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PERFECTIONNEMENTS A LA FABRICATION DES ISOLATEURS ELECTRIQUES OU
ANALOGUES.
La présente invention se rapporte à la fabrication des corps électriquement isolants tels que carcasses de transforma- teurs ou cônes condensateurs pour étager la contrainte électrique à la terminaison. des câbles à haute puissance.
Dans le brevet anglais n 506.277 il a été proposé de for- mer des cônes condensateurs par enroulement sur un mandrin d'une bande de papier ou d'autre substance fibreuse qui a été imprégnée avec du polystyrolène, les différentes couches étant rendues,adhé- rentes par arrosage dé la substance fibreuse avec du monostyrolène pendant l'enroulement. Le monostyrolène est ensuite polymérisé par la chaleur de telle manière qu'un corps solide se trouve formé.
Il
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a été montré à la demande de brevet britannique n 21..606/39 accor- dée sous le n 532.687 qu'un corps solide isola.1?1 peut Âtre établi par un procédé similaire sans recourir à, la chaleur si des précau- tions sont crises pour retarder l'action dissolvante du monostyro- lène sur le polystyrolène. Toutefois en vue de constituer un corps isolant qui puisse résister à une contrainte électrique élevée, il est, nécessaire d'éviter toute entrée d'air .vendant. leprocessus de constitution du corps isola,nt, cet air donnant lieu à des vides dans le produit laminé fini.
Un des buts de la présente invention est de perfectionner la fabrication des corps isolants obtenus en enroulant du papier ou une matière analogue portant du polystyrolène sur un mandrin en ob- tenant qu'il ne se trouvera pas d'air emprisonné entre les lamina- tions pendant l'enroulement et qu'il n'y aura pas d'humidité, l'un ou l'autre pouvant déterminer les vides mentionnés ci-dessus.
Suivant une caractéristique particulière de l'invention, un procédé de réalisation d'un corps isolant capable de résister à une contrainte électrique élevée comprend l'enroulement sur un man- drin, sous pressiez, d'une bande de papier ou d'autre matière fi- breuse recouverte de polystyrolène, des moyens étant prévus pour ramollir ledit polystyrolène dans les conditions d'enroulement et pour maintenir une bordure ou une vaguecontinue de polystyrolène en excès immédiatement devant la pince formée entre le mandrin et le rouleau de pression. Cette bordure ou vague constitue une barrière à l'entrée de l'air entre les couches de la matière fibreuse.
Le papier ou autre matière fibreuse est de préférence, outre sa couverture avec du polystyrolène, également imprégné de cette substance.
Il a été antérieurement proposé au cours de l'enroulement de papier recouvert de gomme laque dans les formes désirées, de maintenir une nappe de gomme laque fondue à la jonction des surfaces du mandrin et du rouleau, grâce à laquelle le papier recouvert est
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pressé contre le mandrin; de sorte que les surfaces du papier sur les deux sont recouvertes simultanément à mesure que le papier est enroulé sous la forme désirée.
Il a été également proposé, dans la fabrication de tubes ou autres corps creux par enroulement sur un mandrin, de feuilles comportant une base de dérivé cellulosique et en déterminant ou aidant l'union des couches par l'action de la cha- leur, d'utiliser une masse d'un ciment consistant en une solution du dérivé cellulosique de consistance pâteuse ou adhésive, ladite masse pouvant s'enrouler entre la feuille en cours d'enroulement et la périphérie du tube en formation.
Dans une réalisation de l'invention, il est fait usage comme matière d'un rouleau de papier ou de substance analogue qui a été imprégné de polystyrolène et recouvert sur une face d'une pel- licule de polystyrolène. Dans la préparation de cette matière pre- mière, en vue de faciliter l'obtention d'une dispersion uniforme du styrolène, il est préférable de sécher une certaine longueur de la matière fibreuse et d'enrouler la matière séchée d'une manière très serrée en un rouleau, avant le traitement au styrolène, sinon le retrait consécutif à la dessication peut très bien donner lieu à des irrégularités.
