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COMPOSITE, TRAVERSE ENROBÉE DU COMPOSITE ET LEUR UTILISATION
DANS UN RÉSEAU ÉLECTRIQUE
DOMAINE DE L'INVENTION
[0001] La
présente invention est relative à un composite, y compris un
composite utilisé comme enrobage d'un équipement utilisé dans un réseau
électrique extérieur (aérien) et plus particulièrement une traverse. La
présente
invention est relative également à ladite traverse et son utilisation dans un
réseau
électrique.
CONTEXTE DE L'INVENTION
[0002] Les
traverses (10) sont des pièces structurales utilisées dans les
réseaux électriques, tel que démontré dans la Figure 1. Ces traverses sont des
supports mécaniques avec des caractéristiques d'isolation électrique de base,
servant à soutenir les isolateurs (12) et les lignes aériennes (14) à une
certaine
distance des poteaux (16)
et/ou maintenir un espacement suffisant entre les
phases électriques, dans le cas d'un réseau multiphasé selon les niveaux de
tension
électrique utilisés. Les traverses sont généralement constituées d'une tige
(18)
portant à chacune des extrémités un embout de fixation (20) tel que vu à la
Figure 2.
Ces fixations permettent par exemple de fixer l'une des extrémités de la
traverse à
un poteau électrique et de fixer un isolateur à son autre extrémité, tel que
vu à la
Figure 1. Les traverses sont des pièces structurales, c'est-à-dire des pièces
supportant une charge mécanique, essentielles dans les réseaux électriques. A
ce
titre, elles sont utilisées dans toutes sortes de milieux, y compris dans les
environnements les plus agressifs, tels que les milieux salins (e.g. près
d'étendues
ou de cours d'eau salée, endroits à haute utilisation de sels de déglaçage) et
les
milieux pollués (e.g. milieux urbains).
[0003] Les
traverses peuvent être utilisées dans les réseaux de transport
électriques, c'est-à-dire un réseau à relativement haute tension (>100 kV) qui
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transporte l'électricité sur de longues distances, et dans les réseaux de
distribution
électrique, c'est-à-dire un réseau à plus basse tension (<100 kV) qui achemine
l'électricité aux utilisateurs primaires et secondaires. La Figure 1 montre
l'utilisation
typique de traverses dans un réseau de distribution électrique.
[0004] Les technologies actuelles pour les traverses synthétiques sont
basées
principalement sur l'utilisation de profilés, de tubes ou de tiges de fibre de
verre
pultrudés contenant environ 75% massique de fibres de verre de classe E
imprégnées le plus souvent dans une résine de polyester de Bisphénol A (BPA),
de
vinyle ester de BPA et plus rarement d'époxy. Une protection de surface, sous
forme
de peinture ou revêtement mince, donc de faible épaisseur (< 100 pm), souvent
de
polyuréthane ou d'époxy, est appliquée pour empêcher la dégradation UV et
protéger les profilés, tubes ou tiges.
[0005] Malgré la présence d'isolateurs, les traverses sont, sur leur
longueur,
soumises à des champs électriques d'intensité variable. En cours d'utilisation
normale, des charges électriques ponctuelles et localisées se forment sur la
traverse. Les traverses actuellement utilisées montrent les désavantages
suivants :
= Les polluants atmosphériques et le sel de déglaçage collent à la
surface (hydrophobicité déficiente ou dégradation de surface
(chalking));
= Dans des conditions de pluie, bruine, neige ou verglas, il y a
formation d'un électrolyte sur les surfaces partant du conducteur
jusqu'à la mise à la terre (poteau); lorsque la densité du courant de
fuite dépasse un certain seuil, la chaleur générée sèche la surface
inégalement, des bandes sèches et des bandes humides
apparaissent et cause des décharges partielles; et
= Les décharges partielles répétées peuvent générer du
cheminement électrique et de l'érosion.
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[0006] Comme indiqué précédemment, une protection de surface de
polyuréthane ou d'époxy est appliquée pour empêcher la dégradation UV et
protéger
le coeur de la traverse, qui est typiquement un profilé, un tube ou une
matrice FRP
(Fiber Reinforced Polymer) pultrudée. L'expérience en réseau et des tests en
laboratoire montrent que ces protections ne fonctionnent pas à long terme dans
des
milieux agressifs et que la matrice FRP comporte une faible résistance aux
décharges partièlles (cheminement) et à l'érosion.
[0007] Par ailleurs, la tendance actuelle pour améliorer les performances
des
équipements dans des milieux agressifs est l'utilisation de revêtements
hydrophobes
ou autonettoyants. Le défaut de l'utilisation de tels revêtements est qu'ils
sont
effectifs pour une durée limitée et qu'à partir du moment où ils perdent leurs
fonctions premières, soit d'empêcher les contaminants de coller et la
formation d'un
film électrolytique à la surface, ils n'offrent aucune résistance efficace aux
décharges
partielles (cheminement) et conduisent à une érosion rapide de la traverse
FRP.
RÉSUMÉ DE L'INVENTION
[0008] La présente invention concerne :
1. Un composite comprenant une matrice d'époxy, au moins une charge isolante
dispersée dans la matrice et au moins une charge à conductivité non-linéaire
dispersée dans la matrice.
2. Le composite selon l'item 1, dans lequel la matrice d'époxy provient d'une
réaction entre une résine époxy et un durcisseur.
3. Le composite selon l'item 2, dans lequel la réaction entre la résine époxy
et le
durcisseur est en présence d'un accélérateur.
4. Le composite selon l'item 2 ou 3, dans lequel la résine époxy est une
résine
époxy cyclo-aliphatique ou aromatique comprenant des groupes glycidyle non
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substitués et/ou des groupes glycidyle substitués par des groupes méthyle,
où ces composés glycidyliques ont une valeur époxy (équiv./kg) d'au moins
deux groupes 1,2-époxy par molécule, de préférence d'au moins trois, de
préférence d'au moins quatre et en particulier d'environ cinq ou plus, de
préférence une valeur époxy d'environ 5,0 à 6,1 (équiv./kg).
5. Le composite selon l'un quelconque des items 2 à 4, dans lequel la résine
époxy est un ester d'acide-bis-glycidyle hexahydro-o-phtalique, un ester
d'acide-bis-glycidyle m-hexahydro-phtalique ou un ester d'acide-bis-glycidyle
hexahydro-p-phtalique.
6. Le composite selon l'un quelconque des items 2 à 5, dans lequel la résine
époxy est une résine époxy cycloaromatique ou cycloaliphatique,
préférablement une résine époxy cycloaliphatique, par exemple la résine
Araldite CY179, la résine Araldite XU9509, la résine Alraldite CY5622,
éventuellement modifiée avec du polydimethylsiloxane (PDMS), ou la résine
Araldite CW5625.
7. Le composite selon l'un quelconque des items 2 à 6, dans lequel la résine
époxy est de l'époxy cycloaliphatique la résine Araldite() CY5622.
8. Le composite selon l'un quelconque des items 2 à 7, dans lequel le
durcisseur
est tout composé connu utilisé comme composant durcisseur avec la résine
d'époxy.
9. Le composite selon l'un quelconque des items 2 à 8, dans lequel le
durcisseur
est un anhydride d'acide, de préférence un anhydride d'acide
polycarboxylique aliphatique et cyclo-aliphatique ou aromatique, de
préférence un anhydride phtalique, un anhydride tétrahydrophtalique, un
anhydride hexahydrophtalique, un anhydride méthylhydrophthalique, un
anhydride méthyltétrahydrophtalique, un anhydride méthylhexahydrophtalique
ou un anhydride méthylnadique ou un mélange de ceux-ci. Dans des
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réalisations préférentielles, le durcisseur est un agent de réticulation à
base
d'anhydride, de phénol ou d'amine, préférablement à base d'un anhydride
cycloaliphatique.
10. Le composite selon l'un quelconque des items 2 à 9, dans lequel le
durcisseur
est l'Aradur 917, l'Aradur HY9519, l'Aradur HY 1235 ou l'Aradur
HW5625-1.
11. Le composite selon l'un quelconque des items 2 à 10, dans lequel le
durcisseur est l'Aradur HY 1235.
12. Le composite selon l'un quelconque des items 3 à 11, dans lequel
l'accélérateur est une amine tertiaire et/ou une amine hétérocyclique
préférablement utilisée avec les durcisseurs anhydrides.
13.Le composite selon l'un quelconque des items 3 à 12, dans lequel
l'accélérateur est l'Araldite DY-062 et/ou l'Araldite DY070.
14. Le composite selon l'un quelconque des items 2 à 13, dans lequel la résine
époxy est l'Araldite() CY 5622; le durcisseur est l'Aradur HY 1235, et
optionnellement, l'accélérateur est l'Araldite DY-062 et, encore
optionnellement, de plus l'Araldite) DY-070.
