Brevet FR2295549A1 — publié le 19760716

L'invention concerne un dispositif électrique dans lequel apparaissent, au moins temporairement, des decharges électriques et/ou des arcs, logé a l'inti rieur d'une enceinte qui est remplie d'un gaz électronégatif comprenant une combinaison fluorée et qui contient des isolants durcis obtenus à partir d'au moins un liant et d'au moins un matériau de renforcement mécanique par pression ou par laminage et résistant aux produits de décomposition du gaz électronégatif qui se forment au moment des décharges électriques et/ou des arcs ainsi qu'aux combinaisons de ces produits de décomposition avec les éléments chimiques se trouvant l'intérieur de l'enceinte. I1 est connu pour les dispositifs électriques du type précité, de fabriquer des isolants en résine coulée contenant un matériau de remplissage qui résiste aux produits de décomposition du gaz électronégatif et aux combinaisons résultant de la réaction de ces produits de décomposition avec d'autres éléments chimiques se trouvant a l'interieur de l'enceinte. La matiere de remplissage la plus avantageuse pour de tels isolants en résine coulée est l'oxyde d'aluminium, en particulier sous forme de corindon fondu. L'inconvenient de ces isolants en résine coulée durcie et corindon fondu réside dans la résistance mécanique de ces éléments qui est insuffisante pour résoudre tous les problèmes.Il en résulte des solutions compliquées, coûteuses en matériaux et, par suite, économiquement désavantageuses. On connatt déjà des isolants à très bonnes proprietés mecaniques fabriqués sous pression à partir du mélange d'un liant organique et de fibres de verre. Des isolants tubulaires et des plaques isolantes sont également fabriqués par pression ou laminage partir de bandes de cellulose ou de fibres de verre et d'un liant organique. Cependant, ces isolants ne conviennent pas aux dispositifs électriques du genre précité, car les matières fibreuses utilisées pour renforcer les isolants ne résistent pas aux produits de décomposition du gaz isolant et leurs combinaisons. Les matériaux de remplissage résistant aux produits de décomposition du gaz isolant et à leurs combinaison, qui sont employés avec des résines coulées, ne peuvent être utilisée pour le renforcement mécanique d'isolants fabriqués sous pression, car ils se présentent sous forme de poudres. Le but de l'invention est de réaliser un matériau pour isolants disposés l'intérieur d'un dispositif électrique contenant un gaz electronégatif, qui soit formé d'au moins un liant et d'au moins un moyen de renforcement mécanique, qui puisse etre comprimé ou laminé et qui possède de très bonnes propriétés mécaniques, le liant et le moyen de renforcement résistant aux produits de décomposition du gaz électronégatif fluoré et à ses combinaisons. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que les isolants contiennent une matière synthétique polymérisable durcie et du verre à base d'aluminate de calcium sous forme de fibres, sans silicium, bore ou matériau alcalin, l'utili sation d'autres matières de remplissage sans silicium, bore ou matériau alcalin n'étant pas exclue. Les isolants peuvent contenir une matière de remplissage en poudre, sans silicium, bore ou matériau alcalin, dont la granulation se situe entre 1 et 50pu. La matière de remplissage en poudre peut être de la poudre de verre d'aluminate de calcium, de l'oxyde d'aluminium A1203, de l'alumine hydratée A1203320, 3t o du sulfate de calcium ou du fluorure de calcium. 