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" Compositions diélectriques "
La présente invention concerne des perfectionnements aux compositions diélectriques, particulièrement aux compositions diélectriques pour des câbles électriques à haute tension.
On avait l'habitude antérieurement dans les fabriques de câbles d'imprégner les câbles isolés au moyen de diélectrique en papier' avec des mélanges contenant par exempts de l'huile minérale, des huiles grasses, de la vaseline et de la résine. Au début, la résine était ajoutée simple@ment en vue de donner à la composition diélectrique les propriétés mécaniques désirées.
Avec l'avènement des hautes tensions et le progrès subséquent dans la fabrication de câbles convenant pour transporter ces hautes tensions, on s'est occupé d'améliorer les propriétés électriques des diélectriques employés. On a trouvé ainsi que des perfectionnements dans le raffinage des
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huiles minérales rOVCC7ufll.ent un per(Qcticnr.1';(:lGnt analogue dans le diélectrique complexe de câble formé par inl]rÓ¯'nation de papier car exemple au moyen de l'huile. I[alheureuse=ùent,tou.te±Jii#,ieize amélioration de l'huile minérale était perdue lorsque l'huile était combinée avec àe la résine.
Bien que l'huile puisse avoir ,e bonnes caractéristiques électriques, les compositions comprenant de la résine et cette huile employées jusque, présent étaient invariablement médiocres ou mauvaises. Il n'est par conséquent pas surprenant que des essais aient été faits pour surmonter cette difficulté en éliminant la résine (le la composition.
Ces essais n'ont toutefois pas eu de bons résultats imper- tants principalement pour la raison que la résine naturelle,
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par suite de sa constitution chimique et de son decré relativement, élevé de nol.-s:;rurü ;,y.:i, cCil0ri uua a empêcher la f()rLCio,1 des ,=;z dans l'huile lorsque 1 diélectrique est soumis des efforts éleccriques élèves et empêche également la migration du composé diélectrique dans le câble en. augmentant dans une grande mesure la viscosité de la compo- sitio:l au delà de celle de l'huile minérale .
Un des buts de la présente invention est de fourner
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une compost tic'. :i 1 ;± 1 e m i; :r ;1 <-j ; ce e r ": # 1 m nt t. ; i ' 1;<: -1 1 qui re- -9r'.seL'0e un gra=1d perfectiomiement par rapport aux compositions antérieurement CUa:::..'3 et en outre de fournir un moyen grâce auquel de la résine de qualité inférieure peut être utilisée dans une semblable composition.
Suivant la présenteinvention une composition destinée à servir de matière diélectrique comprend une résine soluble dans l'huile, raffinée sous un vide élevé, dissoute dans une huile minérale. La proportion de résine se trouve de préférence environ entre 5% et 45% en poids de la compo- sition.
Suivant une forme de réalisation préférée de la pré- sente invention, l'huile minérale est traitée au préalable
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au moyen d'argile activée ou de carbone activé, immédiate- ment avant la mise en composition avec la résine raffi- née.
L'expression "résine raffinée sous un vide élevé " est employée ici pour désigner une résine qui a été raffi- née par distillation,sous un vide élevé de manière à évi- ter le surchauffage et la décomposition de la résine pen- dant la distillation par élimination de-l'effet d'une char- ge hydrostatique dans l'appareil distillatoire . La dis- tillation s'effectuera de façon à être achevée à la tem- pérature la plus basse possible et on a trouvé que lu ré- sine ainsi préparée est pratiquement débarrassée entie- rement des terpènes résiduels et de l'oxyde de résine.
La proportion d'ensemble de ces impuretés présentes dans le produit n'est pas supérieure à environ 0,2 % en poids. La distillation dans le vide de la résine naturelle est de préférence exécutée de telle manière qu'une partie ou la totalité de la chaleur latente d'évaporation de la résine est fournie à travers les parois d'un appareil distillatoire comprenant un échangeur de chaleur par lequel la résine est amenée à s'écouler.
La composition de la présente invention procure une matière diélectrique possédant des propriétés diélectri- ques qui ne peuvent être obtenues d'aucune autre manière.
La perte de diélectrique d'une semblable composition est approximatiivement de 1/10 de celle des compositions de ré- sine et d'huile minérale employées jusqu'à présent.
L'huile minérale faisant partie de la composition dié- lectrique est dérivée de préférence d'une huile brute à base naphténiue et a de préférence une viscosité de 200 secondes Redwood à 140 F, ou une viscosité plus forte.
