BE468719A - - Google Patents

Description

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  PROCEDE   DE   STABILISATION DES HYDROCARBURES   HALOGENES     EMPLOYES     COMME     ISOLANTS.   



   L'invention décrite ci-dessous est applicable aux appareils ren- fermant comme isolant et comme diélectrique des hydrocarbures aromatiques   halogène   liquides, notamment les transformateurs, condensateurs, régulateurs, boites de jonction. 



   Si les diélectriques liquides à base de composés aromatiques ha- logénés sont stables chimiquement dans les conditions opératoires courantes, ils sont sujets à certaines altérations au cours de leur emploi dans les appareils électriques, surtout dans le cas de composés halogénés à un seul noyau. Il en résulte que leur résistivité   décroît   aux températures supérieures à 100  environ, de sorte que leur stabilisation est très désirable. 

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   Suivant   l'Invention,   les composés   aryliques   halogénés, même exclusivement à base d'hydrocarbures aromatiques mononucléaires chlorés, acquièrent une stabi- lité convenable si on les met en contact avec un composé oxygéné de l'aluminium pendant le fonctionnement dans les appareils électriques.   On   peut employer no- tamment l'oxyde ou l'hydroxyde d'aluminium artificiels, ou encore des composés naturels comme le corindon, la gibbaite, le diaspora et la   bauxites   
Les figures jointes schématisent quelquesuns des appareils électriques améliores grâce à l'invention. La figure 1 est celle d'un transformateur, la figure 2 étant une variante de la première, Les figures 3 et 4 représentent des condensateurs. 



   La   fig,l   montre l'élévation avec coupe partielle d'un transformateur à diélectrique liquide, stabilisé suivant l'invention, On y trouve un noyau 1, des enroulements 2, enfermés dans une cuve 3, et pourvus des bornes usuelles 4 et 5, Dans la cuve se trouve une quantité convenable 6 d'un liquide isolant, formé en partie ou en totalité par des hydrocarbures aromatiques   halogènes.   Au couvercle de la cuve est suspendu en7 un récipient 8 perforé, constitué par une - toile métallique, un tissu de verre ou de cellulose, ou toute autre matière con- venable, et contenant une certaine quantité d'un composé oxygéné de l'aluminium, qui sert de stabilisant. 



   La modification de la fig.2 fait voir une petite partie de la cuve 3 et du diélectrique 6, le composé oxygéné d'aluminium étant renfermé dans une tubulure latérale 9 communiquant à ses extrémités supérieure et inférieure avec la cuve. 



  Le liquide   6   circule lentement dans cette chambre 9, de façon à entrer en contact avec le composé d'aluminium. On utilisa à peu près 125 gr, d'oxyde d'aluminium, de bauxite, etc.. pour quatre litres de liquide aromatique halogéné. Le taux de stabilisant qui en résulte est voisin de 2% en poids; il est donné à titre indi- catif, mais ne représente pas une proportion critique, car on peut en élever ou en abaisser le taux suivant les cas avec des résultats   satisfaisants.   



   Pour préparer le stabilisant on peut chauffer le composé d'aluminium choisi à une température de l'ordre de 350 C à 500*C, pour le dessécher complètement et obtenir un solide pratiquement sec. Afin de faciliter la circulation de l'hydro- carbure halogéné à travers la masse stabilisante, on utilise celle-ci en grans compris entre les tamis auxnuméros anglais 8 et 16. Bien que cette dimension soit préférable, on peut se servir utilement de grains compris entre les tamis n* 30 et 60. Pour des finesses supérieures, par exemple les n  80 à 100 et da- 

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 -vantage. on doit prendre certaines précautions pour la sortie et le passage du liquide au contact du stabilisant, sans que la substance soit entraînée en suspension dans le liquide.

   Par exemple, le composa oxygéné d'aluminium est serré entre des plaques ou cylindres poreux à travers lesquels le liquide peut   circuler..   On peut aussi suspendre des baguettes dans le liquide pour réaliser le contact intime. L'intimité de ce contact est une condition importante de   1'Invention*   
L'exemple suivant montre l'efficacité du stabilisant à base d'un oxyde d'aluminium dans le cas de transformateurs refroidis et isolés par le trichlo- robenzène Un premier jeu de transformateurs Industriels de 5 kw est séché à la façon usuelle et rempli de trichlorobenzène. On constate qu'au cours de   l'emploi.   la résistivité de l'isolant   décroît   rapidement.

   Après   24   heures elle était de 30 x 109 ohms x cm à 100 C; la rigidité diélectrique était de 40 kV à 25 C (méthode D-117 de 1.A.S.T.M.) Les pertes diélectriques pour ce jeu de transformateurs atteignaient en moyenne 2 watts aussitôt après le rem- plissage au trichlorobenzène, Au bout d'un mois de fonctionnement à la tension normale et dans de médiocres conditions de refroidissement, le liquide attei- gnant 80 C, les pertes diélectriques étaient passées à 15 watts. En   poursuive*   l'essai dans les mêmes conditions, les pertes diélectriques ont continué d'aug- menter pour atteindre jusqu'à 30 watts.

