<Desc/Clms Page number 1>
PROCEDE PERFECTIONNE DE FABRICATION DE CABLES ELECTRIQUES.
La présente invention est relative aux câbles électriques isolés comportant un diélectrique constitué par une matière isolante en fibres im- prégnées, en général du papier, et elle concerne particulièrement des câbles non suintants complètement imprégnés de ce genre.
Lorsqu'on spécifie que le câble considéré est complètement impré- gné, cela implique, dans l'esprit de l'inventeur, que le câble est rempli de matières d'imprégnation autant qu'il est possible, le papier ou autre matière fibreuse étant imprégné et les espaces compris entre les spires et les cou- ches de ce papier étant remplis avec une composition, le but visé étant de réduire au minimum les vides possibles pouvant exister dans la gaine qui en- toure le diélectrique, et l'on désigne sous le nom de câble non suintant un câble tel que lorsqu'un tronçon vertical d'environ 9,2 m.
ou plus de ce câ- ble est chauffé pendant sept jours ou plus à la température maximum d'utili- sation prévue pour ses conducteurs les extrémités du câble restant ouvertes, la quantité de composition d'imprégnation qui s'égoutte du câble ne dépasse pas 0,1 % en volume de l'encombrement volumétrique de la gaîne du câble.
Dans le brevet britannique No. 581a830 du on décrit un câble complètement imprégné dans lequel on évite la migration de la ma- tière d'imprégnation lorsque le câble est disposé verticalement ou suivant des pentes prononcées, en utilisant une matière d'imprégnation qui est un produit solide normalement plastique constitué par de la paraffine ou cire de pétrole microcristalline ayant un point de fusion de 80 C ou plus, ou bien, par un composé solide normalement plastique composé de paraffine micro-cris- talline ayant un point de fusion d'au moins 80 G et d'une huile minérale d'im- prégnation de câble, ou d'un des deux plastifiants constitué par du,polyiso- butène (polyisobutylène) ayant un poids moléculaire moyen de 20.000 à 100.000 et de la colophane,
ou bien d'un mélange de cette huile avec l'un des plas- tifiants ou les deux, la proportion de paraffine micro-cristalline entrant
<Desc/Clms Page number 2>
dans la composition étant d'au moins 55 % en poids.
Par l'expression "paraffine micro-cristalline" utilisée ci-des- sus et ci-après, on entend une paraffine du groupe pétrolatum ou du groupe cérésine de pétrole (des paraffines pétrole) telles que définies et classi- fiées dans la publication "Journal of the Institute of Petroleum", Vol. 29, No. 240, 1843, pages 361-3- dont les cristaux sont de dimension relative- ment faible si on les compare à ceux des cires du groupe des cires de pa- raffine ordinaires. Cette cire est également connue couramment sous les noms de paraffine micro-cristalline ou paraffine amorphe.
Par le terme "huile minérale d'imprégnation de câble utilisé ci-dessus et ci-après, on entend l'huile minérale des qualités qui, à la date du brevet précité, étaient, de façon générale, connues des-fabricants de câbles électriques comme convenant à l'imprégnation diélectrique des câ- bles. Ces huiles sont mentionnées, par exemple, dans la série de rapports sur les huiles isolantes parue dans la publication périodique intitulée "The Journal of the Institution of Electrical Engineers, 2ème partie, pages 3-64, Vol. 90-1943". La viscosité de ces huiles varie d'environ 11.000 cen- tistokes ou plus à 0 C jusqu'à une viscosité d'environ 140 centistokes à 0 C qui est celle de l'huile désignée sous le nom d'huile pour câbles à âme creuse.
