Brevet FR2230110A1 — publié le 19741213

L'inventiDn se rapporte à une isolation de spire pour les enroulements de machines électriques, constituée par un matériau isolant imprégnable, enroulé autour des conducteurs avec recouvrement partiel. L'invention se rapporte en outre à un procédé de fabrication d'une telle isolation de spire Les moteurs de grande puissance ainsi que les alternateurs synchrones de moyenne puissance sont exécutés, pour des raisons de fabrication et de construction, presqu'exclusivement avec des bobines dites entièrement formées Dans ces bobines, plusieurs spires sont couplées en série et doivent, par suite, être isolées d'une part l'une par rapport à l'autre (isolation de spire), et aussi par rapport au fer (isolation principale).On applique alors essentiellement les techniques exposées ci-après 1. on pose entre les conducteurs autrement nus des couches inter médiaires en forme de bandes, 2. on exécute à partir de conducteurs élémentaires émaillés les bobines entièrement formées, 3. on munit les conducteurs élémentaires émaillés d'un guipage additionnel (la plupart du temps fils de verre et analogues), 4. après formation des bobines, on munit (à la main) les conduc teurs élémentaires nus d'un ruban isolant approprié. Ensuite, on munit les différentes bobines de l'isolation principale. Ceci se fait par exemple suivant un procédé tel que décrit dans la brochure 3889 D de la Société Anonyme Brown, Boveri & Cie à Baden (Suisse) "Micadur-Compact, Isolation à la résine synthétique pour machines moyennes à haute tension. Grâce aux bonnes propriétés électriques, thermiques et mécaniques d'une isolation exécutée selon le procédé d'imprégnation complète, il est possible aujourd'hui de fabriquer en toute sécurité d'exploitation de gros moteurs et des alternateurs syn chronos pour des puissances moyennes, même pour des tensions assez élevées. De cette manière, on peut aujourd'hui raccorder de telles machines en plus grand nombre à des réseaux à moyenne tension sans qu'il faille intercaler des transformateurs chers, Ceci implique cependant des frais d'isolation supérieurs d'autant que, en plus des tensions n3minales augmentées (jusqu'à 23 kV), les machines sont soumises davantage aux dérangements et surtensions possibles se produisant dans les réseaux à moyenne tension.En plus d'un renforcement de l'isolation principale, il faut alors renforcer l'isolation de spire. Conséquence des matériaux d'isolation connus aujourd'hui, ceci n'est pratiquement réalisable que par enrubannage des conducteurs élémentaires par un ruban isolant micacé. Ces rubans isolants ne sont toutefois pas de taille à supporter les Fortes contraintes mécaniques apparaissant lors due la mise en forme des bobines Pour cette raison, l'isolation de spire ne peut être posée qu'après mise en forme des conducteurs nus pour constituer la bobine entièrement formée, opération exigeant beaucoup de temps et difficile, car il faut faire passer le ruban isolant entre les différentes spires. Une mécanisation est ici impossible. Des problèmes semblables apparaissent aussi dans la fabrication de l'isolation de spire de barres conductrices renfermant un certain nombre de conducteurs partiels câblés ensemble (barres Roebel) de grandes machines à haute tension. ICi aussi des isolations capables de supporter une charge plus élevée peuvent être nécessaires, par exemple lors du passage à des tensions supérieures, à la place de l'isolation au vernis, habituelle Jusqu'ici, des conducteurs partiels entre eux C'est la tâche de l'invention de créer une isolation de spire pour les enroulements de machines électriques, et d'indiquer un procédé de fabrication de celle-ci, isolation qui ne présente pas les inconvénients de ce qui est connu, qui se distingue par une grande capacité de charge mécanique, électrique et thermique, et qui soit en même temps simple à exécuter. Cette tâche est accomplie selon l'invention dans le cas d'une isolation de spire du genre cité au début en ce que le matériau d'isolation est sous forme