Composition pour obtenir une masse électriquement semi-conductrice. La présente invention se rapporte<B>à</B> une composition pour obtenir une muse semi- conductrice destinée<B>à</B> la protection des isole ments des appareils électriques dans le but d'empêcher la formation d'effluves dans lm conducteurs<B>à</B> haute tension.
La formation d'effluves dans les appareils Kectriques limite les voltages -permis étant donné que ces effluves ont la tendance de détruire l'isolement organique des organes<B>à</B> haute tension exposés<B>à</B> l'atmosphère ou<B>à</B> un autre fluide g"eux. Lets -effluves sont produits dans les appareils électriques lorsque la surface,de, l'isolement électrique exposée<B>à</B> l'atmosphère ou<B>à</B> un autre gaz a un gradient de voltage électrostatique tel que les, molé- cules d'oxygène ou d'un autre gaz -sont ren- du-es hautement actives,
électriquement ou chimiquement. Ainsi, par exemple, lorsque l'airest -soumis<B>à</B> ëe, pareils, gradients de vol- ta.,ge, il forme de, l'ozone etdes oxydes d'azote qui réagissent avec la vapeur d'eau en for mant des acides oxydants destructeurs de l'isolement organique.
Vu que l'isolement or ganique constitue la partie principale de Pisolement da-no la plupart des appareils éle-c- triques, actuels., la, formation d'effluves de vient un facieur limitutif de la tension per mise dans les conducteurs él#--etrique-s. L'em ploi de voltage dépassant a-es valeurs aux quelles les effluves -se produisent, peut avoir pour -conséquence une action destructive de Pisolement organique des conducteure telle quie, dans certains rjm,
si l'isolement est com- plètement orgianique, il est détruit après quel ques moisi ou rendu défectueux au point d'être inefficace. Lorsqu'on emploie comme isolement une matière inorganique, telle que le mica, en combinaimn avec des substances organiques, la destruction est limitée<B>à</B> l'iso lement organique. Cependant, elle exige de fréquentes révisionG de l'appareil.
Il est #connu de protéger ces isolements en les recouvrant d'une peinture #semi-conduc- trice afin -de réduire le potentiel électro statique sur les surfaces exposées<B>à</B> l'air ou<B>à</B> un autre fluide gazeux. Quoiqu'en théorie l'application -de pareilles matières semi-con- ductriffl paraisse être simple et facile,<B>on</B> rencontre dans la pratique des difficultés inattendues.
Le choix des compositions semi- conductri,ces, ayant une #résistance appropriée pour réduire le potentiel électrostatique au- dessous des valeurs auxquelles les effluves se forment, est limité par le fait que les co-m- posés de faible résistance ne réduisent pas suffisamment le potentiel, tan-dis que les composés,
de résistance moyenne permettent<B>à</B> des courants relativement intenses de Wécou- ler le long du revêtemenit des conducteurs et provoquent un échauffement exces sif. Comme il est bien connu, de hautes teni- pératures sont aussi destructives que la for mation d'effluves.
On a découvert que, pour des conducteurs soumis<B>à</B> -des, tensions de l'ordre de<B>6600,</B> volts ou supérieures, leis co-m- positions semi-conductrices doivent, de pré- féren#, avoir une résistance de surface de l'ordre de<B>1 à 1000</B> mégolims par em2 pour un film -d'une épaisseur -de<B>0,075 à 0,j</B> mm, afin d'éviter un échauffement excessif -et la for- ma,tio,n d'effluves.
Par des essais on a pu constater -que l'ap- pli-cation de certaines compositions renfer mant; par exemple du charbon de bois en combinaison avec un liant, tel qu'un vernis, suridesconducteurs isolés pour produire des touches semi-conductrices ayant une résis tante de<B>1 à 1000</B> mégohms relativement<B>à,</B> un film d'une épaisseur de<B>0,075 à 0,1</B> mm, produit des touches dont la résistance n'est pas constante. Cette résistance augmente -de telle façon qu'après quelques années la couche semi-conduttrice ne remplit plus les oondi- tions, requises.
L'application des couches semi-conduc- trices,sous. forme -dune peinture sur des cou- ducteurs isolés, dans, le but d'éviter la forma tion d'effluves, n'est pas avantageuse dans certaîns cas étant -donné le fait que les cou ches de peinturesont susceptiblesde se désa gréger -par suite de l'expansion ou de la con- fraction normales des organes, ou pour d'au tres raisons.
