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.
Composition for obtaining an electrically semiconducting mass. The present invention relates to <B> </B> a composition for obtaining a semi-conductive muse intended <B> for </B> the protection of the insulation of electrical appliances with the aim of preventing the formation of vapors. in high voltage <B> </B> conductors.
The formation of corona in Kectrics apparatus limits the voltages allowed since these corona tend to destroy the organic isolation of high voltage <B> </B> organs exposed <B> to </B> l atmosphere or <B> to </B> another fluid g "them. Lets-effluvia are produced in electrical devices when the surface, of, electrical insulation exposed <B> to </B> the atmosphere or <B> to </B> another gas has an electrostatic voltage gradient such that the molecules of oxygen or another gas - are made highly active,
electrically or chemically. So, for example, when air is subjected to such voltaic gradients, it forms ozone and nitrogen oxides which react with the vapor. water in the form of oxidizing acids which destroy organic isolation.
Since the organic insulation constitutes the main part of the insulation in most current electrical appliances., The formation of corona is a limiting factor in the voltage allowed in the electrical conductors. --etrique-s. The use of voltage exceeding the values at which the scents are produced can have as a consequence a destructive action of the organic insulation of the conductors such as, in some rjm,
if the isolation is completely orgianic, it is destroyed after some mold or made defective to the point of being ineffective. When an inorganic material, such as mica, is used as isolation in combination with organic substances, destruction is limited to <B> </B> organic isolation. However, it requires frequent overhaul of the device.
It is # known to protect these insulations by covering them with a semi-conductive # paint in order to reduce the electrostatic potential on surfaces exposed <B> to </B> air or <B> to < / B> another gaseous fluid. Although in theory the application of such semiconductor materials appears to be simple and easy, <B> one </B> encounters unexpected difficulties in practice.
The choice of semiconductor compositions, those having an appropriate resistance to reduce the electrostatic potential below the values at which the corona forms, is limited by the fact that the co-compounds of low resistance do not reduce sufficiently. the potential, tan-say that the compounds,
of medium resistance allow <B> </B> relatively intense currents to flow along the coating of the conductors and cause excessive heating. As is well known, high temperatures are as destructive as the formation of scent.
It has been discovered that, for conductors subjected to <B> to </B> -voltages of the order of <B> 6600, </B> volts or higher, the semiconductor positions must, preferably #, have a surface resistance of the order of <B> 1 to 1000 </B> megolims per em2 for a film -with a thickness -from <B> 0.075 to 0, j </ B > mm, in order to avoid excessive heating -and the forma, tio, n of scent.
By tests it was possible to note -that the application of certain compositions containing mant; for example charcoal in combination with a binder, such as a varnish, insulated superconductive to produce semiconductor keys having a resistance of <B> 1 to 1000 </B> megohms relatively <B> to, < / B> a film with a thickness of <B> 0.075 to 0.1 </B> mm, produces keys whose resistance is not constant. This resistance increases in such a way that after a few years the semi-conductive layer no longer fulfills the required conditions.
The application of semi-conductive coats, under. form - of a paint on isolated couplers, in order to avoid the formation of effluents, is not advantageous in certain cases being - given the fact that the layers of paints are liable to disintegrate - by as a result of normal expansion or contraction of organs, or for other reasons.
It is then possible to use <B> to </B> a ru ban coated with a semiconductor material which is wound on the surfaces of the insulated conducflowers instead of covering these surfaces with paint.
It has been found that anthracite of substantially colloidal dimensions and less <B> 10% </B> volatile matter is capable of providing a semi-conductive paint avoiding the aforementioned drawbacks.
The present invention therefore has for <B> object </B> a composition for obtaining a semiconductor mass intended <B> for </B> the protection of electrical insulation and containing a u..queuse colloidal suspension of anthracite having less than <B> 10% </B> of volatile matter and an organic substance soluble in water and capable <B> there </B> to form a film during the application of said complositiou on a support.
The accompanying drawing shows various a # p- # plitati-ons of the composition according to the invention. La, fi.g. <B> 1 </B> is a partial view, paxtie, of an oletro-dynamic apparatus. Fig. 2 shows a fragment of a cross-section, <B> to </B> larger scale, <B> -of </B> ru- Zn ban prepared <B> with </B> the help of the composition according to the invention.
