FR2507378A1 - Structure monobloc d'elements conducteurs avec un isolant entre eux - Google Patents

Abstract

DANS LA BOBINE SELON LA PRESENTE INVENTION, ON REMPLIT LES PORES PRESENTS DANS L'ISOLANT AVEC DU GAZ SF. POUR OBTENIR CE RESULTAT, ON FAIT PASSER UNE TRES MINCE BANDE METALLIQUE EMAILLEE 40 A TRAVERS UNE ATMOSPHERE 43 DE SF PUIS ON ENROULE LE CONDUCTEUR DANS UN BAIN DE RESINE ISOLANTE LIQUIDE 42 DE MANIERE A OBTENIR UNE BOBINE 46 QUE L'ON SORT DU BAIN DE RESINE ET QUE L'ON CHAUFFE DANS UN FOUR REMPLI DE GAZ SF A UNE TEMPERATURE ET PENDANT UN TEMPS QUI ENTRAINENT LE DURCISSEMENT DE LA RESINE ISOLANTE. APPLICATION: BOBINES DE REACTANCE ET ENROULEMENTS DE TRANSFORMATEUR OBTENUS A PARTIR D'UNE TRES MINCE FEUILLE CONDUCTRICE.

Description

Structure monobloc 'éléments conducteurs avec un isolant entre eux La

présente invention concerne des structures monobloc, c'est-à-dire formées d'une seule pièce, d'éléments conducteurs

avec entre eux un isolant, et elle a trait également à des pro-

cédés pour fabriquer de telles structures.

L'isolement des bobines électriques dans une résine polymérisable, telle que les diverses formules époxy ou polyester, est bien connu Pendant l'enrobage de la bobine, il subsiste inévitablement et immanquablement dans l'isolant un petit nombre de vides ou pores minuscules après que la résine a durci et a p 2 is son état solide Ces pores minuscules sont habituellement

remplis d'air ou de vapeur de solvant qui y sont emprisonnés.

Ce problème a été mis en évidence dans le brevet U*S 3 240 848 *

Dans ce brevet, on a souligné qu'aux points o, dans un disposi-

tif électrique enrobé, les différences de tension sont élevées, comme par exemple entre un enroulement et un noyau ou entre des enroulements primaire et secondaire, les vides ou pores se

trouvant à des pressions inférieures à la pression atmosphé-

rique sont particulièrement néfastes.

De tels vides minuscules réduisent la tension de régime du dispositif électrique et peuvent devenir des zones de décharge&par effet corona Ces décharges par effet corona ou effluves peuvent détériorer chimiquement et électriquement la résine isolante en entraînant éventuellement une défaillance catastrophique de l'isolations La tension d'amorçage d'effluves résultant de ces pores minuscules suit la loi de Paschen qui précise que,plus la pression du gaz à l'intérieur des pores est faible, plus la tension d'amorçage d'effluves est faible Si l'intervalle d'air est en série avec une matière diélectrique solide, comme par exemple un émail isolant, la tension partielle d'amorçage de décharge du système total est un peu plus élevée

que la tension d'amorçage de l'intervalle seul.

Dans le brevet U S 3 240 848, on a tenté de résoudre certains des problèmes mentionnés ci-dessus rencontrés dans les transformateurs de tension en incorporant de façon homogène dans les matières isolantes résineuses des agents porogènes, tels que le cyclohexanoyl dinitrile ou l'azo isobutyryl dinitrile, autour des bobines ou entre les couches d'enroulement.

On rend actifs ces agents par de la chaleur après un durcisse-

ment avancé de la résine isolante au-delà du stade gel pour que

le gaz azote se dégage et soit emprisonné dans les pores commu-

niquant avec l'agent sans augmenter le volume des pores Toute-

fois, dans ce procédé, l'air chargé d'humidité et présent ini-

tialement subsiste en même temps que les sous-produits résiduels des agents porogènes Il en résulte que le gaz azote libéré

n'occupe probablement que 30 à 40 % seulement des pores ou vides.

Dans le brevet U S 4 054 680, on a tenté d'améliorer la tension d'amorçage d'effluves dans une grande diversité de dispositifs électriques, tels que les condensateurs enroulés et les bobines de transformateurs à feuilles enroulées Dans ce brevet U S 4 054 680, on mentionne que l'on évacue l'air du dispositif électrique dans un récipient approprié pouvant être mis sous pression, et on laisse entrer des gaz monomères non

saturés choisis, tels que le fluorure de vinylidène, l'acrylo-

nitrile, le diéthylvinylsilane, le cyclohexane, le styrène, le toluène, le xylène et le benzène dans le récipient sous une pression absolue de 1, 680 kg/cm 2 pour remplir les pores dont l'air a été évacué On applique alors une tension entre les couches conductrices du dispositif pour que le gaz polymérise chimiquement sous la forme d'un solide de manière à remplir les pores du dispositif et à les supprimer Toutefois, ce procédé pourrait entraîner des problèmes de contraction résultant de pores supplémentaires et de contraintes internes Dans un autre procédé décrit dans le brevet U S 4 160 178, on met en contact une matière isolante résineuse polyacrylique-époxy avec un gaz

choisi parmi l'azote, le gaz carbonique, l'argon, le méthane-

hélium, ou l'hydrogène pour chasser de la résine l'oxygène dissous ayant un effet inhibiteur, cela de manière à déclencher un mécanisme de durcissement par anaérobie sans l'application

de chaleur.

