CH666368A5

CH666368A5 - HIGH VOLTAGE CAPACITOR WITH HIGH ENERGY DENSITY.

Info

Publication number: CH666368A5
Application number: CH4234/85A
Authority: CH
Inventors: Albert Cansell; Michel Boussange
Original assignee: Atesys
Priority date: 1984-10-02
Filing date: 1985-10-01
Publication date: 1988-07-15
Also published as: ES548130A0; DK445285A; GB2167234B; IT8567842A0; NL8502688A; SE8504489L; CA1285035C; SE8504489D0; KR860003636A; GR852387B; DK445285D0; GB2167234A; ES8800782A1; IT1215603B; NO853872L; ZA857600B; AU4827285A; IE56879B1; IE852415L; GB8524137D0

Description

La présente invention est l'extension du champ d'applications d'un procédé initialement déposé dans la demande de brevet allemand N° 3.312.076. Cette demande décrit un type de condensateur 30 ayant une densité d'énergie supérieure à 0,5 J/cm3 et pouvant atteindre 1,2 J/cm3, alors que, d'après l'état de la technique précédant ce brevet, une densité d'énergie de 1 J/cm3 n'avait jamais été atteinte. The present invention is the extension of the field of application of a process initially filed in the German patent application No. 3.312.076. This application describes a type of capacitor 30 having an energy density greater than 0.5 J / cm3 and up to 1.2 J / cm3, while, according to the state of the art preceding this patent, a density energy of 1 J / cm3 had never been reached.

Le domaine entre 0,5 et 0,8 J/cm3 avait certes été atteint, mais exclusivement par des condensateurs utilisant un diélectrique parti-35 culier (fluorure de polyvinylidène, ayant le nom de marque «K-Film»). Or, ces condensateurs au «K-Film» n'atteignent cette densité d'énergie qu'au prix de pertes diélectriques tellement élevées que ces condensateurs sont totalement exclus pour des applications où le condensateur doit travailler de façon soutenue et à une certaine 40 fréquence. Ils sont donc restreints à des applications ayant une fréquence de fonctionnement très réduite, telles que le défibrillateur cardiaque. Ces condensateurs ont, d'autre part, en raison de ce diélectrique spécial, un prix au joule 3 à 4 fois plus élevé que les condensateurs ayant un diélectrique courant. Le type de condensateur 45 faisant l'objet de ce brevet allemand n'ayant pas les inconvénients du «K-Film», il est donc seul à pouvoir être considéré pour une densité d'énergie supérieure à 0,5 J/cm3 dans la plupart des cas autres que le défibrillateur cardiaque. The range between 0.5 and 0.8 J / cm3 had certainly been reached, but exclusively by capacitors using a particular dielectric (polyvinylidene fluoride, having the brand name "K-Film"). However, these “K-Film” capacitors reach this energy density only at the cost of dielectric losses so high that these capacitors are completely excluded for applications where the capacitor must work in a sustained manner and at a certain frequency. . They are therefore restricted to applications with a very low operating frequency, such as the cardiac defibrillator. These capacitors have, on the other hand, because of this special dielectric, a price per joule 3 to 4 times higher than the capacitors having a current dielectric. Since the type of capacitor 45 which is the subject of this German patent does not have the drawbacks of the “K-Film”, it is therefore the only one that can be considered for an energy density greater than 0.5 J / cm 3 in the most cases other than the cardiac defibrillator.

C'est ce fait qui a motivé la titulaire à étendre le champ d'appli-50 cations de cette invention initiale et à la perfectionner. En effet, le brevet antérieur était limité à un champ d'applications identique à ou proche de celui du défibrillateur cardiaque, et la titulaire a maintenant adapté l'application de son condensateur aux autres domaines que le défibrillateur cardiaque dans lesquels une densité d'éner-55 gie de 0,5 à 1,2 J/cm3 n'était pas connue jusqu'à ce jour. Une autre motivation de la titulaire était le fait que les densités d'énergie de 0,5 à 1,2 J/cm3 qui avaient été obtenues précédemment n'avaient été atteintes que sur quelques prototypes, et il était par la suite impossible d'obtenir les mêmes valeurs sur de nouvelles séries. L'objet de la prê-60 sente invention consiste donc également à définir les principes de base qui sont à l'origine de ces densités d'énergie, de manière à pouvoir les reproduire de façon fiable et même de les dépasser, pour atteindre des valeurs supérieures à 2 J/cm3. En ce qui concerne les nouveaux domaines visés, ce sont ceux d'un condensateur élémen-65 taire de haute tension et de haute densité d'énergie ayant de très nombreuses applications telles que stockage d'énergie, décharge, commutation et filtrage; il est du type général comportant deux armatures conductrices séparées par au moins une feuille de diélectri It is this fact which motivated the licensee to extend the field of applications of this initial invention and to perfect it. Indeed, the prior patent was limited to a field of applications identical to or close to that of the cardiac defibrillator, and the licensee has now adapted the application of its capacitor to fields other than the cardiac defibrillator in which an energy density -55 gie from 0.5 to 1.2 J / cm3 was not known until now. Another motivation of the licensee was the fact that the energy densities of 0.5 to 1.2 J / cm3 which had been previously obtained had only been achieved on a few prototypes, and it was subsequently impossible to obtain the same values on new series. The object of the present invention therefore also consists in defining the basic principles which are at the origin of these energy densities, so as to be able to reproduce them reliably and even to exceed them, in order to reach values greater than 2 J / cm3. With regard to the new fields targeted, these are those of an elementary capacitor-65 of high voltage and high energy density having very numerous applications such as energy storage, discharge, switching and filtering; it is of the general type comprising two conductive armatures separated by at least one dielectric sheet

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que, et ce condensateur élémentaire est caractérisé, selon la présente invention, par le fait qu'à chaque armature est associée au moins une feuille d'un premier diélectrique, que chaque armature est constituée d'une couche de métallisation ayant une résistance par unité de surface de 2 à 30 ohms, déposée sur un deuxième diélectrique consistant en un support de structure fibreuse, favorisant la régénération, de telle manière que le condensateur soit autocicatrisant, que le condensateur est imprégné d'un diélectrique liquide et que la nature et l'épaisseur de chacun des diélectriques ainsi que le diélectrique liquide sont choisis de telle manière que, au moment où le condensateur est soumis à sa tension nominale, le rapport entre le champ électrique moyen dans le diélectrique et la rigidité diélectrique intrinsèque soit sensiblement égal pour chacun des diélectriques. Cette caractérisation décrit les moyens de base mis en œuvre dans l'invention. Les performances qui peuvent être obtenues grâce à ces moyens sont le mieux résumées par deux grandeurs: le champ électrique moyen régnant dans le diélectrique du condensateur quand celui-ci travaille à sa tension nominale, ce champ étant d'environ 200 V/|im à plus de 400 V/jim, et la densité d'énergie volumique du condensateur à cette même tension, qui est de 0,5 J/cm3 à plus de 2 J/cm3. Nous montrerons d'ailleurs plus loin que ces deux performances, qui sont les plus marquantes d'un condensateur du type général visé plus haut, sont liées. that, and this elementary capacitor is characterized, according to the present invention, in that each armature is associated with at least one sheet of a first dielectric, that each armature consists of a metallization layer having a resistance per unit surface area of 2 to 30 ohms, deposited on a second dielectric consisting of a support with a fibrous structure, promoting regeneration, in such a way that the capacitor is self-healing, that the capacitor is impregnated with a liquid dielectric and that the nature and l thickness of each of the dielectrics as well as the liquid dielectric are chosen in such a way that, when the capacitor is subjected to its nominal voltage, the ratio between the mean electric field in the dielectric and the intrinsic dielectric rigidity is substantially equal for each dielectrics. This characterization describes the basic means implemented in the invention. The performances which can be obtained by these means are best summarized by two quantities: the mean electric field prevailing in the dielectric of the capacitor when the latter is working at its nominal voltage, this field being approximately 200 V / | im at more than 400 V / dm, and the energy density of the capacitor at this same voltage, which is from 0.5 J / cm3 to more than 2 J / cm3. We will also show later that these two performances, which are the most striking of a capacitor of the general type referred to above, are linked.

Ce champ électrique élevé et cette haute densité d'énergie sont atteints grâce à deux facteurs prépondérants; ces deux facteurs, qui se potentialisent mutuellement pour l'obtention des résultats donnés, sont les suivants: This high electric field and this high energy density are achieved thanks to two preponderant factors; these two factors, which potentiate each other for obtaining the given results, are the following:

1. la faculté d'autocicatrisation; 1. the faculty of self-healing;

2. l'exploitation presque totale de la rigidité diélectrique de chacun des diélectriques grâce à une répartition des champs électriques proportionnellement à la rigidité de chacun des diélectriques. 2. the almost total exploitation of the dielectric rigidity of each of the dielectrics thanks to a distribution of the electric fields in proportion to the rigidity of each of the dielectrics.

Définition: Dans tout le texte nous entendons par «tension nominale» («rated voltage») la tension d'utilisation maximale du condensateur. Elle correspond à une utilisation normale, c'est-à-dire avec une marge de sécurité suffisante, mais dans des applications où certaines contraintes, autres que la tension elle-même, sont faibles ou moyennes. Ces contraintes sont, par exemple, la fréquence de répétition si le condensateur est utilisé en décharge, la température ou d'autres paramètres. Si certains de ces paramètres sont élevés, le condensateur pourra travailler en «derating», à une tension d'utilisation particulière, inférieure à la tension «nominale». Definition: Throughout the text we mean by “rated voltage” the maximum operating voltage of the capacitor. It corresponds to normal use, that is to say with a sufficient safety margin, but in applications where certain stresses, other than the voltage itself, are low or medium. These constraints are, for example, the repetition frequency if the capacitor is used in discharge, the temperature or other parameters. If some of these parameters are high, the capacitor can work in "derating", at a particular operating voltage, lower than the "nominal" voltage.

1. Faculté d'autocicatrisation 1. Self-healing faculty

L'autocicatrisation est la faculté de «guérir» un défaut d'isolement quand il survient, par volatilisation de la métallisation dans la région du claquage. On peut ainsi exploiter l'ensemble du diélectrique placé entre les deux armatures jusqu'à un degré très élevé, puisque les défauts qui apparaissent sont éliminés. Self-healing is the ability to "cure" an insulation defect when it occurs, by volatilization of the metallization in the breakdown region. It is thus possible to exploit the whole of the dielectric placed between the two armatures to a very high degree, since the defects which appear are eliminated.

Cette faculté permet donc de se rapprocher de la limite d'isolement de l'ensemble des diélectriques, quel que soit le niveau où cette limite est située. C'est le rôle du second diélectrique et des caractéristiques de métallisation d'assurer cette fonction d'autocicatrisation. This faculty therefore makes it possible to approach the insulation limit of all the dielectrics, whatever the level where this limit is located. It is the role of the second dielectric and of the metallization characteristics to ensure this self-healing function.

En fait, le procédé d'autocicatrisation est connu depuis plusieurs décennies, mais n'a jamais été utilisé dans les conditions stipulées par la présente invention, et n'a donc jamais conduit aux mêmes résultats. Ce procédé n'a en particulier jamais été utilisé à la fois à des niveaux de tension, d'énergie et de champ électrique où l'invention le permet car, à certains de ces niveaux, le phénomène ne pouvait plus être contrôlé et entraînait la destruction du condensateur. In fact, the self-healing method has been known for several decades, but has never been used under the conditions stipulated by the present invention, and therefore has never led to the same results. This process has in particular never been used at the same time at voltage, energy and electric field levels where the invention allows it because, at some of these levels, the phenomenon could no longer be controlled and led to the destruction of the capacitor.

Ce problème est parfaitement posé dans le brevet français N° 7908375 dont nous citons ci-après les termes : This problem is perfectly posed in the French patent N ° 7908375 whose terms we quote below:

«Il est connu que, lors des contrôles en fin de fabrication ou de l'utilisation de tels condensateurs, les défauts du diélectrique donnent lieu à des décharges locales en forme d'arcs, oxydant ou vo-latisant localement l'armature métallisée. Ces décharges sont utiles car elles restaurent ainsi l'isolement normal. Ce processus est appelé «cicatrisation». “It is known that, during controls at the end of manufacture or the use of such capacitors, faults in the dielectric give rise to local discharges in the form of arcs, locally oxidizing or vo-latizing the metallic reinforcement. These discharges are useful because they restore normal isolation. This process is called "scarring".

« Cependant, pour des condensateurs d'une certaine capacité, et des tensions supérieures à quelques centaines de volts, l'énergie disponible pour une de ces décharges locales est telle que le condensateur peut être au moins localement détruit. Ce risque est d'autant plus grand que l'énergie stockée dans un condensateur est proportionnelle au carré de la tension, ce qui aggrave le danger de destruction dans le cas des condensateurs à haute tension.» “However, for capacitors of a certain capacity, and voltages greater than a few hundred volts, the energy available for one of these local discharges is such that the capacitor can be at least locally destroyed. This risk is all the greater as the energy stored in a capacitor is proportional to the square of the voltage, which increases the danger of destruction in the case of high voltage capacitors. "

La solution à ce problème, proposée par le brevet N° 7908375, est de cloisonner l'armature métallisée en de nombreuses parties par des lignes non conductrices, obtenues par faisceau laser, de manière à limiter l'énergie appelée au moment d'une cicatrisation. The solution to this problem, proposed by patent No. 7908375, is to partition the metallized reinforcement into numerous parts by non-conductive lines, obtained by laser beam, so as to limit the energy called up at the time of healing. .

Les valeurs de tension, de champ et d'énergie que permet d'atteindre cette dernière solution sont 1500 V, 187 V/nm (1500 V/ 8 um), et 112 J. The voltage, field and energy values that this latter solution achieves are 1500 V, 187 V / nm (1500 V / 8 µm), and 112 J.

Mais la solution qui est proposée dans ce brevet a les inconvénients suivants : complexité pour la démétallis.ation par faisceau laser, perte de capacité due à cette démétallisation, perte de capacité en fonctionnement au moment où l'un des créneaux métallisés est séparé. However, the solution which is proposed in this patent has the following drawbacks: complexity for demetallization by laser beam, loss of capacity due to this demetallization, loss of capacity in operation when one of the metallized slots is separated.

D'autre part, les valeurs de tension, de champ et d'énergie obtenues dans ce brevet sont bien inférieures à celles de la présente invention, dont les valeurs sont respectivement de 600 V à au moins 8000 V, 200 V/(im à plus de 400 V/^m et jusqu'à 500 J ou plus, pour un condensateur élémentaire. On the other hand, the values of voltage, field and energy obtained in this patent are much lower than those of the present invention, the values of which are respectively from 600 V to at least 8000 V, 200 V / (im to more than 400 V / ^ m and up to 500 J or more, for an elementary capacitor.

