<Desc/Clms Page number 1>
PERFECTIONNEMENTS AUX JOINTS ENTRE CONDUCTEURS METALLIQUES DE
L'ELECTRICITE.
La présente invention est relative à la formation de joints méca- niques prévus entre des conducteurs électriques en métal à l'exclusion de joints soudés à 1?autogène ou d'une autre manière, et elle se rapporte parti- culièrement à la réduction de la résistance électrique offerte par les joints mécaniques.
Dans les systèmes de transmission d'énergie électrique, il est fréquemment nécessaire de relier une unité conductrice métallique, telle que des barres omnibus ou un câble, à une autre, parce que, dans la plupart des installations, il n'est pas réalisable, sinon impossible, d'utiliser un seul conducteur continu depuis le générateur jusqu'à la machine ou à 1.1' appareil qui consomme l'énergie. De même, on doit fixer aux conducteurs, en particu- lier aux extrémités, des organes de connexion ou cosses qui amènent le courant et font partie du système de transmission.
Bien qu'il soit possible, et'même désirable,dans certains .cas, de souder à 13 autogène ou autrement un conduc- teur à un autre,dans beaucoup de cas, particulièrement dans les systèmes dans lesquels de fortes charges d'énergie sont transportées, la formation de ces joints soudés n'est pas avantageuse.. Par exemple, lors de l'installation de barres omnibus, il est plus commode et habituellement beaucoup plus rapide de les serrer ou de les boulonner ensemble que de les souder à l'autogène ou d'une autre manière, et de même, un joint mécanique de ce genre est plus aisément démonté qu'un joint soudé à 1?autogène ou d'une autre manière.
Il est parfois également nécessaire de réunir des conducteurs en métaux différents, ce qui présente certaines difficultés au point de vue de la soudureo
Lorsqu'on parle de joints mécaniques, il est bien entendu que ce terme s'applique aux joints dans lesquels un contact entre les conducteurs est établi et maintenu par des moyens mécaniques. Ainsi, des organes de con-
<Desc/Clms Page number 2>
nexion peuvent être serrés sur des conducteurs ou bien les conducteurs peuvent être boulonnés ou serrés 1-'un contre l'autre. Dans tous ces cas, une partie de la surface de l'un des conducteurs est maintenue en contact avec une partie de la surface d'un autre conducteur par des moyens mécaniques.
Habituellement, les extrémités des conducteurs se recouvrent, plutôt que d'être disposées bout à bout, pour former un joint efficace et durable.
En général, les conducteurs métalliques sont revêtus d'une pelli- cule d'oxyde naturel, spécialement de métaux tels que l'aluminium, ce qui a pour résultat qu'un bon contact métal contre métal ne s'établit pas dans un joint mécanique. En outre, ces revêtements présentent souvent considérable- ment plus de résistance au passage du courant électrique que le métal. La résistance est également augmentée par un épaississement de la pellicule d'oxyde, par exemple celui qui se produit lorsque le conducteur est chauffé par passage du courant ou par la proximité d'une source de chaleur.
Bien que de la résistance électrique d'un seul joint puisse être très faible, cependant, lorsqu'elle est multipliée par le nombre de joints prévus dans tout le système dans lequel le courant passe, le rendement de la transmission d'é- nergie est affecté d'une manière importante. En outre, si le joint n'est'pas protégé de manière convenable, la corrosion peut se produire entre les surfa- ces qui se recouvrent et ainsi augmenter encore la résistance électrique.
Pour plus de clarté, cette résistance au passage du courant électrique dans des joints mécaniques sera appelée résistance de contact.
L'un des objets de la présente invention consiste à prévoir un procédé d'assemblage d'un joint mécanique entre des conducteurs électriques métalliques., procédé grâce auquel la résistance électrique du joint est sen- siblement réduite. L'invention a encore pour objet un procédé de formation d'un joint mécanique de résistance faible entre des conducteurs électriques métalliques, joint qui conserve une valeur de résistance faible pendant une longue période de temps. Un autre objet de l'invention est un procédé d'as- semblage d'un joint mécanique entre des conducteurs en métal alumineux qui possèdent une résistance électrique faible pendant un laps de temps prolongé.
On a constaté que l'on peut établir des joints de résistance fai- ble entre des conducteurs électriques métalliques réunis mécaniquement en ap- pliquant d'abord certaines amines ou amides traitées à la partie de la surface d'au moins l'un des conducteurs qui sera en contact avec un autre conducteur et en assemblant les conducteurs de manière à former un joint, afin que l'amine ou l'amide traitées recouvre les surfaces portant l'une sur l'autre ou dispo- sées bout à bout, entre deux ou plusieurs conducteurs. Afin d'obtenir le maxi- mum de réduction de la résistance électrique, on doit utiliser l'amine ou l'a- mide traitées à chacune des interfaces entre les conducteurs réunis lorsque l'on utilise plus de deux conducteurs.
