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PERFECTIONNEMENTS AUX CABLES ET CONDENSATEURS ELECTRIQUES.
La présente invention est relative aux câbles électriques et aux condensateurs électriques, dont les diélectriques sont constitués en une matière isolante fibreuse imprégnée., par exemple en papier imprégné. L'inven- tion est également relative à des composés pour l'imprégnation de tels câ- bles et condensateurs.
On connaît des composés d'imprégnation, qui sont obtenus en ajoutant des produits de polymérisation, tels que du polyisobutylène, à une huile minérale isolante. Toutefois, dans les câbles, comportant un diélectrique imprégné à l'aide de tels composés, ceux-ci ont tendance, lorsque les câbles sont suspendus dans des puits de mines ou sont posés dans des régions monta- gneuses, à s'écouler des parties supérieures aux parties inférieures des.câ- bles, à tel point que les parties supérieures en question finissent par être inadéquatement imprégnées, tandis que les parties inférieures peuvent s'endommager, à cause de la pression hydrostatique du composé dans ces dernières parties.
On a déjà proposé d'utiliser, comme compbsés d'imprégnation, des solutions de polyéthylène dans de l'huile minérale. Ces composés d'imprégnation ont des points de fusion élevés, mais peuvent être désavantageux du fait que les deux constituants se séprent assez rapidement, en sorte que l'huile peut librement passer d'une partie du câôle à une autre.
Dans son brevet britannique n 5810830, la demanderesse a décrit et revendiqué un câble isolé au moyen de papier imprégné, dans laquel l'agent d'imprégnation est un composé d'imprégnation formé d'une solution, dans une huile minérale convenant pour l'imprégnation de câbles, de cire de pétrole, microcristalline fondant à 80 C ou à une température plus élevée. Ce
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composé d'imprégnation s'est avéré satisfaisant pour la production de câbles isolés au moyen de papier imprégné, dans lesquels l'agent d'imprégnation ne subit pas d'écoulement.
Mais, cet agent d'imprégnation présente l'inconvénient de nécessiter l'utilisation de plus de 50% en poids de cire de pétrole microcristalline, qui est relativement coûteuse, pour que le .composé reste à l' état solide et plastique aux températures d'enviro@n 70 C atteintes en service par les conducteurs du câble et pour que le câble imprégné à l'aide dudit agent d'imprégnation reste exempt de tout écoulement de cet agent aux températures de service en question.
Par l'expression "câble exempt d'écoulement de l'agent d'imprégnation", on entend, dans le présent mémoire, un câble tel que lorsqu'un trongon vertical de 30 pieds ou davantage du câble, à extrémités ouvertes, est chauffé à la température maximum atteinte en service par le conducteur,pendant 7 jours ou davantage, la quantité d'agent ou composé d'imprégnation, qui s'est écoulée du câble, n'exède pas 0,1% en volume de la capacité cubique de la gaine du câble.
Par l'expression noire de pétrole microcristalline", on entend la cire du groupe de la vaseline des cires de pétrole, c'est-à-dire la cire de vaseline, et/ou la cire du groupe de la cerésine des cires de pétrole (telles que définies et classifiées dans le "Jour- nal of the Institute of Pétroleum" vol 29, n 240, 1943, pages 361-3), lesquelles cires présentent des dimensions cristallines relativement faibles comparées à celles des cires du groupe des cires paraffiniques. La cire en question est également appelée "cire de pétrole amorphe".
La présente invention est basée sur la découverte suivante ; en incorporant à une huile minérale isolante à la fois une proportion appropriée de polymères d'éthylène normalement solides (dénommés ci-après "polyéthylène") et une proportion appropriée de cire de pétrole microcristalline, on obtient des composés d'imprégnation améliorés, qui constituent normalement des solides plastiques présentant des points de fusion élevés, mais présentant, à froid, une plasticité supérieure à celle des composés huile minérale-cire microcristalline et, à chaud, une stabilité supérieure à celle des composés huile minérale-cire microcristalline.
L'expression "huile minérale isolante" désigne, dans le présent mémoire, une huile de pétrole possédant des propriétés diélectriques, qui la rend propre à être utilisée comme un agent d'impré- g@@tion pour un condensateur et/ou un câble isolé imprégné de papier. Les qualités d'huile minérale convenant à ces usages sont généralement connues des fabricants de tels câbles et de tels : condensateurs et sont, par exemple, discutées dans les articles parus sur les huiles isolantes dans le "Journal of the Institution of Electrical Engineers", partie II, pages 3-64, vol 90, 1943.
