Condensateur électrique. La présente invention est. relative à un con densateur électrique dont le diélectrique com prend des substances organiques halogénées.
Les composés aryliques halogénés, et phis particulièrement les hydrocarbures aroma tiques halogénés, comme le diphényle chloré et le naphtalène chloré, sont connus comme isolants électriques et possèdent de nombreux avantages, mais les diélectriques qui con tiennent, de telles substances se détériorent souvent plus rapidement que ceux qui n'en contiennent pas, et cela particulièrement lorsqu'ils sont soumis à des températures même modérément. élevées ou à des efforts électriques sérieux ou enfin lorsque ces deux conditions sont réalisées simultanément.
Il a été découvert que cette détérioration des diélectriques est en relation étroite avec des réactions chimiques se produisant entre les parties métalliques des appareils et les composés halogénés ou des produits halo- génés résultant de la décomposition de ces composés.
Dans un condensateur électrique dont. les armatures sont par exemple en aluminium et sont séparées par du papier imprégné d'un hydrocarbure aromatique halogéné, tel que du diphényle chloré ou du naphtalène chloré, il apparaît que si l'on applique une certaine ten sion électrique, particulièrement à une tem pérature modérément élevée, certains pro duits de décomposition contenant des halo gènes et de nature acide (par exemple de l'acide chlorhydrique) sont. formés à, partir de ces hydrocarbures chlorés.
Il est. probable alors que l'acide chlorhydrique ou les ions halo gènes d'autres produits de décomposition attaquent l'aluminium, en formant du chlo rure d'aluminium, lequel. est un catalyseur puissant pour la décomposition des composés organiques. Il est évident que ce chlorure d'aluminium cause un accroissement de dé composition du produit chloré d'imprégna- tion et qu'il s'ensuit une production accrue de produits halogénés qui, à leur tour, réa gissent sur l'aluminium en reformant, du chlo rure d'aluminium. Le cycle continue donc à un rythme accéléré.
L'acide chlorhydrique et le chlorure d'aluminium contribuent à la dé composition du papier et augmentent locale ment la conductibilité, en produisant de la chaleur, celle-ci favorisant la. destruction du produit chloré d'imprégnation et activant l'attaque du papier. L'acide chlorhydrique qui prend naissance au début de la décomposition du composé chloré n'est d'ailleurs produit qu'en quantités si faibles qu'il ne pourrait causer de lui-même la. destruction rapide du diélectrique, mais le chlorure d'aluminium ré sultant de l'action de l'acide chlorhydrique sur les armatures métalliques accélère le processus de faon telle que la détérioration est assez rapide.
Dans d'autres cas et, par exemple, lorsque de l'étain est maintenu en contact avec l'hy dro- carbure halogéné, il semble y avoir réaction directe entre la substance halogénée et le mé tal, sans même qu'il soit nécessaire d'appli quer un champ électrique. Le facteur initial de puissance est élevé.
Des condensateurs du même genre, dont les armatures sont en alu minium, n'ont, par opposition, qu'un facteur de puissance assez bas s'ils sont portés à des températures modérément élevées; le facteur de puissance n'augmente qu'après l'applica tion d'un potentiel électrique qui, nous l'avons dit, est supposé provoquer la formation d'acide chlorhydrique à partir du produit d'imprégnation. Le facteur de puissance ini tialement élevé des condensateurs à feuilles d'étain résulte sans aucun doute d'une réac tion directe entre le produit halogéné d'im prégnation et les armatures d'étain à des tem pératures élevées.
On a découvert que l'addition d'inhibi teurs de corrosion aux hydrocarbures aroma tiques halogénés ou autres composés orga niques halogénés employés pour l'imprégna tion dans des condensateurs électriques, fait diminuer très sensiblement la détérioration du diélectrique, comme on peut le constater par l'augmentation de la durée d'usage et les valeurs plais basses et plus régulières que prennent les pertes et le facteur de puissance;
le but de la présente invention est de fournir un condensateur de ce type dont le diélec trique contient un tel inhibiteur de corrosion.
Le condensateur électrique selon l'inven tion dont le diélectrique comprend du papier imprégné d'un composé organique halogéné qui, en raison de sa teneur en halogène, tend à corroder les armatures métalliques du con densateur, est caractérisé en ce que le diélec trique contient également, en tant qu'inhibi- teur de corrosion, un composé nitro-aroma- tique contenant au moins un groupe nitro lié directement à un atome de carbone du noyau aromatique,
ce composé nitro - aromatique étant présent en quantité n'excédant pas le 2 Jo du composé organique halogéné.
