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" PERFECTIONNEMENTS AUX CABLES ELECTRIQUES ISOLES ET AUX
COMPOSES D'IMPREGNATION DESTINES A CES CABLES ".-
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La présente invention est relative à des câbles électriques stabilisés entièrement imprégnés, comportant un diélectrique en matière.isolante fibreuse imprégnée, généra- lement en papier, ainsi qu'aux composés d'imprégnation pour de tels câbles, comprenant de la paraffine de pétrole micro- cristalline c,onstituant l'ingrédient principal ou l'un des ingrédients principaux du composé, ces composés étant dési- gnés, dans la suite du présent mémoire, par l'expression "composés d'imprégnation à base de paraffine de pétrole microcristalline ".
Lorsqu'on précise que le câble est complètement imprégné, cela veut dire que 'le câble est aussi imprégné que possible de composé d'imprégnation, le papier ou autre m tière, fibreuse étant imprégné et les'intervalles entre les spires et leurs couches étant remplis de composés d'imprégna- tion, le but visé étant d'assurer que la possibilité d'exis- tence de vides dans-la gaine entourant le diélectrique soit réduite'à un minimum .
,
Par l'expression "câble stabilisé", on désigne un câble tel que lorsqu un tronçon vertical de 9 mètres ou da- vantage du câble à extrémités ouvertes est chauffé jusqu'à sa température maxima de travail du conducteur pendant 7 jours ou davantage, la quantité de composé d'imprégnation qui s'écoule du câble n'excède pas 0,1% en volume par rapport à la capacité cubique de la gaine du câble .
Quant à l'expression "paraffine de pétrole micro- cristalline", elle désigne de la paraffine du type pétrola- tum des cires de pétrole, à savoir de la cire de pétrolatum et/ou de la paraffine de pétrole du type cérésine (selon la
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définition et la classification données dans le ;'Journal of the Institute -of Petroleum", Vol. 29, n 240, 1943, pages
361-3), lesquelles cires ont des dimensions de cristaux rela- tivement faibles en comparaison de celles des cires du groupe des cires paraffiniques. Cette paraffine est communément dé- signée sous l'appellation de "paraffine microcristalline" ou "paraffine amorphe" et prend en masse à une température géné- ralement non inférieure à 71 C.
Dans le brevet britannique n 581.830, on a décrit et revendiqué un câble stabilisé complètement imprégné, dans lequel le composé d'imprégnation du câble est un composé soli- de normalement plastique consistant en paraffine de pétrole microcristalline, dont le point de fusion n'est pas inférieur à 80 C et en une huile minérale d'imprégnation de câbles ou un plastifiant appartenant à un groupe de plastifiants formé du polyisobutène (polyisobutylène) ayant un poids moléculaire moyen compris entre 20. 000 et 100. 000 et de la rosine, ou consistant en un mélange d'une telle huile avec l'un et/ou l'autre de ces plastifiants, la proportion de paraffine mi- crocristalline contenue dans le composé n'étant pas inférieu- re à 55% en poids.
Une forme perfectionnée d'un tel câble est décrite et revendiquée dans le brevet belge n 509.999 de la demanderesse. Dans ce dernier câble, le composé d'im- prégnation est constitué par ou comprend de la paraffine de pétrole microcristalline ayant un point de fusion d'en- viron 88 C et des valeurs de pénétration à l'aiguille d'en- viron 5 à 25 C et d'environ 35 à 70 C ou un mélange d'une telle paraffine avec des paraffines de pétrole microcris- tallines ayant des valeurs de pêne dation plus élevées à des températures élevées, le mélange ayant un point de fusion de 85 C à 90 C et des valeurs de pénétration à l'aiguille
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variait d'environ 5 et 6 à 25 C à 35 à 50 à 70 C,
la propor- tion de paraffine microcristalline contenue dans le composé n'étant pas inférieure à environ 48% en poids, lorsqu'on uti- lise de la paraffine ayant une valeur de pénétration à l'ai- guille de 35 à 70 C et n'étant pas inférieure à environ 50% en poids, lorsqu'on utilise le mélange de paraffines en question .
