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PERFECTIONNEMENTS AUX CABLES ELECTRIQUES ISOLES ET AUX COMPOSES SERVANT A
LEUR IMPREGNATION.
La présente invention est relative à des câbles électriques iso- lés comportant un diélectrique en matière isolante fibreuse imprégnée, géné- ralement du papier; elle est relative, en particulier, à des câbles de ce type complètement imprégnés stabilisés et à des composés d'imprégnation pour ces câbles.
En disant que le câble est complètement imprégné, on entend qu'il est aussi chargé que possible de matière d'imprégnation, le papier ou autre matière fibreuse étant imprégné et les espaces entre leurs spires et leurs couches étant remplis de composé dans le but de s'assurer que la pos- sibilité de l'existence de vides à l'intérieur de la gaine qui entoure le diélectrique est réduite au minimum, et on entend par câble stabilisé un ca- ble tel que, lorsqu'on chauffe un tronçon vertical de 9 m. ou plus de ce câ- ble, les extrémités étant libres, à sa température maximum de travail en tant que conducteur, pendant 7 jours ou davantage, la quantité de composé d'imprégnation perdue par le câble par transsudaiôn ne dépasse pas 0,1% en volume de la capacité de la gaine du câble. .
Dans la description du brevet britannique n 581.830 déposé le par la demanderesse, on décrit un câble complètement imprégné sta- bilisé dans lequel la matière d'imprégnation du câble est un composé solide normalement plastique constitué par de la cire de pétrole micro-cristalline ayant un point de fusion non inférieur à 80 C et par une huile minérale d'im- prégnation de câbles ou un plastifiant pris dans le groupe des plastifiants constitués par le polyisobutène (polyisobutylène) ayant un poids moléculaire moyen de 20.000 à 100.000 et la colophane ou un mélange d'une telle huile avec l'un de ces plastifiants ou les deux, la proportion de cire micro-cris- talline dans le composé n'étant pas inférieure à 55% en poids.
Un mode de
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réalisation perfectionné d'un tel câble est décrit dans le brevet belge n 509. 999 du dans lequel on utilise, au lieu de cire de pétrole micro-cristalline, de la qualité décrite dans la description du brevet bri- tannique précité, une cire de pétrole micro-cristalline ayant un point de fusion d'environ 88 C et une pénétration à l'aiguille de 5 environ à 25 C et de 35 environ à 70 C ou un mélange-de cette cire avec des cires de pé- trole micro-cristallines ayant des pénétrations supérieures aux températu- res élevées, un point de fusion de 85 à 90 C et des pénétrations à l'aiguil- le variant entre 5 et 6 environ et 6 à 25 C et 35 et 50 à 70 C,
la propor- tion de cire micro-cristalline dans le composé n'étant pas inférieure à en- viron 48% en poids lorsqu'on utilise de la cire ayant une pénétration à l'ai- guille égale à 35 à 70 C et non inférieure à environ 50% en poids lorsqu'on utilise le mélange de cire spécifié.
Par le terme "cire de pétrole micro-cristalline" utilisé dans la description, on désigne une cire du groupe du pétrole ou du groupe de la cérésine de pétrole des cires de pétrole définies et classées dans le "journal of the Institute of Petroleum", vol. 29, N 240, 1943, pages 361-3) dont les cristaux sont de dimensions relativement petites par rapport à cel- les des cires du groupe de la cire de paraffine. Cette cire est couramment désignée sous le nom de cire micro-cristalline ou de cire amorphe. Les péné- trations à l'aiguille données dans la description sont des pénétrations à l'aiguille déterminées conformément à la méthode I.P.-49/46 de l'"Institute of Petroleum".
Les huiles minérales d'imprégnation du câble indiquées dans les descriptions des brevets précités sont celles qui, à la date du brevet pré- cité, sont généralement connues par les fabricants de câbles comme convenant pour l'imprégnation des câbles électriques isolés par du papier.