La solution donnée dans le présent brevet conduit donc à des résultats beaucoup plus intéressants, tout en utilisant des moyens plus simples, qui sont une métallisation ayant une résistance par unité de surface de 2 à 30 ohms déposée sur le second diélectrique consistant en un support ayant une structure fibreuse imprégnée. En d'autres termes, cette caractérisation, associée aux autres éléments de la présente invention, est à la base d'une «maîtrise» parfaite du phénomène de cicatrisation, et cela même pour les valeurs extrêmes de tension, de champ et d'énergie données plus haut. Cette maîtrise peut être mise en évidence par les constatations suivantes: The solution given in this patent therefore leads to much more interesting results, while using simpler means, which are a metallization having a resistance per unit area of 2 to 30 ohms deposited on the second dielectric consisting of a support having an impregnated fibrous structure. In other words, this characterization, associated with the other elements of the present invention, is the basis of a perfect "mastery" of the healing phenomenon, and this even for the extreme values of voltage, field and energy. given above. This control can be highlighted by the following observations:

— Quand un condensateur conforme à l'invention est sujet à une cicatrisation soit à cause d'une certaine durée de fonctionnement, soit parce que sa tension nominale est dépassée, l'énergie dissipée au moment de cette cicatrisation est toujours une très faible proportion de l'énergie totale du condensateur, par exemple 1 %. Ainsi, un condensateur selon l'invention, chargé à 5000 V, va par exemple voir baisser sa tension à environ 4980 V par suite d'une cicatrisation. La faiblesse de la chute de tension et d'énergie au moment de la cicatrisation est due au fait que le courant qui circule vers l'endroit qui cicatrise est limité par la résistance par unité de surface relativement élevée de la couche métallisée. L'épaisseur de métal étant d'autre part très réduite, la masse de métal à volatiliser sera faible. Une cicatrisation remarquable du condensateur selon l'invention est que la tension du condensateur n'a pas besoin de chuter pour arrêter le courant de cicatrisation; il s'arrête de lui-même en raison de la résistance de surface et de la finesse de la couche. - When a capacitor according to the invention is subject to scarring either because of a certain operating time, or because its nominal voltage is exceeded, the energy dissipated at the time of this scarring is always a very small proportion of the total energy of the capacitor, for example 1%. Thus, a capacitor according to the invention, charged at 5000 V, will for example see its voltage drop to around 4980 V as a result of scarring. The weakness of the drop in voltage and energy at the time of healing is due to the fact that the current which flows towards the place which heals is limited by the resistance per unit of relatively high surface area of the metallized layer. Since the metal thickness is very small, the mass of metal to be volatilized will be low. A remarkable healing of the capacitor according to the invention is that the voltage of the capacitor does not need to drop to stop the healing current; it stops on its own due to the surface resistance and the thinness of the layer.

— Une démonstration de l'excellente maîtrise de la cicatrisation dans un condensateur conforme à l'invention est l'expérience suivante: on prend un bobinage de condensateur conforme à l'invention, et on perce plusieurs couches de diélectrique en enfonçant dans le bobinage une aiguille sur une profondeur d'environ 1 mm, perpendiculairement à son axe, puis on la retire. Par après, on charge le condensateur. A la première charge, il y aura quelques très faibles crépitements (si le bobinage est à l'air), puis l'isolement sera à nouveau définitivement rétabli. - A demonstration of the excellent healing mastery in a capacitor in accordance with the invention is the following experiment: a coil of capacitor in accordance with the invention is taken, and several layers of dielectric are pierced by driving a needle to a depth of about 1 mm, perpendicular to its axis, then it is removed. Afterwards, the capacitor is charged. At the first charge, there will be some very weak cracklings (if the winding is in the air), then the isolation will be definitively restored again.

2. Exploitation des deux diélectriques dans la même proportion 2. Exploitation of the two dielectrics in the same proportion

Cette deuxième partie de la caractérisation principale se poten-tialise avec la faculté de cicatrisation car, alors que cette dernière permet d'aller jusqu'à la limite de l'isolement, la deuxième partie permet d'élever cette limite à des valeurs jamais atteintes. This second part of the main characterization is poten-tialized with the faculty of healing because, while the latter allows to go to the limit of isolation, the second part allows to raise this limit to values never reached .

En effet, le fait de choisir les différents paramètres des diélectriques de telle manière que le champ électrique dans chacun soit dans un rapport constant par rapport à sa rigidité diélectrique permet Indeed, the fact of choosing the various parameters of the dielectrics so that the electric field in each one is in a constant ratio compared to its dielectric rigidity allows

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15 15

20 20

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30 30

35 35

40 40

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d'exploiter les deux diélectriques à un même degré, par exemple 80%. Grâce à ce procédé, l'ensemble du diélectrique sera mieux exploité, et on peut atteindre un champ électrique moyen d'un niveau sans précédent. to exploit the two dielectrics to the same degree, for example 80%. Thanks to this process, the entire dielectric will be better exploited, and an average electric field of an unprecedented level can be reached.

Les valeurs du champ électrique moyen obtenues dans nos différentes réalisations vont de 200 V/|im à plus de 400 V/|im. Or, on démontre facilement que, pour un condensateur bobiné, la densité d'énergie volumique d est: The values of the average electric field obtained in our various embodiments range from 200 V / | im to more than 400 V / | im. However, it is easily demonstrated that, for a wound capacitor, the density energy density d is:

d = ^E2 d = ^ E2

avec s0 = permittivité absolue du vide er = permittivité relative du diélectrique E = champ électrique dans le diélectrique d étant proportionnel à E2, il est clair que, puisque l'invention permet un champ électrique plus que double par rapport à l'état de la technique (300 à 400 Vj\im par rapport à 150 V/(im), il en résulte une densité d'énergie pour les condensateurs plus de 4 fois supérieure. with s0 = absolute permittivity of the vacuum er = relative permittivity of the dielectric E = electric field in the dielectric d being proportional to E2, it is clear that, since the invention allows an electric field more than double compared to the state of the technical (300 to 400 Vj \ im compared to 150 V / (im), this results in an energy density for the capacitors more than 4 times higher.

Un procédé préférentiel pour l'exploitation égale des deux films de diélectrique consiste dans le fait de choisir les types de ces deux diélectriques ainsi que le diélectrique liquide qui les imprègne de telle manière que, pour chacun des diélectriques, le rapport entre la rigidité diélectrique et le champ électrique moyen dans le diélectrique soit sensiblement égal, la constance de ce rapport devant en particulier être vérifiée au niveau élevé de champ électrique tel que le prévoit l'invention. Il est bien entendu que les conditions d'imprégnation (température, degré du vide, durée du traitement) permettent d'agir sur ces différents paramètres. Un tel procédé pour agir sur la répartition favorable des champs électriques dans un diélectrique mixte n'est pas du tout connu et est même en contradiction avec les lois électriques habituellement admises. En effet, dans le cas d'un diélectrique mixte, le champ électrique dans chacun des deux diélectriques dépend de plusieurs paramètres de ces diélectriques. Considérons la figure la. A preferred method for the equal exploitation of the two dielectric films consists in choosing the types of these two dielectrics as well as the liquid dielectric which impregnates them in such a way that, for each of the dielectrics, the ratio between the dielectric strength and the mean electric field in the dielectric is substantially equal, the consistency of this ratio having in particular to be verified at the high level of electric field as provided for by the invention. It is understood that the impregnation conditions (temperature, degree of vacuum, duration of the treatment) make it possible to act on these different parameters. Such a method for acting on the favorable distribution of electric fields in a mixed dielectric is not at all known and is even in contradiction with the electrical laws usually accepted. Indeed, in the case of a mixed dielectric, the electric field in each of the two dielectrics depends on several parameters of these dielectrics. Consider figure la.

Les deux diélectriques (1) et (2) ont la même surface, des épaisseurs e, et e2, des constantes diélectriques relatives Sj et e2, des résis-tivités r! et r2 et, si on charge le condensateur à une tension U, il s'établit dans chacun des diélectriques des champs Ej et E2, et il apparaît sur chacun des diélectriques une tension Ut = Elel et U2 — E2e2. The two dielectrics (1) and (2) have the same surface, thicknesses e, and e2, relative dielectric constants Sj and e2, resistivity r! and r2 and, if the capacitor is charged at a voltage U, it is established in each of the dielectrics of the fields Ej and E2, and it appears on each of the dielectrics a voltage Ut = Elel and U2 - E2e2.

L'état de la technique admet universellement que, dans le cas d'un tel diélectrique mixte, les champs Ej, E2 et par conséquent les tensions U,, U2 sont fonction des constantes diélectriques Sj et e2. On démontre que The state of the art universally admits that, in the case of such a mixed dielectric, the fields Ej, E2 and consequently the voltages U ,, U2 are a function of the dielectric constants Sj and e2. We show that

U2 = s,e2 U2 = s, e2

Uj 82ej Uj 82ej

Or, cette relation n'est vraie que pour un condensateur théorique qui n'a pas de résistance de fuite. De telles résistances de fuite Rj et R2 sont représentées sur la figure lb en parallèle sur des condensateurs C, et C2 qui symbolisent les deux diélectriques 1 et 2. Dans la plupart des applications pratiques, la relation (1) est vraie, car Rj et R2 peuvent être considérées comme infinis. Si on considère les condensateurs C, et C2 en série et sans résistances de fuite, on a: However, this relation is true only for a theoretical capacitor which does not have a leakage resistance. Such leakage resistors Rj and R2 are represented in FIG. 1b in parallel on capacitors C, and C2 which symbolize the two dielectrics 1 and 2. In most practical applications, the relation (1) is true, since Rj and R2 can be considered infinite. If we consider the capacitors C, and C2 in series and without leakage resistors, we have:

U, Ç,_ U, Ç, _

U, c2 U, c2

L'hypothèse R! et R2 infinis est justifiée dans pratiquement toutes les applications de l'état de la technique, car tous les condensateurs connus travaillent à champ électrique «faible» (inférieur à 200 V/|im). Dans ces conditions, la résistivité du diélectrique, que l'on peut exprimer de façon conventionnelle en £2-m, mais aussi en MQ • |iF, représente pour un diélectrique comme le polytéréphtalate d'éthylène une valeur de 50 000 MQ • (O.F. Cette valeur, qui est donnée dans la littérature pour un champ de quelques volts/p.m seulement, correspond à une constante de temps de 50 000 secondes, c'est-à-dire de 14 heures. Comme le temps de charge d'un condensateur est toujours nettement inférieur à ce temps, la résistance d'isolement n'aura pas le temps de modifier la répartition de tension telle qu'exprimée par les relations (1) et (2). The R hypothesis! and R2 infinites is justified in practically all the applications of the state of the art, because all the known capacitors work with “weak” electric field (lower than 200 V / | im). Under these conditions, the resistivity of the dielectric, which can be conventionally expressed in £ 2-m, but also in MQ • | iF, represents for a dielectric such as polyethylene terephthalate a value of 50,000 MQ • ( OF This value, which is given in the literature for a field of only a few volts / pm, corresponds to a time constant of 50,000 seconds, that is to say 14 hours. As the charging time of a capacitor is always significantly less than this time, the insulation resistance will not have time to modify the voltage distribution as expressed by equations (1) and (2).

Dans les conditions de l'invention par contre, qui consistent en particulier à se rapprocher le plus possible du champ limite permis par les diélectriques, c'est-à-dire de leur rigidité intrinsèque, les résis-tivités des diélectriques ne sont plus qu'une fraction de celles données dans la littérature, et alors les résistances d'isolement R! et R2 ainsi que les constantes de temps Rj Cj et R2 C2 deviennent suffisamment faibles pour provoquer la répartition des tensions selon la relation : In the conditions of the invention on the other hand, which consist in particular of getting as close as possible to the limit field allowed by the dielectrics, that is to say of their intrinsic rigidity, the resistances of the dielectrics are no more than 'a fraction of those given in the literature, and then the insulation resistances R! and R2 as well as the time constants Rj Cj and R2 C2 become weak enough to cause the distribution of the tensions according to the relation:

15 c'est-à-dire: 15 that is to say:

(D (D

ÜL = Rj. ÜL = Rj.

Ui Ra Ui Ra

U1 = U2 Ri R2 U1 = U2 Ri R2

Si on se place dans le cas où Uj et U2 ont atteint leur valeur 20 maximale, très proche du claquage, on a: If we place ourselves in the case where Uj and U2 have reached their maximum value, very close to breakdown, we have:

Ul ma: Ul ma:

Ri Ri

U2 U2

R2 R2

(3) (3)

(4) (4)

(5) (5)

Soit, en faisant intervenir le champ maximum de chacun des dié-25 lectriques Ej max et E2 max (rigidités diélectriques) ainsi que leurs résistivités respectives rx et r2 et les épaisseurs des diélectriques, on obtient: Either by using the maximum field of each of the electric dielectric Ej max and E2 max (dielectric stiffnesses) as well as their respective resistivities rx and r2 and the thicknesses of the dielectrics, we obtain:

Et max et _ E2 max e2 And max and _ E2 max e2

soit: is:

ri e! r2 e2 laugh! r2 e2

E! max _ E2 max r, ~ r. E! max _ E2 max r, ~ r.

(6) (6)

(7) (7)

(2) (2)

relation qui traduit en principe un procédé préférentiel de choix des 35 diélectriques et des conditions d'imprégnation prévu par l'invention. a relationship which translates in principle a preferential method for choosing the dielectrics and the impregnation conditions provided for by the invention.

Mais il faut cependant remarquer que la relation (7) n'est valable que sur un plan purement théorique. En effet, en pratique, il vaut mieux se limiter à l'utilisation des relations (3) ou (4) faisant intervenir la résistance d'isolement totale d'une épaisseur de couche donnée 40 plutôt que sa résistivité. Car, pour établir les relations (6) et (7), on a posé les hypothèses R, = r^ et R2 = r2e2, alors que notre expérience a montré que ces hypothèses ne sont pas vérifiées pour des films de diélectriques minces et soumis à des champs élevés. Nous avons constaté que, pour de tels films, R n'est pas une fonction li-45 néaire de l'épaisseur, c'est-à-dire que la résistivité n'est pas une constante. Par exemple pour des films de polyester de 3 à 5 um, la résistivité est bien plus faible que pour une épaisseur de 8 à 12 (im. Ces résistivités étant bien entendu toujours mesurées à champ élevé, le choix des diélectriques doit donc se faire selon la relation (4) et doit 50 tenir compte des épaisseurs de diélectrique particulières. However, it should be noted that relation (7) is only valid on a purely theoretical level. Indeed, in practice, it is better to limit oneself to the use of relations (3) or (4) involving the total insulation resistance of a given layer thickness 40 rather than its resistivity. For, to establish relations (6) and (7), we posed the hypotheses R, = r ^ and R2 = r2e2, while our experience has shown that these hypotheses are not verified for thin and submitted dielectric films at high fields. We have found that, for such films, R is not a linear function of thickness, that is to say that the resistivity is not a constant. For example for polyester films from 3 to 5 μm, the resistivity is much lower than for a thickness of 8 to 12 (im. These resistivities being of course always measured at high field, the choice of dielectrics must therefore be made according to relation (4) and must take account of the particular thicknesses of dielectric.

Considérons (fig. la) un ensemble constitué de deux diélectriques dont l'un (1) est solide et constitué d'une matière plastique homogène et l'autre (2) est poreux et fibreux, le tout étant imprégné d'une huile isolante. Let us consider (fig. La) an assembly made up of two dielectrics one of which (1) is solid and made of a homogeneous plastic material and the other (2) is porous and fibrous, the whole being impregnated with an insulating oil .

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Si on étudie ces diélectriques sur le plan de leur résistivité, on peut admettre en première approximation que le diélectrique 2 se comporte comme un réservoir d'huile et possède une grande partie des caractéristiques de cette dernière, alors que le diélectrique 1, qui 60 est solide, a essentiellement les caractéristiques du matériau qui le constitue. If we study these dielectrics in terms of their resistivity, we can admit as a first approximation that dielectric 2 behaves like an oil reservoir and has a large part of the characteristics of the latter, while dielectric 1, which is 60 solid, essentially has the characteristics of the material from which it is made.

Selon les connaissances de l'état de la technique, quand un tel diélectrique solide est utilisé seul ou en combinaison avec un autre et s'il est imprégné d'huile, on admet que cette dernière ne sert qu'à 65 renforcer les points faibles du diélectrique et à améliorer la rigidité diélectrique à ces endroits. On compte aussi sur une diminution des effets corona en particulier au niveau des bords et des arêtes. En ce qui concerne la résistivité d'un diélectrique solide, on admettait tou According to the state of the art, when such a solid dielectric is used alone or in combination with another and if it is impregnated with oil, it is admitted that the latter only serves to reinforce the weak points. of the dielectric and improve the dielectric strength at these locations. We also count on a reduction in corona effects, particularly at the edges and edges. With regard to the resistivity of a solid dielectric, we admitted all

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jours que c'était une caractéristique uniquement propre au matériau lui-même. days that it was a characteristic unique to the material itself.

