La matière ne doit pas être hygrométrique
4. Elle ne doit pas s'altérer sous les elTorts mécaniques susceptibles de se produire en cours de fabrication ou en marche ;
5. Elle ne doit contenir aucune substance qui puisse endommager (par oxydation ou corrosion) les parties métalliques à isoler.
Aucune matière isolante ne réunit absolument toutes ces qualités; on n'en rencontre que quelques-unes dans une substance donnée. On devra, en conséquence, et selon le but à atteindre, choisir parmi les nombreuses matières isolantes celles qui sont le mieux indiquées ; la question de prix et d'encombrement entrera ensuite en ligne de compte.
Nous allons passer en revue les matières isolantes les plus employées dans la construction des machines dynamos.
Le mica tient la tête au point de vue des propriétés isolantes : il est stable aux températures élevées et n'absorbe pas l'humidité. Sa ténacité est toutefois très faible. La rigidité électrostatique d'une lame de mica parfaitement clair, de 0,25 mm d'épaisseur, sans défauts, peut résister à 30000 volts. On a trouvé comme tensions auxquelles résiste le mica courant sur le marché :
en lames de 0,19 mm d'épaisseur, 8 000 & i2 000 volts, et
en lames de 0,45 mm d'épaisseur, 18 000 & 30 000 volts.
Les lames de mica ne s'obtenant qu'en dimensions limitées et les grandes pièces coûtant, par suite, fort cher, on emploie, dans la construction des dynamos, et spécialement pour les collecteurs, des agglomérats de mica formés de lamelles ou paillettes agglutinées en un produit connu sous le nom de micanite. Ces lamelles sont assemblées et réunies, à la presse, par l'entremise d'une matière agglomérante bien isolante, en épaisseurs et formes à la demande des pièces à isoler.
Parshall et Hobart indiquent, pour la micanite exempte de traces métalliques et pour le mica clair, comme tension représentant leur rigidité électrostatique,
en 0.127 mm d'épaisseur 3600 à 5 860 volts,
La Maison Meirowsky et C% de Kôln-Ehrenfeld, donne, pour la qualité de micanite de sa fabrication désignée sous le nom de megohmite et dont la matière agglutinante a été enlevée par divers
procédés, comme tension caractéristique moyenne de sa rigidité électrostatique ;
en 0,25 mm d'épaisseur 8 000 volts,
La résistivité de la micanite est d'environ 2 490. 10* megohmscm (Mica Insulator Comp. New- York, London).
Toutes les fois que le mica (ou la micanite) n'est pas destiné à des pièces de forme, telles que les isolants pour collecteurs, tubes, bobines, etc., on le combine avec du papier ou diverses sortes de tissus et Ton obtient ainsi les matières connues sous les différents noms de papier ?nicanite, toile micanite^ garniture micanitey etc. Ces combinaisons sont toutefois plus ou moins hétérogènes quant à leurs propriétés isolantes, et leur valeur dépend, par suite, de leur préparation et de leur destination; aussi pour l'isolation d'arêtes convient-il de prendre des soins tout particuliers et de faire chevaucher et imbriquer les matériaux employés.
D'après un grand nombre d'essais effectués à l'Institut électrotechnique de Karlsruhe pour le compte de diverses maisons, on peut admettre, comme tensions-limites de rigidité électrostatique, pour le papier-micanite :
de 0,2 mm d'épaisseur 1 000 à 3 500 volts,
et pour la toile-micanite :
de 0,2 à 0,3 mm d'épaisseur 1 000 à 3 500 yolts,
La mise en forme des préparations du genre micanite doit se faire à chaud.
Ces produits sont souvent imprégnés de vernis, ce qui leur enlève toute stabilité sous Finfluence de la température.
Il y aurait encore lieu de mentionner que, en raison du défaut d'homogénéité dans leur structure, beaucoup de ces isolants artificiels à base de mica subissent des modifications essentielles quand ils viennent àôtre mis en contact avec l'huile des machines.
Yiébonite est un remarquable isolant, jouissant d'une bonne ténacité mécanique, mais supportant mal l'action de la chaleur. Elle se ramollit déjà à 70** C et coule à 80**. On peut, sans en altérer la résistivité, courber des planches ou des barres d'ébonite suivant un rayon de courbure égal au triple ou au quadruple de leur épaisseur.
