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La présente invention se rapporte aux câbles électriques isolés comportant un diélectrique constitué par une matière isolante en fibres im- prégnées, généralement du papier, et en particulier, la présente inventibn est relative aux câbles stabilisés entièrement imprégnés, de ce genre, ain- si qu'à des composés d'imprégnation pour ces câbles, ces composés compre- nant une paraffine de pétrole micro-cristalline qui constitue l'ingrédient principal ou l'un des constituants principaux du composé; on appellera ces composés, dans la description qui va suivre "composés d'imprégnation à base de paraffine de pétrole micro-cristalline".
Lorsque l'on précise que le câble est complètement imprégné, on entend par cette expression que le câble est aussi complètement impré- gné qu'il est possible, le papier ou autre matière en fibres étant impré- gnés et les intervalles entre les spires et leurs couches étant comblés avec du composé; cette disposition a pour but de réduire au minimum la pos- sibilité de la formation de vides dans la gaine entourant le diélectrique;
d'autre part, on entend par l'expression "câble stabilisé" un câble tel que, lorsqu'un tronçon vertical de 9 mètres de câble ou davantage (câble à extrémités ouvertes) est chauffé jusqu'à sa température maximum prévue régnant dans le conducteur pendant son utilisation, pendant 7 jours ou davantage, la quantité de composé d'imprégnation qui s'écoule du câble ne dépasse pas 0,1% en volume de la@ quantité d'isolant que peut contenir la gaine de câble.
Dans la description du brevet britannique antérieur n 581.830 du 18 janvier 1945, la demanderesse a décrit un câble stabilisé complètement imprégéé dans lequel le produit d'imprégnation du câble est un composé plastique normalement solide constitué par de la paraffine de pétrole microcristalline ayant un point de fusion non inférieur à 80 C et par une huile minérale pour l'imprégnation de câbles ou par l'un dés plastifiants d'un groupe consistant en polyisobutène (polytsobutylène) ayant un poids 'moléculaire moyen compris entre 20. 000 et 100. 000 et en une résine ou encore par un mélange de cette huile avec l'un de ces plastifiants ou les deux, la proportion de paraffine de pétrole micro-cristalline entrant dans le composé n'étant pas inférieure à 55% en poids.
Un câble perfectionné de ce genre est décrit dans le brevet belge n 509. 999 du dans lequel, au lieu d'utiliser un composé de paraffine de pétrole micro-cristalline de laqualité mentionnée dans le brevet britannique précité, on utilise une paraffine de pétrole micro-cristalline ayant un point de fusion d'environ 88 C et une valeur de pénétration à l'aiguille d'environ 5 mm à 25 C et d'environ 35 mm à 70 C ou encore un mélange d'une paraffine de ce genre avec des paraffines de pétrole micro-cristallines ayant des valeurs de pénétration plus élevées aux températures élevées, ayant un point de fusion compris entre 85 C et 90 C et des valeurs de pénétration à l'aiguille comprises entre environ 5 et 6 mm à 25 C et entre environ 35 et 50 mm à 70 C,
la proportion de paraffine micro-cristalline dans le composé n'étant pas inférieure à environ 48% en poids lorsqu'on utilise une paraffine ayant une valeur de pénétration à l'aiguille de 35 mm à 70 C et n'étant pas inférieure à environ 50% en poids lorsque l'on utilise le mélange précité de paraffines.
Par l'expression "paraffine de pétrole micro-cristalline", on entend une par.affine du type petrolatum, c'est-à-dire une cire de pétroletum et/ou une paraffine du pétrole du type cérésine (suivant la définition et la classification de la revue "Journal of the Institute of P&trolum, Vol. 29, n 240, 1943, pages 361-363), corps qui ont des cristaux de dimensions relativement faibles par rapport à celles des paraffines du type cire de paraffine. On connait couramment une paraffine de ce genre sous le nom de "paraffine micro-cristalline" ou de "paraffine amorphe" et son point de prise en masse n'est généralement pas situé en-dessous de 71 C.
Les valeurs de pénétration à l'aiguille mentionnées précédemment et celles que l'on va donner par la suite sont des valeurs de pénétration à l'aiguille déterminées
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conformément à la méthode I.P. 49/46 de l'Institut du Pétrole.
Les huiles minérales servant à l'imprégnation des câbles, que l'on mentionne dans les brevets précités et dans la suite de la description sont celles, qui étaient, à l'époque du brevet n 581.830 précité, généralement connues par les fabricants de câbles, comme appropriées à l'imprégnation des câbles électriques pourvus d'un isolement de papier. Ils sont mentionnés, par exemple, dans le recueil d'articles relatifs aux huiles isolantes paru dans la revue "Journal of the Institution of Electrical Engineers, chapitre II, pages 3 à 64, Vol. 90, 1943". La viscosité de ces huiles varie depuis 11.000 centistokes ou plus à 0 C jusqu'à une viscosité d'environ 140 centistokes à O C qui est la viscosité des huiles dites "huiles pour câbles à âme creuse;'.
@
La demanderesse a actuellement constaté que l'on peut obtenir des composés d'imprégnation à base de paraffine de pétrole micro-cristalline pour des câbles stabilisés en incorporant une paraffine d'hydrocarbures synthétique à faible perte diélectrique ayant un point de fusion compris entre 85 et 120 C pour remplacer en partie la paraffine de pétrole microcristalline. Par l'expression "paraffine à faible perte diélectrique", la demanderesse entend une paraffine dont le facteur de puissance ne dépasse pas 0,005 à 100 C, quand on le détermine à 50 cycles par seconde et avec une contrainte diélectrique de 8 kV/cm.
