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La présente invention est relative aux éléments isolants et, plus particulièrement,aux assemblages isolants soumis à des arcs de forte intensité le long d'une surface exposée d'isolateur.
Dans les assemblages d'isolateur où un élément isolant est pla- cé entre éléments conducteurs entre lesquels peut exister un potentiel éle- vé, il est essentiel que non seulement l'élément isolant lui-même possède une rigidité diélectrique élevée mais que ses surfaces exposées présen- tent un chemin de fuite de grande résistance malgré l'exposition de la surface isolante à la poussière, à l'humidité et toutes autres particules étrangères qui peuvent y adhérer.
Dans les machines tournantes à courant continu tels que celles destinées aux locomotives de chemin de fer, où l'assemblage d'isolateur est utilisé pour supporter les porte-balais et les isoler des carcasses de machines mises à la terre, le problème est particulièrement aigu, Dans ce cas, les goujons isolants habituellement utilisés sont soumis à des arcs de grande intensité le long de leurs sur - faces exposées d'où il résulte que la substance carbonisée laissée sur 1' isolateur par un arc constitue un chemin de fuite de faible résistance.
Comme au cours d'une utilisation normale, de l'huile, des poussières et autres particules étrangères viennent adhérer aux surfaces isolantes des goujons, la probabilité de jaillissement d'un arc et la quantité de substance carbonisée sont toutes deux augmentées, demandant donc de fréquants nettoyages ou remplacements des goujons de maintien des balais. Comme un arc de grande intensité peut provoquer l'arrêt d'une lôcomotive, le nettoyage des isolateurs se fait souvent pendant que le train est en marche De plus, plusieurs arcs de grande intensité peuvent non seulement laisser un dépôt carbonisé mais peuvent aussi cracher du métal fondu sur l'isola-. teur ou donner lieu au bris ou à la fonte de l'isolateur.
Un objet de la présente invention est, en conséquence, de présenter un isolateur ayant une surface dont la résistance n'est pas affectée par des arcs de grande intensité qui ont lieu à sa surface.
Un autre objet de l'invention est de prévoir pour des installations exposées à la poussière, à l'huile et à d'autres particules étrangères, un isolateur qui se nettoie sensiblement de lui-même lors du jaillissement d'un arc de grande intensité à sa surface.
Un autre objet de l'invention est de présenter un goujon isolant de porte-balais pour les machines tournantes à tension élevée en vue de leur fonctionnement dans des conditions où elles sont exposées à la poussière à l'huile, etc...
Suivant la présente invention, un élément isolant à haute ten sion ayant une surface exposée le long de laquelle se produisent des arcs de forte intensité, possède un revêtement en polytétrafluoro-éthyléne ou polytrifluorochloroéthylène. La Société Demanderesse a découvert que cette substance a la propriété de se nettoyer elle-même lorsqu'elle est exposée à un arc de forte intensité. La chaleur de l'arc vaporise une couche extérieure mince du revêtement, exposant ainsi une nouvelle surface propre au lieu de laisser un dépôt carbonisé. Une surface exposée aux poussières ou autres particules étrangères qui diminueraient la résistance de fuite et augmenteraient la possibilité de jaillissement d'un arc se nettoie ainsi d'elle-même par l'action d'un arc.
On comprendra mieux les avantages et les caractéristiques nouvelles de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent donnés simplement à titre d'exemple non limitatif et dans lesquels : - la figure 1 représente une partie d'un gros moteur à courant
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"[ ir.:. t ier-,*1.#n élevée, illustrant l'utilisation d'un goujon isolant tel la présente invention est appliquée, pour supporter et isoler un :.:ire-asai; 'car rapport à la carcasse du moteur, et - la figure 2 est une vue en coupe du goujon isolant de la figure 1.
