CH618286A5

CH618286A5 -

Info

Publication number: CH618286A5
Application number: CH1357377A
Authority: CH
Inventors: Michel Aguet; Philippe Blech
Original assignee: Fribourg Condensateurs
Priority date: 1977-11-08
Filing date: 1977-11-08
Publication date: 1980-07-15
Also published as: SE7811409L; IT1108428B; DE2847775A1; IT7869488A0; FR2408202A1; GB2007432A; JPS5478454A

Description

La présente invention concerne un condensateur à haute tension comprenant d'une part des éléments de condensateurs connectés entre eux et constitués par des électrodes et un film isolant disposé entre elles et imprégné d'un agent diélectrique, 'et un corps dans lequel sont emprisonnés lesdits éléments. The present invention relates to a high-voltage capacitor comprising on the one hand capacitor elements connected to each other and constituted by electrodes and an insulating film disposed between them and impregnated with a dielectric agent, and a body in which are trapped elements.

Elle concerne également un procédé de fabrication de ce type de condensateur. It also relates to a method of manufacturing this type of capacitor.

Les éléments de condensateurs connus, constitués par un bobinage concentrique ou en zig-zag de couples d'électrodes - The elements of known capacitors, constituted by a concentric or zigzag winding of pairs of electrodes -

film isolant sont habituellement maintenus et comprimés au moyen de flasques isolants et introduits, selon leur utilisation, dans des boîtiers conducteurs (par exemple lorsqu'ils sont destinés à la compensation de l'énergie réactive) ou dans des boîtiers isolants (par exemple lorsqu'ils sont destinés à l'équilibrage des chambres de disjoncteurs). Le boîtier est ensuite rempli du liquide diélectrique qui a également servi à l'imprégnation des éléments de condensateurs. insulating film are usually held and compressed by means of insulating flanges and introduced, according to their use, in conductive housings (for example when they are intended for the compensation of reactive energy) or in insulating housings (for example when they are intended for balancing the circuit breaker chambers). The housing is then filled with the dielectric liquid which has also been used for impregnating the capacitor elements.

Le gros inconvénient de ces condensateurs provient de l'utilisation d'un liquide dans lequel sont immergés les éléments de condensateurs. Les questions de dilatation et la détérioration des joints entraînent des défauts d'étanchéité et des fuites préjudiciables au bon fonctionnement du condensateur et posent également le problème de la protection de l'environnement. The big disadvantage of these capacitors comes from the use of a liquid in which the elements of capacitors are immersed. The questions of expansion and deterioration of the seals lead to leaks and leaks detrimental to the proper functioning of the capacitor and also pose the problem of environmental protection.

La présente invention se propose de remédier à ces inconvénients en réalisant un condensateur haut-tension ayant une bonne rigidité diélectrique, un faible taux de décharge partielle et un facteur de pertes diélectriques minimal, et pour lequel les risques de fuites de liquide diélectrique ont été supprimés. The present invention proposes to overcome these drawbacks by providing a high-voltage capacitor having good dielectric strength, a low partial discharge rate and a minimum dielectric loss factor, and for which the risks of leakage of dielectric liquid have been eliminated. .

Dans ce but le condensateur selon l'invention est caractérisé en ce que ledit corps est constitué par une masse isolante au moins partiellement solidifiée contenant un agent diélectrique liquide en phase dispersée. For this purpose, the capacitor according to the invention is characterized in that said body is constituted by an insulating mass at least partially solidified containing a liquid dielectric agent in dispersed phase.

Le procédé de fabrication de ce condensateur est caractérisé en ce que les éléments de condensateurs préalablement séchés sous vide sont introduits dans un moule, en ce qu'on remplit au moins partiellement l'espace entre les éléments de condensateurs et les parois internes du moule par une charge de particules solides isolantes, en ce qu'on place le contenu du moule sous vide, en ce qu'on introduit sous atmosphère contrôlée une masse fluide isolante au moins partiellement solidifiable destinée à remplir les espaces intercalaires, en ce qu'on laisse se solidifier ladite masse fluide isolante. The method of manufacturing this capacitor is characterized in that the elements of capacitors previously dried under vacuum are introduced into a mold, in that the space between the elements of capacitors and the internal walls of the mold is at least partially filled by a charge of insulating solid particles, in that the contents of the mold are placed under vacuum, in that an insulating fluid mass at least partially solidifiable for filling the intermediate spaces is introduced under a controlled atmosphere, so that solidify said insulating fluid mass.

La présente invention sera mieux comprise en référence à la description d'un exemple de réalisation et au dessin annexé qui illustre en coupe un condensateur haute tension extrait du moule qui a servi à sa fabrication (figure unique). The present invention will be better understood with reference to the description of an exemplary embodiment and to the accompanying drawing which illustrates in section a high voltage capacitor extracted from the mold which was used for its manufacture (single figure).

