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<PERFEGÎIONN2%ENT"k*CONDENSéTEURSÀA=DIEIEGTRIQUE SOB DE.
L'invention concerne un type de condensateur résistant parti- culièrement bien aux fonctionnements à haute température, grâce à l'emploi comme diélectrique d'imprégnation, d'une résine durcissable.
On préfère en effet les condensateurs à diélectrique solide qui présentent de grands avantages par rapport aux condensateurs à diélectrique liquide, et le polystyrène est un plastique à hautes propriétés diélectriques particulièrement intéressant. Mais on ne peut utiliser le styrène (monomère) volatil, car au moment de la polymérisation, il se produit des bulles qui rendent la masse craquelée et poreuse, au détriment de sa rigidité diélec- trique. Le polystyrène présente également des inconvénients dans les conden- sateurs fonctionnant à 110 C. ou plus, étant donné que son point de ramollis- sement se situe aux environs de 80 - 85 C.
L'invention a donc pour but d'obtenir un condensateur stable au- dessus de 110 C., qui comporte un diélectrique à base d'un copolymère de sty- rène, alpha méthyl styrène et divinyl benzène.
Ce procédé permet d'obtenir un certain nombre d'avantages sup- plémentaires qui ressortent de la description suivante et des dessins qui l'accompagnent ou : - la figure 1 représente une vue en perspective d'un condensateur partielle- ment déroulé; - la figure 2, le même condensateur enrobe de résine avec coupe partielle, - la figure 3, le condensateur terminé, - - la figure 4, enfin, représente une variante du-mode d'empilage des arma- -.tures. @
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Conformément à l'invention, on utilise comme diélectrique un
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mélange de styrène (monomère), de po3.yalphaméthylayrnel3.quide et de di- vinyle benzène qùe l'on cuit afin d'obtenir une résiné solide.
Ce passage au stade solide s'effectuer sans production d'eau comme dans le cas de ré- sines dites de condensation.
Au contraire, le mélange décrit ne donne naissance à aucun pro- duit volatil nocif durant la polymérisation; il se prend en une masse solide homogène sans la porosité, ni les craquelures caractéristiques du styrène -employé seul. La résine obtenue est stable au-delà de 1100 et conserve long- temps ses propriétés électriques à haute température.
En plus d'une faible quantité d'un catalyseur convenable, la composition en,poids du mélange proposé est la suivante :
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<tb> styrène <SEP> (monomère) <SEP> .................... <SEP> 45 <SEP> à <SEP> 65 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb> Polyalphamethyl-styrène <SEP> liquide <SEP> ....... <SEP> 25 <SEP> à <SEP> 55 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb> Divinyl <SEP> benzène <SEP> (en <SEP> solution) <SEP> ......... <SEP> 0,5 <SEP> à <SEP> 10 <SEP> % <SEP>
<tb>
Les meilleurs résultats ont été obtenus avec la composition suivante :
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Styrène (monomère) ......................... 56%
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<tb> Polyalphaméthyl-styrène <SEP> liquide <SEP> ............ <SEP> 41,5 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb> Divinylbenzène <SEP> (solution).................. <SEP> 2,5 <SEP> %
<tb>
On ne peut actuellement trouver dans le commerce 'du divinyl-ben- zène pur;
il se présente sous forme de solution avec d'autres composés; c'est cependant lui qui donne à la résine les qualités désirées. On a utilisé des solutions contenant de 18 à 87% de divinylbenzène, la quantité de solution employée étant fonction de la concentration. D'autres composés habituellement présents dans la solution de divinylbenzène et qui sont inertes, pour autant qu'il s'agisse de la présente invention, sont'le diéthylbenzène, l'éthylvi- nylbenzène, ainsi que des composés à haut point de distillation, comme le naphtalène ou autres hydrocarbures saturés.
La Société demanderesse a utilisé avec succès la'composition suivante en poids, de divinyl benzène :
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<tb> Divinylbenzène <SEP> ......................... <SEP> '38 <SEP> à <SEP> 42 <SEP> %
<tb>
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Diéthylbenzène ......................... 6 à 12 %
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<tb> Ethylvinylbenzène <SEP> 43 <SEP> à <SEP> 49 <SEP> % <SEP>
<tb> Composés <SEP> à <SEP> haut <SEP> point <SEP> de <SEP> distillation <SEP> .'. <SEP> 4 <SEP> à
<tb>
Toutes les compositions proposées ci-dessus donnent naissance à des résines présentant les propriétés diélectriques et les longues durées de vie requises, sans donner lieu aux inconvénients du'styrène solide polymérisé.
Par exemple, le styrène employé seul se contracte et développe des craquelures lors de la résinification, tandis que les mélanges proposés cidessus passent facilement à l'état solide sans que la substance solidifiée ne présente pratiquement de craquelures. L'adjonction de polyalpha-méthyl styrène raccourcit considérablement le temps de cuisson et rend la réaction de polymérisation moins exothermique ce qui évite la formation de bulles.