Dans le cadre des résultats de la présente invention par contre, et en tout cas pour les champs élevés qui y sont prévus, le diélectrique 1 a une résistivité qui n'est pas constante, mais qui est d'abord proportionnelle à l'épaisseur de film qui a été choisie, et ensuite, pour une épaisseur donnée, cette résistivité (ou la résistance dans le cas de cette épaisseur particulière) est une fonction décroissante du champ électrique. Enfin, cette résistivité n'est plus exclusivement liée au matériau, mais est fortement fonction de l'huile qui l'imprègne. In the context of the results of the present invention on the other hand, and in any case for the high fields which are provided therein, the dielectric 1 has a resistivity which is not constant, but which is first of all proportional to the thickness of film which has been chosen, and then, for a given thickness, this resistivity (or the resistance in the case of this particular thickness) is a decreasing function of the electric field. Finally, this resistivity is no longer exclusively linked to the material, but is strongly dependent on the oil which impregnates it.

Cette découverte a été faite par hasard: nous avons réalisé un premier condensateur selon l'invention, qui avait une densité d'énergie de 1,3 J/cm3 obtenue d'une façon parfaitement fiable et reproductible. Ce condensateur était imprégné d'huile silicone. Par la suite, nous avons fabriqué un deuxième condensateur exactement identique au premier, mais imprégné d'huile de ricin. This discovery was made by chance: we made a first capacitor according to the invention, which had an energy density of 1.3 J / cm3 obtained in a perfectly reliable and reproducible manner. This capacitor was impregnated with silicone oil. Subsequently, we manufactured a second capacitor exactly identical to the first, but impregnated with castor oil.

La tension de charge de ce deuxième condensateur ne pouvait plus atteindre que 75% de la tension du condensateur précédent et sa densité d'énergie était donc réduite à 56% de celle du premier condensateur. Or, les caractéristiques d'isolement de l'huile de ricin sont pratiquement aussi bonnes que celles de l'huile de silicone. En calculant l'énergie contenue dans chacun des diélectriques du premier condensateur, on a constaté que l'énergie contenue dans le diélectrique 1 représentait environ 85% de son énergie totale. Le déficit d'énergie du deuxième condensateur devait donc provenir, au moins pour une grande part, du diélectrique 1, puisque ce condensateur avait perdu 44% de son énergie totale. Ce déficit d'énergie du deuxième condensateur ne pouvait donc pas provenir uniquement du diélectrique 2, que ce soit pour des raisons de résistance ou pour des raisons de rigidité de ce diélectrique et de son huile. Comme la rigidité diélectrique de l'huile du deuxième condensateur était aussi bonne que celle du premier, le déficit d'énergie du diélectrique 1 ne pouvait avoir pour cause une question de rigidité diélectrique, mais uniquement une modification de résistance et une mauvaise répartition des tensions par rapport aux rigidités, comme l'enseigne l'invention. The charging voltage of this second capacitor could only reach 75% of the voltage of the previous capacitor and its energy density was therefore reduced to 56% of that of the first capacitor. However, the insulation characteristics of castor oil are practically as good as those of silicone oil. By calculating the energy contained in each of the dielectrics of the first capacitor, it was found that the energy contained in dielectric 1 represented approximately 85% of its total energy. The energy deficit of the second capacitor must therefore come, at least in large part, from dielectric 1, since this capacitor had lost 44% of its total energy. This energy deficit of the second capacitor could not therefore come solely from dielectric 2, whether for reasons of resistance or for reasons of rigidity of this dielectric and its oil. As the dielectric strength of the oil of the second capacitor was as good as that of the first, the energy deficit of dielectric 1 could not be due to a question of dielectric rigidity, but only a modification of resistance and a bad distribution of the tensions compared to rigidities, as taught by the invention.

Il fallait donc que l'huile joue un rôle dans la résistance et la résistivité du diélectrique 1, ce qui à notre connaissance n'est pas admis couramment pour un diélectrique solide. La preuve étant là, nous avons émis l'explication suivante: la raison probable est que les films de matière plastique minces ont un certain nombre de microtrous. Le nombre de ces trous par unité de surface est inversement proportionne! à l'épaisseur. Au-dessus d'une certaine épaisseur, les films sont probablement «étanches». Ces microtrous sont assez fins pour ne pas entraîner un claquage du diélectrique. Ils sont distincts, d'une part, des «cratères» du film qui sont des crevasses sur une profondeur partielle du diélectrique, mais qui sont plus larges et provoquent le claquage à une certaine tension et, d'autre part, des «microcavités» qui sont des cavités microscopiques, remplies d'air ou d'huile, mais ne communiquant pas forcément entre elles. Les microtrous quant à eux, plus ou moins remplis d'huile d'imprégnation, sont assez nombreux pour un film mince pour que, sous champ élevé, leur présence en parallèle conduise à un courant à travers l'huile dont ils sont remplis. Ce courant est dû à des phénomènes d'ionisation, ou à des impuretés ou à l'humidité résiduelle de l'huile. U se traduit par un abaissement virtuel de la résistance d'isolement du film. Ce phénomène s'ajoute aux courants de polarisation et d'ionisation du matériau lui-même, et risque d'être confondu avec ces derniers. Mais, dans nos conditions, l'existence d'un courant par microtrous est obligée. C'est en faisant varier les types d'huile et leurs conditions d'imprégnation et en mesurant les résistances de fuite (à champ élevé) des condensateurs réalisés que nous avons trouvé des variations de résistance telles qu'elles ne pouvaient provenir que d'une conduction à travers des passages mécaniques du diélectrique 1 remplis d'huile. Si le film plastique avait été étanche, l'huile n'aurait pu avoir une telle influence. Oil therefore had to play a role in the resistance and resistivity of dielectric 1, which to our knowledge is not commonly accepted for a solid dielectric. The proof being there, we put forward the following explanation: the likely reason is that thin plastic films have a number of microholes. The number of these holes per unit area is inversely proportional! to the thickness. Above a certain thickness, the films are probably "waterproof". These microholes are fine enough not to cause a breakdown of the dielectric. They are distinct, on the one hand, from the “craters” of the film which are crevices over a partial depth of the dielectric, but which are wider and cause breakdown at a certain voltage and, on the other hand, from the “microcavities” which are microscopic cavities, filled with air or oil, but not necessarily communicating with each other. The micro-holes meanwhile, more or less filled with impregnation oil, are numerous enough for a thin film so that, under high field, their presence in parallel leads to a current through the oil with which they are filled. This current is due to ionization phenomena, or to impurities or residual moisture in the oil. U results in a virtual lowering of the insulation resistance of the film. This phenomenon is added to the polarization and ionization currents of the material itself, and risks being confused with the latter. But, under our conditions, the existence of a current by microholes is required. It was by varying the types of oil and their impregnation conditions and by measuring the leakage resistances (at high field) of the capacitors produced that we found variations in resistance such that they could only come from conduction through mechanical passages of the dielectric 1 filled with oil. If the plastic film had been waterproof, the oil could not have had such an influence.

Dans l'exemple du deuxième condensateur décrit ci-dessus, le déficit d'énergie était donc dû à un abaissement de la résistance Rj In the example of the second capacitor described above, the energy deficit was therefore due to a lowering of the resistance Rj

(fig. lb) tel que le champ dans le diélectrique 1 a été très réduit par suite de l'influence de la relation (3). Le champ dans le diélectrique 2 s'est trouvé d'autant plus élevé et avait atteint sa limite pour une tension très inférieure de ce condensateur par rapport au premier. L'abaissement excessif de Rj dans ce deuxième condensateur a été confirmé par des mesures d'autodécharge. Ces mesures traduisent la résistance de fuite totale du condensateur, dans laquelle Rt est comprise pour une part importante. On peut aussi vérifier que l'autodé-charge concerne une part d'énergie qui ne peut provenir que du diélectrique 1. L'expérience décrite montre que la densité d'énergie du premier condensateur repose sur les relations de résistances prévues par l'invention qui, dans le deuxième condensateur, ont été détériorées en changeant l'imprégnant. Il est d'ailleurs possible qu'une huile de ricin de nature différente, ou ayant subi un autre traitement, puisse répondre aux conditions de l'invention. D'autres types d'huiles, minérales ou organiques, sont également envisageables. (fig. lb) such that the field in dielectric 1 has been greatly reduced due to the influence of relation (3). The field in dielectric 2 was found to be even higher and had reached its limit for a much lower voltage of this capacitor compared to the first. The excessive lowering of Rj in this second capacitor was confirmed by self-discharge measures. These measurements reflect the total leakage resistance of the capacitor, in which Rt is largely included. We can also verify that the self-charge concerns a part of energy which can only come from dielectric 1. The experience described shows that the energy density of the first capacitor is based on the resistance relationships provided by the invention which, in the second capacitor, were deteriorated by changing the impregnator. It is moreover possible that a castor oil of a different nature, or having undergone another treatment, may meet the conditions of the invention. Other types of oils, mineral or organic, are also possible.

Un effet remarquable dans les condensateurs selon l'invention est le fait que le processus de répartition des tensions des deux diélectriques en fonction des résistances d'isolement (ou de fuites) ne débute qu'à partir d'un champ élevé, où précisément cette bonne répartition est importante. A remarkable effect in the capacitors according to the invention is the fact that the process of distributing the voltages of the two dielectrics as a function of the insulation resistances (or of leaks) begins only from a high field, where precisely this good distribution is important.

Lorsque la résistance d'isolement baisse pour l'un ou l'autre des deux diélectriques au fur et à mesure que le champ électrique se rapproche notablement (par exemple 70 ou 80%) du champ maximal, il n'est pas certain que cette réduction de résistance d'isolement se fasse dans les mêmes proportions pour chacun des diélectriques. Dans certaines applications de l'invention, la rigidité diélectrique ou champ électrique limite de chacun des diélectriques est exploitée à environ 80%. Le fait que, dans ce diélectrique, il n'apparaît que peu de claquages montre que les résistances d'isolement à ce champ électrique élevé se réduisent dans des proportions qui sont en tout cas favorables à la bonne répartition des champs électriques sur les deux diélectriques. La réduction de résistance d'isolement à champ électrique élevé s'effectue déjà au cours de la charge du condensateur. Lorsque le champ électrique dans l'un des diélectriques se rapproche du champ limite, alors la résistance d'isolement de ce diélectrique décroît automatiquement, son champ électrique augmente moins vite, alors que le champ de l'autre diélectrique va croître plus vite. On comprend ce phénomène si on considère le schéma équivalent décrit plus haut. Ainsi, au cours d'une charge, la variation de résistance d'isolement en fonction du champ a pour conséquence que, dans chacun des diélectriques, le rapport entre le champ électrique effectif et le champ électrique limite reste sensiblement le même, et assure ainsi les conditions qui font l'objet de l'invention. Plus le champ électrique se rapproche du champ limite, plus la résistance d'isolement devient faible. When the insulation resistance drops for one or the other of the two dielectrics as the electric field approaches significantly (for example 70 or 80%) the maximum field, it is not certain that this insulation resistance reduction is done in the same proportions for each of the dielectrics. In certain applications of the invention, the dielectric strength or limit electric field of each of the dielectrics is exploited at around 80%. The fact that, in this dielectric, there appears only a few breakdowns shows that the insulation resistances to this high electric field are reduced in proportions which are in any case favorable to the good distribution of the electric fields on the two dielectrics . The reduction of insulation resistance at high electric field is already carried out during the charging of the capacitor. When the electric field in one of the dielectrics approaches the limit field, then the insulation resistance of this dielectric decreases automatically, its electric field increases less quickly, while the field of the other dielectric will grow faster. We understand this phenomenon if we consider the equivalent scheme described above. Thus, during a charge, the variation in insulation resistance as a function of the field has the consequence that, in each of the dielectrics, the ratio between the effective electric field and the limit electric field remains substantially the same, and thus ensures the conditions which are the subject of the invention. The closer the electric field is to the limit field, the lower the insulation resistance becomes.

Cette autorégulation ne fonctionne bien entendu que dans une certaine plage. Si, pour un diélectrique donné, son champ limite est atteint alors que le condensateur n'est qu'à une fraction de sa tension maximale escomptée, alors le condensateur ne pourra pas atteindre cette tension. Le remède consistera, dans ce cas, à mieux choisir les résistances d'isolement Rj et R2. This self-regulation obviously only works within a certain range. If, for a given dielectric, its limit field is reached while the capacitor is only at a fraction of its maximum expected voltage, then the capacitor will not be able to reach this voltage. The remedy will consist, in this case, in better choosing the insulation resistances Rj and R2.

La diminution de résistance d'isolement à champ électrique élevé a été mise en évidence à l'aide du dispositif de mesure suivant: on a réalisé un condensateur conforme à l'invention, constitué d'une couche de papier métallisé et de deux couches de polyester (pour chaque armature) et d'un diélectrique liquide consistant en huile de silicone. Ce condensateur avait une capacité d'environ 20 (iF. Entre les bornes de ce condensateur fut branchée une résistance extérieure de 1 gigaohm (Gfl). Le condensateur a été chargé à une tension continue de 4280 V, et la décroissance de la tension dans le temps a été enregistrée. La courbe de décharge ne montrait que de petites déviations par rapport à la courbe théorique de décharge d'un condensateur parfait (sans pertes) sur une résistance de 1 G fi. On en déduit que la résistance interne du condensateur à la tension de 4280 V est très supérieure à 1 Gf2, de l'ordre de 100 GÎ2. Dans une même expérience, le même condensateur a été chargé à 6000 V, ce qui est sa tension nominale: après 38 minutes déjà, la tension était tombée à The decrease in insulation resistance at high electric field was demonstrated using the following measuring device: a capacitor according to the invention was made, consisting of a layer of metallized paper and two layers of polyester (for each reinforcement) and a liquid dielectric consisting of silicone oil. This capacitor had a capacity of about 20 (iF. Between the terminals of this capacitor was connected an external resistance of 1 gigaohm (Gfl). The capacitor was charged at a direct voltage of 4280 V, and the decrease of the voltage in the time was recorded. The discharge curve showed only small deviations from the theoretical discharge curve of a perfect capacitor (without losses) on a resistance of 1 G fi. We deduce that the internal resistance of the capacitor at the voltage of 4280 V is much greater than 1 Gf2, of the order of 100 GÎ2. In the same experiment, the same capacitor was charged at 6000 V, which is its nominal voltage: after 38 minutes already, the voltage had fallen to

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5000 V. Si on considère cette chute de tension comme étant le résultat d'une résistance d'isolement constante, en parallèle sur la résistance de 1 GC2, mais à l'intérieur du condensateur (Rt + R2), elle a une valeur de 1,55 G fi. En analysant la pente de la courbe de décharge dans le voisinage immédiat de l'instant où la charge complète était atteinte, on a trouvé une pente extrêmement inférieure à celle qu'aurait une exponentielle naturelle et on a pu en déduire une constante de temps instantanée inférieure à une seconde à cet instant particulier de la courbe. Cette constante de temps affaiblie exerce déjà son influence à la fin de l'opération de charge et modifie déjà favorablement les intensités de champ dans les diélectriques avant que la charge ne soit terminée. A partir du début de la courbe de décharge, la constante de temps, qui est alors très faible, commence à croître pour atteindre après un certain temps la valeur qu'elle a à la fin de la courbe, qui est une exponentielle naturelle, cette croissance est tellement rapide que le condensateur atteint très vite une résistance d'isolement élevée. Dès que l'équilibrage des tensions Ux et U2 selon l'invention est terminé, les fuites deviennent très faibles. 5000 V. If we consider this voltage drop as being the result of a constant insulation resistance, in parallel on the resistance of 1 GC2, but inside the capacitor (Rt + R2), it has a value of 1.55 G fi. By analyzing the slope of the discharge curve in the immediate vicinity of the instant when the full charge was reached, we found an extremely lower slope than that which a natural exponential would have and we could deduce an instantaneous time constant. less than a second at this particular point in the curve. This weakened time constant already exerts its influence at the end of the charging operation and already favorably modifies the field strengths in the dielectrics before the charging is completed. From the start of the discharge curve, the time constant, which is then very small, begins to increase to reach after a certain time the value which it has at the end of the curve, which is a natural exponential, this growth is so rapid that the capacitor very quickly reaches a high insulation resistance. As soon as the balancing of the voltages Ux and U2 according to the invention is completed, the leaks become very low.

