Condensateur électrostatique et procédé pour sa fabrication. La présente invention concerne un con densateur électrostatique et un procédé pour sa faibrication.
Le condensateur suivant l'invention com- porte une pluralité de sections ou éléments de condensateur connectés en parallèle dans un récipient fermé et imprégnés d'un fluide isolant, tel que par exemple de l'huile, et il présente la particularité que les éléments de condensateur individuels sont reliés à une borne du condensateur par des fusibles indi viduels -disposés dans le récipient de façon que si l'un des éléments se trouve détérioré, son fusible soit coupé de manière à interrom pre la connexion dudit élément avec la,
borne du condensateur sans rendre inutilisable tout l'ensemble du condensateur.
Le procédé revendiqué pour fabriquer un condensateur .de ce genre se caractérise en ce que chacun des éléments de condensateur est relié par un fusible individuel à une borne de condensateur préalablement au traitement par le vide et par l'imprégnation. l'ensemble du condensateur réuni étant essayé après l'imprégnation à une tension suffisamment élevée pour détériorer un ou plusieurs élé ments de condensateur individuels en faisant couper ainsi les fusibles associés à ces élé ments et en interrompant la connexion de ces éléments avec la borne de condensateur.
Une forme d'exécution du condensateur suivant l'invention est représentée, à titre d'exemple, au dessin annexé, dans lequel: La fitg. 1 est une vue en plan d'un con densateur de 2 1/2 gV;A à 220 volts; La fig. 2 -en est une .élévation latérale; La fig. 3 est une vue de dessus .d'une des sections du condensateur représenté aux fig. 1 et 2, et La fig. 4 en est une élévation latérale.
Le condensateur représenté au dessin comporte un grand nombre de sections ou élé ments de condensateur relativement petites 1 qui sont assemblées avec des fusibles indi viduels dans un récipient commun fermé 3, dans lequel l'ensemble est traité au vide et imprégné d'huile 4, ou autre fluide isolant, par une ouverture appropriée 5 prévue dans le dessus du récipient.
Pour la fabrication on pourra procéder par exemple comme suit: Les sections indi viduelles sont enroulées de manière connue sur un support 6 en papier ou autre matière isolante, deux feuilles d'aluminium 7 et 8 étant utilisées à cet effet, et séparées par trois feuilles 9 de papier d'une épaisseur d'en viron<B>0,00916</B> mm (fig. 4). Pendant le pro@- cédé d'enroulement, deux bandes de borne 10 et 11 sont insérées dans l'ensemble en con tact avec les deux feuilles 7 et 8, respecti vement.
Les fusibles 2 sont reliés à l'extrémité supérieure du support 6 qui dépasse l'ensem ble. Pour fixer chaque fusible 2 au support 6, on applique d'abord une couche gomme- laque au support 6 et ensuite la matière du fusible elle-même qui consiste de préférence en une feuille d'étain extrêmement fine. Les bandes de borne 10 et 11 sont maintenues en place et reliées électriquement aux feuilles d'étain ou fusibles 2 au moyen d'oeillets 12 qui sont serrés en travers du support, du fusible et de la bande de borne.
Dans la forme d'exécution représentée aux fig. 3 et 4, .on a représenté deux fusibles pour chaque section de condensateur, mais il est évident qu'on ne pourrait employer qu'un seul fusible.
Deux conducteurs de borne 14 de fil flexible sont prévus pour chaque section de condensateur .et fixés aux extrémités des feuilles fusibles respectives 2 à l'aide d'aeil- lets additionnels 15 qui fixent les fils d'en trée 14 en place sur les fusibles. Lorsque les feuilles-fusibles ont été fixées en place, des perforations 16 peuvent être embouties dans le support et les fusibles afin de réduire les sections transversales des fusibles à toute grandeur voulue en évitant ainsi la nécessité de travailler avec des bandes fusibles extrê mement étroites, aussi bien que de petite épaisseur pendant l'assemblage.
Il a déjà été d'usage antérieurement de préparer des condensateurs en forme de sec tions, mais non en sections si petites que chaque section ait une très petite capacité eu comparaison de la capacité de l'ensemble de façon :qu'une ou plusieurs sections puis sent être coupées sans changer considérable ment les constantes du condensateur, comme dans le présent cas.