Comme exemple préféré d'une paraffine synthétique de ce genre, on cite celle qui est vendue sous¯ la dénomination commerciale de "Super Hard Wax N 105". Cette paraffine a un point de fusion de 108-110 C et est obtenue par le procédé de Fischer-Tropsch. Elle a un poids moléculaire moyen d'environ 600. Un second exemple d'une paraffine synthétique de ce genre est celle qui est vendue sous la marque de fabrique "Alcowax". C'est une paraffine du genre du polyéthylène ayant un poids moléculaire compris entre 2.000 et 6. 000 et un point de fusion d'environ 110 C. Elle est fabriquée par la Société dite "Allied Chemical and Dye Corporation" à Buffalo, N. Y. (U.S.A).
L'incorporation d'une telle paraffine synthétique donne un composé dont le point de fusion est surprenamment plus élevé que celui d'un composé ayant la même composition, à cette exception près que la totalité de la paraffine est de la paraffine micro-cristalline de la même qualité.
En conséquence, en incorporant délia paraffine synthétique la demanderesse peut obtenir des composés de paraffine micro-cristalline pouvant être utilisés de façon appropriée dans la fabrication de câbles pouvant être utilisés à des températures supérieures, en utilisant, si on le désire, une paraffine micro-cristalline, dont une proportion a un point de fusion inférieur à 80 C. Dans une variante, on peut utiliser la praffine synthétique pour obtenir des composés d'imprégnation à base de paraffine micro-cristalline obtenus à partir de paraffines micro-cristallines à bas pont de fusion et dont les points de fusion sont approximativement les mêmes que ceux des mélanges dans lesquels la paraffine est entièrement de la paraffine microcristalline ayant un point de fusion de 80 C ou plus.
La quantité de paraffine synthétique d'hydrocarbures qui peut, conformément à la présente invention, se trouver présente dans le composé perfectionné à base de paraffine de pétrole micro-cristalline, est comprise entre environ 1% et environ 40% en poids du composé total, la proportion dépendant de la proportion et du point de- fusion de la paraffine de pétrole micro-cristalline, de la nature da l'huile d'imprégnation du câble (s'il s'en trouve) et, évidemment, de la ferme du câble et des conditions de travail dans lesquelles il doit être utilisé. Généralement, plus la proportion de la paraffine synthétique est grandeplus le point de fusion de la paraf-
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fine micro-cristalline est faible.
Comme on l'a déjà mentionné, la paraffi- ne synthétique préférée est celle qui est vendue sous la marque de fabrique "super Hard Wax N 105".La demanderesse préfère n'utiliser de l'"Alcowax qu'avec une plus grande proportion de la paraffine synthétique préférée que l'on a mentionnée, la quantité de paraffine "Alcowax" qui se trouve présen- te ne dépassant pas de préférence 15% en poids du composé.
Selon la nature, en particulier les caractéristiques viscosité- température de l'huile et des autres ingrédients (si on en utilise) du com- posé, la teneur totale en paraffine peut varier entre 20 et 100% en poids du composé total, pourvu que, lorsque la teneur totale en paraffine est si- tuée à la partie la plus basse de la gamme précitée, c'est-à-dire lorsqu'el- le est comprise entre 20% et 25%, l'huile utilisée ait une viscosité infé- rieure à 600 secondes Redwood, à 60 C.
Cependant, la teneur totale en paraf- fine est comprise de préférence entre 25% et 60%, les caractéristiques vis- cosité/température de l'huile utilisée étant telles que le composé ait une résistance au cisaillement suffisamment basse pour que le câble qui en est imprégné puisse être posé à des températures ambiantes faibles sans qu'il y ait un risque de rupture du diélectrique fibreux.
La demanderesse a constaté que l'augmentation des points de fusion des composés d'imprégnation à base de paraffine de pétrole micro-cristalline obtenus parl'incorporation d'une paraffine d'hydrocarbures synthétique à faibles pertes diélectriques ayant un point de fusion compris entre 85 et 120 C comme produit de remplacement partiel de la paraffine microcristalline est plus importante qu'on aurait pu le supposer en tenant compte de la quantité de matière de remplacement et du point de fusion plus élevé de cette matière de remplacement. L'augmentation par unité de produit de remplacement est plus prononcée à 1'extrémité inférieure de la gam- me et diminue lorsque la proportion de la paraffine synthétique augmente.
On le verra facilement en examinant le graphique du dessin annexé. La courbe A de ce graphique montre comment le point de fusion ordonnée d'un composé à base de paraffine micro-cristalline de pétrole, constitué par de la paraffine micro-cristalline de pétrole ayant un point de fusion de 80 C et une paraffine d'hydrocarbures synthétique à faible perte diélectrique d'un point de fusion de 108 C (Super Hard Wax n 105) varie en fonction de la proportion en abscisse de cette paraffine synthétique.
Dans un but de com- paraison, la courbe B montre comment le point de fusion en ordonnée d'un composé à base de paraffine micro-cristalline de pétrole, constitué par une paraffine micro-cristalline de pétrole ayant un point de fusion de 8000 et par une paraffine micro-cristalline de pétrole ayant un point de fusion de 90,5 C varie en fonction de la proportion(en abscisse) de cette dernière.