Conformément à la présente invention, une qualité particulière de paraffine micro-cristalline qui n'avait pas jusqu'ici été utilisée comme matière d'imprégnation de câble, à savoir une paraffine micro-cristalline de point de fusion voisin de 88 C et des valeurs de pénétration par l'aiguil- le (telles que déterminées conformément à la méthode désignée par les réfé- rences IP - 49/46 de l'Institut du Pétrole) d'environ 5 à 25 C et d'environ 35 à 70 C, est particulièrement avantageuse comme produit d'imprégnation ou comme constituant d'un produit d'imprégnation pour un câble non suintant, ce produit pouvant être utilisé en des quantités variant d'environ 48 % à 100 %, suivant les températures de fonctionnement du câble et le facteur de sécurité imposé.
Bien qu'il soit en général plus avantageux de n'utiliser que de la paraffine micro-cristalline de la qualité spécifiée, soit comme matière d'imprégnation, soit comme cire entrant dans la constitution de la matière d'imprégnation, il est prévu, conformément à l'invention, et lors- que des raisons économiques ou autres le justifient, de mélanger cette cire avec des paraffines micro-cristallines ayant des valeurs de pénétration plus élevées aux hautes températures, pour obtenir une cire de mélange ayant un point de fusion de 85-90 C et des valeurs de pénétration par l'aiguillé de l'ordre de 5-6 à 25 C et de 35-50 à 70 C.
La quantité minimum de cette cire de mélange qu'on peut utiliser sans danger dépasse le chiffre de 48 % spécifié pour une cire ayant une valeur de pénétration par l'aiguille de 35 à 70 C., cette proportion n'étant pas inférieure à environ 50 %. La pré- sente invention vise par conséquent un câble imprégné non suintant dans lequel la matière d'imprégnation se trouvant dans le papier (ou autre ma- tière isolante fibreuse), ainsi que dans les interstices existant entre les spires et les couches de ce dernier est une matière solide normalement plastique constituée par une paraffine micro-cristalline de point de fu- sion d'environ 88 C et de valeur de pénétration par l'aiguille d'environ 5 à 25 C et d'environ 35 à 70 C,
ou bien un mélange de paraffines micro-cris- tallines ayant un point de fusion compris entre 85 et 90 C et des valeurs de pénétration par l'aiguille voisines de 5-6 à 25 C et de 35-50 à 70 C, ou bien encore un composé qui est normalement une matière solide plastique et qui est constitué par une telle paraffine micro-cristalline et une huile minérale d'imprégnation de câble, pu bien-encore par l'un des deux plasti- fiants (ou les deux) constitués par du polyisobutène ayant un poids molécu- laire moyen de 20.000 à 100.000 et de la colophane, ou encore par un mélange d'une.telle huile avec l'un de ces plastifiants (ou les deux), la proportion de paraffine micro-cristalline dans le composé n'étant pas inférieure à en- viron 48 % en poids,
lorsqu'on n'utilise que de la cire de qualité corres- pondant à une valeur de pénétration par l'aiguille de 35 à 70 C et n'étant pas inférieure à environ 50 % en poids lorsqu'on utilise le mélange de cires
<Desc/Clms Page number 3>
spécifié.
Au cours de la mise au point de l'invention, la demanderesse a constaté qu'aux températures d'utilisation du câble;, la'paraffine de la qua- lité spécifiée conformément à l'invention est mieux capable de retenir dans sa structure cristalline sa teneur en huile naturelle et lorsque c'est le cas l'huile ou le plastifiant constituant le produit d'addition, que ne peu- vent le faire des paraffines ayant aux hautes températures'des valeurs de pénétration plus élevées, telles que les paraffines décrites dans les exem- ples 1 à 7 du brevet précité, paraffines dont les'valeurs de pénétration par l'aiguille à 25 C sont de l'ordre de 6 et, à 70 C, varient d'environ 75 à 150.