La résistance d'isolement ou la constante de temps, qui sont fortement diminuées au début de la courbe de décharge, indiquent la diminution d'au moins une des deux résistances d'isolement des diélectriques mis en série (Rj, R2). The insulation resistance or the time constant, which are greatly reduced at the start of the discharge curve, indicate the decrease in at least one of the two insulation resistances of the dielectrics placed in series (Rj, R2).

La forte diminution de la résistance d'isolement à l'approche de la valeur du champ limite a encore l'effet suivant, qui est favorable pour la durée de vie du condensateur: si l'on suppose que le condensateur décrit est chargé pour la première fois à une tension de 6000 V, chaque élément de condensateur C^ C2 correspondant à chaque diélectrique 1 et 2 de la fig. lb devrait accumuler la même charge Q s'il n'y avait pas d'autodécharge par les résistances d'isolement. L'autodécharge, qui en général n'est pas la même pour les deux diélectriques, fait que l'un des deux éléments de condensateur Ci ou C2 contiendra, après un certain temps, une charge plus petite que l'autre. Si maintenant on décharge tout le condensateur à l'extérieur de façon à mesurer 0 V à ses bornes, les éléments de condensateur Cj et C2 ne seront pas complètement déchargés à cause de leur charge différente avant la décharge: celui qui n'a pas eu de pertes internes de charge restera partiellement chargé avec la polarité initiale et l'autre sera chargé avec une polarité inverse. Les tensions qui restent aux bornes de ces éléments de condensateur sont suffisamment petites pour que la résistance d'isolement puisse être considérée comme infinie. Les éléments Q et C2 peuvent donc garder leur charge sur une longue période, par exemple plusieurs semaines ou mois. The sharp decrease in the insulation resistance when approaching the limit field value also has the following effect, which is favorable for the lifetime of the capacitor: if it is assumed that the described capacitor is charged for the first time at a voltage of 6000 V, each element of capacitor C ^ C2 corresponding to each dielectric 1 and 2 of FIG. lb should accumulate the same charge Q if there was no self-discharge by the insulation resistors. The self-discharge, which in general is not the same for the two dielectrics, means that one of the two capacitor elements Ci or C2 will contain, after a certain time, a smaller charge than the other. If now we discharge all the capacitor outside so as to measure 0 V across its terminals, the capacitor elements Cj and C2 will not be completely discharged because of their different charge before discharge: the one which has not had internal charge losses will remain partially charged with the initial polarity and the other will be charged with reverse polarity. The voltages that remain across these capacitor elements are small enough that the insulation resistance can be considered infinite. The Q and C2 elements can therefore keep their charge over a long period, for example several weeks or months.

Si l'on recharge le condensateur, le courant de charge doit d'abord décharger complètement l'élément de condensateur dont la polarité a été inversée, et ensuite le charger dans le sens du courant de charge; si l'on amène une certaine charge au condensateur, cet élément de condensateur prendra une charge plus petite que l'autre et par conséquent une tension plus faible, et sera donc moins sollicité au cours des charges suivantes. If the capacitor is recharged, the charging current must first completely discharge the capacitor element whose polarity has been reversed, and then charge it in the direction of the charging current; if a certain charge is brought to the capacitor, this capacitor element will take a smaller charge than the other and consequently a lower voltage, and will therefore be less stressed during the following charges.

Cet effet, qui est théorique et ne peut pas être saisi par des techniques de mesure, a été mis en évidence par des expérimentations non pas avec les diélectriques isolés qui forment le condensateur (parce qu'on ne peut pas appliquer les intensités de champ en question aux diélectriques isolés avec une surface assez grande sans avoir des claquages permanents), mais avec deux condensateurs entiers (bobinages de condensateur) de capacités différentes. Deux condensateurs, mis en série, se sont comportés de la même façon que les diélectriques individuels d'un seul condensateur, comme indiqué plus haut; bien entendu, cela se passe seulement si l'on applique une tension assez élevée pour que l'un des deux condensateurs atteigne sa valeur de champ limite et présente beaucoup de pertes ou d'auto-cicatrisations. Après une décharge et un court-circuit permanent du montage en série, il a été mesuré que les deux condensateurs restaient chargés avec des polarités inverses représentant environ 10% de la tension atteinte lors de la charge. Cet effet, qui a été observé sur un condensateur réel, se montre avantageux lorsqu'on branche de tels condensateurs en série, parce qu'il faut s'attendre à une répartition inégale de la tension à cause des capacités inégales. Une différence momentanée entre les tensions peut aussi apparaître lors de la charge. This effect, which is theoretical and cannot be grasped by measurement techniques, has been demonstrated by experiments not with the isolated dielectrics which form the capacitor (because one cannot apply the field strengths in question to insulated dielectrics with a fairly large surface area without having permanent breakdowns), but with two whole capacitors (capacitor coils) of different capacities. Two capacitors, put in series, behaved in the same way as the individual dielectrics of a single capacitor, as indicated above; of course, this only happens if one applies a voltage high enough for one of the two capacitors to reach its limit field value and has a lot of loss or self-healing. After a discharge and a permanent short circuit in the series connection, it was measured that the two capacitors remained charged with reverse polarities representing approximately 10% of the voltage reached during charging. This effect, which has been observed on a real capacitor, proves to be advantageous when one connects such capacitors in series, because one must expect an uneven distribution of the voltage because of the unequal capacitances. A momentary difference between voltages may also appear during charging.

De tels défauts par une mauvaise répartition de la tension n'entraînent pas de défaut pour la mise en série de condensateurs selon l'invention, d'abord parce que le condensateur n'est pas détruit grâce à l'autocicatrisation lorsqu'on atteint la valeur limite du champ moyen (ou le champ limite d'un des diélectriques), et ensuite parce que, après la décharge, on est en présence d'une charge à polarité inverse qui protège un condensateur contre une surcharge lors d'une autre charge. Such faults by a poor distribution of the voltage do not cause a fault for the placing in series of capacitors according to the invention, firstly because the capacitor is not destroyed by self-healing when the limit value of the average field (or the limit field of one of the dielectrics), and then because, after the discharge, we are in the presence of a charge with reverse polarity which protects a capacitor against an overload during another charge .

Le condensateur élémentaire selon l'invention est donc particulièrement apte à la mise en série d'un grand nombre d'éléments, et cette mise en série constitue une application préférentielle sur laquelle nous reviendrons. The elementary capacitor according to the invention is therefore particularly suitable for placing a large number of elements in series, and this placing in series constitutes a preferred application to which we will return.

Les principes qui viennent d'être décrits ont été vérifiés systématiquement pour des condensateurs élémentaires ayant des tensions entre 2 kV et 20 kV, en prenant comme premier diélectrique du po-lytéréphtalate d'êthylène et comme second diélectrique du papier (métallisé). On s'est rendu compte que la densité d'énergie pouvant être obtenue sur toute cette plage de tensions n'était pas uniforme. La densité d'énergie donnée pour des conditions d'utilisation d'une sévérité moyenne avait une valeur supérieure à 1 J/cm3 pour une tension d'environ 5 à 8 kV (exemple: condensateur de 7 kV obtenu avec du papier d'épaisseur 7 jim avec une métallisation de 5 à 10 £2 par unité de surface et du polytéréphtalate d'êthylène d'épaisseur 14 (tm, en deux couches de 7 |im, le tout imprégné d'huile silicone, le champ électrique moyen étant de 333 V/jim); densité d'énergie 1,6 J/cm3. The principles which have just been described have been systematically checked for elementary capacitors having voltages between 2 kV and 20 kV, taking as the first dielectric of ethylene poly-terephthalate and as the second dielectric of paper (metallized). It has been realized that the energy density that can be obtained over this entire voltage range is not uniform. The energy density given for conditions of use of average severity had a value greater than 1 J / cm3 for a voltage of approximately 5 to 8 kV (example: 7 kV capacitor obtained with thick paper 7 jim with a metallization of 5 to 10 £ 2 per unit of area and polyethylene terephthalate of thickness 14 (mt, in two layers of 7 | im, all impregnated with silicone oil, the average electric field being 333 V / dm); energy density 1.6 J / cm3.

Pour les condensateurs élémentaires entre environ 5 kV et 2 kV comme entre environ 8 kV et 20 kV, la densité d'énergie pouvant être obtenue décroissait progressivement de 1 J/cm3 jusqu'à des valeurs inférieures ou égales à 0,5 J/cm3. Les causes de cette décroissance étaient de natures totalement différentes et nous ont conduits à d'autres perfectionnements ou dispositions. For elementary capacitors between approximately 5 kV and 2 kV as between approximately 8 kV and 20 kV, the energy density that can be obtained gradually decreases from 1 J / cm3 to values less than or equal to 0.5 J / cm3 . The causes of this decrease were of totally different natures and led us to other improvements or dispositions.

Entre 5 kV et 2 kV : Between 5 kV and 2 kV:

La réduction de la densité d'énergie était due à une limitation technologique pour l'un des diélectriques utilisés. The reduction in energy density was due to a technological limitation for one of the dielectrics used.

Prenons le cas d'un condensateur devant avoir une tension nominale de 3 kV. Pour avoir une densité d'énergie de l'ordre de 1 J/cm3, il faudrait travailler à un champ électrique de 300 V/(im (résultat expérimental découlant de travaux précédents). L'épaisseur de diélectrique devrait donc être de 3000/300 = 10 jam. Take the case of a capacitor that must have a nominal voltage of 3 kV. To have an energy density of the order of 1 J / cm3, it would be necessary to work at an electric field of 300 V / (im (experimental result from previous work). The thickness of dielectric should therefore be 3000 / 300 = 10 jam.

Or, il est intuitif que, pour tenir le même champ moyen, il faut à peu près la même répartition d'épaisseurs en prenant les mêmes diélectriques. Dans le cas du condensateur de 7 kV décrit plus haut, la proportion de l'épaisseur de papier par rapport à l'épaisseur totale du diélectrique était de 6/20, soit 30%. En appliquant cette règle au condensateur 3 kV prévu, il faudrait donc des épaisseurs respectives de papier et de polytéréphtalate d'êthylène de 3 jj.m et de 7 |im. However, it is intuitive that, to hold the same mean field, one needs approximately the same distribution of thicknesses by taking the same dielectrics. In the case of the 7 kV capacitor described above, the proportion of the paper thickness relative to the total thickness of the dielectric was 6/20, or 30%. Applying this rule to the planned 3 kV capacitor would therefore require respective thicknesses of paper and polyethylene terephthalate of 3 dd.m and 7 µm.

Or, il n'existe pas de papier commercialement disponible ayant une épaisseur inférieure à 6 |im. Nous avons donc été contraints de prendre ce papier existant de 6 |tm. La répartition défavorable des diélectriques a fait que le condensateur obtenu, au lieu de tenir une tension de 3 kV, n'a tenu en réalité que 2 kV et n'a atteint qu'une densité d'énergie de 0,43 J/cm3. Cette densité d'énergie était encore tout à fait acceptable par rapport à l'état de la technique mais, pour tendre vers les valeurs prévues par l'invention, la titulaire a développé un papier d'épaisseur inférieure à 6 um. However, there is no commercially available paper having a thickness of less than 6 µm. We were therefore forced to take this existing paper of 6 | tm. The unfavorable distribution of the dielectrics meant that the capacitor obtained, instead of holding a voltage of 3 kV, actually held only 2 kV and only reached an energy density of 0.43 J / cm3 . This energy density was still entirely acceptable compared to the state of the art but, in order to reach the values provided by the invention, the licensee developed a paper with a thickness of less than 6 μm.

Une première technique pour fabriquer du papier d'épaisseur inférieure à 6 )im consiste à partir du papier existant de 6 |im, et à réduire son épaisseur par pressage ou calandrage. L'épaisseur que l'on peut ainsi obtenir est d'environ 4 |xm, ce qui permet déjà d'améliorer fortement la densité d'énergie de condensateurs ayant un diélectrique d'épaisseur totale de 8 à 12 |im (proportion du papier: ]/3 à Vi). A first technique for manufacturing paper with a thickness of less than 6 μm consists of starting from existing paper of 6 μm, and reducing its thickness by pressing or calendering. The thickness which can thus be obtained is approximately 4 μm, which already makes it possible to greatly improve the energy density of capacitors having a dielectric with a total thickness of 8 to 12 μm (proportion of the paper :] / 3 to Vi).

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

7 7

666 368 666,368

Selon une technique préférentielle de l'invention, on effectue le pressage en exposant le papier à une humidité relative de 20% à 40% et à une température de 60° C à 120° C. Il est avantageux d'effectuer le pressage par des rouleaux entre lesquels passe le papier existant comme matière de départ. Au lieu d'humecter le papier par de l'eau, plus spécialement par de la vapeur d'eau, on peut aussi l'humecter avec un vernis qui fixe la structure du papier après le pressage ou avec un produit chimique, en particulier un produit qui ramollit les fibres. On peut aussi utiliser plusieurs de ces procédés à la fois. According to a preferred technique of the invention, the pressing is carried out by exposing the paper to a relative humidity of 20% to 40% and at a temperature of 60 ° C to 120 ° C. It is advantageous to carry out the pressing by rolls between which the existing paper passes as starting material. Instead of moistening the paper with water, more particularly with steam, it can also be moistened with a varnish which fixes the structure of the paper after pressing or with a chemical, in particular a product that softens fibers. Several of these methods can also be used at the same time.

A cause du jeu non négligeable des roulements des rouleaux, il est difficile d'ajuster avec précision une fente extrêmement mince (par exemple 4 (im) entre deux rouleaux, comme il serait nécessaire de le faire pour obtenir l'épaisseur voulue. Pour résoudre ce problème, l'invention vise un dispositif qui comprend au moins deux rouleaux cylindriques qui sont en contact étroit, dont l'un est entraîné, et qui tournent en sens contraires. La circonférence de l'un des rouleaux a une découpe rectangulaire dont la largeur est au moins égale à la largeur du papier et la profondeur est inférieure à l'épaisseur du papier utilisé comme matière de départ. Cela permet un contact étroitdes deux rouleaux en dehors de la découpe, et l'épaisseur nécessaire de la fente est garantie à l'endroit de la découpe. Le procédé de pressage ou de laminage doit durer un certain temps pour que la forme des fibres de cellulose naturelle qui constituent le papier puisse se modifier par une sorte de fluage. Because of the significant play of the roller bearings, it is difficult to precisely adjust an extremely thin slot (for example 4 (im) between two rollers, as it would be necessary to do to obtain the desired thickness. To this problem, the invention relates to a device which comprises at least two cylindrical rollers which are in close contact, one of which is driven, and which rotate in opposite directions. The circumference of one of the rollers has a rectangular cut whose width is at least equal to the width of the paper and the depth is less than the thickness of the paper used as starting material. This allows close contact of the two rollers outside the cut, and the necessary thickness of the slot is guaranteed The cutting or pressing process must take some time before the shape of the natural cellulose fibers that make up the paper can change through a kind of creep.

Une variante de l'invention, fondée sur le même principe, consiste à humecter au moins une face de papier de condensateur du commerce, qui a une épaisseur de 6 |im par exemple, avec un solvant ou un plastificateur de cellulose et à presser le papier ensuite; On emploie une quantité de solvant telle qu'au moins une partie de la structure fibreuse du papier de condensateur reste intacte. Comme plastificateur, on peut utiliser du sulfure de carbone (CS2). A variant of the invention, based on the same principle, consists in moistening at least one face of commercial capacitor paper, which has a thickness of 6 μm for example, with a solvent or a cellulose plasticizer and in pressing the paper next; An amount of solvent is used such that at least part of the fibrous structure of the capacitor paper remains intact. As a plasticizer, carbon sulfide (CS2) can be used.