Une fois que le joint a été assemblé avec l'amine ou 1-'amide traitées, il n'est pas nécessaire d'appliquer un traitement ultérieur à ces n'altères ou à ce joint pour assurer et maintenir une faible résistance dans le joint. La simplicité de l'application des composés traités aux conducteurs ainsi que la grande efficacité de ces substances présentent des avantages très importants pour la construction et le fonctionnement d'un système de transmission dénergie puissant. Un autre avantage encore réside dans la permanence de 1-'abaissement de la résistance électrique, car cet effet subsiste aussi longtemps que les composés traités sont présents.
En outre, les composés traités peuvent subir un chauffage tel que celui qui se produit pendant le passage du courant dans la canalisation et, cependant, ne perdent pas leur efficacité en ce qui concerne la diminution de la résistance électri- que des joints. Cette stabilité des composés est particulièrement intéressante lorsqu'il s'agit de fortes intensités de courants, et la résistance mécanique des joints, lorsqu'ils sont assemblés comme ci-dessus, augmente avec un ser- vice prolongé. Pour plus de clarté, les composés traités que l'on utilise pour diminuer la résistance électrique ou de contact dans un joint mécanique seront appelés "composés pour joints électriques".
Les composés pour joints électriques utilisés par la demanderesse sont les produits résultant de la réaction (que ce soit par réaction* par ab- sorption ou par solution) d'une substance contenant du fluor à l'état acide
<Desc/Clms Page number 3>
sur une substance choisie dans le groupe comprenant des amines aliphatiques,' aromatiques ou hétérocycliques et des amides aliphatiques ainsi que leurs pro- duits de substitution. Les hydroxy-, mono-, et polyamines aliphatiques qui .. ne contiennent pas plus de 7 atomes de carbone sont généralement caractérisées par leur solubilité dans l'eau et leur non miscibilité dans les graisses ou huiles hydrocarburées ordinaires.
D'autre part, les amines aliphatiques, aro- matiques et hétérocycliques et les amides aliphatiques contenant 8 atomes de carbone ou'davantage sont habituellement insolubles dans l'eau et sont misci- bles avec les graisses et les huiles hydrocarburées. Le terme "insoluble" tel qu'il est utilisé icig signifie que la solubilité, si elle existe, est très légère, c'est-à-dire insuffisante pour permettre un entraînement par la- vage hors du joint lorsqu'il est exposé à l'eau ou dans une atmosphère humide.
Le terme "miscibili.té" -signifie que les amines et les amides traitées sont mutuellement solubles dans la graisse ou dans l'huile, tandis que l'expression linon miscible" s'applique à la condition inverse, à savoir que les composés ne sont pas mutuellement solubles en toutes proportions avec les huiles et les graisses hydrocarburées minérales habituelles.
L'état physique des composés pour joints électriques à la tempé- rature ambiante varie avec leur composition, certains étant liquides tandis que d'autres ont une consistance pâteuse.3. Le choix d'un composé particulier peut dépendre de son état physique et du procédé que l'on désire utiliser pour l'appliquer. En outre, dans certains cas, il peut être désirable d'utiliser deux ou plusieurs composés ou de les appliquer en couches successives sur la surface des conducteurs. De même dans certains cas,il peut être avantageux de mélanger des substances inertes au composé pour joint lorsque la dilution du composé n'a pas d'effet notable 'sur la résistance de contact du joint.
Lorsque l'on utilise une graisse ou une huile comme-diluant inerte, le compo- sé pour joint doit être miscible avec celles-ci. Des composés de ce type soit seuls, soit en mélange avec des graisses et des huiles font l'objet de la de- mande de brevet belge déposée le 20 juin' 1951 sous le n 393.483 pour :"Per- fectionnements relatifs aux composés pour joints électriques". Afin dé donner au composé ou mélange la viscosité désirée permettant Inapplication convenable sur les conducteurs, on peut ajouter des solvants ou des véhicules inertes, facilement vaporisables, tels que l'essence minérale. Ils s'évaporent rapi- dement en laissant le mélange ou le composé en place.
Quantité de composés pour joints électriques présentent la proprié- té de se gélatiniser ou de devenir plus visqueux lors de l'exposition à l'air, d'une teneur habituelle en humidité. Ce changement n'a pas d'effet nuisible sur l'abaissement de la résistance électrique, mais doit tendre à rendre les composés plus résistants à l'enlèvement par des moyens mécaniques.
