Brevet FR2474746A1 — publié le 19810731

La présente invention concerne un procédé permettant de protéger les gaines isolantes des enroulements d'une machine électrique tournante contre une atmosphère chargée d'humidité et/ou de matières conductrices. Les machines électriques tournantes sont quelquefois installées dans un environnement qui favorise le dépôt sur leurs enroulements de produits conducteurs de l'électricité soit seuls, s-oit associés à l'humidité ambiante. C'est en particulier le cas des machines électriques tournantes installées en milieu marin et dont les enroulements sont refroidis direc ment par un air humide chargé de sel. te sel se dépose sur les parties des gaines isolantes des enroulements qui ne sont pas en contact avec la masse, et il rend la surface desdites gaines isolantes progressivement conductrice de l'électricité. A partir du moment où la surface des gaines isolantes a atteint une certaine conductibilité superficielle, des arborescences (lignes conductrices provoquées par le passage d'un courant suffisamment intense pour carboniser le dépôt et l'isolant) apparaissent à la surface desdites gaines isolantes entre les points de celles-ci qui sont soumis à des potentiels différents. Ces arborescences rongent peu à peu ces gaines isolantes jusqu'à atteindre les conducteurs et à provoquer des défauts soit entre spires, soit entre phases, soit par rapport à la masse. C'est aussi le cas des machines électriques tournantes qui sont installées dans des locaux saturés d'humidité ou qui sont susceptibles d'être immergées ou arrosées sporadiquement. C'est pourquoi les machines électriques tournantes con-. nues, destinées à fonctionner dans ces conditions, sont habituellement construites de telle sorte que leurs enroulements ne soient pas en contact avec l'environnement agressif. Elles sont alors fermées ou rendues étanches de façon à etre convenablement protégées des agents extérieurs, mais une telle protection s'obtient au prix d'un accroissement sensible du coût du matériel par suite de la présence obligatoire d'un échangeur-de chaleur intégré ou non à la machine pour son refroidissement. En outre, il est nécessaire de soigner particulièrement l'étanchéité pour éviter les pénétrations même accidentelles de produits nuisibles. La présente invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients en fournissant un procédé permettant de protéger efficacement les enroulements d'une machine électrique tournante ouverte ou simplement protégée contre une atmosphère chargée d'humidité et/ou de matières conductrices, sans qu'il soit nécessaire d'avoir recours à des moyens de protection coûteux. A A cet effet, le procédé selon la présente invention est caractérisé en ce qu?il consiste à recouvrir la totalité de la surface des gaines isolantes des enroulements et de leurs connexions au moyen d'un matériau de revêtement ayant une résistance spécifique superficielle comprise entre environ 0,1 ohms.cm/cm et environ 100.000 ohms.cm/cm. le revêtement doit être continu et n'est interrompu qu'à des endroits choisis, de préférence dans la boîte à tomes de la machine électrique tournante, c'est-à-dire à des endroits où l'interruption du revêtement ne risque pas de créer un écoulement nuisible des charges auperficielles entre l'extrémité du revête- ment et un conducteur nu correspondant sous tension. le revêtement doit être suffisamment conducteur pour que les différences de potentiel à la surface des gaines isolantes des enroulements ne soient pas à même de donner naissance, entre deux points quelconques de la machine, à un courant capable de détériorer par arborescences lesdites gaines isolantes. Toutefois, comme le revêtement forme des boucles qui sont traversées par le flux magnétique engendré dans la machine, le revêtement ne doit pas être trop conducteur pour ne pas créer des spires en court-circuit et pour ne pas être parcouru par un courant capable de carboniser ledit revêtement et les gaines isolantes. C'est pourquoi le revêtement doit avoir une résistance spécifique superficielle comprise entre les valeurs susmention- nees et sera qualifié de-semi-..conducteur dans la suite de la description. le recouvrement des gaines isolantes des enroulements de la machine électrique tournante au moyen du revêtement semiconducteur peut être réalisé de diverses manières parmi lesquelles on peut citer entre autres les suivantes EXElE 1. Avant que les bobines garnies de leurs gaines isolantes ne soient mises en place sur le circuit magnétique du stator, on enroule un ruban semi-conducteur à base de carbone autour de chaque bobine par dessus leurs gaines isolantes. Ensuite, on place les bobines ainsi revêtues du ruban semi-conducteur dans les encoches du circuit magnétique