Des huiles de paraffine fortement saturées sont de mauvais dissolvants pour la résine et sont de mauvais dissolvants pour l'oxyde de résine qui peut être formé éventuellement
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par l'oxydation de la résine dans la composition diélectri- que pendant son emploi. Les hydrocarbures aromatiques, d'autre part, sont trop facilement oxydés etontété trouvés mal appropriés sous d'autres rapports. Les huiles dites naphténiques dérivées des huiles brutes dites naphténiques sont considérées comme étant des dissolvants idéaux pour le but visé.
L'invention comprend également une matière diéloctrique comprenant une matière poreuse, par exemple d@ papier, imprégnée de la composition indiquée ci-dessus. L'invention comprend également un élément électrique,particulièrement un câcle électrique ou un condensateur,dans lequel le milieu diélectrique contient la composition indiquée ci-dessus, et en particu@ier des câbles électriques isolés au moyen de papier imprégné de la nouvelle composition.
Une méthode et un moyen préférés de produire la résine employée suivant la présente invention vont maintenant être décrits.
L'installation employée pour la distillation comprend un appareil di stillatoire, une chambre à écume au-dessus de l'appareil distillatoire,deux condenseurs en série avec les pompes à condensat associées, une pompe à vide à grand rendement ou mieux une série de d'ajutages de vapeur assis- 1;8.3 par une pompe :. vide immergée dans l'eau, et une chaudisere ou un appareil de chauffage analogue pour fournir de la chaleur au fluide en circulation. On a trouvé qu'il est important de construire l'installation en un métal qui n'est pas sensiblement attaqué par la résine .
Ainsi, tandis que l'emploi ou fer et de l'acier ne peut donner satisfaction, l'acier inoxydable, le fer ou l'acier émaillé, ou l'aluminium sont des matériaux convenables. L'installation est toutefois faite de préférence en acier inoxyda- ble.
L'appareil distillatoire consiste en un faisceau de
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tubes verticaux fixés à chaque extrémité, d'une manière étanche au liquide, dans une plaque, et l'ensemble est sup- porté dans un récipient tubulaire fermé à chaque extrémité.
Le faisceau est chauffé par exemple au moyen d'une vapeur ou qui se condense sur #es tubes/au moyen d'un fluide qui cir- çule autour de l'extérieur des tubes. Immédiatement en dessous de l'extrémité inférieure du faisceau se trouve un organe d'impulsion actionné mécaniquement avec des surfa- ces déviatrices appropriées de manière à refouler le li- quide vers le haut par les tubes centraux et à. attirer
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le liquide vers la bas par ,es tubes ca,r-.têri.curs. Au- dessus des tubes, le récipient augmente de dimension et a une longueur suffisante pour contenir l'écume qui peut se former pendant la distillation.
Un dispositif arrêtant les éclaboussements ou une plaque d'arrêt est placé à l'extrémité de sortie de la chambre à écume.pour empêcher la matière brute d'être transportée jusque dans le système de condensation. Tous les passages entre l'appareil distillatoire et la pompe à vide sont de grandes dimensions et sont exempts d'étranglementsqui provoqueraient une augmentation inévitable de la pression absolue entre l'appareil distillatoire et la poupe.
La méthode de fonctionnement consiste à faire bouillir le fluide de chauffage - qui dans ce cas est de l'oxyde
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dipliénylique - sous une pression déterminée constl:1nte correspondant à une température d'environ 300 C et à 400 C, dans la chaudière, et à condenser la vapeur autour de l'extérieur des tubes. Le fluide en circulation condensé est ramené dans la chaudière et chauffé à nouveau. L'installation est soumise au vide par la pompe à vide et une charge de résine naturelle fondue (température de 160 par exemple) est aspirée dans l'appareil distillatoire. La résine fondue entrant est envoyée sur une auge inclinée en forme d'hélice qui est fixée aux parois de la chambre à écume.
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La résine descend le long de l'hélice en une pellicule mince vers l'appareil distillatoire et de cet'ce manière elle est efficacement débarrassée des gaz. La charge initiale est tout ju@te suffisante pour couvrir les extrémités des tubes et le niveau est maintenu sensiblement @@ constant pendant la distillation par l'addition, à intervalles, de matière fraîche.
Dès que la charge a été ajoutée dans l'appareil dis- tillatoire,l'organe d'impulsion est mis en marche et la résine fondue est mise en circulation continuellement dans les tubes, en absorbant de la chaleur de la vapeur d'oxyde @iphény@ique qui se condense sur l'extérieur des tubes et retourne à la chaudière.