Les amines et les amides qui sont utiles pour la préparation des composés pour joints électriques appartiennent à la classe des amines alipha- tiques, aromatiques et hétérocycliques et des amides aliphatiques, comme on l'a dit précédemment. Les amines aliphatiques peuvent être de n'importe le- quel des trois types hydroxy-, mono- ou polyamines. On peut classer certai- nes amines et amides dans plusieurs groupes aliphatiques et on peut en clas- ser certaines autres soit dans le groupe aromatique, soit dans le groupe hé- térocyclique ou bien on peut les classer à la fois dans les groupes aliphati- que et cyclique dans lesquels elles sont représentées par un composé particu- lier.
Parmi les amines aliphatiques qui ne contiennent pas plus de 7 atomes de carbone et qui représentent les types hydroxy-,mono-' et polyamines., on peut citer la monoéthanqlamine, la diéthanolamine, la triéthanolamine, l'ami- noéthanolamine, le diéthylaminoéthenol., la monoazopropanolamine, la butylamine, l'amylamine, l'éthylène diamine, la diéthylène triamine, et la triéthylène tétramine.
Les amines données ci-dessous représentent les amines aliphatiques contenant 8 atomes de carbone ou davantage : la 2-éthyl hexylamine, la 3-di- n-amylaminopropylamine, la di(2-éthylhexylamine), la didecylamine, la didodé- cylamine, la dioctadécylamine, la trihexylamine et la tri-n-amylamine.
Comme exemples des amines aromatiques, on cite la phényl éthanolamine, la 3-phényl propylamine, l'éthyl-phényléthanolamine, la phényldiéthanolamine, l'o-diméthylamino-éthyl-p-octyl phénol, l'octylphénolxyéthyldiméthylamine et
<Desc/Clms Page number 4>
le 4-amino-3-pentadécyl phénol.
Les amines hétérocycliques sont représentées par exemple, par les azoles, les azolines, les oxazolines, la glyoxaline, les amines, les oxazines, la morpholine et lindoleo Comme amides aliphatiques, on cite l'amide n-hexadecane et l'amide n-octadécaneo
Afin de rendre les aminés des types précités efficaces pour abais- ser la résistance électrique des joints mécaniques, on doit les traiter avec une substance contenant du fluor de nature acide tel que HF, BF3, HBF4, HB (OH)2F2., H2SiF6., HS03F et des acides fluophosphoriques ou avec des composés qui donnent, après décomposition, les substances acides précédentes.
Parmi les composés contenant du fluor de nature acide, on préfère utiliser HF et HBF3 en raison de la facilité avec laquelle on les ajoute à 19 amine ou à l'a- mide. Quand on désire obtenir un produit très efficace qui soit anhydre, on doit utiliser HFo L'expression "substance contenant du fluor de nature acide" signifie que la substance donne, en solution aqueuse, un acide et montre d'au- tres propriétés acides ordinaires. La manière particulière suivant laquelle on introduit ces substances dans l'amine ou dans 1-'amide ne fait pas partie de l'invention. Toutefois, le traitement doit être tel qu'une quantité nota- ble de composé contenant du fluor reste associée avec 1-lamine ou lamide.
Dans la pratique, on peut considérer que des pourcentages de 0,5 à 60% en poids de composés contenant du fluor de caractère acide constituent la gamme utile. De préférence, ces substances doivent être présentes dans la propor- tion de 0,1 mole pour chaque mole d'amine ou d'amide, mais des quantités plus faibles en combinaison avec l'amine ou l'amide donnent encore un composé pour joint électrique susceptible de diminuer la résistance de contact d'un joint mécanique.
On a constaté que des composés pour joints contenant autant que 1 mole ou même 2 moles de composé contenant du fluor par mole d'amine ou d'a- mide donnaient des résultats satisfaisants, mais la proportion peut varier suivant la composition particulière en cours de traitemento Lorsque l'on utilise HF, on obtient des résultats très avantageux lorsqu'il se trouve pré- sent en une quantité comprise entre 0,5 et 20% en poids de l'amine ou de l'a- mide à laquelle il est associé.
Bien que toutes les amines et amides traitées données ci-dessus soient efficaces pour abaisser la résistance électrique d'un joint mécanique interposé entre des conducteurs métalliques, la demanderesse a constaté que 19amine hydroxy-aliphatique et les dérivés substitués de l'oxazoline convien- nent particulièrement du point de vue de l'état physique, de l'odeur, de l'ef- ficacité et de leur disponibilité.
