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L'invention concerne un type de condensateur électrique imprégné d'un dérivé du naphtalène, comme imprégnant, et caractérisé par une durée plus longue lorsque l'emploi se fait, soit à haute température, soit a bas- se température.
Les recherches récentes sur les condensateurs, ont eu pour but principal de trouver un diélectrique assez stable pour permettre le fonc- tionnement à des températures d'aux moins 1250 C. Lorsque les armatures ont une surface donnée, c'est le condensateur dont les caractéristiques sontles plus sta blesen fonctoion de la température qui a le meilleur rendement .
L'invention a donc pour buts 1 de fabriquer un condensateur à plus grande durée lorsque le fonctionnement a lieu à température élevée,
2 d'utiliser comme diélectrique un dérivé du naphtalène.
Ces buts se trouvent atteints lorsque le condensateur électrique est constitué par des électrodes métalliques avec un séparateur diélectrique interposé, ce dernier étant imprégné avec le produit stabilisé de la réac- tion d'un polymère de l'isobutylène, ayant au moins 2 unités isobutylènes, avec un composé comme le naphtalène, ou le méthylnaphtalène.
L'industrie fournit actuellement beaucoup de condensateurs qui diffèrent par leurs dimensions et par les matériaux de remplissage, les uns très petits, d'autres grands ; le diélectrique liquide y contenu a une cons- tante diélectrique d'environ 2,2 ou davantage. Le type le plus demandé est celui dit à remplissage d'huile, les avantages en état détaillés ci-après dans le cas du diélectrique conforme à l'invention.
Les fgures jointes schématisent 2 types de condensateurs qui- peuvent utiliser le diélectrique de l'invention.
Sur la figure 1, le condensateur comprend une cuve 1 dans laquel- le sont montées les armatures 2 et 3, qui supporte un couvercle non repré- senté. Les armatures sont séparées par un isolant solide non représenté. -Les différents jeux d'armatures sont connectés respectivement aux bornes exter- nes 4 et 5, munies chacune d'un isolateur convenable 6 et 7. Le diélectrique liquide 8, dont l'épaisseur a été exagérée sur le dessin, est le produit stabilisé, obtenu par réaction d'un polymère de l'isobutylène ayant plus de 2 unités isobutylènes avec le naphtalène, ou son dérivé méthyle.
La figure 2 représente un condensateur à enroulement, dans lequel les armatures flexibles 14 et 15 sont séparées par des feuilles de papier 12 et 13. Les bornes 16 et 17 sont disposées en haut et l'ensemble mis dans un boîtier non représenté. Les feuilles de papier 12 et 13 sont imprégnées du même diélectrique liquide que celui de la figure 1.
Pour obtenir les diélectriques utilisables suivant l'invention, on se sert de la réaction de FRIEDEL-CRAFTS entre un polyisobutylène et le naphtalène ou le méthylnaphtalène. On préfère un polyisobutylène 'ayant*plus'' de 2 et moins de 20 unités isobutylènes. Le choix du polyisobutylène employé dépend de la viscosité que l'on désire dans le produit final. Plus le poids moléculaire du polyisobutylène employé dépend de la viscosité que l'on dési- re dans le produit final. Plus le poids moléculaire du polyiosbutylène est élevé et plus grande est la viscoôité du produit final.
D'autre part, le produit est très satisfaisant quand on alcoyle le naphtalène par un polyisobu- tylène ayant un poids moléculaire voisin de 370 ; laviscosité du produit résultat est de 230 centipoises à 3800. Bien entendu, on peut utiliser des matières premières à poids moléculaire;plus élevé, ce qui oblige à modifier les conditions de la synthèse par augmentation du catalyseur, élévation de la température de réaction, ou allongement de sa durée. On doit comprendre que le terme polyisobutylène désigne les liquides industriels renfermant des mo- nooléfines mélangées,toutes à chaînes ramifiées.
Ainsi, le triisobutylène
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utilisé peut renfermer du 2, 4, 4. 6, 6 pentaméthylheptène-1 du 2,4,4,6,6 pentaméthylheptène-2, du 2,2,4,6,6 pentaméthylheptène-3 et du 2-néopentyl-
4,4,diméthylpentène-1. Un tel mélange conduit à des isomères mélangées à la fois à cause des positions possibles du noyau naphtalénique, et par la di- versité des chaînes latérales alcoylées.
