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EP0954893B1 - Module auto-compresseur de protection contre les surtensions et procede de fabrication - Google Patents

Module auto-compresseur de protection contre les surtensions et procede de fabrication Download PDF

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EP0954893B1
EP0954893B1 EP97914887A EP97914887A EP0954893B1 EP 0954893 B1 EP0954893 B1 EP 0954893B1 EP 97914887 A EP97914887 A EP 97914887A EP 97914887 A EP97914887 A EP 97914887A EP 0954893 B1 EP0954893 B1 EP 0954893B1
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EP
European Patent Office
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array
subassembly
matrix
tape
matrix layer
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EP97914887A
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English (en)
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EP0954893A1 (fr
EP0954893A4 (fr
Inventor
Jeffrey Joseph Kester
Todd R. Hoover
David P. Bailey
Charles W. Daley
Tomon K. Raimondi
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Cooper Technologies Co
Original Assignee
Cooper Technologies Co
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/12—Overvoltage protection resistors

Definitions

  • an object of this invention is to coordinate shrinkage during reaction (cure) and thermal expansion properties so as to maintain axial compression on the coated parts as well as to maintain a good dielectric interface to the component periphery.
  • the art of coordinating thermal expansion mismatch is well understood by those skilled in the art.
  • the novel aspect of the present invention is to use these coating parameters to control contact pressure in the stacked array of coated electrical components.
  • the rigid epoxy skin together with end plug 320 and stopper 324, completely enclose and seal the components of the surge arrestor, making it suitable for use in a variety of environments, including under oil.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)
  • Insulating Bodies (AREA)
  • Insulators (AREA)

Claims (30)