15. Le composite selon l'un quelconque des items 2 à 14, dans lequel la charge
isolante est dispersée dans la résine et/ou le durcisseur et/ou la charge à
conductivité non-linéaire est également dispersée dans la résine et/ou le
durcisseur avant que la résine époxy et le durcisseur soient mélangés
ensemble afin de former la matrice.
16. Le composite selon l'un quelconque des items 2 à 15, dans lequel les
charges
se retrouvent en même proportion dans le durcisseur que dans la résine.
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17. Le composite selon l'un quelconque des items 1 à 16, dans lequel les
charges
sont dispersées uniformément dans la matrice d'époxy.
18. Le composite selon l'un quelconque des items 1 à 17, dans lequel il existe
un
gradient de concentration en charge isolante et/ou charge à conductivité non-
linéaire dans le composite.
19.Le composite selon l'un quelconque des items 1 à 18, dans lequel un
pourcentage en poids de la matrice d'époxy dans le composite est compris
entre 20% et 80% et préférablement entre 30% et 70%.
20. Le composite selon l'un quelconque des items 1 à 19, dans lequel la
matrice
d'époxy est une matrice d'époxy hydrophobe.
21. Le composite selon l'un quelconque des items 1 à 20, dans lequel le
composite comprend entre environ 1`)/0 p/p et environ 60% p/p de la charge
isolante, de manière plus préférée entre environ 10% et environ 50%, de
manière encore plus préférée entre environ 20% et environ 40% et de
manière la plus préférée environ 29%.
22.Le composite selon l'un quelconque des items 1 à 21, dans lequel le
composite comprend entre environ 1% p/p et environ 75% p/p de la charge à
conductivité non-linéaire, de manière plus préférée entre environ 5% et
environ 50%, de manière encore plus préférée entre environ 10% et environ
30% et de manière la plus préférée environ 23%.
23.Le composite selon l'un quelconque des items 1 à 22, dans lequel le
composite comprend environ 29% p/p de la charge isolante et environ 23%
p/p de la charge à conductivité non-linéaire lorsque la tension d'opération
est
de 14,4 kV.
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24. Le composite selon l'un quelconque des items 1 à 23, dans lequel la charge
isolante et/ou la charge à conductivité non-linéaire sont sous forme d'une
pluralité de particules, préférablement d'une poudre.
25. Le composite selon l'un quelconque des items 1 à 24, dans lequel la poudre
isolante a une taille moyenne de particules comprise entre environ 50 nm et
environ 200 m.
26. Le composite selon l'un quelconque des items 1 à 25, dans lequel la poudre
isolante a une taille moyenne de particules d'au moins environ 50 nm, environ
100 nm, environ 250 nm, environ 0.5 m, environ 1 11m, environ 2 grn, environ
iim ou environ 25 11m, et/ou d'au plus environ 200 [lm, environ 100
environ 50 prn, environ 25 11m, environ 1 prn ou environ 100 nm.
27. Le composite selon l'un quelconque des items 1 à 26, dans lequel la poudre
isolante a une taille moyenne de particules comprise entre 21..tm et 10011m,
préférablement avec un d50 de 16i.trn et un d95 de 501.tm.
28. Le composite selon l'un quelconque des items 1 à 27, dans lequel la poudre
isolante peut être de forme sphérique, lamelle, filament ou whisker .
29. Le composite selon l'un quelconque des items 1 à 28, dans lequel la charge
isolante est une charge isolante dont la taille des particules est inférieure
à
100 m.
30. Le composite selon l'un quelconque des items 1 à 29, dans lequel la poudre
à
conductivité non-linéaire a une taille moyenne de particules comprise entre
50nm et 20011m, préférablement avec un d50 de 511m et un d90 de 811m.
31. Le composite selon l'un quelconque des items 1 à 30, dans lequel la poudre
à
conductivité non-linéaire a une taille moyenne de particules d'au moins
environ 50 nm, environ 100 nm, environ 250 nm, environ 0.5 pm, environ 1
pm, environ 2 m, environ 10 i_tm ou environ 25 lm, et/ou d'au plus environ
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200 m, environ 100 lm, environ 50 11m, environ 25 lm, environ 1 mm ou
environ 100 nm.
32. Le composite selon l'un quelconque des items 1 à 31, dans lequel la charge
à
conductivité non-linéaire est une charge à conductivité non-linéaire dont la
taille des particules est inférieure à 10011m.
33. Le composite selon l'un quelconque des items 1 à 32, dans lequel la charge
isolante est un oxyde inorganique; un hydroxyde inorganique et/ou un
oxyhydroxyde inorganique, de préférence la silice, le quartz, un silicate
connu, l'oxyde d'aluminium, le trihydrate d'aluminium, le mica, l'oxyde d'un
métal de transition (notamment le Ti Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W ou Fe) ou la
dolomite, l'oxyde de magnésium, l'hydroxyde de magnésium, la wollastonite,
l'oxyde de calcium, le Talc, des perles de verre, un nitrure, de préférence le
nitrure de silicium, le nitrure de bore et le nitrure d'aluminium, le borure
de
silicium ou un carbure, de préférence le carbure de bore ou le carbure
d'aluminium ainsi que les fibres de renforcement coupées ou continues de
composition, longueur et diamètre connus ou un mélange de tels matériaux
de charge, de préférence de silice et/ou de quartz, de préférence de farine de
silice, avec une teneur en SiO2 d'environ 95 à 98% en poids.
34. Le composite selon l'un quelconque des items 1 à 33, dans lequel la charge
isolante est de la silice, plus préférablement de la silice fonctionnalisée en
surface avec de l'époxysilane, encore plus préférablement le Silbond W12
EST Quarzwerkee ou le Novakup 202V de Malvern .
35. Le composite selon l'un quelconque des items 1 à 34, dans lequel la charge
isolante est le Novakup 202V de Malvern .
36. Le composite selon l'un quelconque des items 1 à 35, dans lequel la charge
à
conductivité non-linéaire est le carbure de silicium (SiC), le ZnO et/ou une
des
poudres anti-effluves décrites dans la demande de brevet CA 2943645,
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préférablement une poudre comprenant le borure d'aluminium, le FeB ou le
ZrB2 produite selon le procédé de ladite demande.
37. Le composite selon l'un quelconque des items 1 à 36, dans lequel la charge
à
conductivité non-linéaire est du SiC, préférablement du SiC vert ou noir, le
SiC vert ou noir étant préférablement du carbure de silicium (SiC) 1000 grit.
38. Le composite selon l'un quelconque des items 1 à 37, dans lequel la charge
à
conductivité non-linéaire est du SiC vert 1000 grit, préférablement de
Panadyne0.
39. Le composite selon l'un quelconque des items 1 à 38, dans lequel la
matrice
d'époxy provient de la résine époxy l'Araldite CY 5622 et du durcisseur
Aradur0 1235, et le composite comprend environ 29% p/p de SiO2,
préférablement le Novakup0 202V de Malvern0, comme charge isolante et
23% p/p de SiC vert 1000 grit, préférablement de Panadyne0, comme charge
à conductivité non-linéaire.
40.Le composite selon l'un quelconque des items 1 à 39, dans lequel le
composite comprend de plus au moins un additif, préférablement au moins un
colorant et/ou au moins un stabilisant.
41.Une tige de traverse pour réseau électrique comprenant un coeur allongé
enrobé d'un composite selon l'un quelconque des items 1 à 40.
42. Une pièce qui est soit constituée en tout ou en partie, préférablement en
tout,
du composite selon l'un quelconque des items 1 à 40 ou qui comporte un
coeur au moins partiellement, préférablement complètement, recouvert d'un
enrobage dudit composite.
43.La pièce selon l'item 42, dans laquelle la pièce est une pièce d'un réseau
électrique.
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44. La pièce selon l'item 43, dans laquelle la pièce ou la tige est une pièce
d'un
réseau de transport électrique ou un réseau de distribution électrique.
45. La pièce selon l'un quelconque des items 42 à 44, dans laquelle la pièce
est
une tige de traverse pour un réseau électrique.
46. La pièce selon l'un quelconque des items 42 à 44, dans laquelle la pièce
est
une tige de traverse pour un réseau de distribution électrique.
47. La pièce selon l'item 46, dans laquelle la tige comprend à l'un ou à
chacun,
préférablement chacun, de ses bouts, un embout de fixation pour former une
traverse.
48. La pièce selon l'item 47, dans laquelle les embouts de fixation sont fixés
à la
tige avec un adhésif.
49. La pièce selon l'un quelconque des items 45 à 48, dans laquelle la tige de
traverse est de forme allongée, préférablement cylindrique ou prismatique.