Il a également été d'usage dans une cer taine .étendue, de soumettre les sections de con densateur individuelles à certains essais, im médiatement après leur assemblage comme sections de condensateur individuelles, ces essais ayant eu le but de révéler des défauts, comme par exemple à l'endroit où les deux bandes de borne ou d'entrée ont été reliées à la- même feuille, ou là où la feuille à été enroulée de manière à faire saillie à l'extrémité, ou là où le papier,a été endom magé. Ces essais ne peuvent pas avoir une grande valeur, parce que l'eau n'a pas été ex pulsée de l'isolation et que les pertes sont très élevées.
En outre, la tension de perfora tion du diélectrique en papier non imprégné est de beaucoup inférieur à celle dans le condensateur finalement traité et imprégné.
Pour les raisons susmentionnées, les sec tions de condensateur 1 sont, dans la. fabri cation du condensateur représenté, essayées à l'état sec immédiatement après les avoir en roulées, de façon à déceler les défauts éven tuels du matériel.
Les sections individuelles 1 sont alors as semblées -dans un récipient 3 et maintenues en position à l'aide de plaques de serrage 18.
Le nombre -de sections. dans chaque ensem ble est un peu plus grand que le nombre ab solument nécessaire pour obtenir la capacité demandée du condensateur. Les sections de condensateur en plus sont nécessaires à cause de l'impossibilité d'essayer les sections de condensateur sèches dans des conditions de fonctionnement réelles et à. cause de défauts qui pourraient se produire par suite d'un mouvement vertical ou de déplacement des couches de papier pendant le travail et des opérations de compression par suite de l'as- semblage des sections dans le récipient 3.
Les fils d'entrée respectifs 14 des sec- fions sont reliés ensemble .à deux bornes de t-ondensateur 20 montées dans les douilles iso- larttes 21. s'étendant par le dessus 22 du ré cipient de condensateur 3. Le récipient est alors soigneusement soudé tout autour afin de le rendre étanche à l'air et à l'huile.
Le condensateur fini reçoit alors un traite ment d'imprégnation. D'habitudc il est sou mis à un traitement au vide de 100 heures avant d'y introduire le fluide d'imprégna tion -1, qui est de préférence une huile de haut degré d'isolation et liquide à toutes les températures de fonctionnement.
Lorsque le traitement qu'on vient de décrire est terminé, le récipient est fermé<B>à</B> l'aide du bouchon de fermeture 5 et on procède à l'essai final dû condensateur à une tension plus élevée que sa tension de service, de façon que les fusibles des sections du condensateur qui pourraient avoir des défa.nts soient brûlés en coupant de la sorte la connexion de ces sections avec l'en- sr@rtible, ces section: étant remplacées par les section en plus prévus dans l'ensemble.
L'économie réalisée par la construction et le procédé décrits sera le mieux comprise par une comparaison de la construction et du pro- décrits avec les constructions et méthô- des d'assemblage pratiquées jusqu'à. présent dns la. fabrication de condensateurs de 2300 volts, et par une considération de quelques- un; des problèmes rencontrés dans la cons truction de condensateurs électrostatiques.
La construction d'un condensateur de KVA à. 220 volts est actuellement un pro blème extrêmement difficile à. cause du nom bre extrêmement petit de couches de papier dan. chaque diélectrique et à.
cause de l'aire du diélectrique extrêmement grande qui est nécessaire. On ne peut pas obtenir du papier avant moins de 40 particules conductrices sur 0,0929 m2. Les particules conductrices mentionnées ont des dimensions microscopi ques et sont constituées par des particules de poussière métallique et de carbone contenues dans l'air, provenant de l'usure des cylin dres calandres et d'autres causes.
On a fait files efforts. en collaboration avec les fabri- cants de papier, pour éliminer les particules conductrices, sans cependant avoir pu obte nir, jusqu'à présent, une solution pratique. En plus des particules conductrices., presque tous les papier, contiennent un certain nom bre de perforations. En effet, il faut que le papier ait un certain nombre de perforations extrêmement fines afin de le rendre impré- gnable, mais certaines de ces perforations sont plus grandes que d'autres. Comme on utilise du papier de plus en plus mince, le problème des trous dans le papier devient toujours plus important.
Jusqu'à présent, on a utilisé dans la cons truction de condensateurs de 2300 volts des feuilles de papier d'une épaisseur (le 0,03 mm. Ainsi, chaque diélectrique était composé de dix feuilles de papier, et la pos sibilité d'obtenir un alignement de trous ou de particules conductrices dans toutes les dix feuilles de papier était entièrement éliminée. Un condensateur de 5 gVA et 2300 volts con tenait environ 245000 cm' de diélectrique. chaque diélectrique ayant une épaisseur de dix feuilles.