  1. Sous-ensemble pour parafoudre (60) comprenant:
    une pluralité de composants électriques (12, 14, 18) empilés dans un assemblage axial (20), cet assemblage ayant une surface extérieure ; et
    un revêtement isolant (16) disposé sur la surface extérieure de l'assemblage axial (20), ce revêtement étant lié à la surface extérieure de l'assemblage et exerçant une force en direction axiale sur l'assemblage de manière à maintenir les composants de l'assemblage (20) en contact électrique les uns avec les autres ;
    le revêtement (16) ayant un coefficient de dilatation thermique qui est supérieur au coefficient de dilatation thermique des composants électriques (12, 14, 18).
  2. Sous-ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement comprend une matrice (21) et un matériau de renforcement (24, 28), cette matrice et ce matériau de renforcement étant essentiellement stables lorsqu'ils sont soumis à une haute tension et à une température élevée.
  3. Sous-ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que la matrice (21) comprend au moins une résine thermodurcissable (22).
  4. Sous-ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que la matrice (21) comprend au moins deux résines thermodurcissables (22, 25), ces résines étant mutuellement compatibles.
  5. Sous-ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce que la résine thermodurcissable (22) est sélectionnée dans un groupe comportant des résines de polyster, des résines phénoliques et des résines époxy, et dont la température de durcissement est supérieure à la température maximum prévue en mode de défaillance du sous-ensemble lorsque celui-ci est utilisé dans un parafoudre.
  6. Sous-ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau de renforcement (24, 28) est sélectionné dans un groupe comportant le verre et la céramique, ce matériau de renforcement étant capable de modifier le coefficient de dilatation thermique du revêtement (16).
  7. Sous-ensemble selon la revendication 6, caractérisé en ce que tout ou partie du matériau de renforcement (24, 28) est constitué de fibre de verre se présentant sous forme de fibres continues finement divisées qui s'étendent tout le long de l'assemblage (20).
  8. Sous-ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce que au moins une couche de la matrice (21) est disposée entre ces fibres et l'assemblage (20), cette matrice assurant l'adhésion des fibres à l'assemblage.
  9. Sous-ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce que les fibres sont saturées de résine et sont disposées dans au moins deux groupes parallèles, chaque groupe prenant la forme d'un tronçon de ruban continu.
  10. Sous-ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce que les fibres sont en partie des fibres continues disposées en spirale autour de l'assemblage (20) et s'étendant tout le long de l'assemblage.
  11. Sous-ensemble selon la revendication 6, caractérisé en ce que les fibres sont mêlés uniformément avec la matrice (21).
  12. Sous-ensemble selon la revendication 6, caractérisé en ce que le revêtement (16) comporte des sections qui n'ont pas de fibres, ces sections étant disposées à certains intervalles le long de l'assemblage (20).
  13. Sous-ensemble selon la revendication 6, caractérisé en ce que les fibres sont en partie disposées sous forme d'un ou de plusieurs groupes linéaires s'étendant le long de l'assemblage (20), et en partie aussi disposées sous forme d'un ou de plusieurs groupes s'étendant en spirale le long de l'assemblage, les groupes en spirale se terminant à chaque extrémité de l'assemblage par un minimum de quatre spires superposées, chaque groupe en spirale étant disposé au-dessus des groupes linéaires, et une couche de matrice appropriée étant disposée entre les groupes linéaires et les groupes en spirale.
  14. Sous-ensemble selon la revendication 13, caractérisé en ce que les groupes de fibres linéaires et les groupes de fibres en spirale sont disposés de manière à ce que les sections sans fibres sont définies à certains intervalles le long de l'assemblage (20).
  15. Sous-ensemble selon la revendication 9, caractérisé en ce que le ruban (24) comprend une résine à durcissement intermédiaire.
  16. Sous-ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que la matrice (21) est faite de céramique.
  17. Sous-ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que la matrice (21) est faite de verre.
  18. Sous-ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que la matrice (21) est faite de caoutchouc de silicone.
  19. Sous-ensemble selon la revendication 6, comportant par ailleurs des moyens d'aération (29).
  20. Sous-ensemble selon la revendication 19, caractérisé en ce que ces moyens d'aération (29) comportent des zones de rigidité réduite dans le revêtement (16).
  21. Sous-ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les composants électriques comportent au moins deux varistances métal-oxyde (12) et une gaufre conductrice disposée entre chaque paire adjacente de varistances métal-oxyde, les surfaces supérieure et inférieure de la gaufre étant crénelées.
  22. Sous-ensemble selon la revendication 21, caractérisé en ce que les composants électriques comportent par ailleurs au moins un éclateur.
  23. Sous-ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que:
    la pluralité de composants électriques comprend au moins deux varistances métal-oxyde (12) ; et
    le revêtement isolant (16) comprend:
    une première couche de matrice (22) comprenant une résine thermodurcissable sélectionnée dans des groupes comportant des résines de polyester, des résines phénoliques et des résines époxy, ainsi que des combinaisons compatibles de ces résines, la résine thermodurcissable étant liée à la surface extérieure ;
    une deuxième couche de matrice (25) comprenant une résine thermodurcissable sélectionnée dans le même groupe que la première couche de matrice, cette deuxième couche de matrice étant liée à la première couche de la matrice;
    une première couche de fibres (24) comprenant des bandes de ruban espacées les unes des autres, s'étendant tout le long de l'assemblage, chaque bande comprenant une multiplicité de fibres saturées de résine de polyester à durcissement intermédiaire disposées en parallèle, ces bandes étant noyées dans la deuxième couche (25) de la matrice;
    une troisième couche de matrice (26) comprenant une résine thermodurcissable sélectionnée dans le même groupe que la première couche de la matrice;
    une deuxième couche de fibres (28) comprenant une pluralité de fibres saturées de résine de polyester à durcissement intermédiaire, et disposée en parallèle dans une deuxième bande de ruban, cette deuxième bande étant plus étroite que la première bande et étant disposée en spirale autour de la surface extérieure, s'étendant tout le long de l'assemblage (20) et se terminant à chaque extrémité de cet assemblage, la deuxième couche de fibres et la troisième couche de la matrice (26) étant noyées au moins en partie dans la deuxième couche de la matrice; et