Les expériences effectuées par la demanderesse,ont montré que des câbles imprégnés à l'aide de paraffine de la qualité spécifiée conformément à l'invention ou de compositions contenant cette paraffine en grande propor- tion présentent une tendance moins marquée à perdre leur substance lorsqu'ils sont disposés verticalement ou suivant une forte pente et qu'ils fonction- nent à une température inférieure au point de fusion de la cire ou du compo- sé que les câbles imprégnés de paraffines micro-cristallines ayant aux hau- tes températures des valeurs de pénétration plus élevées ou bien encore im- prégnés à l'aide de composés comparables contenant de telles paraffines.
Les câbles conformes à la présente invention peuvent par conséquent être fa- briqués pour fonctionner à des températures plus élevées sans présenter de suintements ou bien aux mêmes températures en présentant une marge de sécu= rité plus grande que des câbles dans lesquels la matière d'imprégnation ou son constituant principal est de la paraffine micro-cristalline présentant aux températures élevées des valeurs de pénétration relativement grandes.
De plus, comme la paraffine micro-cristalline est une matière relativement coûteuse, on peut fabriquer ces câbles à un coût moindre que des câbles destinés à fonctionner à la même température et avec le même facteur de sé- curité en ce qui concerne les caractéristiques se traduisant par un non- suintement du câble et utilisant comme matière d'imprégnation ou comme con- stituant principal de cette dernière une paraffine micro-cristalline ayant aux températures lavées des valeurs de pénétration relativement grandes.
La firme "Britische Sun 0il Company Limited" met en vente sous le nom commercial de "Sunoco 985 Yellow microcristalline Wax" une paraffine micro-cristalline ayant un point de fusion d'environ 88 C et des valeurs de pénétration par l'aiguille d'environ 5 à 25 C et d'environ 35 à 70 C. Cette cire est désignée ci-après par l'expression "Sunoco 985".
La demanderesse a expliqué qu'elle a constaté que des câbles im- prégnés de paraffines micro-cristallines et de composés d'imprégnation con- tenant de ces paraffines ne sont pas nécessairement exempts de tendance au suintement, simplement parce que les matières d'imprégnation ont des points de fusion supérieurs aux températures auxquelles les câbles sont essayés ou exposés au cours du service. Toutefois, pendant les expériences faites par la demanderesse sur des câbles ne présentant pas le défaut de suintement, on a mis au point un essai empirique (dénommé par la demanderesse t'Essai d'absorption") qui a donné une indication sûre des caractéristiques de non- suintement de câbles isolés par du papier imprégné dans les conditions aux- quelles câbles sont exposés en service.
Dans cet essai, on compare la capa- cité d'absorption du papier (ou autre matière fibreuse constituant le dié- lectrique du câble) à la capacité que présentent des cires et des composés d'imprégnation les contenant de retenir leur huile et leurs constituants - plastifiants. L'essai consiste à placer un échantillon moulé aux dimensions normalisées de la cire ou du composé d'imprégnation à base de cire en con- tact avec une feuille de papier de la qualité qui doit être utilisée dans la fabrication du diélectrique du câble, à maintenir l'ensemble dans une position horizontale,
à le soumettre à une température élevée donnée pen- dant une période de temps donnée au cours de laquelle de l'huile provenant de l'échantillon se trouve absorbée par du papier dans une mesure qui dépend des caractéristiques de la matière d'imprégnation et des conditions choisies pour l'essai, et à observer l'importance ou l'étendue de l'absorption. Le pourtour de la tache huileuse produite sur le papier suit sensiblement le périmètre d'un cercle. On désigne sous le nom "d'indice d'absorption" de
<Desc/Clms Page number 4>
l'échantillon la différence qui existe entre ce périmètre et la circonfé- rence de l'échantillon soumis à l'essai.
Les valeurs de l'indice d'absorption mentionnées ci-après ont été déterminées dans les conditions d'essai suivantes :
1. On a préparé des échantillons de matières d'imprégnation par moulage dans un verre de montre ayant un diamètre de 38 mm, une circonfé- rence d'environ 120 mm et une profondeur de concavité de 4 mm.