Une partie de la carcasse en acier, mise à la terre, d'un gros moteur à courant, continu, est représentée à la fig, l, un assemblage de porte-balais 2 est supporté et isolé de la carcasse, et contient un balais f en contact avec les barres du commutateur 4. Un isolateur 5, ou goujon
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du p.==te-balai#, est utilisé pour supporter le porte-balais et l'isoler de la carcasse. Les conditions requises de résistance. mécanique et électrique de ce support isolant sont sévères lorsque, comme spécialement dans un moteur de locomotive, le goujon du porte-balais doit être très résis-
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tant pour 8urnorter les chocs tout en ayant une durée de vie maximum, tandis qu'en même temp.:, l'¯:.eement doit être adéquat pour supporter des po- tentiels de l'ordre de milliers de volts sans détérioration.
Cependant même si la rigidité diélectrique de l'isolateur est adéquate pour éviter la détérioration de ce dernier, la surface exposée de l'isolateur constitue un chemin de fuite dont la résistance est matériellement diminuée par les particules étrangères qui viennent adhérer à la surface exposée Far conséquent, lorsqu'un arc se produit entre le porte-balais et la carcasse, dû soit à des hautes tensions anormales au commutateur ou, sous une tension normale, à la résistance de fuite diminuée du chemin de fuite le long le la surface de l'isolateur, le dépôt carbonisé sur l'isolateur, laissé par doit être enlevé avant que le moteur puisse fonctionner convenablement.
La construction du goujon 5 de porte-balais est représentée en détails à la figure 2. Comme on peut le voir, un goujon en acier 6 auquel est fermement fixé le porte-balais 2 par filetage, est muni d'une partie terminale en forme de coupelle. Un écrou fileté 7 coopérant avec le boulon 8 (représenté à la fig. l) est placé dans l'ouverture du goujon 6, mais en est espacé. L'écran 7 est, de préférence, muni d'une bride circulaire s'étendant radialement, destinée à porter contre la carcasse du moteur loreque l'écrou est serré en place.
Le corps d'isolateur 9 entre le goujon 6 et 1'écrou 7 relie ces derniers et constitue l'isolement désiré; ce corps d'isolateur est constitué en une substance isolante verremica ou tout? autre substance mécaniquement résistante telle de la céramique. du verre, du caoutchouc dur ou du plastique.
Suivant la présente invention, la surface extérieure du corps isolant cylindrique 9 est munie d'un revêtement cylindrique 10 en un
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polymère fluoré solide, de préférence du polytétrafluoroéthylène . Cette substance est désignée sous la marque "Téflon" par la Cie du Pont de Nemours. La substance est appliquée, de préférence, en forçant la section tubulaire en polymère extrudé sur la surface cylindrique de l'isolateur 9. le tube étant formé avec un diamètre quelque peu inférieur à celui
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de lliaolaieur 9 et en:cuite chauffé à une température voisine de ç50 t; et laissé refroidir en place. Aucune autre liaison entre le revêtement ." et l.'isolateur 9 n'est requis pourvu que le revêtement soit suffisant 'H ,::(r<c9 pour rejter en. place.
Bien que le polymère ait une rigidité clé :c- trique très élevée, c'est la rigidité diélectrique de 1'isolateur 9 qui est utilisée pour éviter la détérioration de ce dernier entre les extré-
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mités oPfoée5 du goujon 6 et de l'écran 7, ainsi qàù pou;' constituer la '8itance illéçnique de l'assemblage du goujon de ports-balais.
La fonction -lu rev 3'nent 10 est principalement réduite à constituer une surface iso::;.nt < ";,o'3ée se nettr=; :.^t sensiblement elle-même ou un chemin fe fuite
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ou un chemin de fuite de résistance élevée entre le porte-balais et la car- casse du moteur D'autres moyens pour appliquer le "Téflon" peuvent aussi être employés, comme par exemple, en moulant un manchon à partir du po- lymère en poudre, et en le plaçant sur le goujon par fusion, ou en en- roulant un ruban de polymère autour du goujon ou d'un mandrin et en fondant ensemble les différents tours, ou en appliquant à l'aide d'une brosse un émail polymère sur la surface cylindrique de l'isolateur 9 et en le fondant.
