CA1149603A - Isolation des enroulements de machines electriques - Google Patents

Isolation des enroulements de machines electriques

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CA1149603A
CA1149603A CA000350725A CA350725A CA1149603A CA 1149603 A CA1149603 A CA 1149603A CA 000350725 A CA000350725 A CA 000350725A CA 350725 A CA350725 A CA 350725A CA 1149603 A CA1149603 A CA 1149603A
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Alain Anton
Francois Grangeot
Jacques Carlier
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    • H01B3/18Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
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    • H01B3/40Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes epoxy resins
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G59/00Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule; Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups
    • C08G59/18Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing
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Abstract

La présente invention concerne l'isolation des enroulements de machines électriques, plus particulièrement un liant pour isolation électrique comprenant au moins trois des quatre constituants formés par une résine époxyde du bisphénol A d'équivalent époxyde compris entre 174 et 195, une résine époxyde d'une novolaque d'équivalent époxyde compris entre 175 et 182, un durcisseur novolaque du phénol, préparé avec un catalyseur acide organique, correspondant à un enchaînement théorique de 5 à 8 chaînons, décanté et lave au stade du méthylolphénol, et un durcisseur condensat résorcinol-formaldéhyde obtenu par réaction de 2 moles de résorcinol et un mole de formaldéhyde, avec un catalyseur acide organique. Les durcisseurs sont employés à des teneurs comprises entre 60% et 120% de la quantité stoechiométrique, et l'acide organique, ou les acides organiques, catalyseur des condensations phénol-formaldéhyde agissent également comme catalyseur d'une réaction de polymérisation entre les résines époxydes et les durcisseurs, et se trouvent dans le liant à des teneurs comprises entre 0,1% et 6% en poids des durcisseurs. Ces résines et durcisseurs sont copolymèrisés avec une résine époxyde complexe à chaîne longue formée par le dérivé polyéthéré d'un composé organique polyhydroxylé contenant des groupes époxy et avec un durcisseur polyester acide à basse masse moléculaire formé par réaction d'un polyalcool et d'un acide dicarboxylique, et renfermant des groupes carboxyles libres.

