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Perfectionnements aux condensateurs électrostatiques et à leurs diélectriques.
La présente invention se rapporte aux dilectri- ques pour appareils électriques et aux condensateurs lectros- tatiques.
L'objet général de la présente invention est de réaliser un diélectrique pour appareils -électriques tels que les condensateurs, les transformateurs, les câbles ou analo- gues, ayant une tension de rupture élevée ainsi qu'une forte résistance d'isolement, et qui possède, lorsqu'il est utilisé dans les condensateurs, une caractéristique de facteur de puis- sance décroissante avec l'accroissement de la température au- dessus de la zone normale de température de fonctionnement du condensateur, et qui sera toujours en contact intime complet avec l'armature du condensateur pendant les périodes d'utilisa-
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tion ou de non utilisation, et qui ne sera pas sujet, lorsque cette condition continue d'une manière permanente sur de longues périodes de fonctionnement, sur courant alternatif ou continu,
à une oxydation ou un durcissement progressif et ne tendra pas non plus à se séparer de l'électrode.
Un autre objet de la présente invention est de réa- liser un diélectrique qui soit solide et non coulant à la température normale, mais qui ait une basse viscosité aux températures élevées et qui puisse être facilement imprégné dans des corps poreux ou convenablement moulé dans la forme désirée.
Un autre objet de l'invention est de réaliser un diélectrique solide pour un condensateur électrostatique du type à feuille enroulée serré, de telle sorte que le conden- sateur soit capable de fonctionner sur courant alternatif.
Un autre objet est de réaliser un condensateur électrostatique utilisant un diélectrique qui procure tous les avantages de l'huile, mais qui est solide et non fluide aux températures normales, qui permette la construction de condensateurs électrostatiques en carton ou autre réceptacle non métalliques, et qui élimine lanécessité de garnitures d'étanchéité coûteuses nécessaires dans le cas de l'utilisa- tion de l'huile ou d'autres diélectriques liquides.
Conformément à la présente invention, le diélectri- que consiste en un produit d'un hydrocarbure ou résine végéta- le hydrogéné, polymérisé, thermoplastique, thermoadhésif et liquéfiable, avec lequel est combiné un diélectrique plasti- fiant, pour former un diélectrique composite qui soit ther- moplastique, thermoadhésif et liquéfiable, et enfin qui soit stable dans toutes les conditions de fonctionnement.
L'invention consiste également en un condensateur ayant un diélectrique tel que celui qui a été défini ci-dessus.
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Pour que l'invention soit plus clairement comprise, on la décrira en référence aux dessins annexés, qui en repré- sentent, à titre d'exemple, deux formes de réalisation:
La figure 1 est une vue en plan d'un condensateur ayant un diélectrique conforme à la présente invention;
La figure 2 est une section perpendiculaire du con- densateur représenté à la figure 1, la coupe étant faite sui- vant la ligne 2-2 de la figure 1;
La figure 3 est une vue en plan d'un condensateur à vide ayant un diélectrique conforme à la présente invention;
La figure 4 est une vue en coupe du condensateur représenté à la figure 3, la coupe étant faite suivant la ligne 4-4 de la figure 3;
Les figures 5, 6 et 7 sont des courbes montrant les caractéristiques du facteur de puissance en fonction de la température, de diverses compositions du diélectrique conforme à l'invention, comparées aux diélectriques d'usage courant; et
La figure 8 est une courbe montrant les caractéris- tiques de résistance en fonction de la température de diver- ses compositions diélectriques conformes à l'invention, par comparaison avec des diélectriques d'usage courant.
Dans la technique, on prévoit l'utilisation de diélectriques organiques solides dans des condensateurs appro- priés à l'usage en courant continu. De tels condensateurs, toutefois, ne fonctionneront pas sur du courant alternatif entretam en raison des effets destructifs électromécaniques et électrochimiques du courant alternatif à haute tension et de leur perte inhérente progressive de facteur de puissance avec l'élévation de la température. On a trouvé que les matières cristallines qui sont trop rigides ou fragiles montreront un - effet irrégulier sur la surface en contact avec les électrodes;
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en raison des forces électrostatiques'du champ.