50. La pièce selon l'un quelconque des items 45 à 49, dans laquelle la tige de
traverse est cylindrique.
51.La pièce selon l'un quelconque des items 45 à 50, dans laquelle la tige de
traverse comprend un interne vide ou plein, préférablement plein.
52. La pièce selon l'un quelconque des items 45 à 51, dans laquelle la tige de
traverse est constituée, en tout ou en partie, préférablement en tout, du
composite selon l'un quelconque des items 1 à 40.
53.La pièce selon l'un quelconque des items 45 à 52, dans laquelle la tige de
traverse comporte un coeur au moins partiellement, préférablement
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complètement, recouvert d'un enrobage du composite selon l'un quelconque
des items 1 à 40.
54. La pièce selon l'un quelconque des items 45 à 53, dans laquelle le coeur
de la
tige est en résine renforcée de fibres de verre.
55. La pièce selon l'item 54, dans laquelle la résine est une résine
thermodurcissable.
56. La pièce selon l'item 54 ou 55, dans laquelle la résine est un polyester
ou
vinyle ester de bisphenol A, un époxy ou polymère, préférablement un
polyuréthane, ayant une température de déformation mécanique supérieure à
la température de polymérisation de la résine époxy.
57. La pièce selon l'un quelconque des items 45 à 56, dans laquelle l'enrobage
a
une épaisseur d'au moins environ 500 microns ou environ 1 mm et/ou d'au
plus environ 10 mm ou environ 4 mm.
58. La pièce selon l'un quelconque des items 45 à 57, dans laquelle l'enrobage
a
une épaisseur d'environ 1/8 pouce (environ 3 mm).
59. La pièce selon l'un quelconque des items 45 à 58, dans laquelle le c ur
de'la
tige de traverse est d'au moins environ 1 pouce de diamètre (environ 25 mm)
et/ou d'au plus environ 8 pouces de diamètre (environ 200 mm), par exemple
environ 1.75 pouce (environ 45 mm), environ 2 pouces (environ 50 mm),
environ 2.25 pouces (environ 57 mm), environ 2,5 pouces (environ 64 mm),
environ 2.75 pouces (environ 70 mm) ou encore 3,0 pouces (environ 76 mm)
de diamètre.
60. La pièce selon l'un quelconque des items 45 à 59, dans laquelle la tige de
traverse est d'environ 1.75, 2.25, ou 2.75 pouces de diamètre, plus
préférablement 1.75 pouce de diamètre.
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61. La pièce selon l'un quelconque des items 45 à 60, dans laquelle la
traverse a
un diamètre total d'environ 2 pouces (environ 50 mm), environ 2,5 pouces ou
encore 3,0 pouces (environ 76 mm).
62. La pièce selon l'un quelconque des items 42 à 61, dans laquelle il a un
gradient de concentration en charge isolante et/ou charge à conductivité non-
linéaire dans le composite.
63. La pièce selon l'un quelconque des items 42 à 62, dans laquelle la pièce
est
pour utilisation à l'extérieur, c'est-à-dire exposée, entre autres, à des
changements de température dus aux conditions météorologiques.
64. La pièce selon l'un quelconque des items 42 à 63, dans laquelle, dans le
cas
d'une pièce enrobée du composite, l'enrobage a un coefficient de dilatation
thermique faible et semblable à celui du coeur de la pièce.
65. Un enrobage comprenant le composite selon l'un quelconque des items 1 à
40, pour enrober, entièrement ou partiellement, une pièce.
66. L'enrobage selon l'item 65, dans lequel la pièce est une pièce selon l'un
quelconque des items 42 à 64.
67. L'enrobage selon l'item 65 ou 66, dans lequel la pièce est une tige de
traverse
pour un réseau électrique, préférablement pour un réseau de distribution
électrique.
68. L'enrobage selon l'un quelconque des items 65 à 67, dans lequel l'enrobage
est l'enrobage selon l'un quelconque des items 42 à 64.
69. La tige de traverse pour un réseau électrique selon l'un quelconque des
items
45 à 64.
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70.Utilisation du composite selon l'un quelconque des items 1 à 40 pour
entièrement ou partiellement former, ou encore pour entièrement ou
partiellement enrober, une pièce.
71.L'utilisation de l'item 70, dans laquelle la pièce est la pièce selon l'un
quelconque des items 42 à 64.
72. L'utilisation de l'item 70 ou 71, dans laquelle la pièce est une tige
selon l'item
67.
73. Une méthode de fabrication par moulage de la pièce selon l'un quelconque
des items 42 à 64, comprenant l'injection du composite de l'enrobage autour
du coeur de la pièce.
74. Une méthode de fabrication par APG de la pièce selon l'un quelconque des
items 42 à 64.
75. Une méthode de fabrication par projection de la pièce selon l'un
quelconque
des items 42 à 64, dans laquelle le composite de l'enrobage est projeté sur le
coeur de la pièce par une technique de projection thermique.
76. Une méthode de fabrication par co-pultrusion d'une pièce/tige de traverse
comprenant un coeur de forme allongée, préférablement cylindrique, enrobé
du composite selon l'un quelconque des items 1 à 40, comprenant les étapes
suivantes :
a. tirer un renfort à travers un bain d'une première résine
thermodurcissable afin d'imprégner le renfort d'une première résine ;
b. tirer le renfort à travers une première filière chauffée afin de
polymériser la première résine formant ainsi le coeur de la pièce/tige de
traverse ; et
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c. tirer le coeur de la pièce/tige de traverse à travers une deuxième filière
chauffée afin d'enrober le coeur de la pièce/tige de traverse avec le
composite et de polymériser le composite afin d'obtenir la pièce/tige de
traverse.
77. La méthode selon l'item 76, dans laquelle le renfort est un tissu, un mat
ou
des fibres, préférablement des fibres continues et longitudinales et plus
préférablement des fibres de verre.
78. La méthode selon l'item 76 ou 77, dans laquelle la première résine est une
résine thermodurcissable utilisée pour la pultrusion de fibres de verre.
79. La méthode selon l'un quelconque des items 76 à 78, dans laquelle la
première résine est un polyester ou vinyle ester de bisphenol A, un époxy ou
polymère ayant une température de déformation mécanique supérieure à la
température de polymérisation de la résine époxy.
80. La méthode selon l'un quelconque des items 76 à 79, dans laquelle la
première filière chauffée est telle que le renfort devient de forme
cylindrique.
81. La méthode selon l'un quelconque des items 76 à 80, dans laquelle la
deuxième filière chauffée enrobe le renfort avec un enrobage du composite
d'environ 1/8 pouces d'épaisseur.
82. La méthode selon l'un quelconque des items 76 à 81, dans laquelle le temps
de polymérisation/gélation est ajusté à environ 3 minutes avec 2,5% p/p
époxy d'un accélérateur.
83. La méthode selon l'un quelconque des items 76 à 82, dans laquelle
l'accélérateur est une amine hétérocyclique, préférablement l'Araldite DY070.
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84.La méthode selon l'un quelconque des items 76 à 83, dans laquelle la
température de la zone de polymérisation est d'environ 130 C.
85. La méthode selon l'un quelconque des items 76 à 84, dans laquelle le
renfort
est tiré par un mécanisme de tirage.
86. La méthode selon l'un quelconque des items 76 à 85, dans laquelle la
vitesse
de déplacement est de 1,5 à 2 po./min pour une filière chauffée de 6 po. de
long.
87. La méthode selon l'un quelconque des items 76 à 86, dans laquelle les
étapes a), b) et c) sont effectuées de manière continue.
88.La méthode selon l'un quelconque des items 76 à 87, dans laquelle la
méthode comprend l'étape subséquente de couper la pièce/tige de traverse
pour ainsi obtenir une pièce/tige de traverse de longueur désirée.
89.La méthode selon l'un quelconque des items 76 à 88, dans laquelle la
méthode comprend de plus l'étape d'ajouter un embout de fixation à l'un ou à
chacun, préférablement chacun, des bouts de la pièce/tige de traverse.
90.La méthode selon l'item 89, dans laquelle les embouts sont fixés à la
pièce/tige de traverse avec un adhésif.
91. La méthode selon l'un quelconque des items 76 à 90, dans laquelle la pièce
est une pièce selon l'un quelconque des items 42 à 64.
92. La méthode selon l'un quelconque des items 76 à 91, dans laquelle la pièce
est une tige selon l'item 67.
93. Une méthode d'augmenter la résistance à l'érosion d'une pièce d'un réseau
électrique, plus particulièrement d'une tige de traverse, la méthode
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comprenant l'étape d'enrober la pièce avec le composite selon l'un
quelconque des items 1 à 40.