On peut voir d'après la courbe B qu'un composé contenant des quantités égales de paraffine micro-cristalline de pétrole d'un point de fusion (P.F.) de 80 C et de paraffine micro-cristalline de pétrole ayant un P.F. de 90,5 C a un point de fusion de 86,7 C qui est comparable au point de fusion moyen des composants qui est de 85 C. La courbe A permet de voir qu'un composé contenant des proportions égales de paraffine micro-cristalline de pétrole d'un point de fusion de 80 C et une paraffine d'hydrocarbures synthétique à faible perte diélectrique d'un point de fusion de 108 C a un point de fusion de 106 C qui se rapproche du point de fusion moyen des composants qui est de 94 C (soit une différence de 12 C).
On notera que, lorsque la proportion de paraffine synthétique atteint environ 20%, les courbes A et B sont parallèles.-La courbe C, obtenue en portant le rapport entre l'accroissement des points de fusion portée sur les courbes A et B en fonction du pourcentage de paraffine synthétique ou de paraffine de pétrole micro-cristalline à point de fusion élevé, permet de voir que l'efficacité inattendue de la paraffine synthétique comme produit élevant le point de fusion des composés à base de paraffine micro-cristalline est plus marquée lorsque la proportion est de quelques pour cent et que l'effet d'une proportion (en unités) de paraffine synthétique ajoutée diminue rapidement jusqu'à ce
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que la proportion de paraffine synthétique atteigne environ 20% en poids, point auquel la courbe s'aplatit.
A cet égard, lorsque l'obtention d'une augmentation du point de fusion pour un prix faible constitue un facteur principal à prendre en considération, la quantité de paraffine d'hydrocarbures synthétique à faible perte diélectrique qui est présente ne doit pas, de préférence dépasser 20% en poids du composé d'imprégnation.
En plus de ses composants essentiels, la paraffine de pétrole micro-cristalline et la paraffine synthétique précitées, et de l'huile minérale d'imprégnation des câbles, le composé d'imprégnation perfectionné conforme à l'invention doit contenir une faible proportion d'un ou plusieurs plastifiants tels que, par exemple, le polyisobutylène, la colophane, le polyéthylène et le caoutchouc butyl. La quantité de plastifiant qui peut être utilisée dépend de la caractéristique demandée au composé d'imprégnation ainsi que du ou des plastifiants utilisés et elle est déterminée par l'expérience selon les nécessités.
A titre d'exemple, on mentionne que la demanderesse a constaté qu'elle peut utiliser jusqu'à environ 1% en poids, par rapport au poids du composé, de polyisobutylène d'un poids moléculaire d'environ 80.000 pour augmenter la viscosité en phase liquide du composé, mais la demanderesse peut utiliser jusqu'à 5% en poids de polyé- thylene d'un poids moléculaire d'environ 3.000 ou@jusqu'à 5% en poids de caoutchouc butyl. Lorsque la colophane, constitue le plastifiant, la demanderesse peut en utiliser jusqu'à 30% en poids par rapport âu poids du composé.
Lorsqu'on utilise deux de ces plastifiants (ou davantage) ensemble, la quantité de l'un d'eux dépend de la quantité de l'autre, par exem- ple si, au lieu d'utiliser 5% de polyéthylène d'un poids moléculaire de 3.000, on en utilise 4%, on peut utiliser 1% de polyéthylène (poids moléculaire 3. 000) au lieu de 5% que l'on pourrait utiliser s'il n'y avait pas d'autre plastifiant.
On peut ajouter, si cela est nécessaire, de petites proportions, à savoir de 0.01 à 1% d'autres ingrédients tels que des anti-oxydants et des produits séquestrant les métaux (désactivateurs). Gomme exemple des anti-oxydants on cite le phényl-bêta-naphtylamine, que.l'on peut-incorporer en des proportions allant jusqu'à 0,2% en poids du composé et comme exemple des produits mentionnés en dernier, on cite la NN'-disalicylidène éthylène diamine que l'on peut incorporer en des proportions allant jusqu'à 0,02% en poids du composé.
On peut préparer les composés perfectionnés simplement en chauffant ensemble les quantités nécessaires de paraffine de pétrole microcristalline et de paraffine d'hydrocarbures synthétique à faible perte diélectrique et, lorsque, comme cela est généralement le cas, le composé doit en contenir, l'huile d'imprégnation pour câble, à une température del2U à 130 C pendant environ deux à quatre heures, tout -en remuant. On peut ef- fectuer le mélange dans une atmosphère inerte, par exemple dans une atmosphère d'azote, mais ce n'est pas essentiel car les ingrédients résistent à l'oxydation.
On peut ajouter sans difficultés le polyéthylène et/ou la colophane quand cela est nécessaire mais, lorsque l'on désire ajouter du polyisobutylène de poids moléculaire élevé et/ou du butyl caoutchouc, on doit les ajouter sous forme d'une charge principale constituée par 1¯'un. d'entre eux ou par les deux, dans la paraffine de pétrole micro-cristalline ou dans une autre paraffine appropriée. La paraffine micro-cristalline dans laquelle est incorporée du polyisobutylène est vendue sous la marque de commerce "Mycroply 30".
On donne ci-après des exemples des composés d'imprégnation contenant de la paraffine de pétrole micro-cristalline conformesà la présente invention qui sont appropriés à l'utilisation dans la fabrication des câbles stabilisés isolés par du papier imprégné.
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EXEMPLE 1.