Bien que l'on puisse utiliser les composés pour joints électriques pour un joint mécanique entre des conducteurs électriques métalliques pleins, ils se sont révélés être particulièrement précieux lorsqu'on les utilise avec des conducteurs qui sont revêtus d'une pellicule d'oxyde naturel. Par exemple, ils se sont trouvés être particulièrement efficaces pour réduire la résistance électrique de joints mécaniques entre des conducteurs alumineux, particuliè- rement dans des installations de barres omnibus. Le terme "alumineux", tel qu'il est utilisé ici, sert à désigner à la fois l'aluminium et les alliages contenant plus de 50% en poids de ce métal.
La pellicule tenace d'oxyde se forme si rapidement sur les conducteurs alumineux qu'il a été impossible d'é- tablir un contact direct métal dans un joint mécanique, même si on nettoie d'abord le métal et si l'on applique une pression élevée aux conducteurs à l'endroit du joint. Grâce à l'utilisation des composés pour joints électri- ques que l'on vient de décrire, la résistance électrique de ces joints est grandement réduiteo Evidemment, ce fait est d'une importance considérable dans un système de transmission dans lequel il y a de nombreux joints mécani- ques.
On réalise une réduction considérable de la résistance de contact en utilisant des composés pour joints entre les conducteurs de cuivre et d'allia- ge à base de cuivre,de cuivre recouvert d'étain ou de cadmium, d'acier et d'aluminium, ainsi que les joints entre des conducteurs alumineux et non alu- mineux.
On peut utiliser avec succès les composés sur des surfaces métal- liques qui sont sales ou graisseuses, mais il est préférable de nettoyer d'a- bord celles-ci pour tirer le maximum d'avantage des composés. Que le nettoya-
<Desc/Clms Page number 5>
ge soit mécanique ou qu'il soit chimique, il donne satisfaction . Par suite, il est recommande que les conducteurs soient aussi secs que possible lorsque ...''on applique initialement les composes ou les mélanges contenant les compo- sés.
Pour assembler un joint mécanique contenant les composés décrits dans la présente invention, il suffit de les appliquer à la surface de 1-'un des conducteurs formant le joint mécaniques, étant donné que l'on obtient ain- si suffisamment de composés entre les surfaces se recouvrant des conducteurs voisins pour abaisser la résistance de contact. On peut appliquer les coma posés sur les conducteurs de toute manière appropriée, par exemple par pein- tire, par enduit ou par immersion dans le liquide.
La quantité appliquée est sans importance,, sauf lorsque l'on veut obtenir les résultats optima, la superficie entière des surfaces se recouvrant doit être recouverte du composé lorsque les conducteurs doivent être assemblés pour former jointe En général, les composés n'ont pas d'effet nuisible sur le métal et, par suite, il nest pas nécessaire d'en lever tout excès se trouvant à l'extérieur du joint. Lors- que les composés ont été appliqués, on assemble les conducteurs et on les maintient en position de la manière habituelle par des organes de serrage des boulons, par serrage dans une presse, ou par tout autre moyen permettant l'é- tablissement d9un joint mécanique.
Dans le cas où l'on fixe un organe de con- nexion sur un câble, on peut appliquer les composés sur le câble et, ensuite, emmancher de force l'organe de connexion sur le câble.
On expose dans les exemples suivants l'effet que l'on obtient en interposant le joint électrique entre les surfaces se recouvrant de conducteurs électriques. Dans ces essais, on augmente la résistance de contact par rap- port à la résistance entre une paire de conducteurs, en empilant six pièces en aluminium d'un minimum de pureté de 99,3 % entre des barres du même métal.
Les pièces ont 22,22 mm de côté et 3,17 mm. d'épaisseur. Lune des surfaces de chaque rondelle est rainurée de manière qu'environ 50% seulement de la sur- face totale soient en contact avec la partie arrière de la pièce ou de la barre voisines. Cette disposition sert à accentuer tous les effets de la résistan- ce de contact. Les barres ont la même largeur que les pièces et ont 6,34 mm. d'épaisseur.
On monte l'ensemble dans un support et on presse ces éléments l'un contre l'autre par des écrous de serrage vissés sur des boulons avec une clé dynamométrique afin d'appliquer une pression de 245 Kg/cm2. Afin d'obte- nir le même type de surface métallique dans chacun des essais, on attaque les barres et les pièces précitées dans une solution aqueuse à 5% de NaCH pendant 10 minutes;, on les enlève et on les immerge dans une solution de HNO3 à 50% pendant 5 secondes, après quoi on les retire., on les lave et on les sèche.