Lorsque des composés solides synthétiques ont été utilisés, comme par exemple des composés halogénés des esters de cellulose, il a été remarqué qu'aune dissociation peut se produire avec les effets électrolytiques, comme la séparation d'un radical aci- de ou d'un gaz halogène, avec un courant alternatif à haute tension. Ces défauts ou caractéristiques produisent un accrois- sement de la perte de facteur de puissance du condensateur, avec des effets destructifs localisés et une rupture défini- tive. De tels effets sont accélères par les températures éle- vées. Lorsque des séparations en papier avec des diélectri- ques liquides sont utilisées, il se produit une migration des impuretés, malgré la présence des séparations ou pièces d'é- cartement.
Jusqu'ici, pour obtenir un condensateur capable de fonctionner d'une manière continue avec du courant alternatif, il a été nécessaire d'utiliser un diélectrique liquide, comme l'huile de ricin, l'huile minérale, ou un diélectrique synthé- tique liquide, comme le diphényle chloré. Ces matières sont capables de supporter les champs alternatifs à haute tension grâce à leur mobilité, au transfert de la chaleur, et au con- tact continu avec les électrodes, mais ont des limitations bien définies, particulièrement en ce qui concerne la tem- pérature ambiante maximum à laquelle elles peuvent conti- nuer à fonctionner, et les potentiels maxima qui peuvent être appliqués pour une épaisseur donnée du diélectrique ou pour un écartement donné entre feuilles ou plaques.
On a remarqué qu'aux températures élevées, ces diélectriques li- quides libèrent une matière ionisable, laquelle, en raison de l'état de mobilité du diélectrique liquide, est facile- ment déchargée entre les électrodes très rapprochées et une conduction'à la fois électrolytique et cataphorique prend
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naissance, simultanément à une destruction progressive. Une contre-indication pratique de l'usage des diélectriques li- quides est la nécessité coûteuse de prévoir des récipients à fermeture étanche aux liquides. Le prix de revient de la fer- meture étanche d'un condensateur rempli d'huile, et en parti- culier pour empêcher les fuites aux bornes, est plusieurs fois supérieur au prix de revient de la section de condensateur.
Néanmoins, jusqu'ici, les condensateurs à huile ou autres diélectriques liquides ont été et sont exclusivement utilisés pour le fonctionnement continu en courant alternatif, car il n'existait aucun condensateur satisfaisant à diélectrique or- ganique solide; capable de fonctionner en courant alternatif sous des tensions commerciales ou à des températures élevées.
En raison de la propriété-d'écoulement libre de ces diélectri- ques liquides, et de la tendance à la migration des impuretés à l'intérieur du condensateur, les pièces d'écartement ou sé- parations en papier utilisées entre les plaques ou lames ont été de la densité maximum qu'il était possible d'obtenir.
On a découvert que la combinaison de certaines ma- tières produit un diélectrique solide, qui, associé à des élec- trodes en feuilles très rapprochées et un isolant de cellulose, permet la réalisation de condensateurs électrostatiques du type à feuille enroulée, capables d'un fonctionnement continu de longue durée avec faible facteur de puissance sur du cou- rant alternatif à haute tension et température élevées. La base de cette composition diélectrique est une résine organi- que du type liquéfiable et thermoplastique. La résine doit être hydrogénée et résistante à l'oxygène et non absorbante; elle doit être polymérisée à une forme solide stable.
Elle doit être liquéfiable d'une manière répétée aux températures au-dessous de la température de destruction des isolants de cellulose, et, une fois refroidie, elle doit revenir à son état
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initial. Elle est usuellement cassante ou fragile, mais ther- moadhésive. De plus, cette résine doit posséder le pouvoir de se combiner à un autre diélectrique liquide ou liquéfiable à des températures inférieures au point de destruction de l'iso- lant poreux, qui soit également hydrophobe et qui plastifie la résine.