Bien que les brevets U S 3 240 848 et 4 054 680

favorisent à divers degrés l'amélioration des tensions d'amor-

çage d'effluves dans un dispositif électrique, il faut un sys-

tème d'isolant nouveau et perfectionné pour obtenir non seule-

ment des tensions d'amorçage dteffluves plus élevées pour pouvoir

également mattriser et éteindre toute effluve amorcée.

Il existe un besoin pour un système d'isolation pouvant être exempt dteffluves à des tensions de l'ordre d'environ 500 à 1500 volts/spire, en vue d'une utilisation dans une grande diversité de dispositifs extrêmement compliqués fonctionnant sous haute tension, comme par exemple les bobines de réactance shunt enfermées dans une cuve, isolées par un gaz et prévues pour une tension de l'ordre de 1200 k V Ces bobines de réactance peuvent exiger des bobines enroulées d'un diamètre de 2,1 mètre et possédant la caractéristique de tensions extrêmement élevées d'une spire à l'autre Dans de tels dispositifs ainsi que dans d'autres systèmes haute tension isolés, un isolant avec des pores contenant de l'azote ne s'avère pas particulièrement efficace pour procurer un niveau élevé d'extinction d'effluves ou un

fonctionnement exempt d'efflaves.

La présente invention a pour objet de résoudre d'une façon plus satisfaisante que celle à laquelle on a eu recours jusqu'à présent le problème du claquage de l'isolant par suite

de la présence des pores.

C'est pourquoi, la présente invention, qui a trait à

une structure monobloc durcie comprenant des conducteurs élec-

triques avec un isolant disposé entre ces conducteurs, réside dans le fait que l'on remplit les pores ou vides présents dans l'isolant solide avec du gaz hexafluorure de soufre (SP 6) Dans les modes de réalisation préférés, les conducteurs sont des spires d'enroulement en très minces feuilles d'aluminium ou de cuivre, et l'isolant est constitué par un système de couches, la couche immédiatement voisine de la très mince feuille consistant essentiellement en un émail de polyester modifié par de l'huile L'utilisation principale de ce système d'isolant est dans une bobine complètement enrobée ou dans une bobine

fonctionnant dans du gaz SP 6.

On peut utiliser divers procédés pour fabriquer ces bobines Dans un premier procédé, on enroule tout d'abord une très mince feuille métallique émaillée sur un cylindre immergé dans un bain enfermé contenant une résine isolante liquide

recouverte par une couche de gaz SP 6, puis on retire l'enroule-

ment-de bobine du bain de résine enfermé et on le fait durcir en le chauffant dans un environnement de gaz SF 6 Dans un second procédé, on enroule sur un cylindre une très mince feuille métallique qui peut -tre facultativement émaillée et une feuille poreuse, on enlève l'enroulement du cylindre et on le place dans un récipient approprié pouvant étre mis sons pression et dont on a évacué l'air et dans lequel on laisse entrer du gaz SP 6 sous pression, on évacue le gaz SF 6 et on laisse entrer sous pression une résine isolante liquide pour qu'elle imprègne la feuille poreuse, après quoi on fait durcir l'enroulement formé par la très mince feuille métallique en le

chauffant dans un environnement de gaz SF 6.

Dans un troisième procédé, on enroule sur un cylindre une très mince feuille métallique émaillée, cela en partant de la surface inférieure du cylindre, tout en versant une résine isolante liquide dans le réceptacle formé entre la très mince feuille métallique et la partie inférieure du cylindre, toutes

ces opérations étant de préférence effectuées dans un environ-

nement de gaz SF 6 pour obtenir une meilleure isolation entre

les très minces feuilles métalliques -On enlève ensuite l'en-

roulement du cylindre et on le fait durcir en le chauffant dans

un environnement de gaz SF 6 Dans un quatrième procédé, on en-

roule sur un cylindre en présence d'air une très mince feuille

métallique qui peut facultativement #tre émaillée et sur la-

quelle on a déposé une résine adhésive isolante au ustade B".