Fig. <B> 3 </B> is an elevation fragment representing a method of applying semiconductor layers to a conductor.
The resistance of Fanthratite depends on its origin so that by incorporating it in various proportions into an organic material capable of <B> </B> forming a film, it is possible to obtain surface resistances of about <B> 1 at 1000 </B> megohms per em2 for a film with a thickness of <B> 0.075 to 0.1 </B> mm. The resistance can be checked and adjusted by mixing anthracite from <B> </B> several sources.
In addition, the strength of anthracite <B>- </B> depends largely on the percentage of volatiles <B> y </B> included. Humidity and hydrocarbons are taken into account as volatile materials, as well as other materials which are released during heating, from #charcoal <B> to </B> a high temperature. The following table refers to <B> </B> six anthracite samples from the State, Penisylvania.
EMI0002.0062
<I> Table <SEP> <B>1:</B> </I>
<tb> Sample <SEP>% of material <SEP> Electrical <SEP> resistance
<tb> <B><I>NO</I> </B> <SEP> volatile <SEP> en;
'megohms
<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> The electrical resistances mentioned in table I, measured on carbon alone, are quite different from that which are reached, incorporating antliratitis is a binder. However, these vary almost directly with those of the different pulverized coals.
<B> 1 </B> For the preparation of the composition according to the invention, the anthraciff known under the name of <B>, wheat </B> black "No <B> to < / B> (Buckweat) A mixture of anthracites from different sources is advantageously employed in proportions determined by experience, in this way a mixture of predetermined strength is obtained. It is, of course, rare that a #seuJe vaxiety of an Thracite is appropriate for the intended purpose.
The charcoal can first be ground <B> to </B> a fineness such that it passes through a sieve of <B> 10.0 </B> meshes per cm #. We can then proceed as follows: The coal is subjected <B> to </B> a grinding in a <B> with </B> ball or <B> </B> tube mill, for example, depp6férenoe # , in the absence of water for a <B> period </B> of approximately 24 hours until collideal fineness. <B> It </B> is advantageous to use a suspension of <B> 30% </B> of charcoal in water.
During grinding, small portions taken out of the grinder are examined to be convinced that the charcoal has the desired fineness. A practical method of determining the degree of pulverization of the charcoal is to introduce a dispersion of 0.0-1 <B>% </B> -of charcoal in water i in a -cell. a photoelectric colorimeter. When, the light transmission of the coal scatter is about <B> to </B> the grinding can be considered sufficient.
Light transmission values of # / 1 <B>% to 10% </B> indicate heavy grinding. A 5% <B> light </B> transmission appears to # correspond to, average particles less than one micron: The product in the 'ball mill' is then i passed <B> through </B> through a fine mesh <B> </B> fabric to remove any unwanted material.
The substantially colloidal charcoal, suspended in water, is then mixed with a water-soluble resin, gum or <B> 1 </B> a-Liters substances soluble in water and suitable <B> to < / B> form a movie. Gum arabic has been found to be particularly suitable.
However, you can also use <B> 1,% </B> tragacanth gum, as well as gum, gatti. Li # oilyvin3, ic alcohol, which is derived, by hydrolysis of a poqyviny-liqu # ,, ester, in a water-soluble form, e'e, st-à-, ie resulting from 'hydrolysis <B> to </B> at least <B> 70%. </B> Other examples of water soluble -soluble organic materials are methyl cellulose and glue <B> to </B> casein.
<B> A </B> by way of example, -the pre-brewing of a composition containing gum, ara) bique is -described in the following. The quantity of gum arabic can vary from <B> 10 to 75 </B> 7o relative to the weight; total -charcoal and gum. Add the gum <B> to </B> the carbon slurry and enough water to dissolve the resin. The total amount of water is generally in the ratio of at least <B> 3 </B> parts of water per part of coal and resin.
To stabilize the suspension and prevent <B> </B> separation of the gum, approximately <B> 1% </B> - ammonia is added than based on the weight of gum arabic. Obviously, other stabilizers can also be used.