2. On a placé la surface plane de l'échantillon moulé au centre d'un morceau de papier d'isolement de câble d'environ 150 mm de côté et maintenu rigidement.
3. Le papier d'isolement de câble utilisé était du type à pâte de bois traitée au sulfate et ayant une épaisseur de 0,13 mm., une densité apparente (à 65 % d'humidité relative et à 20 C) de 0,78 et une porosité Gurley de 150 secondes par 100 cm3.
4. La température et la durée de l'essai sont respectivement de 76,7 C et de 16 heures.
La demanderesse a constaté que la matière d'imprégnation à base de paraffine micro-cristalline d'un câble isolé en papier a un point de fu- sion qui n'est pas inférieur à 65 C et un indice d'absorption de 15 ou moins; le câble ne présente pas de suintement pour des températures de con- ducteur s'élevant jusqu'à 70 C, alors que des câbles imprégnés d'une matiè- re d'imprégnation ayant un point de fusion non inférieur à 82 C et un in- dice d'absorption d'environ 10 ou moins ne présentent pas de suintements du genre indiqué pour des températures de conducteur s'élevant jusqu'à 800C.
On peut facilement déterminer expérimentalement l'indice d'absorption admis- sible maximum pour d'autres températures d'utilisation, d'autres papiers ou d'autres matières utilisés comme diélectriques.
On donne ci-après des exemples de composés d'imprégnation con- venant à l'utilisation dans la fabrication du câble conforme à la présente invention : EXEMPLE 1.
EMI4.1
<tb>
Sunoco <SEP> 985 <SEP> ........................ <SEP> 60 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb> Huile <SEP> de <SEP> câble <SEP> à <SEP> âme <SEP> creuse
<tb>
<tb> (huile <SEP> pour <SEP> câble <SEP> rempli
<tb>
<tb>
<tb> d'huile) <SEP> dont <SEP> la <SEP> viscosité
<tb>
<tb>
<tb> est <SEP> de <SEP> 140 <SEP> centistokes <SEP> à <SEP> 0 C
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> et <SEP> 7,3 <SEP> centistokes <SEP> à <SEP> 60 C. <SEP> 40 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb>
Cette composition a un point de fusion de 82 C, des valeurs de pénétration au cône de 87 à 25 C et de 120 à 60 C et un indice d'absorption de 7.
On voit par conséquent qu'elle constitue un exemple d'une composition qui peut être utilisée pour un câble ayant un facteur de sécurité élevé en ce qui concerne ses caractéristiques de non-suintement aux températures d'utilisation ordinaires des câbles, ou bien qu'on peut utiliser sans danger dans des câbles fonctionnant à des températures de conducteur plus élevées que des températures usuelles. Par exemple, on peut l'utiliser dans des câbles conçus pour fonctionner en service avec des températures de conducteur de 70 C et des températures quelque peu supérieures.
EXEMPLE 2.
EMI4.2
<tb>
Sunoco <SEP> 985 <SEP> .......................... <SEP> 48 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb> Huile <SEP> pour <SEP> câble <SEP> à <SEP> âme <SEP> creuse
<tb>
<tb> telle <SEP> que <SEP> spécifiée <SEP> dans <SEP> l'e-
<tb>
<tb> xemple <SEP> 1............................ <SEP> 52 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb>
Cette composition a un point de fusion de 80 C, des valeurs de pénétration de cône de 117 à 25 C et de 175 à 60 C, et un indice d'absorp- tion de 15.
Elle est comparable, du point de vue de ses caractéristiques
<Desc/Clms Page number 5>
de résistance au suintement dans les conditions d'utilisation ,du câble en service, à une composition constituée de :
EMI5.1
<tb> Paraffine <SEP> micro-cristalline <SEP> ayant <SEP> un
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> point <SEP> de <SEP> fusion <SEP> de <SEP> 85 C, <SEP> des <SEP> valeurs <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> pénétration <SEP> à <SEP> l'aiguille <SEP> de <SEP> 6 <SEP> à <SEP> 25 C
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> et <SEP> de <SEP> 150 <SEP> à <SEP> 70 C <SEP> ........................