de ruban et renferme au moins une couche de mica, en ce qu'il est prévu sur les deux faces du ruban une feuille de plastique fixée au moyen d'un adhésif exempt de solvant De cette manière, il est possible pour la première fDis de munir le conducteur (nu et non encore mis en forme), dans un processus continu, d'un enrubannage constituant une isolation de spire, pour ensuite seulement la façonner pour en faire une bobine entièrement formée ou lui donner d'autres formes, par exemple celle d'un conducteur partiel d'une barre Roebel. Le ruban isolant conforme à 'l'invention protège ici le matériau isolant délicat, avant tout la fine couche de mica très délicate, et permet ainsi lors du courage du conducteur, par suite du recouvrement des deux côtés par une feuille lisse, un glissement lune sur l'autre à la manière d'écailles, de couches voisines de ruban isolant se recouvrant. Du point de vue de l'exploitation, la feuille de plastique pour- rait présenter plut5t un inconvénient, car ce matériau n'est pas en général résistant aux effluves, Si toutefois on emploie des feuilles extrêmement minces d'une épaisseur d'un ordre de grandeur de 5 à 15 , qui en outre sont rendues adhérentes par l'agent adhé- sif ou d'imprégnation, de préférence de la résine synthétique, alors celles-ci n1 ont plus aucune influence néfaste sur la résistance aux effluves de l'ensemble de l'isolation de spire. Il s'est révélé particulièrement avantageux d'utiliser des rouilles lisses de polycarbonate, non rendues rugueuses par voies mécaniques ou chimiques, d'une épaisseur de 8 à 10 P , r comme on peut s'en procurer dans le commerce, par exemple sous la marque "Macrofol" de la Société Bayer à Leverkusen. Le matériau isolant micacé est constitué par exemple par du polyester cardé ou du verre tissé et par une ou plusieurs couches de mica fin. Pour des tensions nominales jusqu'à 23 kV, la couche de mica fin devrait avoir une épaisseur de 53 à t50 et le polyester cardé ou le verre tissé, 20 à 43r, Comme il est encore exposé plus loin en détail, la feuille de plastique est fixée sur le matériau isolant au moyen d'un adhésif exempt de solvant. par exemple une résine époxy à l'état B. Cet adhésif sert en même temps à l'imprégnation et à la cohésion de l'ensemble du ruban isolant. La proportion de résine devrait alors avoir une valeur comprise entre 25 et 35 % du poids total du ruban. Selon l'invention, l'isolation de spire est réalisée de la manière suivante En partant d'un conducteur nu, droit, on enrubanne celuici d'un matériau isolant imprégnable, renfermant du mica, avec recouvrement au moins partiel, qui présente sur ses deux faces une feuille de plastique fixée au moyen d'un adhésif exempt de solvant. Ensuite, le conducteur préisolé de cette manière est porté à une forme adaptée au montage, qui suit, dans la machine électrique et, dans les zones qui viennent plus tard porter dans le fer, agglutiné par application de pression et de chaleur. Ce procédé permet une fabrication économique et sans problème de bobines entièrement formées ou de barres Roebel, car l'isolation de spire, qui, sans cela, ne peut =t t e;;u ,s la main, peut maintenant être amplement mécanisée. Si l'on travaille avec la proportion précitée de résine de 25 à 35 Y0 du poids total du ruban, on obtient une imprégnation et un collage sars des différents composants du ruban isolant. Du fait que la feuille est rendue adhésive, l'adhérence de la feuille aux couches situées sous elle est aussi garantie. La résine superflue peut s'échapper pendant le traitement à la chaleur et à la pression aux endroits du recouvrement et elle sert alors à coller les conducteurs élémentaires situés l'un au-dessus de l'autre et/ ou l'un à cté de l'autre. I1 s'est révélé particulièrement opportun de choisir un recouvrement compris entre 40 et 60 %, de préférence 5O %. Ce recouvrement garantit une isolation suffisante dans les zones à courbure serrée, par exemple dans la tête de bobine. Naturellement, on peut aussi poser plusieurs couches de ruban isolant l'une