La réaction de FRIEDEL-CRAFTS entre un polyisobutylène et le nap- htalène ou le méthylnaphtalène s'effectue-de façon connue, en utilisant de préférence le chlorure d'aluminium comme catalyseur, d'autres catalyseurs de FRIEDEL-CRAFTS pouvant s'utiliser : chlorure ferrique, bromure d'alumi- nium, fluorure de bore, acide sulfurique, etc.
Quelle que soit la synthèse désirée, on doit régler les condi- tions de préparation pour obtenir les meilleurs rendements. Il peut y avoir des réactions secondaires indésirables, par exemple la dépolymérisation du polybutène en chaînes plus courtes qui se fixent sur le naphtalène, ou même le départ de vapeurs d'isobutène lorsqu'on atteint des températures élevées.
Il faut éviter également la polyalcoylation du naphtalène, car le produit résultant aurait un poids moléculaire et une viscosité trop grande, et pour- rait même contenir des composés cristallins. Par exemple, la réaction du naphtalène sur le tri-isobutylène au contact du chlorure d'aluminium donne une fraction cristalline fusible à 145 C. le 2,6 di-t-butylnaphtalène si on a laissé la température monter à 150 C. La fraction huileuse, formée des au± tres naphtalènes alcoylés est naturellement utilisable dans les condensa- teurs. Cependant, la séparation finale d'un solide dans le diélectrique d'un condensateur est en principe - indésirable, de sorte qu'il vaut mieux éviter d'avoir à enlever des solides et contrôler la synthèse avec attention.
La stabilité des polyisobutylènes est moindre que celle de leurs dérivésnaphtylés ou méthylnaphtylés, car la double liaison du polyisobutylène est-sensible à certaines influences rétrogradantes ; une fois la'double li- aison convertie partiellement en liaison simple alcoyle-aryle, il y a stabi' lisation. Les polyisobutylènes dont le poids moléculaire dépasse environ
200 sont de moins en moins solubles dans l'acétone, mais leurs produits de réaction avec le naphtalène y sont solubles, ce qui permet de séparer le produit désiré des polyisobutylèhes visqueux n'ayant pas réagi. L'emploi de l'acétone ne pose aucun problème car on peut la récupérer.
Le point d'ébullition des diélectriques obtenus dépasse 300 C, ce qui est avantageux parce qu'on remplit la plupart des condensateurs en- core chauds et sous le vide le meilleur possible. Grâce à leur faible ten- sion de vapeur, les diélectriques décrits ne risquent pas d'engorger.les canalisations de vide, contrairement aux huiles à point d'ébullition infé- rieur .
Les exemplesci-après montrent comment en pratique, on peut alcoy- ler pour obtenir les diélectriques décrits. Tout spécialiste comprendra ; ' qu'on peut modifier ces synthèses sans s'écarter de l'invention.
EXEMPLE 1 :
On alcoyle 192 g de naphtalène (1,5 mol) avec 554 gr de polyiso- butylène (environ 1,5 mol), le poids moléculaire moyen étant 370. On cataly- se avec 40 gr de chlorure d'aluminium, en empêchant la température de réac- tion de dépasser 75 C. Après une demi-heure la réaction se calme et l'on poursuit l'agitation pendant près de 3 jours..L'odeur caractéristique du naphtalène a disparu ; on élimine le chlorure d'aluminium par lavage et l'on purifie par plusieurs traitements sur la terre à foulon activée par-la chaleur. La visckosité du produit final est de 230 centipoises à 38 C ; 12 D = 1, 5185, A 30 C et 100 la résistivité est respectivement de 6.225 x 10 et de
135x 10 12 ohmsxcm; le facteur de puissancea 60 cyclesrespectivement 0,128% et
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0,152 %.