EMI5.1
<tb>
<tb>
Paraffine <SEP> de <SEP> pétrole <SEP> micro-cristalline
<tb> (Point <SEP> de <SEP> fusion <SEP> 1 <SEP> 80 C, <SEP> valeurs <SEP> de <SEP> pénétration <SEP> par <SEP> l'aiguille <SEP> de <SEP> 17 <SEP> à <SEP> 25 C
<tb> et <SEP> supérieure <SEP> à <SEP> 200 <SEP> à <SEP> 60 C).............. <SEP> 99 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb> "Super <SEP> Hard <SEP> Wax" <SEP> n <SEP> 105 <SEP> ................. <SEP> 1 <SEP> partie <SEP> en <SEP> poids
<tb>
Ce composé a un point de fusion de 85 C et convient pour des câbles soumis à des températures de conducteur atteignant 70 C, pourvu que le câble soit chauffé avant d'être soumis à une courbure importante. On notera que l'augmentation du point de fusion résultant de la présente de 1% de paraffine synthétique est d'environ 6,25%.
EXEMPLE 2.
EMI5.2
<tb>
<tb>
Paraffine <SEP> de <SEP> pétrole <SEP> micro-cristalline
<tb> (Point <SEP> de <SEP> fusion <SEP> de <SEP> 88 c <SEP> et <SEP> valeurs <SEP> de
<tb> pénétration <SEP> à <SEP> l'aiguille <SEP> de <SEP> 5 <SEP> à <SEP> 25 C <SEP> et
<tb> de <SEP> 35 <SEP> à <SEP> 70 c <SEP> ........................... <SEP> 45 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb> "Super <SEP> Hard <SEP> Wax <SEP> n <SEP> 105" <SEP> ................. <SEP> 5 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb> Huile <SEP> pour <SEP> câble <SEP> à <SEP> bain <SEP> d'huile
<tb> (Viscosité <SEP> 140 <SEP> centistokes <SEP> à <SEP> 0 C
<tb> et <SEP> 7,3 <SEP> centistokes <SEP> à <SEP> 60 C)............. <SEP> 50 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb>
Ce composé a un point de fusion de 89 c et est approprié pour des câbles utilisés à des températures dans le conducteur atteignant 70 C.
Dans ce cas, l'augmentation du point de fusion, obtenue en remplaçant une partie de la paraffine de pétrole micro-cristalline par 3a paraffine synthétique dans la mesure indiquée, est de 9 C (un composé contenant 50 parties en poids de la paraffine de pétrole mentionnée et 50 parties en poids de l'huile spécifiée ayant un point de fusion de 80 C). Ceci revient à dire que l'incorporation de 5% de la paraffine synthétique augmente le point de fusion de 11%.
EXEMPLE 3.
EMI5.3
<tb>
<tb>
Paraffine <SEP> de <SEP> pétrole <SEP> micro-cristalline
<tb> telle <SEP> que <SEP> décrite <SEP> dans <SEP> l'exemple <SEP> 2 <SEP> ...... <SEP> 40 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb> "Super <SEP> Hard <SEP> Wax <SEP> n <SEP> 105" <SEP> ................. <SEP> 15 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb> Huile <SEP> pour <SEP> câble <SEP> à <SEP> bain <SEP> d'huile <SEP> telle
<tb> que <SEP> spécifiée <SEP> dans <SEP> l'exemple <SEP> 2.......... <SEP> 45 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb>
Ce composé a un point de fusion de 96 C et est approprié pour des câbles utilisés à des températures dans le conducteur atteignant 85 C.
Un composé contenant 55 parties en poids de la paraffine de pétrole men- tionnée et 45 parties en poids de l'huile spécifiée a un point de fusion de 81 C, ce qui fait que l'augmentation du point de fusion obtenue par l'introduction de 15% en poids de la paraffine synthétique est de 15 C ou 18,5% EXEMPLE 4..
EMI5.4
<tb>
<tb>
Paraffine <SEP> de <SEP> pétrole <SEP> micro-cristalline
<tb> spécifiée <SEP> dans <SEP> l'exemple <SEP> 1............... <SEP> 30 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb> "Super <SEP> Hard <SEP> Wax <SEP> n <SEP> 105.................. <SEP> 30 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids.
<tb>
<Desc/Clms Page number 6>
Huile pour câble à bain d'huile telle que .spécifiée dans l'exemple 2....... 40 parties en poids.
Ce composé a un point de fusion de 98 C et est approprié pour des câbles soumis à des températures dans le conducteur atteignant 87 C.Un composé consistant en 60 parties en poids de la paraffine de pétrole spécifiée et 40 parties en poids de l'huile pour câble à bain d'huile spécifiée a un point de fusion de 75 C, ce qui fait que l'augmentation du point de fusion résultant du remplacement de la moitié de la paraffine de pétrole par de la paraffine synthétique est de 23 C ou 31 pour cent.
EXEMPLE.5.
EMI6.1
<tb>
<tb>
Paraffine <SEP> de <SEP> pétrole <SEP> micro-cristalline
<tb> telle <SEP> que <SEP> spécifiée <SEP> dans <SEP> l'exemple <SEP> 1........ <SEP> 25 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb> "Super <SEP> Hard <SEP> Wax <SEP> n <SEP> 105" <SEP> .................... <SEP> 23 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb> Alcowax <SEP> (poids <SEP> moléculaire <SEP> 2.000) <SEP> .......... <SEP> 14 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb> Huile <SEP> pour <SEP> câble <SEP> à <SEP> bain <SEP> d'huile <SEP> telle
<tb> que <SEP> spécifiée <SEP> dans <SEP> l'exemple <SEP> 2..............
<SEP> 40 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb>
Ce composé a un point de fusion de 98 C et est approprié pour des câbles soumis à des températures dans le conducteur atteignant environ 87 C Il soutient très bien la comparaison avec un composé contenant 60 parties en poids de la paraffine de pétrole spécifiée dans l'exemple 1 et 40 parties en poids de l'huile pour câble spécifiée, qui a un point de fusion de 73 C.