94. Une méthode d'augmenter la résistance au cheminement d'une pièce d'un
réseau électrique, plus particulièrement d'une tige de traverse, la méthode
comprenant l'étape d'enrober la pièce avec le composite selon l'un
quelconque des items 1 à 40.
95. Une méthode d'augmenter la durée de vie d'une pièce d'un réseau
électrique,
plus particulièrement d'une tige de traverse, la méthode comprenant l'étape
d'enrober la pièce avec le composite selon l'un quelconque des items 1 à 40.
96.La méthode selon l'un quelconque des items 93 à 95, dans laquelle la
méthode comprend une méthode selon l'un quelconque des items 73 à 92.
97. La méthode selon l'un quelconque des items 93 à 96, dans laquelle les
résistances et ladite durée de vie étant lorsque la pièce est utilisée en
milieux
agressifs, par exemple en milieux salins et/ou pollués.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
[0009] Les Figures la et lb présentent des traverses connues de l'art
antérieur, comprenant une tige et des fixations à chaque extrémité de ladite
tige,
installées dans un réseau électrique.
[00010] La Figure 2 montre une traverse complète fabriquée par moulage,
avec
un enrobage fait avec un enrobage du Composite A selon l'invention de 1/8
pouce
(3.18 mm) d'épaisseur sur un coeur cylindrique (une tige en polyester/fibre de
verre)
de 1,75 po de diamètre.
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[00011] La Figure 3 montre une vue de coupe d'une tige de traverse avec un
enrobage du Composite Comparatif 1 de 1/8 po (3.18 mm) d'épaisseur sur un
c ur cylindrique en époxy/fibre de verre (G10) de 1,75 po de diamètre.
[00012] La Figure 4 montre un système de moulage en deux parties, selon le
principe d'injection-pression-gélation d'un époxy pour fabriquer une pièce
d'un
réseau électrique, plus précisément une tige de traverse de 2,0 pouces de
diamètre
X 40 pouces de longueur. Il comporte un système de positionnement central de
la
tige de 1,75 pouce à enrober.
[00013] La Figure 5a présente une méthode conventionnelle de fabrication
par
pultrusion et la Figure 5b présente une méthode de fabrication par co-
pultrusion
d'une tige de traverse selon l'invention.
[00014] La Figure 6a montre la deuxième filière chauffée de la figure 5b.
La
figure 6b montre une tige FRP recouverte d'époxy à la sortie de la deuxième
filière.
[00015] La Figure 7 montre la chambre de test en brouillard salin sous
tension
avec 4 traverses installées pour être testées.
[00016] La Figure 8 présente a) le dessous et b) le dessus d'une traverse
enrobée du Composite A selon l'invention et c) le dessous et d) le dessus
d'une
traverse enrobée du Composite Comparatif 1 après un test de brouillard salin
sous
tension de 1000h.
[00017] La Figure 9 présente une traverse enrobée du Composite A selon
l'invention ayant subi un test de brouillard salin sous tension de 2000 hrs (à
gauche)
en comparaison d'une traverse avec enrobage du Composite Comparatif 1 après
1000 hrs (centre) et d'une traverse conventionnelle Comparatif 2 après 328
hrs
(à droite).
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[00018] La Figure 10 présente des résultats de mesures de diamètre d'une
traverse avec enrobage du Composite A selon l'invention a) avant et b) après
avoir
subi un test de 1000h en brouillard salin sous tension.
[00019] La Figure 11 présente une traverse enrobée du Composite A selon
l'invention ayant subi un test de 3000h en brouillard salin sous tension :
traverse
entière vue a) de face et b) de côté; c) extrémité supérieure de la traverse,
et
extrémité inférieure de la traverse vue d) de face et e) de côté.
[00020] La Figure 12 montre le courant électrique passant à la surface de
deux
plaquettes-échantillons pendant un test de plan incliné selon la norme IEC-
60587.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
[00021] La présente invention concerne un composite comprenant une matrice
d'époxy, au moins une charge isolante dispersée dans la matrice et au moins
une
charge à conductivité non-linéaire dispersée dans la matrice.
[00022] Tel que bien connu de l'homme de l'art, la matrice d'époxy
provient
d'une réaction entre une résine époxy et un durcisseur, optionnellement en
présence
d'un accélérateur. En effet, la résine époxy réagit avec le durcisseur et
ainsi durci
afin de former la matrice d'époxy. L'accélérateur est un catalyseur
optionnellement
utilisé pour accélérer et/ou compléter la réaction entre la résine époxy et le
durcisseur.
[00023] Dans le composite de l'invention, la matrice d'époxy peut être
n'importe
quelle matrice d'époxy connue de l'homme de l'art.
[00024] Dans des réalisations de l'invention, la résine époxy est une
résine
époxy cyclo-aliphatique ou aromatique comprenant des groupes glycidyle non
substitués et/ou des groupes glycidyle substitués par des groupes méthyle, où
ces
composés glycidyliques ont une valeur époxy (équiv./kg) d'au moins deux
groupes
1,2-époxy par molécule, de préférence d'au moins trois, de préférence d'au
moins
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quatre et en particulier d'environ cinq ou plus, de préférence une valeur
époxy
d'environ 5,0 à 6,1 (équiv./kg).
[00025] Dans des réalisations préférentielles, la résine époxy est un
ester
d'acide-bis-glycidyle hexahydro-o-phtalique, un ester d'acide-bis-glycidyle m-
hexahydro-phtalique ou un ester d'acide-bis-glycidyle hexahydro-p-phtalique.
[00026] Dans des réalisations préférentielles, la résine époxy est une
résine
époxy cycloaromatique ou cycloaliphatique, préférablement une résine époxy
cycloaliphatique (possédant une certaine résistance aux rayonnements UV et une
certaine hydrophobicité), par exemple :
= la résine Araldite CY179, qui est une résine époxy à basse viscosité,
= la résine Araldite XU9509, qui est aussi une résine époxy à basse
viscosité,
= la résine Araldite CY5622, qui est une résine époxy cycloaliphatique
hydrophobe (HCEP ¨ hydrophobic cycloaliphatic epoxy ) modifiée avec du
polydimethylsiloxane (PDMS) et
= la résine Araldite CW5625, qui est en fait la résine Araldite CY5622
mentionnée ci-dessus pré-mélangée avec une charge isolante, soit 62% SiO2,
qui sont toutes vendues par Huntsman .
[00027] Dans des réalisations préférentielles, la résine époxy est de la
résine
Araldite CY5622.
[00028] Dans des réalisations de l'invention, le durcisseur est tout
composé
connu utilisé comme composant durcisseur avec les résines époxy mentionnées ci-
dessus. En particulier, les résines époxy sont normalement vendues,
accompagnées
de recommandations sur les durcisseurs avec lesquels elles peuvent
préférablement
être utilisées.
[00029] Dans des réalisations préférentielles de l'invention, le
durcisseur est de
préférence un anhydride d'acide, de préférence un anhydride d'acide
polycarboxylique aliphatique et cyclo-aliphatique ou aromatique, de préférence
un
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anhydride phtalique, un anhydride tétrahydrophtalique, un anhydride
hexahydrophtalique, un anhydride méthylhydrophthalique, un anhydride
méthyltétrahydrophtalique, un anhydride méthylhexahydrophtalique ou un
anhydride
méthylnadique ou un mélange de ceux-ci. Dans des réalisations préférentielles,
le
durcisseur est un agent de réticulation à base d'anhydride, de phénol ou
d'amine,
préférablement à base d'un anhydride cycloaliphatique.
[00030] Dans des réalisations encore plus préférentielles de l'invention,
le
durcisseur est l'Aradur0 917, l'Aradur0 HY9519, l'Aradur0 HY 1235 ou l'Aradur
HW5625-1 (qui est de l'Aradur0 HY1235 pré-mélangé avec 62% SiO2), tous de la
compagnie Huntsman0. Dans des réalisations les plus préférentielles, le
durcisseur
de choix est l'Aradur0 HY 1235.
[00031] Le rapport en poids de la résine époxy au durcisseur est
généralement
environ 50:50. Cependant, ce rapport en poids peut varier selon la résine
époxy et le
durcisseur choisis pour le composite. Encore une fois, les recommandations du
manufacturier peuvent être suivies sur ce point.
Dans des réalisations
préférentielles, le % en poids de la matrice d'époxy dans le composite est
compris
entre 20% et 80% et préférablement entre 30% et 70%.
[00032] Dans des réalisations de l'invention, l'accélérateur est une amine
tertiaire et/ou une amine hétérocyclique préférablement utilisée avec les
durcisseurs
anhydrides. Dans des réalisations préférentielles de l'invention,
l'accélérateur est
l'Araldite DY-062 et/ou l'Araldite DY070 de la compagnie Huntsman0.