On peut recourir alors<B>à</B> un ru ban revêtu d'une matière semi-conductrice que lon enroule sur les surfaces des conduc- fleurs isolés au lieu de recouvrir ces surfaces de peinture.
On a4écouvert quedeîl'anthracife de di- mensioins sensiblement colloïdales et -conte nant moins<B>à 10%</B> de matières volatiles est susceptible de fournir une peinture semi- conduetrice évitant les inconvénients précités.
La présente invention a donc, pour<B>objet</B> une composition pour obtenir une masse semi-conductrice destinée<B>à</B> la protection des isolements électriques et contenant une sus pension u..queuse colloïdale d'anthracite ayant moins de<B>10%</B> de matières volatiles et une substance organique soluble dans l'eau et apte<B>là</B> former un film lors de l'application de ladite complositiou sur un support.
Le dessin annexé représente diverses a#p- #plitati-ons de la composition selon l'invention. La, fi.g. <B>1</B> est une vue partielle, paxtie en toupe, d'un appareil ôlettro-dynamique. La fig. 2 montre un fragment d'une coupe n transversale,<B>à</B> plus grande échelle,<B>-d'un</B> ru- Zn ban préparé<B>à</B> l'aide de la composition selon l'invention.
La fig. <B>3</B> est un fragment en élévation représentant une méthode d'application de couches semi-conductrices sur un conducteur.
La résistance de Fanthratite dépend de sa provenance de sorte- qu'en Fincorporant dans des proportions variées dans une matière organique apte<B>à</B> former un film on peut obtenir -des résistances de surface d%nviron <B>1 à 1000</B> mégohms par em2 pour un film d'une épaisseur de<B>0,,075 à 0,1</B> mm. La, r6sis- faute peut être tontrôlée et réglée en mélan geant de l'anthracite provenant<B>de</B> plusieuns sources.
De plus, la résistance de l'anthratite <B>dé-</B> pend largement du pourcentage des matières volatiles<B>y</B> incluses. Comme matières vola tiles entrent en ligne de compte l'humidité et les hydrocarbures ainsi que d'autres matières qui -se dégagent lors du cha#uffa2:e,du #charbon <B>à</B> une haute tempéerature. La table suivante se réfère<B>à</B> six échantillons d'anthracite pro venant de l'Etat,de Penisylvanie.
EMI0002.0062
<I>Table <SEP> <B>1:</B></I>
<tb> Echantillon <SEP> %dematière <SEP> Résistance <SEP> électrique
<tb> <B><I>NO</I></B> <SEP> volatile <SEP> en;
'mégohms
<tb> <B>2,9 <SEP> 0,00,9</B>
<tb> <B>ôj <SEP> 0,049</B>
<tb> <B>3</B> <SEP> 4,9 <SEP> 0.2i3
<tb> 4 <SEP> 6J <SEP> <B>0,38</B>
<tb> <B>5 <SEP> 6,7</B> <SEP> 1,4
<tb> <B>6 <SEP> 7,7 <SEP> 7,6</B> Les résistances électriques mentionnées dans la table I, mesurées sur je charbon seul, sont tout différentes de celle qui sont attein tes, en incorporant l'antliratite dam un liant. Toutefois, ces dernières varient presque -direc tement avec celles des différents charbons pulvérisés.
<B>1</B> Pour la- préparation de la composîtion selon l'invention, on peut utiliser l'anthraciff con-nu sous le nom de<B>,blé</B> noir" No <B>à</B> (Buck- weat). On emploie avantageusement un. mé- i lange d'anthracites provenant de différentes sources, dans, -des proportions -déterminées par l'expérience; de -cette manière on obtient un mélange cle résistance prédéterminée. Il est évidemment rare qu'une #seuJe vaxiété d'an thracite soit appropriée pour le but envisagé.
Le charbon peut préalablement être broyé <B>à</B> une, finesse telle qu'il passe au tamis de <B>10,0</B> mailles par cm#. On peut ensuite proc & der comme suit: Le charbon est soumis<B>à</B> un broyage dans un broyeur<B>à</B> boulets ou<B>à</B> tube par exemple, depp6férenoe#,enpr6sence d'eau pendant une<B>pé-</B> riode d'environ 24 heures jusqu'à finesse col- l6idale. <B>Il</B> ce avantageux -d'utiliser une suspen- sicn de<B>30 %</B> de charbon d(ans. l'eau.
