LU87494A1 - DRY TRANSFORMER WITH COATED WINDINGS, CONDUCTORS AND SIMILAR ELECTRICAL INSTALLATIONS, AND PROCESS FOR PREPARING THEIR COATING RESIN - Google Patents
DRY TRANSFORMER WITH COATED WINDINGS, CONDUCTORS AND SIMILAR ELECTRICAL INSTALLATIONS, AND PROCESS FOR PREPARING THEIR COATING RESIN Download PDFInfo
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Description
* ____- , BL-4227* ____-, BL-4227
1 . ~ *7 7 ffJL GRAND-DUCHE DE LUXEMBOURG1. ~ * 7 7 ffJL GRAND-DUCHE DE LUXEMBOURG
Brevet N°.3.....7.........Ώ...-...Μ. t * .Patent N ° .3 ..... 7 ......... Ώ ...-... Μ. t *.
w Monsieur le Ministre du.................................................Φ...ΐΑΐ-ί989 ' de l’Économie et des Classes Moyennesw Minister of ............................................. .... Φ ... ΐΑΐ-ί989 'of Economy and the Middle Classes
Service de la Propriété IntellectuelleIntellectual Property Service
litre délivré--------- j . (gS) LUXEMBOURGliter delivered --------- j. (gS) LUXEMBOURG
Demande de Brevet d’invention ...........................................................................................................................................................—:---------------------------:_____(i) I. RequêtePatent Application ............................................ .................................................. .................................................. ...........—: ---------------------------: _____ (i) I. Request
La société dite FRANCE TRANSFO S.A. - Voie Romaine - ^ 2) ...R.Qnt„„..de,...S.em.é.ci.Q,uX-t......-.....E“5J2.1û.._..MAXZIERES.=LES-ME.T.X.„-..._Éxa.nce_______ représentée par E.T.FREYLINGER & E.MEYERS, Ing»cons.en P.I. -46, rue du Cimetière - L—ï338 Luxembourg _____(3) dénosefnt) ce......six.......avril.....mil.......neuf.....Oant._..g.ua.tre.=.v.ing.t._..iie.uf______( 4) à........1.5... 00.. heures, au Ministère de l’Économie et des Classes Moyennes, à Luxembourg: 1. la présente requête pour l’obtention d’un brevet d’invention concernant: "Transformateur sec à enroulements enrobés, conducteurs et ^ installations électriques analogues, et procédé de préparation de......leur’ résine d1enroBageT® ...............................................................................The company called FRANCE TRANSFO SA - Roman Way - ^ 2) ... R.Qnt „„ .. de, ... S.em.é.ci.Q, uX-t ......- .. ... E “5J2.1û .._ .. MAXZIERES. = LES-ME.TX„ -..._ Éxa.nce _______ represented by ETFREYLINGER & E.MEYERS, Ing ”cons.en PI -46, rue du Cimetière - L — ï338 Luxembourg _____ (3) denosefnt) ce ...... six ....... avril ..... mil ....... neuf ..... Oant._. .g.ua.tre. =. v.ing.t ._ .. iie.uf ______ (4) at ........ 1.5 ... 00 .. hours, at the Ministry of Economy and Middle Classes, in Luxembourg: 1. this request for obtaining a patent for an invention concerning: "Dry transformer with coated windings, conductors and ^ similar electrical installations, and process for preparing ...... their d1enroBageT® resin .............................................. .................................
2. la description en langue................................£.r§.AÇ..§i.se................................de l’invention en trois exemplaires; 3. ................i.................................................planches de dessin, en trois exemplaires; 4. la quittance des taxes versées au Bureau de l’Enregistrement à Luxembourg, le 0 6.0 3.19 8 9____: 5. la délégation de pouvoir, datée de ...................................................................................... le___________________________________________________; 6. le document d’ayant cause (autorisation); déclare(nt) en assumant la responsabilité de cette déclaration, que l’(es) inventeur(s) est (sont): ( 6) „PID.AN.C.E.T.......Brlg.i..fc.t.a..._r........15, rue des Jardins sous.....la.....Fontaine -_____ ...............F-57158......Montigny.....les......Metz - France___________________________________________________________ VÀZQÜËZ......Miguel - 1, rue du Pré de la' Darne äSILLY surlfllED.....- F-5753Ö CourceÎïës Chaussy - France CÜRD'TER......Pli'iïippe - 9, au ôranà' Éoirlër du Vigy.......2. description in language ................................ £ .r§.AÇ..§i.se ................................ of the invention in triplicate; 3. ................ i ............................... .................. drawing boards, in triplicate; 4. the receipt of the taxes paid to the Registration Office in Luxembourg, 0 6.0 3.19 8 9____: 5. the delegation of power, dated .................. .................................................. .................. the___________________________________________________; 6. the successor document (authorization); declares (s) assuming responsibility for this declaration, that the inventor (s) is (are): (6) „PID.AN.CET ...... Brlg.i..fc.ta .._ r ........ 15, rue des Jardins sous ..... la ..... Fontaine -_____ ............... F-57158. ..... Montigny ..... les ...... Metz - France___________________________________________________________ VÀZQÜËZ ...... Miguel - 1, rue du Pré de la 'Darne äSILLY surlfllED .....- F-5753Ö CourceÎïës Chaussy - France CÜRD'TER ...... Pli'iïippe - 9, au ôranà 'Éoirlër du Vigy .......
...........-France.........—------------------------------------------------------------------------------------ revendïque(nt) pour la susdite demande de brevet la priorité d’une (des) demande(s) de ( 7) -----------------------déposées en (δ) ------------------------------ ie (9) — :—:---------------------------------------------------------------------------:---------------------------- sous le N° (10)__8 8 0 5, 6. 41___________________________________________________________________ au nom de (U) ,.........grance..,,^an^____________________________________________________________ élit(élisent) domicile pour lui (elle) et, si désigné, pour son mandataire, à Luxembourg_________________________ .4.6.., rue du Cimetière—.=...-..L-133.8.._Luxembourg·------------------------------------ (12) sollicite(nt) la délivrance d’un brevet d’invention pour l’objet décrit et représenté dans les annexes susmentionnées, avec ajournement de cette délivrance à ..... _______S-____ ___________mois. (13)...........-France.........---------------------------- ---------------------------------------------------------- ------- claim (s) for the above patent application the priority of one (or more) request (s) from (7) ----------------- ------ filed in (δ) ------------------------------ ie (9) -: -: - ---------------------------------------------------------- ------------------------: ------------------------- --- under N ° (10) __ 8 8 0 5, 6. 41___________________________________________________________________ in the name of (U), ......... grance .. ,, ^ an ^ ____________________________________________________________ elect (elect) domicile for him (she) and, if appointed, for his representative, in Luxembourg_________________________ .4.6 .., rue du Cimetière -. = ...- .. L-133.8 .._ Luxembourg · ------------ ------------------------ (12) requests (s) the grant of a patent for the invention for the subject described and represented in the appendices above, with postponement of this issue to ..... _______ S -____ ___________months. (13)
Le déotjsatrty mandataire : i._________ ________________________________________________________________________________________________________________________ (14) \ Π. Procès-verbal de DépôtThe proxy deotjsatrty: i ._________ ________________________________________________________________________________________________________________________ (14) \ Π. Deposit Minutes
La susdite demande de brevet d’invention a été déposée au Ministère de l’Économie et des Classes Moyennes, Service de la Propriété Intelleptuëfle aTfcrembourg, en date du: 06 04 1989 \1ji\ Pr. le Ministre de l’ÉcodWie et des Classes Moyennes, à heures jj/ ψρΜ \"| / Mfe.d.The above application for a patent for invention has been filed with the Ministry of the Economy and the Middle Classes, Intelleptuëfle Property Service in Luxembourg, dated: 06 04 1989 \ 1ji \ Pr. The Minister of EcodWie and Classes Medium, at hours dd / ψρΜ \ "| / Mfe.d.