On soumet alors la bobine formée par la très mince feuille métallique enroulée à une différence de pression appliquée à sa section droite en présence de gaz SF 6, en injectant ainsi du gaz SF 6 dans la bobine, après quoi on la fait durcir en la

chauffant dans un environnement de gaz SF 6.

On peut modifier à divers degrés ces procédés; par exemple, dans les trois premiers procédés, on peut injecter du

gaz SF 6 dans la bobine en établissant une différence de pres-

sion dans la section droite de la bobine en présence de gaz SF 6 avant le durcissement par chauffage Dans le quatrième procédé, on peut insérer une feuille poreuse entre la mince feuille métallique émaillée revêtue d'un adhésif, ladite feuille poreuse étant imprégnée avec une résine isolante liquide

au cours d'une phase séparée.

Dans les bobines enroulées à l'aide des procédés décrits ci-dessus, le gaz SF 6 déplace physiquement l'air se trouvant dans les pores minuscules présents dans l'isolant entre les spires adjacentes des enroulements On peut réaliser à l'aide de ces procédés des bobines comportant de 2 à 5000

couches d'enroulements, de telles bobines présentant des ten-

sions d'extinction d'effluves de l'ordre d'environ 500 à 1500

volts/spire, la distance isolée entre les spires étant d'en-

viron 38,1 pm L'utilisation de SF 6 dans les pores minuscules permet d'utiliser un isolant plus mince entre les enroulements

tout en obtenant encore un niveau élevé d'extinction d'effluves.

On va maintenant décrire à titre d'exemple uniquement les modes préférés de l'invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: la figure t est une vue isométrique, partiellement en coupe, d'une bobine de réactance shunt haute tension utilisant des bobines réalisées selon la présente invention et enfermées dans une atmosphère de gaz SP 6; la figure 2 est une coupe transversale de deux couches de la bobine isolée; la figure 3 est une coupe transversale microscopique exagérée de l'isolant de la-bobine, cette coupe montrant la multiplicité des pores remplis de gaz se trouvant dans l'isolant; la figure 4 est un diagramme montrant un premier procédé de fabrication de bobines; la figure 5 est un diagramme montrant un second procédé de fabrication de bobines; la figure 6 est un diagramme montrant un troisième procédé de fabrication de bobines; et la figure 7 est un diagramme montrant un quatrième

procédé de fabrication de bobines.

En se référant à la figure 1, on voit que l'on y a représenté un des modes de réalisation d'une bobine de réactance

shunt 10 Une bobine de réactance shunt est une bobine de réac-

tance destinée à être reliée en parallèle avec un système élec-

trique dans le but de prélever un courant d'origine inductive.

Le but normal des bobines en réactance shunt est de compenser les effets du courant d'origine capacitive dans les lignes de transmission, les câbles ou les condensateurs La bobine de réactance shunt représentée comprend une enceinte 11 destinée à renfermer la bobine de réactance dans un environnement de gaz isolant SF 6, des noyaux 12 en microstratifié moulé et à forte réluctance fixés à chaque extrémité à une culasse 13 en acier de qualité électrique et à forte perméabilité et disposé chacun à l'intérieur d'une série de minces bobines 14 entre lesquelles

se trouvent des conduits 15 de refroidissement d'enroulements.

Cette conception de bobines de réactance à double enroulement peut être prévue pour une tension de 1200 k V aux bornes des bobines qui comportent chacune 1000 à 2400 spires d'une très mince feuille isolée En présence de contraintes aussi élevées, il peut se produire ordinairement des effluves ou décharges par effet corona entraînant éventuellement un claquage complet de l'isolant Dans ces bobines de réactance à double enroulement, chaque bobine peut avoir un diamètre intérieur d'environ 1,2 m,

un diamètre extérieur atteignant 2,1 m, et une épaisseur d'envi-

ron 3,8 cm à 7,6 cm ou plus.

D'une façon générale, chacune des bobines 14 comprend une pluralité de couches ou spires d'enroulemenb 20 conducteurs de l'électricité, tels qu'une très mince feuille d'aluminium ou de cuivre de 50,8 >m à 254 pim d'épaisseur, avec entre cesspires un isolant, comme on peut le voir sur la figure 2 Ce système d'isolant peut comprendre, de préférence, une couche d'un émail

21 de polyester modifié par de l'huile et d'une qualité supé-

rieure dont l'épaisseur peut être d'environ 12,7 >u à 2,5 pm et qui revêt directement les deux faces des enroulements avec, entre ceux-ci, une couche supplémentaire 22 d'isolant tel que de l'epoxy ou du polyester Des revêtements d'epoxy peuvent, dans certains cas, remplacer les mailles de polyester Dans certains cas également, les conducteurs peuvent être nus, la couche 22 d'isolant étant la seule isolation entre les conducteurs La

couche supplémentaire d'isolant peut avoir une épaisseur com-

prise entre environ 2,54,um et 76,2)im selon qu'on l'utilise comme une résine seule ou que l'on en imprègne la feuille de matière poreuse La couche 22 d'isolant remplit aussi le r 8 le d'un adhésif pour coller mutuellement les enroulements adjacents de la bobine La couche supplémentaire d'isolant peut, dans

certains cas, être supprimée.