<SEP> 60 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Huile <SEP> de <SEP> câble <SEP> à <SEP> âme <SEP> creuse
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> telle <SEP> que <SEP> spécifiée <SEP> dans <SEP> l'exemple
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> ....................................... <SEP> 40 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb>
et ayant un point de fusion de 80 C, des valeurs de pénétration de cône de 93 à 25 C et de 180 à 60 C, et un indice d'absorption de 15, mais sa teneur en paraffine est considérablement plus faible, ce qui constitue un avantage économique. Sa valeur élevée de pénétration au cône à 25 C constitue un avantage technique car un câble utilisant cette composition résiste mieux au pliage, la tendance des papiers à la rupture se trouvant réduite.
EXEMPLE 3
EMI5.2
<tb> Sunoco <SEP> 985 <SEP> .............................. <SEP> 42 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb> Paraffine <SEP> micro-cristalline
<tb>
<tb> (point <SEP> de <SEP> fusion <SEP> 90 C, <SEP> pénétra-
<tb>
<tb> tion <SEP> par <SEP> l'aiguille:
<tb>
<tb> 150 <SEP> à <SEP> 700C) <SEP> ............................. <SEP> 8 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb>
<tb> Huile <SEP> de <SEP> câble <SEP> à <SEP> âme <SEP> creuse
<tb>
<tb> telle <SEP> que <SEP> spécifiée <SEP> dans
<tb>
<tb> l'exemple <SEP> 1 <SEP> ...............................
<SEP> 50 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb>
EMI5.3
<tb> Cette <SEP> composition <SEP> a <SEP> un <SEP> point <SEP> de <SEP> fusion <SEP> de <SEP> 82 C, <SEP> des <SEP> valeurs <SEP> de <SEP> pénétration
<tb>
<tb> au <SEP> cône <SEP> de <SEP> 95 <SEP> à <SEP> 25 C <SEP> et <SEP> de <SEP> 180 <SEP> à <SEP> 60 C, <SEP> et <SEP> un <SEP> indice <SEP> d'absorption <SEP> de <SEP> 14. <SEP> Du
<tb>
<tb> point <SEP> de <SEP> vue <SEP> de <SEP> ses <SEP> caractéristiques <SEP> de <SEP> résistance <SEP> à <SEP> l'écoulement, <SEP> elle <SEP> se
<tb>
<tb>
<tb> rapproche <SEP> plutôt <SEP> de <SEP> la <SEP> composition <SEP> donnée <SEP> dans <SEP> l'exemple <SEP> 2.
<tb>
<tb>
<tb>
EXEMPLE <SEP> 4.
<tb>
EMI5.4
<tb>
Sunoco <SEP> 985 <SEP> ............................. <SEP> 34 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb> ''Paraffine <SEP> micro-cristalline
<tb>
<tb> (point <SEP> de <SEP> fusion <SEP> 89 C, <SEP> pénétration
<tb>
<tb> par <SEP> l'aiguille: <SEP> 95 <SEP> à <SEP> 70 C) <SEP> ............ <SEP> 19 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb>
<tb> Huile <SEP> de <SEP> câble <SEP> à <SEP> âme <SEP> creuse
<tb>
<tb>
<tb> telle <SEP> que <SEP> spécifiée <SEP> dans
<tb>
<tb> l'exemple <SEP> 1 <SEP> ............................. <SEP> 47 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb>
Cette composition a un point de fusion de 82 C, des valeurs de pénétration: 90 à 25 C et 160 à 60 C, et un indice d'absorption de 12.
EXEMPLE 5.