(n a comparé des condensateurs imprégnés avec le diélectrique de cet exemple et une huile industrielle, on a stabilisé les deux diélec- triques en leur incorporant 0,5 % en poids d'anthaquinone qu'on utilise dans les applications sur courant continu. On a éprouvé 6 condensateurs à l'huile industrielle et 3 autres avec le nouveau produit, en les maintenant à 125 C, sous 1.OGC volts continus jusqu'à claquage. Les 3 condensateurs nouveaux ont résisté en moyenne 60 % plus longtemps que la vie'moyenne des .condensateurs témoins, ce qui est un gain de stabilité significatif.
EXEMPLE 2.
On alcoyle 354 gr de naphtalène (environ 2,75 mols) avec 465 de triisobutylène industriel (environ 2,75 mois) par catalyse avec 10 gr de chlorure d'aluminium et chauffage modéré. Après 4 heures d'agitation, le produit est raffiné sur la terre à foulon puis fractionné sous pression atmosphérique. La distillation; 'effectue entre 280 et 400 C la majeure par- tie passant au-dessus de 300 C. Le point de goutte est -17 C.
EXEMPLE 3.
On mélange 213 gr (1,5 mol) de méthylnaphtalène et 840 gr (1 mol)
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d'un polyisobutylène e-S1?'ond'arlt à.jen:vi'r(:mJ15,un'lës d' isobutylène. On mélan- ge avec 60 gr de chlorure ferrique anhydre en agitant fortement et ;.chauffant progressivement jusqu'à 2000C, température maintenue pendant 4 heures. Dans certaines conditions, le chlorure ferrique est chlorurant, de sorte qu'il faut y veiller, ainsi qu'à la possibilité de dépolymériser une partie du
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polyisobutylene. On lave à l'eau acidulée pour enlever le catalyseur, on sèche et on agite la couche huileuse au moins une fois avec un égal(,volume d'acétone.
La solution acétonique renferme le méthylnaphtalène alcoylé vou- lu, on le fractionne par distillation pour recueillir l'acétone et le méthyl- naphtalène qui n'a pas réagi (Eb.241 C), On achève la distillation sous @ pression fortement réduite, de préférence inférieure à 1 mm de mercure et l'on recueille la fraction bouillant au--.dessus de 280 C. Comme il y a de nombreux isomères, la fraction utile bout dans un intervalle assez grand ; on la raffine sur la terre à foulon, avant son emploi dans les condensateurs ou comme isolant,'des câbles.
En faisant varier le poids moléculaire du polyisobutylène on peut faire varier la viscosité du produit, sans en changer les autres propriétés.
D'autre part, on peut choisir le degré initial d'alcoylagion des naphtalènes pour modifier le produit final, de sorte qu'il est possible de diversifier beaucoup les propriétés des diélectriques. Par exemple, le produit dérivé du méthylnaphtalène et du même polyisobutylène que celui de l'exemple 1, à une viscositéé réduite à 110 centipoises à 38 C.
Le diélectrique des exemples précédents, sont satisfaisants sans autre traitement dans les condensateurs, mais on préfère les additionner de stabilisants en petite quantité. En général', les composés quinonigues sont stabilisants, et l'antraquinone convient particulièrement. La proportion d'anthraquinone peut atteindre 5 %, mais il suffit de 0,1 % pour observer une influence stabilisante marquée. La quantité normalement employée est d'environ 0,5 % d'anthraquinone dans les diélectriques décrits.
Les condensateurs imprégnés des diélectriques conformes à l'in- vention conservent des facteurs de puissance compris entre 0,1 et 1 dans un grand domaine de température. Le fonctionnement prolongé à des tempéra- tures un peu supérieures à 1000 C n'élève pas rapidement ce facteur à un degré sérieux. Les essais de durée ont montré qu'on peut escompter des du- rées supérieures à 60 % à celles des condensateurs analogues à tous points de vue, mais imprégnés des diélectriques industriels eourants.
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Il est bien entendu que l'on ne désire pas se limiter à ces for- mes particulières donnée? simplement à titre d'exemple, et sans aucun carac- tère restrictif et que, par conséquente toutes les variantes utilisant les mêmes moyens techniques et ayant même objet que les dispositions indiquées ci-dessus, renieraient comme elles dans le cadre de l' invention.