FR2643496A1 - Multi-layer insulation for an electrical conductor, which includes, at least on the surface, a low-ductility metal or alloy, and method of manufacturing this insulation - Google Patents

Abstract

Multi-layer insulation for an electrical conductor, which includes, at least on the surface, a low-ductility metal or alloy, especially cupronickel. The first layer in contact with the conductor is made of epoxy resin filled with an inert mineral material and its second layer is made of an unfilled hot-melt adhesive resin deposited in the form of powder and then homogenised by heating. Method of manufacture, in which the powder of hot-melt adhesive resin is deposited electrostatically or by passage through a fluidised bed of the powder. Application to the manufacture of superconducting wires.

Description

Isolant multicouches pour conducteur électrique comportant au moins en surface un métal ou alliage peu ductile, et procédé de fabrication de cet isolant
La présente invention concerne un isolant multicouches pour conducteur électrique comportant au moins en surface un métal ou alliage peu ductile, ainsi qu'un procédé de fabrication de cet isolant. Elle s'applique en particulier aux isolants multicouches pour supraconducteurs électriques circulaires ou méplats, formés de brins torsadés et transposés constitués de filaments fins de matériau supraconducteur noyés dans une matrice entourée d'une couronne de métal ou alliage de résistivité élevée, notamment de cupronickel.Multilayer insulator for electrical conductor comprising at least a slightly ductile metal or alloy on the surface, and process for manufacturing this insulator
The present invention relates to a multilayer insulator for an electrical conductor comprising at least on the surface a metal or alloy which is not very ductile, as well as a method for manufacturing this insulator. It applies in particular to multilayer insulators for circular or flat electrical superconductors, formed of twisted and transposed strands made up of fine filaments of superconductive material embedded in a matrix surrounded by a crown of metal or alloy of high resistivity, in particular cupronickel.

Les conducteurs comportant en surface un alliage peu ductile présentent l'inconvénient par rapport aux conducteurs en cuivre ou aluminium qu'ils laissent supporter par leur isolation l'essentiel des efforts mécaniques auxquels sont soumis les éléments conducteurs électriques, tels que bobinages, barres Roebel, en lesquels ils sont assemblés. I1 peut donc se produire des décollements, des cassures ou des fissures de l'isolant, entraSnant des dangers de détérioration progressive de cet isolant, source de courts-circuits ou de mouvements de brins et d'accidents pour le personnel.Dans le cas des supraconducteurs, comportant des brins en matériau supraconducteur entourés d'une enveloppe de métal ou alliage de résistivité élevée, on estime généralement que le moindre déplacement d'un brin supraconducteur de l'ordre d'un micromètre peut suffire, sous l'effet de la conversion de l'énergie de frottement en énergie calorifique, à cntratner une élévation de température du conducteur conduisant à une transition de 1' étant supraconducteur à l'état résistif normal, et par là à rendre l'appareil ou la Tachine supraconductrice inapte à fonctionner. The conductors comprising a slightly ductile alloy on the surface have the drawback compared to the copper or aluminum conductors which they allow to be supported by their insulation for most of the mechanical stresses to which the electric conductive elements are subjected, such as coils, Roebel bars, in which they are assembled. It can therefore occur detachments, breaks or cracks in the insulation, causing dangers of progressive deterioration of this insulation, source of short circuits or strand movements and accidents for personnel. superconductive, comprising strands of superconductive material surrounded by a metal shell or high resistivity alloy, it is generally estimated that the slightest displacement of a superconductive strand of the order of one micrometer may be sufficient, under the effect of the conversion of the friction energy into calorific energy, to control a rise in temperature of the conductor leading to a transition from 1 being superconductive to the normal resistive state, and thereby rendering the device or the Tachine superconductive unfit to function .

La présente invention a pour but de procurer un isolant multicouches pour conducteur électrique comportant au moins en surface un métal ou alliage peu ductile, qui soit susceptible de résister à des contraintes mécaniques importantes, tant lors de sa fabrication que de son fonctionnement, sans apparition de décollements, de cassures ou de fissurations, ou dans lesquels des cassures ou fissurations apparues au cours de la fabrication se réparent spontanément par une sorte de cicatrisation, grâce à un certain effet de fluage de sa couche externe. Elle a encore pour but d'assurer lors de la cuisson du vernis un blocage mécanique de différents brins ou assemblages de conducteurs entre eux, ce qui permet dans le cas de brins supraconducteurs d'obtenir un conducteur supraconducteur multibrins mécaniquement stabilisé. The object of the present invention is to provide a multilayer insulator for an electrical conductor comprising at least on the surface a metal or alloy which is not very ductile, which is capable of withstanding significant mechanical stresses, both during its manufacture and during its operation, without the appearance of detachments, breaks or cracks, or in which breaks or cracks appeared during the manufacturing repair spontaneously by a kind of cicatrization, thanks to a certain effect of creep of its external layer. It also aims to ensure during the firing of the varnish a mechanical blocking of different strands or assemblies of conductors between them, which allows in the case of superconductive strands to obtain a multilayer superconducting conductor mechanically stabilized.