Elles sont étudiées, par exemple, dans le recueil d'articles sur les huiles isolantes du "Journal of the Institution of Electrical Engineers, Partie II, pages 3 à 64, vol. 90, 1943" Leur viscosité varie entre celle des huiles ayant une viscosité d'environ 11.000 centistokes ou davantage à 0 C et celle de l'huile dite pour câble à âme creuse ayant une viscosité d'environ 140 centistokes à 0 C
La demanderesse a maintenant constaté qu'on obtient des composés perfectionnés d'imprégnation à base de cire micro-cristalline en utilisant,, pour la production de ces composés, des huiles minérales de très faible vis- cosité et de très faible volatilité.
Au cours de la description, on entend par " huile de très faible viscosité" une huile ayant une viscosité inférieu- re à 100 centistokes à 0 C et par "huile de faible volatilité" une huile qui présente une perte de moins de 2% lorsqu'on la chauffe pendant 5 heures à l'air, à environ 110 C comme spécifié dans la méthode I.P. 46/51 de 1'"Insti- tute of Petroleum". En conséquence, la présente invention a pour objet un composé d'imprégnation de câbles qui est un produit solide normalement plas- tique se composant essentiellement de cire de pétrole micro-cristalline ayant un point de fusion non inférieur à 80 C. et d'huile minérale de très faible viscosité et de faible volatilité.
La présente invention a également pour objet un câble complètement imprégné et stabilisé dans lequel la matière d'im- prégnation, disposée à l'intérieur du papier (ou d'une autre matière isolan- te fibreuse) et dans les interstices entre les spires et les couches de pa- pier, est un produit solide normalement plastique, constitué essentiellement par de la cire de pétrole micro-cristalline ayant un point de fusion non in- férieur à 80 C et une huile minérale de très faible viscosité et de faible volatilité. Le composé d'imprégnation, en plus de ses constituants essentiels, peut comprendre un ou plusieurs plastifiants tels que, par exemple, le poly- isobutène, la colophane, le polyéthylène et le caoutchouc butyle.
On a constaté que ces huiles de très faible viscosité sont mieux retenues par la cire de pétrole micro-cristalline que les huiles des catégo- ries mentionnées dans les descriptions des brevets antérieurs précités ; en résulte que les câbles imprégnés des composés perfectionnés objet de l'in- vention ont même moins tendance à perdre par transsudation le produit d'im- prégnation aux températures voisines du point de fusion du composé que les câbles fabriqués conformément aux brevets précités.
Il peut sembler surpre-
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nant que les autres conditions étant égales par ailleurs, on puisse obtenir un meilleur câble stabilité avec un composé contenant une huile de très fai- ble viscosité qu'avec une huile de viscosité sensiblement plus élevée, mais la demanderesse estime que ceci est dû au fait que les molécules plus petites de lhuile de très faible viscosité sont absorbées plus complètement dans la structure cristalline de la cire.
Les proportions de cire micro-cristalline et d'huile de très faible viscosité et des autres ingrédients, le cas échéant, qui peuvent être utilisés dépendent de la qualité de la cire micro-cristalline utilisée et de la viscosité de l'huile utilisée ainsi que des conditions dans lesquelles le câble doit fonctionner. Lorsqu'on utilise une cire micro-cristalline ayant un point de fusion d'environ 88 C et des pénétrations à l'aiguille d'environ
5 à 25 C et d'environ 35 à 70 C, la quantité de cire peut s'abaisser jusqu% environ 35% en poids. Lorsqu'on utilise une cire micro-cristalline ayant un point de fusion de 80 C ou plus et des pénétrations à l'aiguille d'environ
6 à 25 C et compris entre environ 75 et 150 à 70 C, la quantité minimum de cire.est un peu supérieure, à savoir environ 45% en poids.
Lorsqu'on utilise un mélange de ces cires micro-cristallines ou une cire de pétrole micro- cristalline équivalente ayant un point de fusion non inférieur à 80 C et des pénétrations à l'aiguille comprises entre 5 et 6 à 25 C et entre environ 35 et 75 à 70 C, la quantité minimum de cire est comprise entre les deux va- leurs indiquées et est, de préférence, d'environ 40%. La quantité d'huile de très faible viscosité ne doit pas être inférieure à 30% et représente, de préférence, au moins 40% en poids du composé..