Description

96C~3 Isolation des enroulements de machines électrique~
La présente invention concerne un perfectionnement au liant pour isolation des enroulements de machines électriques ayant fait l'objet du brevet canadien n 939 095.
Le brevet ci-dessus porte sur un liant constitué par le mélange d'au moins trois des quatre constituants suivants :
a) résine époxyde du bisphénol A d'équivalent époxyde compris entre 174 et 195.
b) résine époxyde d'une novolaque d'équivalent époxyde compris entre 175 et 182 c) durcisseur novolaque du phénol, préparé avec un catalyseur acide organique, correspondant à un enchaînement théorique de 5 à 8 chaînons, décanté et lavé au stade du méthylolphénol, d) durcisseur condensat résorcinol-formaldéhyde obtenue par réaction de 2 moles de résorcinol et un mole de formaldéhyde, avec un catalyseur acide organique, les durcisseurs étant employés à des teneurs comprises entre 60%
et 120%, de préférence de l'ordre de 90%, de la quantité stoechiométrique, et l'acide organique ( ou les acides organiques) catalyseur des conden-sations phénol-formaldéhyde étant également le catalyseur de la réaction de polymérisation entre résines époxydes et durcisseurs, et se trouvant dans le liant à des teneurs comprises entre 0,1~ et 6~ en poids des durcisseurs.
Les liants.ainsi obtenus présentent des températures de transition comprises entre 120C et 150C ; les isolations micacées préparées à partir de ces liants possèdent des caractéristiques électriques et mécaniques sensiblement constanteq dans toute la gamme des températures de fonctionnement des alternateurs refroidis à l'air ou à l'hydrogène.
Des essais sur des éléments d'enroulement ont toutefois montré
qu'aux températures les plus basses de fonctionnement que l'on peut rencontrer, par exemple au moment d'un démarrage, les résines salon le brevet principal manquaient de résilience, ce qui diminuait l'aptitude des enroulements à résister à de~ efforts exceptionnels susceptibles d'appara;tre en cas d'incident à froid.
Le perfectionnement de l'invention a pour but de procurer un liant pour isolation des enroulements de machines électriques qui iO3 présente une resilience ~ froid amelioree, permettant ainsi à des enroulements de machines electriques de résister ~
des contraintes à froid relativement elevees, tout en con-servant des proprietes à chaud sensiblement egales ou su-perieures, et notamment une meilleure resistance au vieil-li.ssement au-dessus de 155C.
Plus particulièrement, la presente invention propose un liant pour isolation electrique, comprenant un melange d'au moins trois des quatre constituants:
a) resine epoxyde du bisphenol A dlequivalent epoxyde compris entre 174 et 195;
b) resine epoxyde d'une novolaque d'equivalent epoxyde compris entre 175 et 182;
c) durcisseur novolaque du phenol, prepare avec un catalyseur acide organique, correspondant à un enchal-nement theorique de 5 à 8 chalnons, decante et lave au stade du methylolphenol;
d) durcisseur condensat resorcinol-formaldehyde obtenu par reaction de 2 moles de resorcinol et un mole de formaldehyde, avec un catalyseur acide organique;
Les durcisseurs sont employes à des teneurs comprises entre 60% et 120% de la quantite stoechiometri-que, et l'acide organique, ou les acides organiques, cata-lyseur des condensations phenol-formaldehyde agissent ega-lement comme catalyseur d'une reaction de polymerisationentre les resines epoxydes et les durcisseurs, et se trouvent dans le liant à des teneurs comprises entre 0,1%
et 6~ en poids des durcisseurs.
Ce liant est caracterise en ce que les resines et les durcisseurs sont copolymerises avec e~ une resine epoxyde complexe à chalne longue formee par le derive polyethere d'un compose organique polyhydroxyle contenant des groupes epoxy;
f~ un durcisseur polyester acide à basse masse moleculaire forme par reaction d'un polyalcool et d'un acide dicarboxylique, et renfermant des groupes carboxyles ~9~;()3 libres.
La resine époxyde complexe a chaIne longue et le polyester acide peuvent etre du genre defini d~ns le bre~
vet francais No. 10 68 087, auquel on peut referer pour l'explication de leur definition.
De preference, la proportion molaire de la resine epoxyde complexe à chalne longue à l'ensemble des resines epoxydes, ainsi que celle du polyester acide à l'ensemble des durcisseurs, sont comprises entre 10% et 25%, ce qui permet de mieux controler la reactivite de l'ensemble des copolymères, et donc de conserver plus longtemps le liant avant emploi.
Il est decrit ci-apres, à titre d'exemples, une composition de liant selon le brevet principal, une compo-sition modifiee selon le present perfectionnement, leurs proprietes mecaniques et electriques à titre comparatif, ainsi qu'une autre composition de liant selon le present perfectionnement.
EXEMPLE l A - Composition connue.
On fait reagir la resine EPON 827 (marque de com-merce) qui est une resine epoxyde liquide resultant de la condensation en milieu alcalin d'epichlorhydrine et de diphenylolpropane commercialisee par la societe SHELL et la resine DEN 438 (marque de commerce) qui est une resine epoxyde d'une novolaque commercialisee par la societe DOW
CHEMICAL, dans les proportions molaires EPON 827 70%
DEN 433 30%
avec les durcisseurs novolaque du phenol 70%
condensat resorcinol-formaldehyde 30%.
B - Composition modifiée selon le perEectionnement:
On fait reagir les resines epoxydes EPON 827 et ~9603 DEN 438, ainsi que la resine EPON 1004 (marque de commerce) de la société S~IELL qui est une résine époxyde solide resul-tant de la condensation en milieu alcalin d'epichlorhydrine et de diphenylolpropane, dans les proportions molaires EPON 1004 17,5%
EPON 827 58%
DEN 438 24,5%
avec les durcisseurs condensat d'acide adipique et de glycérol 17,5%
(3 moles d'acide adipique pour 2 moles de glycérol~l'indice d'acide étant compris entre 342 et 362) novolaque du phenol 58%
condensat resorcinol-formaldéhyde 24,5%.
Les durcisseurs novolaque du phenol et condensat résorcinol-formaldéhyde sont préparés comme décrit dans le brevet principal.
La réactivité de la résine obtenue a partir de la composition B est assez faible. Après 4 heures de maintien a 120~C,l'insoluble est inférieur à 5% en poids.
Une telle resine peut etre utilisee pour l'impré-gnation d'un comple~e forme de papier de mica et de tissu de silionne, qui, découpé sous forme de ruban, assurera l'isolation de barres de machines electriques.
Quelques pxoprietes mecaniques de la résine obtenue à partir de la composition A, et de la resine mixte obtenue à partir de la composition B selon le prese~ per-fectionnement, sont resumées dans le tableau ci-après , TABLEAU
. ;
Température de transition Résine A Résine mixte B
vitreuse 130 - 140C 98C
Résistance2à la flexion 20C100 140 5(N/mm ) 80C200 180 Flèche (mm) 20C ~ 12 . , La résistarlce à la ~lexion a été mesurée suivant la norme NFT
10 51001. Les éprouvettes étaient en résine coulée et avaient les dimensions suivantes en mm : 4 x 10 x 80. La distance entre appuis était de 64 mm.
Il résulte de ce~ valeurs que la résir.e mixte selon le présent perfectionnement permet une ~orte déformation à froid9 alors qu'à 80C
sa résistance mécanique en flexion est presque égale à celle de la résine du brevet principal à haut point de transition Yitreuse.
Au cours d'essais de vieillissement thermique réalisés en exposant des barres-échantillons isolées au moyen d~isolants micacés imprégnés au moyen des résines A et B, on a consta-té une supériorité
20 marquée de la résine B lorsque les températures d'exposition sont supérieures à 155C ; sa porosité permet la diffusion des produits volatils qui peuvent être emprisonnés dans l'isolation ou être ~ormés par vieillissement thermique ou électrique Par exemple, tandis qu'aux températures de 155C et au-dessus, les i~olations ~ormées à partir de la résine A à haute température de transition vitreuse présente des risques de décollement mesurables par l'apparition de décharges partielles et.se traduisent par une augmentation du ~acteur de dissipation en ~onction de la tension, . on a constaté sur les isolations agglomérées au moyen de la résine B
30 qu'après 12000 à 20000 heures d'exposition à 155C, 175C ou 185C, il n'apparaiqsait aucune variation importante des caractéristiques mesurées avant exposition à ces températures.
Le tableau II ci-dessous indique les résultats de mesures de caractéristiques diélectriques en fonction de la durée et de la température 3~ 3 de vieilli~sement sur des barres échantillons isolée~ au ~oyen de la résine B de l'exemple I ci-dessus.