L'isolant multicouches selon l'invention est caractérisé en ce que sa première couche, au contact du conducteur, est en résine époxy chargée d'un matériau minéral inerte, et en ce que sa seconde couche est en un polymère thermoplastique non chargé, de température de fusion ou de ramollissement inférieure à celle de la première couche, déposé sous forme de poudre, puis homogénéisé par chauffage. The multilayer insulation according to the invention is characterized in that its first layer, in contact with the conductor, is made of epoxy resin loaded with an inert mineral material, and in that its second layer is made of an uncharged thermoplastic polymer, of melting or softening temperature lower than that of the first layer, deposited in the form of powder, then homogenized by heating.

I1 répond en outre de préférence à au moins l'une des caractéristiques suivantes - Le matériau minéral inerte de la première couche est l'oxyde de titane. It also preferably meets at least one of the following characteristics - The inert mineral material of the first layer is titanium oxide.

- Le polymère thermoplastique de la seconde couche est du polyvinylbutyral.- The thermoplastic polymer of the second layer is polyvinyl butyral.

Le procédé de fabrication de l'isolant multicouches de l'invention, dans lequel on dépose autour du conducteur la première couche de résine époxy chargée d'un matériau minéral inerte, est caractérisé en ce que l'on dépose autour de la première couche le poudre de polymère thermoplastique et en ce que l'on fait passer le fil ainsi revêtu à travers un four à une température au plus égale à 2500 C. The process for manufacturing the multilayer insulation of the invention, in which the first layer of epoxy resin loaded with an inert mineral material is deposited around the conductor, is characterized in that the first layer is deposited around the first layer. thermoplastic polymer powder and in that the wire thus coated is passed through an oven at a temperature at most equal to 2500 C.

Selon une première variante, on effectue le dépôt de la poudre de polymère thermoplastique par effet électrostatique. According to a first variant, the thermoplastic polymer powder is deposited by electrostatic effect.

Selon une autre variante, on effectue le dépôt de la poudre de polymère thermoplastique par passage du conducteur muni de la première couche à travers un lit fluidité de cette poudre. According to another variant, the thermoplastic polymer powder is deposited by passing the conductor provided with the first layer through a fluidity bed of this powder.

I1 est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence à la figure unique du dessin annexé, un procédé et un dispositif de dépôt d'une couche externe thermoadhérente d'un polymère thermoplastique sur un conducteur électrique déjà muni d'une première couche isolante en résine époxy chargée d'une poudre minérale. I1 is described below, by way of example and with reference to the single figure of the accompanying drawing, a method and a device for depositing a thermoadherent external layer of a thermoplastic polymer on an electrical conductor already provided with a first insulating layer of epoxy resin loaded with mineral powder.

La poudre minérale ajoutée à la résine époxy (comportant en outre un agent durcisseur phénolique) parait touer le rôle d'une entretoise entre les fils du conducteur, assurant ainsi le maintien d'un certain écartement entre eux. C'est de préférence de l'oxyde de titane, mais on peut également utiliser d'autres minéraux tels que l'oxyde de zinc, le sulfate de baryum, le carbonate de calcium, le mica, la silice, l'alumine ou des dérivés du zirconium. La proportion d'oxyde de titane est par exemple de 10 % en poids, et la grosseur de ses grains inférieure à 100 micromètres. The mineral powder added to the epoxy resin (further comprising a phenolic hardening agent) seems to play the role of a spacer between the wires of the conductor, thus ensuring the maintenance of a certain distance between them. It is preferably titanium oxide, but it is also possible to use other minerals such as zinc oxide, barium sulphate, calcium carbonate, mica, silica, alumina or zirconium derivatives. The proportion of titanium oxide is for example 10% by weight, and the size of its grains less than 100 micrometers.

Le conducteur 1 se déroule à partir d'un tambour de dérouleur 2. I1 passe de celui-ci par l'intermédiaire du frein 3 à un appareil de décapage aux ultra-sons 4 dans un bain de solvant mixte toluène-isopropanol. Ainsi nettoyé, le conducteur pénètre dans l'appareil de poudrage électrostatique 5, alimenté sous une tension de 40 Kilovolts. Une poudre de résine polyvinylbutyral chargée électriquement vient s'y déposer sur le conducteur chargé à une polarité opposée. The conductor 1 takes place from an unwinding drum 2. I1 passes from the latter via the brake 3 to an ultrasonic pickling apparatus 4 in a bath of mixed toluene-isopropanol solvent. Thus cleaned, the conductor enters the electrostatic powdering apparatus 5, supplied with a voltage of 40 kilovolts. An electrically charged polyvinyl butyral resin powder is deposited there on the charged conductor at an opposite polarity.

