Brevet FR2570216A1 — publié le 19860314

ta présente invention concerne un condensateur électrique dont le diélectrique est un film plastique métallisé placé dans un boitier étanche, rempli d'un fluide insolant. Ce mode de protection de la partie active du condensateur a un triple role : la soustraire à l'action néfaste de l'oxygène et de l'humidité atmosphérique ; la refroidir ; permettre le fonctionnement de systèmes de coupure automatique en cas de défaut permanent. Si le film métallisé est lisse ou très légèrement rugueux, l'enroulement est très compact et seule une petite quantité de liquide peut pénétrer dans la partie active. Si, par contre, le film métallisé est très rugueux, 11 espace libre entre les feuilles de diélectrique est suffisant pour assurer une imprégnation complète de la partie active. Dans un cas comme dans l'autre, que lton le souhaite ou non, une certaine quantité de liquide se trouve soumise à l'action du champ électrique pendant le fonctionnement du condensateur. Comme, dans les condensateurs modernes, ce champ électrique est très élevé, il faut que les liquides de protection ou d'imprégnation soient de bonne qualité et soigneusement choisis pour l'application considérée. Pour traiter ces liquides avant emploi, qu'ils soient neufs ou recyclés, on les déshydrate et les ddbara se de leurs impuretés par un traitement avec un produit adsorbant ou neutralisant. Les adsorbants sont choisis, après essai préalable, en fonction de leur efficacité et de leur compatibilité avec le liquide à traiter, Les plus communs sont des oxydes (alumine, sslice...), des silicoaluminates (argiles, tamis moléculaires...), des carbonates (alcalins, alcalino-terreux...) Un exemple montrera l'intér8t d'un traitement du liquide sur le comportement d'un condensateur en vieillissement accéléré - des condensateurs cylindriques de 12 WF réalisés avec un film de polypropylène métallisé à l'aluminium de 8 pm (Résistance de la couche métallique : 2,5 Ohms par carré) ont été vieillis pendant 500 H à 500 Volts efficaces, 50 Hz, à la température de 850C le liquide de protection était du phtalate d'éthyl-hexyle (D.O.P) à différents degrés de pureté. Les diminutions de capacité suivantes ont été notées TABLEAU I Diminution de la capacité % - sans protection 6,72 - DOP humide(+ de 500 mg H20/kg) 7,29 - DOP recyclé, non traité (env. 200 mg H20/kg) 3,51 - DOP recyclé, fraichement traité sur alumine active 2,11 Si l'on considère que la diminution maximale communément admise lors d'un tel essai est de 3 , on voit que seul un liquide convenablement traité permet d'atteindre l'objectif fixé. On voit aussi qu'unliquide très humide n'apporte aucune protection : il aurait, au contraire, tendance à accélérer la dégradation par rapport à un condensateur sans protection. Un examen des condensateurs après vieillissement normal ou accéléré montre toujours que le liquide qui a pénétré dans les spires externes des condensateurs s'est fortement dégradé et que cette dégradation a entraîné celle du métal de l'électrode : la couche métallique est souvent complètement désorganisée sur une longueur variable selon le serrage du condensateur, la nature du liquide et la durée de service. En dehors de cette zone, le métal n'est pratiquement pas dégradé. Ce phénomène n'est jamais observé avec une protection solide (enrobage par polymère thermodurcissable), on peut donc affirmer que c'est la pénétration du liquide dans la partie active du condensateur qui est prineipalement responsable de la dégradation des condensateurs à protection liquide. L'invention permet de limiter les effets de la dégradation du liquide de protection dans un condensateur. Elle consiste à traiter continuellement le liquide à l'intérieur du bottier étanche du condensateur, afin de conserver les propriétés initiales et de fixer, en dehors de la partie active, les éventuels produits de dégradation de ce liquide, par adsorption ou réaction chimique. Pour cela, on place dans les volumes libres du condensateur, qui sont normalement occupés par le liquide, une certaine quantité des produits adsorbants ou