Le condensateur de 5 KVA à 220 volts représenté et établi suivant le procédé décrit contient des .diélectriques ne comprenant que trois feuilles de papier de 0,01 mm et le con densateur contient environ 2.790,000 cm' de diélectrique, le diélectrique ayant une épais seur de trois feuilles. Par suite du plus pe tit nombre de feuilles dans chaque diélec trique et de la plus petite épaisseur de cha que feuille. on devrait s'attendre à un pour centage de défauts beaucoup plus grand que celui obtenu dans le condensateur de 2300 volts.
Avec la, construction la plus soignée, le condensateur de 2300 volts avait une perte de 6 % des unités de condensateur finales, même après que le matériel défectueux avait été éliminé autant que possible de la. cons truction de sections avant l'assemblage final. Six condensateurs défectueux sur 100 con densateurs de 2300 volts présentent six dé- fâufs sur 24,500,000 cm' de diélectrique, ou un court-circuit dans environ 3,870,000 cm' de diélectrique.
En fabriquant 100 conden sateurs de 220 volts, i1 y aurait environ <B>2</B>79,000,000 cm' de diélectrique, et il faut s'attendre à 72 condensateurs défectueux sur 100 condensateurs, ou un rebut de 72 %, même en supposant que le pourcentage de ma tériel :défectueux ne serait pas plus élevé que d'ans l'unité .de 2300 volts. En réalité, le nombre d'alignements de défauts dans le pa pier, par unité d'aire, serait cependant beau coup plus grand dans l'unité de 220 volts que dans celle de 2300 volts et, par consé quent, si l'on utilisait le même procédé de fa brication pour les deux, il faudrait s'atten dre à ce que chacun des condensateurs de 220 volts serait défectueux.
Il a par conséquent été pratiquement impossible jusqu'à présent de construire des condensateurs de 5 gVA à 220 volts.
Le travail effectif pour construire un con densateur :de 2300 volts de l'ancien type est également beaucoup plus -grand que pour la construction suivant le procédé décrit. L'u nité de 2300 volts était établie en six sections, et tandis qu'on aurait préféré une construc tion à enroulement de sections individuelles, il fallait avoir recours à une construction en pile impliquant l'empilage d'un grand nom bre de feuilles et :de diélectriques superposés.
afin de pouvoir retenir ensemble le .bon ma tériel si une section défectueuse étais décou verte, en vue d'éliminer le gaspillage énorme impliqué autrement.
Le procédé sus-indiqué impliquait des opérations étendues d'empilage et même avec tous ces soins, six condensateurs parmi cha que centaine fabriquée contenaient des dé fauts. En :outre, l'utilisation d'une construc tion en piles nécessitait le soudage des cou ches alternantes de feuilles qui étaient en saillie sur des côtés opposés de la section de condensateur, et puisqu'on ne pouvait utiliser aucune soudure sans ronger le papier, il était nécessaire .d'employer de la feuille de plomb en pile dans l'unité de 2300 volts.
Il résulte de ce qui précède que, malgré qu'une construction en sections soit utilisée pour des condensateurs de 220 volts et mal- gré que les sections soient subdivisées en des unités aussi petites que possible, et que cha= qu:e unité soit essayée aussi bien que faire se peut à l'état sec, avant d'assembler les sec tions en leur ensemble final, il y aurait au moins un :ou deux :
défauts .dans chaque con densateur, après avoir terminé la compres sion, l'évacuation et l'imprégnation, sans par ler des frais élevés pour le réempilage. Ces défauts sont inévitables par suite de l'ali gnement des défauts dans le papier et de la loi des probabilités, en raison desquels il est certain qu'on doit rencontrer quelques défauts sur l'air énorme du diélectrique -qui est né cessaire dans le condensateur.
La production de défauts dans l'assem blage final pourrait théoriquement être évité en pressant chacune des sections de conden sateur dans un récipient à part, en l'impré gnant sous la pression finale à laquelle elle fonctionnera et en essayant chaque section ainsi construite avant de faire son assemblage dans le condensateur final.
Cette méthode est en effet le procédé employé jusqu'à présent pour établir un condensateur de grand' débit avec des petites sections complètes qui sont simplement connectées ensemble en parallèle pour un but .commun, un fusible ou un autre dispositif .de protection étant parfois prévu poux' chaque unité.