EMI5.5
<tb>
Sunoco <SEP> 985 <SEP> ............................. <SEP> 70 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb> Polyisobutène
<tb>
<tb> (poids <SEP> moléculaire <SEP> =20 <SEP> 000) <SEP> ............. <SEP> 10 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb>
<tb> Huile <SEP> minérale <SEP> de <SEP> viscosité
<tb>
<tb> 150 <SEP> centistokes <SEP> à <SEP> 60 C
<tb>
<tb> (600 <SEP> secondes <SEP> Rewood <SEP> à <SEP> 60 C). <SEP> ........... <SEP> 20 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb>
Cette composition a -un point de fusion de 87 C, des valeurs de pénétration de cône: 30 à 25 C et 70 à 60 C, et un indice d'absorption de 3.
EXEMPLE 6.
EMI5.6
<tb>
Sunoco <SEP> 985 <SEP> ................................ <SEP> 55 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<Desc/Clms Page number 6>
EMI6.1
<tb> Huile <SEP> minérale <SEP> (900 <SEP> secondes
<tb>
<tb>
<tb> Redwood <SEP> à <SEP> 60 C <SEP> d'une <SEP> viscosité
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> 220 <SEP> centistokes <SEP> ....................... <SEP> 35 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Colophane-gomme <SEP> (de <SEP> la <SEP> qualité
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> connue <SEP> aux <SEP> Etats-Unis <SEP> d'Amérique
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> sous <SEP> la <SEP> désignation <SEP> "M") <SEP> ................. <SEP> 10 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb>
Cette composition a un poids de fusion de 85 C, des valeurs de pénétration au cône: 46 à 25 C et 83 à 60 C, et un indice d'absorption de 7.
EXEMPLE 7
EMI6.2
<tb> Sunoco <SEP> 985 <SEP> ................................ <SEP> 98 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb> Colophane <SEP> purifiée <SEP> ........................ <SEP> 2 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb>
Cette composition a un point de fusion de 88 C, des valeurs de pénétration de cône: 4 à 25 C et 50 à 60 C, et un indice d'absorption de 0.
Les valeurs de pénétration au cône données pour les composés ci- dessus ont été déterminées par la méthode IP-50/48, cas B (cône) de l'Insti- tut du Pétrole, et les points de fusion ont été déterminés par la méthode d'essai normalisée pour la détermination du point de fusion du pétrolatum dé- signé aux Etats-Unis d'Amérique du Nord sous la référence D. 127-30 et décri- te à la page 532 du document désigné sous le titre "A.S.T.M.-Standards" 2ème partie -1930, publié par l'Association technique connue sous le nom de Ameri- cain Society for Testing materials.
On prépare les compositions par mélange à chaud et elles sont suf- fisamment fluides aux températures ordinaires d'imprégnation, voisines de 130 C, pour assurer une imprégnation complète du diélectrique. Aux températu- res inférieures aux points de fusion indiqués pour les compositions, celles-ci sont des matières solides plastiques qui ne s'écoulent pas à l'intérieur du câble lorsqu'elles se trouvent portées aux températures usuelles d'utilisation en service. Les faibles valeurs indiquées pour la pénétration à basse tempéra- ture font ressortir que les améliorations obtenues du point de vue des carac- téristiques de résistance au suintement des câbles fabriqués conformément à la présente invention sont obtenues sans sacrifier aucunement et d'une manière notable les caractéristiques de pliage du câble aux températures ambiantes usuelles.
Toutefois, dans le cas de compositions contenant des proportions considérablement plus élevées de Sunoco 985 ou d'une matière similaire présen- tant, aux températures élevées, de faibles valeurs de pénétration par l'aiguil- le, il peut être nécessaire d'éviter de plier le câble pendant les périodes de temps durant lesquelles les températures ambiantes sont normalement basses ou bien de prendre des mesures pour élever la température interne du câble jus- qu'à une valeur pour laquelle on peut le plier en toute sécurité.