Brevet FR2430652A1 — publié le 19800201

L'inventíon concerne un papier synthétique pour l'isolement électrique à bain liquide, et son procédé de fabrication. On sait que les enroulements des transformateurs à haute tension, par exemple d'une tension de 22Q kV, et au-dessus, sont généralement contenus dans une cuve remplie d'huile minérale provenant de la séparation des diverses fractions du pétrole. Ceci permet, en raison de la forte rigidité diélectrique de l'huile1 de supporter des champs électriques d'une valeur supérieure à celle qui provoquerait un claquage dans l'air. De plus > la mise en circulation de l'huile facilite l'évacuation de la chaleur qui se dégage dans le transformateur par effet Joule. Il est également connu de séparer mécaniquement et électriquement ces enroulements par des couches isolantes solides d'un matériau perméable imprégné par la'huile et présentant alors une rigidité diélectrique supérieure à celle de cette dernière. La perméabilité à l'huile est indispensable car il ne doit pas subsister de bulles d'air qui provoqueraient des claquages électriques. Par ailleurs le remplacement de l'air par l'huile accroît aussi la conductibilité thermique et favorise ltévacuation de la chaleur. Enfin le matériau doit exister en feuilles de faible épaisseur pour pouvoir être enroulé facilement autour des conducteurs électriques. Il est classiquement constitué de papier, c'est-à-dire d'un non tissé de fibres de cellulose. Le mot non tissé signifie que les fibres sont solidarisées les unes des autres en se croisant sans tissage et en désordre. Outre ses avantages de forte rigidité diélectrique et de perméabilité à l'huile, le non tissé de cellulose imprégné d'huile presente une bonne tenue au -choc électnque une bonne résistance mécanique et des perte diEloetriques acceptables et il ne s'altè 4 yeientement dans les conditions d'usage, c'est-à-dire dans l'huile à une température de l'ordre de 100 C. Il présente cependant certains inconvénients : il est hygroscopique. 1l faut donc le sécher avec soin avant son imprégnation par l'huile, pour éviter que des traces d'eau n'aug entent les pertes et ne diminue la rigidité diélectrique.Il est peu élastique, ce qui provoque parfois des ruptures lors de l'opération de "guipage", c'està-dire lorsqu'on enroule un ruban isolant tendu avec une force importante autour d'un conducteur électrique. On connatt aussi des non tissés ou papiers qui se présentent sous la forme de feuilles d'épaisseur comparable à celle que l'on obtient avec la fibre de cellulose et qui sont imprégnables par l'huile. Ce sont des non tissés de polyesters ou de polypropylène imprégnés d'huiles éventuellement synthétiques telles que les polybutenes et utilisables pour l'isolation des conducteurs des câbles transportant des grandes puissances électriques. Ces matériaux présentent l'avantage de sécher rapidement, de présenter une faible constante diélectrique, et de donner avec l'huile un complexe dont les pertes sont faibles, ce qui est indispensable dans l'isolation des conducteurs des câbles. Toutefois, ils ne peuvent être utilisés sans risque pour l'isolation des transformateurs car ils présente une tenue électrique très médiocre aux ondes de choc. De tels papiers synthétiques sont notamment décrits dans l'article : "Synthetic insulation to replace oil impregnated paper in mains transmission cables." (Gibbons Starmmett, Electronics and Power 1er Mai 1975). La présente invention a pour but d'améliorer la tenue au choc électrique des isolants constitués par des papiers synthétique dans un bain liquide. Elle a pour objet un papier synthétique pour l'isolement électrique à bain liquide, - ce papier comportant une couche non tissée de fibres synthétiques thermoplastiques, - et étant caractérisé par le fait que ces fibres sont enrobées dans un matériau complémentaire laissant des pores entre les fibres, ce matériau complémentaire étant un haut polymère et possédant une température de fusion suffisamment inférieure à celle du matériau des fibres pour être pratiquement liquide à une température à laquelle le matériau des fibres présente encore une résistance mécanique. Elle a également pour objet un procédé de fabrication d'un papier synthétique pour l'isolement électrique à bain liquide, - comportant une opération de fabrication d'une couche non tissée de fibres synthétiques thermoplastiques, - caractérisé par