Le condensateur représenté se compose d'un bloc solide 1 de forme prismatique ou cylindrique obtenu par solidification au moins partielle d'une masse fluide isolante au moins partiellement durcie, dans laquelle on a introduit, avant la solidification, une liquide diélectrique en phase dispersée. Dans le but de limiter les contraintes mécaniques, d'augmenter la conductibilité thermique et de minimiser la quantité durcissable par un apport de matière comparativement peu coûteuse, on peut introduire dans le moule une charge minérale constituée par des grains de quartz ou d'alumine, ou toutes autres matières peu coûteuses ayant une granulométrie suffisante, par exemple 100 |xm à 1,2 mm de diamètre, et compatibles avec le composé durcissable. The capacitor shown consists of a solid block 1 of prismatic or cylindrical shape obtained by at least partial solidification of an insulating fluid mass at least partially hardened, into which a dielectric liquid in dispersed phase has been introduced before solidification. In order to limit the mechanical stresses, to increase the thermal conductivity and to minimize the curable quantity by a comparatively inexpensive addition of material, it is possible to introduce into the mold a mineral filler constituted by grains of quartz or alumina, or any other inexpensive material of sufficient size, for example 100 µm to 1.2 mm in diameter, and compatible with the curable compound.

A l'intérieur de ce bloc solide sont empilés les éléments de condensateurs 2, connectés électriquement au moyen de lamelles de connexion 3. Les éléments se composent d'enroulements plats de bandes métalliques servant d'électrodes séparées par un support diélectrique généralement constitué par plusieurs feuilles isolantes superposées telles que feuilles de papier, films synthétiques ou une combinaison de ces matériaux. Des flasques isolants 4 et 5 maintenus par des clavettes isolantes 6 et 7 compriment les éléments de condensateurs 2 en les maintenant en position pendant la solidification du composé durcissable. Les flasques et clavettes peuvent être remplacés par un bandage longitudinal en fibres de verre qui s'imprègne et sera pris dans la masse durcissable. Deux contact 8 et 9 assurent le raccordement électrique du condensateur au circuit dans lequel il est utilisé. Inside this solid block are stacked the capacitor elements 2, electrically connected by means of connection strips 3. The elements consist of flat windings of metal strips serving as electrodes separated by a dielectric support generally consisting of several overlapping insulating sheets such as sheets of paper, synthetic films or a combination of these materials. Insulating flanges 4 and 5 held by insulating keys 6 and 7 compress the capacitor elements 2 while holding them in position during the solidification of the curable compound. The flanges and keys can be replaced by a longitudinal band of glass fibers which is impregnated and will be taken in the hardenable mass. Two contacts 8 and 9 ensure the electrical connection of the capacitor to the circuit in which it is used.

Le composé durcissable utilisé est de préférence une résine choisie parmi le groupe de résines suivantes: résine polysty- The curable compound used is preferably a resin chosen from the following group of resins: polysty-

s s

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

«0 "0

65 65

3 3

618 286 618,286

rène, résine silicone, résine polyester, résine époxy, résine polyéthylène, et résine polyuréthane. reene, silicone resin, polyester resin, epoxy resin, polyethylene resin, and polyurethane resin.

Le procédé de fabrication comporte une première phase consistant à préparer les éléments de condensateurs et une seconde phase ayant pour résultat l'occlusion de ces éléments s dans une masse diélectrique au moins partiellement solide. The manufacturing process comprises a first phase consisting in preparing the capacitor elements and a second phase resulting in the occlusion of these elements s in an at least partially solid dielectric mass.

Les éléments de condensateurs constitués par des enroulements ou des zig-zag de couples d'électrodes - film isolant, The capacitor elements formed by windings or zigzag pairs of electrodes - insulating film,

