Brevet FR2685535A1 — publié le 19930625

PROCEDE DE FABRICATION D'UN CONDENSATEUR A VIEILLISSEMENT RETARDE ET CONDENSATEUR FABRIQUE SELON CE PROCEDE. L'invention est relative à un procédé de fabrication d'un condensateur comprenant un ou plusieurs bobinages ayant deux armatures métalliques séparées par un ou plusieurs films de polypropylène. Dans les condensateurs de puissance, on utilise principalement le polypropylène comme matériau diélectrique, intercalé entre des armatures métalliques Les armatures peuvent être constituées par des feuilles d'aluminium bobinées avec le ou les films de polypropylène ou être constituées par un revêtement métallique d'une ou des deux faces du film de polypropylène Le bobinage constitué par l'enroulement des armatures et du polypropylène est généralement imprégné par un liquide diélectrique, mais l'invention est applicable à des condensateurs secs dans lesquels le bobinage est disposé dans l'air ou dans un gaz à rigidité diélectrique élevée, notamment l'hexafluorure de soufre. Le bobinage peut également être disposé dans un milieu solide, en particulier dans des graisses. Il a été constaté que les condensateurs précités présentent un vieillissement en cours d'utilisation qui se traduit par une baisse de la rigidité diélectrique, et par des claquages internes mettant rapidement le condensateur hors service. La présente invention a pour but de réaliser un procédé de fabrication d'un condensateur dont le vieillissement est retardé. Le procédé de fabrication selon l'invention est caractérisé en ce qu'on introduit, lors de la fabrication, des éléments de pré-réticulation du polypropylène comprenant un monomère polyfonctionnel dont les fonctions de la chaîne, une fois activées, réalisent une liaison chimique avec les chaînes macromoléculaires de polypropylène et que la réticulation du polypropylène est engendrée sous l'action du champ électrique et/ou de la température au cours de l'utilisation du condensateur, de façon à réduire la dégradation de la rigidité diélectrique du film polypropylène. Le vieillissement du condensateur est essentiellement dû à une dégradation du polypropylène qui engendre une baisse de la rigidité diélectrique En engendrant selon l'invention une réticulation du polypropylène au cours de l'utilisation du condensateur, on constate une diminution notable du phénomène de vieillissement et des claquages consécutifs à ce vieillissement La réticulation du prolylopylène vise à créer des liaisons chimiques entre les chaînes macromoléculaires pour obtenir un réseau tridimensionnel qui améliore les propriétés du polypropylène On incorpore au polyproplylène des monomères polyfonctionnels qui sont des petites chaînes organiques possédant des fonctions chimiques qui une fois activées peuvent réaliser des liaisons chimiques avec les chaînes macromoléculaires du polypropylène Le mécanisme de réticulation nécessite en plus un apport d'énergie pour créer ces nouvelles liaisons chimiques et selon l'invention, cette énergie est produite par le champ électrique et/ou la température engendrée au cours de l'utilisation du condensateur L'invention consiste à utiliser un polypropylène non réticulé et de créer les conditions favorables à une réticulation par adjonction de monomères polyfonctionnels On crée ainsi un polyprolylène pré-réticulé dont la réticulation est enclenchée et par la suite entretenue par un apport d'énergie fourni lors de l'utilisation du condensateur La rigidité diélectrique du polypropylène est ainsi stabilisée au cours du fonctionnement du condensateur dont la longévité est ainsi notablement améliorée. Les monomères polyfonctionnels ou agents de liaison utilisés sont des molécules ou composés chimiques qui possèdent une ou plusieurs fonctions chimiques aptes à créer une liaison chimique avec le polypropylène en présence d'une énergie d'activation Le monomère polyfonctionnel a une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: il est une macromolécule organique de bas poids moléculaire, à structure oléifinique comportant des