23 2' Les composants principaux du groupe des verres d'aluminate de calcium sont CaO et A1203. Pour augmenter la résistance à la dévitrification et la résistance chimique, ces verres- d > aluminate de calcium peuvent contenir en plus des oxydes tels que BaO, SrO, MgO, BeO, ZnO, La203, Su203* ZrO2, P205* Fie203* Tir2. Cependant, ils doivent être exempts de SiO2, B203 et d'oxydes alcalins, pour pouvoir résister aux produits de décomposition du gaz électronégatif qui, par exemple, peut être de l'hexafluorure de soufre. Les verres d'aluminate de calcium sont amenés à la fusion à des températures se situant entre 1450au et 16000C. La masse fondue permet de fabriquer des fibres selon l'un des procédés connus. Les fibres sont utilisées pour la fabrication des isolants sous forme de fibres individuelles, appelées "shopped strands", dont la longueur varie entre 0,5 et 20 mm ou sous forme de bandes de fibres (feutre ou tissu). La matière synthétique polymérisable peut être une résine époxyde ou une résine polyester insaturée. La résine époxyde, elle-mpême, peut être une résine époxyde cycloaliphatique, une résine à base de biphénol A, une résine à base d > hydantoine ou une résine à base de triglycidilisocyanurate. Les résines époxydes cycloaliphatiques les plus avantageuses sont les résines dans lesquelles au moins un oxygène de l'époxyde est lié directement à un noyau cycloaliphatique ou dans lesquelles, au moins, un groupe époxyde est lié au noyau cycloaliphatique par une liaison ester. Une description détaillée d'un exemple de réalisation selon l'invention va être donnée en se référant à la figure ci-jointe. Cette figure représente la coupe longitudinale d'une partie d'un dispositif électrique comportant un disjoncteur à gaz comprimé. Le disjoncteur à gaz comprimé selon cette figure est disposé coaxialement à l'intérieur d'une enveloppe métallique tubulaire 1 mise à la terre et remplie d'hexafluorure de soufre comme gaz isolant. L'enceinte 2 en matériau électri quement isolant renferme un interrupteur de puissance comportant deux contacts 3 et 4 et un sectionneur comportant deux contacts 5 et 6, montés en série. L'interrupteur de puissance et le sélectionneur sont manoeuvrés à partir d'une commande extérieure non représentée, reliée directement ou par l'intermédiaire d'un levier à une tige de manoeuvre 7. La tige de manoeuvre 7 pénètre à l'intérieur dc l'enveloppe 1 de manière étanche au gaz grâce a un soufflet . La tige de manoeuvre 7 attaque un levier isolant 9. A l'autre extrémité du levier isolant 9 est fixée une bielle Il reliant le levier 9 au tube de contact 10. La figure 1 représente le levier isolant 9 dans une position intermédiaire. Les deux positions finales de ce levier sont figurées par les traits interrompus 12 et 13. Le tube de contact 10 est lie par un contact coulissant 15 à un conducteur 14 déterminé en fonction du courant à transmettre et de la tension. Le tube 10 comporte le contact 4 de l'interrupteur de puissance, qui est en matériau pour contact. L'extrémité supérieure du tube de contact comporte une partie cylindrique formant l'un des contacts 16 d'un sélectionneur en parallèle. Un corps de buse de soufflage 17, en matériau électriquement isolant, est disposé sur le tube de contact 10 entre le contact 4 de l'interrupteur de puissance et le contact 16 du sélectionneur en parallèle. Le tube de contact 10 porte également le piston 18, en matériau électriquement isolant, d'un dispositif de soufflage. La chambre de soufflage limitée par l'enceinte 2 qui sert de cylindre de soufflage au dispositif de soufflage est maintenue fermée par rapport au volume de gaz à l'intérieur de l'enveloppe 1 grâce à un clapet anti-retour 19. Des joints 20, 21 sont disposés entre les éléments fixes et les éléments mobiles du dispositif de soufflage. Une buse 22 comportant une section de sortie annulaire est disposée a l'intérieur du corps de buse 17 et comuuniqu avec la chambre de soufflage du dispositif de soufflage. Lorsque l'interrupteur de puissance est fermé, l'orifice de sortie de la buse 22 est maintenu fermé grâce au contact 3 ; lorsque l'inter- rupteur de puissance est ouvert, cet orifice est situé entre les deux contacts 3 et 4. Le rapport entre la distance des contacts 3, 4 de l'interrupteur de puissance ouvert et la largeur de l'ouverture annulaire de la buse 22 est de 4. Le diamètre d'un passage 23 conduisant vers la buse 22 diminue en direction de celle-ci. Un piston de liaison 24 portant l'un des contacts 3 de l'interrupteur de puissance et l'un des contacts 6 du sectionneur est disposé à l'intérieur du corps de buse 