Les composés contenant un ou deux groupes nitro liés à des atomes de carbone aromatiques sont des inhibiteurs particulière ment efficaces de la corrosion. Les composés trinitro-aromatiques sont également satisfai sants au point de vue de l'action contre la corrosion, mais leur emploi n'est pas pratique à cause de leur nature explosive. Les hydro carbures nitro-aromatiques, ainsi que leurs dérivés de substitution, peuvent également être utilisés, à condition que les substituants ne soient pas parmi ceux ayant. une tendance prononcée à s'ioniser en présence de matières acides, telles que l'acide chlorhydrique.
En effet, les composés donnant lieu à la forma tion d'importantes quantités d'ions pro voquent une trop forte conductivité pour l'usage dans les appareils électriques. A ce point de vue, les groupes amino et hydroxyle sont précisément ceux auxquels on peut re procher de favoriser l'ionisation en question; d'autres substituants, tels que les groupes al coyles et les halogènes, en particulier, four nissent au point de vue qui nous occupe les meilleurs dérivés des hydrocarbures aroma tiques.
Les composés nitro-aromatiques sont en gé néral solubles dans les hydrocarbures aroma tiques halogénés et autres composés orga niques halogénés.
Dans le but que nous nous proposons ici, on peut utiliser les composés nitro-aromatiques tant sous forme technique qu'à l'état chimiquement pur; toutefois, les composés ayant la pureté courante des pro duits techniques commerciaux, ont des pro priétés isolantes bien moins élevées que celles des composés vraiment purs et, si l'on utilise les composés à l'état de pureté technique, il sera nécessaire d'en limiter la proportion de façon à éviter une conductivité relativement forte, au début déjà du fonctionnement du condensateur.
La résistivité du mélange de composé organique halogéné et d'inhibiteur utilisé pour l'imprégnation, dépassera large ment, de préférence, 108 ohms par em3.
L'action inhibitrice de la corrosion des composés nitro-aromatiques peut être démon trée par une expérience simple, en utilisant un appareil tel que celui montré au dessin, dans lequel: La fig. 1 est une coupe schématique d'un appareil utilisable pour déterminer l'aptitude d'un produit. inhibiteur à stabiliser les com posés organiques halogénés.
La fig. 2 est un graphique montrant. la variation de la conductivité par rapport au temps, durant les essais avec l'appareil de la fig. 1.
La fig. 3 est encore un graphique mon trant la variation du courant de perte par rapport, au temps, dans deux condensateurs électriques imprégnés avec un composé orga nique halogéné, et dont l'un contient un pro duit inhibiteur de la corrosion, tandis que l'autre en est dépourvu, et la fig. 4 représente un condensateur simple à feuilles enroulées, composé de deux feuilles de métal séparées par deux feuilles de ma tière diélectrique.
L'appareil représenté à la. fig. 1 comporte une chambre à réaction en verre, 1, divisée dans le sens horizontal par un disque de verre perforé 2, surmonté d'une paire d'électrodes cylindriques en métal, 3 et. 4, concentrique ment placées. On a. choisi, pour ces électrodes, un métal non sujet à la corrosion, tel que du laiton plaqué d'une couche d'or épaisse. Les conducteurs 5, 6, respectivement reliés aux électrodes, sont branchés, à. leur sortie de l'ap pareil, sur un pont à mesurer les conducti vités, comme indiqué au haut de la figure. Un tube 7 partant de la partie inférieure du vase permet d'y introduire les réactifs solides et liquides, et le tube d'adduction 8, arrivant tout à fait en bas, amène de l'acide chlorhy drique gazeux.
L'évacuation des gaz non ab sorbés se fait par la sortie 9, disposée à la partie supérieure.
On emplit la chambre à réaction de pen- tachlorodiphényle, que l'on maintient à. 100 C et l'on fait barboter dans cette substance le gaz chlorhydrique sec amené par le tube 8, jusqu'à saturation du composé halogéné. On mesure périodiquement la conductivité de l'anneau liquide compris entre les deux élec trodes, et l'on constate que la conductivité augmente an fur et à mesure de l'arrivée de l'acide chlorhydrique, pour atteindre au mo ment de la saturation une valeur qui reste sensiblement constante.
A ce moment., on introduit., dans le ballon, une faible quantité du produit. inhibiteur à essayer, tout. en con tinuant le barbotage du gaz chlorhz-drique, et l'on peut noter que la conductivité augmente de nouveau, dans la plupart des cas, jusqu'à ce qu'il y ait saturation, et qu'elle reste à peu près constante à partir de cet instant. Des rognures de feuilles d'aluminium du genre couramment utilisé pour les condensateurs électriques (par exemple la feuille normalisée pour condensateurs de l' Aluminium Com- pany américaine) sont alors introduites dans l'appareil par le tube latéral 7, et l'on con tinue d'amener de l'acide chlorhydrique. La.
feuille d'aluminium dont nous venons de parler possède une pureté d'environ 99,8% et son épaisseur est inférieure à 13/,ooo mm. La conductivité reprend une valeur croissante, à un taux dépendant de l'efficacité du produit ajouté dans le but d'empêcher la corrosion.