du stator, puis on effectue de la façon habituelle les connexions électriques entre les bobines, les groupes de bobines et entre celles-ci et les bornes d'alimentation, et on recouvre de la façon habituelle lesdites connexions d'une gaine isolante.Ensuite, on enroule le ruban semi-conducteur à base de carbone par dessus les gaines isolantes des connexions électriques, en prenant bien soin qu'il n'y ait pas de solution de continuité entre le revêtement de ruban semi-conducteur déjà posé sur les bobines et celui qui est posé sur les gaines isolantes des connexions électriques, de façon à obtenir un revêtement continu couvrant la totalité de la surface des gaines isolantes des enroulements et de leurs conne xions électriques. La pose du ruban semi-conducteur sur les gaines isolantes est poursuivie à l'intérieur de la machine électrique tournante par exemple jusqu'à la traversée de la boîte à bornes.La transmission du potentiel des bornes à celui de la masse peut être alors réalisée facilement dans la boîte à bornes en noyant la fin du revêtement semi-conducteur et la partie de la traversée intérieure au moteur dans une résine ou dans un élastomère afin de soustraire cette zone à l'influence de l'envi- ronnement agressif. De bons résultats ont été obtenus en posant sur la totalité de la surface des gaines isolantes des enroule ment s et de leurs connexions électriques un ruban semi-conducteur graphité. EtEMPIE 2. Avant que les bobines garnies de leurs gaines isolantes ne soient mises en place de la façon habituelle sur le circuit magnétique du stator, on recouvre d'un ruban semi-conducteur ou d'un vernis semi-conducteur leurs parties qui seront situées dans le fer du circuit magnétique du stator après mise en place sur ledit circuit magnétique.Ensuite, après que les bobines ont été mise en place et que les connexions électriques entre les bobines ou les groupes de bobines et entre celles-ci et les bornes d'alimentation ont été effectuées et convenablement isolées de la façon habituelle à l'aide de gaines isolantes, le stator de la machine électrique tournante est immergé dans un bain de vernis semi-conducteur ou de peinture semi-conductrice pendant un temps suffisamment long pour que toutes les surfaces des gaines isolantes soient enduites de vernis ou de peinture.Ensuite, la machine est séchée et le revêtement semi-conducteur ainsi obtenu est soumis à un contrôle pour déterminer si sa résistance spécifique superficielle a la valeur choisie. le temps d'immersion de la machine électrique tournante dans le bain de peinture vernis semi-conducteur est déterminé expérimentalement notamment selon les dimensions et la puissance de la machine, selon le type de gaine isolante utilisé pour isoler les enroulements et les connexions électriques et selon la viscosité de la peinture ou du vernis utilisé. EXEMPTE 3. On procède comme dans I'exemple 2, mais, au lieu d'immerger la machine dans un bain de peinture ou vernis semiconducteur, la peinture ou vernis semi-conducteur est appliqué au pistolet de pulvérisation ou au pinceau sur toutes les surfaces des gaines isolantes des enroulements et des connexions électriques qui ne sont pas en contact avec la masse (fer du circuit magnétique du stator). Bien que, dans les trois exemples qui précèdent, il ait été fait plus particulièrement référence aux enroulements du stator de la machine électrique tournante, on peut procéder de la même façon avec les enroulements du rotor de la machine lorsque celle-ci comporte un rotor bobiné. Une première conséquence, la plus importante, de cette façon d'opérer pour protéger les enroulements d'une machine électrique tournante est que l'on peut construire, de façon économique par le procédé selon l'invention, des machines capables de fonctionner dans des environnements agressifs, voire d'être immergées. Leur coût sera un peu supérieur à celui d'une machine électrique tournante ouverte conventionnelle conçue pour un environnement non agressif, puisqu'il faudra soigner un peu plus l'isolation des parties des enroulements qui ne sont pas en contact avec la masse, mais leur coût sera très..inférieur à celui d'une machine fermée ou étanche conventionnelle. Une deuxième conséquence de la réalisation de ce revêtement semi-conducteur sur les gaines isolantes est que la qualité d'exécution de l'isolation par les gaines isolantes ne souffre pas la médiocrité. En effet, lors des contrôles contractuels de tenue diélectrique de la machine, la totalité de l'isolation est aoumise à la pleine tension, contrairement à ce qui se passe dans les enroulements classiques ou seules les parties en contact avec la masse sont soumises à cette contrainte de la tension. I1 en résulte que la moindre faiblesse d'isolation est