Pendant le broyage, on examine dfe, petites, portions extraites du broyeur pour se convaincre que le charbon a la finesse désirée. Une méthode pratique pour déterminer le, degré de pulvéri sation -du charbon est d'introduire une dis persion de 0,0-1 <B>%</B> -de charbon dans de l'eau i dans une -cellule d'un colorimètre photoëlec- trique. Lorsque, la transmission de lumière de la dispersion de charbon est d'environ<B>à</B> le broyage peut être considéré comme -suffi sant.
Des va lei-.tr.s de transmission de lumière de #/1 <B>% à 10 %</B> indiquent un 'broyage eatis- faisant. Une transmission de 5% <B>de</B> lumière semble #correspondre à,des particules moyen- nies de moins d'un micron: Le produit se trouvant -dans le 'broyeur<B>à</B> boulets est alors i passé<B>à</B> travers un tissu<B>à,</B> fines mailles, afin d'éliminer toute matière non désirable.
Le charbon sensiblement colloïdal, sus pendu dans l'eau, est ensuite mélan-gé avec une résine soluble dans Yeau de, la gomme ou <B>1</B> a-Litres substances solubles dans Veau et aptes <B>à</B> former un film. On a trouvé que la gomme arabique est partic_ulièremen# appropriée.
Cependant, on peut aussi employer<B>1,%</B> gomme adraganthe, ainsi que la gomme, gatti. On i peut employer de l'al-cool li#oilyvin3,îique, qui dérive, Par hydrolyse d'un ester poqyviny- liqu#,, sous une forme soluble dans leau, e'e,st-à-,dire résultant d'une hydrolyse<B>à</B> au moins<B>70%.</B> D'autres exemples de matières organiques -ippropriées solubles dans l'eau, sont la cellulose méthylique et la, -colle<B>à</B> la caséine.
<B>A</B> titre d'exemple, -la prépâlration d'une composition conkenant de la gomm e, ara)bique est -décrite dans ce qui suit. La, quantité de gomme arabique peut varier de<B>10, à 75</B> 7o par rapport au poid; total -du charbon et de la gomme.<B>On</B> ajoute la gomme<B>à</B> la suspen sion de charbon et suffisamment d'eau pour dissoudre la résine. La quantité totale,,d.'tau est généralement dans le rapport d'au moins <B>3</B> parties d'eau par partie de -charbon et de résine.
Pour -stabiliser la suspension et empê cher une séparation<B>de</B> la gomme, on ajoute approximativement<B>1 %</B> -d'ammonia)que par rapport au poids de gomme arabique. Evi- demm.ent, on peut aussi uïtiliser d'autres sta bilisateurs.
Par un mélangecomplet de l'an thracite colloïdal, de la, gomme arabique, de l'eau et de l'ammonia4que, il résulte une sus pension stable qui est appropriée pour l'ap plication sur des organes comme, #co-nîposition semi-conductrice.
Une viscosité de 10# <B>à</B> <B>100</B> secondes No <B>1</B> Demmler,est #satisfaieante- La fig. <B>1</B> du dessin représente les têtes de l'enroulement d"Un appareil Meciro-dyna- mique, <B>10</B> sur lesquellesest appliquée la com position semi-conductrice.
L'appareil<B>10</B> -6on- ,sis,te -en unî,- pluralité de feuilli5s 12 de, ma tière magnétique maintenu-es en position par les plaques d'extrémité 14. Des fentes ou rai nures<B>16</B> prévues dans la matière magnétique 12 retiennent des enroulements:<B>18</B> composés de conducteurs isolés électriquement.
Les eanducteurs <B>18</B> se terminent dans les têtes de l'enroulement 20 #dans, lesiquellee ils sont intercalés el retournés, pour être fixés dans d'autres fentes appropriées.<B>En</B> -raison des forces 61,ectro-maign6tique#s puissantes qui prennent naissance #ë1anÊ#, les, -conducteurs, et qui provoqu eraient des.
déplaoements de ceux- ci et -des vibration.-,destructives, il est néces- sairede nouer ou d'entrelacer les -conducteurs les uns, avec les autres et de les fixer aux extrémités des tête de l'enroulement.<B>A</B> cet effet, on peut prévoir -des pièces,d'espacement 22 en une matière isolante, telle que du bois, ou bien une composition semi-conductrice insérée entre les extrémités successives du enroulements, de telle manière que ceux-ci soient nettement espacés.
Des n#uds et liga- tureÀs 24 sont appliqués autour des condua- teurs successifs pour fixer rigidement les têtes des enroulements<B>20</B> aux blocs d'espace ment 22 et pour empêcher ainsi toute vibra tion.<B>A</B> l'endroit où les enroulements<B>18</B> sor- lent de la rainure<B>16,</B> -on disposera ordinaire ment des pièces d'espacement cunéiformes cannelées<B>26.</B> Ces pièces & 'espacement peu vent ressembler<B>à</B> celles employées pour les blocs 2,2.