Avec certaines de ces techniques, il est même envisageable d'obtenir un papier inférieur à 4 um, et de pouvoir donc réaliser des condensateurs selon l'invention avec une épaisseur totale de diélectrique de 5 à 8 |im. With some of these techniques, it is even conceivable to obtain a paper smaller than 4 μm, and therefore to be able to produce capacitors according to the invention with a total thickness of dielectric of 5 to 8 μm.

Une autre technique d'obtention de papier de très faible épaisseur selon l'invention repose sur le fait que, en détruisant la membrane des fibres naturelles de cellulose, on peut obtenir les fibrilles de cellulose qui sont à la fois plus minces et plus denses que les fibres qu'elles constituent. La pâte à papier servant à la fabrication habituelle du papier contient déjà 10% à 20% de telles fibrilles de cellulose. Ces fibrilles peuvent être extraites de la pâte à papier, éventuellement diluée avec de l'eau, par dépôt sous l'action de la force naturelle de gravitation ou par centrifugation. Les fibres de cellulose plus épaisses se déposent plus facilement que les fibrilles qui sont plus fines. Another technique for obtaining very thin paper according to the invention is based on the fact that, by destroying the membrane of natural cellulose fibers, it is possible to obtain cellulose fibrils which are both thinner and denser than the fibers they constitute. The pulp used in the usual papermaking already contains 10% to 20% of such cellulose fibrils. These fibrils can be extracted from the paper pulp, possibly diluted with water, by deposition under the action of the natural force of gravitation or by centrifugation. Thicker cellulose fibers settle more easily than finer fibrils.

Si on fabrique du papier de condensateur à partir de ces fibrilles, comme prévu dans une forme de réalisation, ce papier peut être fabriqué avec une épaisseur inférieure à l'épaisseur du papier traditionnel, parce que les fibrilles de cellulose sont beaucoup plus minces que les fibres et parce qu'il en résulte une couche extrêmement fine, et cela malgré une réticulation mécanique encore suffisante entre les fibrilles qui se présente à la façon d'un tissu. Au surplus, ces fibrilles aplaties bénéficient d'un accroissement de densité de 50% et d'une diminution correspondante de porosité, ce qui est à l'origine de la possibilité d'accroissement du champ électrique. If capacitor paper is made from these fibrils, as provided in one embodiment, this paper can be made with a thickness less than the thickness of traditional paper, because the cellulose fibrils are much thinner than the fibers and because this results in an extremely thin layer, and this despite a still sufficient mechanical crosslinking between the fibrils which is presented in the manner of a fabric. In addition, these flattened fibrils benefit from a density increase of 50% and a corresponding reduction in porosity, which is at the origin of the possibility of increasing the electric field.

Les fibres de cellulose de conifère ont un diamètre entre 3 et 6 um et une longueur d'environ 200 |im, alors que les fibrilles correspondantes ont un diamètre d'environ 0,2 à 0,4 |im et une longueur d'environ 3 à 4 (im. Par contre, les microfibrilles, sans intérêt, ont un diamètre beaucoup plus petit, d'environ 0,06 um à 0,08 (im. The coniferous cellulose fibers have a diameter between 3 and 6 µm and a length of about 200 µm, while the corresponding fibrils have a diameter of about 0.2 to 0.4 µm and a length of about 3 to 4 (im. On the other hand, the microfibrils, without interest, have a much smaller diameter, of approximately 0.06 μm to 0.08 (im.

Il est possible aussi d'obtenir de plus grandes quantités de fibrilles de cellulose en traitant les fibres de cellulose avec des ultrasons. La fréquence des ultrasons devra se situer préférentiellement entre 400 kHz et 600 kHz. It is also possible to obtain larger quantities of cellulose fibrils by treating the cellulose fibers with ultrasound. The frequency of the ultrasound should preferably be between 400 kHz and 600 kHz.

La membrane des fibres de cellulose peut aussi être détruite par des produits chimiques pour obtenir les fibrilles. Cela peut être effectué par une solution d'hypochlorite dont le chlore, en se dégageant, détruit la membrane. The cellulose fiber membrane can also be destroyed by chemicals to make the fibrils. This can be done with a hypochlorite solution, the chlorine of which, when released, destroys the membrane.

Indépendamment de la motivation primaire de la titulaire qui était d'avoir une épaisseur de papier réduite permettant de respecter une proportion optimale d'épaisseur par rapport au diélectrique associé (polytéréphtalate d'êthylène), cette opération s'accompagne d'autres effets favorables: les papiers de condensateur décrits plus haut sont beaucoup moins épais que les papiers du commerce. Comme ils sont obtenus à partir d'une épaisseur plus grande ou de fibres plus petites, ils ont donc une densité plus élevée et ont par conséquent l'avantage de présenter moins de microcavités que le papier normal; il en résulte une rigidité diélectrique plus grande que celle des papiers classiques. Independently of the primary motivation of the holder which was to have a reduced paper thickness allowing to respect an optimal proportion of thickness compared to the associated dielectric (polyethylene terephthalate), this operation is accompanied by other favorable effects: the capacitor papers described above are much thinner than the commercial papers. As they are obtained from a greater thickness or from smaller fibers, they therefore have a higher density and therefore have the advantage of having fewer microcavities than normal paper; this results in a dielectric rigidity greater than that of conventional papers.

L'utilisation de tels papiers selon l'invention rend le condensateur plus petit, parce que le papier occupe moins de volume, ce qui fait que la capacité volumique augmente, d'une part, et, d'autre part, le papier peut être exposé à des intensités de champ plus élevées que ne peuvent l'être les papiers traditionnels, ce qui permet d'augmenter la tension du condensateur et, en conséquence, l'énergie emmagasinée par rapport aux condensateurs traditionnels. The use of such papers according to the invention makes the capacitor smaller, because the paper occupies less volume, which means that the volume capacity increases, on the one hand, and, on the other hand, the paper can be exposed to higher field strengths than traditional papers can, which increases the voltage of the capacitor and, consequently, the energy stored compared to traditional capacitors.

Un autre avantage présenté par ce nouveau papier est son aptitude à une métallisation optimale. La métallisation des papiers traditionnels présente souvent des pointes de métal qui pénètrent profondément dans les porosités du papier malgré un dépôt de vernis. Ces pointes de métal sont à l'origine de claquages. Le nouveau papier, ayant moins de porosités, sera moins sujet à cette pénétration. En ce qui concerne le procédé de métallisation, il a également été perfectionné. Le procédé traditionnel consiste à évaporer du métal, par exemple du zinc, essentiellement sous un angle droit sur un ruban de papier. Un procédé nouveau de métallisation du papier de condensateur, proposé dans le cadre de la présente invention, prévoit de déposer le métal sous un angle aigu de moins de 75°, de préférence sous un angle entre 10° et 45°, un angle entre 25° et 45° étant encore préféré. Il est préférable que la trajectoire des particules métalliques ait une composante dans la direction de la trajectoire du papier, mais d'autres orientations de la trajectoire des particules métalliques sont possibles. La forme de réalisation mentionnée présente l'avantage que les particules ne peuvent pas pénétrer profondément dans d'éventuelles porosités du ruban de papier parce qu'elles rencontrent le papier sous une direction oblique. Ce n'est essentiellement que sur les parties surélevées du papier que le métal est déposé. Il en résulte une augmentation de la rigidité diélectrique du papier et, par conséquent, une utilisation du condensateur à une tension encore plus élevée. Another advantage presented by this new paper is its aptitude for optimal metallization. The metallization of traditional papers often presents metal points which penetrate deeply into the porosities of the paper despite a deposit of varnish. These metal points are at the origin of breakdowns. The new paper, having fewer porosities, will be less subject to this penetration. Regarding the metallization process, it has also been improved. The traditional method consists in evaporating metal, for example zinc, essentially at a right angle on a paper ribbon. A new method of metallization of the capacitor paper, proposed within the framework of the present invention, provides for depositing the metal at an acute angle of less than 75 °, preferably at an angle between 10 ° and 45 °, an angle between 25 ° and 45 ° being more preferred. It is preferable that the trajectory of the metallic particles has a component in the direction of the trajectory of the paper, but other orientations of the trajectory of the metallic particles are possible. The mentioned embodiment has the advantage that the particles cannot penetrate deep into possible porosities of the paper tape because they meet the paper in an oblique direction. It is essentially only on the raised parts of the paper that the metal is deposited. This results in an increase in the dielectric strength of the paper and, consequently, in the use of the capacitor at an even higher voltage.

Un dispositif pour effectuer la métallisation du papier de condensateur décrit plus haut est caractérisé par le fait que la trajectoire des particules métalliques à déposer sur le papier est telle que l'angle d'incidence des particules est aigu. A device for metallizing the capacitor paper described above is characterized in that the trajectory of the metallic particles to be deposited on the paper is such that the angle of incidence of the particles is acute.

Grâce à ce nouveau papier ayant une épaisseur de 2,5 à 6 (tm, on pourra donc réaliser avantageusement selon l'invention des condensateurs entre 2 et 5 kV. Avec la version la plus mince du papier ou avec des conditions d'imprégnation particulières, on peut même envisager des modèles entre 600 V et 2 kV. Thanks to this new paper having a thickness of 2.5 to 6 (mt, it will therefore be possible advantageously according to the invention to produce capacitors between 2 and 5 kV. With the thinnest version of the paper or with special impregnation conditions , we can even consider models between 600 V and 2 kV.

Entre 8 kV et 20 kV Between 8 kV and 20 kV

La baisse progressive de densité d'énergie constatée sur les modèles entre 8 kV et 20 kV avait une autre cause, que l'on appelle communément l'effet d'arête. Des auteurs ont montré que le bord de la couche métallique constituant l'armature crée à cet endroit dans le diélectrique un champ électrique plus élevé que dans le reste de la couche, ce qui entraîne à-cet endroit des claquements à des tensions bien plus basses que dans les autres régions. Dans notre cas, ces claquements ne sont pas destructifs puisqu'ils se traduisent par des cicatrisations, mais ils limitent tout de même fortement la tension d'utilisation du condensateur. Différents travaux ont montré que le rapport entre le champ de l'arête et le champ homogène du diélectrique est une fonction de la racine carrée de l'épaisseur du diélectrique. Cette relation a été également vérifiée expérimentalement. The progressive decrease in energy density observed on the models between 8 kV and 20 kV had another cause, which is commonly called the edge effect. Some authors have shown that the edge of the metallic layer constituting the reinforcement creates a higher electric field in the dielectric than in the rest of the layer, which causes clicks at much lower voltages at this location. than in other regions. In our case, these clicks are not destructive since they result in scarring, but they still strongly limit the operating voltage of the capacitor. Various studies have shown that the relationship between the field of the edge and the homogeneous field of the dielectric is a function of the square root of the thickness of the dielectric. This relationship has also been verified experimentally.

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

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666 368 666,368

8 8

Ce fait entraîne que les condensateurs conformes à la présente invention ont par principe un effet d'arête qui apparaît à une tension beaucoup plus élevée que dans les condensateurs connus puisque, pour une tension donnée, nous travaillons à un champ plus que double, donc avec une épaisseur de moitié. Ces condensateurs selon l'invention permettent donc, par leur principe même, de monter à des tensions doubles de celles des condensateurs connus avant d'atteindre le niveau où apparaît cet effet d'arête. This fact means that the capacitors according to the present invention have in principle an edge effect which appears at a much higher voltage than in known capacitors since, for a given voltage, we are working on a field more than double, therefore with half the thickness. These capacitors according to the invention therefore make it possible, by their very principle, to rise to voltages twice that of known capacitors before reaching the level where this edge effect appears.

Grâce à ce fait, et en prévision de la constitution de batteries de condensateurs en série, nous avons fixé la tension optimale de nos condensateurs élémentaires à une valeur d'environ 5 à 8 kV pour bénéficier de notre densité d'énergie maximale pour la batterie totale. Il est bien entendu que nous n'excluons pas de faire des condensateurs élémentaires de 8 à 20 kV, fondés sur le principe de l'invention, soit avec une densité d'énergie inférieure à 1 J/cm3, soit avec une densité d'énergie supérieure si nous associons à l'invention un perfectionnement supplémentaire. Thanks to this fact, and in anticipation of the constitution of capacitor banks in series, we fixed the optimal voltage of our elementary capacitors at a value of approximately 5 to 8 kV to benefit from our maximum energy density for the battery. total. It is understood that we do not exclude making elementary capacitors from 8 to 20 kV, based on the principle of the invention, either with an energy density of less than 1 J / cm3, or with a density of higher energy if we combine the invention with an additional improvement.

Un tel perfectionnement consiste en particulier, dans le cas où le diélectrique 2 est constitué de plusieurs couches, à intercaler entre deux telles couches une couche de diélectrique 1, mais non métallisée. On pourra donc avoir par exemple pour chaque armature la structure : diélectrique 2 (métallisé) — diélectrique 1 — diélectrique 2 (non métallisé) — diélectrique 1. La répartition des champs électriques en fonction des rigidités diélectriques se fera de la même manière pour un diélectrique 2 métallisé ou non, et quelle que soit la disposition des différentes couches. Such an improvement consists in particular, in the case where the dielectric 2 consists of several layers, to interpose between two such layers a dielectric layer 1, but not metallized. We can therefore have for example for each reinforcement the structure: dielectric 2 (metallized) - dielectric 1 - dielectric 2 (non-metallized) - dielectric 1. The distribution of the electric fields according to the dielectric rigidities will be done in the same way for a dielectric 2 metallized or not, and whatever the arrangement of the different layers.

On peut aussi remarquer que le principe d'exploitation maximale d'un diélectrique mixte conforme à la présente invention peut également être appliqué dans le cas d'un condensateur non cicatrisant, comportant des armatures épaisses (par exemple feuilles d'aluminium), au lieu des armatures métallisées. It can also be noted that the principle of maximum exploitation of a mixed dielectric in accordance with the present invention can also be applied in the case of a non-healing capacitor, comprising thick armatures (for example aluminum sheets), instead metallic reinforcements.