après l'autre, pour autant que ce soit nécessaire. Alors également on doit respecter la proportion indiquée pour le recouvrement. L'invention est expliquée ci-après de plus près à l'aide des dessins, sur lesquels la figure 1 représente une coupe longitudinale à travers un conducteur élémentaire muni de l'isolation de spire conforme à l'invention, la figure 2 est un exemple d'exécution d'un dispositif pour la fabrication d'isolations de spire selon l'invention, en une représentation en partie par blocs. Sur la-figure 1, un conducteur en cuivre 1 est enrubanné d'un ruban isolant 2. La proportion de recouvrement est d'à peu près 50 %. Le ruban isolant est constitué par du polyester cardé ou du verre tissé 3, une fine couche de mica 4, auxquels viennent s'adjoindre, l'une vers l'intérieur l'autre vers l'extérieur, des feuilles de plastique 5 et 6. Les intervalles 7 résultant du recouvrement sont remplis de résine synthétique, sortie de l'intérieur du ruban isolant au cours de ltexécution de l'isolation de spire. Sur le dessin sont représentées les différentes couches du ruban isolant consciemment exagérées pour la compréhension de sa constitution, et donc non conformes à l'échelle. Dans la pratique, on emploie les épaisseurs de couches et les matériaux suivants Feuille de plastique : feuille de pqlycarbonate (par exemple "Macrofol") d'une épaisseur de 8,7 Tissu de verre : Glastex type 103 (fabricant Société Kågi à Horgen (Suisse)), d'une épaisseur d'à peu près 25 F et d'un poids au mitre carré d'environ 25 g/m2 Mica fin : Samica (fabricant rsola-Verke à Breitenbach (Suisse)), d'une épaisseur d'environ 1-JO * Résine synthétique :Araldite F avec système durcisseur catalysé type BF3 (fabricant CIBA à Bâle). Au conducteur élémentaire préisolé représenté sur la figure 1 s'adjoignent suivant le type de machine d'autres conducteurs élémentaires pareillement isolés (non représentés). Ceux-ci sont collés l'un à l'autre par la résine synthétique sortant aux endroits du recouvrement pendant le traitement à la pression et à la chaleur, la propriété de la feuille de plastique 5, 6 de s'agglomérer étant en particulier prise en compte. Le procédé de fabrication de l'isolation de spire conforme à l'invention se décompose dans les étapes suivantes 1. Fabrication du ruban isolant 2 2. Enrubannage du conducteur 1 par le ruban isolant 3. Mise en forme du conducteur préisolé 4. Traitement à la chaleur et à la pression. Ce déroulement du procédé est représenté schématiquement sur la figure 2. Provenant de deux rouleaux d'alimentation Q et 9, le mica fin 4 et le tissu de verre 3 passent sur des galets de guidage 19 dans un bac d'imprégnation 11, dans lequel se trouve de la résine synthétique à l'état A, c'est-à-dire de la résine synthétique liquide. A l'arrière du bac d'imprégnation 11 sont disposés deux autres rouleaux d'alimentation 12 et 13 portant chacun une feuille de plastique. Les feuilles 5 et 6 arrivant des deux tés sur le ruban constitué par la bande de mica fin et le tissu de verre et imprégné de résine synthétique, sont pressées sur le ruban au moyen des galets de serrage 14. on peut régler la proportion de résine par l'intermédiaire de la pression de serrage des galets 14. Dans une installation de chauffage 15 intercalée à la suite, le ruban isolant est soumis à un séchage préalable - la résine synthétique se trouve maintenant à l'état B - et stocké de manière appropriée. L'enrubannage du conducteur nu 1 exécuté dans la deuxième étape du procédé est réalisé au moyen d'une enrouleuse 16 connue en elle-même, qui n'est pas représentée davantage, car de telles machines sont à compter dans l'état de la technique. A cette enrouleuse 15 se raccorde une trnnyonneuse 17 qui n'est également indiquée que sous forme de bloc Fonctionnel Les conducteurs préisolés y sont portés à la longueur désirée. Dans- l'étape suivante du procédé, les conducteurs préisolés sont mis en une forme appropriée au montage ultérieur dans la machine électrique, par exemple mis en orme pour donner des bobines