La présente invention concerne un composé d'imprégnation à base d'huile minérale, qui constitue normalement un solide plastique et contient 0,5 à 20% en poids de polyéthylène et 2à 50% en poids de cire de pétrole microcristalline, dissous dans une huile minérale isolante, les teneurs en polyéthylène et en cire s'élevant au total à au moins 10% en poids de l'ensemble du composé d'imprégnation. La cire a, de préférence, un point de fusion de 80 C ou davantage.
L'invention concerne, au surplus, un procédé pour la fabrication d'un tel composé d@imprégnation solide normalement plastique, ce procédé consistant à dissoudre du polyéthylène dans de l'huile minérale isolante à une température n'excédant pas 25000, cette dissolution s'opérant en agitant et dans une atmosphère inerte, et à incorporer à la solution obtenue de la cire de pétrole microcristalline.
L'invention est encore relative aux câbles et condensateurs électriques, dont le diélectrique est constitué d'une matière fibreuse imprégnée à l'aide du composé d'imprégnation solide normalement plastique en question.
Les composés d?.imprégnation suivant l'invention sont très stables et ont des points de figeage élevés, dont les valeurs précises dépendent de la composition particulière des composés et des qualités particulières de
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cire et de polyéthylène employées. Ces composés peuvent être employés comme agents d'imprégnation pour la fabrication de câbles à papier imprégné exempts d'écoulement, lesquels câbles restent suffisamment souples pour pouvoir être bobinés et débobinés à 0 C, sans que l'isolant soit endommagé.
Bien que la proportion de polyéthylène puisse, comme on l'a signalé, varier de 0,5 à 20% en poids du composé d'imprégnation, on préfère utiliser de 5 à 10% de polyéthylène, tandis que, bien que la cire de pétrole microcristalline puisse être utilisée à raison de 2 à 50% en poids, on préfère en employer 5 à 15%o
Lès composés d'imprégnation améliorés peuvent contenir une certaine proportion de rosineo Cette proportion peut s'élever jusqu'à 30% en poids du composé; mais est, de préférence, comprise entre 5 et 15%. La rosine peut être une rosine raffinée par l'un ou l'autre des procédés décrits dans les brevets britanniques 524.246 et 583.312.
Des extraits de pétrole aromatiques notamment un extrait fortement aromatique provenant du raffinage, à l'aide de solvants, d'huile minérale, peuvent être ajoutés au composé d'imprégnation, en une proportion pouvant atteindre 30% en poids du composé, afin de conférer des propriétés d'adsorption de gaz et de permettre au composé d'absorber des gaz libérés par le bombardement ionique, qui peut se produire dans les vides du diélectrique, lorsque le câble ou le condensateur imprégné à l'aide du composé en question est on service.
Des inhibiteurs d'oxydation, comme la phényl-ssnaphtylamine, et des désactivateurs de métaux, tels que la N.N'-disalicylidène éthylène diamine, peuvent également être incorporés au composé et ce en proportions pouvant atteindre 0,2 % pour l'inhibiteur d'oxydation et 0,02 % pour le désactivateur, ces pourcentages étant donnés en poids par rapport au poids du composé. Une proportion de polyisobutylène pouvant atteindre 50% en poids du composé, selon le poids moléculaire du polyisobutylène, peut être ajoutée, pour conférer une plus grande viscosité au composé à l'état fondu.
L'huile minérale employée peut être une quelconque des huiles isolantes normales pour câbles et condensateurs, par exemple, une huile minérale présentant à 60 C une viscosité de 70 à 250 centistokes.
Pour permettre de mettre aisément l'invention en pratique, on décrira ci-après des composés d'imprégnation suivant l'invention, ainsi que leurs modes de préparationo
EXEMPLE I.
Un composé d'imprégnation contenant : - 10 parties en poids de polyéthylène; - 10 parties en poids de cire de pétrole micro cristalline; - 20 parties en poids de rosine raffinée, et - 60 parties en poids d'huile minérale isolante (viscosité de 100 centisto- kes à 6000) a été préparé, en mélangeant d'abord 1-'huile et la rosine à 120 C, puis en élevant la température du mélange à 150 C. Le polyéthylène a ensuite été ajouté sous forme granulaire et la température a ensuite été portée à 180 C. Ce stade opératoire ainsi que les stades subséquents du procédé ont été exé- cutés dans une atmosphère inerte, afin d'empêcher une oxydation excessive des constituants. Après dissolution complète du polyéthylène, on a ajouté la cire.