le fait qu'il comporte en outre une opération d'application, sur la couche non tissée, d'une couche continue d'un matériau complémentaire qui est un haut polymère possédant une température de fusion suffisamment inférieure à celle du matériau des fibres pour qu'il soit pratiquement liquide à ur.e température à laquelle le matériau des fibres présente encore une résistance mécanique, - et une opération de fusion de la couche continue de manière que le matériau complémentaire enrobe les fibres en laissant des pores entre elles. A l'aide de la figure schématique unique ci-jointe, on va décrire ciaprès, à titre non limitatif, un mode mise en oeuvre de l'invention. Il doit etre compris que les éléments décrits et représentés peuvent, sans sortir du cadre de l'invention, etre remplacés par d'autres éléments assurant les memes fonctions techniques. La figure représente une vue en coupe d'un dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Un papier selon l'invention peut être fabriqué come suit, à titre d'exemple. On part d'une couche non tissée de polyester, par exemple de polytéréphtalate d'ethylène-glycol, colportant une charge constituée par de l'oxyde de titane avec une proportion de 0,5%. Son poids moléculaire moyen est coapris entre 20.000 et 25.000 environ. Son poids spécifique est compris entre 1,34 et 1,38 g,oa3 environ. Sa viscosité mesurée à l'appareil Davenport est d'environ 2.300 Poises à 2850C. Son point de rasollissement est voisin de 263-G. Son taux de cristallinité est de l'ordre de 18 à 20%. La rupture d'une fibre en traction se fait pour une contrainte de 32 grammes par tex. On sait que le tex est une unité de section utilisée pour des fibres textiles et qu'elle correspond à des fibres pesant 0,1 g/km de tex est appelé "titre". Le feutre utilisé dans l'exemple décrit est réalisé à partir de fibres continues dont le titre est compris entre I et 4 décitex, et vaut de préférence deux décitex environ, c'est-à-dire que les fibres pèsent deux décigrades par kilomètre. Les fibres sont dispersées par un courant d'air sur un tamis pour former un feutre peu dense qui est ensuite calandre à chaud, c'està-dire serré entre des rouleaux à une température sufffsante pour que la nappe acquière une cohésion suffisante. Cette couche non tissée présente les caractéristiques suivantes : épaisseur : 0,09 m titre de la fibre : 2 decitex (2 g pour 10.000 n) forte de la fibre : ronde (avant calandrage) point de fusion : 2700C Le coefficient de perméabilité B de cette couche vaut B = 72.1C 10 cm /s, et elle présente des pores de rayon troyen R = 24,3 lierons. On sait que le coefficient de perméabilite B est défini par la formule suivante après mesure d'un débit d'air à travers un echantillon de la couche à 25 C : B = 1,25.10-3 VE D S dp dans laquelle V est la viscosité de l'air en poises à 250C, E est l'épaisseur de l'échantillon en Cl, S est l'aire de l'éccantillon en D est le débit d'air en litres par minute, et dp est la différent de pression entre les deux faces de l'échantillon, en millimètres de erenre. Quoique le matériau décrit semble préférable, des fibres pourraient être constituées par d'autres polyesters, tels que le propane diol, ou encore par des matériaux autres que des polyesters, par exemple le polypropylène On applique sur cette couche non tissée une couche continue d'un matériau "complémentaire", constitué d'un haut polymere de préférence une polyoléfine, telle que le polypropylène, ou un polyester différent de celui des fibres. Ce matériau doit posséder une température de fusion suffisamment infé rieure à celle du matériau des fibres pour être pratiquement liquide à une température à laquelle le matériau des fibres présente encore une résistance mécanique. Dans l'exemple décrit ce matériau est du polypropylène, avec une épaisseur de 12 microns et une température de fusion de 1600C. il est pressé contre la couche non tissée avec une force de 1,2 T/cm2, à 2200C, pendant trois minutes. Cette pression, cette température et cette durée doivent évidemment être modifiées si on utilise d'autres matériaux. La température est choisie pour que le matériau complémentaire soit suffisamment fluide pour bien enrober les fibres, sans que celles ci soit déformées ou dégradées de manière appréciable. L'application d'une pression pour faire pénétrer le matériau complémentaire dans la couche non tissée ne semble pas absolument