En se référant à la figure 3, on voit qu'une coupe transversale microscopique exagérée d'une couche 22 d'isolant montre les pores ou vides 30 disposés uniformément dans la totalité de l'isolant Ces vides, définis ici comme étant des

pores ne contenant pas de résine, sont présents de façon inhé-

rente dans l'isolant et il est impossible d'en éviter la forma-

tion pendant l'application et le durcissement de l'isolant, ces pores se remplissant habituellement d'air lorsque l'on effectue la formation de l'isolant et l'enroulement de la bobine dans l'air Comme on peut le voir, un grand nombre de ces vides peuvent communiquer entre eux et, en présence d'une tension élevée, la concentration de contraintes dans la matière gazeuse à constante diélectrique plus faible entraîne l'apparition de sites localisés d'ionisation par effet corons et de trajets de cheminement 31 à travers l'isolant avec, pour conséquence, une dégradation de l'isolant et un court-circuit éventuel Bien entendu, ces vides sont minuscules et ne représentent qu'un faible pourcentage du volume total de l'isolant Leur taille a été considérablement exagérée sur la figure dans le but d'illustrer le trajet de cheminement Ces vides seraient égale- ment présents dans une mesure moindre dans la couches 21 d'isolant. Dans l'aspect le plus large de la présente invention,

les vides présents dans l'isolant entre les conducteurs électri-

ques sous une contrainte de tension élevée sont remplis de gaz

SF 6 L'hexafluorure de soufre est une substance exceptionnelle.

Il se présente sous la forme d'un gaz à la température ambiante et à la pression atmosphérique et il est inerte du point de vue chimique Il est inodore, incombustible et sa toxicité est faible On a constaté qu'il possède une rigidité diélectrique sensiblement plus élevée que celle de l'air ou de l'azote de sorte qu'un arc électrique qui y prend naissance non seulement a tendance à tre plus petit, c'est-à-dire à ressembler plus à un filament, mais aussi à diminuer et à s'éteindre beaucoup

plus rapidement.

Selon la présente invention, le gaz SF 6 remplaceyltair

ou les autres matières gazeuses de préférence dans une propor-

tion d'environ 60 % à environ 95 % du volume des vides ou pores de l'isolant, du gaz SP 6 étant ainsi incorporé en une quantité ayant pour effet d'augmenter notablement les tensions d'amorçage d'effluves et de fournir un niveau élevé d'extinction d'effluves entre les conducteurs L'utilisation du gaz SF 6 pour remplir ces vides de l'isolant n'est pas limitéeaux bobines de réactance

shunt, mais peut aussi trouver une application dans les trans-

formateurs de tension et de courant, les transformateurs de puissance, les transformateurs de distribution, etc Le mode de réalisation préféré décrit ci-après et concernant des bobines de réactance shunt ne doit en aucune façon être considéré comme

limitant le cadre de la présente invention.

Un des procédés préférés de mise en oeuvre de la présente invention consiste à revêtir un conducteur, tel qu'une très mince feuille d'aluminium ou de cuivre d'une épaisseur d'environ 50,8,um à 254,um, et d'une largeur de

3,8 cm à 7,6 cm, avec au moins une couche d'une matière rési-

neuse isolante et à enrouler la très mince feuille métallique isolée autour d'un mandrin pour obtenir une bobine comportant une pluralité de couches conductrices isolées les unes des autres par la matière isolante et ce procédé comprend la phase consistant à évacuer ou expulser de toute autre manière l'air

des vides présents dans la matière isolante et à remplir les-

dits vides avec du gaz SF 6 La matière isolante comprend de préférence une première couche en contact avec la très mince feuille et une seconde couche présente entre les spires de la

bobine La première couche comprend, de préférence, un revête-

ment d'une épaisseur de 2,7 pim à 50,8 pm d'un émail de très bonne qualité électrique, par exempleun amide-imide-ester, décrit dans les brevets U S 3 555 113 et 3 652 471 oude préférence, un polyester modifié par de l'huile, tel que celui décrit dans le brevet U S 3 389 015 e La seconde couche, qui sert d'adhésif à l'intérieur de la bobine ainsi que d'isolant est constituée de préférence par une résine d'époxy ou de polyester appliquée sous la forme d'un liquide ou par un adhésif "au stade B",seul ou bien imprégnant ou revêtant une feuille de matière poreuse qui peut Stre une feuille de polyester, une feuille de polyamide ou une feuille cellulosique ayant une épaisseur d'environ 25,4,um à 76,2 um Cette seconde couche peut être extrêmement mince, c'est-à-dire avoir une épaisseur d'environ 2,54 jm si on utilise une résine seule sans feuille poreuse Pour remplir les vides de l'isolant avec du gaz SF 6, on peut évacuer ou expulser de toute autre manière l'air et on peut introduire du gaz SF 6 dans les vides ou bien

on peut enrouler la bobine dans un environnement de gaz SF 6.