La tension-limite de rigidité électi'ostatique atteint ici 16000 volts pour une épaisseur de 0,42 mm ; une plaque de 2 mm d'épaisseur pourrait supporter, sans être percée, une tension de 54000 volts; à 0,0254 mm d'épaisseur, elle résiste à 300 volts. Au point de vue hygrométrique elle laisse à désirer.
U ardoise ne peut être regardée que comme un isolant moyen. Sa résistivité est faible et peut se trouver notablement réduite par des veines métalliques qui traversent la roche. — Elle est hygrométrique, mais stable, comme qualité, sous l'action de la chaleur. Au point de vue mécanique elle se comporte convenablement. Homogène et bien sèche elle supporte, en 25 mm d'épaisseur, une tension do 5 000 volts. Quand on l'emploie pour socles d'interrupteurs, panneaux de rhéostats ou autres applications analogues, il est bon d(» garnir de bagues d'éhonite ou de micanite les trous traversés par les pièces qui livrent passage au courant. On peut remédier partiellement à ses inconvénitMits au point de vue hygrométrique en en paraffinant la surface.
Le marbre se comporte à peu près comme l'ardoise, mais il est meilleur comme matière isolante. Il peut être considéré comme bon au point de vue de sa rigidité électrostatique et de son indifférence à la chaleur et à l'humidité.
Certaines sortes de bois, telles que l'érable, le hêtre et le noyer s'emploient pour l'isolation des bornes, etc. Il faut, avant de les appUquer, les sécher au four et les imprégner de vernis ou d'huile de lin à chaud. En épaisseur de 23 mm, ces bois, bien séchés et imprégnés, peuvent supporter des tensions allant jusqu'à 10 000 volts.
Uamiante se signale aux applications par son incombustibilité«
En cas d'exposition à Tliumidité, pour des tensions supérieures à 250 volts, elle ne doit être employée qu'avec circonspection, en raison de ses propriétés hygrométriques. La rigidité électrostatique d'une plaque sëche d'amiante, de 2 nmi d'épaisseur, est limitée à une tension de 1 000 à 3 500 volts. Le mélange de cette substance avec une sorte de gomme donne la matière connue sous le nom de culkanasbeste y ou amiante vulca?iisée ou durcie, qui ne se modifie pas à des températures inférieures à 314° C. Une bonne amiante vulcanisée courante, en 12,3 nnn d'épaisseur, se perce sous une tension de 31 000 volts. Sa ténacité mécanique est supérieure à celle de l'amiante pure.
La fibre rouge et culcanisée est employée surtout en raison de ses propriétés mécaniques. Elle est toutefois très sensible à l'humidité de l'air. Un séchage à chaud augmente sa rigidité électrostatique, mais la rend cassante. La bonne fibre vulcanisée, bien séchée, supporte, en 20 mm d'épaisseur, 10 000 volts environ.
Le pressspahn ou carton comprimé est fréquemment employé dans la construction des dynamos. On peut admettre comme limites de rigidité électrostatique, pour du pressspahn soc, les valeurs relatives suivantes :
Epaisseur 0,3 à 0,37 mm i 000 à 5 000 volts,
Ce carton doit, avant emploi, èti*€ parfaitement séché. Il se comporte très bien mécaniquement, a une grande ténacité et peut être courbé suivant un rayon quintuple de son épaisseur sans que sa rigidité électrostatique en soit diminuée. Pour le rendre moins sensible k l'humidité, on peut le faire bouiUir k 100-110° C dans te rhuiie de lin pure, cuite deux fois et allongée de benzine. La
durée de la préparation varie suivant l'épaisseur de la matière : pour 0,5 mm d'épaisseur, il faut douze heures; pour 1 mm, dix-huit heures. La rigidité électrostatique du carton ainsi préparé atteint à peu près le triple de celle du pressspahn ordinaire.
Le papier rouge, se comporte de façon tout à fait analogue ; mais sa ténacité est moindre.
Le similicuir est constitué de matières et possède des propriétés analogues aux précédentes. Sa limite de rigidité électrostatique est de 8000 volts environ sous une épaisseur de 0,32 à 0,45 mm. D'après Parshall et Hobart, cette substance supporte franchement les tensions suivantes :
en épaisseur de 0,397 mm 5 000 volts,
A une augmentation d'épaisseur ne correspond plus, pour la fibre et le similicuir, une augmentation de rigidité électrostatique, la matière ne pouvant plus, au delà de certaines limites, être obtenue homogène.