Lorsqu'elle a été traitée de la manière indiquée ci- dessus, la surface de la matière fibreuse après traitement au sty- rolène, polymérisation et séparation offre un aspect finement gra- nulé comme du papier de verre très fin et l'apaisseur apparente de la matière fibreuse est augmentée par la surface granuleuse de poly- styrolène qui a environ 2,5 centièmes de millimètre d'épaisseur.
Un rouleau de papier peut être séché d'une manière normale, c'est-à- dire dans le vide et être ensuite aussitôt plongé dans un récipient contenant du styrolène plastifié au moyen de monoamylnaphtalène.
A la sortie de ce 'bain, le rouleau doit être soigneusement déroulé et réenroulé très serré sur une broche, étant entendu que pendant le processus d'imprégnation, il est important de veiller à ce que le papier soit maintenu dans le styrolène pendant un laps de temps
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suffisant pour être parfaitement imprégné. Il est également important de s'assurer que peu ou pas d'air a pu rester dans le papier et qu'il est réenroulé très serré. Le papier peut par suite être déroulé et réenroulé; le tout sous styrolène, auquel cas le papier doit être conduit à travers environ quatre vingt dix centimètres de longueur de styrolène entre le déroulement et le réenroulement ou bien le papier peut être enroulé dans une chambre à, vide.
On peut encore dérouler le papier au-dessus du styrolène, le faire passer à, travers et le réenrouler sous le styrolène.
Pendant le réenroulement entre les quelques derniers tours de papier on peut inLercaler Lui tissu imprégné de styrène et placer ensuite le rouleau dans un récipient tournant, en permettant au sty- rolène éventuellement en excès d'être exprimé du rouleau avant son introduction dans le récipient. Si désiré, des rouleaux d'égalisa- tion peuvent être employés pour enlever le styrolène en excès pendant l'opération de réenroulement dans les cas où le réenroulement a lieu dans une chambre à vide. Un peu de styrolène en excès doit être pré- sent dans le récipient tournant, afin que la polymérisation s'effec- tue dans une atmosphère de vapeur de styrolene.
Avant le commence- ment de 1'opération de polymérisation, le récipient doit être vidé d'air, après quoi il est rempli de valeur de styrolène comme indi- qué plus haut.
Pendant la polymérisation qui s'effectue de préférence entre 90 C et 100 C, le récipient doit être mis en rotation pour empêcher une absorption irrégulière de styrolene, mais une rotation à très faible vitesse est suffisante.
Deux réalisations de l'invention seront maintenant décrites, en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 montre une machine enrouleuse à chaud en élé- vation de face, le moteur d'entraînement à l'extrémité droite n'étant pas montré.
La figure 2 montre la machine en plan, le moteur n'étant
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également pas montré.
La figure 3 montre une vue du côté gauche avec le couvercle de balais enlevé.
La figure 4 montre une vue du côté droit, avec le moteur et le couvercle de balais enlevés.
La figure 5 montre schématiquement la formation de la bor- dure entre les rouleaux de pression.
La figure 6 montre schématiquement comment l'action de re- tard est obtenue dans la deuxième réalisation.
Se référant aux figures 1 à 4 des dessins, la machine en- rouleuse à, chaud comporte un socle 26 sur lequel sont montées deux plaques latérales verticales 27 et 28 parallèles l'une à l'autre.
Entre ces plaques latérales est monté un rouleau magasin 2' qui porte un rouleau de papier préparé 52, dont l'extrémité libre passe sur un rouleau guide fixe 20, sur un rouleau-guide réglable 13, sur deux rouleaux-guides fixes 53 et 54, et sur un rouleau chauffé 31, et est finalement enroulé sur le mandrin 45 .
