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" Perfectionnements aux joints entre conducteurs métalli- ques de l'électricité ".
La présente invention est relative aux joints mécani- ques entre conducteurs métalliques de l'électricité,par opposition aux joints brasés ou soudés, et elle concerne . spécialement la diminution de la résistance électrique des joints mécaniques.
Dans les systèmes de transmission d'énergie électri- que, il est fréquemment nécessaire de joindre un conducteur métallique , telle qu'une barre-omnibus ou un câble,à un autre conducteur, étant donné que, dans la plupart des installations, il .''est peu pratique, voire même impossi- ble, d'employer un seul conducteur continu entre le géné- rateur et la machine, qui consomme l'énergie . Des garni-
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tures peuvent aussi être attachées aux conducteurs et parti- culièrement aux bornes, lesquelles garnitures sont conduc- trices du courant et forment une partie du système de transmission.
Bien qu'il soit possible, voire même dési- rable, dans certains cas de souder ou de braser un conducteur à un autre, la formation de tels joints solidarisant les parties à réunir n'est pas avantageuse dans de nombreux cas, spécialement dans les systèmes où de lourdes charges d'énergie sont transportées. Ainsi, lors de l'installation de barres-omnibus, il est plus avantageux et plus rapide de serrer ou de boulonner ces barres l'une à l'autre que de les souder, le joint mécani- que étant, en outre, plus facilement défait qu'un joint sou- dé ou brasé. De même, il est quelquefois nécessaire de joindre des conducteurs constitués de métaux diffé- rents, ce qui présente certaines difficultés au point de vue de la soudure.
Lorsqu'on parle de joints mécaniques, il faut entendre que cette expression s'applique aux joints, pour lesquels le contact entre conducteurs est établi et maintenu par des moyens mécaniques. Ainsi, des garnitures peuvent être pressées sur un conducteur,ou des conducteurs peuvent être serrés ou boulonnés l'un à l'autre. Dans tous ces cas, une partie de la surface d'un conducteur est maintenue en contact avec une partie de la surface d'un autre conducteur par des moyens mécaniques. Ordinairement, les extrémités des conducteurs se recouvrent l'une l'au- tre, de manière à former un bon joint durable.
Les conducteurs métalliques sont généralement revê- tus d'une pellicule naturelle d'oxyde , spécialement les métaux tels que l'aluminium, en sorte qu'un contact métal sur métal réel n'est pas établi dans un joint mécanique . Ces revêtements offrent au passage du cou- rant électrique une résistance considérablement plus fonte que le métal. La résistance est également accrue
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par un épaississement de la pellicule d'oxyde, aux en- droits où le conducteur s'échauffe par le passage du cou- rant ou par la proximité d'une source de chaleur.
Bien que la résistance électrique d'un joint simple puisse être très petite , l'efficacité de la transmission d'énergie est notablement affectée , lorsqu'il s'agit de multi- plier la valeur de la petite résistance précitée par le nombre de joints que le courant traverse dans l'entièreté du système . De plus, si le joint n'est pas convenable- ment protégé, il peut se produire de la corrosion entre les surfaces se recouvrant l'une l'autre, ce qui peut accroître encore davantage la résistance électrique .
Pour la facilité , on peut appeler cette résistance an passage d'un courant électrique dans les joints mécani- ques une "résistance de contact" .
La présente invention a pour objet principal des moyens simples et efficaces pour réduire fortement la résistance de contact de joints mécaniques entre des conducteurs électriques et pour maintenir la résistance faible, spécialement dans les cas où la résistance de contact croît ordinairement en service . L'invention a pour objet particulier des moyens pour diminuer la résistance de contact entre des conducteurs alumineux.
Elle a encore pour objet un procédé pour assembler ou établir un joint mécanique, de façon que la résistance électrique de ce joint soit sensiblement réduite.
On a constaté que par l'application de certains composés aminés à la partie d'un conducteur métallique à joindre mécaniquement à un autre conducteur mécani- que, et par l'assemblage des conducteurs de façon que le composé aminé recouvre l'interface entre les surfaces se recouvrant mutuellement des conducteurs, la résistance électrique du joint est grandement diminuée . Aucun
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traitement subséquent du composé, après son application au conducteur, ni aucun traitementsubséquent du joint assemblé n'est requis pour donner lieu à une réduction de la résistivité du joint. La simplicité de l'applica- tion combinée à la grande efficacité du composé offre un avantage très important dans la construction et le fonctionnement d'un système de transmission d'énergie.
Un autre avantage réside dans la permanence de la résis- tance électrique diminuée étant donné que l'effet du composé subsiste aussi longtemps que ce composé est présent, En d'autres termes,le composé ne s'altère pas, en ce qui concerne la diminution de la résistance électri- que du joint. De plus, le composé peut subir un chauffage, tel qu'en produit le passage d'un courant dans une ligne, sans perdre son efficacité de diminution de la résistance électrique du joint. Cette stabilité du composé est spécia- lement précieuse, dans les cas où des courants très in- tenses sont transportés et où la résistance des joints augmente en fonction de la durée de service .Pour la facilité , les composés utilisés pour diminuer la résistan- ce de contact dans un joint mécanique peuvent être appe- lés "composés de joint électrique ".