Des n#uds ou ligatures<B>28</B> sont montés autour des blocs<B>26</B> -dans leurs canaux pouT fixer rigidement les blocs cunéiformes. Dans certains rias, des ligatures transversales <B>30</B> entre les enroulements successifs sont irio,ut6es dans le voisinage des blocs<B>26.</B>
La, composition selon l'invention est die préférence appliquée sur les surfaces isolées des conducteurs<B>18 à,</B> 20 avant l'a-ssembla,e de l'appareil<B>10.</B> De cette manière on peut a surer un revêtement complet et uniforme de chacun,- delles. Vu que les têtes d'enroule ment 20 présentent généralement une cons truction resserrée,
il est très difficile d'appli quer la compwition semi-conductrice après l'assemblao-.Pl de l'appa-reil. Lorsque les enron- lements <B>18 à</B> 20 ont été disposés dans l'appa reil et que lu pièces d'espacement 22 et<B>26</B> ont été appliquées et les ligatures 24,<B>2!8</B> et <B>310</B> entrelacées et fixées, l'as#semblage entier est mis<B>à</B> la terre par les parties-rainures des enroulements<B>18</B> qui sont revêtues d'une couche de graphite<B>à</B> faible résistance,
celle-ci étant en contact avec les parois-rainures <B>16.</B> Le tout peut a1ors être peint avec un vernis isolant rés,istant aux influences atmosphéri ques, cette couche étant une protection addi tionnelle contre l'humidité. Une telle couche de vernis n'empêche pas la. couche #semi-,con- ductrice 32 de #remplir sa fonction.
La -couche<B>32</B> peut être formée en appli quant simplement la composition protectrice sous forme d'une peinture sur chacun des conducteurs isolés; il est évident qu'on peut omployer une ou plusieurs de ces couches. On peut aussi procéder en revêtant les conduc teurs isolés d'un ruban semi-conducteur pré paré préalablement avec, la compositionse-mi- conductrice.
La fi,. 2 montre une coupe transversale d'un ru-ban s,emi-.eonducteti#r 40 comprenant une matière fibreuse 4-2 en fibres de verre, fibres de cotoii ou en amiante ou toute autre matière désirée, Iedit ruban étant imprégné avec la -composition selon l'invention.
Ce ru- ban peut avantag 'e usement être préparé en plongeant simplement la, matière fibreuse dans la suspension et en le faisant passer ensuite entre des rouleaux pour éloigner l'excès de suspension. L'humidité peut être éliminée par séehage dans un four ou en exposant le ruban ainsi traité<B>à</B> de,- lampes infra-,rouges ou par une autre -méthode. Pour certains buts cependant, on ne séchera le ruban que partiellement.
Une certaine liumi- dité peut être maintenue -dans le ruban en le conservant dans des bidons renfermant de l'eau dans le fond ou par un autre moyen approprié. Grâce<B>à</B> cette humidité, le ruban se plie mieux qu'un ruban complètement séché, de plus, un ruban humide présente encore d'autres avantages qui seront décrits dans la suite.
Le ruban peut être appliqué sur des con- ducteurs isolés de façon que les spirales suc cessives se recouvrent partiellement. On a constaté qu'un ruban contenant une quantité appréciable d'humidité, qui rend la matière organique vontenue dans la -composition, par (#xempl.e. <B>de</B> la gomme arabique, légèrement collante et plastique, empéelie la formation de vides entre les différentes spires diu ruban.
Lorsqu'un ruban ainsi appliqué est séché, le conducteur peut présenter de hautes tensions sans engendrer d'effluves entre les circonvo- luti-ons du ruban. La, surface totale du con- due,teur est do-ne sensiblement libre def- fluves. Cet a-vantage ne. se trouve pas dans les rubans semi-conducteurs connus jusqu'à présent et constitue un avantage appréciable du ruban produit avec la composition semi- conductrice revendiquée.
Ontre son emploi comme couche semi-con ductrice<B>312,</B> le ruban 40 peut être employé pour les n#uds ou ligatures 24,<B>28</B> et<B>30.</B>
La, -composition semi-conductrice peut être appliquée, sur les conducteurs<B>18 à</B> 20 d'une autre façon, qui présente certains avantages par rapport aux procédés décrits plus haut. Comme montré sur la fig. <B>3,</B> le conducteur isolé<B>50</B> est tout d'abord recouve#rt d'une couche<B>5C- de,</B> la -composition.