neutralisants utilisés pour le traitement de ce liquide avant emploi. Les mouvements de convection du liquide à l'intérieur du bottier du condensateur permettent un renouvellement du liquide se trouvant dans la partie active, ce liquide entre en contact avec l'adsorbant ou le neutralisant : ses impuretés se fixent sur l'adsorbant ou se combinent avec le neutralisant ; il retrouve sa qualité initiale et peut reservir sans inconvénient dans la zone active du condensateur. Quelques exemples montrent l'efficacité de l'invention Exemple 1 Des condensateurs de 12 pF au polypropylène métallisé à l'aluminium de 8 Wm d'épaisseur ont été vieillis pendant 1000 H à 485 Volts efficaces, 50 Es, à 850C. La résistance de la couche métallique était 2,8 à 3,0 Ohms par carré. Les condensateurs témoins (T) étaient remplis avec 54 g de D.O.P. ; dans les condensateurs selon l'invention (I) on a placé 33 g d'alumine activée (POROCEL) et on a rempli avec 39 g de D.O.P. Les résultats aux temps de 120, 500 et 1000 H sont donnés au Tableau II. Dans les colonnes 2 à 4 du tableau, sont comparées les pertes de capacité : le rapport d'amélioration T/I (col. 4) augmente avec le temps, ce qui indique que l'invention n'assure pas seulement un maintien de la qualité du liquide, mais qu'il continue à l'améliorer dans le temps. Dans les colonnes 5 et 6, nous avons calculé la pente moyenne de la courbe de variation de capacité dans les périodes comprises entre deux mesures de capacité : on voit très nettement que la vitesse de dégradation ( de capacité perdue par 1000 H) est pratiquement constante pour les témoins ; par contre, pour les condensateurs selon l'invention, elle décrott régulièrement avec le temps. De ce fait, le facteur d'amélioration T/I (col. 7) augmente avec le temps et atteint la valeur considérable de 6,75 entre 500 et 1000 H. Exemple 2 Des condensateurs de 12 pF au polypropylène métallisé à l'aluminium de 8 Wm ont été vieillis pendant 500 H à 500 Volts efficaces, 50 Hz, à la température de 850C. ta résistance de la couche métallique était 2,5-2,6 Ohmslcarré. Les condensateurs témoins (T) ont un volume libre de 24 cm3 : ils ont été remplis de différents fluides ; dans les condensateurs selon l'invention (I), on a placé, dans le volume libre, 9 grammes d'alumine activée (POROCEL) et complété le remplissage avec les mimes fluides. Les résultats sont donnés au Tableau III. Pour la mise en oeuvre de l'invention, il suffit de placer le produit actif (adsorbant ou neutralisant) dans le volume libre du condensateur avant fermeture du boîtier. Ce produit actif peut être simplement versé dans le condensateur, ou être immobilisé dans un- sachet poreux en papier, mousseline ou nonwtissé, ou être incorporé dans les papiers isolants qui sont, quelquefois, utilisés dans de tels condensateurs. Le principe de l'invention étant la présence du produit actif dans le boîtier, tout autre manière de lty placer ne sort pas du cadre de l'invention La plupart des produits en poudre, granulés ou billes courant ment utilisés pour le traitement des liquides diélectriques avant leur emploi sont utilisables : il faut et il suffit qu'ils soient adaptés au liquide contenu dans le boitier du condensateur. Parmi les produits utilisables, on peut citer : l'alumine naturelle ou artificielle activée (bauxite par exemple) la silice activée (gel de silice microporeux, kieselguhr, diatomite), les argiles (terre à foulon, attapulgite), les tamis moléculaires (aluminosilicates), les carbonates, oxydes et hydroxydes alcalins, alcalino-terreux ou de métaux divalents tels que le zinc. Cette liste n'est pas limitative et tout produit capable d'adsorber ou de neutraliser les produits formés par la dégradation du liquide pendant le fonctionnement du condensateur, peut être utilisé sans que l'on sorte du cadre de l'invention. Après introduction du produit actif dans le volume libre du condensateur, le boîtier est fermé. A partir de ce moment, le condensateur objet due l'invention, est traité comme un condensateur normal, à savoir : dégazage, remplissage sous vide, puis obturation des orifices