TABLEAU II
Température et durée Variation de tg ~ Décharges 5 de vieillissementtg ~ 0,8 Un - tg 0,1 Un partielles x 10 3 x 10 6 C2/s.F
_ _ I
Avant vieillissement 1,1 0,01 20000h à 155C 0,7 0,03 Avant vieilli.ssement 1.3 0,10 10 17000h à 155C 1,8 0,05 _ . ., Avant vieillissement 1,8 0,05 18000h à 175C 1,8 0,04 Avant vieillissement 1,3 0,07 13000h à 185C 3,3 0,70 La colonne 2 du tableau donne l'augmentationdu ~acteur de dissipa-tion diélectrique (tg ~ ) lorsque la tension appliquee varie de 10%
de la tension nominale (0,1 Un) à 80~ de la tension nominale (0,8 Un). Le facteur de dissipation et ses variations sont exprimés en millièmes.
La colonne 3 du tableau exprime le niveau de décharges partielles par le débit quadratique de charges apparentes tel que défini dans la Publication 270 de la CEI article 3.4.2, pour une tension appliquée de 0,6 Un. Le débit quadratique est mesuré en coulombs carré (c ) par seconde et rapporté à la capacité de l'objet en essais en Farad (F).
Ces deux facteurs sont généralement acceptés comme critères de qualité relatifs à l'existence de décharges partielles dans les isolations.
En outre, on a constaté sur une barre-échantillon isolée au moyen de la résine B de l'exemple 1 oi-dessus, qu'après vieillissement de 12000h à 180~C, la tension de perforation restait supérieure à 22000 volts/mm.

On ~abrique une résine selon le présent perYectionnement à
partir de Résine époxyde Epon 1004 15% (molaire) " " ~pon 834 60% "
n ~ DEN 438 25%
avec les durci3~eur~
conden~at acide adipique et de glycérol 15~ (molaire) novomaque du phénol 64% "
10 condensat résorcinol-formaldéhyde 21%

Cette résine présente une plu3 ~aible réactivité que la résine B
de l'exemple 1.
Les liants pour isolation électrique du présent perfectionnement conviennent particulièrement, pour les barres d'isolation de~ enrou-lements de stators de machines tournantes, notamment de~ turbo-alter-nateurs et des alternateur~ hydrauliques.

Claims (4)

Les réalisations de l'invention au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué
sont définies comme il suit:
1. Liant pour isolation électrique, comprenant un mélange d'au moins trois des quatre constituants:
a) résine époxyde du bisphénol A d'équivalent époxyde compris entre 174 et 195;
b) résine époxyde d'une novolaque d'équivalent époxyde compris entre 175 et 182;
c) durcisseur novolaque du phénol, préparé
avec un catalyseur acide organique, correspondant à un enchaînement théorique de 5 à 8 chaînons, décanté et lavé
au stade du méthylolphénol;
d) durcisseur condensat résorcinol-formaldé-hyde obtenu par réaction de 2 moles de résorcinol et un mole de formaldéhyde, avec un catalyseur acide organique;
les durcisseurs étant employés à des teneurs com-prises entre 60% et 120% de la quantité stoechiométrique, et l'acide organique, ou les acides organiques, catalyseur des condensations phénol-formaldéhyde agissant également comme catalyseur d'une réaction de polymérisation entre les résines époxydes et les durcisseurs, et se trouvant dans le liant à des teneurs comprises entre 0,1% et 6% en poids des durcisseurs;
ledit liant étant caractérisé en ce que lesdites résines et durcisseurs sont copolymérisés avec e) une résine époxyde complexe à chaîne longue formée par le dérivé polyéthéré d'un compose organique polyhydroxylé contenant des groupes époxy;
f) un durcisseur polyester acide à basse masse moléculaire forme par réaction d'un polyalcool et d'un acide dicarboxylique, et renfermant des groupes carboxyles libres.
2. Liant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la proportion molaire de la résine époxyde complexe à

chaîne longue à l'ensemble des résines époxydes est com-prise entre 10% et 25%, et la proportion molaire du polyes-ter acide à l'ensemble des durcisseurs comprise entre 10%
et 25%.
3. Liant selon la revendication 1, caractérisé
en ce que le polyester acide est un polyester obtenu par réaction d'un excès d'acide adipique sur du glycérol.
4. Liant selon la revendication 1, caractérisé
en ce que les durcisseurs sont employés à des teneurs de l'ordre de 90% de la quantité stoechiométrique.
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