On emploie souvent le papier de Manille et le papier de cellulose préparés au vernis ou à Thuile. Leur rigidité diélectrique, à l'état brut, est de 400 volts environ par mm d'épaisseur.
Les matières appliquées, dans la construction des dynamos, à risolation des rainures et des barres ne doivent jamais être employées à l'état brut ou naturel, mais seulement, en général, après avoir été enduites de vernis, laques, huiles, ou autres produits analogues.
Parmi ces dernières substances les plus employées sont désignées sous les noms de Vernis Sterling ou Standard ou, par abréviation. Vernis S simplement, Vernis Japon A, C, et H, Armalac, InsuUac, Voltalac, etc., tous noms plus ou moins barbares
rappelant leur base ou leur destination (laque, armature, isolement, etc.) *.
Pour un de ces liquides donné, la matière servant de support qui assurera le meilleur isolement sera celle qui présentera la plus grande uniformité sur toute l'étendue de la surface à isoler.
Parmi les substances susceptibles d'être imprégnées on peut citer la toile, le coton, le papier et autres préparations fibreuses spéciales.
La plupart des maisons de construction ont, pour imprégner les matières brutes, des procédés particuliers. On opère soit par immersion dans les laques, vernis ou huiles, soit par application de ces matières au pinceau. Pour en activer le séchage on soumet la matière à une « cuisson », dont la durée, l'admission d'air et la température constituent des tours de main propres à chaque atelier.
Les papiers de Manille et de cuUulose s'emploient avec les vernis S ou Excelsior. La tension limite supportée par des échantillons d'essai imprégnés de vernis S a atteint
en 0,17 mm d*épaisseur 5 000 à 7 000 volts,
Avec des papiers plus minces traités au môme vernis on a
obtenu
en 0,09 à 0,1 mm d'épaisseur 3 000 à 6 000 volls.
Traités à l'huile de lin, ces papiers perdent de leur raideur.
Le similicuir se prépare au vernis Japon G; — la toile à voiles, à l'huile de lin chaude non étendue, et elle se sèche comme le pressspahn.
Ulnsulaling Vamish C indique pour la mousseline ou baptiste pénétrée de son vernis isolant une rigidité électrostatique correspondant à 700 volts, et, pour du papier traité de môme, en 0,0254 mm d'épaisseur, 1 100 volts.
L'application du « voltalac » à de la mousseline, en même épaisseur que ci-dessus, 0,0254 mm, a permis d'atteindre 1 050 volts,
* Origines de ces produits & base de gommes :
Vernis Japon A. U» G, et Insul-Lac : Paege et C<«, Berlin.
Armalac : Massachusetts Chemical C«.
Vernis Sterling : Sterling Varnish Comp., Pittsburg.
Insulating Varnish : Sterling Varnish Comp., New- York, Londres.
Excelsior Lack : Meirowsky ot G'S Cologne.
Compositions isolantes : Âllut, Noodt et C^*, Hambourg.
et le papier, dans les mômes conditioas d épaisseur, 970 volts. De son côté, la Sterling Varnish C indique pour son « Red Rope Paper» (papier rouge de chanvre) ou papier rouge, en 0,254 mm d'épaisseui*, 11 000 volts, et, pour une toile de môme épaisseur bien uniforme, préparée au vernis Sterling, 13 000 à 15 000 volts.
Les vernis à employer pour imprégner les isolants de bobinage ou pour l'isolement direct de pai'ties métalliques vaiient selon le résultat à obtenir.
1. Le vernis doit revêtir autant que possible rintérieur de toutes les parties à isoler, et, par suite, pénétrer tous les pores et interstices de la matière. On emploiera à cet effet les sortes épaisses de substance isolante telles que le vernis Japon H, Tai'malac, le voltalac, etc. Ces premiers vernis ont tout d'abord pour but d'isoler la matière considérée. Le vernis S s'est, en plusieurs circonstances, montré inférieur aux précédents : Tenduit en est cassant et oxyde le cuivre.
2. Ces vernis épais ont encore besoin d'une protection contre les détériorations mécaniques; on la réalise au moyen d'une seconde couche de vernis dite « protecliice ».