EXEMPLE 6.
EMI6.2
<tb>
<tb>
Paraffine <SEP> de <SEP> pétrole <SEP> micro-cristalline
<tb> Point <SEP> de <SEP> fusion <SEP> 75 C <SEP> .................... <SEP> 80 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb> "Super <SEP> Hard <SEP> Wax <SEP> n <SEP> 105 <SEP> n <SEP> ................ <SEP> 20 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb>
Ce composé a un point de fusion de 93 G, bien que le point de fusion de la paraffine de pétrole micro-ctistalline soit seulement de 75 C.
Il est approprié pour des câbles soumis à des températures dans le conducteur atteignant environ 80 C.
EXEMPLE 7.
EMI6.3
<tb>
<tb>
Paraffine <SEP> de <SEP> pétrole <SEP> micro-cristalline
<tb> ayant <SEP> un <SEP> point <SEP> de <SEP> fusion <SEP> de <SEP> 75 C <SEP> ......... <SEP> 65 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb> "Super <SEP> Hard <SEP> Wax <SEP> n <SEP> 105" <SEP> .................. <SEP> 5 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb> Huile <SEP> pour <SEP> câble <SEP> à <SEP> bain <SEP> d'huile <SEP> telle
<tb> que <SEP> spécifiée <SEP> dans <SEP> l'exemple <SEP> 2 <SEP> ...........
<SEP> 30 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb>
Ce composé a un point de fusion de 76 C et est approprié pour des câbles soumis à des températures dans le conducteur atteignant environ 65 C et il est l'équivalent d'un composé constitué par 30 parties en poids d'une huile de ce genre et 70 parties en poids de la paraffine de pétrole micro-cristalline spécifiée dans l'exemple 1, c'est-à-dire une paraffine ayant un point de fusion de 80 C.
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The present invention relates to insulated electric cables comprising a dielectric consisting of an insulating material made of impregnated fibers, generally paper, and in particular, the present invention relates to fully impregnated stabilized cables, of this type, as well as to impregnating compounds for such cables, these compounds comprising a microcrystalline petroleum paraffin which constitutes the main ingredient or one of the main constituents of the compound; these compounds will be called, in the description which follows, “impregnation compounds based on microcrystalline petroleum paraffin”.
When it is specified that the cable is completely impregnated, by this expression is meant that the cable is as completely impregnated as possible, the paper or other fiber material being impregnated and the intervals between the turns and their layers being filled in with the compound; the purpose of this arrangement is to minimize the possibility of the formation of voids in the sheath surrounding the dielectric;
on the other hand, by the expression "stabilized cable" is meant a cable such as, when a vertical section of 9 meters of cable or more (cable with open ends) is heated up to its maximum expected temperature prevailing in the conductor during its use, for 7 days or more, the amount of impregnating compound which flows from the cable does not exceed 0.1% by volume of the amount of insulation that the cable jacket can contain.
In the specification of the earlier British Patent No. 581,830 of January 18, 1945, the Applicant described a fully impregnated stabilized cable in which the impregnation product of the cable is a normally solid plastic compound consisting of microcrystalline petroleum paraffin having a point of melt not less than 80 C and by a mineral oil for impregnating cables or by one of plasticizers from a group consisting of polyisobutene (polytsobutylene) having an average molecular weight between 20,000 and 100,000 and in a resin or alternatively by a mixture of this oil with one of these plasticizers or both, the proportion of microcrystalline petroleum paraffin entering the compound not being less than 55% by weight.
An improved cable of this kind is described in Belgian Patent No. 509,999 du in which, instead of using a micro-crystalline petroleum paraffin compound of the quality mentioned in the aforementioned British patent, a micro petroleum paraffin is used. -crystalline having a melting point of about 88 C and a needle penetration value of about 5 mm at 25 C and about 35 mm at 70 C or a mixture of such a paraffin with micro-crystalline petroleum paraffins having higher penetration values at elevated temperatures, having a melting point between 85 C and 90 C and needle penetration values between about 5 and 6 mm at 25 C and between approximately 35 and 50 mm at 70 C,
the proportion of micro-crystalline paraffin in the compound not being less than about 48% by weight when using a paraffin having a needle penetration value of 35 mm at 70 ° C and not being less than about 50% by weight when using the above mixture of paraffins.
By the expression "micro-crystalline petroleum paraffin" is meant a par.affin of the petrolatum type, that is to say a petroleum wax and / or a petroleum paraffin of the ceresin type (according to the definition and the classification of the journal "Journal of the Institute of P & trolum, Vol. 29, No. 240, 1943, pages 361-363), bodies which have crystals of relatively small dimensions compared to those of paraffins of the paraffin wax type. Commonly such a paraffin is referred to as "micro-crystalline paraffin" or "amorphous paraffin" and its caking point is generally not below 71C.
The needle penetration values mentioned above and those which will be given below are determined needle penetration values.
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according to the I.P. 49/46 method of the Petroleum Institute.
The mineral oils used for the impregnation of cables, which are mentioned in the above-mentioned patents and in the following description are those, which were, at the time of the above-mentioned patent No. 581,830, generally known by cable manufacturers. , as suitable for the impregnation of electric cables provided with paper insulation. They are mentioned, for example, in the collection of articles relating to insulating oils published in the journal "Journal of the Institution of Electrical Engineers, Chapter II, pages 3 to 64, Vol. 90, 1943". The viscosity of these oils varies from 11,000 centistokes or more at 0 C to a viscosity of about 140 centistokes at 0 C which is the viscosity of so-called "hollow core cable oils".