    une quatrième couche de matrice (27) composée essentiellement de la même résine thermodurcissable que la deuxième couche de la matrice;
    le revêtement isolant (16) exerçant des forces en direction axiale et radiale sur l'assemblage (20) aux températures de service normales de manière à maintenir les composants de l'assemblage (20) en contact électrique et en alignement axial les uns avec les autres.
  24. Sous-ensemble selon la revendication 23, caractérisé en ce que l'assemblage (20) comporte par ailleurs au moins un éclateur (315).
  25. Sous-ensemble selon la revendication 24, caractérisé en ce que l'assemblage (20) comporte par ailleurs une borne aérée (320) à l'une des extrémités.
  26. Sous-ensemble selon la revendication 25, caractérisé en ce que la borne est traversée par une perforation (322) et en ce que l'assemblage comporte par ailleurs un obturateur servant à boucher cette perforation (324).
  27. Ensemble électrique comprenant le sous -ensemble de la revendication 23 et un boîtier étanche à l'eau formé avec le revêtement (16) et faisant partie intégrante de ce revêtement, le boîtier comprenant un noyau disposé autour du sous-ensemble ainsi qu'une pluralité d'ailettes radiales espacées dans le sens axial tout le long du noyau.
  28. Méthode de réalisation d'un sous-ensemble électrique pour parafoudre (60) comportant les étapes qui consistent:
    à préchauffer une pluralité de composants électriques (12, 14, 18) pour les porter à une température comprise entre 150 et 260°C (300-500°F);
    à disposer ces composants (12, 14, 18) préchauffés, au nombre desquels figurent au moins deux varistances métal-oxyde (12) ainsi qu'une gaufre conductrice placée entre chaque paire de varistances métal-oxyde (12), dans un assemblage axial (20) en plaçant ces composants dans un montage de manière à former un empilage comportant une surface extérieure et un bornier (14) à chaque extrémité;
    à exercer une force axiale sur les extrémités de l'empilage afin d'assurer un bon contact électrique entre les composants (12, 14, 18);
    tout en condinuant d'exercer cette force axiale et de maintenir les composants à une température minimum de 150°C, à appliquer sur la surface extérieure de l'empilage une première couche de matrice (22) comportant au moins une matière diélectrique mutuellement compatible à grande stabilité sous tension, chacune des matières diélectriques étant sélectionnée dans un groupe comprenant des résines thermodurcissables, des céramiques, du verre et du caoutchouc de silicone;
    à recouvrir la première couche (22) de la matrice d'une deuxième couche de matrice (25), la première couche de la matrice étant capable de durcir plus rapidement que la deuxième couche de la matrice, de sorte que la première couche de la matrice adhère à la surface extérieure de l'assemblage et qu'elle se mêle avec la deuxième couche de la matrice et/ou adhère à celle-ci, la surface extérieure de cette deuxième couche de matrice étant relativement plus molle et capable de noyer, tout du moins en partie, une ou plusieurs couches de ruban;
    à recouvrir en grande l'extérieur de la deuxième couche de matrice (25) d'une première couche de ruban (24) comprenant une pluralité de bandes de ruban imprégné de résine espacées dans le sens radial, ce ruban comprenant une multiplicité de fibres alignées linéairement, les fibres étant sélectionnées dans un groupe comprenant la fibre de verre, le nylon, la rayonne et les céramiques, chaque bande de ruban s'étendant tout le long de l'empilage, et l'espacement des bandes de ruban adjacentes étant suffisant pour permettre l'aération de l'empilage pendant l'ionisation lorsqu'il est utilisé dans un parafoudre, la résine d'imprégnation étant sélectionnée dans un groupe comprenant des résines de polyester, des résines époxy et des résines phénoliques à grande stabilité sous tension.
    à maintenir ces fibres saturées de résine, en appliquant au-dessus de la deuxième couche (25) de la matrice et la première couche de ruban (24) une troisième couche de matrice (26) constituée d'au moins une matière diélectrique mutuellement compatible à grande stabilité sous tension, chacune des matières diélectriques étant sélectionnée dans un groupe comprenant des résines thermodurcissables, des céramiques, du verre et du caoutchouc de silicone, la troisième couche de la matrice formant une surface extérieure molle capable de noyer, tout du moins en partie, une ou plusieurs couches de ruban;
    à appliquer au-dessus de la troisième couche de la matrice (26) une deuxième couche de ruban (28) comportant une deuxième bande de ruban imprégnée de résine et ayant une multiplicité de fibres alignées linéairement, les fibres étant sélectionnées dans un groupe comprenant la fibre de verre, le nylon, la rayonne et les céramiques, cette résine à durcissement intermédiaire étant sélectionnée dans un groupe comprenant des résines de polyester, des résines époxy et des résines phénoliques à grande stabilité sous tension, et cette deuxième bande de ruban étant disposée en spirale autour de l'assemblage et s'étendant tout le long de l'assemblage, et par ailleurs se terminant à chaque extrémité de l'assemblage (20) par un minimum de deux spires superposées;
    à appliquer au-dessus de la troisième couche de la matrice (26) et de la deuxième couche de ruban (28) une quatrième couche de matrice (27) comportant au moins une matière diélectrique mutuellement compatible à grande stabilité sous tension, chacune des matières diélectriques étant sélectionnée dans un groupe comprenant des résines thermodurcissables, des céramiques, du verre et du caoutchouc de silicone;
    à durcir les couches de matrice (22, 25, 26, 27) et les résines pendant une période suffisante et à une température qui dépasse la température maximum prévue en mode de défaillance des composants électriques lorsque ceux-ci sont utilisés dans un parafoudre ;
    à refroidir le sous-ensemble et supprimer la force axiale exercée sur les extrémités du sous-ensemble.
  29. Méthode selon la revendication 28, caractérisée en ce que, dans le cadre de l'étape de préchauffage, il est prévu de doter l'empilage de varistances métal-oxyde (12) d'au moins un éclateur (315) et d'une borne aérée (320).
  30. Sous-ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que:
    la pluralité de composants électriques comprend au moins deux varistances métal-oxyde (12), au moins un éclateur (315), et une borne aérée (320).
EP97914887A 1996-03-01 1997-03-03 Module auto-compresseur de protection contre les surtensions et procede de fabrication Expired - Lifetime EP0954893B1 (fr)

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EP0954893A1 EP0954893A1 (fr) 1999-11-10
EP0954893A4 EP0954893A4 (fr) 1999-11-10
EP0954893B1 true EP0954893B1 (fr) 2010-07-07

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NZ (1) NZ331649A (fr)
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