Le rouleau de papier préparé est fixé sur le rouleau magasin entre les cônes de blocage 4 qui sont vissés sur les manchons réglables 3 . A l'extrémité gauche du rouleau magasin 2 est fixée une poulie 17 autour de laquelle passe une corde 55 dont une extrémité est fixée sur la plaque 27 et dont l'autre extrémité est fixée à un ressort de tension 18, réglable au moyen de l'écrou 16 . Grâce à cet arrange- ment un freinage est exercé sur le rouleau magasin de sorte que la bande de papier peut être maintenue avec tout degré de tension désiré.
Le rouleau guide réglable 13 a ses coussinets montés sur des blocs coulissants 10 dont la position est réglable au moyen de la vis 11 à tête molletée 6 .
Le rouleau chaud 31 est porté par un couple de bras 22 pi- votant sur un axe 44 à l'arrière de la machine, de sorte que ce rou- leau peut se déplacer dans le sens vertical en vue d'être rapproché ou éloigné du mandrin 45 . Vers l'avant de chaque bras 22 est
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pivotée une bielle 23 reliée à. un piston ( non montré ) jouant dans un cylindre à air comprimé 1 . Lorsque ces cylindres sont soumis à, une pression d'air, ils pressent le rouleau chaud contre le mandrin.
Le rouleau chauffant est rempli à moitié avec un liquide convenable amené par un des tubes 43, l'autre servant à la sortie de l'air.
Le rouleau est chauffé électriquement, l'alimentation étant donnée par le conducteur 49 aux balais 32 et 33 en contact avec les bagues de frottement 29 et 30 . Le liquide à l'intérieur du cylindre assure un chauffage plus régulier. Une soupape de sûre- té 39 est prévue à l'extrémité droite du rouleau.
Le mandrin 45 est monté sur les paliers 14 qui sont fixés par les écrous 51 . Le mandrin est directement entraîné par le mo- teur 48 .
L'ensemble de la machine est protégé pendant l'emploi et est chauffé par des éléments chauffants électriques 40, montés sur des isolateurs 41 . Cet arrangement empêche le papier d'absorber l'humidité soit lorsqu'il est sur le rouleau magasin 52, soit après qu'il a été déroulé et qu'il passe vers les rouleaux conformateurs 31 et 45
La température du rouleau 31 est commandée par un disposi- tif de thermostat 36 .
La, bande de papier préparée est amenée sur la surface du tambour chauffé avec la surface recouverte vers l'extérieur afin d'éviter toute adhérence. La température du tambour et sa vitesse de rotation sont telles qu'au moment où le papier approche de la partie pincée entre le tambour et le mandrin, il aura atteint une température d'environ 250 C, à laquelle le polystyrolène est mou.
En passant à travers la partie pincée, le papier est immé- diatement saisi par le mandrin enrouleur. Il est maintenu dans la partie pincée une pression d'environ 1,8 kg par centimètre de
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longueur entre les périphéries du mandrin et du tambour chauffé.
La bordure ou vague continue 57 ( fig. 5 ) de polystyrolène en excès qui doit être maintenu immédiatement devant la partie pincée entre le tambour chauffé et le mandrin provient principalement de la couche superficielle 58 de polystyrolène de la face du papier tournée vers le mandrin.
Il est connu qu'on peut fabriquer des corps isolants par un procédé d'enroulement à chaud au moyen de papier imprégné avec une résine synthétique, et le polystyrolène a été proposé comme résine synthétique, en raison de ses propriétés électriques favorables. Il n'est toutefois pas connu qu'il ait été possible jusqu'ici de former par le procédé de l'enroulement à chaud des corps isolants pouvant résister à des contraintes électriques élevées. Cependant, l'utili- sation de la présente invention permet d'atteindre ce résultat en prévoyant une barrière efficace s'opposant à la pénétration de l'air entre les couches.
Dans une autre réalisation de l'invention, l'enroulement est exécuté à une température inférieure à celle spécifiée plus haut et même sans l'application d'aucune chaleur autre que celle qui peut être nécessaire pour maintenir la condition d'absence d'humidité.