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The Applicant has currently observed that it is possible to obtain impregnation compounds based on microcrystalline petroleum paraffin for stabilized cables by incorporating a synthetic hydrocarbon paraffin with low dielectric loss having a melting point of between 85 and 120 C to partially replace microcrystalline petroleum paraffin. By the expression “low dielectric loss paraffin”, the Applicant means a paraffin whose power factor does not exceed 0.005 at 100 ° C., when it is determined at 50 cycles per second and with a dielectric stress of 8 kV / cm.
As a preferred example of such a synthetic paraffin is that which is sold under the trade name "Super Hard Wax N 105". This paraffin has a melting point of 108-110 C and is obtained by the method of Fischer-Tropsch. It has an average molecular weight of about 600. A second example of such a synthetic paraffin is that which is sold under the trademark "Alcowax". It is a paraffin of the type of polyethylene having a molecular weight between 2,000 and 6,000 and a melting point of about 110 C. It is manufactured by the so-called "Allied Chemical and Dye Corporation" in Buffalo, NY ( USA).
The incorporation of such a synthetic paraffin gives a compound whose melting point is surprisingly higher than that of a compound having the same composition, with the exception that all of the paraffin is micro-crystalline paraffin of the same quality.
Accordingly, by incorporating synthetic paraffin we can obtain micro-crystalline paraffin compounds suitable for use in the manufacture of cables suitable for use at higher temperatures, using, if desired, micro-paraffin. crystalline, a proportion of which has a melting point of less than 80 C. Alternatively, synthetic praffin can be used to obtain impregnation compounds based on microcrystalline paraffin obtained from low-bridge microcrystalline paraffins of melting point and whose melting points are approximately the same as those of mixtures in which the paraffin is entirely microcrystalline paraffin having a melting point of 80 C or more.
The amount of synthetic hydrocarbon paraffin which can, according to the present invention, be present in the improved compound based on microcrystalline petroleum paraffin, is between about 1% and about 40% by weight of the total compound, the proportion depending on the proportion and the melting point of the micro-crystalline petroleum paraffin, on the nature of the impregnating oil of the cable (if any) and, of course, on the firmness of the cable. cable and the working conditions in which it is to be used. Generally, the greater the proportion of the synthetic paraffin, the greater the melting point of the paraffin.
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fine micro-crystalline is weak.
As already mentioned, the preferred synthetic paraffin is that which is sold under the trademark "Super Hard Wax N 105". Applicants prefer to use "Alcowax only in a greater proportion. of the preferred synthetic paraffin mentioned above, the amount of "Alcowax" paraffin which is found present preferably not exceeding 15% by weight of the compound.
Depending on the nature, particularly the viscosity-temperature characteristics of the oil and other ingredients (if used) of the compound, the total paraffin content may vary between 20 and 100% by weight of the total compound, provided that , when the total paraffin content is at the lowest part of the aforementioned range, that is to say when it is between 20% and 25%, the oil used has a viscosity less than 600 seconds Redwood, at 60 C.
However, the total paraffin content is preferably between 25% and 60%, the viscosity / temperature characteristics of the oil used being such that the compound has a sufficiently low shear strength that the cable which is is impregnated can be laid at low ambient temperatures without there being a risk of rupture of the fibrous dielectric.
The Applicant has observed that the increase in the melting points of the impregnation compounds based on micro-crystalline petroleum paraffin obtained by the incorporation of a synthetic hydrocarbon paraffin with low dielectric losses having a melting point of between 85 and 120 ° C. as a partial substitute for the microcrystalline paraffin is greater than one might have assumed taking into account the amount of the substitute material and the higher melting point of this substitute. The increase per unit of substitute is more pronounced at the lower end of the range and decreases as the proportion of synthetic paraffin increases.
This will easily be seen by examining the graph of the accompanying drawing. Curve A of this graph shows how the ordered melting point of a micro-crystalline petroleum paraffin compound, consisting of micro-crystalline petroleum paraffin having a melting point of 80 C and a paraffin of Synthetic hydrocarbons with low dielectric loss with a melting point of 108 C (Super Hard Wax n 105) varies according to the proportion on the abscissa of this synthetic paraffin.
For the purpose of comparison, curve B shows how the melting point on the y-axis of a microcrystalline petroleum paraffin compound, consisting of a microcrystalline petroleum paraffin having a melting point of 8000 and by a micro-crystalline petroleum paraffin having a melting point of 90.5 C varies according to the proportion (on the abscissa) of the latter.
It can be seen from curve B that a compound containing equal amounts of micro-crystalline petroleum paraffin with a melting point (mp) of 80 ° C and microcrystalline petroleum paraffin with a mp of 90, 5 C has a melting point of 86.7 C which is comparable to the average melting point of the components which is 85 C. Curve A shows that a compound containing equal proportions of micro-crystalline petroleum paraffin d 'a melting point of 80 C and a low dielectric loss synthetic hydrocarbon paraffin with a melting point of 108 C has a melting point of 106 C which approximates the average melting point of the components which is 94 C (i.e. a difference of 12 C).
It will be noted that, when the proportion of synthetic paraffin reaches approximately 20%, curves A and B are parallel. - Curve C, obtained by plotting the ratio between the increase in melting points shown on curves A and B as a function of of the percentage of synthetic paraffin or high melting point micro-crystalline petroleum paraffin, shows that the unexpected efficiency of synthetic paraffin as a melting point product of compounds based on micro-crystalline paraffin is more marked when the proportion is a few percent and the effect of a proportion (in units) of synthetic paraffin added decreases rapidly until
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that the proportion of synthetic paraffin reaches about 20% by weight, at which point the curve flattens out.