j^J Le chef du servi^aeha,propriété intellectuelle, W, j -J A68007__A- /\l_j ^ J Chef du SERV ^ Aeha, Intellectual Property, W, J -J A68007__A- / \ l_
* · EXPLICATIONS RELATIVES AU FORMUUU^I^OTPtÆ // ]/ B* · EXPLANATIONS RELATING TO THE FORMUUU ^ I ^ OTPtÆ //] / B
(1) s’il y a lieu "Demande de certiGcat d’addition au brevet principal, à la demande de brevet principal No....... Arou... .1.......” - (2) inscrire les nom, prénom, profession, adresse du demandeur, lorsque celui-ci est un particulier ou les dénomination sociale, forme juridique, adresse dureiège sfcial, lorsque le demandeur est une personne morale -(3) inscrite les nom, prénom, adresse du mandataire agrée, conseil en propriété industrielle, muni d’un pouvoir spécial, s’il/a lieu:/représente par............agissant en qualité de mandataire” - (4) date de dépôt en toutes lettres - (5) titre de l'invention - (6) inscrire les noms, prénoms, adresses des inventeurs on l’indication "(voir) désignation séparée (suivra)”, lorsque la dési- anation se fait ou se fera dans un document séoaré. ou encore l’indication ”ne nas mentionner”, lorsaue l’inventeur siene ou sienera un document de non-mention à ioindre à une désignation ,ϊ · * f BL-4227(1) if applicable "Application for certificate of addition to the main patent, to the main patent application No ....... Arou ... .1 .......” - ( 2) enter the surname, first name, profession, address of the applicant, when the latter is an individual or corporate name, legal form, address of the head office, when the applicant is a legal person - (3) enter the surname, first name, address of the authorized representative, industrial property attorney, with special powers, if / where applicable: / represents by ........... acting as a representative ”- (4) date of deposit in full - (5) title of the invention - (6) enter the names, first names, addresses of the inventors on the indication "(see) separate designation (will follow)", when the withdrawal is made or will be done in a seoaré document. or the indication "do not mention", when the inventor maintains or will have a non-mention document to be attached to a designation, ϊ · * f BL-4227
Revendication de la priorité de la demande de brevet déposée en France le 22 avril 1988 sous le numéro 88 05641 Mémoire descriptif déposé à l'appui d'une demande de brevet d'invention pour "TRANSFORMATEUR SEC A ENROULEMENTS ENROBES, CONDUCTEURS ET INSTALLATIONS ELECTRIQUES ANALOGUES, ET PROCEDE DE PREPARATION DE LEUR RESINE D'ENROBAGE"Claim to the priority of the patent application filed in France on April 22, 1988 under the number 88 05641 Descriptive memorandum filed in support of a patent application for "DRY TRANSFORMER WITH COATED COILS, CONDUCTORS AND SIMILAR ELECTRICAL INSTALLATIONS , AND PROCESS FOR THE PREPARATION OF THEIR COATING RESIN "
FRANCE TRANSFO Voie Romaine Pont de Semécourt F-57210 MAIZIERES-LES-METZFRANCE TRANSFO Roman Way Pont de Semécourt F-57210 MAIZIERES-LES-METZ
» TRANSFORMATEUR SEC A ENROULEMENTS ENROBES. CONDUCTEURS OU INSTALLATIONS ELECTRIQUES ANALOGUES ET PROCEDE DE freparation.de LEUR.RESINE D'ENROBAGE.»DRY TRANSFORMER WITH COATED WINDINGS. CONDUCTORS OR SIMILAR ELECTRICAL INSTALLATIONS AND METHOD FOR freparation.de LEUR.RESIN DECOBAGE.
5 L'invention a trait à l’amélioration de la tenue au feu des conducteurs électriques enrobés mis en service à chaud.5 The invention relates to improving the fire resistance of coated electrical conductors placed in hot service.
Elle s’applique en particulier aux transformateurs secs de puissance ou de distribution,dont les températures de travail dépassent classiquement de plus d’une centaine de degrés 10 centigrades la température ambiante(température de travail de l’ordre de 140-150°C généralement). Aussi, et pour des raisons de commodité uniquement, on se référera pour la suite de l’exposé à l’exemple des transformateurs précités.It applies in particular to dry power or distribution transformers, whose working temperatures conventionally exceed by more than a hundred degrees 10 centigrade the ambient temperature (working temperature of the order of 140-150 ° C generally ). Also, and for convenience only, reference will be made for the rest of the description to the example of the aforementioned transformers.
Dans ce type de transformateurs, réservés habituellement 15 à une gamme de tension allant de 3 à 36 kV, le bobinage est noyé dans une résine synthétique isolante à propriétés diélectriques et présentant plusieurs millimètres d’épaisseur (de 2à 5 mm par ex.). On rappelle, qu’outre sa fonction d’isolation électrique, la résine a un rôle de protection contre 20 l’humidité et les poussières qui pourraient faire baisser la tension de claquage.Elle protège également les bobinages élec triques contre un milieu ambiant pollué par des agents chimiques agressifs et joue un rôle important de tenue mécanique en assurant la fixité des spires entre-elles dans le bobinage 25 On sait néanmoins que, dans des conditions d’usage « extrêmes accidentelles,ou à la suite d’une anomalie,les trans formateurs peuvent brûler.L’étude de leur comportement au feu a permis de se rendre compte que, lorsque la résine d’enrobage brûle, elle continue souvent à brûler, même si l’incendie qui 30 en est la cause a cessé, car, à partir d’une température critique qui lui est propre,la résine devient inflammable àl’air À ce stade, quelques rappels concernant la constitution de ces résines peuvent s’avérer utiles pour la suite.In this type of transformer, usually reserved for a voltage range from 3 to 36 kV, the winding is embedded in an insulating synthetic resin with dielectric properties and having several millimeters in thickness (from 2 to 5 mm, for example). It should be remembered that, in addition to its function of electrical insulation, the resin has a protective role against humidity and dust which could lower the breakdown voltage. It also protects the electrical windings against an ambient environment polluted by aggressive chemical agents and plays an important role of mechanical resistance by ensuring the fixity of the turns between them in the winding 25 It is nevertheless known that, under conditions of use "accidental extremes, or following an anomaly, Trans trainers can burn. Study of their fire behavior has shown that when the coating resin burns, it often continues to burn, even if the fire causing it has stopped, because , from a critical temperature of its own, the resin becomes flammable in the air At this stage, a few reminders concerning the constitution of these resins may prove useful for the following.
Les enrobages actuels pour transformateurs secs sont 35 des résines thermodurcissables, obtenues par chauffage d’un mélange initial composé d'une résine proprement-dite (un epo-xyde généralement) et d’un durcisseur,tel que de l’anhydride. Un exemple classique est fourni par les dérivés diglycidi- 2 ques jgthers du bis-phénol A, plus couramment appelés DGEBA, et formés par réaction entre le bis-phénol A et l'hépichloro-hydrine (voir l'USP 3,202,947 par ex.). Ces résines sont le plus souvent réticulées et rendues infusibles et insolubles 5 par addition d'amines et de polysulfures de basse masse molé-culaire(résine ARALDITE(R> par exemple).On trouve des exemples autres parmi les polyesters thermodurcissables. Les proportions pondérales sont classiquement de 50 % pour la résine et de 50 % pour le durcisseur.Current coatings for dry transformers are thermosetting resins, obtained by heating an initial mixture composed of a resin proper (generally an epoxide) and a hardener, such as anhydride. A classic example is provided by the diglycidic derivatives of 2-phenol A, more commonly called DGEBA, and formed by reaction between bis-phenol A and hepichlorohydrin (see USP 3,202,947 for example) . These resins are most often crosslinked and made infusible and insoluble by the addition of amines and polysulphides of low molecular weight (ARALDITE resin (R> for example). Other examples are found among thermosetting polyesters. are typically 50% for the resin and 50% for the hardener.
10 Généralement, on utilise des résines chargées:1a résine ». liquide de départ reçoit, avant l'addition du durcisseur, une charge, souvent minérale, par exemple de la farine de quartz (silice),ou de la laine de verre, dans des proportions pondérales qui sont de l'ordre de 3 de charge pour 1 de résine. On 15 aura alors dans le mélange initial par exemple 20% de résine, 6Ö % de silice et 20% de durcisseur.Generally, filled resins are used: "resin". starting liquid receives, before the addition of the hardener, a filler, often mineral, for example quartz flour (silica), or glass wool, in weight proportions which are of the order of 3 filler for 1 of resin. There will then be 20% of resin, 60% of silica and 20% of hardener in the initial mixture.
Cette charge a pour rôle d'améliorer le comportement thermomécanique et d'absorber une partie déjà de la chaleur de polymérisation de la résine, ce qui permet d'éviter la 20 formation de fissures. Elle a également un rôle de renfort mécanique, car la résine non chargée peut rester de consistance molle à la température de fonctionnement des transformateurs .This filler has the role of improving the thermomechanical behavior and of absorbing part already of the heat of polymerization of the resin, which makes it possible to avoid the formation of cracks. It also has a role of mechanical reinforcement, because the uncharged resin can remain of soft consistency at the operating temperature of the transformers.
D'un autre coté,on utilise plutôt des élastomères, comme des résines de silicone, ou des résines polyesters, qui sont 25 des thermoplastiques, dans le cas notamment d'enrobage de cables ou de fils, afin de leur autoriser une certaine souplesse. Des exemples sont donnés par l'E.P.R (Ethylène-propy-lène-rubber,ΙΈ.V.A.(Ethylène vinyl acetate), ou le Polyéthylène réticulé).On the other hand, elastomers, such as silicone resins, or polyester resins, which are thermoplastics, are used instead, in the case in particular of coating of cables or wires, in order to allow them a certain flexibility. Examples are given by E.P.R (Ethylene-propy-lene-rubber, ΙΈ.V.A. (Ethylene vinyl acetate), or cross-linked Polyethylene).