Si la feuille d'aluminium est introduite dans du pentaehlorodiphényle ne contenant pas d'inhibiteur, et que l'on fasse barboter l'acide chlorhydrique, la conductivité atteint rapidement une forte valeur; si, au contraire, on ajoute au pentachlorodiphényle, avant, d'y mettre la feuille d'aluminium, uni produit em pêchant efficacement. la corrosion, tel que l'un de ceux spécifiés au tableau donné plus loin, la, conductivité n'augmente que très légèrement pendant un laps de temps assez long.
Il est donc bien clair que les composés nitro-aroma- tiques sont de puissants obstacles à. la réaction de l'acide chlorhydrique avec l'aluminium, réaction faisant rapidement. croître la. conduc tivité des composés halogénés maintenus en contact avec le métal. Le degré d'activité des différents corps inhibiteurs peut être déter miné en observant l'allure de l'accroissement de conductivité du pentachlorodiphény le, après introduction de la feuille d'aluminium dans l'appareil.
On voit donc que cet appareil pour l'essai des conductivités offre un moyen simple de déterminer l'aptitude de divers produits inhi biteurs de la corrosion à stabiliser les compo sés halogénés devant servir à l'imprégnation des condensateurs électriques. Dans l'essai que nous venons de faire, le pentachlorodiphényle a été employé au titre de corps représentatif du genre de composés organiques halogénés dont il peut être fait usage, et les résultats concernant .l'efficacité des inhibiteurs de la corrosion, obtenus avec le pentachlorodiphé- nyle seront, en général, valables pour d'au tres composés halogénés;
il est bien évident, toutefois, que les mêmes essais peuvent être conduits avec tout autre composé halogéné que l'on désire stabiliser.
De même, si l'on s'est servi d'aluminium comme métal accélérant la décomposition, on peut noter que les résultats obtenus avec ce métal renseignent également sur les pro priétés inhibitrices de la- corrosion d'un pro duit ajouté au composé halogéné, même lorsque celui-ci est en contact avec l'étain. Quand il s'agit d'appareils employant d'au tres métaux pouvant amener une détérioration rapide, il sera préférable de faire les essais avec ces métaux mêmes, afin de connaître le meilleur inhibiteur de la corrosion dans le cas considéré.
A la fig. 2, on trouvera une courbe de principe, montrant l'allure générale de la va riation de la conductivité au cours des di verses phases de l'essai, en partant d'un diélectrique chloré pur. On voit que la con ductivité du composé halogéné augmente assez vite pendant l'introduction du gaz chlorhy drique, et atteint un premier maximum, au moment de la saturation, soit. au point A. Après addition en. ce point du stabilisant et tandis que l'acide chlorhydrique continue à arriver, la conductivité peut augmenter et atteindre une nouvelle valeur B relativement stable, ou bien elle peut rester stationnaire, auquel cas le point B coïncide avec le point A.
Le degré d'accroissement de la conductivité entre A et B dépend du caractère du produit stabilisant. Au point B, on ajoute de l'alumi nium au mélange, en continuant le barbotage de l'acide chlorhydrique, et l'on voit alors la conductivité croître à une allure dépendant de l'efficacité du produit stabilisant;
le point C représente la. valeur de la conductivité dix heures après l'introduction de l'aluminium, toujours en continuant le barbotage de l'acide chlorhydrique. On a trouvé qu'un inhibiteur de corrosion satisfaisant pour la stabilisation d'un condensateur électrique, ne doit de pré férence pas augmenter la conductivité, entre les points <I>A</I> et<I>B,</I> de plus du triple de la va leur qu'elle possède au point A.
De plus, cet inhibiteur de la corrosion doit de préférence être assez efficace pour que, dans le délai de dix heures à partir du point B, la conducti vité n'augmente pas de plus de 75 Jo de la va leur qu'elle avait au point B.
Les composés nitro-aromatiques satisfont, en général, aux essais dont nous avons parlé, lorsqu'ils sont employés en proportion conve nable. En cas d'usage des produits de qualité technique , il peut être nécessaire, ainsi qu'il a été dit, de limiter la quantité du com posé nitro-aromatique ajouté, afin que la con ductivité n'excède pas la valeur indiquée, avant l'introduction de l'ahuniniiun.