doubles liaisons comme par exemple le polybutadiéne il comporte un groupe vynil comme par exemple le vynil triméthoxysilane il comporte un groupe acrylyl ou un groupe acrylate (acide acrylique) comme par exemple: le tétraméthylolméthane tétraacrylate, le triméthylolpropane triacrylate, le 1 6 hexaneoglycoldiacrylate il comporte un groupe isocyanato ou un groupe cyanoto ou un cycle cyanurique ou un cycle cyanurate (acide cyanurique) comme par exemple: le triallyl isocyanurate, le triallyl cyanurate il comporte un éther avec un groupe allyl comme la glycérine Allyl éther il comporte une cétone cyclique ou une bicétone (quinone) comme par exemple le p-benzoquinone il comporte un groupe phénoxy comme par exemple le phénol il comporte un groupe phénylénedioxy comme l'hydroquinone il comporte un cycle époxy comme par exemple: le diglycidyletherdubisphénol A, le 3-4 époxy cyclo hexyl méthyl- 3-4-époxy cyclohexane carboxylate. Selon un développement de l'invention, le mécanisme de réticulation est favorisé par l'utilisation d'accélérateurs d'activation qui sont des molécules chimiques faciles à être activées et à former un radical qui transférera son activation dans les zones de liaison L'accélérateur d'activation est avantageusement choisi parmi les produits suivants: le péroxyde de benzoyle le péroxyde de di tert butyle le péroxyde de dicumyle le 1,4 diterbutylperoxy diisopropybenzène le 2,5 diméthyl 2,5 diterbutyl peroxhexyne le tert-butyl perbenzoate. Afin de guider toutes ces espèces activées vers un processus de réticulation, il est avantageux d'ajouter un produit antioxydant, notamment des molécules ou composés chimiques ayant des propriétés d'inhibition de la dégradation du polyproplylène Ces produits ont de plus l'avantage de stabiliser le polymère réticulé et il sont notamment choisis parmi les produits suivants: le 2,6 di ter butyl 4 méthyl phénol le méthylène 3 ( 3 ', 5 ' di -tert butyl 4-hydrooxyphényl) - propionate l'hydroxybenzophénone. L'invention concerne un condensateur réalisé selon le procédé précité, ce condensateur étant caractérisé en ce qu'il incorpore des éléments de pré-réticulation et que l'opération de réticulation du polyprolylène est déclenchée et entretenue au cours du fonctionnement du condensateur sous l'action du champ électrique et/ou de la température. Les agents ou éléments de pré-réticulation peuvent être incorporés au condensateur en différents stades de sa fabrication Lorsque le condensateur comporte un liquide diélectrique d'imprégnation, les éléments de pré-réticulation sont de préférence mélangés à ce liquide diélectrique qui est au contact du polypropylène Les éléments de pr 6- réticulation peuvent également être incorporés à tout moment dans la chaîne de transformation du polypropylène depuis son élaboration sous forme de résine de base jusqu'à sa mise en oeuvre pour constituer un élément capacitif de condensateur On dispose ainsi d'un film de polyproplylène contenant tous les éléments pour la réticulation lors de l'utilisation dans un condensateur, et ce film de polyproplylène peut être utilisé dans tous types de condensateurs, avec ou sans liquide d'imprégnation, à isolation gazeuse ou solide Il est également possible d'introduire les éléments de pré-réticulation lors du bobinage de l'élément de condensateur, par exemple par saupoudrage ou tout autre moyen opérant, amenant ces éléments de pré-réticulation en contact du polypropylène. Deux exemples de condensateurs dont le vieillissement a été amélioré par le procédé selon l'invention sont donnés ci- dessous: Exemple 1 Le condensateur de puissance est constitué par un ensemble d'éléments bobinés qui comprennent deux armatures électriques sous forme de bandes métalliques entre lesquelles est intercalé un isolant diélectrique sous forme de films de polypropy lne. Les éléments bobinés sont imprégnés par un liquide dielectrique, notamment par un mélange de mono et de dibenzyltoluéne Pour limiter la dégradation sous champ électrique des films de polypropyléne, les éléments pré-réticulants sont introduits