Les sections avaient toute fois été essayées pour une tension plus élevée que leur tension .de service, et on ne s'atten dait pas à ce que les fusibles fussent brûlés en service normal pendant une durée raison nable de l'appareil.
Le prix d'un condensateur de 5 ou même de 2 gVA à petites unités de condensateur, à 2:20 volts, avec un petit débit de 1/8 ou même 1/_5 gTA par unité, serait tout à fait prohibitif, en comparaison :du prix :d'un con densateur construit suivant le procédé sus- décrit. La raison principale pour le prix très élevé du :groupe de petites unités de conden sateur est le prix de l'imprégnation. Il faut que l'isolement, pour supporter 200 à 225 volts par 0,025 mm avec une grandeur et un prix raisonnables de l'unité de condensateur, soit du type à imprégnation à l'huile.
Chaque procédé d'imprégnation demande environ 100 heures, d'oii résulte une certaine charge fixe pour chaque condensateur, quelle que soit la grandeur de l'unité. En plus, e.haque unité doit être pourvue d'un récipient étanche à îhuile et à l'air. Evidcinment, le prix d'un pareil récipient pour un condensateur de faible dMA serait la grande partie du prix total du condensateur.
Grâce au procédé décrit, la nécessité<B>de</B> pmvoir des traitements d'imprégnation indi viduels et des récipients individuels pour les différentes sections est évitée, d'où la possi bilité d'une évacuation, d'une imprégnation et d'un soudage du récipient beaucoup plus soignés.
Si, en moyenne, il fallait s'attendre à deux défauts pour chaque condensateur complet, chaque condensateur contiendrait lkuz en plus de celles qui Sont réel lement nécessaires et deux des sections seraient coupées de l'ensemble par leurs fusibles après l'essai final du condensateur avec une sur tension appropriée avant l'expédition de celui-ci.
On peut prévoir trois ou quatre unités ad- ditionnellPs dans chaque enveloppe, et la. ten- eion d'essai finale qui est appliquée avant la livraison peut être augmentée même à des va leurs plus élevées jusqu'à ce qu'un nombre suffisant de sections ait été détérioré pour diminuer le débit à la valeur requise, en pro duisant de cette manière un appareil vrai- irwnt supérieur grâce à. l'effort d'essai plus élevé.
Il va de soi qu'on ne s'attend pas à ce que les fusibles individuels brûlent pendant le service normal, à la tension prédéterminée du condensateur, mais qu'ils sont seulement placés à l'intérieur du récipient en vue d'évi ter la détérioration de chaque condensateur fabriqué. r1 la place da 6 % de rebut du pro duit final, on n'aura aucun rebut dans le produit final, le seul rebut étant le rebut nor mal des sections enroulées.
Le problème de prévoir un fusible fonc tionnant dans l'huile est très difficile. On pouvait utiliser un filament fin, tel qu'on les emploie dans les lampeis à incandescence, mais la manipulation .de ce filament serait extrême ment coûteuse et il y aurait une grande quan tité de ruptures, à, l'assembIage- aussi' bien que par suite de leur faible résistance mécanique et leur capacité de résister aux chocs pendant le transport et l'expédition de l'appareil.
Si l'on utilise une feuille pour le fusible, il faut qu'elle soit extrêmement mince, par exemple de<B>0,006</B> mm, et même alors il faudrait la dé couper après l'assemblage à cause de l'im possibilité die manipuler des bandes si étroi tes que requis.
En outre, l'effet de refroidissement de l'huile en contact avec les deux côtés de la bande fusible a une très grande influence sur la grandeur du courant nécessaire pour brû ler une bande d'une aire de section transver sale donnée. En considération des difficultés sus-énoncées, on comprendra que l'un des pro blèmes importants à résoudre dans la cons truction du condensateur était .de réaliser un fusible qui soit mécaniquement résistant, dont la manipulation et l'assemblage n'occasionne pas de grands frais, et qui puisse brûler à une intensité .de courant qui soit suffisamment fable pour ne pas détériorer toute l'unité de condensateur,
même malgré l'effet (le refroi dissement -de l'huile.
Bien que l'invention ait été décrite en ré férence particulière à un condensateur de 220 volts, il va de soi que la même construction et le même procédé sont applicables aux con densateurs de toutes les tensions.