[00033] Dans certaines réalisations préférentielles de l'invention :
= la résine époxy est l'Araldite CY 5622;
= le durcisseur est l'Aradur0 HY 1235;
= optionnellement, l'accélérateur est l'Araldite DY-062 et, encore
optionnellement, de plus l'Araldite DY-070,
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qui sont utilisés à des concentrations variables, choisies selon les
recommandations
du manufacturier et adaptées au procédé de fabrication et au temps de
gélation/polymérisation souhaité, tel que bien connu de l'homme de l'art.
[00034] Dans des réalisations préférentielles, la matrice d'époxy est une
matrice d'époxy qui est hydrophobe. Il est entendu que cette hydrophobicité
est
présente/déterminée au moment de la fabrication du composite. L'hydrophobicité
de
surface du composite peut diminuer par la suite, par exemple lors de son
utilisation à
long terme dans des milieux agressifs.
[00035] La charge isolante et la charge à conductivité non-linéaire sont
toutes
deux dispersées dans la matrice d'époxy afin d'augmenter la résistance du
composite aux décharges partielles et à l'érosion. Les caractéristiques
diélectriques
du composite sont liées à la granulométrie, la concentration volumique, la
forme et
les interfaces des charges. La charge isolante de par sa stabilité thermique
offre une
résistance accrue au cheminement. En combinaison avec un matériau à
conductivité
non-linéaire, les performances du composite sont accrues. Ce dernier court-
circuite
l'accumulation de charges ou de dépôts conducteurs en surface du composite qui
peuvent survenir en milieu pollué ou lors d'événements climatiques
particuliers. De
plus, ces mêmes caractéristiques spécifiques à la charge à conductivité non-
linéaire
établissent le seuil de conduction électrique et la pente courant/tension. Il
réduit
l'activité des décharges partielles à la surface qui mène à une dégradation
prématurée.
[00036] La conductivité thermique et la dureté des particules influencent
les
performances également.
[00037] En général, la charge isolante est dispersée dans la résine et/ou
le
durcisseur et la charge à conductivité non-linéaire est également dispersée
dans la
résine et/ou le durcisseur avant que la résine époxy et le durcisseur soient
mélangés
ensemble afin de former la matrice d'époxy. Par conséquent, la charge isolante
et la
charge à conductivité non-linéaire sont dispersées dans la matrice lorsqu'elle
est
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formée. Dans des réalisations préférentielles, les charges se retrouvent en
même
proportion dans le durcisseur que dans la résine.
[00038] Dans des réalisations, les charges sont dispersées uniformément
dans
la matrice d'époxy. Dans d'autres réalisations, il peut y avoir par exemple un
gradient de concentration en charge isolante et/ou charge à conductivité non-
linéaire
dans le composite.
[00039] Dans des réalisations de l'invention, le composite comprend entre
environ 1 /0 p/p et environ 60% p/p de la charge isolante, de manière plus
préférée
entre environ 10% et environ 50%, de manière encore plus préférée entre
environ
20% et environ 40% et de manière la plus préférée environ 29%.
[00040] De plus, dans des réalisations de l'invention, le composite
comprend
entre environ 1% p/p et environ 75% p/p de la charge à conductivité non-
linéaire, de
manière plus préférée entre environ 5% et environ 50%, de manière encore plus
préférée entre environ 10% et environ 30% et de manière la plus préférée
environ
23%.
[00041] Lorsque le composite est utilisé dans un réseau électrique, les
caractéristiques et les concentrations des charges seront ajustées en fonction
des
tensions d'opération. Par exemple, en général, une tension d'opération plus
élevée
requiert une concentration moins élevée de la charge à conductivité non-
linéaire et
plus élevée de la charge isolante. Dans des réalisations préférentielles de
l'invention, le composite comprend environ 29% p/p de la charge isolante et
environ
23% p/p de la charge à conductivité non-linéaire lorsque la tension
d'opération est
de 14,4 kV, c'est-à-dire une tension typique des réseaux de distribution tels
que
ceux représentés à la Figure 1.
[00042] Dans des réalisations de l'invention, la charge isolante et/ou la
charge
à conductivité non-linéaire sont sous forme d'une pluralité de particules,
préférablement d'une poudre.
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[00043] Dans des réalisations de l'invention, la poudre isolante a une
taille
moyenne de particules comprise entre environ 50 nm et 200 m. Dans des
réalisations de l'invention, la taille moyenne des particules est:
d'au moins environ 50 nm, environ 100 nm, environ 250 nm, environ 0.5 m,
environ 1 m, environ 2 m, environ 10 rn ou environ 25 m, et/ou
d'au plus environ 200 m, environ 100 len, environ 50 m, environ 25 m,
environ 1 pm ou environ 100 nm.
[00044] Dans des réalisations de l'invention, la charge isolante est une
charge
isolante dont la taille moyenne des particules est inférieure à 100 m. Dans
des
réalisations préférentielles de l'invention, la poudre isolante a une taille
moyenne de
particules comprise entre 211m et 10011m, préférablement avec un d50 de 1611m
et un
d95 de 5011m. Dans des réalisations de l'invention, la poudre isolante peut
être de
forme sphérique ou autres (lamelle, filament, whisker ).
[00045] Dans des réalisations de l'invention, la charge à conductivité non-
linéaire est une charge à conductivité non-linéaire dont la taille moyenne des
particules est inférieure à 100 pm. Dans des réalisations préférentielles de
l'invention, la poudre à conductivité non-linéaire a une taille moyenne de
particules
comprise entre 50nm et 20011m, préférablement avec un d50 de 511m et un d90 de
811m. Dans des réalisations de l'invention, la taille moyenne des particules
est
d'au moins environ 50 nm, environ 100 nm, environ 250 nm, environ 0.5 m,
environ 1 [lm, environ 2 m, environ 10 [lm ou environ 25 m, et/ou
d'au plus environ 200 rn, environ 100 m, environ 50 m, environ 25 m,
environ 1 rn ou environ 100 nm.
[00046] En général, le seuil de conductivité et la pente courant/tension
varie
avec la taille moyenne des particules de la charge à conductivité non-
linéaire. Par
conséquent, la conductivité dans la zone de tension de travail du composite
est
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déterminée par la taille moyenne des particules de la charge à conductivité
non-
linéaire et sa concentration utilisée dans la matrice composite. L'époxy
utilisé et
l'adjonction de charges isolantes déterminent également les caractéristiques
diélectriques finales.
[00047] Dans des réalisations préférentielles de l'invention, la charge
isolante
est un oxyde inorganique; un hydroxyde inorganique et/ou un oxyhydroxyde
inorganique, de préférence la silice (SiO2), le quartz, un silicate connu,
l'oxyde
d'aluminium, le trihydrate d'aluminium, le mica, l'oxyde d'un métal de
transition
(notamment le Ti Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W ou Fe) ou la dolomite, l'oxyde
de
magnésium, l'hydroxyde de magnésium, la wollastonite, l'oxyde de calcium, le
Talc,
des perles de verre, un nitrure, de préférence le nitrure de silicium, le
nitrure de bore
et le nitrure d'aluminium, le borure de silicium ou un carbure, de préférence
le
carbure de bore ou le carbure d'aluminium ainsi que les fibres de renforcement
coupées ou continues de composition, longueur et diamètre connus ou un mélange
de tels matériaux de charge, de préférence de silice et/ou de quartz, de
préférence
de farine de silice, avec une teneur en SiO2 d'environ 95 à 98% en poids. Dans
des
réalisations préférentielles, la charge isolante est de la silice et, plus
préférablement,
de la silice fonctionnalisée en surface avec de l'époxysilane, par exemple du
SilbondO W12 EST du groupe Quarzwerke ou le Novakup 202V de Malvern .
[00048] Dans des réalisations de l'invention, la charge à conductivité non-
linéaire est le carbure de silicium (SiC), le ZnO et/ou une des poudres anti-
effluves
décrites dans la demande de brevet CA 2943645, préférablement une poudre
comprenant le borure d'aluminium, le FeB ou le ZrB2 produite selon le procédé
de
ladite demande. Dans des réalisations préférentielles de l'invention, la
charge à
conductivité non-linéaire est du SiC. Ce SiC peut être noir ou vert. Ces deux
types
de SiC sont typiquement produit en chauffant de la silice en présence d'une
source
de carbone. La différence de couleur est due à la pureté du carbure de
silicium, le
SiC vert étant d'une plus grande pureté alors que le SiC noir comprend du
carbone
résiduel, ce qui augmente sa conductivité électrique par rapport au SiC vert,
mais de
façon non délètere à son utilisation dans le présent composite. Dans des
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réalisations préférentielles, le SiC est du SiC vert. Préférablement, le SiC
(noir ou
vert) est du SiC 1000 grit, pour des raisons économiques et à cause de sa
granulométrie, mouillabilité, dureté et conductivité non-linéaire. Dans des
réalisations
plus préférentielles, le SiC est du SiC vert 1000 grit, par exemple celui
vendu par
Panadyne0.