In this regard, when obtaining an increase in melting point for a low price is a primary consideration, the amount of low dielectric loss synthetic hydrocarbon paraffin that is present should preferably not be present. exceed 20% by weight of the impregnating compound.
In addition to its essential components, the aforementioned micro-crystalline petroleum paraffin and synthetic paraffin, and mineral oil for impregnating the cables, the improved impregnating compound according to the invention should contain a small proportion of one or more plasticizers such as, for example, polyisobutylene, rosin, polyethylene and butyl rubber. The amount of plasticizer which can be used depends on the characteristic required of the impregnating compound as well as the plasticizer (s) used and is determined by experience as required.
By way of example, it is mentioned that the Applicant has found that it can use up to about 1% by weight, relative to the weight of the compound, of polyisobutylene with a molecular weight of about 80,000 to increase the viscosity in liquid phase of the compound, but Applicants can use up to 5% by weight polyethylene with a molecular weight of about 3,000 or up to 5% by weight butyl rubber. When rosin constitutes the plasticizer, the Applicant can use up to 30% by weight relative to the weight of the compound.
When two (or more) of these plasticizers are used together, the amount of one depends on the amount of the other, for example if, instead of using 5% polyethylene of one. molecular weight of 3,000, 4% is used, 1% polyethylene (molecular weight 3,000) can be used instead of 5% which could be used if there was no other plasticizer.
Small proportions, namely 0.01 to 1%, of other ingredients such as antioxidants and metal sequestering products (deactivators) can be added, if necessary. As an example of anti-oxidants, mention may be made of phenyl-beta-naphthylamine, which can be incorporated in proportions of up to 0.2% by weight of the compound and as an example of the products mentioned last, there is mentioned NN'-disalicylidene ethylene diamine which can be incorporated in proportions of up to 0.02% by weight of the compound.
The improved compounds can be prepared simply by heating together the required quantities of microcrystalline petroleum paraffin and low dielectric loss synthetic hydrocarbon paraffin and, when, as is generally the case, the compound is expected to contain them, the oil of microcrystalline petroleum. Cable impregnation at a temperature of 2 U at 130 ° C. for about two to four hours, while stirring. The mixing can be carried out in an inert atmosphere, for example in a nitrogen atmosphere, but this is not essential since the ingredients are resistant to oxidation.
Polyethylene and / or rosin can be added without difficulty when necessary but, when it is desired to add high molecular weight polyisobutylene and / or butyl rubber, they must be added as a main charge consisting of 1¯'a. of them, or both, in micro-crystalline petroleum paraffin or other suitable paraffin. Micro-crystalline paraffin in which polyisobutylene is incorporated is sold under the trademark "Mycroply 30".
Examples of the microcrystalline petroleum paraffin-containing impregnation compounds according to the present invention which are suitable for use in the manufacture of impregnated paper insulated stabilized cables are given below.
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EXAMPLE 1.
EMI5.1
<tb>
<tb>
Micro-crystalline petroleum <SEP> <SEP> paraffin <SEP>
<tb> (Point <SEP> of <SEP> fusion <SEP> 1 <SEP> 80 C, <SEP> values <SEP> of <SEP> penetration <SEP> by <SEP> needle <SEP> of < SEP> 17 <SEP> to <SEP> 25 C
<tb> and <SEP> greater than <SEP> to <SEP> 200 <SEP> to <SEP> 60 C) .............. <SEP> 99 <SEP> parts <SEP > in <SEP> weight
<tb> "Super <SEP> Hard <SEP> Wax" <SEP> n <SEP> 105 <SEP> ................. <SEP> 1 <SEP> part <SEP> in <SEP> weight
<tb>
This compound has a melting point of 85 C and is suitable for cables subjected to conductor temperatures up to 70 C, provided that the cable is heated before being subjected to significant bending. Note that the increase in melting point resulting from the present of 1% synthetic paraffin is about 6.25%.
EXAMPLE 2.
EMI5.2
<tb>
<tb>
Micro-crystalline petroleum <SEP> <SEP> paraffin <SEP>
<tb> (Point <SEP> of <SEP> merge <SEP> of <SEP> 88 c <SEP> and <SEP> values <SEP> of
<tb> penetration <SEP> to <SEP> the needle <SEP> from <SEP> 5 <SEP> to <SEP> 25 C <SEP> and
<tb> from <SEP> 35 <SEP> to <SEP> 70 c <SEP> ........................... <SEP> 45 <SEP> parts <SEP> in <SEP> weight
<tb> "Super <SEP> Hard <SEP> Wax <SEP> n <SEP> 105" <SEP> ................. <SEP> 5 <SEP> parts <SEP> in <SEP> weight
<tb> Oil <SEP> for <SEP> cable <SEP> to <SEP> oil bath <SEP>
<tb> (Viscosity <SEP> 140 <SEP> centistokes <SEP> at <SEP> 0 C
<tb> and <SEP> 7.3 <SEP> centistokes <SEP> to <SEP> 60 C) ............. <SEP> 50 <SEP> parts <SEP> en < SEP> weight
<tb>
This compound has a melting point of 89 C and is suitable for cables used at temperatures in the conductor up to 70 C.