La fig. 3 -montre comment l'action contre la corrosion, exercée par les composés nitro- aromatiques, peut améliorer de façon remar quable les qualités des capacités contenant des diélectriques halogénés, la courbe indi quant la variation, en microohms, de la con ductance des diélectriques soumis à -une épreuve de durée, en fonction du temps ex primé en heures.
On a comparé deux séries de condensateurs, toits constitués de deux feuilles d'aluminium formant électrodes et sé parées par du papier-toile imprégné de naph talène chloré, mais dans l'une des séries, cor respondant à la courbe grimpante, le corps d'imprégnation était à l'état pur, tandis que dans l'autre, qui correspond à la courbe cou chée, on avait ajouté 1 % de p-nitrochloroben- zène. Les essais furent conduits dans les deux cas à 100 C, et sous -un courant continu à la tension de 240 volts.
On remarque que la con ductance du condensateur non stabilisé aug mente pour ainsi dire très rapidement, et que le diélectrique est rompu après 130 heures en viron. En revanche, l'appareil stabilisé montre -une très faible variation de conductance pen dant une longue durée, et aucune avarie n'est. constatée après 460 heures d'essai environ. D'autres composés nitro-aromatiques pro duisent un effet. identique de stabilisation des pertes et d'accroissement de la durée des appa reils, et l'on trouvera au tableau suivant quel- quag résultats intéressant la durée d'usage.
Les essais ont été faits d'une façon poussée sur des condensateurs à armatures d'alumi nium, avec diélectrique en papier-toile im prégné de naphtalène chloré contenant 1 d'un composé nitro-aroniatique inhibiteur de la corrosion, différent dans chaque cas. Les con densateurs furent maintenus à 100 C au cours des essais, et un potentiel continu de 240 volts fut appliqué aux bornes.
EMI0005.0008
<I>Tableau</I>
<tb> Inhibiteur <SEP> de <SEP> la <SEP> corrosion <SEP> Temps <SEP> au <SEP> bout <SEP> duquel
<tb> il <SEP> y <SEP> a <SEP> rupture <SEP> (heures)
<tb> Aucun <SEP> de <SEP> 94 <SEP> à <SEP> 130
<tb> nitrobenzène <SEP> 618
<tb> p-nitrochlorobenzène <SEP> > <SEP> 1400 <SEP> (essai <SEP> arrêté)
<tb> o-nitrochlorobenzène <SEP> 630
<tb> a-nitronaphtalène <SEP> 432
<tb> a-nitronaphtalène
<tb> (à <SEP> l'état <SEP> pur) <SEP> 560
<tb> p-nitrotoluène <SEP> 570
<tb> nitro-2-ehlorotoluène-6 <SEP> 522
<tb> trichloronitro-m-fluoro toluène <SEP> 316
<tb> pentaméthy <SEP> lnitrobenzène <SEP> 666
<tb> nitro-5-diehloro-3,4 o-xylène <SEP> 680
<tb> p-nitrodiphényle <SEP> 810
<tb> o-dinitrobenzène <SEP> > <SEP> 618 <SEP> (essai <SEP> arrêté)
<tb> dinitroprehnitène <SEP> 440
<tb> dinitrodurène <SEP> 1280
<tb> nitroquinoline <SEP> 215 Ces composés montrent déjà de l'efficacité à une concentration aussi basse que 0,1 mais ne donnent toutefois pas leur rende ment maximum à moins de<B>0,25%.</B> La pleine efficacité d'un inhibiteur de ce genre est at teinte lorsqu'on l'ajoute dans la proportion de 2 % en poids; une plus forte concentration n'apporterait aucune augmentation notable de la stabilité en présence d'un métal. Les pro portions les plus convenables sont, en géné ral, environ 0,5 % et environ 1 % . La fig. 4 représente un condensateur en roulé de type courant, conforme à la présente invention.
Il est constitué de deux feuilles métalliques d'aluminium ou d'étain et de deux feuilles de papier, ces feuilles intercalaires étant. imprégnées d'un hydrocarbure halogéné contenant un composé nitro-aromatique pour empêcher la corrosion.
Etant donnée la solubilité des inhibiteurs ci-dessus décrits dans les hydrocarbures aro matiques Halogénés, on peut préparer un con densateur conforme à l'invention en dissol vant simplement en proportion voulue le pro duit inhibiteur dans le composé servant à l'imprégnation; les condensateurs enroulés peuvent être ensuite imprégnés par tout pro cédé convenable, tel que l'imprégnation dans le vide, avec le composé aromatique halogéné contenant la proportion adéquate de produit inhibiteur.