[00049] Dans des réalisations préférentielles de l'invention, la matrice
d'époxy
provient de la réaction entre la résine époxy l'Araldite CY 5622 et le
durcisseur
Aradur 1235, et le composite comprend environ 29% p/p de SiO2 fonctionnalisée
en surface avec de l'époxysilane, préférablement du Silbond0 W12 EST
Quarzwerkee, comme charge isolante et 23% p/p de SiC vert 1000 grit
(préférablement de Panadyne0) comme charge à conductivité non-linéaire.
[00050] Dans des réalisations de l'invention, le composite comprend de
plus au
moins un additif, préférablement au moins un colorant et/ou au moins un
stabilisant.
Pièces et enrobages comprenant le composite ci-dessus
[00051] La présente invention concerne aussi l'utilisation du composite
décrit
ci-dessus pour entièrement ou partiellement former, ou encore pour entièrement
ou
partiellement enrober, une pièce. La présente invention concerne donc une
pièce
qui est soit constituée en tout ou en partie, préférablement en tout, du
composite
décrit ci-dessus ou qui comporte un coeur au moins partiellement,
préférablement
complètement, recouvert d'un enrobage du composite décrit ci-dessus.
[00052] Dans certaines réalisations de l'invention, cette pièce est une
pièce
d'un réseau électrique, c'est-à-dire soit un réseau de transport électrique ou
un
réseau de distribution électrique. Dans des réalisations préférentielles de
l'invention,
la pièce est une tige de traverse pour un réseau électrique. Plus
préférablement, la
pièce est une tige de traverse pour un réseau de distribution électrique, par
exemple
similaire à la traverse conventionnelle de la Figure 1.
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[00053] Dans des réalisations préférentielles de l'invention, tel que vu à
la
Figure 2, la tige de traverse (18) porte, à l'un ou à chacun, préférablement
chacun,
de ses bouts, un embout de fixation (20) pour former une traverse (10) apte à
être
installée sur un réseau électrique. Dans des réalisations préférentielles de
l'invention, les embouts de fixation (20) sont fixés à la tige avec un
adhésif.
[00054] Dans certaines réalisations de l'invention, la tige de traverse
est de
forme allongée, préférablement cylindrique ou prismatique. De préférence, la
tige de
traverse est cylindrique tel que vu à la Figure 3. La tige de traverse peut
comprendre
un vide interne ou bien être pleine, préférablement, la tige de traverse est
pleine tel
que vu à la Figure 3.
[00055] Dans certaines réalisations de l'invention, la pièce/tige de
traverse est
constituée, en tout ou en partie, préférablement en tout, du composite décrit
ci-
dessus. Dans des réalisations préférentielles de l'invention, la pièce/tige de
traverse
comporte un coeur au moins partiellement, préférablement complètement,
recouvert
d'un enrobage du composite décrit ci-dessus. Par exemple, la Figure 3 montre
une
tige de traverse (18) constituée d'un c ur (22) enrobé par un composite (24).
[00056] Dans des réalisations préférentielles de l'invention, le coeur de
la
pièce/tige de traverse est en résine renforcée de fibres de verre. Cette
résine peut
être, entre autres, une résine thermodurcissable. Cette résine peut être par
exemple
un polyester ou vinyle ester de bisphenol A (BPA), un époxy ou polymère (e.g.
un
polyuréthane) ayant une température de déformation mécanique supérieure à la
température de polymérisation de la résine époxy de l'enrobage.
[00057] L'épaisseur de l'enrobage dépendra de son utilisation prévue pour
la
pièce/tige de traverse. Dans les milieux très pollués, voire très pollués,
l'épaisseur
de l'enrobage d'une tige d'un réseau de transport électrique devrait être plus
élevée
afin de mieux protéger la tige. Dans des réalisations préférentielles de
l'invention,
l'enrobage a une épaisseur d'au moins environ 500 microns ou environ 1 mm
et/ou
d'au plus environ 10 mm ou environ 4 mm, préférablement environ 1/8 pouce
(environ 3 mm). Cette dernière épaisseur, selon les tests rapportés ci-
dessous, offre
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une très bonne protection lors d'utilisation dans un réseau de distribution
électrique.
L'épaisseur minimale ci-dessus provient également des tests rapportés ci-
dessous
(voir la Figure 10).
[00058] La
taille et la forme exacte de la pièce/tige de traverse dépendront de
son utilisation prévue. Plus la charge mécanique à porter sera importante,
plus la
taille de la traverse tendra à augmenter. Cependant, dans la plupart des
réseaux
électriques, on tente de limiter les variations de taille et on retrouve
plutôt des
traverses de tailles standardisées, ce qui permet de limiter la taille des
inventaires.
Dans des réalisations préférentielles de l'invention, le coeur de la tige de
traverse est
d'au moins environ 1 pouce de diamètre (environ 25 mm) et/ou d'au plus environ
8
pouces de diamètre (environ 200 mm), par exemple environ 1.75 pouce (environ
45
mm), environ 2 pouces (environ 50 mm), environ 2.25 pouces (environ 57 mm),
environ 2,5 pouces (environ 64 mm), environ 2.75 pouces (environ 70 mm) ou
encore 3,0 pouces (environ 76 mm) de diamètre.
Dans des réalisations
préférentielles de l'invention, la tige de traverse est d'environ 1.75, 2.25,
ou 2.75
pouces de diamètre, plus préférablement 1.75 pouce de diamètre. En utilisant
un
enrobage d'environ 1/8 pouce, on obtiendra ainsi avantageusement des traverses
de
diamètre total d'environ 2 pouces, environ 2,5 pouces ou encore 3,0 pouces,
qui
sont des tailles standards de traverse dans l'industrie.
[00059]
Dans certaines réalisations de l'invention, la formulation du composite
varie d'une région de la pièce/tige de traverse à l'autre. Il peut y avoir par
exemple
un gradient de concentration en charge isolante et/ou charge à conductivité
non-
linéaire dans le composite.
[00060]
Dans certaines réalisations de l'invention, la pièce/tige de traverse est
pour utilisation à l'extérieur, c'est-à-dire exposée, entre autres, à des
changements
de température dus aux conditions météorologiques. Dans le cas d'une
pièce/tige
de traverse enrobée du composite, l'enrobage a préférablement un coefficient
de
dilatation thermique faible et semblable à celui du coeur de la pièce/tige de
traverse
pour empêcher ou réduire les problèmes de délamination, fendillements, etc.
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[00061] La présente invention concerne aussi un enrobage comprenant le
composite décrit ci-dessus, pour enrober, entièrement ou partiellement, une
pièce.
[00062] Dans certaines réalisations de l'invention, l'enrobage est pour
enrober
une pièce décrite ci-dessus, préférablement une tige de traverse pour un
réseau
électrique, encore plus préférablement pour un réseau de distribution
électrique.
Dans certaines réalisations de l'invention, l'enrobage est l'enrobage décrit
ci-dessus.
Comme l'enrobage comprend le composite décrit ci-dessus, l'enrobage possède
les
avantages dudit composite et peut les conférer à la pièce.
Fabrication des pièces/tiges de traverse
[00063] La pièce/tige de traverse décrite ci-dessus peut être fabriquée
utilisant
n'importe quel moyen connu dans la technique, notamment par moulage, par
injection-pression-gélation (APG, automatic pressure gelation ), par
pultrusion,
par projection, par trempage ou par la méthode de fabrication par co-
pultrusion
décrite ci-dessous.
[00064] Dans certaines réalisations de l'invention, le moulage comprend
l'injection du composite de l'enrobage autour du c ur de la tige. La Figure 4
montre
un système de moulage en deux parties pour fabriquer une traverse de 40 po de
longueur. Ce moule contient aussi des cartouches chauffantes pour la
polymérisation.
[00065] Dans certaines réalisations de l'invention, la pièce/tige de
traverse est
fabriquée utilisant le APG. Dans un procédé APG typique, un insert
(préférablement
en forme de tige), qui est préchauffé et séché, est placé dans un moule. La
matrice
de résine époxy est injectée dans le moule à partir d'une entrée située au
fond du
moule en appliquant une pression sur un réservoir de mélange de résine ou en
utilisant une pompe proportionnelle. Après l'injection de la matrice de résine
époxy
dans le moule chaud, la matrice de résine durcit tandis que la pression
appliquée à
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la matrice de résine époxy dans le réservoir de mélange de résine est
maintenue à
environ 0,1 à environ 1,0 MPa.