30 L'invention ne distingue pas selon le type de résine (thermodurcissable, thermoplastique ou élastomère), dans la mesure où cette résine est un matériau isolant destiné à être utilisé "à chaud" et présente donc de ce fait un bon comportement thermo-mécanique aux températures de travail élevées 35 indiquées auparavant. Aussi, par commodité de language, on appellera indifféremment "résine d'enrobage" ou "résine chargée" la matière constitutive de l'enrobage isolant final formée par le mélange: résine proprement-dite, charge de renfort (le cas échéant), et durcisseur éventuel (adjuvants 40 habituels compris,tels qu'accélérateur,flexibilisateur,etc.).The invention does not distinguish according to the type of resin (thermosetting, thermoplastic or elastomer), insofar as this resin is an insulating material intended to be used "hot" and therefore therefore exhibits good thermo-mechanical behavior at the high working temperatures indicated above. Also, for convenience of language, we will indifferently call "coating resin" or "charged resin" the constituent material of the final insulating coating formed by the mixture: resin proper, reinforcing filler (if applicable), and optional hardener (usual 40 additives included, such as accelerator, flexibilizer, etc.).
3 f3 f
Le but de l'invention est d'améliorer le comportement au feu des conducteurs électriques enrobés, notamment les enroulements des transformateurs secs, en accroissant, à leur température de service, la stabilité thermique de la résine 5 d'enrobage ignifuge utilisée.The object of the invention is to improve the fire behavior of coated electrical conductors, in particular the windings of dry transformers, by increasing, at their operating temperature, the thermal stability of the flame retardant coating resin used.
A cet effet, l'invention a pour objet un conducteur ou enroulement électriques enrobés dans une résine isolante char gée contenant une substance ignifuge par formation d'eau quand la température s'élève,telle que de l'alumine hydratée, 10 caractérisés en ce que une fraction de la charge, égale à au moins 20% du poids total de la résine d'enrobage, est constituée par ladite substance ignifuge, qui a été préalablement deshydratée partiellement d'une quantité telle qu'elle ne provoque pas de formation intempestive d'eau dans la résine 15 tant que le conducteur enrobé est en service dans ses conditions normales de température.To this end, the subject of the invention is an electrical conductor or winding coated in a charged insulating resin containing a flame retardant substance by the formation of water when the temperature rises, such as hydrated alumina, characterized in that that a fraction of the filler, equal to at least 20% of the total weight of the coating resin, consists of said flame-retardant substance, which has been partially dehydrated beforehand in an amount such that it does not cause untimely formation of water in the resin 15 as long as the coated conductor is in service under its normal temperature conditions.
L'invention a encore pour objet un procédé de préparation d'une résine isolante chargée de ce type pour l'enrobage des enroulements des transformateurs secs, selon lequel on 20 ajoute à la résine liquide initiale une charge dont une fraction, égale à au moins 20% du poids total de la résine d'enrobage, est constituée par une substance ayant des propriétés ignifugeantes par formation d’eau lorsque la température s’élève, telle que de l'alumine hydratée, mais ce,après avoir 25 au préalable deshydraté partiellement la substance ignifuge, par chauffage de préférence, afin que, lors de l'utilisation du transformateur à sa température de fonctionnement nominal il n’y ait pas de formation intempestive d'eau au sein de la résine pouvant nuire à sa qualité.Another subject of the invention is a process for preparing a charged insulating resin of this type for coating the windings of dry transformers, according to which a charge is added to the initial liquid resin, a fraction of which is at least equal to 20% of the total weight of the coating resin, is constituted by a substance having flame-retardant properties by formation of water when the temperature rises, such as hydrated alumina, but this, after having previously dehydrated partially the flame retardant substance, preferably by heating, so that, when the transformer is used at its nominal operating temperature, there is no untimely formation of water within the resin which can adversely affect its quality.
30 L'invention a également pour objet un transformateur sec enrobé, dont au moins un enroulement électrique est enrobé dans une masse de résine isolante ignifuge conforme à celle obtenue par le procédé spécifié ci-avant.The invention also relates to a coated dry transformer, at least one electrical winding of which is coated in a mass of flame-retardant insulating resin conforming to that obtained by the process specified above.
35 Le rôle ignifugeant de l'alumine trihydratée, en tant qu'adjuvant aux résines d'enrobage pour cables électriques ou pour transformateurs, est déjà connu, par exemple du document USP 3,202,947 déjà mentionné(et dont l'enseignement est incor poré ici par référence). Mais, jamais jusqu'ici,à la connais-40 sance des inventeurs,on a pu mettre en lumière l'avantage que 4 a on pouvait paradoxalement attendre d'une meilleure stabilité thermique de la résine en déshydratant préalablement partiellement un tel adjuvant,alors qu’il agit comme ignifuge précisément en formant de l’eau.The flame-retardant role of alumina trihydrate, as an adjuvant to coating resins for electric cables or for transformers, is already known, for example from the document USP 3,202,947 already mentioned (and the teaching of which is incorporated herein by reference). But, never until now, to the knowledge of the inventors, it has been possible to highlight the advantage that 4 a can paradoxically expect better thermal stability of the resin by dehydrating such an adjuvant partially beforehand, then that it acts as a flame retardant precisely by forming water.
5 L’invention sera bien comprise, et d’autres aspects et avantages apparaîtront plus clairement, au vu de la description détaillée qui suit, donnée en référence: - aux tableaux I, II et III présentés dans le corps du texte 10 et exprimant la bonne tenue au feu d’une résine d’enrobage selon l’invention; - au tableau IV, également présenté dans le corps de la description, et donnant les caractéristiques principales du profil du départ d’eau avec la montée en température 15 pour un certain nombre de substances ignifuges; - aux figures 1 et 2 montrant l’évolution dans le temps de la perte de poids de différentes substances ignifuges utilisables, par formation et élimination d’eau, résultant de leur instabilité "à chaud" lorsqu’on les chauffe à température 20 constante.5 The invention will be well understood, and other aspects and advantages will appear more clearly, in the light of the detailed description which follows, given with reference: - Tables I, II and III presented in the body of text 10 and expressing the good fire resistance of a coating resin according to the invention; - in Table IV, also presented in the body of the description, and giving the main characteristics of the profile of the water departure with the rise in temperature 15 for a certain number of flame retardants; - Figures 1 and 2 showing the evolution over time of the weight loss of different flame retardants usable, by formation and elimination of water, resulting from their instability "hot" when heated to constant temperature.
On reprend successivement les deux caractéristiques essentielles de l'invention énoncées auparavant: 25 1) AJOUT EN QUANTITE SUFFISANTE D’UNE SUBSTANCE IGNIFUGEANTE PAR FORMATION D’EAU DUE A UNE INSTABILITE A CHAUD.The two essential characteristics of the invention set out above are repeated successively: 1) ADDITION IN SUFFICIENT QUANTITY OF A FLAME RETARDANT SUBSTANCE BY FORMING WATER DUE TO HOT INSTABILITY.
La substance ignifuge ajoutée peut être de l'alumine hydratée AlzOs, nHzO avec n=l,2, ou 3 de la magnésie bihydra-tée,du borate de zinc, ou tout autre matière connue pour ses 30 propriétés d’autoextinguibilité par élimination d’eau et, de préférence, capable en outre, tout comme la silice,de renforcer la résine. On pourra donner préférence à l’alumine trihy-dratée, qui s’est avérée être l’ignifuge le plus efficace, et qui, de surcroît, ne dégage pas, ou peu de fumée.The flame retardant added may be hydrated alumina AlzOs, nHzO with n = 1, 2, or 3 of bihydrated magnesia, zinc borate, or any other material known for its self-extinguishing properties by elimination of water and preferably also capable, like silica, of reinforcing the resin. We can give preference to trihy-draté alumina, which has proven to be the most effective flame retardant, and which in addition, does not emit, or little smoke.
35 La réaction de formation d’eau peut s’écrire :35 The water formation reaction can be written:
2 Al (OH)*----> AlzOs + 3 HzO2 Al (OH) * ----> AlzOs + 3 HzO
La vitesse de cette réaction augmente dans le sens de la flèche avec la température, et son endothermicité retarde, voire empêche,l’atteinte du seuil d’allumage de la résine.The speed of this reaction increases in the direction of the arrow with temperature, and its endothermicity delays, or even prevents, the reaching of the ignition threshold of the resin.
r 5r 5
On verra plus loin que cette vitesse n'évolue pas linéairement avec la température, mais qu’il se forme un pic de départ intense d’eau caractéristique de la substance, et dont un intérêt déterminant est qu’il apparaît à des températures 5 situées précisément dans la zone de surchauffe à risque, donc en deçà de la température critique d’inflammibilité de la résine d’enrobage.It will be seen later that this speed does not change linearly with temperature, but that an intense departure peak of water, characteristic of the substance, forms and of which a decisive advantage is that it appears at temperatures 5 located precisely in the overheating zone at risk, therefore below the critical flammability temperature of the coating resin.