La combinaison des deux diélectriques doit produire une matière stable, de résistance spécifique élevée, qui soit solide, mais légèrement plastique, qui ne s'oxyde pas facile- ment, ni se polymérise davantage pendant le fonctionnement, qui soit thermoplastique d'une manière permanente, qui adhère avec ténacité aux électrodes, qui soit liquéfiable d'une manière répétée sans dissociation aux températures inférieures au point de destruction de l'isolant poreux, et à une température suffisamment basse, par exemple au moins au voisinage de 110 C à 150 C, pour permettre son imprégnation facile et complète par le vide et sans pression, dans une unité de condensateur à enroulement serré, utilisant un isolant de cellulose,
et cette matière devrait être suffisamment stable et immobile à toutes les températures de fonctionnement, pour empêcher une migration électrolytique ou cataphorique des impuretés entre les feuilles; elle devrait posséder la propriété d'agir comme un joint effectif étanche à l'eau pour l'unité de condensa- teur. L'adhérence ou la liaison du diélectrique aux électro- des est un facteur important pour obtenir une longue durée de fonctionnement en marche normale ou anormale, sous courant alternatif. Le diélectrique ne devrait pas avoir un coeffi- cient positif important de perte de facteur de puissance aux températures de fonctionnement les plus élevées.
L'imprégnation des condensateurs à isolant de pa- pier demande, habituellement, cinq à quinze heures à une température de 130 à 150 C, l'imprégnant diélectrique devant rester stable et liquide, pendant cette période, pour assurer
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une imprégnation totale et adéquate. Pour cette raison, les polyméres élevés instables des résines, qui se polyméri- sent progressivement lorsqu'ils sont chauffés et qui durcis- sent ou se solidifient aux températures élevées, ne sont pas appropriés.
En plus des caractéristiques mentionnées ci-dessus, ces résines ont une autre propriété unique en commun, c'est- à-dire qu'elles auront un facteur de puissance plus faible aux températures de fonctionnement qu'aux températures ambian- tes normales. Cette propriété de posséder un facteur de puissance plus faible aux températures élevées, caractéristi- que des résines de la présente invention, et du diélectrique dont elles constituent la base, est de très grande importance pour empêcher une destruction progressive du condensateur aux températures de fonctionnement élevées.
Une des causes majeu- res de la rupture des condensateurs utilisés avec les moteurs à capaeitance, en particulier lorsque le condensateur est monté à l'intérieur du bâti du moteur, est le coefficient po- sitif du facteur de puissance avec la température, pour le diélectrique du condensateur. Le diélectrique se perce par suite d'un accroissement progressif du facteur de puissance et de la température, qui tend à abaisser le pouvoir dilec- trique. En contraste immédiat avec ceci, les diélectriques conformes à la présente invention ont un facteur de puissance décroissant avec des températures croissantes, en particulier aux températures rencontrées dans les petits moteurs, c'est-à- dire s'élevant jusqu'à 60 C.
L'abaissement de ce facteur de puissance introduit un facteur de portection, permettant le fonctionnement sur une période considérablement plus longue qu'il n'a été possible avec les diélectriques actuels et an- ciens.
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Les résines possèdent toutefois certaines limitat- tions qui entravent dans une grande mesure leur application par elles-mêmes comme diélectrique pour des condensateurs électrostatiques. Elles sont très fragiles, craquent en re- froidissant, sont trop visqueuses lorsqu'elles sont chauffées au point de fusion, et les condensateurs réalisés avec ces résines présentent une basse tension de rupture avec des effets destructifs du champ électrique dus à leur rigidité et au défaut d'imprégnation adéquate. Lorsqu'elles sont combi- nées et plastifiées avec un diélectrique approprié toutefois, elles produisent une matière organique solide éminemment sa- tisfaisante pour l'usage continu sur du courant alternatif.
D'une manière générale, on peut dire que les rési- nes organiques qui sont hydrogénées, polymérisées, thermoplas- tiques et liquéfiables d'une manière répétée à une température d'imprégnation admissible, sans variation essentielle, sont appropriées pour former la base des diélectriques conformes à la présente invention. Parmi ces résines peuvent être mentionnées les suivantes: les polymères solides du di-hydro- naphtalène, l'indène hydrogéné, l'indène de cumarone hydrogéné, l'acénaphténe hydrogéné etc...
Les résines les plus appropriées du groupe ci- dessus sont les résines hydrogénées polymérisées thermoplas- tiques non polarisées, contenant simplement du carbone et de l'hydrogène.
Bien que moins satisfaisantes que les résines hydro- carbonées mentionnées ci-dessus, les résines d'arbre hydrogé- nées, comme la "rosine" hydrogénée ou la thérébentine hydrogé- née, peuvent également être utilisées.