[00066] Dans certaines réalisations de l'invention, la projection est
caractérisée
en ce que le composite de l'enrobage est projeté sur le coeur de la tige par
une
technique de projection thermique.
[00067] La présente invention concerne aussi une méthode de fabrication
par
co-pultrusion d'une pièce/tige de traverse comprenant un c ur de forme
allongée,
préférablement cylindrique, enrobé du composite tel que décrit ci-dessus.
[00068] Cette méthode comprend les étapes suivantes :
a. tirer un renfort à travers un bain d'une première résine thermodurcissable
afin
d'imprégner le renfort d'une première résine ;
b. tirer le renfort à travers une première filière chauffée afin de
polymériser la
première résine formant ainsi le coeur de la pièce/tige de traverse ; et
c. tirer le coeur de la pièce/tige de traverse à travers une deuxième filière
chauffée afin d'enrober le coeur de la pièce/tige de traverse avec le
composite
et de polymériser le composite afin d'obtenir la pièce/tige de traverse.
[00069] Dans certaines réalisations de l'invention, le renfort est un
tissu, un mat
ou des fibres, préférablement des fibres et plus préférablement des fibres de
verre.
[00070] La première résine peut être n'importe quelle résine
thermodurcissable, ou même une matrice thermoplastique, connue dans la
technique, tant que la résine ne réagit pas de façon indésirable avec la
deuxième
résine.
[00071] Dans des réalisations préférentielles de l'invention, la première
résine
est une résine thermodurcissable utilisée pour la pultrusion de fibres de
verre. La
première résine peut être un polyester ou vinyle ester de BPA, un époxy ou
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polymère comportant des températures de déformation mécanique supérieure à la
température de polymérisation de l'enrobage.
[00072] L'étape de tirer le renfort à travers le bain afin d'imprégner le
renfort de
la première résine peut être réalisée par n'importe quel moyen connu dans la
technique.
[00073] L'étape de tirer le renfort à travers la première filière chauffée
afin de
polymériser la première résine peut aussi être réalisée par n'importe quel
moyen
connu dans la technique. La première filière chauffée contrôle la teneur en
résine et
détermine la forme de la section. Dans des réalisations préférentielles de
l'invention,
la première filière chauffée est telle que le renfort devient de forme
cylindrique.
[00074] L'étape de tirer le coeur de la pièce/tige de traverse à travers
une
deuxième filière chauffée afin d'enrober le renfort avec le composite et de
polymériser le composite est réalisée avant que le coeur de la pièce/tige de
traverse
soit coupé, d'où il résulte une méthode de fabrication plus rapide et plus
efficace.
Dans des réalisations préférentielles de l'invention, la deuxième filière
chauffée
enrobe le renfort avec un enrobage du composite d'environ 1/8 pouces. Dans des
réalisations préférentielles de l'invention, le temps de
polymérisation/gélation est
ajusté à 3 minutes avec 2,5% p/p d'un accélérateur (par rapport au poids de la
résine époxy). Dans des réalisations préférentielles de l'invention,
l'accélérateur est
une amine hétérocyclique (préférablement l'Araldite DY070). Dans des
réalisations
préférentielles de l'invention, la température de la zone de polymérisation
est
d'environ 130 C.
[00075] Le renfort peut être tiré utilisant n'importe quel moyen connu
dans la
technique. Dans des réalisations préférentielles de l'invention, le renfort
est tiré par
un mécanisme de tirage. Dans des réalisations préférentielles de l'invention,
la
vitesse de déplacement est de 1,5 à 2 po./min pour une filière chauffante de 6
pouces de long.
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[00076] Optionnellement, les étapes a), b) et c) sont effectuées de
manière
continue.
[00077] Optionnellement, la méthode comprend l'étape subséquente de couper
la pièce/tige de traverse pour ainsi obtenir une pièce/tige de traverse de
longueur
désirée. L'étape de couper le renfort afin d'obtenir la pièce peut être
réalisée par
n'importe quel moyen connu dans la technique et préférablement par un
mécanisme
de coupage.
[00078] Dans des réalisations préférentielles de l'invention, la méthode
comprend de plus l'étape d'ajouter un embout de fixation à l'un ou à chacun,
préférablement chacun, des bouts de la pièce/tige de traverse. Dans des
réalisations
préférentielles de l'invention, les embouts sont fixés à la pièce/tige de
traverse avec
un adhésif.
[00079] La Figure 5b présente la méthode de fabrication par co-pultrusion
décrite ci-dessus. Les Figures 6a et 6b présentent un exemple d'une pièce
fabriquée
utilisant ladite méthode. Une tige FRP est utilisée à l'entrée de la deuxième
filière. La
deuxième résine est la résine HCEP CW5625 et de durcisseur HW5625-1 de
Huntsman0, ceux-ci étant pré-mélangés avec 62% SiO2, contenant au préalable
0.45 phr (parties par 100 parties de résine) d'un accélérateur Araldite DY-
062
(amine tertiaire). Le temps de polymérisation/gélation a été ajusté à environ
3
minutes avec 2,5% p/p époxy d'un accélérateur Araldite DY070 (amine
hétérocyclique). La température de la zone de polymérisation de 6 po. de long
a été
de 130 C. La vitesse de déplacement a été de 1,5 à 2 po./min.
Avantages de l'invention
[00080] Dans certaines réalisations de l'invention, l'un ou l'autre des
avantages
suivants pourraient être observés.
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[00081] Lorsqu'exposé à un champ électrique, le composite montre une
réduction des décharges partielles et de l'érosion (tracking) comparativement
à
certains produits commerciaux. Le composite montre une résistance au
cheminement et à l'érosion électrique équivalente aux isolateurs de lignes et
un
temps de vie utile prolongé. Plus précisément, lorsque le composite est
utilisé
comme enrobage d'une tige de traverse pour un réseau électrique, le composite
montre une réduction du courant de fuite de 20%, une érosion moindre et aucun
résidu conducteur (cheminement) après plus de 2000 hrs sous tension exposée à
un
brouillard salin (i.e. test de vieillissement accéléré en milieu agressif)
comparativement à des traverses actuelles (cheminement de 30 centimètres après
seulement environ 300 hrs).
[00082] Lesdites tiges sont exposées, surtout en milieu humide et pollué,
au
cheminement électrique qui dégrade leur performance diélectrique. La tige
d'une
traverse conventionnelle offre peu de résistance à la dégradation. Comme
expliqué
précédemment, la charge isolante de par sa stabilité thermique offre une
résistance
accrue au cheminement, beaucoup plus résistante à la dégradation qu'un
polymère.
De plus, elle abaisse le coefficient d'expansion thermique afin de prévenir la
délamination qui pourrait survenir au niveau du coeur, ceci pouvant avoir un
coefficient bas par rapport à la résine (comme, par exemple, avec un coeur FRP
(Fiber Reinforced Polymer)). En combinaison avec un matériau à conductivité
non-
linéaire, les performances du revêtement sont accrues. Comme expliqué
précédemment, ce dernier court-circuite l'accumulation de charges ou de dépôts
conducteurs en surface de la tige qui peuvent survenir en milieu pollué ou
lors
d'événements climatiques particuliers. Il réduit l'activité des décharges
partielles à la
surface qui mène à une dégradation prématurée. On croit que c'est la
combinaison
des deux types de charges dans le composite qui procure une résistance accrue
et
une durée de vie allongée à la tige de la traverse.
[00083] De plus, le composite comporte des caractéristiques de résistance
améliorée aux rayons UV et au cheminement électrique et, le cas échéant,
protège
le coeur qu'il recouvre. Le composite démontre une grande résistance au
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cheminement et à l'érosion électrique (un résultat des décharges partielles)
même
après la perte d'hydrophobicité de la surface. Le composite améliore la
qualité des
surfaces en les rendant résistantes à l'impact ou aux égratignures.
[00084] Le composite participe également à l'intégrité mécanique d'une
pièce.
Ainsi, si on utilise un enrobage épais (c'est-à-dire plus épais qu'une
peinture, par
exemple 1/8 pouce) afin d'améliorer les caractéristiques susmentionnées de la
pièce, on peut diminuer le diamètre du coeur de manière correspondante (de 2 à
1.75 pouce) et ainsi obtenir une pièce du même diamètre que la pièce de l'art
antérieur (tige de traverse peinturée) dont l'intégrité mécanique n'est pas ou
est peu
compromise. En fait, selon les tests faits par les inventeurs, une telle tige
de
traverse répond encore aux spécifications en vigueur pour ce type
d'équipement.
La pièce obtenue est donc davantage résistante aux conditions extérieures (UV,
abrasion, polluants), et aux décharges partielles (tension de claquage,
érosion et
cheminement). Elle peut également être utilisée avec les équipements existants
selon les procédures standards car sa taille n'aura pas changé et sa
résistance
mécanique restera suffisante.