L’AI(OH)? peut être aisément mélangé à la charge minérale de départ,puisqu’ils se présentent,tous deux, sous forme 10 de matière solide en poudre ou de grains fins.AI (OH)? can be easily mixed with the starting mineral filler, since they are both in the form of powdered solid matter or fine grains.
Au lieu de 60% en poids de S1O2 dans la résine finale, on y substitue, pour majeure part, de la substance ignifuge. On réalise ainsi, par exemple, un mélange représentant 50 % d’Al(0H)3 et 10 % seulement de Si0= . L’expérience a cependant 15 montré que l’on pouvait baisser la quantité d’Al(0H)3 jusqu’à 25 %(donc 35% de Si02), sans nuire de façon significative aux qualités de bonne tenue au feu de l’enrobage, dues à la présence de la substance ignifuge.Instead of 60% by weight of S1O2 in the final resin, it is replaced, for the most part, with the flame retardant substance. This produces, for example, a mixture representing 50% of Al (0H) 3 and only 10% of Si0 =. However, experience has shown that the amount of Al (OH) 3 can be reduced to 25% (therefore 35% of SiO 2), without significantly harming the qualities of fire resistance of coating, due to the presence of the flame retardant substance.
Ces valeurs, établies pour une charge initiale de 60 % 20 en poids peuvent bien entendu être modifiées si cette proportion varie.These values, established for an initial load of 60% by weight, can of course be modified if this proportion varies.
Les tableaux I,II et III ci-après fournissent des indications et des résultats chiffrés d’essais réalisés en labo-25 ratoire sur un transformateur sec, montrant l’effet de substances ignifuges (ici A1(0H)3 et Borate de Zinc) sur les valeurs de paramètres reconnus comme représentatifs de la tenue au feu des matériaux et en particulier des résines d’enrobage des enroulements des transformateurs secs,à savoir 30 l’Indice d’Oxygène, la Vitesse de Combustion et le Pouvoir Calorifique Supérieur.Tables I, II and III below provide indications and quantified results of laboratory tests carried out on a dry transformer, showing the effect of flame retardants (here A1 (0H) 3 and Zinc Borate) on the values of parameters recognized as representative of the fire resistance of the materials and in particular of the coating resins of the windings of the dry transformers, namely the Oxygen Index, the Combustion Speed and the Higher Calorific Power.
5 TABLEAU I : Indices d*Oxygène fl.O.)5 TABLE I: Oxygen Indices fl.O.)
iTempérature de mesure j 20°C ! 80eC ! 150°Ci 200°CJi Measurement temperature at 20 ° C! 80th! 150 ° Ci 200 ° CJ
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5 : Indice d'Qz (1.0.) i 30 ! 27 ! 23,5 ! 21 | {minimal imposé ! ! ! ! !5: Qz index (1.0.) I 30! 27! 23.5! 21 | {minimum imposed! ! ! ! !
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La matière d'enrobage a été préparée de la manière suivante: la charge minérale (ici de la silice), après avoir été mélangée à la substance ignifuge en quantité adéquate, a été malaxée,pour moitié, avec la résine liquide (résine époxy-5 dique commercialisée par la firme Suisse CIBA-GEIGY sous la dénomination "ARALDITE CY 225") et, pour l'autre moitié, avec le durcisseur, également à l’état liquide (anhydride commercialisé par la firme précitée sous la dénomination"DURCISSEUR HY 227"). Les deux mélanges ont ensuite été réunis et le tout 10 a été malaxé,puis mis au four(80 à 150°C)pour prise en masse.The coating material was prepared in the following manner: the mineral filler (here silica), after having been mixed with the flame retardant in an adequate amount, was kneaded, for half, with the liquid resin (epoxy resin). 5 dique marketed by the Swiss firm CIBA-GEIGY under the name "ARALDITE CY 225") and, for the other half, with the hardener, also in the liquid state (anhydride marketed by the aforementioned company under the name "DURCISSEUR HY 227 "). The two mixtures were then combined and the whole was kneaded, then placed in the oven (80 to 150 ° C.) for solidification.
Pour ces essais,les méthodes de mesure ont été conformes aux normes UTE NF T51-071 à 20eC et EDF HN20 M40 à 80, 150 et 200°C.For these tests, the measurement methods were in accordance with UTE NF T51-071 at 20eC and EDF HN20 M40 standards at 80, 150 and 200 ° C.
Rq.- Les fourchettes de valeurs traduisent le fait que 15 l'I.O. mesuré dépendait, dans ce cas, de l'origine de l’Alumine du commerce qui a été utilisée.Rq.- The ranges of values reflect the fact that 15 the I.O. measured in this case depended on the origin of the commercial alumina that was used.
- Les cases marquées d’un "/" traduisent des mesures jugées inutiles.Les valeurs correspondantes,compte tenu de celle obtenue à 20eC, sont d’emblée non-ac-20 ceptables,car trop en deçà de l’I.O.minimal imposé -- The boxes marked with a "/" translate measures considered useless. The corresponding values, taking into account that obtained at 20eC, are immediately non-ac-20 countable, because too below the minimum I.O. imposed -
On voit immédiatement que pour une charge totale de 60% la teneur minimale d’Al(0H)3à respecter est de 20-25%.En deçà lés valeurs minimales' imposées à l’Indice d’Qz ne sont plus efficacement assurées. Des mesures complémentaires,non consi-25 gnées içi,ont permis de montrer,qu’avec une charge globale de 70% en poids(lre partie du tableau),la valeur seuil d’Al(0H)3 descend à 20%. On observe également, qu’en ce qui concerne le Borate de Zinc, le seuil minimal est bien plus élevé: 50 % en poids au minimum, ce qui traduit,comme on le savait, une effi-30 cacité plus grande de l’Alumine trihydratée.We can immediately see that for a total load of 60% the minimum content of Al (0H) 3 to be respected is 20-25%. Below the minimum values' imposed on the Qz Index are no longer effectively guaranteed. Additional measurements, not taken into account here, have made it possible to show that, with an overall load of 70% by weight (1st part of the table), the threshold value of Al (0H) 3 drops to 20%. We also observe that, as regards Zinc Borate, the minimum threshold is much higher: 50% by weight at least, which translates, as we knew, a greater efficiency of Alumina trihydrate.
Les Vitesses de Combustion consignées dans le tableau II ci-après ont été mesurées dans l’appareil utilisé pour la détermination d’indices d’Oxygène sur des éprouvettes en forme de plaquettes allongées, de 100 mm de long, 6.5 mm de 35 large et de 4 mm d’épaisseur. Les éprouvettes comportent deux repères à la suite l'un de l’autre selon la longueur, le premier étant situé à 10mm d’une extrémité,le second à 60 mm.The Combustion Speeds recorded in Table II below were measured in the apparatus used for the determination of Oxygen indices on elongated platelet test tubes, 100 mm long, 6.5 mm wide and 4 mm thick. The test pieces have two marks one after the other depending on the length, the first being located 10mm from one end, the second 60mm.
On note, à la température ambiante, le temps de combustion de l’éprouvette entre les deux repères et on en déduit la 40 Vitesse moyenne de Combustion (en mm/s) en fonction du taux 8 TABLEAU II : Vitesses de Combustion.We note, at room temperature, the combustion time of the test piece between the two marks and we deduce the 40 Average Combustion Speed (in mm / s) depending on the rate 8 TABLE II: Combustion Speeds.
! Taux d’02 1 35% 40% ! 45% ! 50% ! 60% ! I_____________________I_______I______I_______{______I__ i! O2 rate 1 35% 40%! 45%! 50%! 60%! I _____________________ I _______ I ______ I _______ {______ I__ i
I I I I I I ~ II I I I I I ~ I
J Vitesse de Combustion! J ! ! ! ! 5 ! maximale autorisée ! 0.15 | 0.30 ! 0.45 ! 0.6 ! 0.9 ! ! (en mm/s) ! ! ! ! ! \ ! ALUMINE TEI-HYDEATEE !J Combustion Speed! J! ! ! ! 5! maximum allowed! 0.15 | 0.30! 0.45! 0.6! 0.9! ! (in mm / s)! ! ! ! ! \! TEI-HYDRATED ALUMINA!