Les composés de joint électrique employés sont des produits d'une réaction, d'une absorption ou d'une disso- lution d'une substance acide contenant du fluor par une amine aliphatique , ne contenant pas plus d'un total de sept atomes de carbone, laquelle amine est choisie dans le groupe consistant en hydroxylamines, monoamines, et polyamines.. Les composés résultant de l'action de la substance acide contenant du fluor sur les amines sont caractérisées par leur solubilité dans l'eau et leur non- miscibilité à la graisse ou à l'huile .Par le terme "non miscibilité", on entend que ces composés ne sont pas
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solubles en toutes proportions dans les huiles et grais- ses hydrocarbonées minérales habituelles.
La forme physi- que des composés à température ambiante varie suivant leur composition, certains de ces composés étant liquides, tan- dis que d'autres ont une consistance pâteuse. Le choix d'un composé pour un joint particulier peut être influencé par son état physique . Dans certains cas il peut être souhaitable d'employer deux ou plus de deux composés ou d'appliquer ceux-ci en couches successives sur la surfa- ce conductrice . Dans certains cas, il peut aussi être avantageux que d'autres matières, telles que des substan- ces inertes, soient mélangées au composé du joint.
Nombre de composés de joint électrique présentent la propriété de se gélatiniser ou de devenir plus visqueux par exposition à l'air d'humidité habituelle . Ce chan- gement n'exerce pas un effet préjudiciable sur la résis- tance électrique diminuée, mais tend à rendre les composés plus résistants à l'enlèvement par des moyens mécani- ques.
Les amines aliphatiques utilisées suivant l'invention sont de trois types, à savoir les hydroxyamines, les mo- noamines et les polyamines, mais dans tous les cas le nombre total d'atomes de carbone s'élève au maximum à 7.
Certaines amines peuvent être classées dans plus d'un des groupes susmentionnés, mais ceci ne restreint évidemment pas la portée de l'invention. Certaines amines, qui illus- trent les trois types précités et sont utiles comme compo- sés de joint électrique , sont la monoéthanolamine, la diéthanolamine, la triéthanolamine, l'aminoéthyléthanola- mine, le diéthylaminoéthanol, la monoisopropanolamine,la butylamine, l'amylamine, l'éthylène diamine, la diéthylè- ne triamine et la triéthylène tétramine.
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Pour rendre les types susdits d'amines efficaces pour abaisser la résistance électrique de joints mécaniques,ces amines peuvent être traitées par une substance acide contenant du fluor, telle que HF, BF3, HBF4, HB(OH)2 F2, H2SiF6, HSOF et les acides fluophosphoriques , ou par des composés donnant naissance par décomposition à ces substances. Les substances acides contenant du fluor sont comme l'indique l'expression, celles qui engendrent un acide dans l'eau et révèlent d'autres propriétés acides ordinaires. La manière particulière dont ces substances contenant du fluor sont introduites ne fait pas partie de la présente invention. Toutefois, le traitement doit être tel qu'une quantité mesurable de composé contenant du fluor reste associée à l'amine.
De préférence, ces substances doivent être présentes dans la proportion de 0,1 mol. par mol .d'amine, mais de plus petites quanti- tés de composé contenant du fluor combinées à l'amine donnent encore un composé de joint électrique capable de diminuer la résistance de contact dans un joint mécanique .
Les composés de joint contenant jusqu'à 1 mol de composé contenant du fluor par mol. d'amine se sont avérés satis- faisants , mais la proportion peut varier suivant l'amine particulière en présence . Parmi les composés acides contenant du fluor, HBF4 et HF sont les préférés, à cause de la facilité avec laquelle ils s'ajoutent à l'amine.
Bien que toutes les amines traitées spécifiées ci- dessus soient efficaces pour abaisser la résistapce élec- trique d'un joint mécanique entre conducteurs, on a consta' té que les produits à base d'hydroxylamine conviennent particulièrement, en raison de leur forme physique, de leur odeur , de leur efficacité, et de leur obtention facile . Le produit à base de HBF4 convient particulière- ment, en raison de la facilité avec laquelle il peut être préparé.
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Bien que les composés de joint électrique puissent être employés dans un joint mécanique entre conducteurs métalliques quelconques, ils se sont avérés particulière- ment précieux pour être employés sur des métaux revêtus d'une pellicule naturelle d'oxyde . Ainsi, ces composés diminuent grandement la résistance électrique des joints mécaniques entre conducteurs alumineux. Le terme "alumi- est neux"/employé dans la présent mémoire pour désigner à la fois l'aluminium et les alliages contenant plus de 50 % en poids de ce métal . Il se forme sur les conducteurs alumineux une pellicule tenace d'oxyde tellement rapide- ment qu'il a été impossible d'établir un contact direct métal sur métal dans un joint mécanique , même si le métal est d'abord nettoyé et si une forte pression est appli- quée au joint.
