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1I1.TI.&RE )l'&;LCTRI\4.UE PLASTI1J.&: & SON EMPLOI J±1)[ llPPAllBILLAGE La.'présente invention est relative à des matières diélec- triques utilisées dans certains appareils électriques,tels que les boites de jonction, couvercles de cuves,transformateurs, isolateurs de traversée, appareillage blindé, parafoudres,etc... Ce diélectri- -
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que est mou et plastique dans un grand intervalle de température, s'étendant de part et d'autre de la température ambiante.Ses pro- pr@étés diélectriques le rendent supérieur à un grand nombre de substances, que celles-ci soient solides ou liquides, et l'on en verra les avantages plus loin.
Le diélectrique plastique visé ici est. composé principale- ment d'une huile minérale avec une proportion relativement faible d'un savon métallique. Les proportions de ces constutuants sont choisies de manière que la composition forme un gel colloïdal.Dans certains cas, il peut y avoir avantage à introduire aussi quelques unités % en poids de colophane.
Le dessin annexé à la présente, en élévation longitudina- le, un transformateur et une boite de jonction dans lesquels la pâte d'huile et de savon peut tre utilisée conformément à l'inven- tiono On croit généralement que les savons métalliques ne sont pas intéressants comme constituants de matières diélectriques, parce qu'on suppose que ces savons abaissent leur pouvoir diélectrique.
Pour cette raison, on a toujours rejeté la présence de savons métal- liques dans les huiles minérales utilisées comme diélectriques.Ain- si, l'emploi usuel des huiles minérales dans les appareils élec- triques ( les cuves de transformateurs par exemple, provoque des boues qui renferment généralement des savons métalliques dont la formation était évitée le plus soigneusement possible.
En réalité, si l'on emploie des savons métalliques avec des huiles minérales, chacun des constituants étant soigneusement choisi, il est possible de préparer une matière plastique, qui pos- sède le caractère de gel colloïdal, et reste stable dans un grand intervalle de température.De plus, une telle composition, non seule- ment n'abaisse pas la rigidité diélectrique de l'huile seule, mais elle élève celle-ci avec un bénéfice d'environ 25. Ce résultat s' obtient dans les appareils électriques sans qu'il en résulte d'incon- vénients; il suffit d'utiliser un faible pourcentage de savon mé- tallique dans l'huile,les proportions étant choisies de manière à
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réaliser une composition plastique stable.
Pour préparer la composition diélectrique appropriée à l'appareillage) on chauffe dans un récipient approprié une quanti- té convenable d'une huile isolante, par exemple une huile de paraf- fine, une huile asphaltique ou un mélange de deux de ces huiles.On. y introduit alors le savon métallique suivant l'une des méthodes mentionnées plus loin. Parmi les huiles convenables, on peut utili- ser une huile minérale lourde dont la viscosité à 100 C. atteint environ 150 unités Saybolt; elle peut n'avoir subi aucun raffinage ou un raffinage commercial courant, ou encore un raffinage supéri- eur. Le type de l'huile utilisée dépend de l'application visée.
Par exemple, si l'on désire avant -tout une grande résistance à la formation de boues, on choisit une huile parfaitement raffinée.
L'huile étant à la température ambiante, on lui ajoute lentement la quantité voulue de savon métallique.. Be tels savons sont constitués par les sels métalliques des acides gras à poids moléculaire élevé, ce métal'pouvant être le magnésium, l'aluminium, le plomb, le calcium, le sodium, le zinc; soit, d'une façon généra- le, les métaux des groupes alcalins ou alcalino-terreux, pourvu qu' ils puissent se combiner aux acides gras.:Parmi ceux-ci, on peut citer les acides stéarique, palmitique, oléique.etc.'. Les propor- tions des deux constituants peuvent varier entre certaines limites définies :
on a trouvé nécessaire de se tenir entre 88 & 98 % d' huile et 2 à 12% de savon métallique, mais les proportions préfé- rables sont de 6 à 10 % de savon pour 94 à 90 d'huile.Une composi- tion convenable est celle pour laquelle il y a 90 % d'huile avec 10 /j de savon métallique, tel que le stéarate d'aluminium.
On agite constamment le mélange au cours de l'addition du savon métallique, par exemple du stéarate d'aluminium.Une fois que l'addition est terminée, on élève lentement la température sans cesser d'agiter énergiquement.A mesure que la température monte, la masse s'épaissit; vers 100 C, sa consistance est celle d'une pâte ou d'un gel extrêmement compact. La température est encore élevée lentement de façon à dépasser 100 . La viscosité du liquide décroit @
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et lorsqu'on atteint environ 150 à 175 C. la viscosité est re- lativement faible,tandis que le savon est entré graduellement en so- lution.
On élève la température de la masse à 200 C sous agitation constante et l'on maintient cette température jusqu'à ce que les caractéristiques voulues soient obtenues.A cet état, le mélange ne doit montrer aucun signe de séparation.Une fois que le savon est vi- siblement entré en solution complète, on abaisse la température du mélange vers 175 . Dès que cette température est approximativement atteinte, on verse la matière dans des récipients relativement longs et plats, par exemple des cuves de 100 mm. de profondeur, 3 mètres de longueur et 1,20 m. de largeur. e refroidissement de ce mélange jusquà la température ambiante conduit alors à une matière de con- sistance butyreuse, qui possède une certaine plasticité.