Les valeurs de pénétration- à l'aiguille indiquées plus haut,ainsi que celles auxquelles il est fait référence dans la suite du présent mémoire, sont des valeurs détermi- nées par la méthode I.P.-49/46 de l'organisme Instituteof Petroleum .
Les huiles minérales d'imprégnation de câbl .; aux.. quelles il est fait allusion dans les brevets précites ainsi que dans la suite du présent mémoire sont celles qui, à la date du brevet britannique précité n 581.830, étaient géné- ralement connues des fabricants de.câbles comme convenant pour l'imprégnation de câbles électriques isolés à l'aide de papier. Ces huiles sont décrites, par exemple, dans la série d'articles sur les huiles isolantes publiée dans le "Journal of the Institution of Electrical Engineers", partie II, pager 3-64, vol 90, 1943. La viscosité de ces huiles varie depuis celle d'huiles ayant une viscosité d'environ 11. 000 centisto- kes ou davantage à 0 C jusqu'à celle de l'huile de câble à noyau creux ayant une viscosité d'environ 140 centistokes à 0 C.
Dans le mémoire descriptif du brevet belge n 528.455 la demanderesse a décrit et revendiqué un composé d'imprégna- tion perfectionné à base de paraffine de pétrole microcristal line, destiné à être utilisée dans la fabrication de câbles stabilisés complètement imprégnés et comprenant, en remplace-
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@ @ tiel de la paraffine de pétrole microcristalline, une poroffine d'hydrocarbures synthétique à faible perte dié- lectrique: dont le point de fusion est compris entre 85 C et 120 C.
Dans ce dernier brevet, il est signalé que lion entend par "paraffine à faible perte diélectrique", une pa- raffine 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.
Or, on a constaté à présent que des composés d'im- @régnation satisfaisants à base de paraffine de pétrolemi- crocristalline convenant pour être utilisés dans la fabrica- tion de câbles devant fonctionner à des tensions de service allant jusqu'à environ 11 kv, peuvent être obtenus si, a lieu d'utiliser une telle paraffine d'hydrocarbures synthé- tique à faible perte en tant que produit de remplacement par.
tiel de la paraffine de pétrole microcristalline, on fait usage d'une ou plusieurs paraffines synthétiques, dont cha- cune constitue soit une paraffine d'hydrocarbures, soit une paraffine de nature glycérylique et possède un point de fu- sion compris entre 85 C et 150 C, mais a un facteur de puis- sance compris entre 0,005 et 0,2 à 100 C, quand on le mesure à 50 cycles par seconde et avec une contrainte de 8 kV/cm.
La présente invention, qui constitue une variante de l'invention décrite et revendiquée dans le brevet belge n 528.455 concerne dès lors un composé d'imprégnation à ba- se de paraffine de pétrole microcristalline, destiné à être utilisé dans la fabrication de câbles électriques stabilisés et complètement imprégnés et comprenant, comme produit de remplacement partiel de la paraffine de pétrole microcristal- line, une ou plusieurs paraffines synthétiques, dont chacune
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constitue soit une paraffine d'hydrocarbures, soit.une paraf- fine de nature glycérylique et possède un point de fusion compris entre 85 C et 150 C, mais a un facteur de puissance compris entre 0,005 et 0,2 à 100 C, quand on le mesure de la manière indiquée ci-dessus .
L'inclusion d'une telle paraffine synthétique don- ne un composé, dont le point de fusion est supérieur, dans une mesure inattendue, à celui d'un composé de même composi- tion, si ce n'est que la totalité de la paraffine est con- stituée par une paraffine de pétrole microcristalline de même qualité. En conséquence, grâce à l'inclusion de la paraf fine synthétique, on peut obtenir'des composés à base de par.$ fine de pétrole microcristalline convenant pour être lisés dans la fabrication de câbles capables de supporter, en ser- vice, des températures plus élevées, en utilisant, si on le désire, de la paraffine microcristalline qui présente un poix de fusion inférieur à 80 C ou dont'une proportion présente un tel point de fusion.