Une application avantageuse du condensateur selon l'invention est la constitution de batteries série et/ou série-parallèle. Comme indiqué plus haut, de tels condensateurs élémentaires auront par exemple une tension de 5 à 8 kV si on recherche un maximum de densité d'énergie. Le diamètre des bobinages élémentaires peut varier entre 10 et 100 mm et la hauteur entre 20 et 100 mm. Une forme très utilisée est, par exemple, un bobinage de diamètre 50 mm et d'une hauteur de 80 mm. Cependant, pour une grande partie des applications visées, le condensateur doit fournir à la décharge des courants très importants. Or, d'après certaines littératures (par exemple la revue Electronique de Puissance N° 1, supplément au N° 724 du 9 septembre 1983, p. 69), les condensateurs à armature métallisée sont en principe exclus pour les courants très forts (500 A à 50 000 A pour un condensateur élémentaire). Dans le cadre de la présente invention, par contre, nous avons été surpris de constater que, dans certains cas, il était possible de délivrer de façon répétée et sans dommage des courants de l'ordre de 10 000 A avec les condensateurs selon l'invention. Cela est très étonnant si l'on considère la résistance par unité de surface élevée (par exemple 7,5 Cl) des armatures. Pour expliquer cela, nous avons fait la remarque suivante: un condensateur est constitué de bandes ayant une longueur déroulée L et une largeur h (qui correspond à la hauteur du bobinage). On peut donc considérer le condensateur déroulé comme constitué d'un nombre L/h de carrés branchés l'un derrière l'autre, mais connectés en parallèle au niveau du schoopage (métallisation des tranches latérales du bobinage) lorsque le condensateur est enroulé. La résistance interne du condensateur est donc inversement proportionnelle à ce rapport L/h pour une résistance de film donnée. Or, comme dans les condensateurs selon l'invention l'épaisseur du diélectrique est très faible pour une tension donnée par rapport aux condensateurs connus (facteur inférieur à Vi), la longueur L sera donc plus du double, pour une section de bobinage donnée, par rapport aux condensateurs connus. C'est pour cette raison que, dans les condensateurs selon l'invention, les rapports L/h sont particulièrement élevés dans le domaine de tension visé (500 V à 10 000 V) et qu'ils permettent des courants de crête de 5000 A à 100 000 A pour un condensateur élémentaire et présentent des inductances très basses. Les rapports L/h les plus élevés et par conséquent les courants les plus forts sont obtenus pour une forme de condensateur plate, avec des diamètres de bobinage importants (par exemple 70 mm) par rapport à la hauteur (par exemple 25 mm). An advantageous application of the capacitor according to the invention is the constitution of series and / or series-parallel batteries. As indicated above, such elementary capacitors will for example have a voltage of 5 to 8 kV if a maximum energy density is sought. The diameter of the elementary windings can vary between 10 and 100 mm and the height between 20 and 100 mm. A widely used form is, for example, a winding with a diameter of 50 mm and a height of 80 mm. However, for a large part of the intended applications, the capacitor must supply very large currents to the discharge. However, according to certain literatures (for example the review Electronic of Power N ° 1, supplement to N ° 724 of September 9, 1983, p. 69), the capacitors with metallic armature are in principle excluded for the very strong currents (500 A to 50,000 A for an elementary capacitor). In the context of the present invention, on the other hand, we were surprised to note that, in certain cases, it was possible to repeatedly and without damage deliver currents of the order of 10,000 A with the capacitors according to the invention. This is very surprising if we consider the resistance per unit of high surface area (for example 7.5 Cl) of the reinforcements. To explain this, we have made the following remark: a capacitor is made up of strips having an unrolled length L and a width h (which corresponds to the height of the winding). We can therefore consider the capacitor unwound as consisting of a number L / h of squares connected one behind the other, but connected in parallel at the level of the schooping (metallization of the side edges of the winding) when the capacitor is wound. The internal resistance of the capacitor is therefore inversely proportional to this L / h ratio for a given film resistance. However, as in the capacitors according to the invention, the thickness of the dielectric is very small for a given voltage compared to known capacitors (factor less than Vi), the length L will therefore be more than double, for a given winding section, compared to known capacitors. It is for this reason that, in the capacitors according to the invention, the L / h ratios are particularly high in the targeted voltage range (500 V to 10 000 V) and that they allow peak currents of 5000 A at 100,000 A for an elementary capacitor and have very low inductances. The highest L / h ratios and therefore the strongest currents are obtained for a form of flat capacitor, with large winding diameters (for example 70 mm) relative to the height (for example 25 mm).

5 Ces forts courants sont d'autant plus exceptionnels que la métallisation utilisée est très fine, par exemple 7,5 Q par unité de surface. Ce résultat repose sur le principe même des condensateurs et sur leur géométrie. Cependant, pour reculer encore le courant limite (ou augmenter la durée de vie), on peut renforcer d'un facteur 2 à 5 (par io exemple 1 à 3 fi par unité de surface) la zone de bord de la métallisation, à l'endroit du schoopage, dans la partie non active du condensateur (marge de l'autre armature). Car c'est dans cette région que la densité de courant est la plus forte. Un autre avantage de la forme de bobinage plate évoquée plus haut est la réalisation de condensais teurs haute tension par empilement de tels éléments en série, dans un tube. 5 These strong currents are all the more exceptional the very metallization used, for example 7.5 Q per unit area. This result is based on the very principle of the capacitors and their geometry. However, to further reduce the limit current (or increase the service life), the edge zone of the metallization can be increased by a factor of 2 to 5 (for example 1 to 3% per unit area). 'location of the schooping, in the non-active part of the capacitor (margin of the other armature). Because it is in this region that the current density is the strongest. Another advantage of the flat winding form mentioned above is the production of high voltage condensers by stacking such elements in series in a tube.

Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, nous allons en décrire maintenant, à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, un mode de réalisation représenté sur les figures annexées: 20 — La figure la est une représentation schématique d'un condensateur à diélectrique mixte. To better understand the object of the invention, we will now describe, by way of purely illustrative and nonlimiting example, an embodiment shown in the appended figures: 20 - Figure la is a schematic representation of a mixed dielectric capacitor.

— La figure lb donne le schéma équivalent, conforme à l'invention, du condensateur précédent. - Figure lb gives the equivalent diagram, according to the invention, of the previous capacitor.

— La figure 2 est un exemple de constitution des films du con-25 densateur selon l'invention. - Figure 2 is an example of constitution of the films of the con-densifier according to the invention.

— Les figures 3a et 3b donnent des formes de bobinage selon l'invention. - Figures 3a and 3b give forms of winding according to the invention.

— La figure 4 est la représentation schématique d'un dispositif pour la métallisation de papier. - Figure 4 is a schematic representation of a device for metallizing paper.

30 — La figure 5 est un dispositif pour presser le papier pour condensateur, représenté selon une vue de côté. FIG. 5 is a device for pressing the paper for the capacitor, shown in a side view.

— La figure 6 est une coupe longitudinale selon la ligne VI-VI de la figure 5. - Figure 6 is a longitudinal section along the line VI-VI of Figure 5.

La figure la donne la représentation schématique d'un condensa-35 teur à diélectrique mixte. Les deux diélectriques 1 et 2 ont des épaisseurs respectives e, et e2 et sont compris entre deux armatures 3 et 3' servant à charger le condensateur par exemple avec les polarités respectives + et —, et à le décharger. Les deux diélectriques 1 et 2 ont respectivement des permittivités relatives Sj et e2 et, quand le con-40 densateur est chargé à sa tension nominale U, les champs électriques respectifs sont Ej et E2, et les résistivités à ces champs sont rj et r2. Les tensions qui apparaissent aux bornes des deux diélectriques sont Uj et U2. Figure la gives the schematic representation of a capacitor-35 mixed dielectric. The two dielectrics 1 and 2 have respective thicknesses e, and e2 and are between two plates 3 and 3 'used to charge the capacitor for example with the respective polarities + and -, and to discharge it. The two dielectrics 1 and 2 respectively have relative permittivities Sj and e2 and, when the condenser is charged to its nominal voltage U, the respective electric fields are Ej and E2, and the resistivities to these fields are rj and r2. The voltages which appear at the terminals of the two dielectrics are Uj and U2.

La figure lb donne le schéma équivalent du condensateur de la 45 figure la. Ce schéma équivalent n'est nullement conventionnel; il est caractéristique de l'invention et donne une méthode préférentielle d'exploitation des deux diélectriques dans la même proportion, comme prévu par la revendication 1. Cette méthode préférentielle prévue par la revendication 3 consiste à dire que la répartition des 50 tensions Uj et U2 aux bornes des condensateurs C1 et C2, qui symbolisent les diélectriques 1 et 2, répond à la relation: Figure 1b gives the equivalent diagram of the capacitor of Figure 45. This equivalent scheme is by no means conventional; it is characteristic of the invention and gives a preferred method of operating the two dielectrics in the same proportion, as provided for in claim 1. This preferred method provided in claim 3 consists in saying that the distribution of the 50 voltages Uj and U2 across the capacitors C1 and C2, which symbolize dielectrics 1 and 2, responds to the relationship:

Uj. _ R2 U, Ra Uj. _ R2 U, Ra

55 lorsque les conditions de l'invention sont remplies, en particulier à champ électrique élevé. Cette relation est largement développée et justifiée dans le texte qui précède. 55 when the conditions of the invention are met, in particular at high electric field. This relationship is widely developed and justified in the preceding text.

La figure 2 donne un exemple de réalisation d'un condensateur selon l'invention. Elle montre deux nappes multicouches A et B qui 60 sont constituées exactement de la même manière. Chaque nappe multicouche est constituée d'un papier 5 (5') qui correspond au diélectrique 2 de la figure la, pourvu d'une couche métallique 4 (4') réalisée en zinc et de feuilles en matière plastique 6 et 7 (polytéréphtalate d'êthylène) ou «MYLAR» qui correspondent au diélectrique 65 1 de la figure la. Le papier 5 (5') avec sa couche métallisée 4 (4') est appelé ici papier métallisé. La métallisation peut être de n'importe quel côté du papier, c'est-à-dire qu'elle peut également être placée entre les couches 5 ( 5') et 6 (6'). Le papier 5 (5') lui-même est du FIG. 2 gives an exemplary embodiment of a capacitor according to the invention. It shows two multilayer layers A and B which 60 are formed in exactly the same way. Each multilayer sheet consists of a paper 5 (5 ′) which corresponds to the dielectric 2 of FIG. La, provided with a metal layer 4 (4 ′) made of zinc and of plastic sheets 6 and 7 (polyterephthalate d 'ethylene) or "MYLAR" which correspond to the dielectric 65 1 of FIG. The paper 5 (5 ') with its metallized layer 4 (4') is here called metallized paper. The metallization can be on any side of the paper, i.e. it can also be placed between layers 5 (5 ') and 6 (6'). The 5 (5 ') paper itself is

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papier laqué. La couche de laque est en acétate de cellulose, mais peut aussi être en acétobutyrate de cellulose. La couche de laque assure une surface lisse, son épaisseur est d'environ 0,5 micron. La couche de métallisation 4 ne va pas jusqu'au bord droit du papier 5, mais atteint et dépasse le bord gauche alors que la couche de métallisation 4' ne va pas jusqu'au bord gauche du papier 5', mais atteint et dépasse le bord droit. Les marges ainsi prévues de chaque côté sont de 4 mm. En plus, les deux nappes multicouches avec leurs métalli-sations respectives sont encore un peu décalées latéralement l'une par rapport à l'autre (environ 1 mm). Ce décalage n'est pas représenté par le dessin. Les papiers 5 (5') et les feuilles en plastique 6 (6') et 7 (7') ont la même largeur. Les faces latérales gauche et droite des nappes A et B de la figure 2 obtenues lorsque le condensateur est bobiné sont pourvues d'une couche métallique 8 et 9, obtenue par projection de zinc (schoopage). Pour des courants très forts, on peut, en plus, soit étamer ces schoopages, soit projeter ou appliquer d'autres métaux sur les couches de zinc 8, 9 ou à la place de ces couches. lacquered paper. The lacquer layer is made of cellulose acetate, but can also be made of cellulose acetate butyrate. The lacquer layer provides a smooth surface, its thickness is approximately 0.5 micron. The metallization layer 4 does not go to the right edge of the paper 5, but reaches and exceeds the left edge while the metallization layer 4 'does not go to the left edge of the paper 5', but reaches and exceeds the straight edge. The margins thus provided on each side are 4 mm. In addition, the two multilayer plies with their respective metalli-tions are still a little laterally offset from one another (about 1 mm). This offset is not shown in the drawing. The 5 (5 ') papers and the 6 (6') and 7 (7 ') plastic sheets have the same width. The left and right side faces of the layers A and B of FIG. 2 obtained when the capacitor is wound are provided with a metal layer 8 and 9, obtained by spraying zinc (schooping). For very strong currents, one can, in addition, either tin these schoopages, or spray or apply other metals on the zinc layers 8, 9 or in place of these layers.

Ces schoopages établissent le contact avec les métallisations 4 (4') et permettent de souder les fils de connexion. Les couches de métallisation 4 (4') ont une résistance par unité de surface de 7,5 Ci et une épaisseur de 15 nanomètres (nm). Sous cette couche de zinc se trouve une couche d'argent de 0,2 à 0,5 nm d'épaisseur. Le papier sec a une résistance d'isolement spécifique correspondant à environ 10 000 Mfi • nF (mesurée à faible champ électrique). Lorsque ce papier est imprégné d'huile de silicone, il a une résistance d'isolement spécifique correspondant à environ 15 000 Mîî • |iF et une rigidité diélectrique d'environ 200 V/jim. La résistance d'isolement spécifique du polyester est de 500 000 Mfl • nF (valeur également mesurée à faible champ) et sa rigidité diélectrique est d'environ 600 V/|im. Les couches de papier 5 (5') et les deux couches de matière plastique 6 (6') et 7 (7') ont chacune une épaisseur de 7 |im. La largeur des nappes visible sur la figure 2 est de 80 mm pour l'exemple en question. La longueur des nappes, non visible sur la figure 2, est de 100 m. Lorsque l'ensemble de ces nappes est bobiné jusqu'à un diamètre de 74 mm et le condensateur schoopé et imprégné d'huile silicone, la capacité d'un tel bobinage est de 22,5 |iF. Le bobinage terminé (fig. 3a) est fretté à l'aide d'un film de polyester autocollant d'épaisseur environ 70 (im, fortement tendu, destiné à empêcher l'enroulement de se débobiner. Grâce à ce frettage, les spires les plus extérieures seront bien maintenues et ne pourront pas se soulever. Cela est important pour que les énergies des cicatrisations se produisant dans cette région restent aussi faibles qu'à l'intérieur du bobinage. Les films sont bobinés avec une force de tension de 20 à 25 newtons (N). La constante diélectrique du polytéréphtalate d'êthylène est de 3,2, la constante diélectrique du papier imprégné du diélectrique liquide est de 4,8. L'ensemble du diélectrique mixte ainsi constitué prend ainsi une constante diélectrique de 4,2. These schoopings establish contact with the metallizations 4 (4 ') and allow the connection wires to be welded. The metallization layers 4 (4 ′) have a resistance per unit area of 7.5 Ci and a thickness of 15 nanometers (nm). Under this layer of zinc is a layer of silver 0.2 to 0.5 nm thick. Dry paper has a specific insulation resistance corresponding to around 10,000 Mfi • nF (measured at low electric field). When this paper is impregnated with silicone oil, it has a specific insulation resistance corresponding to approximately 15,000 MiF • and a dielectric strength of approximately 200 V / dm. The specific insulation resistance of polyester is 500,000 Mfl • nF (also measured at low field) and its dielectric strength is around 600 V / | im. The layers of paper 5 (5 ') and the two layers of plastic 6 (6') and 7 (7 ') are each 7 µm thick. The width of the layers visible in FIG. 2 is 80 mm for the example in question. The length of the layers, not visible in FIG. 2, is 100 m. When all of these layers are wound up to a diameter of 74 mm and the capacitor schooped up and impregnated with silicone oil, the capacity of such a winding is 22.5 μF. The finished winding (fig. 3a) is hooped using a self-adhesive polyester film of thickness about 70 (im, strongly stretched, intended to prevent the winding from unwinding. Thanks to this hooping, the turns more external will be well maintained and will not be able to lift. This is important so that the energies of the scarring occurring in this region remain as low as inside the winding. The films are wound with a tension force of 20 to 25 newtons (N). The dielectric constant of polyethylene terephthalate is 3.2, the dielectric constant of paper impregnated with liquid dielectric is 4.8. The whole of the mixed dielectric thus formed thus takes a dielectric constant of 4 , 2.