On va donner ci-après une description plus détaillée des divers

procédés utilisés pour réaliser les bobines selon la présente

invention.

Dans un premier procédé représenté sur la figure 4, on enroule une très mince feuille métallique émaillée 40 autour d'un cylindre tournant 41 que l'on immerge dans un bain enfermé contenant une résine isolante liquide 42 que l'on a dégazée et qui est une résine époxy ou une résine de polyester La résine liquide a de préférence une viscosité comprise entre environ c P et 10 000 c P à 250 C Ces résines sont bien connues dans la technique et sont vendues dans le commerce Le bain enfermé est recouvert par une couche 43 de gaz SF 6 Lorsque la très mince feuille métallique émaillée pénètre dans l'atmosphère de gaz SF 6 au-dessus du bain enfermé, son contact avec le gaz SF 6 au point 44 chasse initialement l'air de sa surface et introduit le gaz SF 6 dans les vides isolants La pénétration dans le bain de résine liquide au point 45 contribue en outre à chasser l'air de sa surface Pendant cette phase d'enroulement, une mince couche de résine isolante liquide se forme entre les couches d'émail des spires adjacentes de la bobine On enlève ensuite du bain de résine l'enroulement de bobine 46 et on le chauffe dans un four maintenu dans un environnement de gaz SF 6 sous pression à une température et pendant un temps qui ont pour effet d'entraîner le durcissement de la résine isolante de manière qu'elle prenne un état thermodurci On obtient ainsi une bobine enroulée formant une structure d'un seul tenant, c'est-à-dire monobloc, dans laquelle un pourcentage important, sinon la totalité, des vides ou pores présents dans l'isolant contiennent du gaz SF 6 et non pas de l'air Ce procédé permet d'obtenir la meilleure formation monobloc de la bobine et est celui qui est le plus fiable parmi ceux décrits dans le présent exposé eb représenté sur les dessins pour éliminer l'air des vides

ou pores de l'isolant.

Dans un second procédé, on met en contact mutuel une très mince feuille métallique 50, qui peut facultativement être émaillée, et une feuille d'inbercalement 51 en polyester, en polyamide, en matière cellulosique ou en toute autre matière poreuse non conductrice appropriée et on les enroule sur un cylindre tournant 52 dans l'air, comme représenté sur la figure On place l'enroulement 53 de bobine dans une enceinte sous

pression d'o l'on a évacué l'air et l'humidité et dans la-

quelle on laisse entrer du gaz SF 6 sous une pression d'environ 1,4 kg/cm 2 à 4,2 kg/em 2 On évacue ensuite le gaz SF 6 et on

laisse entrer une résine d'imprégnation liquide sous une pres-

sion d'environ 1,4 kg/cm 2 à 4,2 kg/cm 2 pour imprégner la feuille poreuse On retire ensuite de l'appareil d'imprégnation sous vide l'enroulement de bobine imprégné et on le chauffe dans un four maintenu dans un environnement de gaz SF 6 à une température

et pendant un temps qui ont pour effet d'4 ntrainer le durcisse-

ment de la résine isolante On obtient ainsi une bobine enroulée

dont l'isolant comporte un pourcentage important de vide conte-

nant du gaz SF 6 et non pas de l'air.

Dans un troisième procédé, on enroule une très mince feuille métallique émaillée 60 sur un cylindre tournant 61, de préférence en présence d'une atmosphère 67 de gaz SF 6,en partant de la surface inférieure 62 du cylindrependant que l'on verse une résine isolante liquide 63 dans le réservoir 64 formé entre la très mince feuille, la partie inférieure du cylindre, et le rouleau presseur 65, comme représenté sur la figure 6 Pendant cette phase d'enroulement, une mince couche de résine isolante liquide se forme entre les couches d'émail des spires adjacentes de la bobine On enlève ensuite du bain de résine l'enroulement de bobine 66 et on le chauffe dans un four maintenu dans un environnement de gaz SF 6 à une température et pendant un temps qui ont pour effet dtentrainer le durcissement de la résine isolante On obtient ainsi une bobine enroulée dont l'isolant comporte un pourcentage important de vides contenant du gaz SF 6

et non pas de l'air.