De plus, le polyalphaméthyl-styrène diminue la viscosité de l'imprégnant qui, de cette manière, enrobe mieux le condensateur. Sa présence semble également avoir un effet plastifiant sur le polymère final sans abaisser le point de ramollissement. La présence du divinylbenzène dans le mélange, fait s'élever le point de ramollissement du polyalphaméthylstyrène, mais il ne doit pas être employé en quantités sensiblement plus élevées que celles données précédemment car, en plus grandes quantités, il donne de la fragilité à la masse et fait apparaitre des craquelures, malgré la présence du polyalpha-méthyl styrène. Le polyalpha-méthyl styrène liquide est un polymère de l'alpha-méthyl styrène à faible poids moléculaire, du dimère à
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l'octomère.
La Société demanderesse trouve que les polymères ou mélanges de polymères possédant une viscosité d'environ 700 à 1.000 centipoises à 60 C. conviennent le mieux.
Une faible quantité de catalyseur ajoutée au mélange facilite la polymérisation; ainsi, on peut mettre de 0,1 à 2 % de perbenzoate de bu- tyle tertiaire (en général, 0,6% représente une bonne proportion); d'autres catalyseurs peuvent être utilisés en proportions équivalentes, comme les ozonides, les peroxydes inorganiques (peroxyde de baryum, ' de sodium, etc.'.)'} les peroxydes aliphatiques à radical aryl (acétylperoxyde, laurylperoxyde, stéarylperoxyde, etc..), les peroxydes dérivés d'acides aromatiques, tels que le benzoylpéroxydej- d'autres peroxydes organiques mélanges, tels que' 'acétylbenzoylperoxyde; les peroxydes de cétones, tels que le peroxyde d'a- cétone, le triacétone; les persulfates, les borates, les perchlorates.
Les condensateurs conformes à l'invention sont construits de manière classique, sauf en ce qui concerne le diélectrique. Ainsi, suivant la figure 1, les armatures sont constituées de feuilles métalliques 1 & 2 en aluminium ou en cuivre, séparées par des couches de papier 3 & 4 enroulées sur elles-mêmes. Les électrodes de sortie sont les bandes 5 & 6 qui peuvent être soudées aux armatures ou élargies, comme en 7, pour procurer de meil- leurs contacts. On peut utiliser également, comme électrodes de sortie, les feuilles métalliques elles-mêmes convenablement repliées.
En général, l'épaisseur des feuilles diélectriques ne dépasse pas 0,015 mm.; elles sont soit en papier :kraft, soit en papier chiffon; si l'on veut dépasser une tension de travail de 600 volts continus ou'alterna- tifs, il faut superposer deux à trois couches de 0,008 à 0,010 mm.; pour des tensions encore plus élevées, on augmente le nombre de couches isolan- tes. Une variante de disposition des armatures est représentée dans la fi- gure 4 ; voit que ces dernières sont intercalées entre les couchés diélec- triques 10 & 12, par empilage, les sorties 13 & 14 étant reliées aux arma- tures de manière classique.
La méthode d'imprégnation des condensateurs est la suivante :
Le condensateur une fois bobiné, ou empilé, est.placé. dans une enceinte mé- tallique 15 dont on scelle hermétiquement le couvercle 16, les deux élec- . trodes étant fixées aux bornes de sortie 17 & 18, et un orifice 19 de fai- 'blés dimensions permettant d'évacuer l'humidité, puis de remplir la boîte avec l'imprégnant.
Avant imprégnation, on effectue une dessication sous vide, qui élimine toute trace d'humidité; une fois le condensateur imprégné, on lui fait subir un traitement thermique à une température qui dépend de la durée du cycle de séchage, mais se situe généralement entre 60 et 1500 C. Si l'on utilise une température trop basse, la durée de séchage est excessivement longue; dans le cas contraire, on risque de décomposer le papier. Des conden- sateurs de 15 cm3 environ, demandent, pour leur dessication complète, un trai- tement à 125 degrés pendant 16 heures, selon un cycle alterné : 1 ) -une de- mi-heure sous un vide de 500 microns de mercure, 2 ) -une demi-heure à l'air sec sous pression atmosphérique. Après 16 heures de ce traitement, on refroi- dit le condensateur sous vide en 4 heures.
Le liquide d'imprégnation est introduit sous vide, de manière à remplir totalement l'enceinte. La pression est ensuite ramenée à sà valeur normale et on laisse l'imprégnation s'effectuer, la durée de l'opération dé- pendant de divers facteurs, comme la température de l'imprégnant, sa visco- sité et la facilité avec laquelle se mouillent les fibres du papier qui sé- pare les armatures. Lorsqu'on introduit la résine entre 40 et 50 C., la durée d'imprégnation ne dépasse pas une heure pour des condensateurs d'un volume approximatif de 60 cm3.