On a ensuite laissé la masse fondue se refroidir, toujours en atmosphère inerte, jusqu'à 100 C, après quoi on l'a versée dans des récipients appropriés.. Le composé final présentait les caractéristiques suivantes : point de goutte Ubbelhode 88 C facteur de puissance à 100 C 0,003
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essai de pénétration
I.P. 50/53 (non travaillé) 55
EXEMPLE II.
Par un procédé similaire à celui décrit dans l'exemple I, on a préparé un composé d'imprégnation de composition suivante : - 2 1/2 parties en poids de polyéthylène; - 12 1/2 parties en poids de cire de pétrole micro cristalline; - 20 parties en poids de rosine raffinée, et - 65 parties en poids de polyisobutylène/huile en mélange.
Le mélange de polyisobutylène et d'huile était constitué d'une solution à 1, 25 % de polyisobutylène dans une huile minérale isolante d'une viscosité de 9 centistockes à 60 G; cette solution a été préparée par le procédé décrit dans le brevet britannique nP 650.088.
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IMPROVEMENTS TO ELECTRIC CABLES AND CAPACITORS.
The present invention relates to electric cables and to electric capacitors, the dielectrics of which are made of an impregnated fibrous insulating material, for example of impregnated paper. The invention also relates to compounds for the impregnation of such cables and capacitors.
Impregnation compounds are known, which are obtained by adding polymerization products, such as polyisobutylene, to an insulating mineral oil. However, in cables having a dielectric impregnated with such compounds, they tend, when the cables are suspended in mine shafts or are laid in mountainous regions, to leak parts. higher than the lower parts of the cables, so much so that the upper parts in question end up being inadequately impregnated, while the lower parts may become damaged, due to the hydrostatic pressure of the compound in the latter parts.
It has already been proposed to use, as impregnation compounds, solutions of polyethylene in mineral oil. These impregnating compounds have high melting points, but can be disadvantageous because the two components separate quite quickly, so that the oil can freely pass from one part of the shell to another.
In its British Patent No. 5810830, the Applicant has described and claimed a cable insulated by means of impregnated paper, in which the impregnating agent is an impregnating compound formed from a solution, in a mineral oil suitable for use. impregnation of cables, petroleum wax, microcrystalline melting at 80 C or at a higher temperature. This
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The impregnating compound has been found to be satisfactory for the production of cables insulated by means of impregnated paper, in which the impregnating agent does not undergo flow.
However, this impregnating agent has the drawback of requiring the use of more than 50% by weight of microcrystalline petroleum wax, which is relatively expensive, so that the compound remains in the solid and plastic state at temperatures of. 'Envo @ n 70 C reached in service by the conductors of the cable and so that the cable impregnated with said impregnating agent remains free from any flow of this agent at the operating temperatures in question.
By the term "cable free from impregnating agent flow" is meant herein a cable such as when a vertical section of 30 feet or more of the cable, with open ends, is heated. at the maximum temperature reached in service by the conductor, for 7 days or more, the quantity of impregnating agent or compound which has flowed from the cable does not exceed 0.1% by volume of the cubic capacity of the cable sheath.
By the expression black of microcrystalline petroleum "is meant the wax of the petrolatum group of petroleum waxes, that is to say the petrolatum wax, and / or the wax of the ceresin group of petroleum waxes. (as defined and classified in the "Journal of the Institute of Petroleum" vol 29, n 240, 1943, pages 361-3), which waxes have relatively small crystalline dimensions compared to those of the waxes of the group of paraffinic waxes The wax in question is also referred to as "amorphous petroleum wax".
The present invention is based on the following finding; by incorporating into a mineral insulating oil both a suitable proportion of normally solid ethylene polymers (hereinafter referred to as "polyethylene") and a suitable proportion of microcrystalline petroleum wax, improved impregnating compounds are obtained which constitute normally plastic solids exhibiting high melting points, but exhibiting, when cold, a plasticity greater than that of mineral oil-microcrystalline wax compounds and, when hot, a stability greater than that of mineral oil-microcrystalline wax compounds.
The term "insulating mineral oil" is used herein to mean a petroleum oil having dielectric properties which makes it suitable for use as a impregnating agent for a capacitor and / or a cable. isolated impregnated with paper. The grades of mineral oil suitable for these uses are generally known to manufacturers of such cables and capacitors and are, for example, discussed in the articles on insulating oils in the "Journal of the Institution of Electrical Engineers", part II, pages 3-64, vol 90, 1943.