La vitesse de la résine dans les tubes est d'environ 5 pieds par seconde et ne doit pas être moindre que ;5 pieds par seconde. ou cracking
En vue d'éviter la dissociation moléculaire de la matière , les températures de la matière dans l'appareil cistillatoire ne doivent pas dépasser 300 C et doivent de préférence être aux environs de 225 C à 235 C ce qui est suffisant pour la distillation si une pression de 3 mm de mercure peut être maintenue .
Lorsque la matière dans l'appareil distillatoire est sensiblement entièrement du résidu, la distillation et l'arrivée de nouvelles matières sont arrêtées temporairement et sont recommencées lorsque le résidu a été évacué dans un récipient dans lequel on a au préalable fait le vide.
De l'appareildistillatiore, les vapeurs passent verticalement vers le bas à travers le premier condenseur où elles sont condensées et refroidies à une température d'environ 80 C et de là lesvapeurs restant éventuellement sont envoyées au second condenseur où elles sont refroidies environ 20 C Le condensât est enlevé au moyen des pompes à condensât. Les vapeurs restant encore éventuellement sort
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envoyées à la pompe à vide qui maintient une pression d'environ 5 mm de mercure dans tout le système. Cette pression doit être aussi basse que possible, jamais au-dessus de 40 mm de mercure et de préférence pas au-dessus de 10 mm.
On trouvera ci-dessous un exemple d'une composition diélectrique suivant la présente invention :
De la cellophane obtenue par la méthode préférée décrite ci-dessus est mélangée à une huile minérale raffinée ayant une viscosité d'environ 200 secondes Redwood à 140 F et dérivée d'une huile brute dite naphténique , pour former une solution. La composition peut, contenir d'environ 5% à environ 45 % en poids de la résine raffinée.
L'huile minérale peut avantageusement recevoir un traitement par une matière adsorbante, par exemple de l'argile activée ou du carbone activé, immédiatement avant la mise en composition avec la résine. l'ar ces moyens,on obtient une amélioration considérable des propriétés électriques de l'huile qui ne persisteraient pas en l'absence de la résine raffinée. Il semble que la résine raffinée employée conformément à la présente invention exerce un effet stabilisateur sur l'huile minérale traitée.
Il est préférable, lors de la formation d'une solution de la résine et de l'huile minérale, de les chauffer ensemble pendant une période qui n'est pas inférieure à 30 minutes à une température d'environ 120 C à 160 C, touL en agitant le mélange en pour faire en sorte que la solution soit stabilisée. Cette précaution , quoique désirable,n'est pas essentielle et la façon de procéder adoptée peut varier avec la nature de l'huile mais c'est une pratique à conseiller, pourvu que l'huile elle-même ne soit pas telle qu'elle subisse une oxydation sévère pendant le traitement.
La composition diélectrique ainsi préparée a une très faible perte diélectrique, une résistivité diélectrique spécifique .très élevée, une grande résistance à l'oxyda-
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tion, une résistance élevée à la formation de gaz sous la tension électrique et présente une résistance très élevée à la formation de polymères d'hydrocarbures de poids molécalaire élevé, connus dans l'industrie sous le nom de "composition X" ou "fremeage".
L'application de la composition diélectrique dépend naturellement du type particulier d'équipement, électrique avec lequel elle doit être employée. Ainsi dans le cas d'un câble électrique à haute tension,on peut suivre n'importe quelle façon de procéder normale. Lu pupier en bande ou en feuille peut par exemple être placé d'abora sur le conducteur et être ensuite imprégné de la commposition cidessus décrite, avantl'application de lagaine de plomb usuelle .
Le diélectrique ainsi préparé a une très grande stabilité thermique, des pertes d'énergie très faibles et présente de meilleures caractéristiques de vieillissement que les diélectriques connus jusque présent.
L'emploi de la composition diélectrique de la présen- te invention réduit le; perte de puissance dans le diélec- trique du câble et réduit ainsi considérablement le risque du percement du câble,tandis qu'en même temps il rend possi@les la fabrication de câbles pour l'emploi sous des.
tensions plus élevée que ceux actuellement en usage industriellement et en outre la réduction de masse des éléments conducteurs pour une charge @on@éc. Par coséquent les avantages importants d'un facteur de sécurité sensiblement amélioré et de l'économie sont obtenus simultanément.
REVENDICATIONS.
1. Une composition isolante pour équipement électrique, qui comprend une rés.ine raffinée sous un vide élevé et soluble dans l'huile, dissoute dans une huile minérale.