sont longitudinalement comprimés au moyen de flasques isolants et reliés entre eux, en série ou en parallèle au moyen de io contacts pressés ou soudés, par exemple en cuivre étamé ou en aluminium. Ce groupe d'éléments empilés constitue une unité de capacité. Une phase de dégazage sous vide poussé à 10~3 mm de mercure et de chauffage permet d'évacuer la quasi-totalité de l'eau résiduelle contenue dans les éléments de con- 15 densateurs. Tout en maintenant lesdits éléments sous vide, on peut imprégner leur support diélectrique à l'aide d'un agent diélectrique tel que par exemple de l'huile minérale, de l'huile synthétique òu du diphényle chloré, destinés à remplir les lames d'air et les vacuoles interdiélectriques. Il est également 2" possible d'utiliser un agent déionisateur, par exemple de la résine-base sans accélérateur, pour imprégner les éléments. are longitudinally compressed by means of insulating flanges and connected together, in series or in parallel by means of pressed or welded contacts, for example of tinned copper or aluminum. This group of stacked elements constitutes a unit of capacity. A degassing phase under high vacuum at 10 ~ 3 mm of mercury and heating makes it possible to remove almost all of the residual water contained in the condenser elements. While maintaining said elements under vacuum, one can impregnate their dielectric support using a dielectric agent such as for example mineral oil, synthetic oil or chlorinated diphenyl, intended to fill the blades with air and interdielectric vacuoles. It is also 2 "possible to use a deionizing agent, for example resin-base without accelerator, to impregnate the elements.

Les éléments imprégnés sont ensuite remis sous pression atmosphérique pour une opération d'ajustage de la capacité de l'unité par pontage ou interruption des contacts. Cependant, 25 l'opération d'imprégnation préalable n'est pas indispensable. En effet, selon les agents diélectriques et les résines choisis, les condensateurs réalisés présentent de très bonnes caractéristiques diélectriques lorsqu'on place directement les éléments dans les moules sans imprégnation préalable. L'unité ainsi 30 préparée est ensuite placée dans un moule où elle est lavée au moyen d'un gaz diélectrique qui expulse l'air des alvéoles existantes dans l'unité de capacité. Le gaz d'imprégnation utilisé à cet effet peut appartenir au groupe suivant: tétrachlorure de carbone, trichlorométhane, hexafluorure de soufre, 3s difluoro-dichlorométhane, tétrafluoro-méthane et azote. The impregnated elements are then returned to atmospheric pressure for an operation of adjusting the capacity of the unit by bridging or interrupting the contacts. However, the prior impregnation operation is not essential. Indeed, according to the dielectric agents and the resins chosen, the capacitors produced have very good dielectric characteristics when the elements are placed directly in the molds without prior impregnation. The unit thus prepared is then placed in a mold where it is washed by means of a dielectric gas which expels air from the cells existing in the capacity unit. The impregnation gas used for this purpose can belong to the following group: carbon tetrachloride, trichloromethane, sulfur hexafluoride, 3s difluoro-dichloromethane, tetrafluoro-methane and nitrogen.

L'unité de capacité est dégazée une nouvelle fois sous vide poussé et sous température. Un malaxeur directement relié au moule prépare le mélange de résine et de liquide diélectrique approprié. Le liquide diélectrique utilisé est de préférence le 40 même que celui qui imprègne le support diélectrique des éléments de condensateurs. La résine contenant le liquide diélectrique en phase dispersée est introduite dans le moule, de préférence sous pression de gaz isolant. On peut également, comme mentionné précédemment, remplir au moins partiellement l'espace entre l'unité de capacité et les parois du moule d'une charge minérale. Cette matière peut être introduite dans le moule immédiatement après la mise en place de l'unité de capacité, ou bien être mélangée à la résine et au liquide diélectrique dans le malaxeur. Bien entendu, les particules minérales doivent être préalablement séchées au four, lavées par un gaz diélectrique et dégazées avant d'être mises en contact avec les autres composants de la masse isolante. The capacity unit is degassed again under high vacuum and under temperature. A mixer directly connected to the mold prepares the appropriate mixture of resin and dielectric liquid. The dielectric liquid used is preferably 40 the same as that which permeates the dielectric support of the capacitor elements. The resin containing the dispersed phase dielectric liquid is introduced into the mold, preferably under pressure of insulating gas. It is also possible, as mentioned previously, to fill at least partially the space between the capacity unit and the walls of the mold with a mineral filler. This material can be introduced into the mold immediately after the establishment of the capacity unit, or else be mixed with the resin and the dielectric liquid in the mixer. Of course, the mineral particles must first be dried in the oven, washed with a dielectric gas and degassed before being brought into contact with the other components of the insulating mass.

Après un cycle thermique nécessaire à la polymérisation de la résine, qui s'opère de préférence sous atmosphère de gaz diélectrique, le condensateur est extrait du moule et disposé dans une capsule adaptée à l'utilisation future du condensateur. After a thermal cycle necessary for the polymerization of the resin, which preferably takes place under an atmosphere of dielectric gas, the capacitor is extracted from the mold and placed in a capsule suitable for the future use of the capacitor.