I___________________________________________________________II___________________________________________________________I
10 !TrtlJX ~=!70% de SiOz 1 0.28 ! 0.37 ! 0.47 ! 0.58 ! 1.05 ! I CHARGE I_____________I ______I _ I_____ | _ _ | ____ |10! TrtlJX ~ =! 70% of SiOz 1 0.28! 0.37! 0.47! 0.58! 1.05! I CHARGE I_____________I ______I _ I_____ | _ _ | ____ |
II I I I I I III I I I I I I
!TOTfiL i 20% de SiOz + ‘ 0.06 ! 0.10 ! 0. 13 ! 0.19 ! 0.25 ! ! 70¾ 150% d-’ÄKOH)^! ! ! ! ! ! I _______I_____________l_______I______I_______I______I_______(! TOTfiL i 20% SiOz + ‘0.06! 0.10! 0.13! 0.19! 0.25! ! 70¾ 150% d-’ÄKOH) ^! ! ! ! ! ! I _______ I _____________ l _______ I ______ I _______ I ______ I _______ (
II I I I I I III I I I I I I
15 ! 160% de SiCh !~0.35 !"0.50 !"0.60 !~0.75 !~1.0 ! I I_____________I________ I______I________I__ _ I ___|15! 160% SiCh! ~ 0.35! "0.50!" 0.60! ~ 0.75! ~ 1.0! I I_____________I________ I______I________I__ _ I ___ |
I I I II I “* I II I I II I “* I I
! 150% de SiOz + ',"0.35 Γ0.45 'Γ0.60 !"0.75 ! "1.0 ! ! ! 10% d'Al(0H)3| ! ! ! ! ! I I_____________,__I _______I_______I_______I______I_______t! 150% SiOz + ', "0.35 Γ0.45' Γ0.60!" 0.75! "1.0!!! 10% Al (0H) 3 |!!!!! I I _____________, __ I _______I_______I_______I______I_______t
II I I I I I III I I I I I I
20 ! |40% de SiOz +!"0.20 ί"0.35 Γ0.45 !"0.55 ! "1.0 ! ! |20% d'Al(0H)3| ! ! ! !20! | 40% of SiOz +! "0.20 ί" 0.35 Γ0.45! "0.55!" 1.0! ! | 20% Al (0H) 3 | ! ! ! !
1 I I I I I I I1 I I I I I I I
!™ux ! 35% de SiOz +!"0.18 Γ0.28 |~0.38 !~0.49 ! "0.95 ! !CHftTOB ! 25% d5Al(OH)®! ! ! ! ! !! ™ ux! 35% SiOz +! "0.18 Γ0.28 | ~ 0.38! ~ 0.49!" 0.95! ! CHftTOB! 25% d5Al (OH) ®! ! ! ! ! !
O C I TOTAL I _ ______ I_______I______I_______I______î_______IO C I TOTAL I _ ______ I _______ I ______ I _______ I ______ î _______ I
6v | i “ “* | | | j I i ! 60-, !25% de SiOz +! 0.14- ! 0.20-! 0.27- ! 0.34-! 0.56- ! ! i35% d’Al(OH)3 ! 0.17 ! 0.23 ! 0.30 ! 0.37 ! 0.59 !6v | i ““ * | | | j I i! 60-,! 25% of SiOz +! 0.14-! 0.20-! 0.27-! 0.34-! 0.56-! ! i35% Al (OH) 3! 0.17! 0.23! 0.30! 0.37! 0.59!
I I____ I_______I______I_______I______I_______ II I____ I_______I______I_______I______I_______ I
il 1 1 1 1 1 1 ! !20% de SiOz +| 0.13- ! 0.19-î 0.24- ! 0.30-i 0.48- ! 30 ! 140% d’AKOH)*! 0.16 j 0.20 ! 0.27 ! 0.35 j 0.56 !there 1 1 1 1 1 1! ! 20% SiOz + | 0.13-! 0.19-î 0.24-! 0.30-i 0.48-! 30 ! 140% AKOH) *! 0.16 to 0.20! 0.27! 0.35 to 0.56!
I I___ I_______I______I_______I______I II I___ I_______I______I_______I______I I
I I “ I II II II I “I II II I
! 110% de SiOz + 1 0.07- J 0.14-', 0.20- ! 0.26-| 0.37- ! ! 50% d’Al(0H)3 j 0.10 ! 0.16 j 0.23 ! 0.29 ! 0.40 ! 35 ! BOKATE DE ZINC !! 110% SiOz + 1 0.07- J 0.14- ', 0.20-! 0.26- | 0.37-! ! 50% Al (0H) 3 d 0.10! 0.16 to 0.23! 0.29! 0.40! 35! ZINC BOKATE!
I___________________________________________________________II___________________________________________________________I
i Ii i
|T«ux GM.10% de SiOz +! ! "0.161 "0.21 1 "0.301 ~0.8 1 !TOT-6S5!!553â de Borate! ! ! ! ! !| T "ux GM.10% of SiOz +! ! "0.161" 0.21 1 "0.301 ~ 0.8 1! TOT-6S5 !! 553â from Borate !!!!!!
t___________________________________________________________It___________________________________________________________I
1 1 40 !tAux »e! 10% de SiOz +! ! "0.25! "0.43 !"0.65 !" 0.98 ! !charge [50% de Borate! ! ! ! ! !1 1 40! TAux »e! 10% SiOz +! ! "0.25!" 0.43! "0.65!" 0.98! ! charge [50% Borate! ! ! ! ! !
I I . II I. I
l TOTAL (------------------------------- 1 ! 160% de Borate! ! "0.25! "0.31 ! "0.52! "0.96 ! 9 «l TOTAL (------------------------------- 1! 160% Borate!! "0.25!" 0.31! "0.52 ! "0.96! 9"
Rq. les indications de couples de valeurs ont môme signification que dans le tableau précédent.Rq. the indications of pairs of values have the same meaning as in the previous table.
Comme on peut aisément le constater,les valeurs données dans le Tableau II corroborent celles du tableaul en montrant 5 que, à l’égard du critère "Vitesse de combustion" également,la valeur "plancher" à respecter pour la quantité d’Al(OH)3 dans le mélange de départ est sensiblement de 25% en poids (un peu moins de 50% pour le Borate).As can easily be seen, the values given in Table II corroborate those in the table by showing 5 that, with regard to the criterion "combustion rate" also, the "floor" value to be observed for the quantity of Al ( OH) 3 in the starting mixture is substantially 25% by weight (slightly less than 50% for Borate).
Ces conclusions demeurent entièrement valides au vu du 10 tableau III ci-dessous consignant les résultats de la série d’essais effectués sur le 3ème paramètre retenu, le Pouvoir Calorifique Supérieur(P.C.S.). Comme on pourra le constater, la valeur maximale admise de 11 MJ par kg de matière n’est jamais dépassée.These conclusions remain entirely valid in view of Table 10 below, recording the results of the series of tests carried out on the 3rd parameter retained, the Higher Calorific Power (P.C.S.). As we can see, the maximum allowable value of 11 MJ per kg of material is never exceeded.
15 TABLEAU III : Pouvoir Calorifique Supérieur (P.C.S.) (Méthode d’essai: calorimétrie adiabatique selon la norme UTE NF M 03-005.)15 TABLE III: Higher Calorific Power (P.C.S.) (Test method: adiabatic calorimetry according to standard UTE NF M 03-005.)
Taux de chargelj Taux de charge total : 60% 20 total: 70% jCharging ratej Total charging rate: 60% 20 total: 70% d
ALUMINE TRI-HYDRATEALUMINA TRI-HYDRATE
_ n- f Γ I 1 70%Si02 1 20%SiQ* || 60% SiQ*. 40%Si0z |35% SiOa |25%SiQ2 |10% Si02: 25 | + If . + ί + + | + -------------4-------1-------J--------1------j--------- ~ 8 ~ 7 II ~ 11 , ~ 11 I ~ 11 I - 11 I - 11_ n- f Γ I 1 70% Si02 1 20% SiQ * || 60% SiQ *. 40% Si0z | 35% SiOa | 25% SiQ2 | 10% Si02: 25 | + If. + ί + + | + ------------- 4 ------- 1 ------- D -------- 1 ------ d --- ------ ~ 8 ~ 7 II ~ 11, ~ 11 I ~ 11 I - 11 I - 11
1 II I I I I1 II I I I I
30 -------L------Ji--------i-------Il-------i-------1---------30 ------- L ------ Ji -------- i ------- It ------- i ------- 1- --------
BORATE DI ZINCBORATE DI ZINC
il ~ i 10%Si0z+55%Bor. |j 10% SiQ* + 50% de Borate| 60% de Borate ---------------j, -------------------------|----------------- ______________1_________________________i_________________il ~ i 10% Si0z + 55% Bor. | j 10% SiQ * + 50% Borate | 60% Borate --------------- j, ------------------------- | --- -------------- ______________1_________________________i_________________
On voit donc clairement apparaître sur ces tableaux l’influence sur la tenue au feu de l’ajout à la résine de départ, dans des proportions adéquates,d’une matière ignifugeante par 40 formation et élimination d’eau, conformément à l’invention.It is therefore clear to see clearly on these tables the influence on the fire resistance of the addition to the starting resin, in adequate proportions, of a flame-retardant material by formation and elimination of water, in accordance with the invention .