L'addition d'hydrogène à la structure cyclique conjuguée du naphtalène (C10H8) pour produire le di-hydro- naphtalène (C10H10) et la polymérisation subséquente à l'état
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solide (C40H40) donne une des meilleures résines hydrocarbo- nées pour le but de l'invention.
Bien que la base naphtalène ait donné les dérives hydrogénés profères, on pourrait également utiliser les dé- rivés hydrogènes du méthylnaphtalène Ó et du méthylnaphtalè- ne/?. Tous deux réagissent dans le processus d'hydrogénation, comme par la méthode par addition de sodium, d'une manière identique, pour produire le dérivé di-hydrogéné, et les poly- mères respectifs.
Les résines commerciales ordinaires d'indène-cuma- rone ne sont pas satisfaisantes comme bases, à moins d'être hydrogénées. Les résines d'indène-cumarone hydrogénées sont thermoplastiques d'une manière permanente, et ne deviennent pas non plastiques après une certaine période de fonctionne- ment ou un certain temps, comme le font les formes non hydro- génées. Les résines hydrogénées de poly-indène sont satisfai- santes.
Bien que le cumarone hydrogéné ou un mélange cuma- rone-indène soit satisfaisant, la matière préférée est l'indè- ne hydrogéné seul, lequel, comme l'indique sa structure est un carbure d'hydrogène pur, possédant à la fois les propriétés aromatiques et d'une oléfine. Le cumarone étant l'analogue de l'indène, avec oxygène, n'est pas aussi approprie.
Parmi les diélectriques qui se combineront avec les résines mentionnées plus haut pour former les dlélectri- ques adhésifs stables non dissociables, on peut énumérer les matières suivantes : les huiles diélectriques qui ne sèchent pas telles que les huiles minérales et de ricin (qui se dis- tinguent des huiles de lin ou "chinawood" qui tendent d'une manière inhérente à se polymériser et à durcir avec le temps), l'huile de ricin hydrogénée, le liquide ou la résine de diphé- nyl chloré, le naphtalène chloré, les bimères des résines li-
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quéfiables thermoplastiques, comme du di-hydronaphtalène etc...
Le produit obtenu par la combinaison des diélec- triques formés dans ces deux groupes de matières, lorsqu'ils sont chauffés ensemble dans les bonnes proportions, remplit les conditions exigées pour un diélectrique organique stable solide capable de fonctionner sur du courant alternatif dans un condensateur électrostatique du type à enroulement serré.
En général, le diélectrique peut être préparé en chauffant la résine solide à une température telle que de 120 à 140 C, puis lorsqu'elle est liquide, en ajoutant l'huile ou autre diélectrique plastifiant.
Pour la plupart des usages, le diélectrique ajouté ne devrait pas être présent dans une proportion supérieure à 40 %, la proportion préférée étant d'environ 15 à 30% du diélectrique total. Dans certains cas, toutefois, lorsqu'il n'est pas nécessaire que le diélectrique soit dur dans toutes les conditions de fonctionnement, il est possible que le dié- lectrique ajouté s'élève à 50 % du diélectrique total.
Lorsque des huiles visqueuses sont utilisées, il est avantageux d'ajouter 1% de naphtalène à l'huile, afin de réduire la viscosité et de faciliter l'imprégnation du condensateur par les diélectriques combinés.
Une combinaison préférée, en particulier dans le cas de l'utilisation avec un séparateur de papier poreux ou d'une combinaison de papier et de cellulose régénérée en feuille, est formée en combinant 79 % de naphtalène hydrogéné solide avec 20 % d'huile minérale de degré élevé, ayant une viscosité de 100 unités "Saybolt" à une température de 99 C, et 1% de naphtalène. La composition peut être préparée en chauffant le naphtalène hydrogéné solide à 140 C, et, lorsqu'il est complètement liquide, la matière additionnelle, telle que - l'huile hydrocarbonée, est introduite et le mélange est agité
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d'une manière continue jusqu'à..obtention d'une solution claire.
Si du naphtalène doit être ajouté., il est introduit à ce stage et est agité avec le mélange, que l'on laisse alors refroidir. Sous sa forme terminée, cette matière est une com- position claire de coloration fluorescente, avec une légère teinte ambrée.