In this case, the increase in melting point, obtained by replacing part of the micro-crystalline petroleum paraffin with synthetic 3a paraffin to the extent indicated, is 9 C (a compound containing 50 parts by weight of the paraffin of mentioned petroleum and 50 parts by weight of the specified oil having a melting point of 80 C). This amounts to saying that the incorporation of 5% of the synthetic paraffin increases the melting point by 11%.
EXAMPLE 3.
EMI5.3
<tb>
<tb>
Micro-crystalline petroleum <SEP> <SEP> paraffin <SEP>
<tb> such <SEP> as <SEP> described <SEP> in <SEP> example <SEP> 2 <SEP> ...... <SEP> 40 <SEP> parts <SEP> in <SEP> weight
<tb> "Super <SEP> Hard <SEP> Wax <SEP> n <SEP> 105" <SEP> ................. <SEP> 15 <SEP> parts <SEP> in <SEP> weight
<tb> Oil <SEP> for <SEP> cable <SEP> to <SEP> oil bath <SEP> <SEP> such
<tb> that <SEP> specified <SEP> in <SEP> example <SEP> 2 .......... <SEP> 45 <SEP> parts <SEP> in <SEP> weight
<tb>
This compound has a melting point of 96 C and is suitable for cables used at temperatures in the conductor up to 85 C.
A compound containing 55 parts by weight of the mentioned petroleum paraffin and 45 parts by weight of the specified oil has a melting point of 81 C, so that the increase in melting point obtained by the introduction of 15% by weight of the synthetic paraffin is 15 C or 18.5% EXAMPLE 4 ..
EMI5.4
<tb>
<tb>
Micro-crystalline petroleum <SEP> <SEP> paraffin <SEP>
<tb> specified <SEP> in <SEP> example <SEP> 1 ............... <SEP> 30 <SEP> parts <SEP> in <SEP> weight
<tb> "Super <SEP> Hard <SEP> Wax <SEP> n <SEP> 105 .................. <SEP> 30 <SEP> parts <SEP> in <SEP> weight.
<tb>
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Oil bath cable oil as specified in Example 2 ....... 40 parts by weight.
This compound has a melting point of 98 C and is suitable for cables subjected to temperatures in the conductor up to 87 C. A compound consisting of 60 parts by weight of the specified petroleum paraffin and 40 parts by weight of the oil for cable in oil bath specified has a melting point of 75 C, so the increase in melting point resulting from the replacement of half of petroleum paraffin by synthetic paraffin is 23 C or 31 percent.
EXAMPLE 5.
EMI6.1
<tb>
<tb>
Micro-crystalline petroleum <SEP> <SEP> paraffin <SEP>
<tb> such <SEP> that <SEP> specified <SEP> in <SEP> example <SEP> 1 ........ <SEP> 25 <SEP> parts <SEP> in <SEP> weight
<tb> "Super <SEP> Hard <SEP> Wax <SEP> n <SEP> 105" <SEP> .................... <SEP> 23 < SEP> parts <SEP> in <SEP> weight
<tb> Alcowax <SEP> (molecular weight <SEP> <SEP> 2.000) <SEP> .......... <SEP> 14 <SEP> parts <SEP> in <SEP> weight
<tb> Oil <SEP> for <SEP> cable <SEP> to <SEP> oil bath <SEP> <SEP> such
<tb> that <SEP> specified <SEP> in <SEP> example <SEP> 2 ..............
<SEP> 40 <SEP> parts <SEP> in <SEP> weight
<tb>
This compound has a melting point of 98 C and is suitable for cables subjected to temperatures in the conductor up to about 87 C. It compares very well with a compound containing 60 parts by weight of the petroleum paraffin specified in the Example 1 and 40 parts by weight of the specified cable oil, which has a melting point of 73 C.
EXAMPLE 6.
EMI6.2
<tb>
<tb>
Micro-crystalline petroleum <SEP> <SEP> paraffin <SEP>
<tb> Point <SEP> of <SEP> fusion <SEP> 75 C <SEP> .................... <SEP> 80 <SEP> parts <SEP > in <SEP> weight
<tb> "Super <SEP> Hard <SEP> Wax <SEP> n <SEP> 105 <SEP> n <SEP> ................ <SEP> 20 <SEP > parts <SEP> in <SEP> weight
<tb>
This compound has a melting point of 93 G, although the melting point of micro-crystalline petroleum paraffin is only 75 C.
It is suitable for cables subjected to temperatures in the conductor up to approximately 80 C.
EXAMPLE 7.
EMI6.3
<tb>
<tb>
Micro-crystalline petroleum <SEP> <SEP> paraffin <SEP>
<tb> having <SEP> a <SEP> point <SEP> of <SEP> merge <SEP> of <SEP> 75 C <SEP> ......... <SEP> 65 <SEP> parts < SEP> in <SEP> weight
<tb> "Super <SEP> Hard <SEP> Wax <SEP> n <SEP> 105" <SEP> .................. <SEP> 5 <SEP> parts <SEP> in <SEP> weight
<tb> Oil <SEP> for <SEP> cable <SEP> to <SEP> oil bath <SEP> <SEP> such
<tb> that <SEP> specified <SEP> in <SEP> example <SEP> 2 <SEP> ...........
<SEP> 30 <SEP> parts <SEP> in <SEP> weight
<tb>
This compound has a melting point of 76 C and is suitable for cables subjected to temperatures in the conductor up to about 65 C and is the equivalent of a compound consisting of 30 parts by weight of such an oil. and 70 parts by weight of the microcrystalline petroleum paraffin specified in Example 1, i.e. a paraffin having a melting point of 80 C.