Le degré de perfectionnement obtenu par la.présente invention ressort d'une comparaison des indices d'absorption des composés conformes à la présente invention avec ceux des composés faisant l'objet du brevet belge n 509.999.
On a expliqué qu'on a constaté que les câbles imprégnés de cires micro-cristallines et de composés d'imprégnation qui les contiennent ne sont- pas nécessairement exempts de tendances à la transsudation simplement parce que les matières d'imprégnation ont des points de fusion supérieurs aux tem- pératures auxquelles les câbles sont soumis à des essais ou sont utilisés.
Cependant, au cours des expériences effectuées avec des câbles stabilisés, on a mis au point un essai empirique (que l'on a appelé 1'"essai d'absorp- tion") donnant une indication sûre des caractéristiques de .stabilisation des câbles imprégnés, isolés avec du papier, dans les conditions d'utilisation.
Dans cet essai, la propriété d'absorption du papier (ou d'une autre matière diélectrique fibreuse pour câble) est comparée à la capacité des composés d'imprégnation de la cire micro-cristalline à retenir les quantités d'huile et de plastifiant. L'essai consiste à disposer un échantillon coulé du com- posé, de dimensions standard, au contact d'une feuille de papier de la quali- té à utiliser dans la fabrication du diélectrique du câble; à maintenir l'en- semble en position horizontale, à une température accrue donnée pendant une certaine période-de temps durant laquelle l'huile provenant de l'échantillon est absorbée par le papier jusqu'à un point dépendant des caractéristiques du composé et des conditions d'essai choisies ; à observer enfin le degré d'ab- sorption.
Le périmètre du morceau de papier huileux obtenu représente sensi- blement la circonférence d'un cercle. La différence entre ce périmètre et la circonférence de l'échantillon soumis à l'essai, mesurée en centimètres, est appelée "indice d'absorption" de l'échantillon.
A une seule exception près, les valeurs de l'indice d'absorption indiquées ci-après ont été déterminées dans les conditions d'essai suivantes :
1. On prépare les échantillons en versant le composé fondu dans un verre de montre ayant un diamètre de 3,8 cm, une circonférence d'environ 12 cm et une profondeur de concavité de 0,4 cm.
2. La surface plate de l'échantillon coulé est placée au-dessus du centre d'un carré de 15 cm de côté en papier isolant pour câble, maintenu rigidement.
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3. Le papier isolant pour câble est du type obtenu à partir de pâte de bois sulfatée; il a une épaisseur de 0,13 mm, une densité apparente (pour une humidité relative de 65% et à 20 C) de 0,78 et une porosité Gurley de 150 sec par 100 cm3.
4. La température @t la durée de l'essai sont respectivement de 76,7 C et de 16 heures.
La demanderesse a constaté qu'un câble isolé par du papier, im- prégné d'un composé d'imprégnation à base de cire micro-cristalline, ayant un point de fusion non inférieur à 75 C et, dans les conditions d'essais précitées, un indice d'absorption de 15 ou moins, se comporte comme un câ- ble stabilisé à des températures du conducteur s'élevant jusqu'à 70 C et qu'un câble,-imprégné avec un composé d'imprégnation à base de cire micro- cristalline, ayant un point de fusion non inférieur à 82 C et un indice d'ab- sorption égal à environ 10 ou moins, se comporte comme un câble stabilise à des températures du conducteur s'élevant jusqu'à 80 C. On peut déterminer facilement, par des essais, l'indice d'absorption maximum permis pour d'au- très températures d'utilisation et d'autres papiers ou d'autres matières di- électriques.