dans le condensateur au moment de l'imprégnation Le liquide d'imprégnation contient les additifs suivants: du peroxyde de dicumil, c'est à dire du Bis ( Exemple 2 Le condensateur de puissance est constitué par un ensemble d'éléments bobinés qui comprennent deux films de polypropyléne métallisés enroulés alternativement Pour limiter la dégradation sous champ électrique des films de polyproplyléne, on incorpore au matériau, au moment de l'élaboration du film de polypropylène, de façon homogène les additifs suivants: du benzoyl peroxyde à 2 % en poids du 1,4 benzoquinone à 1 % en poids. L'invention est bien entendu nullement limitée au procédé plus particulièrement décrit, et elle s'applique à des condensateurs basse tension ou moyenne et haute tension. REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication d'un condensateur comprenant un ou plusieurs bobinages ayant deux armatures métalliques séparées par un ou plusieurs films de polypropylène, caractérisé en ce qu'on introduit, lors de la fabrication, des éléments de pré- réticulation du polypropylène comprenant un monomère polyfonctionnel dont les fonctions de la chaîne, une fois activées, réalisent une liaison chimique avec les chaînes macromoléculaires de polypropylène et que la r 6 ticulation du polypropylène est engendrée sous l'action du champ électrique et/ou de la température au cours de l'utilisation du condensateur, de façon à réduire la dégradation de la rigidité diélectrique du film polypropylène. 2 Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on ajoute au monomère polyfonctionnel un accélérateur d'activation facile à activer et à former un radical. 3 Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on ajoute un agent stabilisant pour orienter la réaction vers un processus de réticulation. 4 Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que le monomère polyfonctionnel a une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: il est une macromolécule organique de bas poids moléculaire, à structure oléifinique comportant des doubles liaisons comme par exemple le polybutadiène il comporte un groupe vynil (CH 2 CH-) comme par exemple le vynil triméthoxysilane il comporte un groupe acrylyl (CH 2 CHCO-) ou un groupe acrylate (acide acrylique) (CH 2 CHCOO-) comme par exemple: le tétraméthylolméthane têtraacrylate, le triméthylolpropane triacrylate, le 1 6-hexaneoglycoldiacrylate il comporte un groupe isocyanato (OCN-) ou un groupe cyanoto (NCO-) ou un cycle cyanurique (C 3 N 3) ou un cycle cyanurate (acide cyanurique) (C 3 N 303) comme par exemple: le triallyl isocyanurate, le triallyl cyanurate il comporteun éther avec un groupe allyl (CH 2 CHCH 20-) comme la glycérine Z Allyl éther il comporte une cétone cyclique (OC 6 Hx-) ou une bicétone (quinone) (O 2 C 6 Hx-) comme par exemple la p-benzoquinone il comporte un groupe phénoxy (C 6 Hx O-) comme par exemple le phénol il comporte un groupe phénylènedioxy (-OC 6 Hx O-) comme l'hydroquinone il comporte un cycle époxy (-CHOCH-) comme par exemple: le diglycidyletherdu bisphénol A, le 3-4 époxy cyclo hexyl méthyl- 3-4-époxy cyclohexane carboxylate. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments de pré-réticulation sont mélangés au liquide diélectrique d'imprégnation du bobinage. 6 Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les éléments de pré-réticulation sont incorpor 6 S au film de polypropylène lors de sa fabrication. 7 Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 5, caractéris 6 en ce que les éléments de pré-réticulation sont déposés sur le film de polypropylène au cours de l'opération de bobinage. 8 Condensateur réalisé par le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il incorpore des éléments de pré-réticulation et qu'une opération de réticulation de polypropylène est déclenchée et entretenue au cours du fonctionnement du condensateur sous l'action du champ électrique et/ou de la température. 9 Condensateur selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un bobinage de films de polypropylène métallises.