Après imprégnation, on peut soit sceller avant polymérisation, soit faire l'inverse; on a trouvé préférable de sceller les enceintes avant polymérisation pour que la surface extérieure de la boite puisse être net- toyée de toute trace de résine.
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Les conditions de polymérisation dépendent de la'composition exacte de la résine utilisée et des dimensions du condensateur. Avec les' substances résineuses possédant la composition donnée ci-dessus et des con- densateurs de 60 cm3, un temps de cuisson d'environ 4 heures, à la tempéra- ture de 125 C, convient très bien. Au cours de la cuisson, l'angle de per- tes et la capacitance diminuent et, après 4 heures de cuisson, la capacitan- ce atteint une valeur minimum correcte. Le facteur de puissance continue- rait à décroître si la cuisson était prolongée mais il est, en général, à une bonne valeur après les 4 heures. Néanmoins, il continuera à diminuer légèrement lors des essais ultérieurs et au cours de l'utilisation.
Les variations du facteur de puissance et de la capacitance durant la cuisson d'un condensateur préparé suivant la présente invention, sont représentées dans la table suivante :
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<tb> Heures <SEP> de <SEP> cuisson <SEP> Capacitance <SEP> - <SEP> mf <SEP> Facteur <SEP> de <SEP> puissance
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> - <SEP> %
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<tb> 1 <SEP> 7.03 <SEP> 4.3
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<tb> 2 <SEP> 7.03 <SEP> ' <SEP> 7.3
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<tb> 3 <SEP> 7. <SEP> 02 <SEP> 4. <SEP> 9
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<tb> 4 <SEP> 7.27 <SEP> 0.73
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<tb> 5 <SEP> 7.27 <SEP> 0.50
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<tb> 6 <SEP> 7.30 <SEP> 0.50
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<tb> 7 <SEP> 7.33 <SEP> 0.50
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<tb>
<tb> 8 <SEP> 7.
<SEP> 32 <SEP> 0.40
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<tb>
<tb>
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<tb> 24 <SEP> 7.37 <SEP> 0.80
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On peut établir un cycle de cuisson pour les condensateurs présentant de grands espaces vides à remplir de résine. Un cycle typique comportera, par exemple, un passage de la température ambiante à 800C. en une heure, puis une élévation de 80 à 125 en deux heures, cette tempéra- ture étant maintenue pendant deux heures et le retour à la température ambian- te s'effectuant en une heure.
Des condensateurs fabriqués de cette manière présentent, au- dessus de $5 Ce une stabilité exceptionnelle qui surpasse de très loin tout ce qui s'est fait jusqu'à ce jour en employant des diélectriques liquides.
Dix-huit condensateurs, réalisés conformément à l'invention, ont été essayés à une température de,12500. en même temps qu'un échantillonnage d'autres condensateurs classiques, sous une tension continue de 830 volts par 0 mm 25 d'épaisseur de diélectrique papier. Parmi les condensateurs à diélectrique papier imprégnés au moyen d'un mélange composé de 75% de pentachlorure de diphényle et de 25% de trichlorobenzène stabilisé par 1% 'en poids de dichlo- ranthraquinone, le quart' s'est révélé défectueux au bout de 135 heures, et la moitié au bout de 390 heures. Parmi les condensateurs -imprégnés avec des huiles minérales, le quart n'a pas tenu plus de 135 heures et la moitié plus de 710 heures.
Des condensateurs imprégnés avec une résine de phtalate de diallyle, le quart a été trouvé défectueux au bout de 723 heures et la moi- tié au bout de 830 heures. Par contre, les condensateurs utilisant la ré- sine faisant l'objet de la présente invention, présentèrent une durée de vie étonnamment plus longue lorsqu'ils furent soumis aux mêmes conditions de travail. Ce n'est qu'après 4. 320 heures que 25% des condensateurs se ré- yélèrent défectueux et qu'après 11. 000 heures que 45% d'entre eux étaient claqués.
La même expérience fut répétée à la température de 1100 avec le même succès. En effet, les condensateurs imprégnés au diphénylchloré stabilisé commencèrent à céder au bout'de'300 heures, ceux isolés par des feuilles imprégnées au polystère au bout de 200 heures et ceux Imprégnés au phtalate de diallyle au bout de 4.000 heures. Cependant, six condensa-
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teurs, conformes à l'invention, fonctionnèrent dans les mêmes conditions pen- dant 21.250 heures; après 22.000 heures, l'essai fut abandonné, cinq conden- sateurs étant toujours en service.
Cette résistance extraordinaire, cinq fois supérieure aux meil- leurs condensateurs connus jusqu'alors, est le meilleur indice de la valeur du procédé qui vient d'être décrit, les résultats obtenu en courant continu d'accroissement de leur durée de vie, étant également obtenus lorsqu'une tension alternative d'essai était utilisée.