Le tableau I indique les propriétés d'exemples de composés d'imprégnation à base de cire micro-cristalline propres à être utilisé dans la fabrication d'un câble isolé avec du papier stabilisé complètement impré- gné. Dans tous les exemples, la qualité de la cire de pétrole micro-cristal- line utilisée est celle vendue par la "British Sun Oil Company Limited" sous la marque "Sunoco 985, Yellow micro-cristalline wax" et ayant un point de fusion d'environ 88 C et des valeurs de pénétration à l'aiguille égaux en- viron à 5 à 25 C et environ à 35 à 70 C et désignée ci-après par "Sunoco 985".
L'huile utilisée dans les exemples l à 3 et désignée sous le nom de "O.F.C. Oil", (Auile spéciale pour câbles remplis d'huile), est une huile pour câble à âme creuse ayant une viscosité de 140 centistokes à 0 C de 35 centistokes à 20 C et de 7,3 centistokes à 60 C, c'est-à-dire qu'elle est semblable à celle spécifiée dans les exemples 1 à 4 donnés dans la descrip- tion du brevet belge n 509. 999. L'huile utilisée dans les exemples 4 à 7 désignée par "huile A" est une huile minérale de très faible viscosité ayant une viscosité de 80 centistokes à 0 G, de 26 centistokes à 20 C et de 6,2 centistokes à 60 C.
L'huile utilisée dans les exemples 8 à 12 inclus et dé- signée par "huile B" est une huile minérale de très faible viscosité ayant une viscosité de 35 centistokes à 0 C, de 13 centistokes à 20 C et de 3,5 centistokes à 60 C. Ainsi, on constatera que les exemples 1 et 2 sont des exemples de composés de cire à base de pétrole micro-cristalline servant à la fabrication de câbles conformément au brevet belge n 509.999 et les exem- ples 4, 5, 6 et 8 à 12 inclus sont des exemples de composés de cire à base de pétrole micro-cristalline servant à la fabrication de câbles objets de la présente demande.
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TABLEAU 1.
EMI5.1
<tb>
Exemple <SEP> Composé <SEP> Point <SEP> de <SEP> Pénétration. <SEP> Indice
<tb>
<tb> N <SEP> Parties <SEP> en <SEP> fusion <SEP> au <SEP> cône <SEP> d'absorption
<tb>
<tb> poids <SEP> C <SEP> 25 C
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Cire <SEP> Huile <SEP> O.F.C.
<tb>
<tb>
<tb>
1 <SEP> 60 <SEP> 40 <SEP> 82 <SEP> 87 <SEP> 7
<tb>
<tb>
<tb> 2 <SEP> 48 <SEP> 52 <SEP> 80 <SEP> 117 <SEP> 15
<tb>
<tb>
<tb> 3 <SEP> 40 <SEP> 60 <SEP> 78 <SEP> 135 <SEP> 22
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Huile <SEP> A. <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
4 <SEP> 60 <SEP> 40 <SEP> 83 <SEP> 97 <SEP> 5
<tb>
<tb>
<tb> 5 <SEP> 48 <SEP> 52 <SEP> 80 <SEP> 122 <SEP> il
<tb>
<tb>
<tb> 6 <SEP> 44 <SEP> 56 <SEP> 80 <SEP> 132 <SEP> 15
<tb>
<tb>
<tb> 7 <SEP> 40 <SEP> 60 <SEP> 79 <SEP> 140 <SEP> 20
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Huile <SEP> B. <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
8 <SEP> 60 <SEP> 40 <SEP> 80 <SEP> 97 <SEP> 2
<tb>
<tb>
<tb> 9 <SEP> 48 <SEP> 52 <SEP> 78 <SEP> 120 <SEP> 7
<tb>
<tb>
<tb> 10 <SEP> 40 <SEP> 60 <SEP> 76 <SEP> 135 <SEP> 11
<tb>
<tb>
<tb> 11 <SEP> 38 <SEP> 62 <SEP> 76 <SEP> 142 <SEP> 14
<tb>
<tb>
<tb> 12 <SEP> 35 <SEP> 65 <SEP> 75 <SEP> 170 <SEP> 7 <SEP> (mesuré
<tb>
<tb> à <SEP> 70 C)
<tb>
Les coefficients de pénétration au cône sont déterminés par le procédé I. P. - 50/48 de l'"Institute of Petroleum".