17. Les contacts 3, 4 de l'interrupteur de puissance sont maintenus en position d'ouverture grâce a un ressort 25. La pression de contact de l'interrupteur de puissance en position de fermeture et une partie de l'énergie de coupure lors des mouvements d'ouverture sont fournies par un ressort 26. Le disjoncteur peut être relié à d'autres conducteurs non représentés grâce à la partie cylindrique 27 faisant fonction de prise de contact. La figure représente le disjoncteur dans une position intermédiaire. Les contacts 16 et 28 du sectionneur en parallèle assurant le passage du courant nominal, se séparent en premier lieu lors d'un mouvement d'ouverture. A l'inté rieur du dispositif de soufflage commence la compression du gaz SF6. L'orifice de la buse 22 est maintenu fermé par le contact 3 jusqu'à 40% du mouvement total du piston de soufflage 18, car la force du ressort 26 est supérieur à celle du ressort 25. Dès que le contact 6 se sépare du piston de liaison 29 du ressort 26, les contacts 3 et 4 se séparent sous l'action du ressort 25. L'orifice de sortie de la buse 22 étant libéré, le gaz précomprimé se répand à grande vitesse sur la distance qui sépare les contacts 3 et 4 de l'interrupteur de puissance pour éteindre l'arc qui brûle sur la distance de coupure. Les contacts 5, 6 du sectionneur, qui sont alors sans courant, se séparent à environ 83% de la course totale du piston de soufflage 18. Le mouvement d'ouverture est ainsi terminé. La distance séparant les contacts 3 et 4 de l'interrupteur de puissance n'est conçue que pour 2, 5 fois la tension de phase du réseau à haute tension. Cette distance n'est prévue que pour 11 extinction de l'arc, tandis que la distance séparant les contacts 5 et 6 est dimensionnée pour la valeur totale de la tension d'essai.Cette distance est séparée de la distance de coupure du disjoncteur grince à la cloison formée par le piston 18, le tube de contact 10, le corps de buse 17 et grâce au piston de liaison 24 qui passe à travers cette cloison. La distance de sectionnement du sectionneur se trouve, de ce fait, toujours dans un gaz d'extinction frais, non ionisé ou non pollue. Lors du mouvement de fermeture, la fermeture des contacts 5 et 6 du sectionneur se produit en premier lieu, suivie par celle des contacts 3, 4 de l'interrupteur de puissance et finalement par celle des contacts 16, 28 du sectionneur en parallèle. Pendant le mouvement de fermeture, la chambre de soufflage formée par l'enceinte 2 et le tube de contact 10 est remplie de gaz frais affluant par le clapet anti-retour 19. Les ressorts 25 et 26 sont également tendus lors du mouvement de fermeture. Le corps de buse 17 et le piston de soufflage 18 sont fabriqués sous pression. Pour cela, 285 parties de triglycidilisocyanurate et 14 parties de cire de carnauba sont fondues dans un malaxeur à double auge à 120 C-130-C. La température de malaxage est ensuite réduite à 300C-250C. Lorsque la masse fondue atteint une température d'environ 800C, elle est mélangée à 1/4 d'une matière de remplissage préparée dans un mélangeur et l'ensemble est refroidi. Le mélange de matériaux de remplissage se compose de - stéarate de zinc 14 parties - fibres de verre d'aluminate de calcium 200 parties (longueur 6 mm) - sulfate de clacium (anhydré) 700 parties - oxyde de fer rouge 130 F 42 parties Lorsque la masse, qui continue à refroidir, atteint 700C, on rajoute 147 parties de 4,4' diamino - 3,3' diméthyl-dicyclohéxyméthane , et on continue à refroidir. Une fois que le durcisseur est bien réparti, on rajoute le reste du mélange de matière de remplissage. La température tombe ainsi au-dessous de 500C. Le mélange qui est d'abord sec, puis humide, devient rapidement grumeleux et peut être sorti. La masse pressée bien répartie se refroidit rapidement. Deux à trois heures après, les petits grumeaux peuvent former des grains. La masse ainsi obtenue permet, à une température de 1500C à 1600C et sous une pression de 300 à 500 kp/cm2, la fabrication des corps de buse 17 et des pistons de soufflage 18. L'enceinte 2 est fabriquée