d'imprégnation. Le liquide de remplissage peut être un ester de l'acide phtalique (par exemple phtalate de butyle, d'octyle, d'éthylhexyle ou diisononyle) ou un polyglycol (par exemple polypropylène-glycol). Bien que l'invention s'applique, d'une manière générale, à tout condensateur aux films plastiques métallisés, en boîtier étanche, rempli d'un fluide isolant, elle s'applique plus particulièrement aux condensateurs au polypropylène métallisé avec de l'aluminium, du zinc, une association de ces deux métaux ou de l'un d'entre eux, ou des deux, avec un autre métal. La métallisation pouvant être recouverte d'une couche de protection conductrice ou isolante, l'invention s'applique à tout liquide isolant utilisé pour la protection des condensateurs aux films métallisés, mais plus particulièrement à ceux utilisés ou utilisables avec le polypropylène métallisé. Les condensateurs électriques réalisés selon l'invention sont utilisables dans les mêmes conditions que les condensateurs conventionnels : ils ont l'avantage, à tension de service égale, d'avoir une durée de vie plus longue ; ou, à durée de vie donnée, d'accepter une tension de service augmentée. TABLEAU II T = Témoin I = Invention 1 2 3 4 5 6 7 Temps de diminution Rapport Variation Rapport vieillissement de capacité d'amélioration pour 1000 H d'amélioration (heures) (%) (%) T I T/I T I T/I 0 0 0 - - - - - 8,00 4,33 1,85 120 0,96 0,52 1,85 - - - - - 11,82 2,89 4,09 500 5,45 1,62 3,36 - - - - - 10,80 1,60 6,75 1000 10,85 2,42 4,48 - - - TABLEAU III Rapport Fluide de Perte de capacité (%) d'amélioration protection T I T/I Air 6,72 4,80 1,40 D.O.P. 3,51 2,06 1,70 P.P.G.* 2,24 1,40 1,60 * P.P.G. = polypropylène-glycol REVENDICATIONS 1 - Condensateur électrique dont le diélectrique est constitué par un film plastique métallisé, protégé par un bolier étanche rempli d'un liquide isolant, caractérisé en ce qu'il contient, dans le volume libre occupé par ledit liquide, une certaine quantité d1un produit adsorbant ou neutralisant capable d'assurer, pendant le fonctionnement du condensateur et en dehors de la partie active, la fixation des produits de dégradation formés par action du champ électrique, dans le liquide qui a pu séjourner dans la partie active du condensateur. 2 - Condensateur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le film plastique est à base de polypropylène. 3 - Condensateur électrique selon la revendication 1 ou caractérisé en ce que le métal déposé sur le film est de l'aluminium ou un ailiage d'aluminium. 4 - Condensateur électrique selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le métal déposé est du zinc ou un alliage de zinc. 5 - Condensateur électrique selon les revendications 3 ou 4 caractérisé en ce que la couche de métal est recouverte d'une couche de protection conductrice ou isolante. 6 - Condensateur électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le liquide de protection est un ester ou un mélange d'esters de l'acide phtalique, plus particulièrement choisi parmi les phtalates de butyle, oetyle, éthylhexyle ou diisononyle 7 - Condensateur électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le liquide de protection est un polyglycol, plus particulièrement un polypropylène-glycol. 8 - Condensateur électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le produit actif placé dans le volume libre du liquide, est un oxyde métallique, plus particulièrement de l'alumine activée, de la bauxite activée, du gel de silice microporeux, du kieselguhr, de la diatomite. 9 - Condensateur électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le produit actif placé dans le volume libre du liquide est un silicoaluminate, plus particulièrement une argile : (terre à foulon, attapulgite) ou un tamis moléculaire. 10 - Condensateur électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le produit actif placé dans le volume libre est un agent neutralisant capable de réagir avec des produits de dégradation acides, plus particulièrement choisis dans la classe des oxydes, hydroxydes ou carbonates des métaux alcalins, alcalino-terreux ou du zinc.