La paraffine synthétique peut égale- ment être utilisée pour l'obtention de composés d'imprégna- tion à base de paraffine microcristalline obtenus au départ de paraffines microcristallines ayant approximativement les mêmes points de fusion que celles, dans lesquelles la paraf- fine consiste entièrement en paraffine microcristalline ayant un point de fusion de 80 C ou davantage .
Un exemple préféré d'une paraffine d'hydrocarbures ,synthétique est une paraffine microcristalline obtenue lors de l'hydrogénation de monoxyde de carbone selon le procédé Fischer-Tropsch, ayant un point de fusion de 108 C à 110 C et un poids moléculaire moyen d'environ 600. Un second exem- ple d'une paraffine d'hydrocarbures synthétique pouvant être
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utilisée est celui de la paraffine vendue dans le commerce sous la dénomination " Alcowax" . Il s'agit ici d'une paraf- fine polyéthylénique ayant un poids moléculaire compris entre 2.000 et 6.000 et un point de fusion d'environ 116 C. Cette paraffine est fabriquée par Allied Chemical and Dye Corpora- tion de Buffalo, N.Y., U.S.A.
Comme exemples de paraffines synthétiques de nature glycérylique, on peut citer celles vendues sous les dénominations commerciales "Acrawax" et "Acrawax C" par Glyco Products Co. Inc. de Brooklyn, N.Y. , U.S.A. Ces paraffines ont des points de fusion de 94 à 97 C et 140 à 145 C respectivement .
La quantité de paraffine synthétique présentant la gamme spécifiée ci-dessus de facteurs de puissance , qui peut être présente, conformément à la présente invention, dans le composé modifié à base de'paraffine de pétrole microcris- talline, est comprise entre environ 1% et environ 40% en poids de tout le composé, la proportion dépendant de la pro- portion et du point de fusion de la paraffine de pétrole mi- crocristalline, du facteur de puissance de la paraffine synthétique, de la nature de l'huile minérale d'imprégnation de câbles (si une telle huile est présente) et évidemment de la forme et des conditions dans lesquelles le câble doit être utilisé.
En général, la proportion de la paraffine synthéti- que sera dtautant plus grande qu'est plus faible son facteur de puissance et qu'est plus faible le point de fusion de la paraffine microcristalline .
Selon la nature, en particulier les caractéristi- ques viscosité/température, de l'huile (s'il y en a) et des autres ingrédients (s'il y en a) utilisés dans le composé, la teneur totale en paraffine peut varier de 20% à 100% en poids de tout le composé, pourvu que, lorsque la teneur totale en
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r :¯¯. i:e ast voisine de la v2.leo.r ix'r:
ure de la gaz spécifiée plus haut, à savoir, lorsque cette teneur tC'iF^.lx.,.3. est comprise entre 20 et 25)ù, l'huile utilisée ait mie vis- cosité inférieure à 600 secondes Rediood à 63* Cependant, la teneur totale en paraffine est, de préférence, comprises entre 25% et 60%, les caractéristiques viscosité/teFipéra.vur* de l'huile utilisée étant telles que le composé présente une
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résistance au cisaillement sufi'isarnment faible que pour per- mettre à un câble imprégné à l'aide de ce composé d'être posé à des températures ambiantes faibles, sans risque de rupture du diélectrique fibreux .
Si on le désire, on peut utiliser, à titre de produit de remplacement partiel de la paraffine microcri talline, une paraffine synthétique'dont une partie a un fac- teur de puissance inférieur à 0,005 à 100 C et dont le reste a um facteur de puissance inférieur compris entre 0,005 et 0,2 à 100 C, quand on le mesure de la manière indiquée plus haut. Dans ce cas, la quantité totale de paraffine synthéti- que sera comprise entre environ 1% et environ 40% par rap- port au poids de tout le composé .