nécessaire, si celui ci est très fluide, pour obtenir une amélioration-de la tenue au choc électrique, mais elle semble fortement préférable dans le cas des matériaux les plus appropriés connus de l'inventeur. Elle est d'autant plus utile qu'en son absence la présence du matériau complémentaire entraînerait une augmentation d'épaisseur et une diminution du champ électrique supportable. L'épaisseur de la couche continue est choisie de manière à diminuer la perméabilité B dans un rapport de préférence supérieur à 10. Dans l'exemple décrit la perméabilité finale obtenue correspond à B 5 10-14 cm3/s , R étant inférieur à un micron. La perméabilité doit cependant rester suffisante pour permettre une bonne imprégnation par l'huile, et une certaine circulation de celle-oi. I1 semble préférable que le coefficient B reste supérieur à une valeur minimale Bm = 10'15 cm3/s I1 est par ailleurs clair que la couche continue précitée peut être appliquée sous la forme de plusieurs feuilles superposéee, et/ou sur les deux faces de la couche non tissée, cette dernière pouvant également être constituée de plusieurs feuilles. Seule l'épaisseur totale des matériaux semble importante de ce point de vue. Dans l'exemple décrit la tenue au choc électrique du papier dans l'huile (en utilisant 5 couches de papier superposées ?) était, entre électrodes planes, de 9O kV/mm environ pour la couche non tissée, et elle passe à 136 kV/mm environ après enrobage des fibres par le polypropylène. A titre de comparaison un papier de cellulose permet dtobtenir une tenue au choc de 11 ordre de 150 kV/mm ; mais ne présente pas les avantages précédemment indiqués des papiers synthétiques Sur la figure unique on a représenté en 2 la couche non tissée, en 4 la couche continue, et en 6 et 8 des plaques de pression permettant de chauffer et de presser ces couches, ces plaques de pression étant munies de canalisation 10 et 12 pour faire circuler un fluide de chauffage. REVENDICATIONS 1. Papier synthétique pour l'isolement électrique à bain liquide - ce papier comportant une couche non tissée de fibres synthétiques thermoplastiques, - et étant caractérisé par le fait que ces fibres sont enrobées par un matériau complémentaire laissant des pores entre les fibres, le matériau complémentaire étant un haut polymère et possédant une température de fusion suffisamment inférieure à celle du matériau des fibres pour être pratiquement liquide à une température à laquelle le matériau des fibres présente encore une résistance mécanique. 2. Papier selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'épaisseur du matériau complémentaire est suffisante pour diviser au moins par dix la perméabilité de la couche non tissée. 3. Papier selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le matériau des fibres est un polyester. Papier selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le polyester est un polytéréphtalate d'ethylène-glycol. 5. Papier selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le matériau complémentaire est une polyoléfine ou un polyester. 6. Papier selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la polyolefine est un polypropylène. 7. Procédé de fabrication d'un papier synthétique pour l'isolement électrique à bain liquide, - comportant une opération de fabrication d'une couche non tissée de fibres synthétiques thermoplastiques, - caractérisé par le fait qu'il comporte en outre une opération d'applicaticn, sur la couche non tissée, d'une couche continue d'un matériau complémentaire qui est un haut polymère possédant une température de fusion suffisamment inférieure à celle du matériau des fibres pour qu'il soit pratiquement liquide à une température à laquelle le matériau des fibres présente encore une résistance mécanique, - et une opération de fusion de la couche continue de manière que le matériau complémentaire enrobe les fibres en laissant des pores entre elles. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que ltopération de fusion s'accompagne d'une pression de la couche continue sur la couche non tissée de manière à faire pénétrer le matériau complémentaire entre les fibres. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'épaisseur de la couche continue et la pression sont choisies suffisamment grandes pour que la perméabilité du papier obtenu soit inférieure au dixième de celle de la couche non tissée avant l'opération de fusion.