Cettecouche <B>52,</B> <B>à</B> l'état humide, est enveloppée par un ruban fibreux poreux 54, non traité en fibres -de verire, de coton ou d'amiante, etc. Le ruban 54 est appliqué avec une pression suffisante pour,ablig-er la couche -semi-conductrice<B>à2</B> de pénétrer dans le ruban et de suinter<B>à</B> travers les intervalles dudit ruban. Puis on applique une couche extérieure<B>56</B> de la suspension colloïdale sur le ruban 54, La couche -semi- conductrice ainsi obtenue est extrêmement stable. Le ruban 54 empêche un effritement.
Si les blocs 22 et<B>26</B> sont en bois ou en une autre matière électrique iso-lante, ils peu vent être rendus semi-conducteurs<B>à</B> leurs surfaces afin de réduire le potentiel entre les extrémités -successives des enroulements, par l'application d'une couche de ladite suspen sion colloïdale. Lors du séchage, les blocs peu-vent être insérés entre les enroulements de manière #dinaire.
L'assemblage entier<B>10</B> peut aussi être plongé dans une peinture ou émail résistant aux agents atmo#sphériques ou recouvert<B>à,</B> l'aide d'un pinceau ou par projection au pis tolet d'une couche de ladite peinture. Une uelle peinture est avantageuse en ce qu'elle empêche l'humidité atmosphérique d'agir sur ja substance organique solubledans l'eau.
<B>A</B> titre d'exemple, pour montrer 1'u-nifor- mité remarquable et la stabilité des produits semi-conducteurs en question, on a recouvert l'isolement d'une bobine d'une couche d'une épaisseur -de<B>0,075 à. 0J</B> mm -d'une compo sition -conforme<B>à</B> l'invention -et on a appli <B>qué</B> sur cette couche, après séchage,
un émail isolant et résistant aux influences atmosph & n îques. La bobine fut alors chauffée dans un four<B>à</B> 200'<B>C.</B> La résistance de la couche de peinture semi-conductrice était alors 4e <B>0,18</B> mégohms après un traitement (le <B>16</B> h.
<B>A</B> la fin de<B>30</B> jours, la résistance était eiwore de 0.,18 mégohms. L'essai<B>à</B> 200,'<B>C</B> pendant une durée d'un mois est équivalent<B>à</B> approxi mativement cinq années d'emploi dans des conditions normales. Il ressort donc que les couches semi-conductrices obtenues avec la composition selon l'invention sont extrême ment stables, même si elles sont soumises<B>à</B> des températures élevées.
Lorsqu'un ruban est appliqué sur des o,i#gan,es électriques, on peut appliquer un adhésif -sur la surface de Fisolement pour éliminer toute possibilité d'un vide retenant du gaz sous les spires du ruban.<B>A</B> -cet effet, en, peut appliquer une solution -de polyiso- butylène ou d'asphalte ou d'une. autre subs tance adhésive sur la surface des isole ments, de sorte que, lorsque le ruban est ap pliqué, le polyisobutylène, parexemple, rem plira l'espace vide sous le ruban.
Un autre avantage de cette manière d'opérer réside en une meilleure adhésion du ru-ban sur le con- dueteur.
Un ruban semi-conducteur préparé avec une composition selon l'invention fut appli qué<B>à</B> l'état humide, sur des bobines, sans avoir peint préalablement ces bobines. La résistance<B>à</B> l'état sec du -ruban était de 20 mégohms et le ruban en tissu de verre, d'une épaisseur d-e <B>0,25</B> mm, avait, après l'application de la composition, une épaisseur totale de<B>0,3</B> mrm. Les bobines sur lesquelles fut appliqué le ru-ban furent essayées<B>à</B> <B>13,800</B> volts.
Puis, après mise en place du ruban, on appliqua un voltage d'essai de <B>29 000</B> volts pendant une minute sans avoir pu constater la formation d',affluves. Ulté rieurement, 40 00)0, volts furent appliqués pendant une période de temps considérable sans observation d'effluves<B>à</B> n'importe quel end-roit des bobines. Cette haute tension ne provoquerait donc aucun effet nuisible sur l'isolement des bobines.
En employant par exemple des ouspen- sions d'anthracite colloïdal contenant de la gomme arabique, une variation maximum de résistante de<B> </B> 20% entre les partions d'une tête d'enroulement peut être obtenue.