Comme dans ,le cas de la paraffine d'hydrocarbures
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synthétique spécifiée dans le brevet belge n 52$-55, Ilaug- mentation des points de fusion des composés d'imprégnation à base de paraffine de pétrole micro'cristalline, obtenue par l'inclusion, à titre de produit de remplacement partiel de la paraffine microcristalline, de paraffine synthétique, dont le point de fusion est compris entre 85 et 150 C et dont le fac-
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teur de puissance est compris entre 0,005 et 0,2 à 100oG,quanà on le mesure de la manière indiquée plus haut, est plus élevée que l' al..1 ,:,;r"entation à laquelle on pouvait s'attendre, eu égard
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à l'ampleur du remplacement et au point de fusion plus élevé de le. matière de remplacement.
L'augmentation du point de fusion par unité de remplacement est plus prononcée au voi- sinage de la valeur inférieure de la gamme susindiquée de facteurs de puissance et diminue, lorsque la proportion de paraffine synthétique augmente .
En plus de ses ingrédients essentiels, à savoir la paraffine de pétrole microcristalline et une ou plusieurs des paraffines synthétiques précitées, et en plus de l'huile miné rale d'imprégnation de câbles, le nouveau composé d'imprégna- tion suivant l'invention peut contenir une proportion mineure d'un ou plusieurs plastifiants, tels que par exemple, poly- isobutylène, rosine, polyéthylène et caoutchouc butyle. Le quantité de plastifiant pouvant être employée dépendra de la caractéristique requise du composé d'imprégnation et du ou des plastifiants particuliers utilisés et sera déterminée ex- périmentalement, selon les besoins.
A titre d'exemple, il est signalé que l'on a constaté que l'on peut utiliser jusqu'à environ 1% en poids, par rapport au poids du composé, de po- lyisobutylène de poids moléculaire égal à environ 80.000, pour augmenter la viscosité de la phase liquide du composé d'imprégnation, mais que l'on peut utiliser jusqu'à 5% en poids de polyéthylène de poids moléculaire égal à environ 3. 000 ou jusqu'à 5% en poids de caoutchouc butyle. Lorsque le plastifiant utilisé est de la rosine, on peut en utiliser jusqu'à 30% en poids, par rapport eu. poids du composé .
De faibles proportions, par exemple comprises en- tre 0,01 et 1,0% d'autres ingrédients, tels que des anti-oxy- dants et des séquestrants métalliques (désactivateurs) peu- vent au besoin également être ajoutées. Un exemple d'un anti- oxydant est la phényl bêta-naphtylamine qui peut être incor-
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- '.::",,',-'..)1:::,iOllS allant; J'vs(Ju7à O,2./ en poids {l1 (;,¯:),- .i-<.,;.,li-1 r111,.., v¯Lm :ple de désactivateur est la 1'. IH-et'; ',.1'; -.- lidàG e'c.hyl&:ie diamine, qui peut être incorporée eii propor- tions allant jusqu'à 0,02% en poids du composé .
Les composés suivant la présente invention peuvant être préparés en chauffant simplement ensemble les quantités requises de la paraffine de pétrole microcristalline et de le
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paraffine synthétique, ainsi que de l'huile minérale d 1'iE!p¯'S- gnation de câble, si, comme ce sera généralement le cas, le composé doit contenir une telle huile,à une température allant de 120 à 160 C pendant environ 2 à 4 heures, tout en agitant le mélange. Le mélange peut s'effectuer dans une
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atmosphère inerte, par exemple dans une atmosphère d=r.io,e, afin de réduire les effets d'oxydation.