Sont particulièrement désignés a cet effet les vernis S et Excelsior qui, par une application en plusieurs couches, donnent aux matières d'enroulement une grande ténacité.
3. Pour empocher la poussière d'adhérer et obtenir une surface aussi lisse que possible on applique ordinairement encore une troisième couclie de vernis appelée « couverte », à base de copal. On peut rectifier ou comprimer après coup les bobines d'armature ou autres ainsi enduites sans crainte de voir le vernis s'écailler.
Parfois encore on pourra combiner les enduits do protection et de couverte de manière à en réduire l'application à deux couches.
On a récemment employé aussi Tarmalac pour l'isolation des tôles d'armature.
Pour faire adhérer solidement les papiers isolants, tels que pressspahn, papier rouge, etc., sur les barres de cuivre, carcasses de bobines, etc., on emploie l'insullac.
Pour vérifier les propriétés isolantes des vernis on les applique en couches plus ou moins nombreuses et d'épaisseurs déterminées
RIGIDITK ÉLECTROSTATIQUE D'ISOLANTS 61
sur une feuille de zinc que Ton soumet ensuite à des essais de rigidité électrostatique.
On a ainsi trouvé comme limites de tension :
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rTArmalac. . . .
en 0,15 mm
d'épaisseur
4 000 volts
l'Emaillelack. 0,05 à 0,1 —
rhuile de lin . .
leStickalack . .
le vernis Excelsior
— Japon A.
Dans bien des cas on emploie comme isolants des combinaisons de toile ou de papier à la micanite et de pressspahn ou de papier rouge imprégnées d'un vernis quelconque.
13. Essai de la rigidité électrostatique de Tisolant. Rigidité électrostatique des matières isolantes les plus usuelles. — L'adoption d'une matière isolante ne peut se baser que sur les résultats obtenus k la suite d'essais raisonnes, prolongés et concluants, qui doivent porter principalement sur la détermination de la tension à laquelle cette matière résiste sans se percer dans différentes conditions.
Cet essai de rigidité se fait entre deux électrodes métallicjues circulaires de o à 7 cm de diamètre sur lesquelles on fait agir la tension secondaire d'un transformateur à rapport de transformation variable. Afin de régler à volonté la température on dispose ces électrodes dans une caisse bermétiquement fermée, inaccessible aux variations extérieures, cliauffée au moyen do lampes à incandescence ou d'un rhéostat quelconque permettant de maintenir la température constante.
Pour rendre les expériences directement comparables il est nécessaire d'appliquer au transformateur un courant alternatif ayant toujours la même forme de courbe, et, autant que possible, présentant une forme sinusoïdale. La valeur de la tension efficace mesurée, au moment du perçage, par un voltmètre électrosta-
tique donne la limite de rigidité électrostatique; la tension maxima correspondante est, pour une courbe sinusoïdale, y^ fois aussi grande. — Suivant Parshall et Hobart, les essais doivent porter simultanément sur 5 à 10 échantillons sous une tension et à une température déterminées. Le nombre des échantillons ayant ré-
fin
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7000 dOOQVoUheff.
Fig. 70 a.
Essais de rip^idité électrostatique de toile à la micanitc, & température constante (25* G) et pour durées di%'erses d'application de la tension.
(S = secondes)
sis té à répreuve pour une tension, une durée d'application et une élévation de température données s'exprime en fonction et en proportion du nombre des échantillons soumis à l'épreuve.
En portant en abscisses les tensions et en ordonnées la proportion des échantillons restés indemnes sous ces tensions, on obtient une courbe qui fait sauter aux yeux Tappropriation des matières considérées aux conditions spéciales visées.
Ces courbes sont données successivement, pour de la toile à la micanite (d'après Parshall et Hobart) par les ligures 70 a et 70 b. La première correspond à des durées variables d'application de la tension, sous température constante ; la seconde, au contraire, à des températures variables, sous tension constante. — On voit d'après ces courbes que la rigidité électrostatique varie notablement suivant la durée d'application de la tension, tandis qu'il n'apparaît pas nettement qu'elle varie en fonction de la température.
RIGIDITÉ ÉLECTROSTATIQUE D'ISOLANTS 63
La relation entre la température et la résistance d'isolement peut, pour toutes les matières isolantes hygrométriques, se repré-
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