Par l'emploi des composés de joint élec- trique décrits dans le présent mémoire, la résistance électrique afferte par cette pellicule d'oxyde est très fortement réduite, ce qui est d'une importance considé- rable dans un système de transmission comprenant de nom- breux joints métalliques. La résistance de contact de joints entre des conducteurs de cuivre ou des conducteurs en alliage à base de cuivre est aussi considérablement ré- duite par l'emploi de ces composés de joint électrique, de même que la résistapce de contact des joints entre conducteurs alumineux et conducteurs en cuivre.
Bien que les composés puissent être employés avec succès sur des surfaces métalliques graisseuses ou souil- lées , il est préférable de nettoyer d'abord ces surfa- ces, afin d'assurer un effet maximum des composés. Un nettoyage chimique ou mécanique est satisfaisant .
Pour assembler un joint mécanique contenant les com- posés décrits dans le présent mémoire, il est seulement nécessaire de les appliquer sur la surface d'un des conducteurs fommant le joint mécanique, cette manière d'o-
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pérer fournissant une quantité suffisante de composé entre les surfaces se recouvrant mutuellement de conducteurs adja- cents pour abaisser la résistance de contact.
Les composés peuvent être appliqués auxùconducteurs de toute manière appropriée, notamment par enduisa, barbouillage ou immersion dans le liquide . La qaantité appliquée n'est pas critique, si ce n'est que pour obtenir les meilleurs résultats, l'entièreté des surfaces Be recouvrent l'une l'autre doit être revêtue de composés, lorsque les conduc- teurs sont assemblés pour former un joint. Généralement les composés n'exercent aucun effet préjudiciable sur le métal, en sorte qu'il n'est pas nécessaire d'enlever tout excès de composé se trouvant en dehors du joint.
Après l'application des composés, les conducteurs peuvent être connectés l'un à l'autre de la manière habituelle, notamment par des boulons , par des brides, par compression dans une presse, ou par d'autres moyens d'obtention d'un joint mécanique . Dans le cas où une garniture est attachée à un câble, le composé peut être appliqué au câble avant le pressage de la garniture sur celui-ci .
Le gain obtenu en interposant le joint électrique entre les surfaces se recouvrant mutuellement de conducteurs élec- triques est illustré dans les exemples suivants. Dans ces essais, l'effet de la résistance de contact est augmenté par rapport à la résistance entre une paire de conducteurs, par l'emploi de six blocs. d'aluminium d'une pureté minimum de 99,3 % entre des barres du même métal, Les blocs ont 7/8e de pouce de côté et 1/8e de pouce d'épaisseur. Une surface de chaque bloc est pourvue d'une rainure, en sorte qu'environ 50 % seulement de la surface totale vient en contact avec l'arrière du bloc ou de la barre voisine . Cet agencement sert à accentuer les effets de la résistance de contact .
Les barres ont même langeur- que les blocs et ont une épaisseur d'l/4 de pouce . Liensemble est réuni
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par le serrage d'écrans sur des boulons à l'aide d'une chef , de façon à appliquer une pression de 3500 livres anglaises . Pour obtenir le même type de surface métalli- que pour chaque essai, les blocs et les barres sont d'abord traités dans une solution aqueuse de NaOH à 5 % pendant 10 minutes, puis immergés dans une solution de HNO3 à 50 % pendant 5 secondes, pour être enfin lavés et séchés. Un essai initial est d'abord pratiqué sur l'assemblage en l'ab- sence de tout composé entre les surfaces de contact .
Dans chacun des essais suivants, l'amine traitée par HF, HBF4 ou HB (OH)2 F2 est enduite sur une surface du bloc ou de la barré , de façon que le composé soit présent sur cha - que surface de contact de l'assemblage . La proportion de HF, HBF4 ou HB(OH)2 F2 s'élève environ à 10 % en poids de l'amine. La résistance est mesurée en observant la chute de potentiel dans le joint sous un courant d'environ trois ampères. Les composés essayés sont les suivants : mono- éthanolamine-HBF,, triéthanolamine-HBF,, aminoéthyléthanola- mine-HBF4, monoéthanolamine-HB(OH)2 F2 et aminoéthyléthanola- mine-HF.
La résistance électrique moyenne à température am- biante de deux ou plus de deux essais montre que les joints ont une résistance égale à/ contenant les amines traitées environ a 1/10 de la résistance électrique du joint exempt de composé.
REVENDICATIONS
1. Composé de joint électrique, caractérisé en ce qu'il est constitué par le produit de l'action d'une substance acide contenant du fluor sur une amine aliphati- que ne contenant pas plus de 7 atomes de carbone et choisie dans la classe consistant en hydroxylamines, monoamines et polyamines.
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