   Après six mois, ces transformateurs étaient hors   d'usage,   
Dans un second jeu de transformateurs construits de même et pourvus d'une certaine quantité d'oxyde d'aluminium, on n'a plus observé ces détério- rations. Malgré le travail continu vers 80 C, les pertes diélectriques se sont maintenues autour de 2 watts pour tout le jeu et sans tendance marquée ni à l'accroissement des pertes, ni à la détérioration* En opérant sous tension normale avec un liquide à 80 C pendant plus d'un an, ce second jeu de transfor- mateurs ne montrait aucun signe de détérioration diélectrique ou chimique, 
Pour montrer encore les avantages de l'invention, on a fait vieillir le   trichlorobenzène   à 100 C dans un récipient fermé et sous conditions analogues à celles des transformateurs.

   En présence de l'oxyde d'aluminium, la résisti- vité du trichlorobenzène conserve des valeurs satisfaisantes élevées. Avant le vieillissement, la résistivité mesurée à 100 C atteignait 1410 x 109 ohms x cm.   Apres   une semaine à 100 C et au contact de l'oxyde d'aluminium, on est arrivé à 3950 x 109 ohms x cm. Sans oxyde d'aluminium, on avait 20 x 109 ohms x em 

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 Par conséquent l'oxyde d'aluminium a fait élever la résistivité du trichloro- benzène, 
Quand on effectue le vieillissement au contact des matériaux usuels des transformateurs, la détérioration diélectrique des composés aromatiques halogénés est plus grave.

   On emploie en effet de façon courante des cylindres et des pla- ques formés de papiers superposés et agglomérés par des   résines.   On sait que ces matériaux provoquent la détérioration rapide des propriétés diélectriques des hydrocarbures aromatiques   halonés.   Si l'on immerge de telles substances dans le trichlorobenzène, en présence de l'oxyde d'aluminium, cette altération est nettement réduite et la résistivité conserve des valeurs Industrielles admissi- bles avec sécurités Ainsi du trichlorobenzène chauffé en vase clos pendant une semaine, avec des plaques laminées en papier aggloméré au moyen d'une résine phénolique, a donné comme résistivité à   100*C   965 x 109 ohms x cm. au contact de l'oxyde d'aluminium, et seulement 4,4 x   109   ohms x cm.

   en l'absence de ce composé. 



   On va montrer que la stabilisation s'étend aussi à des hydrocarbures polynucléaires halogénés, par exemple le   biphényle   chloré. A cet effet, on effectue son vieillissement à 100 C en vase clos, ce qui fait baisser la résis- tivité à peu près de moitié au bout d'une semaine, après quoi, elle continue à descendre. Par contre, au   contas@   de l'oxyde d'aluminium la résistivité aug- mente avec le temps. Voir tableau I ci-après. 



   TABLEAU 1 
 EMI4.1 
 
<tb> Pentachlorobi- <SEP> Pentachlorobiphényle
<tb> 
<tb> phényle <SEP> seul. <SEP> avec <SEP> l'hydroxyde <SEP> d'alu-
<tb> 
<tb> 
<tb> ------ <SEP> minium.
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 



  Résistivité <SEP> d'origine <SEP> mesurée
<tb> 
<tb> 
<tb> à <SEP> 100 C. <SEP> 6300 <SEP> x <SEP> 109 <SEP> 6300 <SEP> x <SEP> 109 <SEP> ohms <SEP> x <SEP> cm.
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 



  Après <SEP> une <SEP> semaine <SEP> de <SEP> vieillis-
<tb> 
<tb> 
<tb> sement <SEP> à <SEP> 100 C. <SEP> 3140 <SEP> 10,200 <SEP> 109 <SEP> ohms. <SEP> x <SEP> cm.
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 



  Après <SEP> 2 <SEP> semaines <SEP> de <SEP> vieillis-
<tb> 
<tb> 
<tb> sement <SEP> à <SEP> 100 C. <SEP> 1180 <SEP> 23,500x <SEP> 109 <SEP> ohms <SEP> x <SEP> cm.
<tb> 
 



   De façon semblable, l'invention s'applique à des mélanges d'hydrocarbures   halogènes,   mono- et polynucléaires utilisés comme diélectriques, Soit par exem- ple un liquide renfermant 60   %   de biphényle chloré à   6ofl   et 40 % de trichloro- benzène. La résistivité après vieillissement d'une semaine à 100 C. et sans matériau de contact tombe vers 450 x 109 ohms   x   cm.

   Au contact de papier agglo- méré aveo une résine, elle descend à environ   60     x   109. par contre, les valeurs 

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 correspondant au contact de l'oxyde d'aluminium ont été voisines de   3500   x 109 et 8000 x 109 ohms x cm. respectivement., 
Pour imprégner les condensateurs, on se sert d'une composition renfermant environ 75% pondéraux de pentaohlorobiphényle et 25% de trichlorobenzène, auxquels on ajoute environ 0,5% d'anthraquinone ou 1% d'anthraquinone monochlorée ou 1% d'antraquinone dichlorée. Après vieillissement à 100 C, la résistivité passe de   2670   x 109   ohms x   cm. environ à 212 x 109 ohms x cm. environ. 