Dans un quatrième procédé, une très mince feuille métallique 70, qui doit être émaillée ou isolée de toute autre manière, est revêtue avec une couche de résine isolante 71 que l'on fait sécher au "stade B", c'est-àdire qui devient non collante et sèche au toucher tout en étant capable de durcir davantage en prenant un état solide non-fusible et on enroule

ensuite cette mince bande sur un cylindre tournant 72 en pré-

sence d'air, comme représenté sur la figure 7 On place ensuite la bobine enroulée 73 dans une enceinte sous pression appropriée dont on a évacué l'air et on a laissé entrer du gaz SF 6 On soumet ensuite la section droite de la bobine enroulée à une différence de pression comprise entre environ 1,4 kg/cm 2 et environ 4,2 kg/cm 2 en présence de gaz SF 6 Cette opération nécessite une paroi de support et un diviseur de pression au droit de la zone circonférencielle de l'enceinte sous pression pour maintenir la bobine en place Cette opération introduit de force SF 6 dans la bobine et chasse l'air Après cette phase,

on enlève de l'enceinte sous pression l'enroulement de la -

bobine et on le chauffe dans un four maintenu dans un environ-

nement de gaz SP 6 à une température et pendant un temps qui

ont pour effet d'entra ner le durcissement de la résine iso-

lante On obtient ainsi également une bobine enroulée dont l'isolant présente un pourcentage important de vides contenant

du gaz SP 6 et non pas de l'air.

Diverses modifications évidentes de tous ces procédés sont bien entendu possibles et sont considérés comme entrant

dans le cadre de la présente invention Par exemple, l'applica-

tion d'une différence de pression à la section droite de la bobine en prévence de gaz SF 6, comme décrit dans le quatrième procédé, est un moyen particulièrement efficace pour assurer la

pénétration du gaz SF 6 et peut être utilisé dans tous les pro-

cédés décrits ci-dessus Dans tous ces procédés, les bobines durcies et complètement finies doivent Otre soit stockées dans un environnement de gaz SF 6 ou bien êtremonle très rapidement dans un appareil électrique, car le gaz SF 6 diffuse lentement dans

un environnement d'air sur une période de 48 heures.

Exemple 1

On a réalisé deux ensembles de bobines d'une façon similaire à celle représentée sur la figure 6, sauf que l'on a enroulé ces bobines dans l'air L'ensemble (A) avait une

épaisseur d'émail de 17,8 pim et l'ensemble (B> avait une épais-

seur d'émail de 25,4 jum sur chaque côté de la très mince feuille conductrice On a avancé jusqu'à la surface inférieure d'un cylindreformant le mandrin d'enroulement d'un tour entraîné par un moteur une très mince feuille d'aluminium de 7,6 cm de largeur et de 127 pim d'épaisseur, cette feuille comportant sur chacune de ses faces un revêtement durci d'une épaisseur de 17,8 pim (échantillon A) et un échantillon d'une épaisseur de ,4 pm (échantillon B) d'un émail isolant en polyester modifié par de l'huile Le cylindre formant mandrin avait une longueur d'environ 12,7 cm et un diamètre de 6,4 cm et comportait un premier revêtement de Teflone Au point o la très mince feuille émaillée était en contact avec le cylindre d'enroulement et le rouleau presseur était formé un réceptacle Lorsque la rotation du cylindre a commencé, on a versé dans ce réceptacle, à partir d'un réservoir muni d'une vanne de sortie, une résine époxy

diglycidyléther de bisphénol À catalysée, à bas poids molécu-

laire et exempte de solvant, cette résine comportant un poids équivalent d'époxy d'environ 190 et présentant une viscosité d'environ 900 c P à 250 C On a ajouté la résine époxy en une quantité légèrement supérieure au débit d'utilisation de manière

à maintenir un cordon continu de résine dans le réceptacle.

Le cylindre tournait à une vitesse d'environ 20 tours par minute et exerçait sur la très mince feuille une traction d'environ 4,5 kg sur toute la largeur de cette très mince feuilles

La résine en excédent était recueillie dans un bac de captage.

La résine époxy formait une très mince couche adhésive entre les surfaces d'émail des spires adjacentes de la bobine Après Z 9 tours, on a cessé de verser la résine et on a arrêté le

cylindre puis on a découpé la très mince feuille et on a assu-

jetti l'extrémité coupée en la fixant à la bobine.

On a chauffé ensuite les bobines de l'échantillon (A) et de l'échantillon(B) dans un four à 165 C pendant environ 6 heures pour faire durcir l'époxy On a découpé ensuite les

bobines de l'échantillon (A) et de l'échantillon (B) parallèle-

ment à leur axe pour enlever un segment de 40 de leur circon-

férence, en obtenant pour des essais des bobines sectionnées de 3200 La couche adhésive d'époxy entre les couches d'émail mesurait environ 5,8 pm L'épaisseur totale de l'isolant entre les très minces feuilles adjacentes était donc d'environ 40,6

pim pour l'échantillon (A) et d'environ 55,9 pm pour l'échantil-

lon (B) On a ensuite attaqué avec une solution d'acide chlor-

hydrique les extrémités dénudées de la bobine puis on lès a rincées et séchées On a ensuite fixé des électrodes entre les enroulements supérieur et inférieur et on a revêtu finalement les extrémités avec deux couches d'environ 17,7 Sm chacune de polyester modifié par de l'huile, cela en les chauffant de

manière à les durcir après chaque formation de couche.