[00085] Grâce au composite de l'invention, la pièce est potentiellement
protégée pendant toute sa durée de vie potentielle (50 ans), ce qui n'était
pas le cas
jusqu'à présent, en particulier dans les milieux agressifs, par exemple les
milieux
humides et/ou salins. Cela permet d'avoir une durée de vie équivalente aux
autres
composantes (poteau et isolateur). L'ensemble a une durée de vie semblable, ce
qui
facilite les travaux d'entretien et diminue le nombre d'interventions
nécessaires et
donc les coûts.
[00086] Conventionnellement, les peintures (PU ou autre) sont uniquement
appliqués sur des pièces dont la pultrusion est complétée (c'est-à-dire la
peinture est
une étape complètement distincte de la pultrusion, tel que démontré dans la
Figure
5a). Cependant, avec la méthode de fabrication par co-pultrusion de
l'invention,
l'enrobage du composite est appliqué à l'aide d'une deuxième filière,
subséquente à
la première, tel que démontré dans la Figure 5b.
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[00087] Dans certains aspects, la présente invention concerne donc une
méthode :
= d'augmenter la résistance à l'érosion d'une pièce d'un réseau électrique,
plus
particulièrement d'une tige de traverse,
= d'augmenter la résistance au cheminement d'une pièce d'un réseau
électrique, plus particulièrement d'une tige de traverse,
= d'augmenter la durée de vie d'une pièce d'un réseau électrique, plus
particulièrement d'une tige de traverse,
la méthode comprenant l'étape d'enrober la pièce avec le composite ci-dessus,
préférablement selon les techniques décrites ci-dessus.
Dans des réalisations
préférentielles, lesdites résistances et ladite durée de vie étant lorsque la
pièce est
utilisée en milieux agressifs, par exemple en milieux salins et/ou pollués.
EXEMPLES - TESTS ET RÉSULTATS
[00088] On a préparé le composite de l'invention suivant :
= Composite A: la résine Araldite CY5622 avec le durcisseur
Aradur0 HY 1235 et les charges SiO2 (Novakup 202V de
Malvern0, 29% p/p) et SiC (SiC 1000 grit, vert, de Panadyne0,
23% p/p).
[00089] On a aussi préparé le composite comparatif suivant :
= Composite comparatif 1 : la résine CW5625 avec le durcisseur
HW5625-1 et une charge pré-mélangée de SiO2 (62% p/p). Ce
composite ne contenait aucune charge à conductivité non-
linéaire.
[00090] On a fabriqué des tiges de traverse avec un enrobage de 1/8 po
(3.18
mm) d'épaisseur soit du Composite A, soit du Composite comparatif 1, sur un
coeur cylindrique en époxy/fibre de verre (G10) de 1,75 po de diamètre et sur
un
coeur en polyester ou vinyle ester de BPA.
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[00091] On a aussi utilisé comme Comparatif 2 dans certains tests, une
tige
de traverse conventionnelle dont le coeur cylindrique en époxy/fibre de verre
faisait 2
PO de diamètre et était recouvert d'une peinture polyuréthane (PU) d'épaisseur
conventionnelle, c'est-à-dire environ 50 microns.
[00092] Des tests ont aussi été faits sur des plaquettes-échantillons
selon la
norme IEC-60112 (l'appareil T4-41) et plan incliné (ASTM D2303).
[00093] La Figure 2 montre une traverse complète (avec embouts de
fixation)
fabriquée par moulage, avec un enrobage du Composite A de 1/8 po (3.18 mm)
d'épaisseur sur un coeur cylindrique polyester/fibre de verre de 1,75 po de
diamètre.
Les embouts sont collés avec un adhésif.
[00094] La Figure 3 montre une tige de traverse avec un enrobage du
Composite Comparatif 1 de 1/8 po (3.18 mm) d'épaisseur sur un c ur cylindrique
en époxy/fibre de verre (G10) de 1,75 po de diamètre.
[00095] La Figure 7 montre la chambre de test de brouillard salin sous
tension,
dans laquelle la tension d'essai était de 14,4kV. On peut voir 4 traverses
montées
sur le banc d'essai.
[00096] La Figure 8 présente les résultats qualitatifs d'un test en
brouillard salin
sous tension de 1000h (dans les conditions décrites ci-dessus pour la Figure
7). En
a) et b), on voit une tige de traverse enrobée du Composite A. La traverse
montre
très peu de dommage après 1000h. En comparaison, on voit en c) et d) une tige
de
traverse enrobée du Composite Comparatif 1. Celle-ci est visiblement plus
endommagée. Les photos montrent les faces dessus et dessous de l'extrémité de
la
traverse côté masse.
[00097] La Figure 9 présente les résultats qualitatifs d'un test de
brouillard salin
sous tension (dans les conditions décrites ci-dessus pour la Figure 7) de
durée
variée.
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= A gauche, une tige de traverse enrobée du Composite A, après 2000h en
brouillard salin, montre très peu de dommage.
= Au centre, une tige de traverse enrobée du Composite Comparatif 1, après
1000h en brouillard salin, est significativement plus endommagée malgré la
moitié de la durée d'exposition.
= A droite, la traverse conventionnelle Comparatif 2 , après seulement
328h, montre une érosion jusqu'aux fibres de verre et une longueur de
cheminement (tracking) d'environ 30cm.
[00098] La Figure 10 présente les résultats de test de brouillard salin
sous
tension (dans les conditions décrites ci-dessus pour la Figure 7) pour une
tige de
traverse enrobée du Composite A. La Figure 10 a) montre la tige avant le test,
et la
Figure 10 b) montre la tige après 1000h de test. Après 1000h, le diamètre de
la tige
a diminué de seulement environ 500 microns, ce qui est très peu et démontre
une
résistance élevée.
[00099] Les conditions de test ont été rendues encore plus difficile afin
des
tester les limites de résistance de la tige de traverse enrobée du Composite
A.
Cette tige a donc été soumise à un test de brouillard salin sous tension (dans
les
conditions décrites ci-dessus pour la Figure 7). Après 2000h, la tige, qui
montrait très
peu de dommage. La Figure 11 présente les résultats après 1000h
supplémentaires
en brouillard salin sous tension (donc après une exposition totale de 3000h),
la tige
est légèrement endommagée. On constate donc que la traverse avec le composite
A a résisté environ 10 fois plus longtemps que la traverse conventionnelle
recouverte de peinture PU.
[000100] Les Figures 12a et 12b présentent les résultats d'un test selon la
norme plan incliné (IEC-60587) pour deux plaquettes-échantillons. Plus
précisément,
la Figure 12b présente le courant électrique passant à la surface d'une
plaquette
d'une matrice d'époxy (XU 9509 / Aradur HY 9519, sans charge isolante et sans
charge à conductivité non-linéaire). La Figure 12a présente le courant
électrique
passant à la surface d'une plaquette de la même matrice d'époxy, mais
comprenant
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en outre 40% p/p de ZnO comme charge à conductivité non-linéaire. Les
résultats
montrent une réduction de l'activité des décharges partielles pour la
plaquette
composée de la matrice d'époxy comprenant le ZnO. Cependant, comparativement
à une tige de traverse enrobée du Composite A (qui comprend une charge
isolante
et une charge à conductivité non-linéaire), le courant de fuite de la
plaquette de la
matrice d'époxy comprenant le ZnO est toujours trop élevée pour l'utilisation
à long
terme. En effet, la plaquette de la Figure 12a a surchauffé est a été détruite
après
une courte période de temps. Cela démontre la nécessité d'avoir une charge
isolante
ainsi qu'une charge à conductivité non-linéaire; c'est la combinaison des deux
types
de charges dans le composite qui procure une résistance accrue et une durée de
vie
allongée à la tige de la traverse.
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RÉFÉRENCES
1. Le brevet no. EP2198434B1 ("Surface modified electrical insulation system
with improved tracking and erosion resistance", Greuter)
2. Le brevet no. CA2715651 ("Field-controlled composite insulator",
Denndorfer)
3. Le brevet no. US6764616B1 ("Hydrophobic epoxide resin system", Beisele)
4. Le brevet no. US7989704B2 ("Electric insulator and a method for the
production thereof", Bessede)
5. La demande de brevet no. US2011/0027532A1 ("Surface modified electrical
insulation system", Schmidt)
6. La demande de brevet no. US 2011/0017488 Al ("Field-Controlled Composite
lnsulator and Method for Producing the Composite Insulator', Denndorfer)
7. Le brevet no. US3791859 ("Stress grading coating for insulators -
Hirayama")
8. Le brevet no. EP 2 230 267 ("Method of producing a curable epoxy resin
composition")
9. La demande de brevet CA 2943645 ("Method for producing a field grading
material with tailored properties")
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