entièrement formées ou des conducteurs partiels d'une barre Roebel. Cette opération se fait dans un dispositif de mise en forme 13 Le traitement à la chaleur et à la pression des bobines entièrement formées ou des barres Roebel se fait dans un dispositiF de pressage et de chauffage 19 adapté à chaque fois à la forme du conducteur, la zone des conducteurs se trouvant ultérieurement dans le fer étant seulement traitée en raison des opérations ultérieures sur la tête de bobine.Pendant ce traitement à la chaleur et à la pression, la résine en excès s'échappe aux endroits du recouvrement, ce qui sert à coller entre eux les conducteurs élémentaires et à remplir les évidements et les creux qui se forment lors de l'enrubannage à recouvrement. Après le durcissage de la résine synthétique - celle-ci se trouve maintenant à l'état C et a atteint ses propriétés mécaniques et électriques définitivesles conducteurs sont munis de l'isolation principale (indiqué par le bloc fonctionnel 2 sur la figure 2) et ensuite amenés à leur utilisation, le montage dans la machine électrique, ce qui est représenté par le bloc fonctionnel 21. La pose de l'isolation principale peut se faire à la main ou aussi à la machine, car à présent ce sont des Formes de conduc- teur comparativement sans complication (bobines entièrement For- mées et analogues) qu'on a à traiter. Toutes les autres opérations qui suivent les étapes du procédé "presser et chauffer" ne sont plus l'objet de la présente invention et sont, du reste, décrites en détail par exemple dans la brochure citée au début "Micadur-Compact REVENDICATIONS 1. Isolation de spire pour les enroulements de machines électriques, constituée par un matériau isolant imprégnable enroulé autour des conducteurs avec recouvrement partiel, caractérisée en ce que le matériau isolant est sous forme de ruban et renferme au moins une couche de mica (4), et en ce qu'il est prévu sur les deux faces du ruban (2) une feuille de plastique (5, 5) fixée au moyen d'un adhésif exempt de solvant. 2. Isolation de spire selon la revendication 1, caractérisée en ce que la feuille de plastique (5, 5) a une épaisseur inférieure à 15 3. Isolation de spire selon l'une quelconque des revendications 7 ou 2, caractérisée en ce que la feuille de plastique (5, 6) est une feuille de polycarbonate. 4. Isolation de spire selon la revendicati?n 1, caractérisée en ce que la couche de mica (4) a une épaisseur comprise entre 50 et 150 *. 5. Isolation de spire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la proportion de l'adhésif a une valeur comprise entre 25 et 35 % du poids total du ruban. 6. Isolation de spire selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'il est prévu comme adhésif une résine synthétique, de préférence une résine époxy. 7. Isolation de spire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la proportion du recouvrement du ruban isolant (2) a une valeur comprise entre 49 et 69 %, de préférence approximativement 59 . 8. Procédé de fabrication d'une isolation de spire selon la revendication 1, caractérisé en ce que, en partant d'un conducteur nu (1), on enrubanne celui-ci d'un ruban isolant (2) renfermant du mica, avec recouvrement au moins partiel, comportant sur ses deux faces une feuille de plastique (5, 6) fixée au moyen d'un adhésif exempt de solvant, en ce que le conducteur ainsi préisolé est porté à la forme adaptée au montage consécutif dans a machine électrique et qu'ensuite les différents conducteurs sont collés ensemble dans la partie correspondant au fer par application de pression et de chaleur. 9. Procédé selon la revendication g, caractérisé en ce que, pour la fixation de la feuille de plastique (5, 6), on uti lise une résine synthétique à ltétat B. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications Q ou 9, caractérisé en ce que l'appariement de matières feuille de plastique-adhésif est choisi de telle sorte que, pendant le traitement à la pression et à la chaleur, la feuille de plastique soit rendue au moins partiellement adhérente.