 déjà formées sur la bobine. Après que le nombre voulu de spires de la bande a été atteint, l'élément de condensateur cylindrique est retiré de la bobine. Sur la coupe transversale de la bande 31 (coupe A-A) de la fig. 2, on peut voir que la feuille mince 16 est en retrait sur un bord 40 de la bande et que la feuille mince 25 est en retrait sur l'autre bord 41 de la bande. Cette disposition résulte du fait que les feuilles minces et pellicules sont réunies avec un léger décalage latéral lorsqu'elles ont soudées dans les paires de cylindres 14 du dispositif de la fig. 1. De la sorte, l'élément de condensateur fini présente, selon le mode usuel, des bords libres sur ses faces latérales, afin d'éviter un amorçage entre les électrodes.L'amorçage entre les électrodes au commencement et à la fin de la bande est évité opportunément par l'insertion de pellicules séparées de matière plastique ou par le'fait que le produit 23 est découpé avec un certain décalage par rapport au produit 24 avant qu'ils ne soient réunis pour former la bande 31. Une bande du type représenté sur la fig. 3 peut être fabriquée et utilisée de manière analogue à celle qui est représentée sur la fig. 2. Dans ce cas, les pellicules de matière plastique 21 et 28 ne sont pas appliquées comme sur la fig. 1, mais les produits 20 et 42, se composant d'une feuille mince d'aluminium et d'une pellicule de polypropylène, sont dirigés directement vers la paire de cylindres 14e après avoir traversé respectivement le four 13b et la paire de cylindres 14c, pour être assemblés et réunis de manière à former la bande décrite. Dans ce cas également, la feuille minoed'aluminium 16 est en retrait sur l'un des bords 43 de la bande et la feuille d'aluminium 25 est en retrait sur l'autre bord 44, afin que l'élément de condensateur comporte des bords libres sur ses faces frontales. Une autre forme de réalisation préférée de la bande est représentée sur la fig, 4. Elle peut être fabriquée a partir d'une feuille mince d'aluminium 54 et de deux pellicules de polypropylène 55, 56 qui, comme le montre la fig. 5, sont réunies par soudage, par exemple selon ce qui a été représenté pour la feuille mince 16 et les pellicules 19 et 21 sur la fig. 1. La bande ainsi obtenue est séparée en deux parties 58 et 59 dans la direction longitudinale en 57. Ces parties sont réunies par soudage avec un décalage latéral, comme le montre la fig. 4, avant que la bande ne soit enroulée pour former un élément de condensateur à spires soudées les unes sur les autres. Par le décalage latéral, on évite un amorçage entre les électrodes. Après que les éléments de condensateur fabriqués dans le dispositif de la fig. l-ont été aplatis, ils sont placés dans l'enveloppe de condensateur comme le montre la fig. 6. Le durcissement de la colle peut s'effectuer avant ou après la mise en place des éléments de condensateur dans l'enveloppe de conden sateur. Avec la colle indiquée à titre d'exemple, le temps de durcissement est de 20 mn à 70-90 C. Dans le premier cas, le durcissement est effectué de préférence après l'aplatissement. Cela vaut pour le durcissement de la colle qui est incluse dans la bande, c'est-à-dire de la colle qui a été appliquée par les dispositifs lOa-e, ainsi que pour celui de la colle qui est comprise entre les spires de la bande dans l'élément enroulé, c'est-à-dire de la colle qui est appliquée par le dispositif 10f. En particulier, il est préférable que dans chaque cas, la colle qui est située entre les spires de la bande de l'enroule- ment, c'est-à-dire la colle qui est appliquée en 10f, ne soit durcie qu'après l'aplatissement.Pour rendre aussi effectif que possible le contact entre les couches de l'élément, il est à conseiller d'appliquer une haute tension entre les feuilles minces 16 et 25 (ou, selon le cas, les parties 58 et 59 de la feuille mince 54), c > est-à-dire entre les électrodes de l'élément de condensateur, après que les différents composants ont été réunis pour former la bande 31 ou après que celle-ci a été bobinée pour former l'enroulement 36. Lorsqu'une haute tension est appliquée à l'enroulement, on y procède de préférence après l'aplatissement et avant le durcissement de la colle. Chaque élément de condensateur 48 dans le dispositif représenté sur la fig. 6 est une unité séparée dont l'une des feuilles minces est raccordée directement à des feuilles minces correspondantes des autres éléments. Lorsque tous les éléments du condensateur sont montés en parallèle, ces feuilles minces peuvent être connectées selon le mode usuel à la paroi du récipient 49, lequel peut être par exemple en acier. Les autres feuilles minces sont connectées de manière analogue à une barre omnibus 50. Plusieurs éléments de condensateur sont connectés à la meme barre omnibus. Un tel groupe d'éléments de condensateur forme à lui seul (comme dans le cas de la fig. 6) ou en série avec