L'épaisseur de la couche de polymère n'est pas cri- tique et comme la substance est relativement coûteuse, il est habituel- lement désirable, du point de vue économie, de limiter la quantité de substance utilisée. Sous certaines conditions décrites dans le para- graphe suivant, des épaisseurs de 1,5 à 3 mm ont donné entière satis- faction.
En fonctionnement, sur les surfaces exposées des revêtements
10 de polymère viennent adhérer des particules de suie, huile, carbone poussière ou autres particules étrangères. Lorsqu'un arc de grandé intensité jaillit le long de la surface exposée du revêtement 10 entre le porte-balais et la carcasse, il ne se forme pas de chemin carboni- sé sous l'influence de la chaleur intense développée par l'arc car ce dernier vaporise une mince couche de polymère fluoré et nettoie réellement la partie de la surface exposée adjacente à l'arc. La Société Demanderesse a trouvé, par exemple, qu'un arc de 1200 Ampères enlève habituellement seulement une couche de 25,4 microns à la surface du revêtement 10, ce qui permet l'utilisation d'un seul goujon de portebalais après jaillissement de beaucoup d'arcs sans remplacement ou nettoyage du revêtement de polymère.
Il est possible de réaliser des économies supplémentaires en tournant les goujons de quelques degrés après un certain nombre d'arcs car ces derniers jaillissent habituellement entre des points donnés de la carcasse et du porte-balais. Les avantages d'une telle surface d'isolateur se nettoyant d'elle-même sont évidents et spécialement dans les applications des porte-balais des moteurs de traction où le problème de nettoyage ou de remplacement après plusieurs arcs est un problème particulièrement gênant. Il faut soùligner que la vaporisation d'une couche extérieure du revêtement 10 n'est pas accompagnée de détérioration du polymère puisque l'arc ne se produit pas à travers ce revêtement mais seulement le long de sa surface exposée.
Il n'est pas nécessaire que le polymère en lui-même présente un degré élevé de pureté ou de propreté car c'est sur la vaporisation de la substance plutôt que sur sa rigidité diélectrique que l'on se base.
Lorsqu'un goujon n'a pas de revêtement et que le corps isolant qui peut supporter des températures plus élevées que le polymère 10 est exposé aux arcs, de grandes détériorations se produisent. Ainsi, lorsque l'isolateur exposé est en substance mica-verre, telle que la substance isolante portant la marque "Mycalex" de la Mycalex Corporation of America, et est soumis à de telles conditions, l'arc de grande intensité fait fondre la surface de l'isolateur pour former de petits nodules qui rendent inutilisable le goujon isolant. De même, lorsque la porcelaine est utilisée comme revêtement, la substance carbonisée laissée par un arc doit être nettoyée au sable et, dans certains cas, la porcelaine est fendue ou cassée par l'arc.
Avec les revêtements de polymère, aucun nettoyage au sable n'est nécessaire et le moteur n'est pas à arrêter malgré le jaillissement de beaucoup d'arcs.
Bien que le revêtement 10 soit constitué de préférence en tétrapolyfluoroéthylène solide, on peut aussi utiliser du polytrifluorochloro- éthylène solide cette substance portant la marque "Kel-F" de la N.W. Kel-
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logg C . Cette dernière substance n'est cependant pas autant recommandée car pour beaucoup d'applications, elle doit être moulée en place et elle présente le désavantage d'une température de fusion plus basse.
Bien qu'on ait décrit une réalisation particulière de l'invention ainsi que certaines modifications, d'autres isolateurs ayant une surface exposée en polymère fluoré solide soumise à des arcs intenses et des modifications de ces isolateurs, rentrent aussi dans le cadre de la présente invention qui ne se limite en rien à la réalisation particulière représentée, il est évident qu'on ne désire pas se limiter à cette forme particulière donnée simplement à titre d'exemple et sans aucun caractère restrictif et que par conséquent toutes les variantes ayant même principe et même objet que les dispositions indiquées cidessus rentreraient comme elles dans le cadre de l'invention.