Lorsque l'on désire obtenir des capacitances plus élevées par unité de volume de matière, et lorsque le prix de revient n'est pas une considération majeure, le naphtalène hydrogéné solide peut être combiné et plastifié avec 30 % de diphényle chloré ou de naphtalène chloré. Ce dernier, utilisé seul, est instable sur du courant alternatif, mais est stabi- lisé par l'addition du naphtalène hydrogéné solide, et la combinaison est capable de fonctionner sur du courant alter- natif. La combinaison d'une des résines polymérisées hydro- génées solides, comme le tétramine de di-hydronaphtalène avec le diphenyle chloré solide ou le naphtalène chloré solide, ce dernier élément étant ajouté dans la proportion de 5 à 50 % produit une matière stable, non inflammable, de constante diélectrique élevée.
Dans certains cas où il peut être désirable d'aug- menter simplement la viscosité d'un diélectrique liquide, comme l'huile ou le diphenyle chloré, une petite quantité d'une des résines thermoplastiques hydrogénées peut être ajoutée au liquide, la viscosité dépendant de la quantité de résine ajoutée. D'ordinaire, toutefois, et lorsqu'on désire un condensateur à diélectrique solide, la résine sera toujours présente en proportion prépondérante.
Les caractéristiques comparées d'un condensateur utilisant un diélectrique formé d'huile minérale et de résine de di-hydronaphtalène polymérisé, et des condensateurs commer- ciaux actuels utilisant des diélectriques d'huile minérale et
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de diphényle chloré, sont représentées dans le graphique de la figure 5, dans lequel la courbe 6 représente l'accroisse- ment progressif du facteur de puissance avec la température dans les condensateurs électrostatiques à feuille enroulée et isolement de papier "Kraft" imprégnés d'huile minérale à 100 %.
La courbe 5 représente une caractéristique semblable dans un condensateur de construction identique imprégné de diphényle chloré, l'élévation du facteur de puissance avec la température étant même encore plus prononcée dans ce cas qu'avec les condensateurs à huile minérale. Les courbes 1, 3 et 4 représentent les caractéristiques du facteur de puis- sance en fonction de la température dans des condensateurs de construction identique aux condensateurs représentés par les courbes 5 et 6, avec l'exception que les diélectriques de diphényle chloré et d'huile minérale, ont été remplacés res- pectivement par des diélectriques comprenant 50 % de di- hydronaphtalène polymérisé et 50 % d'huile minérale; 70 % de di-hydronaphtalène polymérisé et 30 % d'huile minérale ; et enfin 80 % de di-hydronaphtalène et 20 % d'huile minérale.
La courbe 2 de la figure 5 représente les caractéristiques d'un condensateur de construction identique au condensateur dont les caractéristiques sont représentées par la courbe 1, avec l'exception que le papier "Kraft" a été remplacé par un pa- pier de toile, le diélectrique du condensateur étant sans cela le même. On remarquera que le condensateur à séparateur de papier de toile a un facteur de puissance plus faible.
L'huile de ricin a été reconnue depuis longtemps comme un diélectrique approprié pour les condensateurs élec- trostatiques, en particulier lorsque le diélectrique maximum est désiré dans un espace donné, la constante diélectrique de l'huile de ricin étant de 4,2, tandis que celle de l'huile, minérale est de 2,7.
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La combinaison de la résine thermoplastique avec l'huile produit une matière qui reste plastique à la tempéra- ture de l'enceinte et qui conserve donc sa tension de rupture.
La combinaison de la résine thermoplastique de car- bure d'hydrogène avec un diélectrique tel que l'huile de ricin, même lorsque l'huile de ricin forme moins de 40 % de la teneur totale, donne la valeur élevée de la constante diélectrique de l'huile de ricin, mais change entièrement les autres pro- priétés diélectriques, par exemple, le diélectrique composé a une résistance d'environ 3000 megohms par microfarad, que l'on peut comparer avec 400 megohms par microfarad pour l'huile de ricin.
Ceci est principalement dû à l'immobilisa- tion de l'huile de ricin, en une matière qui est solide à la températuré'de l'enceinte normale, et comme la résistance d'un diélectrique dépend principalement de la conduction élec- trolytique et cataphorique, conducteur qui peut seulement se produire avec une migration d'ions, l'immobilisation de toute matière moléculaire mobilisable entraîne une résistance éle- vée de l'isolement. Ceci est particulièrement vrai avec l'huile de ricin, qui est un composé d'oléate de glycérol. Un accroissement important de la résistance est également obtenu en combinant la résine à l'huile minérale,ceci le 'tant égale- ment dû à l'immobilisation de tous éléments ioniques ou im- puretés, et à l'empêchement de l'action cataphorique.