The present invention relates to a mineral oil-based impregnation compound, which normally constitutes a plastic solid and contains 0.5 to 20% by weight of polyethylene and 2 to 50% by weight of microcrystalline petroleum wax, dissolved in an oil. insulating mineral, the contents of polyethylene and wax amounting in total to at least 10% by weight of the whole of the impregnating compound. The wax preferably has a melting point of 80 ° C or higher.
The invention further relates to a process for the manufacture of such a normally plastic solid impregnating compound, which process comprises dissolving polyethylene in mineral insulating oil at a temperature not exceeding 25000, this dissolution. operating with stirring and in an inert atmosphere, and incorporating into the solution obtained microcrystalline petroleum wax.
The invention also relates to electric cables and capacitors, the dielectric of which consists of a fibrous material impregnated with the solid, normally plastic impregnating compound in question.
The impregnation compounds according to the invention are very stable and have high freezing points, the precise values of which depend on the particular composition of the compounds and the particular qualities of the compound.
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wax and polyethylene used. These compounds can be used as impregnating agents for the manufacture of flow-free impregnated paper cables, which cables remain flexible enough to be able to be wound and unwound at 0 C, without damaging the insulation.
Although the proportion of polyethylene can, as has been pointed out, vary from 0.5 to 20% by weight of the impregnating compound, it is preferred to use from 5 to 10% of polyethylene, while, although the wax of microcrystalline petroleum can be used in an amount of 2 to 50% by weight, it is preferred to use 5 to 15% o
The improved impregnation compounds may contain a certain proportion of rosineo This proportion may be up to 30% by weight of the compound; but is preferably between 5 and 15%. The rosin can be a rosin refined by either of the methods described in UK Patents 524,246 and 583,312.
Aromatic petroleum extracts, in particular a strongly aromatic extract originating from the refining, using solvents, of mineral oil, can be added to the impregnation compound, in a proportion which can reach 30% by weight of the compound, in order to confer gas adsorption properties and allow the compound to absorb gases released by ion bombardment, which can occur in dielectric voids, when the cable or capacitor impregnated with the compound in question is on service.
Oxidation inhibitors, such as phenyl-ssnaphthylamine, and metal deactivators, such as N. N'-disalicylidene ethylene diamine, can also be incorporated into the compound and this in proportions up to 0.2% for the inhibitor. oxidation and 0.02% for the deactivator, these percentages being given by weight relative to the weight of the compound. A proportion of polyisobutylene of up to 50% by weight of the compound, depending on the molecular weight of the polyisobutylene, can be added, to impart a higher viscosity to the compound in the molten state.
The mineral oil employed can be any of the normal insulating oils for cables and capacitors, for example, a mineral oil having a viscosity at 60 ° C of 70 to 250 centistokes.
To allow the invention to be easily put into practice, the impregnation compounds according to the invention will be described below, as well as their methods of preparation.
EXAMPLE I.
An impregnation compound containing: - 10 parts by weight of polyethylene; - 10 parts by weight of microcrystalline petroleum wax; - 20 parts by weight of refined rosin, and - 60 parts by weight of insulating mineral oil (viscosity of 100 centistoes to 6000) was prepared, by first mixing the oil and the rosin at 120 C, then by raising the temperature of the mixture to 150 C. The polyethylene was then added in granular form and the temperature was then raised to 180 C. This operating stage as well as the subsequent stages of the process were carried out in an inert atmosphere. , in order to prevent excessive oxidation of the constituents. After complete dissolution of the polyethylene, the wax was added.
The melt was then allowed to cool, still in an inert atmosphere, to 100 ° C., after which it was poured into suitable containers. The final compound exhibited the following characteristics: dropping point Ubbelhode 88 C factor of power at 100 C 0.003
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penetration test
I.P. 50/53 (not worked) 55
EXAMPLE II.
By a process similar to that described in Example I, an impregnation compound of the following composition was prepared: - 2 1/2 parts by weight of polyethylene; - 12 1/2 parts by weight of microcrystalline petroleum wax; - 20 parts by weight of refined rosin, and - 65 parts by weight of polyisobutylene / oil mixture.
The mixture of polyisobutylene and oil consisted of a 1.25% solution of polyisobutylene in insulating mineral oil with a viscosity of 9 centistocks at 60 G; this solution was prepared by the process described in British Patent No. 650,088.