Cet enroulement à basse température est rendu possible si on appli- que au ruban pendant l'enroulement un solvant du polystyrolène so- lide, des précautions étant toutefois prises pour retarder l'action dissolvante. Ce délai permet aux rubans d'être enroulés avant qu'un ramollissement appréciable de la couche déjà enroulée ait eu lieu.
L'enroulement à basse température est également rendu possible par l'emploi d'un recouvrement du papier au moyen de polystyrolène plas- tifié par addition du monomère en une proportion suffisante pour for- mer la bordure ou vague ci-dessus mentionnée.
Le solvant peut être le monomère, et l'action retardatrice sera de préférence obtenue comme indiquée à la figure 6, en appli- quant le monomère sur la face non recouverte pendant le passage du
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papier du rouleau magasin vers le mandrin d'enroulement.
Comme montré à la figure 6, la bande de papier 61, avec le recouvrement 62 de polystyrolène à sa surface supérieure, se déplace de la droite vers la gauche en passant sur un rouleau 63 qui tourne dans un bain de monostyrolène 64 L'imprégnation du monostyrolène est indiquée en 65 .
La durée d'application du monomère doit être telle que son action plastifiante sur le polymère qui est de l'autre côté du papier se produit assez rapidement pour permettre la formation d'une bordure ou vague comme indiqué plus haut, tandis que l'action dis- solvante du monomère sur le polymère est retardée suffisamment pour empêcher le polystyrolène d'être rendu assez mou pour ne plus per- mettre la formation d'un corps solide.
L'invention peut, entre autres, être utilisée dans la fa- brication de bobines électriques telles que celles pour transforma- teurs, et dans la fabrication des cônes condensateurs pour la gra- dation de la contrainte dans les joints et terminaisons de câbles d'énergie électrique.
On doit faire observer que, si les corps isolants établis suivant l'invention sont destinés à un usage en plein air, il con- vient que la substance fibreuse employée comme matière première soit acétylée avant l'imprégnation en vue d'éviter que le corps iso- lant terminé ne puisse absorber de l'humidité.
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IMPROVEMENTS IN THE MANUFACTURING OF ELECTRICAL INSULATORS OR
ANALOGUES.
The present invention relates to the manufacture of electrically insulating bodies such as casings of transformers or capacitor cones for staging the electrical stress at the termination. high power cables.
In British Patent No. 506,277 it has been proposed to form capacitor cones by winding on a mandrel a strip of paper or other fibrous substance which has been impregnated with polystyrene, the different layers being made, adhered to. annuities by sprinkling the fibrous substance with monostyrene during winding. The monostyrene is then polymerized by heat so that a solid body is formed.
he
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It has been shown in British Patent Application No.21.606 / 39 granted under No.532.687 that an isolated solid body can be established by a similar process without resorting to heat if precau- There are crises to delay the dissolving action of monostyrene on polystyrene. However, in order to constitute an insulating body which can withstand high electrical stress, it is necessary to avoid any entry of air. the body building process isolates this air giving rise to voids in the finished rolled product.
One of the objects of the present invention is to improve the manufacture of insulating bodies obtained by winding paper or a similar material carrying polystyrene on a mandrel, while obtaining that no air will be trapped between the laminations. during winding and that there will be no moisture, either of which can determine the voids mentioned above.
According to a particular characteristic of the invention, a method of producing an insulating body capable of withstanding high electrical stress comprises winding on a core, under pressure, a strip of paper or other material. A fibrous machine covered with polystyrene, means being provided to soften said polystyrene under winding conditions and to maintain an edge or continuous wave of excess polystyrene immediately in front of the clamp formed between the mandrel and the pressure roller. This border or wave constitutes a barrier to the entry of air between the layers of the fibrous material.
The paper or other fibrous material is preferably, besides its covering with polystyrene, also impregnated with this substance.
It has previously been proposed during winding of shellac-coated paper into the desired shapes to maintain a sheet of molten shellac at the junction of the surfaces of the core and the roll, whereby the coated paper is
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pressed against the mandrel; so that the surfaces of the paper on both are covered simultaneously as the paper is wound up into the desired shape.