En combinant l'huile de ricin avec une des résines de la présente invention, on obtient un diélectrique qui per- met le fonctionnement à des températures même supérieures à celles qui peuvent être appliquées aux anciens diélectriques, comme les diphényles chlorés qui ont été considérés jusqu'ici comme supportant les températures les plus élevées.
L'un des plus utiles de ces diélectriques est ce- - lui qui est produit par la combinaison de la résine polymri-
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sée de di-hydronaphtalène (C40H40) avec l'huile de ricin.
Les pourcentage relatifs d'huile de ricin et d'hydronaphtalène détermineront les caractéristiques du facteur de puissance en fonction de la température et le point de liquéfaction du mélange.
Si l'on désire un diélectrique solide, le pourcen- tage d'huile devrait être de 40 % ou au-dessous. Lorsqu'on désire une masse visqueuse épaisse, coulant à froid, de pour- centage d'huile devrait être supérieur à 40 %.
Bien que les limites pour les proportions des in- grédients ne soient pas critiques, et qu'ils soit possible, dans certains cas, de dépasser les limites suivantes, on peut dire que pour la plupart des usages, le pourcentage d'huile de ricin dans la composition devrait de préférence varier entre 20 et 50 %. La composition de 5 % d'huile de ricin avec
95 % d'hydronaphtalène est plutôt friable pour l'usage ordi- naire et le diélectrique avec 70 % d'huile de ricin est un peu liquide.
Afin d'illustrer l'amélioration du facteur de puissance de certaines des combinaisons par comparaison avec d'autres matières diélectriques, on se reportera à la figure
6 et aux graphiques correspondants montrant lfet de la température sur le facteur de puissance des condensateurs électrostatiques ayant des séparations ou isolants de papier imprégnés avec la combinaison d'huile de ricin avec le poly- mère du dihydronaphtalène et d'autres imprégnés de 100 % d'huile de ricin.
Dans les graphiques, la courbe 9 montre l'accrois- sement progressif rapide du facteur de puissance d'un simple condensateur imprégné d'huile de ricin, en fonction de la température. Dans le fonctionnement sous courant alternatif, . cet accroissement rapide donnerait naissance à un échauffe-
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ment extrêmement rapide du condensateur aveo l'élévation des températures, produisant une auto-destruction progressive.
Les courbes 7, 8 et 11 représentent les caractéris- tiques du facteur de puissance en fonction de la température pour des condensateurs de construction identique à celle des condensateurs dont les caractéristiques sont représentées par la courbe 9, avec l'exception qu'au lieu d'être imprégnés de
100 % d'huile de ricin, les condensateurs ont été imprégnés avec des diélectriques de di-hydronaphtaléne polymérisé conte- nant, respectivement, 20 %, 30 % et 50 % d'huile de ricin.
La courbe 10 représente un condensateur de construction iden- tique et de diélectrique identique à celui dont les caracté- ristiques sont représentées à la courbe 8, avec l'exception qu'un séparateur de papier de toile a été substitué au sépa- rateur en papier Kraft".
Une modification intéressante des caractéristiques des diélectrique de résine-huile minérale ou de résine-huile de ricin, conforme à l'invention, peut être obtenue en combi- nant la résine avec un mélange des deux huiles. Les résultats avantageux de telles modifications sont représentés par les courbes 12 et 13 de la figure 6, dans lesquelles sont re- présentés des diélectriques comprenant, respectivement, 75 % de résine, 15 % d'huile de ricin, 10 % d'huile minérale et
70 % de résine, 25 % d'huile de ricin, 5 % d'huile minérale.
La figure 7 représente une série de courbes mon- trant les caractéristiques du facteur de puissance en fonction de la température de condensateurs du type commercial actuel comparées aux caractéristiques des condensateurs utilisant . les diélectriques conformes à l'invention à base de résine d'indène hydrogénée. La courbe 1 représente la caractéristi- que du facteur de puissance en fonction de la température d'un condensateur électrostatique du type enroulé à papier
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"Kraft", imprégné d'huile de ricin. La courbe 2 indique la caractéristique du facteur de puissance en fonction de la température d'un condensateur de construction identique im- prégné avec un diélectrique composé de 60 % d'indène hydro- génée et 40 % d'huile de ricin.