On a ensuite soumis à des essais dans un récipient pouvant être mis sous vide et sous pression les bobines de l'échantillon (A) et de l'échantillon (B) On a placé les bobines dans le récipient et on a évacué l'air Pour le premier lot de bobines de l'échantillon (A) et de l'échantillon (B) on a alors rempli le récipient avec du gaz N 2 k une pression de 3,220 kg/cm 20 Pour les bobines supplémentaires de l'échantillon (A) et (B), on a rempli le récipient avec du gaz SF 6 sous une pression de 3,400 kg/cm 2 Dans les deux cas, on a fait passer les gaz à travers un filtre pour éliminer la poussière et l'humidité On a appliqué ensuite une tension entre les 29 spires de la bobine et on a mesuré les tensions d'extinction

d'effluves après avoir mis chaque échantillon dans son environ-

nement gazeux respectif sous pression pendant environ 1/2 heure.

Les résultats moyens sont indiqués sur le tableau 1 ci-après:

TABLLAU 1

Epaisseur totale de T'ensionpire moyenne l'isolant entre les Extinction d'effluves spi res 20 S_ cm 2 340 k ELS c m 2 3 chantillon A 40,6 um 447 volts 502 volts chantillon B 55,9 pum 540 volts 690 volts Comme on peut le voir,le gaz N 2, qui est connu dans la technique comme étant utile pour abaisser les tensions

d'amorçage de décharge par rapport aux systèmes d'air, permet-

taient d'obtenir 500 volts/spire avec seulement une épaisseur totale de 55,9 un de formation d'isolant entre les spires, tandis que le remplacement de l'air par SF 6 dans les vides ou

pores de l'isolant permettaient d'obtenir des valeurs légère-

ment supérieures à 500 volts/spire avec 40,6 pm d'épaisseur totale de formation d'isolant Avec une épaisseur de 55,9 prm, le remplacement de l'air par SF 6 donne des résultats encore plus spectaculaires par rapport à N 2, avec une augmentation de

volts/spire, c'est-à-dire avec un avantage d'environ 28 %.

Ceci montre que SF 6 est supérieur en tant que substituant de l'air, et que l'air et l'azote ne lui sont pas équivalents dans ce domaine Le procédé utilisé pour ces échantillons donne un degré d'inclusion de SF 6 plus petit que celui de n'importe lequel des autres procédés décrits cidessus et sert à montrer leur possibilité Par exemple, si le procédé de la figure 4 était utilisé, il faudrait s'attendre à ce que les valeurs soient de 1,5 à 2 fois plus élevées que celles des échantillons ci-dessus exposés à SF 6, oi l'inclusion de SF 6 était concentrée aux bords des échantillons Les résultats montrent également qu'il faut une épaisseur d'isolation plus faible pour obtenir

des valeurs particulières de tension/spire d'extinction d'ef-

fluves en utilisant SF 6 dans les vides de l'isolant, ce qui pourrait permettre des économies considérables dans le prix

de revient et dans le poids.

Exemple 2

Dans un autre exemple, deux très minces feuilles d'aluminium d'une épaisseur de 0,25 mm toutes deux revêtues par une couche de 38,1 pm d'épaisseur ( 19,1 un d'épaisseur sur chaque face de la mince feuille) d'un émail isolant en polyester modifié par de l'huile ont été placées ensemble de telle sorte que l'un des bords de chaque feuille soit aligné avec un des bords de l'autre, et on a écarté les trois autres bords de l'autre feuille de manière à ne pas créer de champs électriques exagérés dans ces régions On a placé l'échantillon dans un récipient pouvant être mis sous vide et sous pression, on a mis ce récipient sous vide pendant 0, 5 heure puis on l'a rempli avec du gaz N 2 à une pression de 3,150 kg/cm 2 On a alors

soumis l'échantillon k un essai de déchargespar effet corona.

On a placé ensuite l'échantillon dans le récipient.