It has also been proposed, in the manufacture of tubes or other hollow bodies by winding on a mandrel, sheets comprising a base of cellulose derivative and by determining or helping the union of the layers by the action of heat, d 'use a mass of a cement consisting of a solution of the cellulose derivative of pasty or adhesive consistency, said mass being able to roll up between the sheet being wound up and the periphery of the tube being formed.
In one embodiment of the invention, use is made as the material of a roll of paper or the like which has been impregnated with polystyrene and covered on one side with a film of polystyrene. In the preparation of this raw material, in order to facilitate obtaining a uniform dispersion of the styrene, it is preferable to dry a certain length of the fibrous material and to wind the dried material very tightly. in a roll, before the styrene treatment, otherwise the shrinkage following desiccation may very well give rise to irregularities.
When treated as above, the surface of the fibrous material after styrolene treatment, polymerization and separation provides a finely grained appearance like very fine sandpaper and the apparent thickness of the fibrous material is increased by the granular surface of styrene which is about 2.5 hundredths of a millimeter thick.
A roll of paper can be dried in a normal manner, that is to say in a vacuum and then immediately immersed in a container containing styrene plasticized with monoamylnaphthalene.
On leaving this bath, the roll should be carefully unwound and rewound very tightly on a spindle, it being understood that during the impregnation process it is important to ensure that the paper is held in the styrene for a period of time. of time
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sufficient to be perfectly impregnated. It is also important to make sure that little or no air may have remained in the paper and that it is rewound very tight. The paper can therefore be unwound and rewound; all under styrene, in which case the paper must be driven through about ninety centimeters in length of styrene between unwinding and rewinding or the paper can be wound in a vacuum chamber.
You can still unwind the paper over the styrene, pass it through, through and rewind it under the styrene.
During rewinding between the last few turns of the paper the styrene-impregnated fabric can be wrapped and the roll then placed in a rotating container, allowing any excess styrene to be squeezed out of the roll before it is introduced into the container. If desired, leveling rollers can be employed to remove excess styrene during the rewind operation in cases where rewinding takes place in a vacuum chamber. A little excess styrene must be present in the rotating vessel, so that the polymerization takes place in an atmosphere of styrene vapor.
Before the start of the polymerization operation, the vessel must be emptied of air, after which it is filled with styrene value as mentioned above.
During the polymerization which is preferably carried out between 90 C and 100 C, the container should be rotated to prevent uneven absorption of styrolene, but rotation at very low speed is sufficient.
Two embodiments of the invention will now be described, with reference to the accompanying drawings in which:
Figure 1 shows a hot winding machine in front elevation with the drive motor at the right end not shown.
Figure 2 shows the machine in plan, the motor not being
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also not shown.
Figure 3 shows a left side view with the brush cover removed.
Figure 4 shows a right side view, with the motor and brush cover removed.
Figure 5 shows schematically the formation of the border between the pressure rollers.
Figure 6 shows schematically how the delay action is obtained in the second embodiment.
Referring to Figures 1 to 4 of the drawings, the hot winding machine comprises a base 26 on which are mounted two vertical side plates 27 and 28 parallel to each other.
Between these side plates is mounted a magazine roll 2 'which carries a prepared paper roll 52, the free end of which passes over a fixed guide roll 20, an adjustable guide roll 13, two fixed guide rollers 53 and 54 , and on a heated roll 31, and is finally wound on the mandrel 45.
The prepared paper roll is fixed on the magazine roll between the locking cones 4 which are screwed onto the adjustable sleeves 3. At the left end of the magazine roller 2 is fixed a pulley 17 around which passes a rope 55, one end of which is fixed to the plate 27 and the other end of which is fixed to a tension spring 18, adjustable by means of the 'nut 16. By this arrangement a brake is exerted on the magazine roll so that the paper web can be held with any desired degree of tension.
The adjustable guide roller 13 has its bearings mounted on sliding blocks 10, the position of which is adjustable by means of the screw 11 with the knurled head 6.