10'10 '
Ces résultats traduisent une forte libération d’eau de la part de la résine d’enrobage, lorsque celle-ci atteint des températures anormalement élevées. Un tel phénomène agit en absorbeur de chaleur autocontrôlé, qui retarde et freine la 5 combustion de la résine chargée, et confère à celle-ci le caractère d’auto-extinguibilité recherché.These results reflect a strong release of water from the coating resin when it reaches abnormally high temperatures. Such a phenomenon acts as a self-controlled heat absorber, which delays and slows the combustion of the charged resin, and gives it the desired self-extinguishing character.
Bien entendu,une formation abondante de molécules d’eau au sein même de la masse n’est pas sans conséquences sur la 10 qualité de la résine d’enrobage. Celle-ci se dégrade au cours d’un tel processus et, généralement, ne peut plus être réutilisée pour la suite. Le transformateur doit alors être remplacé ou reconditionné.Of course, an abundant formation of water molecules within the mass itself is not without consequences for the quality of the coating resin. This degrades during such a process and, generally, cannot be reused for the rest. The transformer must then be replaced or reconditioned.
15 La perte en poids de la substance ignifugeante au cours de la montée en température est un bon indicateur de sa capacité à former de l’eau.On notera,comme le montrent les spécifications des fournisseurs, que, dans le cas de l’Al(OH)s, la perte de poids est déjà proche de 30% à 300eC. Elle s’opère 20 d’ailleurs pratiquement uniquement à cette température sous la forme d’un pic étroit et de grande amplitude,ce qui témoigne de la vivacité et de l’intensité du phénomène, lorsque ce niveau de température, caractéristique de l’agent ignifuge utilisé, est atteint.15 The loss in weight of the flame retardant during the rise in temperature is a good indicator of its capacity to form water. It should be noted, as the suppliers' specifications show, that in the case of Al (OH) s, the weight loss is already close to 30% at 300eC. Moreover, it takes place practically only at this temperature in the form of a narrow peak of large amplitude, which testifies to the liveliness and intensity of the phenomenon, when this temperature level, characteristic of the flame retardant used, is reached.
. 25. 25
Ceci se vérifie quelle que soit la variété d’alumine tri hydratée du commerce utilisée, comme le montre plus précisément le tableau IV ci-après.This is true regardless of the variety of commercially available tri-hydrated alumina used, as shown more precisely in Table IV below.
Ce tableau de valeurs est donné à simple titre d’infor-30 mation, à partir des indications des fournisseurs de l’Al(0H)3 vendue sous la dénomination "ALCOA" selon des variétés, dont les références commerciales sont reprises dans les colonnes du tableau pour les identifier.This table of values is given for information only, based on the indications of the suppliers of Al (0H) 3 sold under the name "ALCOA" according to varieties, the commercial references of which are given in the columns of the table to identify them.
11 TABLEAP IV:Analyse des pics endothermigués de formation d'eau (les montées en température ont été opérées de 25 à 600°C sous une progression constante de 10°C/min.)11 TABLEAP IV: Analysis of the endothermic peaks of water formation (the temperature increases were carried out from 25 to 600 ° C under a constant progression of 10 ° C / min.)
5 M15 S65/40 C31 M6 M15S S65/150 MEDIUM5 M15 S65 / 40 C31 M6 M15S S65 / 150 MEDIUM
SODASODA
____ ______________________________________ __________________________________
Temp. début 196 205 216 180 195 188 197 du pic (°C) 10 Temp. fin 372 385 353 382 355 370 353 du pic (°C)Temp. start 196 205 216 180 195 188 197 peak (° C) 10 Temp. end 372 385 353 382 355 370 353 peak (° C)
Temp. max. 316 312 314 314 ‘ 311 309 312 du pic (°C) 15 ----------------------------------------------------------- . AH du pic 1.03 1.01 1.07 1.06 1.03 1.0 1.02 (en kJ/g)Temp. max. 316 312 314 314 '311 309 312 peak (° C) 15 ----------------------------------- ------------------------. Peak HA 1.03 1.01 1.07 1.06 1.03 1.0 1.02 (in kJ / g)
Pour que les effets attendus par le type de substance 20 ignifuge préconisée par l'invention soient pleinement satisfaisants, il faut, non seulement que le pic de départ intense d'eau se développe à des températures adéquates, c'est à dire entre le point de fonctionnement normal à chaud et celui où l’enrobage peut s'enflammer, mais encore qu’une formation 25 d'eau ne se réalise véritablement qu'en cas de surchauffe anormale. Autrement-dit, il convient d’éviter tout risque de dégradation prématurée de la résine d'enrobage qui pourrait être occasionnée par une formation intempestive d'eau depuis la température ambiante jusqu’à celle du fonctionnement 30 normal à chaud du transformateur.For the effects expected by the type of flame retardant recommended by the invention to be fully satisfactory, it is not only necessary that the intense starting water peak develops at suitable temperatures, that is to say between the point normal hot operation and that where the coating can ignite, but still that a formation of water 25 is really realized only in case of abnormal overheating. In other words, any risk of premature degradation of the coating resin which could be caused by untimely formation of water from ambient temperature to that of normal hot operation of the transformer should be avoided.
C'est cette difficulté qui est résolue par la seconde caractéristique principale de l’invention, à savoir, un prévieillissement modéré de la résine, comme on va le voir plus en détails ci-après : 35 2)DESHYDRATATION PARTIELLE PREALABLE DE LA QUANTITE DE SUBSTANCE. IGNIFUGE AJOUTEE.It is this difficulty which is resolved by the second main characteristic of the invention, namely, moderate pre-aging of the resin, as will be seen in more detail below: 35 2) PRIOR PARTIAL DEHYDRATION OF THE QUANTITY OF SUBSTANCE. ADDED FLAME RETARDANT.
Il s'agit içi de provoquer une déshydratation préalable pour éviter qu'elle se produise ultérieurement dans le trans- 12 tielle, puisqu'on la recherche par ailleurs à haute température, quand le transformateur chauffe anormalement et que des risques d'inflammation sont à craindre.This is to cause dehydration beforehand to prevent it from occurring later in the transial, since it is also sought at high temperature, when the transformer heats up abnormally and there is a risk of ignition. to fear.
Cette déshydratation peut avantageusement s'opérer par 5 chauffage préalable del'Al(OH)*. L’objectif à atteindre est, non pas une élimination totale de l’eau susceptible de se former dans une gamme de températures allant de l’ambiante à ; la température de fonctionnement "à chaud" du transformateur (et que l’on appellera de façon imagée "eau volatile” pour 10 marquer le fait qu'elle doit partir à basse température),mais une élimination suffisante afin que l’eau "volatile" résiduelle soit présente en trop faible quantité pour conduire à une dégradation de la résine. On a pu observer, en effet,que, lorsque l'alumine trihydratée n'avait pas été préchauffée 15 avant d’être ajoutée à la charge minérale, des éclatements de la résine enrobant les bobinages électriques de transformateurs d’essais intervenaient à la température de fonctionnement, qui obligaient à la mise au rebut de ces derniers.This dehydration can advantageously take place by prior heating of Al (OH) *. The goal is not to completely eliminate water that can form in a range of temperatures from ambient to; the operating temperature "hot" of the transformer (and which we will call in a pictorial way "volatile water" to mark the fact that it must start at low temperature), but a sufficient elimination so that the water "volatile "Residual is present in too small an amount to lead to degradation of the resin. It has been observed, in fact, that, when the alumina trihydrate had not been preheated before being added to the mineral filler, Fragments of the resin coating the electrical windings of test transformers intervened at operating temperature, which forced them to be scrapped.
Une façon commode de parvenir à réaliser la déshydrata-20 tion partielle de la substance ignifuge par préchauffage est de considérer sa courbe de perte de poids en fonction du temps. Pour une substance utilisée pour la première fois, on pourra avantageusement procéder en deux étapes: - Une première, sur échantillon d’analyse, destinée à 25 déterminer la quantité d’eau qui s’élimine lors d’un séjour prolongé à température constante, qui est celle(ou voisine de celle) du fonctionnement normal à chaud du transformateur; - Une seconde étape, de traitement cette fois de la totalité de la matière, consistant à la chauffer à relati- 30 vement haute température afin d’atteindre rapidement, donc dans des conditions industrielles, une perte de poids correspondant à la valeur d'élimination d'eau déterminée dans la phase précédente.A convenient way to achieve partial dehydration of the flame retardant by preheating is to consider its weight loss curve over time. For a substance used for the first time, it is advantageously possible to proceed in two stages: a first, on an analysis sample, intended to determine the quantity of water which is eliminated during an extended stay at constant temperature, which is that (or close to that) of normal hot operation of the transformer; - A second step, this time processing all of the material, consisting of heating it to relatively high temperature in order to quickly reach, therefore under industrial conditions, a weight loss corresponding to the elimination value of water determined in the previous phase.