La courbe 3 indique les ca- ractéristiques particulières d'un condensateur de construc- tion identique utilisant un diélectrique composite formé de 60 % de résine d'indène hydrogénée, de 30 % d'huile de ricin et de 10 % d'huile minérale. En général, un minimum de 60 % de résine est nécessaire pour former un diélectrique solide.
La figure 8 représente une série de courbes com- parant les caractéristiques de la résistance en fonction de la température des diélectriques conformes à l'invention, avec celles des diélectriques commerciaux, ainsi qu'avec les diélectriques à huile de ricin. Comme on le notera d'après ces courbes, qui sont toutes identifiées sur la. figure, la caractéristique de la résistance en fonction de la température de toutes les combinaisons d'huile et de ré- sine, sont supérieures à celles de l'huile de ricin, et que les deux diélectriques à huile minérale et C40H40 sont supé- rieures, au point de vue de cette caractéristique, aux dié- lectriques standards à huile minérale et à diphényle chloré.
Les condensateurs conformes à la présente inven- tion peuvent être construits sous des types variés. Les des- sins représentent un condensateur du type à feuille enroulée, et une forme moulée.
Aux figures 1 et 2, la section de condensateur 10 comprend une paire d'électrodes en feuille métallique 11 et 12, de préférence en feuille d'aluminium d'une épaisseur de 0,0076 mm enroulée avec une paire de feuilles de papier de toile très poreux 13 d'une épaisseur de 0,0076 mm. Les feuil-, les sont décalées de telle manière que la feuille 11 fasse
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saillie au-delà du papier au sommet du rouleau et se termine un peu plus tôt que le papier à la base, tandis que la feuil- le 12 dépasse au contraire à la base, et est recouverte par l'isolant au sommet. Les feuilles et le papier sont enroul.és sur un mandrin creux 14.
La connexion avec l'électrode déca- lée est réalisée au moyen de plaques de ressorts rectangulaires en bronze 15 et 17, ayant des parties de contact rabattues vers le bas 16 et 18, respectivement, dont les bords viennent en contact avec les feuilles 11 et 12 des électrodes. A la plaque 17 est attachée la borne du câble 12, qui est soudé à la plaque en 20, le câble passant vers le haut à travers le mandrin 14. La plaque 15 présente une ouverture centrale dans laquelle est inséré un isolateur de céramique 21, dans lequel s'adapte exactement un tube métallique 23 à travers lequel passe le câble 19.
Dans l'assemblage du condensateur après enroulement, le câble 19 est fortement tendu de manière à obliger les plaques 15 à 17 à former un contact serré sous pression avec les électrodes, et le tube 23 est alors aplati, comme on le voit en 24 pour bloquer l'ensemble en position d'une manière permanente. Une borne pour l'électrode 12 est formée en soudant un fil 25 à la plaque 15. Une fois que le condensateur a été ainsi assemblé,on y fait le vide pour ,éli- miner toute trace d'humidité, et on l'imprègne alors avec la solution d'un des diélectriques conformes à l'invention, par exemple un mélange de 79 % de naphtalène hydrogéné solide, 20 % d'huile diélectrique et 1 % de naphtalène.
L'imprégna- tion est effectuée à une température de l'ordre de 145 C à 150 C, ces limites de température paraissant être les plus satisfaisantes pour le diélectrique de l'invention et le diélectrique liquide sature complètement l'isolant de papier.
La matière d'imprégnation 26 agit comme un joint d'étanchéité- complet pour le condensateur, et d'ordinaire, aucun joint
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additionnel n'est nécessaire, en plus du réceptacle ha- bituel en carton ou métal. Si une tension de rupture plus élevée est désirable, on peut ajouter à chaque élément d'iso- lement en papier une feuille supplémentaire ou un feuillet de cellulose régénérée par un procédé particulier. La combinai- son des isolants de papier et de cellulose régénérée est par- ticulièrement utile pour un certain nombre d'applications.
En raison de la résistance très élevée à l'humidité des matières diélectriques décrites, aucun autre composé de scellement ou d'étanchéité n'a besoin d'être appliqué après imprégnation du condensateur.