D'après les valeurs de l'indice d'absorption indiquées dans le tableau I, on constate que les câbles imprégnés avec des composés cire-huile micro-cristalline contenant des huiles de très faible viscosité sont moins susceptibles de perdre leur imprégnation par transsudation que les câbles imprégnés de composés de cire micro-cristalline ayant la même teneur en cire, mais contenant une huile pour câbles remplis d'huile ou une huile de visco- sité plus élevée.
On constatera, d'après le tableau I, que le pourcentage minimum de cire exigé pour obtenir un composé ayant un indice d'absorption égal à 15 ou moins s'abaisse de 48 à 44 lorsqu'on utilise "l'huile A" à la place de l'huile "O.F.C." et de 48 à environ 38 lorsqu'on utilise "l'huile B" de viscosité encore plus faible à la place de l'huile "O.F.C.". Ainsi, lorsqu'on utilise une cire micro-cristalline ayant un point de fusion d'en- viron 88 C et des coefficients de pénétration à l'aiguille d'environ 5 à 25 C et d'environ 35 à 70 C, on obtient des composés satisfaisants ayant une teneur en cire comprise entre environ 38 et 60% en poids et une teneur en huile comprise entre environ 62 et 40% en poids,
à conditions que la vis- cosité de l'huile utilisée soit telle que le composé ait un indice d'absorp- tion égal à 15 ou moins. Lorsqu'on utilise de "l'huile B", le pourcentage de cire minimum peut tomber à 35, car le composé de l'exemple 12 convient pour la fabrication d'un câble stabilisé utilisé à des températures de con- ducteurs d'environ 65 C. On peut utiliser le composé de l'exemple 10 pour la fabrication de câbles mis en service à des températures de conducteur s'élevant jusqu'à 70 C avec une marge importante de sécurité en ce qui con- cerne la transsudation et on peut utiliser le composé de l'exemple 4 pour la fabrication d'un câble stabilisé mis en service à des températures de conducteurs d'environ 80 C.
Grâce à la présente invention, la demanderesse obtient un câble électrique isolé ayant un diélectrique constitué par une matière fibreuse imprégnée dans lequel la matière d'imprégnation, située à
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l'intérieur de la matière fibreuse et dans les interstices entre les spires et les couches de cette matière est un produit solide normalement plastique ayant un indice d'absorption non supérieur à 15 et se composant de cire de pétrole micro-cristalline ayant un point de fusion non inférieur à 80 C et d'une huile minérale de très faible viscosité, un ou plusieurs plastifiants appropriés étant ou non utilisés, par exemple le polyisobutène, la colopha- ne, le polyéthylène et le caoutchouc butyle.
Les courbes pénétration-température des composés de câble sta- bilisé perfectionné contenant de l'huile minérale de très..faible viscosité ne sont pas à forte pente aux températures inférieures à 25 C et,à 25 C, elles indiquent des pénétrations élevées. Par conséquent, un câble stabili- sé objet de la présente invention présente des caractéristiques de courbure très satisfaisantes aux températures atmosphériques normales tandis qu'un câble stabilisé soumis à une surtension imprégné du composé de l'exemple 12 résiste à des essais de flexion sévères à environ 0 C sans aucune rup- ture du papier.
Un autre avantage de l'utilisation de composés comportant une proportion élevée d'huile de très faible viscosité réside dans le fait que ces composés ont des coefficients de dilatation thermique plus faibles dans la gamme de 20 à 100 C que les composés ayant approximativement le même in- dice d'absorption, préparés à partir d'huile "O.F.C." ou d'une huile de viscosité supérieure, ce qui permet d'atténuer, dans une mesure importante, les effets de formation de vides dans le diélectrique constitué,à mesure que le composé se refroidit pour passer de sa température de solidification à la température normale.