The hot roller 31 is carried by a pair of arms 22 pivoting on an axis 44 at the rear of the machine, so that this roller can move in the vertical direction with a view to being brought closer to or away from the machine. chuck 45. Towards the front of each arm 22 is
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pivoted a connecting rod 23 connected to. a piston (not shown) playing in a compressed air cylinder 1. When these rolls are subjected to air pressure, they press the hot roll against the mandrel.
The heating roller is half-filled with a suitable liquid supplied through one of the tubes 43, the other serving as the air outlet.
The roller is electrically heated, the power being given by the conductor 49 to the brushes 32 and 33 in contact with the friction rings 29 and 30. The liquid inside the cylinder ensures more even heating. A safety valve 39 is provided at the right end of the roll.
The mandrel 45 is mounted on the bearings 14 which are fixed by the nuts 51. The mandrel is directly driven by the motor 48.
The whole machine is protected during use and is heated by electric heating elements 40, mounted on insulators 41. This arrangement prevents the paper from absorbing moisture either when it is on the magazine roll 52 or after it has been unwound and passes to the shaping rolls 31 and 45.
The temperature of the roller 31 is controlled by a thermostat device 36.
The prepared paper web is brought to the surface of the heated drum with the coated surface outward to prevent sticking. The temperature of the drum and its speed of rotation are such that by the time the paper approaches the pinched part between the drum and the mandrel, it will have reached a temperature of about 250 ° C, at which the polystyrene is soft.
Passing through the nipped portion, the paper is immediately gripped by the take-up mandrel. It is maintained in the pinched part a pressure of about 1.8 kg per centimeter of
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length between the peripheries of the mandrel and the heated drum.
The continuous rim or wave 57 (Fig. 5) of excess polystyrene which is to be held immediately in front of the gripped portion between the heated drum and the mandrel comes primarily from the surface layer 58 of polystyrene on the face of the paper facing the mandrel.
It is known that insulating bodies can be made by a hot winding process using paper impregnated with a synthetic resin, and polystyrene has been proposed as a synthetic resin, because of its favorable electrical properties. However, it is not known that it has hitherto been possible to form insulating bodies capable of withstanding high electrical stresses by the hot winding process. However, the use of the present invention achieves this result by providing an effective barrier against the penetration of air between the layers.
In another embodiment of the invention, the winding is performed at a temperature lower than that specified above and even without the application of any heat other than that which may be necessary to maintain the condition of no humidity. .
This low temperature winding is made possible by applying to the tape during winding a solvent for the solid polystyrene, however precautions are taken to delay the solvent action. This delay allows the tapes to be wound up before any appreciable softening of the already wound layer has taken place.
The low temperature winding is also made possible by the use of covering the paper with polystyrene plasticized by adding the monomer in an amount sufficient to form the above mentioned border or wave.
The solvent may be the monomer, and the retarding action will preferably be obtained as shown in Figure 6, by applying the monomer to the uncoated face during the passage of the solvent.
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paper from the magazine roll to the take-up core.
As shown in Figure 6, the paper web 61, with the polystyrene cover 62 on its upper surface, moves from right to left, passing over a roller 63 which rotates in a bath of monostyrene 64 The impregnation of the monostyrene is indicated in 65.
The duration of application of the monomer should be such that its plasticizing action on the polymer which is on the other side of the paper occurs quickly enough to allow the formation of a border or wave as indicated above, while the action Dissolving of the monomer on the polymer is retarded sufficiently to prevent the polystyrene from being made soft enough to no longer allow the formation of a solid body.
The invention can, inter alia, be used in the manufacture of electric coils such as those for transformers, and in the manufacture of condenser cones for the stress gradation in the joints and terminations of cables. electric energy.
It should be observed that, if the insulating bodies produced according to the invention are intended for outdoor use, it is appropriate that the fibrous substance employed as the raw material is acetylated before impregnation in order to prevent the body the finished insulation cannot absorb moisture.