By a complete mixture of colloidal anthracite, gum arabic, water and ammonia, a stable suspension results which is suitable for application to organs such as semi-co-ordination. -conductive.
A viscosity of 10 # <B> to </B> <B> 100 </B> seconds No <B> 1 </B> Demmler, is # satisfactory. Fig. <B> 1 </B> of the drawing represents the heads of the winding of a mechanical-dynamic apparatus, <B> 10 </B> on which the semiconductor com position is applied.
The apparatus <B> 10 </B> -6on-, sis, te-en unî, - plurality of sheets 12 of magnetic material held in position by the end plates 14. Slots or grooves <B> 16 </B> provided in the magnetic material 12 retain windings: <B> 18 </B> composed of electrically insulated conductors.
The <B> 18 </B> reducers end in the heads of the 20 # winding, where they are interposed and turned upside down, to be fixed in other suitable slots. <B> In </B> -reason 61, powerful electromagnetic forces which originate # ë1anÊ #, the, -conductors, and which would cause.
displacements of these and -of vibrations .-, destructive, it is necessary to tie or intertwine the -conductors with each other and to fix them to the ends of the winding heads. <B> A </B> This effect, one can provide -pieces, spacing 22 in an insulating material, such as wood, or a semiconductor composition inserted between the successive ends of the windings, in such a way that they are clearly spaced.
Knots and ties 24 are applied around successive conductors to rigidly secure the heads of the windings <B> 20 </B> to the space blocks 22 and thus prevent any vibration. <B> A </B> the place where the windings <B> 18 </B> exit from the groove <B> 16, </B> - we will usually have the grooved wedge-shaped spacers <B> 26 . </B> These pieces & 'spacing may look <B> like </B> those used for blocks 2.2.
<B> 28 </B> knots or ligatures are mounted around the <B> 26 </B> blocks -in their channels to rigidly fix the wedge-shaped blocks. In some rias, transverse <B> 30 </B> ligatures between the successive windings are irio, used in the vicinity of the <B> 26. </B> blocks.
The composition according to the invention is preferably applied to the insulated surfaces of the conductors <B> 18 to, </B> 20 before the a-ssembla, e of the apparatus <B> 10. </B> De in this way it is possible to ensure a complete and uniform coating of each one, - delles. Since the winding heads 20 generally have a narrow construction,
it is very difficult to apply the semiconductor compwition after assembly-.Pl of the device. When the wraps <B> 18 to </B> 20 have been placed in the appliance and the spacers 22 and <B> 26 </B> have been applied and the ligatures 24, <B > 2! 8 </B> and <B> 310 </B> intertwined and fixed, the whole assembly is brought <B> to </B> the earth by the groove parts of the windings <B> 18 </B> which are coated with a layer of low resistance <B> </B> graphite,
this being in contact with the wall-grooves <B> 16. </B> The whole can then be painted with an insulating varnish resistant to atmospheric influences, this layer being an additional protection against humidity. Such a layer of varnish does not prevent the. # semi-, conductive layer 32 of # fulfilling its function.
The <B> 32 </B> layer can be formed by simply applying the protective composition in the form of a paint to each of the insulated conductors; it is obvious that one or more of these layers can be completed. It is also possible to proceed by coating the insulated conductors with a semiconductor tape prepared beforehand with the semiconductor composition.
The fi ,. 2 shows a cross section of a ru-ban s, emi-.eonducteti # r 40 comprising a fibrous material 4-2 of glass fibers, cotton fibers or asbestos or any other desired material, said tape being impregnated with the -composition according to the invention.
This ribbon can advantageously be prepared by simply dipping the fibrous material into the slurry and then passing it between rollers to remove excess slurry. Moisture can be removed by drying in an oven or by exposing the thus treated tape <B> to </B> of, - infra-, red lamps or by some other method. For some purposes, however, the tape will only be partially dried.
A certain lightness can be maintained in the tape by keeping it in cans with water in the bottom or by other suitable means. Thanks to this humidity, the tape bends better than a completely dried tape, moreover, a wet tape has still other advantages which will be described below.
The tape can be applied to insulated conductors so that the successive spirals partially overlap. It has been found that a ribbon containing an appreciable amount of moisture, which makes the organic matter go into the composition, by (# xempl.e. <B> of </B> gum arabic, slightly sticky and plastic, empélie the formation of voids between the various turns of the tape.