des groupes semblables un condensateur complet. La barre omnibus 50 est connectée à la pointe 52 de la traversée 51. Une bande 53 de Presspan est placée audessous de la barre omnibus. Le récipient 49 est empli d'un liquide diélectrique qui est constitué par de l'Askarel. Le liquide empêche une effluve électrique au niveau des bords des feuilles minces sur les faces frontales de l'élément de condensateur, la où existent des champs de grande amplitude. D'autre 'part, le liquide assure en majeure partie la dissipation de la chaleur à partir des éléments de condensateur vers les parois du récipient. Du fait que le liquide diélectrique n'a pas besoin de pénétrer de plus de quelques milimètres dans la partie d'extrémité de l'élément de condensateur selon la présente invention, l'imprégnation peut s'effectuer beaucoup plus rapidement et beaucoup plus efficacement que dans des condensateurs antérieurement connus. En principe, il est possible, selon la présente invention, d'éviter une imprégnation lorsque d'autres mesures sont prises pour exclure une effluve électrique au niveau des bords des feuilles minces. On peut y parvenir en remplissant l'espace au niveau des bords libres avec une matière isolante solide ou gazeuse possédant une bonne rigidité diélectrique. Par exemple, des pellicules de matière plastique qui entourent un bord en retrait de feuille mince, peuvent être placées de manière à entourer effectivement le bord et être soudées ou collées dans cette position. REVENDICATIONS 1. Elément de condensateurs pour courants forts, se composant d'un enroulement de plusieurs spires superposées d'une bande qui est composée de couches métalliques} d'une ou de plusieurs pellicules de matière plastique disposées entre les couches métalliques et d'une pellicule de matière plastique disposée au moins à l'extérieur de l'une des couches métalliques, les couches métalliques constituant des électrodes et les pellicules de matière plastique constituant le diélectrique dans l'élément de condensateur, caractérisé en ce que chaque couche métallique entrant dans la composition de la bande est fixée rigidement à chaque pelliculé contiguë de matière plastique le long de toute la surface de contact de la pellicule de matière plastique considérée, en ce que chaque pellicule de matière plastique entrant dans la composition de la bande est fixée rigidement à chaque pellicule éventuellement presente de matière plastique contiguë le long de toute la surface de contact de la pellicule contiguë de matière plastique considérée, et en ce que chaque spire de la bande dans l'enroulement est fixée rigidement à la spire sous-jacente le long de toute la surface de contact de la spire sous-jacente. 2. Elément de condensateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est disposé dans un diélectrique liquide, au moins par ses surfaces d'extrémité. 3. Procédé pour la fabrication d'un élément de condensateur selon la revendication 1, se composant d'un enroulement de plusieurs spires superposées d'une bande qui est composée de couches métalliques, d'une ou de plusieurs pellicules de matière plastique disposées entre les couches métalliques et d'une pellicule de matière plastique disposée au moins à l'extérieur de l'une des couches métalliques, les couches métalliques constituant des électrodes et les pellicules de matière plastique constituant le diélectrique dans l'élément de condensateur, caractérisé en ce qu'on utilise des feuilles minces de métal en tant que couches métalliques, et en ce que les feuilles minces de métal et les pellicules de matière plastique sont d'abord soudées en une bande cohérente les feuilles minces de métal et les pellicules de matière plastique étant fixées rigidement le long de toutes leur surfaces de contact, puis la bande est bobinée en un enroulement et, pendant qu'elle est bobinée sur ltenroulement, elle est soudée à la bande précédemment enroulée, le long de toute la surface de contact, de telle sorte que chaque spire de la bande dans l1enroulement soit fixée rigidement à la spire sous-jacente. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que, lors de la fabrication de la bande, chaque feuille mince de métal est soudée d'abord à une pellicule de matière plastique disposée àu moins sur l'une de ses faces, après'quoi les feuilles minces de métal, ainsi garnies de pellicule de matière plastique, sont soudées en une bande cohérente, au moins une pellicule de matière plastique étant placée entre les feuilles minces de métal et au moins une pellicule de matière plastique étant disposée à l'extérieur de l'une des feuilles minces de métal. 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, dans lequel le soudage est effectué en utilisant une colle duroissable, caractérisé en ce que I'enroulement est aplati avant que la colle qui réunit les spires de la bande dans l'enroulement ne soit durcie.