   La présence d'hydroxyde d'aluminium fait au contraire élever la resisti- vité dans les mêmes conditions jusqu'à 3690 x 109 ohms x cm. Il est particulière- ment souhaitable de maintenir aussi haute que possible la résistivité des condensa- teurs soumis au courant continu. Pour cette raison on maintient le composé oxygéné d'aluminium au contact de l'imprégnant halogéné d'un tel condensateur. Suivant une forme de l'invention, ce composé d'aluminium oxydé peut être placé dans les inter- valles entre les armatures du condensateur. A cet effet le solide doit être finement divisé, de préférence passé aux tamis 30-60. On a trouvé commode de tasser la pou- dre par vibration. Grâce à son excellente conductibilité thermique, le composé oxy- géné d'aluminium ne trouble pas le transfert de la chaleur nécessaire au fonction- nement.

   La fig.4 montre en coupe transversale un condensateur dont les armatures sont enroulées en 10 et   11'   enfermées dans une boite 12 et dont l'oxyde ou l'hydro- xyde d'aluminium est tassé autour des armatures en 13. Suivant un autre mode le papier servant de diélectrique intercalé entre les armatures est ohargé du composé oxygéné d'aluminium finement divisé pendant la fabrication du papier. Le composé d'aluminium sert donc de charge, La figure 3 schématise un tel condensateur supposé partiellement déroulé, avec ses armatures 18 et 19 en contact avec les bornes 16 et 17 et les papiers séparateurs chargés d'alumine en 14 et 15. Qu'on emploie l'un ou l'autre de ces modes d'application, la stabilisation désirée pour l'imprégnant se trouve réalisée. 



   On a attribué la détérioration des hydrocarbures halogènes à une   décom-   position chimique libérant un hydracide halogéné, Pour les liquides formés d'hydro- carbures paraffiniques chlorés ou analogues, la formation d'acide chlorhydrique pendant le fonctionnement à des températures supérieures à l'ambiante a été mise en évidence* Mais quand le liquide isolant et refroidisseur du transformateur est for- mé d'hydrocarbures aromatiques chlorés, l'expérience a prouvé que pendant le travail normal il n'y a pas formation d'acide chlorhydriques Or, si l'on chauffe à 100 C du trichlorbenzène au contact de chaux sodée ou d'oxyde de   zinoy   qui neutralise 

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 effectivement l'acide chlorhydrique, la résistivité du trichlorobenzène ne con- serve pas sa valeur élevée,

   comme elle le fait en présence du composé oxygéné d'aluminium. La stabilisation décrite ne semble donc pas attribuable à la forma- tion'd'acide chlorhydrique et à sa neutralisation. 



   L'expérience industrielle relative aux transformateurs et aux'condensa- teurs   chargés  de composés liquides aromatiques chlorés a montré que l'abaissement rapide de la résistivité est causée par le grand pouvoir solvant de ces liquides sur les matériaux diélectriques solides nécessités par la construction de ces ap- pareils. On a observé aussi de façon évidente que le stabilisant à base d'oxyde d'aluminium ne doit pas son efficacité à l'enlèvement de ces contaminants dissous.

Claims (1)

1. En effet, du charbon actif mis en contact avec les mêmes hydrocarbures chlorés, soumis au vieillissement à 100 C, comme on l'a décrit, ne permet pas de maintenir la résistivité du liquide aux mêmes valeurs élevées et efficaces que donne l'oxyde d'aluminium, On a trouvé que seule la présence de ces ingrédients permet de sta- biliser les hydrocarbures chlorés au point de vue diélectrique* D'autres expériences ont fait voir que de nombreux composés organiques halogénés se trouvent stabilisés de même et notamment les dérivés fluorés du ben- zène ou de ses dérivés alcoylés, par exemple les méthyl-, éthyl- propylbenzènes, les diméthylbenzènes, les méthyl-êthylbenzènes,

   etc*.* R E S U M E 1 - Mode de stabilisation de diélectriques liquides formés d'un ou de plusieurs composés hydrocarbonés halogénés, des séries aromatiques mono et (ou) polynucléaires, consistant à mettre ces produits en contact permanent avec l'oxyde ou l'hydroxyde d'aluminium, sous forme grenue ou finement divisée.

   2 - Application de la méthode à la stabilisation des diélectriques halo- génés liquides contenus dans les transformateurs, les condensateurs, les boites de jonction, etc... Cette application peut être réalisée a) - en disposant le composé halogéné d'aluminium dans un récipient à claire-voie immergé dans le diélectrique, b) - en garnissant les angles morts des cuves où sont disposés les appareils- c) - en disposant l'alumine ou l'hydroxyde d'aluminium dans un récipient vertical tubulaire extérieur connecté en haut et en bas avec la cuve gartie du dié- lectrique, d) - en incorporant l'oxyde ou l'hydroxyde d'aluminium au diélectrique solide faisant partie de la construction, par exemple le papier isolant disposé entre les armatures des condensateurs*