selon le procédé d'imprégnation classique. La quantité nécessaire de bandes de tissu de verre d'aluminate de clacium est enroulée sur une broche métallique et imprégnée dans un moule extérieur convenable sous vide, par le mélange de résine époxyde et de durcisseur. Le durcissement s'effectue sous pression à une température plus élevée. Le diamètre des fibres élémentaires des fibres de verre d'aluminate de calcium ne dépasse pas 15 microns. REVENDICATIONS 1/ Dispositif électrique dans lequel apparaissent, au moins temporairement, des décharges électriques et/ou des arcs, logé à l'intérieur d'une enceinte qui est remplie d'un gaz électronégatif comprenant une combinaison fluorée et qui contient des isolants durcis, obtenus à partir d'au moins un liant et d'au moins un matériau de renforcement mécanique, par pression ou par laminage, et résistant aux produits de décomposition du gaz électronégatif qui se formes au moment des décharges électriques et/ou des arcs, ainsi qu'aux combinaisons de ces produits de décomposition avec les éléments chimiques se trouvant à l'intérieur de l'enceinte, caractérisé en ce que ces isolants contiennent une matière synthétique polymérisable durcie et du verre à base d'aluminate de calcium sous forme de fibres, sans silicium, bore ou matériau alcalin, l'utilisation d'autres matières de remplissage sans silicium, bore ou matériau alcalin n'étant pas exclue. 2/ Dispositif électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les isolants contiennent une matière de remplissage en poudre, sans silicium, bore ou matériau alcalin, dont la granulation se situe entre 1 et 50 microns. 3/ Dispositif électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la matière de remplissage en poudre est de la poudre de verre d'aluminate de calcium. 4/ Dispositif électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la matière de remplissage en poudre est de l'oxyde d'aluminium AI 2% 5/ Dispositif électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la matière de remplissage en poudre est de l'alumine trihydratée A12033H20. 6/ Dispositif électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la matière de remplissage en poudre est du sulfate de calcium. 7/ Dispositif électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la matière de remplissage en poudre est du fluorure de cacium. 8/ Dispositif électrique selon l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que le verre d'aluminate de calcium contient comme éléments constituants auxiliaires des oxydes tels que BaO, SrO, MgO, BeO, ZnO, La203, Sb203, ZrO2, P205, Fie203 Tir2. 9/ Dispositif électrique selon l'une des revendications 1 et 8, caractérisé en ce que le verre d'aluminate de calcium est constitué par des fibres individuelles dont la longueur est comprise entre 0,5 et 20 mm. 10/ Dispositif électrique selon l'une des revendications 1 et 8, caractérisé en ce que le verre d'aluminate de calcium est constitué par des bandes de fibres. 11/ Dispositif électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matière synthétique est une résine époxyde. 12/ Dispositif électrique selon la revendication 11, caractérisé en ce que la résine époxyde est une résine époxyde cycloaliphatique, dans laquelle au zains un oxygène de époxyde est lié directement à un noyau cycloaliphatique. 13/ Dispositif électrique selon la revendication 11, caractérisé en ce que la résine époxyde est une résine cycloaliphatique, dans laquelle au moins un groupe époxyde est lié au noyau cycloaliphatique par une liaison ester. 14/ Dispositif électrique selon la revendication 11, caractérisé en ce que la résine époxyde est à base de biphénol A. 15/ Dispositif électrique selon la revendication Il, caractérisé en ce que la résine époxyde est a bade dthydantotne. 16/ Dispositif électrique selon la revendication 11, caractérisé en ce que la résine époxyde est à base de triglycidilisocyanurate. 17/ Dispositif électrique selon l'une des revendications 1 a 10, caractérisé en ce que la matière syntXétique est une résine polyester insaturée durcie.