Ce condensateur élémentaire a une tension nominale de 7000 Y et, par suite de sa capacité de 22,5 |tF, une énergie de 551 J. Son volume est de 344 cm3 et sa densité d'énergie de 1,6 J/cm3. Lorsqu'il est chargé à 7000 V, le champ diélectrique moyen dans le diélectrique est de 333 V/jim. Il a une valeur L/h de 1250 et supporte des courants de décharge d'environ 20 000 A. Des échantillons de condensateur élémentaire sont régulièrement prélevés de chaque lot de fabrication et sont imprégnés pour subir des essais et vérifications. On mesure à l'oscilloscope et à l'enregistreur leurs courbes de charge jusqu'à la tension nominale de 7000 V et jusqu'à une tension d'essai de 7700 V. S'il y a des cicatrisations, elles doivent être faibles et disparaître aux charges suivantes. Ensuite, on enregistre la courbe d'au-todécharge comme décrit plus haut et on la compare à des courbes de référence d'un condensateur élémentaire étalon. On analyse la courbe de décharge et on calcule les constantes de temps et les résistances d'isolement à divers points prédéterminés de la courbe, ainsi que le taux d'exploitation de chacun des diélectriques. Dans le cas normal, on trouve par exemple 70 à 80% pour chacun d'eux. Ces vérifications permettent de surveiller et éventuellement de corriger la qualité des diélectriques et surtout la qualité de l'huile et les conditions d'imprégnation. En effet, avant de connaître les principes d'exploitation égale des deux diélectriques et l'influence des résistances d'isolement à champ élevé, comme exposé dans la présente invention, il était impossible d'obtenir de façon reproductible et en série des condensateurs atteignant le champ et la densité d'énergie escomptés. Nous avions certes obtenu quelques prototypes uniques atteignant de telles valeurs, mais par pur hasard, et il était impossible de retrouver ces résultats jusqu'au moment de la découverte des principes indiqués ici qui ont permis la maîtrise systématique des paramètres en cause. A titre indicatif, la température d'imprégnation est de 100° C, le vide de 10-2 à 10~3 mmHg et la durée d'imprégnation de 24 h à 48 h. Mais ces conditions sont continuellement réadaptées et peuvent aussi varier d'un modèle à l'autre. This elementary capacitor has a nominal voltage of 7000 Y and, as a result of its capacity of 22.5 | tF, an energy of 551 J. Its volume is 344 cm3 and its energy density is 1.6 J / cm3. When charged to 7000 V, the average dielectric field in the dielectric is 333 V / dm. It has an L / h value of 1250 and supports discharge currents of around 20,000 A. Elementary capacitor samples are regularly taken from each manufacturing batch and are impregnated for testing and verification. Their load curves are measured with the oscilloscope and the recorder up to the nominal voltage of 7000 V and up to a test voltage of 7700 V. If there are scarring, they must be weak and disappear at the following charges. Next, the self-discharge curve is recorded as described above and compared with the reference curves of a standard elementary capacitor. The discharge curve is analyzed and the time constants and the insulation resistances at various predetermined points on the curve are calculated, as well as the exploitation rate of each of the dielectrics. In the normal case, we find for example 70 to 80% for each of them. These checks make it possible to monitor and possibly correct the quality of the dielectrics and especially the quality of the oil and the impregnation conditions. Indeed, before knowing the principles of equal operation of the two dielectrics and the influence of high-field insulation resistances, as explained in the present invention, it was impossible to obtain reproducible and in series capacitors reaching the expected field and energy density. We had certainly obtained some unique prototypes reaching such values, but by pure chance, and it was impossible to find these results until the discovery of the principles indicated here which allowed the systematic control of the parameters in question. As an indication, the impregnation temperature is 100 ° C, the vacuum from 10-2 to 10 ~ 3 mmHg and the duration of impregnation from 24 h to 48 h. However, these conditions are continuously readjusted and may also vary from one model to another.

Les condensateurs dont la fabrication vient d'être décrite sont le plus souvent destinés à être placés dans des boîtiers soit individuellement, soit sous forme de batteries. Un exemple de batterie consiste en deux bobinages du type décrit, branchés en parallèle, et placés l'un au-dessus de l'autre dans un boîtier en aluminium de diamètre 75 mm et de hauteur 180 mm. Les bobinages peuvent être imprégnés soit avant, soit après montage dans le boîtier. Une technique préférée consiste à monter dans le boîtier les bobinages, non encore imprégnés mais préséchés, à sertir le couvercle, mais à laisser ouverts les trous de passage des fils au niveau des bornes. Ces trous permettent le traitement. Les bobinages à l'intérieur des boîtiers sont ensuite séchés sous vide pendant environ 48 h, puis imprégnés sous vide pendant environ 24 h. Le boîtier se remplit d'huile par la même occasion. A la fin de l'opération, après avoir cassé le vide, mais sans sortir les condensateurs de leur bain, on peut même effectuer la fermeture du trou de passage par soudure sous l'huile. The capacitors whose manufacture has just been described are most often intended to be placed in housings either individually or in the form of batteries. An example of a battery consists of two windings of the type described, connected in parallel, and placed one above the other in an aluminum case with a diameter of 75 mm and a height of 180 mm. The windings can be impregnated either before or after mounting in the housing. A preferred technique consists in mounting the windings in the housing, not yet impregnated but pre-dried, crimping the cover, but leaving the holes for the passage of the wires open at the terminals. These holes allow treatment. The windings inside the housings are then dried under vacuum for approximately 48 h, then impregnated under vacuum for approximately 24 h. The case fills with oil at the same time. At the end of the operation, after having broken the vacuum, but without removing the capacitors from their bath, it is even possible to close the passage hole by welding under oil.

Le condensateur obtenu a une capacité de 45 p.F et une tension nominale de 7000 V. Il trouve son utilisation par exemple en décharge dans les lampes à éclats utilisées pour les lasers à solide ou dans des appareils de photocopie. Si la fréquence de répétition des décharges est inférieure ou égale à environ 1 Hz, le condensateur pourra travailler à sa tension nominale ou légèrement en dessous. Si cette fréquence est supérieure, par exemple 20 à 30 Hz, le condensateur pourra être utilisé en «derating» à une tension de 2000 à 3000 V. Ce même condensateur élémentaire peut également servir à la construction de batteries très haute tension et/ou très haute énergie, par montages série et/ou parallèle. Les tensions peuvent atteindre plusieurs centaines de kilovolts, et plusieurs mégajoules. Certains modèles conviennent pour le montage de générateurs de Marx. The capacitor obtained has a capacity of 45 p.F and a nominal voltage of 7000 V. It finds its use, for example, in discharge in the strobe lamps used for solid-state lasers or in photocopying apparatus. If the repetition frequency of the discharges is less than or equal to about 1 Hz, the capacitor may work at its nominal voltage or slightly below it. If this frequency is higher, for example 20 to 30 Hz, the capacitor can be used in "derating" at a voltage of 2000 to 3000 V. This same elementary capacitor can also be used for the construction of very high voltage and / or very high energy, by series and / or parallel circuits. The voltages can reach several hundred kilovolts, and several megajoules. Some models are suitable for mounting Marx generators.

Un deuxième exemple consiste en un condensateur élémentaire utilisant les mêmes types et épaisseurs de diélectrique mais, au lieu de réaliser un cylindre allongé comme précédemment (fig. 3a), on réalise un cylindre plat (fig. 3b) en prenant des films de largeur 25 mm. La hauteur du bobinage sera donc de 25 mm, le diamètre de 74 mm, le volume de 107,5 cm3, la capacité de 4,5 |xF, la tension nominale de 7000 V, l'énergie de 110 J, la densité d'énergie de 1 J/cm3 et le champ moyen de 333 V/|tm. La longueur des films est de 100 m et le rapport L/h de 4000. Ce condensateur élémentaire permet de délivrer des courants de 50000 à 100000 A. La densité d'énergie de ce modèle est plus faible que celle du modèle précédent, car la proportion de la marge, qui se retranche deux fois de la largeur de la nappe, est plus importante. A second example consists of an elementary capacitor using the same types and thicknesses of dielectric but, instead of producing an elongated cylinder as before (fig. 3a), a flat cylinder (fig. 3b) is produced by taking films of width 25 mm. The winding height will therefore be 25 mm, the diameter of 74 mm, the volume of 107.5 cm3, the capacity of 4.5 | xF, the nominal voltage of 7000 V, the energy of 110 J, the density d energy of 1 J / cm3 and the average field of 333 V / | tm. The length of the films is 100 m and the L / h ratio of 4000. This elementary capacitor can deliver currents from 50,000 to 100,000 A. The energy density of this model is lower than that of the previous model, because the proportion of the margin, which is subtracted twice from the width of the tablecloth, is greater.

Le grand intérêt de ce modèle est son rapport L/h important, donc son aptitude aux courants élevés, ainsi que sa faible hauteur. En effet, ce condensateur élémentaire est destiné à constituer des batteries par empilement de ces cylindres plats dans un tube de diamètre 75 mm. On aura ainsi un condensateur d'environ 50 kV avec 8 éléments empilés, soit une hauteur de tube d'environ 200 mm. Un tel condensateur est utilisable par exemple dans les lasers à gaz. Des modèles de 100 kV sont également possibles, qui ont, entre autres, une application pour les générateurs de Marx. Mais, comme la densité d'énergie avec une hauteur de bobinage de 25 mm est plus faible à cause de la proportion de la marge, nous avons aussi prévu des modèles de condensateurs élémentaires avec des hauteurs entre 25 et 80 mm. The great interest of this model is its important L / h ratio, therefore its suitability for high currents, as well as its low height. Indeed, this elementary capacitor is intended to constitute batteries by stacking these flat cylinders in a tube with a diameter of 75 mm. There will thus be a capacitor of approximately 50 kV with 8 stacked elements, ie a tube height of approximately 200 mm. Such a capacitor can be used for example in gas lasers. 100 kV models are also possible, which have, among other things, an application for Marx generators. However, since the energy density with a winding height of 25 mm is lower due to the proportion of the margin, we have also provided models of elementary capacitors with heights between 25 and 80 mm.

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Un troisième exemple d'application consiste en un condensateur élémentaire fait de la même façon que le premier (fig. 2 et 3a), mais avec des épaisseurs de 6 |xm pour les couches de papier 5 et 5' et de 5 (xm pour des couches 6, 6' et 7, 7'. Le diamètre du bobinage est de 49 mm, le volume de 150 cm3, la capacité de 15 JJ.F, la tension nominale de 5000 V, l'énergie de 187 J, la densité d'énergie de 1,25 J/cm3 et le champ moyen de 312,5 V/pm. La longueur des films est de 53 m et le rapport L/h est de 662. Ce condensateur élémentaire permet de délivrer des courants de 10 000 A. U peut être monté en batterie comme le premier modèle, dans un boîtier de diamètre 50 mm et de hauteur 180 mm. Le condensateur obtenu de 30 pF et 5000 V est utilisé à sa tension nominale, par exemple comme condensateur de défibrillateur cardiaque. A third example of application consists of an elementary capacitor made in the same way as the first (fig. 2 and 3a), but with thicknesses of 6 | xm for the layers of paper 5 and 5 'and of 5 (xm for layers 6, 6 'and 7, 7'. The winding diameter is 49 mm, the volume of 150 cm3, the capacity of 15 JJ.F, the nominal voltage of 5000 V, the energy of 187 J, the energy density of 1.25 J / cm3 and the average field of 312.5 V / pm The length of the films is 53 m and the L / h ratio is 662. This elementary capacitor makes it possible to deliver currents of 10,000 A. U can be mounted as a battery like the first model, in a 50 mm diameter and 180 mm high case. The capacitor obtained from 30 pF and 5000 V is used at its nominal voltage, for example as a defibrillator capacitor cardiac.

Pour d'autres applications telles que certains lasers à solide ou des appareils de photocopie, il pourra travailler soit à sa tension nominale, soit à une tension inférieure selon les conditions de fonctionnement. Les condensateurs élémentaires décrits peuvent aussi être utilisés pour des batteries de très hautes tensions et énergies. For other applications such as certain solid-state lasers or photocopying devices, it can work either at its nominal voltage or at a lower voltage depending on the operating conditions. The elementary capacitors described can also be used for very high voltage and energy batteries.

Un quatrième modèle utilise le nouveau papier métallisé de 4 |im (4, 5,4', 5') et un seul film de polytéréphtalate d'êthylène à la place des films 6, 7, 6', 7', d'épaisseur 4 jam. Les nappes, d'une largeur de 80 mm, sont enroulées sur un mandrin de 3 mm en deux pièces, qui est retiré après bobinage. Le diamètre est de 20 mm, le volume de 25 cm3, la capacité de 12 pF, la tension de 3 kV et l'énergie de 54 J. Le champ moyen est de 375 V/pm et la densité d'énergie de 2,15 J/cm3. C'est un condensateur pour défibrillateur implantable, par exemple. Etant donné que, dans un tel appareil, le condensateur est très peu utilisé et ne reste chargé que pour un temps très bref, le diélectrique peut être exploité au-delà de la limite que l'on adopte pour les applications industrielles. On arrive ainsi à utiliser les diélectriques à plus de 90% de leur rigidité. Ainsi, ce modèle, dans ces conditions, peut même dépasser le champ et la densité d'énergie indiqués. A fourth model uses the new 4 | im (4, 5,4 ', 5') metallized paper and a single polyethylene terephthalate film in place of the 6, 7, 6 ', 7' thick films 4 jam. The sheets, 80 mm wide, are wound on a 3 mm two-piece core, which is removed after winding. The diameter is 20 mm, the volume of 25 cm3, the capacity of 12 pF, the voltage of 3 kV and the energy of 54 J. The average field is 375 V / pm and the energy density of 2, 15 J / cm3. It is a capacitor for implantable defibrillator, for example. Since, in such an apparatus, the capacitor is used very little and remains charged only for a very short time, the dielectric can be used beyond the limit that is adopted for industrial applications. We thus manage to use dielectrics at more than 90% of their rigidity. Thus, this model, under these conditions, can even exceed the field and the energy density indicated.

Un cinquième et dernier exemple utilise le même diélectrique que le quatrième, mais est bobiné jusqu'à un diamètre de 74 mm. Il a une capacité de 172 |xF et une tension nominale de 2,5 kV. Sa tension d'utilisation peut varier entre 2 kV et 3 kV selon les conditions d'utilisation, ce qui lui donne une densité d'énergie entre 1 et 2,25 J/cm3. Les applications sont diverses (laser, défibrillation, aérospatial, etc.). Dans le quatrième exemple, on peut aussi remplacer le papier de 4 nm par du papier à fibrilles de 2,5 pm et prendre des films de polytéréphtalate d'êthylène de 2,5 pm à 4 pm. Avec des largeurs de films de 40 à 80 mm et des diamètres de bobinage de 15 à 20 mm, on peut réaliser d'autres modèles pour défibrillateur implantable avec des capacités de 10 à 30 pF et des densités d'énergie entre 2 et 3 J/cm3. A fifth and final example uses the same dielectric as the fourth, but is wound to a diameter of 74 mm. It has a capacity of 172 | xF and a nominal voltage of 2.5 kV. Its operating voltage can vary between 2 kV and 3 kV depending on the conditions of use, which gives it an energy density between 1 and 2.25 J / cm3. The applications are diverse (laser, defibrillation, aerospace, etc.). In the fourth example, it is also possible to replace the 4 nm paper with 2.5 μm fibrillated paper and to take films of polyethylene terephthalate from 2.5 μm to 4 μm. With film widths of 40 to 80 mm and winding diameters of 15 to 20 mm, other models for implantable defibrillator can be produced with capacities from 10 to 30 pF and energy densities between 2 and 3 J / cm3.

En résumé, les mêmes ensembles de diélectriques peuvent être utilisés à différents champs et densités d'énergies, selon les conditions de fonctionnement et/ou la durée de vie recherchées : In summary, the same sets of dielectrics can be used at different energy fields and densities, depending on the operating conditions and / or the desired lifetime:

— 150 à 300 V/pm et 0,4 à 1,2 J/cm3 pour des applications de filtrage de commutation et de décharge, dans lesquelles la puissance moyenne de fonctionnement ou les exigences de durée de vie sont élevées. Ces modèles sont également utilisables en dessous de leur niveau (derating) pour des conditions très sévères; - 150 to 300 V / pm and 0.4 to 1.2 J / cm3 for switching and discharge filtering applications, in which the average operating power or the service life requirements are high. These models can also be used below their level (derating) for very severe conditions;

— 300 à 400 V/pm et 1,2 à 2 J/cm3 pour des applications de filtrage de commutation ou de décharge dans lesquelles les conditions sont moins sévères (exemple: défibrillateurs externes ou lasers à faible fréquence de répétition); - 300 to 400 V / pm and 1.2 to 2 J / cm3 for switching or discharge filtering applications in which the conditions are less severe (example: external defibrillators or lasers with low repetition frequency);

— 400 à 500 V/pm et 2 à 3 J/cm3 pour des applications à très faibles taux d'utilisation (exemple: défibrillateur implantable, 500 chocs au maximum et décharge presque immédiate après la charge). - 400 to 500 V / pm and 2 to 3 J / cm3 for applications with very low utilization rates (example: implantable defibrillator, maximum 500 shocks and almost immediate discharge after charging).