Du polyéthy @e et/ou
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de la. r-osine peuvent être ajoutés sans difficulté, lorsque ces composés sont nécessaires, mais lorsqu'on désire ajouter du polyisobutylène de poids moléculaire élevé et/ou du caoutchouc butyle, ces derniers produits doivent être ajoutée par exemple sous forme d'une composition de l'un ou l'autre de ces produits dans de la paraffine 'de pétrole microcristal- line ou dans une atre paraffine appropriée. Une paraffine microcristalline contenant du polyisobutylne est vendue sous la dénomination commerciale de " Mycroply 30" .
Les exemples.suivants sont relatifs à des composés d'imprégnation suivant l'invention à base de paraffine de pé- trole microcristalline, ces composés convenant pour être uti- lisés dans la fabrication de câbles stabilisés, isolés à l'aide de papiers imprégnés .
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EXEMPLE I. -
Paraffine de pétrole microcristalline (P. F. : 88 C et valeurs de pénétra- tion à l'aiguille de 5 à 25 C et de
35 à 70 C)....... 45 parties en poids "Acrawax C" ........................... 5 " " "
Huile pour câble à bain d'huile (vis- cosité 140 centistokes à 0 C et 7,3 centistokes à 60 C)...... 50 " " "
Ce composé a un point de fusion de 115 C, ce qui
Correspond à une augmentation de 44% par rapport au point de fusion d'un composé contenant 50 parties en poids de la pa- raffine de pétrole mentionnée et 50 parties en poids de l'huile spécifiée . , EXEMPLE II.- Paraffine de pétrole microcristalline (point de fusion 80 C et valeurs de pénétration à l'aiguille de 17 à"
25 C et de plus de 200 à 60 C)......
23 parties en poids Paraffine Fischer-Tropsch (facteur de puissance à l'extrémité inférieure de la gamme allant de 0,Q05 à 0,2.).... 23 " " " "Acrawax C" (facteur de puissance à l'extrémité de la gamme allant de
0,005 à 0,2)......................... 14 " " " Huile pour câble à bain d'huile telle que spécifiée dans l'exemple I..... 40 " " "
Ce composé a un point de fusion de 121 C.
EXEMPLE III.- Paraffine de pétrole microcristalline (point de fusion 80 C et valeurs de pénétration à l'aiguille de 17 à
25 C et de plus de 200 60 C)...... 33 parties en poids Paraffine Fischer-Tropsch (facteur de puissance à l'extrémité inférieure de la gamme allant de 0,005 à 0,2)... 15 " " " "Alcowax" (poids moléculaire de 2000 et facteur de puissance à l'extrémité inférieure de la gamme allant de 0,005 à 0,2)..........................12 " " " Huile pour câble à bain d'huile tel- le que spécifiée dans l'exemple I..... 40 " "
Ce composé fond à 96 C.
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5.¯rl.i û .!eT. - Paraffine de pétrole microcristalline (point de fusion 88 C et valeurs de pé- nétration à l'aiguille de 5 à 25 C et
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de 35 à 7a C)......................... 40 parties en poids Paraffine Fischer-Tropsch(facteur de puis- sance à l'extrémité supérieure de la gamme allant de U,005 à 0,2).......... 8 " " " "Alcowax" (poids moléculaire de 2000 et facteur de puissance à =!'extrémité su- périeure de la gamme allant de 0,005 à
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Q > 2),.,,,,¯, 7 11 If Il Huile pour câble à bain d'huile telle que spécifiée dans l'exemple I........... 45 " " "
Ce composé a un point de fusion de 96 C.
EXEMPLE V. - Paraffine de pétrole microcristalline (point de fusion 80 C et valeurs de pénétration à l'aiguille de, 17 à ,25 C et de plus de 200,à 60 C)..... 57 parties @ poids Paraffine Fischer-Tropsch (facteur de puissance à 1''extrémité. , . supérieure. de la'gamme .,allant de , ,...
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O 005 à 0,2).i.......r...r.......vw ,3 tr fi Ti Huile pour câble à bain d'huile telle 'que
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'spécifiée dans l'exemple 1........... 40 Il' " If
Ce compose a un point de fusion de 85 C.