Le conducteur entouré de la couche de poudre de résine se rend alors au four de cuisson aux infra-rouges 6, dont l'atmosphère interne est à une température ne dépassant pas 2500 C. The conductor surrounded by the layer of resin powder then goes to the infrared baking oven 6, the internal atmosphere of which is at a temperature not exceeding 2500 C.

Bien qu'il soit difficile d'évaluer la température que prend le conducteur lui-même lors de sa traversée de ce four, on peut penser qu'elle reste notablement inférieure à celle de son atmos phère, de sorte que, même s'il s'agit d'un supraconducteur, ses propriétés supraconductrices ne sont pas altérées.Although it is difficult to assess the temperature that the driver himself takes when crossing this oven, we can think that it remains significantly lower than that of its atmosphere, so that, even if it is a superconductor, its superconductive properties are not altered.

Du four, le conducteur passe dans un bac de refroidissement à eau 7, puis à un cabestan de réglage de sa tension 8, à un organe de régulation des à-ooups de tension 9 et à l'enrouleur de stockage 10. From the oven, the conductor goes into a water cooling tank 7, then to a tension capstan 8, to a tension regulator 9 and to the storage reel 10.

La tension de claquage d'un fil revetu d'une couche thermoadhérente de 35 micromètres d'épaisseur selon l'invention était de 4,7 à 6 Kilovolts. I1 résistait à un essai de choc thermique d'une demi-heure à 2000 C. The breakdown tension of a wire coated with a thermoadherent layer 35 micrometers thick according to the invention was 4.7 to 6 Kilovolts. It withstood a half hour thermal shock test at 2000 C.

L'invention permet notamment la fabrication de bobinages à spires jointives ou non jointives, et l'assemblage du conducteur à partir de plusieurs brins supraconducteurs composites, dans le cas où chaque brin est diélectriquement isolé des autres.  The invention allows in particular the manufacture of windings with contiguous or non-contiguous turns, and the assembly of the conductor from several composite superconductive strands, in the case where each strand is dielectrically isolated from the others.

Claims (6)

REVENDICATIONS 1/ Isolant multicouches pour conducteur électrique comportant au moins en surface un métal ou alliage peu ductile, caractérisé en ce que sa première couche au contact du conducteur est en résine époxy chargée d'un matériau minéral inerte, et en ce que sa seconde couche est en un polymère thermoplastique non chargé, de température de fusion ou de ramollissement inférieure à celle de la première couche déposée sous forme de poudre, puis homogénéisée par chauffage.1 / Multilayer insulator for electrical conductor comprising at least on the surface a metal or alloy which is not very ductile, characterized in that its first layer in contact with the conductor is made of epoxy resin loaded with an inert mineral material, and in that its second layer is in an uncharged thermoplastic polymer, with a melting or softening temperature lower than that of the first layer deposited in the form of powder, then homogenized by heating. 2/ Isolant multicouches selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau minéral inerte de la première couche est l'oxyde de titane.2 / multilayer insulator according to claim 1, characterized in that the inert mineral material of the first layer is titanium oxide. 3/ Isolant multicouches selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le polymère thermoplastique de la seconde couche est du polyvinylbutyral.3 / Multilayer insulation according to claims 1 or 2, characterized in that the thermoplastic polymer of the second layer is polyvinylbutyral. 4/ Procédé de fabrication d'un isolant multicouches selon la revendication 1, dans lequel on dépose autour du conducteur la première couche de résine époxy chargée du matériau minéral inerte, caractérisé en ce que l'on dépose (5) autour de la première couche la poudre de polymère thermoplastique et en ce que l'on fait passer le fil ainsi revêtu à travers un four (6) à une température au plus égale à 2500 C.4 / A method of manufacturing a multilayer insulator according to claim 1, wherein the first layer of epoxy resin loaded with the inert mineral material is deposited around the conductor, characterized in that one deposits (5) around the first layer the thermoplastic polymer powder and in that the wire thus coated is passed through an oven (6) at a temperature at most equal to 2500 C. 5/ Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on effectue le dépôt de la poudre de polymère thermoplastique par effet électrostatique.5 / A method according to claim 4, characterized in that one carries out the deposition of the thermoplastic polymer powder by electrostatic effect. 6/ Procédé de fabrication d'un isolant multicouches selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on effectue le dépôt de la poudre de polymère thermoplastique par passage dans un lit fluidisé de cette poudre. 6 / A method of manufacturing a multilayer insulator according to claim 4, characterized in that one carries out the deposition of the thermoplastic polymer powder by passage through a fluidized bed of this powder.