Bien entendu, cette seconde étape sera répétée à chaque 35 préparation de résine, alors que la première n'est réellement nécessaire qu’une seule fois pour caractériser un type de substance ignifuge que l’on avait jamais utilisée auparavant.Of course, this second step will be repeated with each resin preparation, while the first is only really necessary once to characterize a type of flame retardant that has never been used before.
Les courbes des figures 1 et 2 illustrent bien cette première phase d’étude sur échantillons en montrant l'allure, 13 à certaines valeurs de température,de l'évolution de la perte de poids en fonction du temps pour certaines valeurs de la température. Les courbes sont paramétrées sur certaines des variétés d'Alumine trihydratée "ALCOA" du Tableau IV repérées 5 par leur références commerciales à l'extrémité droite de chaque courbe. Trois valeurs de température ont été considérées: 140, 160 et 180eC afin de bien couvrir les conditions ; de marche habituelle "à chaud" des transformateurs. Pour éviter des surcharges inutiles, les trois familles correspon-10 dantes de courbes ont été séparées sur les deux figures: la figure 1 regroupe les familles à 140°C(traits discontinus) et 160°C (trait plein); la famille à 180eC apparaît seule en trait plein sur la figure 2.The curves of Figures 1 and 2 illustrate this first phase of study on samples by showing the pace, 13 at certain temperature values, of the evolution of weight loss as a function of time for certain temperature values. The curves are configured on some of the varieties of alumina trihydrate "ALCOA" in Table IV identified 5 by their commercial references at the right end of each curve. Three temperature values were considered: 140, 160 and 180eC in order to properly cover the conditions; usual "hot" operation of transformers. To avoid unnecessary overloads, the three corresponding families of curves have been separated in the two figures: FIG. 1 groups the families at 140 ° C. (broken lines) and 160 ° C. (solid line); the family at 180 ° C. appears alone in solid lines in FIG. 2.
Comme on le voit, toutes ces courbes sont avantageuse-15 ment d'allure générale logarithmique avec une croissance très rapide au début, suivie d'un palier légèrement incliné sur 1'horizontale, ce palier étant d’autant plus tôt atteint que la température de travail est élevée. Ainsi à 180eC (fig. 2), la majeure part de l'eau " volatile “ (80% environ) est déjà 20 formée au bout de 140 h. seulement, sur les plus de 700 h. de durée totale des tests., La perte de poids s'échelonne alors entre 5,3% et 2,5% environ, selon le type d'alumineAs can be seen, all these curves are advantageously of general logarithmic appearance with very rapid growth at the start, followed by a plateau slightly inclined on the horizontal, this plateau being all the sooner reached as the temperature work is high. Thus at 180 ° C (fig. 2), most of the "volatile" water (approximately 80%) is already formed after only 140 hours, out of the more than 700 hours of total duration of the tests. Weight loss ranges from around 5.3% to 2.5%, depending on the type of alumina.
On vérifie l’existence et la stabilité des paliers en testant des Alumines préalablement chauffées à plus haute 25 température. Des tests ont ainsi été faits sur deux échantillons de la variété "M15" maintenus pendant 18 h.,l'un à 180°C l'autre à 200°C. Les résultats apparaissent sur la fig.l sous la forme de deux droites (A) et (B) ayant des ordonnées àThe existence and the stability of the bearings are verified by testing aluminas previously heated to a higher temperature. Tests were thus carried out on two samples of the variety "M15" maintained for 18 h., One at 180 ° C the other at 200 ° C. The results appear in fig.l in the form of two lines (A) and (B) having ordinates to
l'origine de 1.6% et 4.2% de perte de poids pour 180 et 200°Cthe origin of 1.6% and 4.2% of weight loss for 180 and 200 ° C
30 respectivement. On constate leur quasi-horizontalité, ce qui reflète bien l’insensibilité des échantillons à un second chauffage à plus basse température, en raison du fait que la quasi-totalité de leur " eau volatile " à 140° ou à 160°C a effectivement été éliminée au cours du premier chauffage.30 respectively. One notes their quasi-horizontality, which reflects well the insensitivity of the samples to a second heating at lower temperature, due to the fact that almost all of their "volatile water" at 140 ° or 160 ° C has actually was eliminated during the first heating.
35 On observe, par ailleurs, sur la fig. 2, qu'au bout de 18 h. à 180eC, un échantillon " M15 " se trouve à peine à mi- hauteur de sa courbe de croissance rapide de perte de poids par élimination d’eau 1435 We observe, moreover, in FIG. 2, after 6 p.m. at 180 ° C, a sample "M15" is barely halfway up its rapid growth curve of weight loss by elimination of water 14
On aura immédiatement compris que ces courbes ont une allure caractéristique favorable qui permet de déduire très aisément le degré de déshydratation partielle préalable auquel on doit parvenir.On pourra ainsi, par exemple, choisir 5 comme critère, le début du palier et retenir comme proportion d'eau "volatile" à éliminer, la valeur donnée par l'ordonnée de ce début de palier.It will be immediately understood that these curves have a favorable characteristic appearance which makes it possible to deduce very easily the degree of partial partial dehydration which must be achieved. We can thus, for example, choose 5 as a criterion, the start of the plateau and retain as the proportion d 'volatile' water to be eliminated, the value given by the ordinate of this beginning of the plateau.
Ainsi, les figures montrent que, pourla variéte“S65/40" on pourra retenir 2.5% de perte en poids,pour une température 10 de fonctionnement du transformateur de 140°C,de 4% à 160°C et de 5.5% à 180°C.Thus, the figures show that, for the “S65 / 40" variety, it is possible to retain 2.5% weight loss, for a transformer operating temperature of 140 ° C, 4% at 160 ° C and 5.5% at 180 ° C.
De même, la variété"M15,,s'accomodera d’une perte en poids préalable de 2 % pour un fonctionnement du transformateur à 160°C et de 3.5 % à 180°C.Similarly, the variety "M15," will accommodate a prior weight loss of 2% for operation of the transformer at 160 ° C and 3.5% at 180 ° C.
15 A 140°C, la courbe de cette variété a une allure moins typée. On notera, toutefois, que la valeur de 0.7% obtenue au bout de 500 h. environ pourra parfaitement convenir.15 At 140 ° C, the curve of this variety has a less typical appearance. Note, however, that the value of 0.7% obtained after 500 h. approximately will be perfectly suitable.
Pour fixer les idées, on peut donc dire globalement que la perte en poids préalable à viser s’échellonne entre 0.5 % 20 et 10 % environ pour l’ensemble des substances ignifuges retenues pour la mise eh oeuvre de l’invention.To fix the ideas, it can therefore be said overall that the weight loss prior to targeting ranges between 0.5% 20 and 10% approximately for all the flame retardants selected for the implementation of the invention.
Le passage ensuite à la phase industrielle consiste simplement à deshydrater en conséquence la masse de substance ignifuge par des techniques de chauffage rapide au four, avec 25 surveillance de la perte de poids,par exemple par gravimétrie à l'aide d’une balance automatique dont le plateau est placé dans l’enceinte du four.The transition then to the industrial phase consists simply in dehydrating the mass of flame retardant substance accordingly by rapid heating techniques in the oven, with monitoring of the weight loss, for example by gravimetry using an automatic balance, the tray is placed in the oven enclosure.
A titre d’information, dans le cas d'Alumines de type "M15", la perte de poids de 3,5%, recherché pour un fonction-30 nement du transformateur à 180°C, a pu être atteint au terme de 6 heures de chauffage seulement à 200°C.By way of information, in the case of "M15" type aluminas, the weight loss of 3.5%, sought for operation of the transformer at 180 ° C., could be achieved after 6 heating hours only at 200 ° C.