décelée non seulement dans les parties de l'enroulement qui sont en contact avec le fer du circuit magnétique, mais dans la totalité des enroulements. Une troisième conséquence est que, dans les machines polyphasées dont les enroulements sont protégés par le procédé selon la présente invention, la contrainte de tension entre phases dans l'isolation disparaît pour faire place à une contrainte de tension par rapport à la masse qui est moins forte que la contrainte entre phases. On n'a donc plus à craindre des dégradations des gaines isolantes par des décharges électriques dans des intervalles d'air ou de gaz et l'on peut alors, si le refroidissement le permet, supprimer complètement les intervalles d'air entre les têtes de bobines ou entre les connexions électriques, ce qui a pour effet de réduire l'encombrement des machines. Une quatrième conséquence est que le vieillissement-des gaines isolantes peut être suivi avec beaucoup plus de précision qu'auparavant en surveillant l'évolution de caractéristiques telles que la conduction en haute tension continue, l'index de polarisation, le facteur de pertes diélectriques, les décharges partielles ou la résistance d'isolement. Lorsqu'on mesure les décharges partielles ou le facteur de pertes diélectriques, on supprime en effet les graves incertitudes qui entachent les résultants obtenus avec des enroulements classiques, comme par exemple la quasi-impossibilité de séparer les décharges internes qui sont nocives, des décharges externes qui le sont beaucoup moins.De même, lorsqu'on mesure l'index de polarisation ou la conduction en haute-tension continue ou la résistance d'isolement, on supprime l'influence des courants superficiels. I1 est également possible de contrôler en permanence l'état des gaines isolantes par un enregistrement (ou une indication assortie d'une alarme) d'une des caracté-ristiques précitées. Une cinquième conséquence est que la détection des défaillances des gaines isolantes est facilitée et que la protection des enroulements est améliorée. En effet, il est possible de prévoir un simple relais de masse qui convenablement réglé, permet de réduire considérablement les graves dommages habituellement constatés lorsqu'une défaillance de l'isolation se produit loin de la masse. Une sixième conséquence est que le nettoyage des machines électriques tournantes dont les enroulements ont été protégés par le procédé selon la présente invention, est possible sous tension aussi bien qu'hors tension. En outre, le nettoyage peut être fait simplement soit au jet d'eau ou de vapeur (pour autant que la pression ou la température ne détruisent pas le revêtement semi-conducteur), soit par immersion (asper sion) dans un agent de nettoyage (pour autant que cet agent soit chimiquement compatible avec le revêtement semi-conducteurs et l'isolation), sans qu'il en résulte des conséquences fâcheuses pour la machine et sans qu'il soit nécessaire de la sécher avant la mise sous tension. Une septième conséquence est la suppression de tout système ou procédé de séchage (résistances de réchauffage, marche en court-circuit, séchage par ventilation) qui était auparavant nécessaire pour maintenir l'isolation sèche pendant les périodes d'arrêt prolongé ou pour la maintenir à un degré de séchage suffisant pour que la mise sous tension soit sans danger. - EEVENDICATIONS 1.- Procédé pour protéger les gaines isolantes des enroulements d'une machine électrique tournante contre une atmosphère chargée d'humidité et/ou de matières conductrices, caractérisé en ce qu'il consiste à recouvrir la totalité de la surface des gaines isolantes des enroulements et de leurs connexions au doyen d'un matériau de revêtement ayant une résistance spécifique superficielle comprise entre environ 0,1 ohms.cm/cm et environ 100.000 ohms. cm/cm. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise à titre de matériau de revêtement un ruban semi-conducteur à base de graphite, qui est enroulé autour de chaque bobine et autour des connexions électriques entre les bobines et entre celles-ci et les bornes d'alimentation, pardessus les gaines isolantes desdites bobines et de leurs connexions. 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise à titre de matériau de revêtement un vernis semi-conducteur ou une peinture semi-conductrice ayant, après application sur les gaines isolantes et séchage, ladite résistance spécifique superficielle. 4.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le vernis ou la peinture est appliqué par immersion de la machine, après pose dès enroulements, dans un bain dudit vernis ou de ladite peinture. 5.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le vernis ou la peinture est appliqué au pinceau ou au pistolet de pulvérisation.