When a tape thus applied is dried, the conductor can exhibit high voltages without generating corona between the convolutions of the tape. The total surface of the pipe is not substantially free of flutes. This advantage does not. is not found in semiconductor ribbons known heretofore and constitutes a significant advantage of the tape produced with the claimed semiconductor composition.
Also used as a semi-conductive layer <B> 312, </B> the tape 40 can be used for knots or ligatures 24, <B> 28 </B> and <B> 30. </ B >
The semiconductor composition can be applied to the conductors <B> 18 to </B> 20 in another way, which has certain advantages over the methods described above. As shown in fig. <B> 3, </B> the insulated conductor <B> 50 </B> is first of all covered # rt with a layer <B> 5C- of, </B> the -composition.
This <B> 52 </B> <B> <B> wet </B> layer is enveloped by a porous fibrous tape 54, untreated of fiberglass, cotton or asbestos, etc. The tape 54 is applied with sufficient pressure to cause the <B> to 2 </B> semiconductor layer to penetrate the tape and to ooze <B> through </B> the gaps of said tape. Then an outer layer <B> 56 </B> of the colloidal suspension is applied to the tape 54. The semiconductor layer thus obtained is extremely stable. The tape 54 prevents crumbling.
If the blocks 22 and <B> 26 </B> are made of wood or some other insulating electric material, they can be made semiconductor <B> at </B> their surfaces in order to reduce the potential between the -successive ends of the windings, by the application of a layer of said colloidal suspension. During drying, the blocks can be inserted between the coils in a #dinary fashion.
The entire assembly <B> 10 </B> can also be dipped in a paint or enamel resistant to atmospheric agents or covered <B> with, </B> using a brush or by spraying with the udder one coat of said paint. Such a paint is advantageous in that it prevents atmospheric moisture from acting on the water-soluble organic substance.
<B> A </B> By way of example, to show the remarkable uniformity and stability of the semiconductor products in question, the insulation of a coil has been covered with a layer of a thickness of <B> 0.075 to. 0J </B> mm -of a composition -conforming <B> to </B> the invention -and we applied <B> qué </B> to this layer, after drying,
an insulating enamel resistant to atmospheric influences. The coil was then heated in an oven <B> at </B> 200 '<B> C. </B> The resistance of the semiconductor paint layer was then 4th <B> 0.18 </B> megohms after treatment (<B> 16 </B> h.
<B> At </B> the end of <B> 30 </B> days, the resistance was 0.18 megohms. The <B> to </B> 200, '<B> C </B> test for a period of one month is equivalent to <B> </B> approximately five years of employment under normal conditions . It therefore emerges that the semiconductor layers obtained with the composition according to the invention are extremely stable, even if they are subjected <B> to </B> high temperatures.
When tape is applied to electrical devices, adhesive can be applied to the surface of the insulation to eliminate any possibility of a vacuum retaining gas under the turns of the tape. <B> A < / B> -This effect, in, can apply a solution -de polyisobutylene or asphalt or a. other adhesive substance on the surface of the insulations, so that when the tape is applied, the polyisobutylene, for example, will fill the empty space under the tape.
Another advantage of this way of operating lies in better adhesion of the ru-ban to the driver.
A semiconductor tape prepared with a composition according to the invention was applied <B> in </B> the wet state, on reels, without having previously painted these coils. The dry resistance of the tape was 20 megohms and the glass cloth tape, with a thickness of <B> 0.25 </B> mm, was after l application of the composition, a total thickness of <B> 0.3 </B> mrm. The coils to which the ru-ban was applied were tested <B> at </B> <B> 13,800 </B> volts.
Then, after placement of the tape, a test voltage of <B> 29,000 </B> volts was applied for one minute without being able to observe the formation of tributaries. Subsequently, 4000) 0. volts were applied for a considerable period of time without observation of any corona <B> at </B> any end of the coils. This high voltage would therefore not cause any harmful effect on the insulation of the coils.
By employing, for example, colloidal anthracite suspensions containing gum arabic, a maximum variation in strength of <B> </B> 20% between parts of a winding head can be obtained.