Un élément important du condensateur conforme à la présente invention est l'isolant de papier. Bien qu'il soit possible d'utiliser des isolants du type employé jusqu' ici dans la construction des condensateurs électrostatiques, on a trouvé que l'usage d'un type de papier plus poreux est très avantageux. Le diélectrique de résine conforme à la présente invention, bien que liquide aux températures élevées, a une viscosité élevée, et lorsqu'il est utilisé en combinai- son avec un isolant de papier d'une épaisseur d'environ
0,0076 mm, ayant une porosité de l'ordre de 2,5 à 3 cm3 en
15 secondes, tel que celui que l'on utilise couramment dans les condensateurs à huile ou à cire, ne donne pas un con- densateur entièrement satisfaisant.
En utilisant un papier ayant une porosité de l'ordre de 5 cm3 en 15 secondes ou plus, toutefois, on obtient une imprégnation plus complète avec une tension de rupture plus élevée. Cette valeur de la porosi- té dépend, dans une certaine mesure, de l'épaisseur de l'iso- lant de papier, et peut avantageusement être augmentée dans le condensateur conforme à l'invention. Le diélectrique étant solide et adhésif reste en place, contrairement au diélectri- que liquide utilisé jusqu'ici, et ne dépend pas du papier pour
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maintenir la séparation. Ainsi, le papier le plus poreux com- patible avec une résistance à la traction pour l'enroulement et une densité adéquate, pour maintenir un écartement initial uniforme, est le papier à utiliser de préférence.
Aux figures 3 et 4 qui représentent une forme mou- lée du condensateur, dans une taille très exagérée, les élec- trodes sont formées par les tubes concentriques en aluminium
27 et 28, séparés par un collier de céramique 29. Le rivet 33, qui vient en contact avec l'électrode 28, s'étend à travers de larges ouvertures 30 et 31 du collier de céramique 29 et de l'électrode 27, respectivement, et à travers le bouton iso- lant 32. Un câble 34 est soudé ou attaché de toute autre ma- nière au rivet 33 et un câble 35 est soudé à l'électrode 27 de manière à former l'autre borne.
Une fois l'assemblage ter- miné, une solution liquide chaude d'un des diélectriques ap- propriés conformes à l'invention, comme par-exemple un mélange de 60 % d'indène hydrogéné polymérisé, de 30 % d'huile de ricin et de 10 % d'huile minérale, formant le diélectrique 36, est coulée à la température de 150 C et est rapidement refroi- die en position sous la forme solide. Dans d'autres construc- tions, le diélectrique sous forme pulvérisée peut être pressé en forme avec l'une des électrodes ou les deux, chauffé à
150 et refroidi. Si cela est désirable, une des électrodes peut être formée par pulvérisation ou projection de métal, une borne étant fixée à la surface ainsi pulvérisée.
La construction représentée aux figures 1 et 2 utilise un séparateur de papier, mais il est possible, et dans certains cas désirable, de substituer au papier une feuille de cellulose régénérée exempte de plastifiant.
Bien qu'on ait décrit deux types de condensateurs électrostatiques utilisant le diélectrique de résine polymé- risée à base de carbure d'hydrogène solide, il est également
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possible de fabriquer le condensateur par d'autres méthodes connues dans la technique, par exemple en revêtant directe- ment les électrodes en feuille avec la composition diélectri- que, sans utiliser de corps séparateur additionnel, ou en imprégnant un isolant tel que le papier, avec le diélectri- que, en enroulant ensuite les isolants en papier imprégné, avec les électrodes, puis en chauffant l'unité enroulée pour obliger le papier imprégné à adhérer aux feuilles et pour former un joint étanche à l'humidité autour de l'unité.
Avec de nombreuses matières, comme avec plusieurs diélectriques de résine, conformes à l'invention, le facteur de puissance obtenu après imprégnation dans un isolant poreux, comme le papier, est plusieurs fois égal à celui de la résine elle-même. En utilisant un isolant inorganique, par exemple en revêtant la feuille d'aluminium d'une couche liée de sili- ce pulvérisée suspendue dans une solution de polystyrène, et en imprégnant ensuite une unité formée par enroulement de cette feuille ainsi revêtue au lieu de papier, il est possi- ble d'obtenir un facteur de puissance réduit.