On effectue un premier essai de 1-'ensemble sans appliquer de composé entre les surfaces en contact. Dans chacun des essais suivants, on peint ou on enduit sur la surface de chaque pièce ou barre., l'amine ou l'amide traitées avec HF, HBF4, HB(CH)2F2, ou le mélange les contenant, de manière que le com- posé se trouve sur chacune des surfaces de contact de l'ensemble. On fait varier intentionnellement les proportions de HF, de HBF4 ou de HB(CH)2F2 par rapport à l'amide ou à l'amine. On mesure la résistance en observant la chute de potentiel à Pendrait du joint sous un courant d'environ 3 ampères.
On a. donné dans le tableau suivant les amines essayées, la substance contenant du fluor de nature acide utilisée ainsi que ses proportions et la résistance électrique moyenne de deux ou plusieurs essais avec chacun des composés.
<Desc/Clms Page number 6>
RESISTANCE ELECTRIQUE DES JOINTS D'ESSAIo
EMI6.1
<tb> Nature <SEP> et <SEP> Quantité <SEP> de <SEP> 1.'amine, <SEP> Nature <SEP> et <SEP> Quantité <SEP> de <SEP> Résistance
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> l'amide <SEP> ou <SEP> du <SEP> mélange <SEP> utilisés, <SEP> substance <SEP> contenant <SEP> du <SEP> électrique <SEP> moye:
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> fluor <SEP> de <SEP> nature <SEP> acide, <SEP> ne <SEP> en <SEP> Microhms.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
Néant
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 74 <SEP> % <SEP> de <SEP> monoéthanolamine <SEP> Néant <SEP> 98,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 26% <SEP> de <SEP> HBF4 <SEP> 10,4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 87% <SEP> de <SEP> triéthanolamine <SEP> 13% <SEP> de <SEP> HBF4 <SEP> 13,6
<tb>
EMI6.2
83% d"am.noéthyléthanolamine 17% de Hbo 4 9e5 42% de monoéthanolamine 58% de HB(OH) 2F 2 11,6 84% d-aminoéthyléthanolamine 16% de HF 9,7 90% de phényléthanolamïne 10% de HF 10,8 58% (d'aminoéthyléthanolamine 12% de HBF 4 15,3 30% (d"hydroxydiphénylamîne 45% d:
l oxazo1ine substituée ayant un 5 % de HF 11,1
EMI6.3
<tb> poids <SEP> molo <SEP> de <SEP> 350 <SEP> et <SEP> 50% <SEP> de <SEP> pé-
<tb>
<tb>
<tb> trolatum
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 45% <SEP> d'oxazoline <SEP> substituée <SEP> ayant <SEP> un <SEP> 5 <SEP> % <SEP> de <SEP> HF <SEP> 17,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> poids <SEP> mol. <SEP> de <SEP> 350, <SEP> 1% <SEP> d'amide <SEP> n-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> octadécane <SEP> et <SEP> 49% <SEP> de <SEP> pétrolatum.
<tb>
EMI6.4
72% de n-dodécylamine 3 % de HF 9,0
EMI6.5
<tb> 25% <SEP> de <SEP> pétrolatum
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 30% <SEP> de <SEP> 1-hydroxyéthyl-2-heptadécanyl <SEP> 3,3% <SEP> de <SEP> HF <SEP> 11,5
<tb>
<tb>
<tb> glyoxalidine
<tb>
<tb>
<tb> 33% <SEP> de <SEP> pétrolatum <SEP> et
<tb>
<tb>
<tb> 33,7 <SEP> % <SEP> d'essence <SEP> minérale
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 76% <SEP> de <SEP> 2-heptadécyl <SEP> imidazole <SEP> 8,5 <SEP> % <SEP> de <SEP> HF <SEP> 10,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> substitué, <SEP> 15,5% <SEP> diacide
<tb>
EMI6.6
éthylène bis-:iminodiacétique.
On peut constater que les composés pour joints électriques amè- nent une réduction très sensible de la résistance de contact des jointso Dans certains cas, la résistance n'est que le 1/10 de celle du joint ne com- portant pas de composé,
Cette demande est, en partie, la continuation de la demande de brevet belge déposée le 20 juin 1951 pour "Perfectionnements relatifs aux composés pour joints électriques".
REVENDICATIONS.
1. Procédé perfectionné pour établir un joint mécanique entre des conducteurs électriques métalliques qui se recouvrent, caractérisé en ce
EMI6.7
qu9ïl consiste à appliquer à. une partie d'au moins l9un des conducteurs qui