Cette opération de chauffage sera bien entendu d’autant plus rapide que la température de chauffe sera élevée. Toutefois, pour des raisons évidentes de préservation d'un fort 35 potentiel de formation d’eau, nécessaire en cas de surchauffe anormale, on prendra soin de ne pas dépasser de beaucoup, et de préférence de rester dessous, la température de début du pic d’élimination intense d’eau caractéristique de la substance ignifuge utilisée et dont quelques valeurs sont consi- Λ Ί a Aaii TXT ai_v>4* 15This heating operation will of course be faster the higher the heating temperature. However, for obvious reasons of preserving a high potential for water formation, necessary in the event of abnormal overheating, care will be taken not to exceed much, and preferably to remain below, the temperature at the start of the peak. intense water removal characteristic of the flame retardant used and some values of which are given in Aaii TXT ai_v> 4 * 15
Si l'on ne souhaite pas devoir opérer par gravimétrie,en raison notamment de quantités trop importantes de matière qui pourraient être éventuellement à traiter, on aura avantage à procéder par une étape intermédiaire permettant de traduire 5 la perte de poids visée en une durée de chauffage.Ceci pourra se faire à l'aide d'un second échantillon de mesure de la substance ignifuge concernée, dont on connaît la proportion pondérale d'eau à éliminer et que l'on soumet à un chauffage rapide à une température élevée déterminée. Ce chauffage 10 s'opérera avec une pesée en continu de l'échantillon afin de pouvoir mesurer le temps nécessaire pour parvenir à une perte de poids correspondant à la proportion connue d'eau à éliminer. La valeur de la mesure définit la durée de l’opération de chauffage, à une température rigoureusement identique à celle 15 de l'opération intermédiaire ci-dessus, à laquelle on soumettra la masse de substance ignifuge devant être traitée.If one does not wish to have to operate by gravimetry, in particular because of too large quantities of material which could possibly be to be treated, it will be advantageous to proceed by an intermediate step making it possible to translate the targeted weight loss into a duration of This can be done using a second measurement sample of the flame retardant concerned, of which the weight proportion of water to be removed is known and which is subjected to rapid heating to a determined high temperature. This heating 10 will operate with a continuous weighing of the sample in order to be able to measure the time necessary to achieve a weight loss corresponding to the known proportion of water to be eliminated. The value of the measurement defines the duration of the heating operation, at a temperature strictly identical to that of the above intermediate operation, to which the mass of flame retardant substance to be treated will be subjected.
Au besoin, on pourra s'assurer de la bonne exécution de l'opération en déterminant par gravimétrie à température élevée, 1200°C par exemple, la teneur en eau restante d'un 20 échantillon prélevé à cet effet à la masse de substance ignifuge traitée. Par comparaison avec la teneur en eau totale initiale ( habituellement de l’ordre de 20 à 35 % en poids environ) que l’on aura déterminé auparavant de façon analogue sur un échantillon de référence, on en déduit que la quantité 25 d'eau "volatile" effectivement éliminée est bien conforme à celle visée.If necessary, it can be ensured that the operation is carried out correctly by determining by gravimetry at high temperature, for example 1200 ° C., the remaining water content of a sample taken for this purpose from the mass of flame retardant. processed. By comparison with the initial total water content (usually of the order of about 20 to 35% by weight) which has previously been determined in an analogous manner on a reference sample, it is deduced therefrom that the quantity of water "volatile" actually eliminated is well in line with that targeted.
On notera que le temps de chauffage n'est pas tout à fait indépendant de la granulométrie de la matière. Il a pu être observé, au coursdes essais, qu'une granulométrie gros-30 sière occasionnait une perte en poids plus importante qu’une granulométrie fine pour un temps de chauffage donné.It will be noted that the heating time is not entirely independent of the particle size of the material. It has been observed, during the tests, that a coarse particle size distribution results in a greater weight loss than a fine particle size for a given heating time.
On observera également que les valeurs de perte en poids déterminées ci-avant, par lecture des courbes de tests faites à partir d'échantillons, ne représentent nullement une limite 35 supérieure à ne pas dépasser. Seulement, comme ces valeurs correspondent au début du palier, il n’y a en principe aucune utilité à poursuivre longuement le chauffage pour gagner quelques lOèmes de pourcent, qui,de toute façon,sont probablement trop peu significatifs pour provoquer un départ d’eau λ y\____i_ -I - J_ · ' 1 _ J ~ Ί A Λ > 16It will also be observed that the weight loss values determined above, by reading the test curves made from samples, in no way represent an upper limit not to be exceeded. However, since these values correspond to the start of the plateau, there is in principle no use in continuing the heating for a long time to gain a few lOths of a percent, which, in any case, are probably too insignificant to cause water to flow out. λ y \ ____ i_ -I - J_ · '1 _ J ~ Ί A Λ> 16
On aura certainement compris que ces courbes, valables aux températures de fonctionnement normal du transformateur à chaud, reflètent le comportement de l'eau dite "volatile", à ces températures. A des températures supérieures, les paliers 5 se situent à des niveaux plus élevés et sont atteints plus rapidement, notamment à la température du pic caractéristique de la substance ignifuge utilisée et qui,comme on l'a vu, se situe au voisinage de 300°C pour toute les variétés d'Al(0H)3 étudiées.It will certainly be understood that these curves, valid at normal operating temperatures of the hot transformer, reflect the behavior of so-called "volatile" water, at these temperatures. At higher temperatures, the stages 5 are at higher levels and are reached more quickly, in particular at the temperature of the peak characteristic of the flame retardant used and which, as we have seen, is in the vicinity of 300 °. C for all the varieties of Al (0H) 3 studied.
’ 10 La substance ignifuge ainsi prétraitée devient prête à l'emploi.Il reste à achever la préparation de la résine d'enrobage de la manière habituelle: la charge minérale, après avoir été intimement mélangée à une quantité adéquate de subs tance ignifuge partiellement pré-déshydratée, est divisée en 15 deux parts égales. L'une est alors introduite dans le bain de résine pûre, et l'autre dans le durcisseur,également à l'état liquide.Les deux mélanges sont malaxés séparément pour former deux suspensions solide - liquide, puis réunis en un seul mélange que l'on malaxe à son tour pour assurer une bonne 20 homogénéité. La pulpe résultante est ensuite coulée dans un moule,dans lequel on a préalablement disposé le bobinage élec trique du transformateur que l'on désire enrober.Après coulée le moule est mis au four pour prise en masse de la résine. Après défournement et refroidissement, le bloc de résine 25 incorporant le bobinage est démoulé et peut alors être monté dans le transformateur prévu pour le recevoir.'10 The flame retardant thus pretreated becomes ready for use.It remains to complete the preparation of the coating resin in the usual way: the mineral filler, after having been intimately mixed with an adequate amount of flame retardant substance partially pre dehydrated, is divided into two equal parts. One is then introduced into the pure resin bath, and the other into the hardener, also in the liquid state. The two mixtures are kneaded separately to form two solid-liquid suspensions, then combined into a single mixture as l 'is kneaded in turn to ensure good homogeneity. The resulting pulp is then poured into a mold, in which the electrical winding of the transformer that is to be coated has been placed beforehand. After pouring, the mold is placed in the oven for solidification of the resin. After discharging and cooling, the resin block 25 incorporating the winding is removed from the mold and can then be mounted in the transformer intended to receive it.
Il va de soi que l'invention ne saurait se limiter aux exemples décrits ci-avant, mais s'étend à de nombreuses * 30 variantes ou équivalents, dans la mesure où sont respectées les caractéristiques énoncées dans les revendications qui suivent.It goes without saying that the invention cannot be limited to the examples described above, but extends to numerous * 30 variants or equivalents, in so far as the characteristics set out in the claims which follow are respected.
En particulier, l'invention ne se limite pas aux transformateurs proprement-dit.Il faut en effet entendre,par cette 35 dénomination utilisée ici, plus largement l'ensemble des appareils ou équipements électriques inductifs pouvant travailler à des températures relativement élevées, de 100 à 200eC comme on l'a vu, et dont les enroulements électriques peuvent être noyés dans un bloc de résine isolante.In particular, the invention is not limited to transformers proper; it should be understood, by this designation used here, more broadly all of the inductive electrical apparatus or equipment able to work at relatively high temperatures, from 100 at 200eC as we have seen, and whose electrical windings can be embedded in a block of insulating resin.
·· 17·· 17
De même, bien que l’invention ait été initialement conçue pour les applications des résines thermodurcissables (enrobage des bobinages inductifs,dans les transformateurs en particulier),elle concerne en fait tous les matériaux diélec-5 triques d’enrobage. Elle présente un intérêt spécialement marqué dans le cas d'installations électriques ayant un fonctionnement nominal de longue durée à température élevée ou moyennement élevée. C’est dire, que l’on trouvera particulièrement avantage à l’utiliser pour les résines d’enrobage possédant déjà des aptitudes de bonne tenue thermomécanique.Similarly, although the invention was initially conceived for the applications of thermosetting resins (coating of inductive coils, in transformers in particular), it in fact relates to all dielec-5 tric coating materials. It is of particular interest in the case of electrical installations having nominal long-term operation at high or medium temperature. This means that it will be particularly advantageous to use it for coating resins which already have good thermomechanical properties.
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