D'autres matériaux sont utilisables sans modifier les principes de l'invention: Other materials can be used without modifying the principles of the invention:

— d'autres métaux ou éléments sont possibles pour la métallisation: aluminium, argent, or, palladium ou carbone amorphe pur; - other metals or elements are possible for metallization: aluminum, silver, gold, palladium or pure amorphous carbon;

— d'autres diélectriques sont possibles à la place du diélectrique 1 : polypropylène, polycarbonate, polysulfone, polystyrène, etc. ; - other dielectrics are possible in place of dielectric 1: polypropylene, polycarbonate, polysulfone, polystyrene, etc. ;

— d'autres structures fibreuses sont possibles à la place du diélectrique 2; - other fibrous structures are possible in place of the dielectric 2;

— d'autres huiles d'imprégnation répondant aux critères de l'invention sont possibles. - other impregnating oils meeting the criteria of the invention are possible.

La figure 4 qui décrit le dispositif de métallisation du papier est une représentation, qui n'est pas à l'échelle, d'une enceinte à vide 100 dans laquelle se trouvent une bobine de départ 102 de papier de condensateur et une bobine 104 sur laquelle le papier de condensateur 106 sera rembobiné. Le papier de condensateur 106 passe sur des poulies de déviation 108 et, dans la partie supérieure de l'enceinte à vide 100, il passe devant un diaphragme 110,112. Un raccord 101 part vers une pompe à vide. Dans l'enceinte à vide 100 se trouve un creuset 116, dans lequel du zinc est chauffé jusqu'à l'évaporation. FIG. 4 which describes the device for metallizing the paper is a representation, which is not to scale, of a vacuum enclosure 100 in which there is a starting coil 102 of capacitor paper and a coil 104 on which the capacitor paper 106 will be rewound. The capacitor paper 106 passes over deflection pulleys 108 and, in the upper part of the vacuum enclosure 100, it passes in front of a diaphragm 110,112. A connector 101 goes to a vacuum pump. In the vacuum enclosure 100 is a crucible 116, in which zinc is heated until evaporation.

Les électrodes 120 et 122, qui sont raccordées à une tension négative, empêchent un dépôt de vapeur sur les rouleaux 102 et 104. La trajectoire vers les rouleaux 102 et 104, que pourrait emprunter la vapeur métallique sans les électrodes 120 et 122, est représentée par des traits pointillés. Le logement d'une autre électrode 124, qui se trouve à un potentiel positif, est prévu derrière le papier 106 à l'endroit d'un évidement 126 dans le diaphragme 110,112. L'évide-ment 126 est déplacé latéralement par rapport au creuset 116 de telle façon que la vapeur métallique partant du creuset 116 ait un angle d'incidence de 45° sur le papier 106 à travers l'évidement 126. Si cela est nécessaire, cet angle peut être choisi autrement. The electrodes 120 and 122, which are connected to a negative voltage, prevent vapor deposition on the rollers 102 and 104. The trajectory towards the rollers 102 and 104, which the metallic vapor could take without the electrodes 120 and 122, is shown by dotted lines. The housing of another electrode 124, which is at a positive potential, is provided behind the paper 106 at the location of a recess 126 in the diaphragm 110,112. The recess 126 is moved laterally relative to the crucible 116 in such a way that the metal vapor leaving the crucible 116 has an angle of incidence of 45 ° on the paper 106 through the recess 126. If necessary, this angle can be chosen otherwise.

Dans l'exemple, la distance entre le creuset 116, qui est réalisé en tantale, et le papier 106 à l'endroit de l'incidence de la vapeur métallique derrière l'évidement 126 est de 30 cm. Suivant l'application, cette distance peut se situer entre 15 cm et 30 cm. La température du métal se situe entre 400° C et 800° C. La vitesse linéraire du papier se situe entre 2 m/min et 4 m/min. La différence de potentiel entre le potentiel U0 du creuset et le potentiel U+ de l'électrode 124, qui est positif par rapport à U0, est de 400 V à 800 V. Les électrodes 120 et 122 se trouvent à un potentiel qui est négatif de —100 V à —200 V par rapport au creuset. La pression dans l'enceinte à vide 100 est d'environ 10~2 torr à 10-5 torr. L'épaisseur du dépôt métallique sur le papier dépend de la température du métal, de l'angle d'incidence sur le papier, de la vitesse du papier, des tensions, de la pression dans l'enceinte 100 et de la distance entre le creuset et le papier. In the example, the distance between the crucible 116, which is made of tantalum, and the paper 106 at the location of the incidence of the metallic vapor behind the recess 126 is 30 cm. Depending on the application, this distance can be between 15 cm and 30 cm. The temperature of the metal is between 400 ° C and 800 ° C. The linear speed of the paper is between 2 m / min and 4 m / min. The difference in potential between the potential U0 of the crucible and the potential U + of the electrode 124, which is positive with respect to U0, is 400 V to 800 V. The electrodes 120 and 122 are at a potential which is negative of —100 V to —200 V relative to the crucible. The pressure in the vacuum chamber 100 is approximately 10 ~ 2 torr to 10-5 torr. The thickness of the metal deposit on the paper depends on the temperature of the metal, the angle of incidence on the paper, the speed of the paper, the tensions, the pressure in the enclosure 100 and the distance between the crucible and paper.

Les fig. 5 et 6 montrent un dessin schématique d'un dispositif qui comprend trois rouleaux métalliques 200, 202, 204 dont les axes se trouvent dans Je même plan. Le rouleau du milieu 200 est entraîné et transmet par friction le mouvement de rotation aux autres rouleaux. La circonférence du rouleau du milieu 200 a une encoche 206 à 85 mm de large et de 4 pm de profondeur. Un ruban 208 de papier de condensateur du commerce épais de 6 nm part d'abord du rouleau de départ 210 et passe sous une buse de vapeur 212, qui sert à humecter le papier. Figs. 5 and 6 show a schematic drawing of a device which comprises three metal rollers 200, 202, 204 whose axes are in the same plane. The medium roller 200 is driven and frictionally transmits the rotational movement to the other rollers. The circumference of the middle roll 200 has a notch 206 at 85 mm wide and 4 pm deep. A ribbon 208 of 6nm thick commercial capacitor paper starts from the starting roller 210 and passes under a steam nozzle 212, which is used to moisten the paper.

Ensuite, il passe entre le rouleau supérieur 202 et le rouleau du milieu 200 et, ensuite, entre le rouleau du milieu 200 et le rouleau inférieur 204. Le ruban de papier passe uniquement dans l'encoche 206. Le papier pressé est rembobiné sur le rouleau 214. A l'endroit du rouleau du milieu 200, une deuxième buse 216 est prévue pour déposer sur le papier de la vapeur d'eau, du vernis ou un autre produit, suivant l'opération à effectuer. La buse 212 imprègne le papier d'une humidité relative entre 25% et 35%. Les rouleaux 200 et 204 sont portés à une température entre 80° C et 110° C par des lampes à quartz à émission infrarouge incorporées dans ces rouleaux. Mais d'autres techniques de chauffage sont possibles. Les rouleaux 200 et 204 ont le même diamètre de 30 cm. Le rouleau du milieu 200 tourne autour d'un axe qui est solidaire d'un bâti 222, tandis que le rouleau supérieur 202 et le rouleau inférieur 204 peuvent être déplacés dans le sens de la hauteur et sont pressés contre le rouleau 200 par des dispositifs hydrauliques de pistons-cylindres 224. Les dispositifs 224 de pistons-cylindres sont alimentés par une pompe hydraulique 226. Des dispositifs de réglage permettent d'ajuster la pression, donc de déterminer la force avec laquelle les rouleaux sont pressés l'un contre l'autre. Dans l'exemple de réali5 Then it passes between the upper roller 202 and the middle roller 200 and then between the middle roller 200 and the lower roller 204. The paper tape passes only through the notch 206. The pressed paper is rewound on the roller 214. At the place of the middle roller 200, a second nozzle 216 is provided for depositing on the paper steam, varnish or another product, depending on the operation to be carried out. The nozzle 212 impregnates the paper with a relative humidity between 25% and 35%. The rollers 200 and 204 are brought to a temperature between 80 ° C and 110 ° C by quartz lamps with infrared emission incorporated in these rollers. But other heating techniques are possible. The rollers 200 and 204 have the same diameter of 30 cm. The middle roller 200 rotates about an axis which is integral with a frame 222, while the upper roller 202 and the lower roller 204 can be moved in the height direction and are pressed against the roller 200 by devices hydraulic piston-cylinder 224. The piston piston 224 devices are powered by a hydraulic pump 226. Adjusting devices allow the pressure to be adjusted, thus determining the force with which the rollers are pressed against each other. other. In the example of réali5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

11 11

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sation, cette pression s'élève à environ 1000 dN/cm2 jusqu'à 1500 dN/cm2. Le papier est entraîné à une vitesse de 8 m/min à 10 m/min. Le papier, qui sort du dispositif de pressage, a une épaisseur de 4 (rm à 4,2 |im. Un laminage sans humidification, par les seules température et pression des rouleaux, est également possible. sation, this pressure rises to around 1000 dN / cm2 up to 1500 dN / cm2. The paper is fed at a speed of 8 m / min to 10 m / min. The paper, which comes out of the pressing device, has a thickness of 4 (rm to 4.2 µm. Laminating without humidification, by the temperature and pressure of the rolls alone, is also possible.

Le papier ainsi fabriqué a une densité de 1,4 g/cm3 à 1,5 g/cm3 environ. Du papier, qui est fabriqué en employant exclusivement des fibrilles, a la même densité. La rigidité diélectrique du papier s'élève jusqu'à 400 V/|xm (si le papier a été imbibé d'huile silicone). Ce papier se prête particulièrement bien à la métallisation. Il est d'ailleurs envisageable d'augmenter la résistance par unité de surface prévue par la présente invention au-delà de 30 fi soit en métallisant du papier existant, soit en utilisant le nouveau papier et/ou les nouvelles méthodes de métallisation décrites ci-dessus. The paper thus produced has a density of approximately 1.4 g / cm3 to 1.5 g / cm3. Paper, which is made using only fibrils, has the same density. The dielectric strength of the paper is up to 400 V / | xm (if the paper has been soaked in silicone oil). This paper is particularly suitable for metallization. It is moreover possible to increase the resistance per unit area provided by the present invention beyond 30 μm either by metallizing existing paper, or by using the new paper and / or the new metallization methods described above. above.

5 Notons enfin que les densités d'énergies volumiques données dans ce texte en J/cm3 peuvent aussi être exprimées en densités d'énergies pondérales. Les valeurs obtenues par les condensateurs selon l'invention sont alors de 0,5 à 1 J/g, alors que les meilleures valeurs trouvées dans l'état de la technique pour le domaine visé io sont de 0,1 à 0,2 J/g. 5 Finally, note that the densities of volume energies given in this text in J / cm3 can also be expressed in densities of weight energies. The values obtained by the capacitors according to the invention are then from 0.5 to 1 J / g, while the best values found in the state of the art for the targeted field are from 0.1 to 0.2 J / g.

R R

3 feuilles dessins 3 sheets of drawings

Claims

666,368

2

1. Elementary capacitor of high voltage and high energy density for energy storage, discharge, switching or filtering application, consisting of two conductive plates separated by at least one dielectric sheet, characterized in that each reinforcement is associated with at least one sheet of a first dielectric (1), that each reinforcement consists of a metallization layer having a resistance per unit area of 2 to 30 ohms, layer deposited on a second dielectric (2 ) consisting of a support with a fibrous structure, promoting regeneration, in such a way that the capacitor is self-healing, that the capacitor is impregnated with a liquid dielectric and that the nature and the thickness of each of the dielectrics (1 and 2) thus that those of the liquid dielectric are chosen in such a way that, at the moment when the capacitor is subjected to its nominal voltage, the ratio between the mean electric field in the dielectric and the r Dielectric strength is substantially equal for each dielectric.

2. Capacitor according to claim 1, characterized in that, when the capacitor is charged at its nominal voltage, the mean electric field prevailing in the dielectric is between 200 V / | im and 400 V / | im and that its density d The volume energy is between 0.5 J / cm3 and 2 J / cm3.

3. Capacitor according to claims 1 and 2, characterized in that the nature and the thickness of the two dielectric layers corresponding to the first and to the second dielectric (1 and 2) as well as the liquid dielectric are chosen in such a way that, for each of impregnated dielectrics, the ratio between its resistance and its dielectric strength is substantially the same in a voltage range corresponding to a variation of + or - 10% around the nominal voltage of the capacitor.

4. Capacitor according to one of claims 1 to 3, characterized in that it is obtained by winding two multilayer plies (A and B) each consisting of at least one plastic film, preferably polyester, preferably polyterephthalate ethylene (6, 7, 6 ', 7) corresponding to the first dielectric (1), and metallized paper (4, 5, 4', 5 ') corresponding to the second dielectric (2), that the two faces side (8 and 9) of the winding are coated with a conductive deposit ensuring the connection of the armatures of all the turns of the winding and that it is impregnated with a liquid dielectric.

5. Capacitor according to claim 4, characterized in that it uses paper (5 and 5 ') of thickness greater than or equal to 6 µm, that the proportion of this thickness relative to the total thickness of the dielectric (5 + 6 + 7) is 30 to 45% and the energy density at nominal voltage is greater than or equal to 1 J / cm3.

6. Capacitor according to claim 4, characterized in that the proportion of the thickness of the paper (5 and 5 ′) relative to the total thickness of the dielectric (5 + 6 + 7) is 45 to 60%, and that the energy density at nominal voltage is greater than or equal to 0.8 J / cm3.

7. Capacitor according to claim 4, characterized in that it uses paper (5 and 5 ′) of thickness less than 6 μm, that the proportion of this thickness relative to the total thickness of the dielectric (5 + 6 + 7) is 10 to 50%, and the energy density at nominal voltage is greater than or equal to 1 J / cm3.

8. Capacitor according to one of the preceding claims, characterized in that the second dielectric (2) is based on cellulose or a cellulose compound.

9. Capacitor according to one of the preceding claims, characterized in that the second dielectric (2) has a thickness of less than 6 µm.

10. Capacitor according to one of the preceding claims, characterized in that the liquid dielectric is a silicone oil.

11. Capacitor according to one of the preceding claims, characterized in that the surface resistance of the metallization is 5 to ion.

12. Capacitor according to one of the preceding claims, characterized in that the metallization has a thicker reinforced zone in the non-active zone used for connection.

13. Capacitor according to one of the preceding claims,

5 characterized in that the energy consumed by healing is less than 10%, and preferably less than 1% of the energy stored in the capacitor.

14. Capacitor according to claim 4 and one of claims from 5 to 13, characterized in that the ratio between the length of the multicolored layers (A and B) and their width is between 500 and 1000 and that the current of peak that can be delivered by this capacitor is between 500 and 20,000 A.

15. Capacitor according to claim 4 and one of claims from 5 to 13, characterized in that the ratio between the length of the

15 multicolored layers (A and B) and their width is between 1000 and 5000 and in that the peak current which can be delivered by this capacitor is between 5000 A and 100,000 A.

16. Capacitor according to one of the preceding claims, characterized in that the dielectrics are made of paper with a thickness

20 less than 6 jim.

17. Capacitor according to claim 16, characterized in that the dielectric has a thickness between 2.5 and 5 | im.

25 DESCRIPTION