Au lieu de préparer la composition comme il a été dit ci- dessus,on peut par exemple,réaliser d'abord un savon de sodium qui subit ensuite une double décomposition avec un sel d'aluminium soluble ou un sel de l'un quelconque des métaux voulus. a cet affet on peut mélanger le savon de sodium avec l'huile, en présence d'une petite quantité d'eau. On peut également mélanger ce savon avec l' huile, mais sans eau, puis ajouter une pâte d'eau avec un selld'a- luminium soluble, ou encore une solution concentrée de ce même sel.
On peut aussi mélanger l'huile minérale avec une huile végétale ou toute autre huile grasse telle que l'huile de coton, l'huile de mais, ou les huiles animales, corne celle de poisson; puis saponifier les huiles par de la soude caustique, en présence d' eau et dans un autoclave. On ajoute au produit un sel soluble du métal. dont on veut former le savon; celui-ci se trouve précipité dans l'huile minérale et l'on enlève l'eau glucérinée qui résulte de ces opérations.
On peut encore ajouter l'acide gras ( l'acide oléique par exemple) à l'huile minérale, puis ajouter au mélange une solution ou suspension s'un sel ou d'un composé du métal dont on veut le savon, ce dernier se formant au cours de l'évaporation de l'eau.
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Quelle que soit la méthode suivant laquelle on obtient le savon métallique, le procédé de fabrication est pratiquement le même et doit être réalisé suivant les mêmes directives générales que celles données pour la première méthode de fabrication.
Le stéarate d'aluminium est le savon préférable, parce qu' il a une stabilité plus grande, qu'il résiste bien à l'eau et aux différents facteurs d'action et que son prix de revient est plus bas que celui des savons de soude.
Detransformateur représenté sur la figure comprend une cuve métallique 1 qui renferme les enroulements pri maire et se- condaire ( non représentés),mais noyés dans un diélectrique 2. La borne à haute tension est représentée en 3. Pour aboutir à la basse tension, il y a une boite de jonction 4 fixée sur le couvercle 5 du transformateur. Cette boite comporte une enveloppe métallique 6 qui renferme la pâte d'huile et de savon 7, à l'intérieur de la-. quelle le conducteur 8 prend le courant à la borne basse tension 9 pour le transmettre à l'extérieur.Les regards 11 et la, ainsi que le dispositif de dilatation 10 sont représentés schématiquement.
!.les compositions diélectriques conformes à l'invention se montrent avantageuses dans les appareils diélectriques qui les utilisent. Par exemple,dans les appareils électriques employant des compositions asphaltiques ou à base de brai de bois, la rigi- dité diélectrique de ces matières est de 15 kv. à 85 C.Si l'on emploie des compositions conformes à l'invention, la rigidité à la même température passe à 25-30 kv. e plus, la résistivité de la composition suivant l'invention est du même ordre que celles de l' asphalte ordinaire à la température ambiante, c'est-à-dire 1,5x1012 ohms par centimètre cube,par conséquent, la présence du savon dans l'huile n'abaisse pas la résistivité, contrairement à ce qu'on au- rait pu attendre, mais donne une résistivité de l'ordre de celle de l'asphalte ordinaire.
Unautre avantage inattendu du diélectrique,objet de l'in- vention,est que cette composition a un facteur de puissance égal à @
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0,27 % à 25 C contre 1,6 % à la même température pour le brai de bois.De plus,là où le facteur de puissance du brai de bois atteint
305 à 85 C, le facteur de puissance obtenu avec la composition ci-dessus,à la même température, est seulement 10 5.
Un aspect particulièr important de la présente invention et qui constitue un résultat nouveau et inattendu, est qu'aux bas- ses températures, par exemple, - 15 C. la composition de l'inven- tion reste à l'état plastique et a une rigidité diélectrique de 40 kv. tandis que le brai de bois, par exemple durcit, et se fissure à la même température, la rigidité tombant à 5 kv. L'asphalte ordi- naire devient alors extrêmement friable et se craquèle fecilement,le gel colloïdal, fabriqué suivant l'invention, reste plastique et sta- ble à toutes les températures entre - 20 et + 110 C.
Bien que la présente composition soit plus légère que l' eau, il suffit d'ajouter celle-ci en petites quantités à une masse relativement grande de la composition, pour que cette eau soit rete- nue dans la masse, au lieu de s'accumuler au bas du récipient.C'est là une propriété extrêmement utile pour des appareils comme les transformateurs ;par exemple,puisque l'eau formée ne vient pas s' accumuler dans le bas de la cuve.De plus, la rigidité diélectrique de la composition n'est pas modifiée, même après avoir été en con- tact avec l'eau pendant quelque temps.
Dans le cas de matières à utiliser cornue diélectriques à des températures extrêmement basses, par exemple, entre - 25 et -35 C, il convient d'ajouter à la composition quelques unités d'une résine naturelle ( acide abié tique),par exemple, environ 3 %.A de telles températures, surtout si le diélectrique est contenu dans un espace étroit, il peut se former une contraction suffisante pour créer de petites fissures.L'addition de résine accroit la ténacité de la matière et entrave la fissuration.
Bien qu'on ait représenté et décrit plusieurs formes de réalisation de l'invention, il est bien entendu qu'on ne désire pas se limiter à ces formes particulières données simplement à titre d'exemple etsans aucun caractère restrictif et que por conséquent
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toutes les variantes ayant même principe et même objet que les dis- positions indiquées ci-dessus rentreraient comme elles dans le cadre de l'invention.