On a mis alors de nouveau sous vide le récipient pendant 0,5 heure, après quoi on l'a rempli avec du gaz SF 6 à une pression de 3,1 50 kg/cm 2 Les résultats des essais de déchargespar effet corona ont montré une tension d'extinction de 940 volts alors que l'échantillon se trouvait dans de l'azote et une tension d'extinction de 1500 volts alors que l'échantillon se trouvait

dans du gaz SF 6 Ceci indique que, dans cet exemple, les résul-

tats obtenus avec SF 6 étaient à peu près 60 fois meilleurs que ceux obtenus avec l'azote à la même pression dans le cas o l'épaisseur totale de l'isolant entre les conducteurs était de

38,1 pm.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1 Structure monobloc d'éléments conducteurs de l'électricité et d'isolant électrique entre ces éléments, cet isolant comprenant, de façon inhérente, des pores, caractérisée par le fait que lesdits pores sont remplis de

gaz SF 6.

2 Structure monobloc suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le gaz SF 6 présent dans lesdits pores remplit sensiblement de 60 % à 95 % du volume des pores

de l'isolant.

3 Structure monobloc suivant les revendications t ou

2, cette structure constituant une bobine électrique formée par Ln conducteur enroulé et étant caractérisée par le fait que lesdits éléments conducteurs sont des couches d'enroulement

de ladite bobine, l'isolant entre lesdites couches d'enroule-

ment ayant une épaisseur suffisante pour assurer une tension d'extinction de déchargespar effet corona d'au moins 500 volts

entre les conducteurs adjacents.

4 e Structure monobloc suivant la revendication 3, caractérisée par le fait que ladite épaisseur est d'au moins

38,1 umn.

Structure monobloc suivant les revendications 3 ou

4, caractérisée par le fait que ledit isolant comprend un revêtement d'un émail isolant durci sur ledit conducteur, cet émail étant choisi parmi le groupe comprenant la résine durcie d'amide-imide-ester et la résine durcie de poylester modifiée par de l'huile, et un isolant durci supplémentaire entre les

couches de conducteur revêtu d'émail, cet isolant supplémen-

taire étant choisi parmi le groupe comprenant la résine époxy

durcie et la résine de polyester durcie.

6 Structure monobloc suivant la revendication 5, caractérisée par le fait que ledit conducteur est une très mince feuille métallique ayant sensiblement une épaisseur de 0,05 mm à 0,25 mm, l'émail isolant présent sur chaque c 8 té de

la très mince feuille ayant une épaisseur atteignant sensible-

ment 50,8 ne, et l'isolant supplémentaire entre les couches de conducteur ayant une épaisseur atteignant sensiblement 76,2,um. 7 Procédé pour fabriquer une structure monobloc

selon l'une quelconque des revendications précédentes, compre-

nant les phases consistant à former un arrangement desdits éléments conducteurs avec ledit isolant introduit entre ces conducteurs et à unir d'un seul tenant ledit arrangement de manière à former la structure monobloc, caractérisé par le fait que l'on soumet ledit arrangement d'éléments conducteurs et d'isolant à un environnement de SP 6 gazeux de manière telle que toute-substance gazeuse autre que SF 6 soit expulsée des

pores présents dans l'isolant et soit remplacé par le gaz SF 6.

8 Procédé suivant la revendication 7, caractérisé par le fait qu'une différence de pression est établie au droit et à travers ledit arrangement pendant que ce dernier se trouve

dans ledit environnement de SF 6 gazeux.

9 Procédé suivant les revendications 7 ou 8,

caractérisé par le fait que l'on forme ledit arrangement dans un environnement de SF 6 gazeux en enroulant un conducteur sous forme d'une bobine pendant qu'on lui applique une résine

isolante liquide.

Procédé suivant la revendication 9, caractérisé par le fait que l'on immerge la bobine dans un bain de résine enfermé formé par ladite résine isolante liquide et recouvert par une couche de g&z SF 6, ledit conducteur étant déplacé tout d'abord à travers le gaz SF 6 recouvrant le bain de résine puis introduit dans la résine pour etre enroulé dans celle- ci de manière à former la bobine précitée,

11 Procédé suivant les revendications 7 ou 8,

caractérisé par le fait que l'on forme ledit arrangement en

enroulant une bobine à partir d'une très mince feuille conduc-

trice mise en contact avec une feuille poreuse de matière non-

conductrice.

12 Procédé suivant les revendications 7 ou 8,

caractérisé par le fait que l'on forme ledit arrangement en enroulant une bobine à partir d'une très mince feuille conductrice émaillée revêtue par une résine au "stade B" sur au moins une de ses faces.

13 Procédé suivant les revendications Il ou 12,

caractérisé par le-fait qu'à la suite de l'opération d'en-

roulement on soumet la bobine à un environnement de SF 6 gazeux

de la manière précitée.

14 Procédé suivant l'une quelconque des revendications

11 12 et 13, caractérisé par le fait que l'on imprègne ladite

bobine avec une résine isolante.

Procédé suivant l'une quelconque des revendications

7 à 14, caractérisé par le fait que l'on effectue la phase consistant à donner un caractère monobloc à ladite bobine dans

un environnement de SF 6 gazeux.