La capsule, qui constitue l'abillage des modules bruts varie selon les utilisations des condensateurs. Le module peut être gainé par un produit synthétique, par exemple du P.V.C, (chlorure de polyvinyle) du téflon ou de l'EPDM (caoutchouc terpolymère éthylène-propylène-diène) lorsqu'il est monté dans une installation blindée. The capsule, which constitutes the covering of the raw modules, varies according to the uses of the capacitors. The module can be sheathed with a synthetic product, for example P.V.C, (polyvinyl chloride), teflon or EPDM (ethylene-propylene-diene terpolymer rubber) when it is mounted in an armored installation.

Il peut également être gainé et muni de jupes en produit synthétique, par exemple de la résine époxy, du téflon ou de l'EPDM, en vue d'une utilisation dans des installations intérieures et extérieures. Il peut également être utilisé à l'état brut ou inséré ou collé dans un fût de protection en porcelaine ou en verre. It can also be sheathed and fitted with synthetic product skirts, for example epoxy resin, Teflon or EPDM, for use in indoor and outdoor installations. It can also be used in the raw state or inserted or glued in a porcelain or glass protective barrel.

L'expérience a démontré que la quantité de liquide diélectrique en phase dispersée doit être adaptée selon les produits choisis. A titre d'exemple, elle ne doit pas dépasser 25 % du poids de la résine lorsque le liquide diélectrique est de l'huile minérale. On atteint un optimum pour un pourcentage compris entre 5 et 15 %. Experience has shown that the quantity of dielectric liquid in the dispersed phase must be adapted according to the products chosen. For example, it should not exceed 25% of the weight of the resin when the dielectric liquid is mineral oil. An optimum is reached for a percentage between 5 and 15%.

Le condensateur à haute tension décrit ci-dessus supprime les risques d'auto-détérioration et les risques de pollution de l'environnement qui sont inhérents aux condensateurs haute tension à bain d'huile. L'huile étant extrêmement fluide et les écarts de température auxquels les condensateurs sont soumis étant très importants, on peut affirmer que dans la pratique, les risques de fuite ne sont pas négligeables. Le condensateur selon l'invention supprime ces risques et répond par ailleurs à toutes les prescriptions nationales et internationales en matière de condensateurs haute tension. The high voltage capacitor described above eliminates the risks of self-deterioration and the risks of environmental pollution which are inherent in high voltage oil bath capacitors. The oil being extremely fluid and the temperature differences to which the capacitors are subjected being very large, it can be said that in practice, the risks of leakage are not negligible. The capacitor according to the invention eliminates these risks and also meets all the national and international regulations for high voltage capacitors.

B B

1 feuille dessins 1 sheet of drawings

Claims

618,286

1. High voltage capacitor, comprising on the one hand capacitor elements connected to each other and constituted by electrodes and an insulating film disposed between them and impregnated with a dielectric agent, and a body in which said elements are trapped, characterized in that said body is constituted by an at least partially solidified insulating mass containing a liquid dielectric agent in dispersed phase.

2. Capacitor according to claim 1, characterized in that the insulating mass at least partially solidified comes from a curable resin.

2

3. Capacitor according to claim 2, characterized in that the curable resin is chosen from the group of following compounds: polystyrene resin, silicone resin, polyester resin, epoxy resin, polyethylene resin, polyurethane resin.

4. Capacitor according to claim 1, characterized in that the dielectric agent is chosen from the group of following compounds: mineral oil, synthetic oil, chlorinated diphenyl.

5. Capacitor according to claim 1, characterized in that the dielectric agent is a deionization agent.

6. Capacitor according to claim 1, characterized in that said body comprises, in addition to the insulating mass, a charge of insulating solid particles.

7. Capacitor according to claim 6, characterized in that said insulating solid particles are grains of mineral matter.

8. A method of manufacturing a high voltage capacitor according to claim 1, characterized in that the elements of capacitors previously dried under vacuum are introduced into a mold, in that at least partially fills the space between the elements of capacitors and the internal walls of the mold by a charge of solid particles, in that the contents of the mold are placed under vacuum, in that an insulating fluid mass at least partially solidifiable intended to fill the spaces is introduced under controlled atmosphere inserts, in that said insulating fluid mass is allowed to solidify.

9. Method according to claim 8, characterized in that the capacitor elements are impregnated with a dielectric agent after having been dried and before being introduced into the mold.

10. Method according to claim 8, characterized in that the introduction into the mold of the insulating mass at least partially solidifiable se.fait under an insulating gas pressure.

11. Method according to claim 10, characterized in that the insulating gas is chosen from the group of following compounds: carbon tetrachloride, trichloromethane, sulfur hexafluoride, difluoro-dichloromelhane, tetrafluoromethane, nitrogen.

12. Method according to claim 8, characterized in that the insulating fluid mass is a curable resin, the polymerization of which is carried out during a thermal cycle comprising a heating phase followed by a cooling phase of the mold.