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APPAREIL ELECTRIQUE.
La présente invention concerne les appareils électriques et spé-cialement les appareils utilisant la chaleur latente(:de vaporisation d'un liquide diélectrique pour dissiper la chaleur produite par les appareils en fonctionnement, et utilisant aussi les vapeurs du liquide de réfrigération comme fluide électriquement isolant.
On isole couramment, dans l'industrie électrique, des appareils électriques hermétiques au moyen d'un diélectrique liquide, en plongeant les pièces électriques dans le liquide qui sert de réfrigérant et d'isolant électrique des pièces entre elles et par rapport à la cuve dans laquelle elles sont plongées. La fabrication et l'emploi d'appareils à diélectrique liquide de ce genre présentent cependant des inconvénients. Par exemple, il faut utiliser de grandes quantités de diélectriques liquides comme les huiles, les composés chlorés, etc.
Le transformateur d'élaboration récente à remplissage gazeux ou à refroidissement par air évite certains des inconvénients des appareils à di- électrique liquide, mais en présente de nombreux autres. Un inconvénient résnde dans la nécessité de trouver les mayens adéquats pour assurer un refroidissement suffisant de l'appareil électrique.
La présente invention a pour but, dans le cas d'appareils électriques hermétiques utilisant la chaleur de vaporisation d'un réfrigérant liquide pour dissiper la chaleur produite en fonctionnement, de retarder la dissipation de la chaleur du réfrigérant vaporisé jusqu'à ce qu'une pression déterminée soit atteinte à l'intérieur de l'appareil et d'assurer ensuite une augmentation progressive de la dissipation de cette chaleur par le réfrigérant vaporisé, de manière à maintenir la pression et la température dans l'enveloppe dans des limites déterminées.
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L'invention a aussi pour but, dans un appareil électrique enfermé dans un bottier at utilisant la chaleur de vaporisation d'un réfrigérant liquide pour dissiper la chaleur produite en fonctionnement, de régler'le degré de dissipation de la chaleur du réfrigérant vaporisé en empêchant celui-ci de pénétrer dans un réfrigérateur extérieur avant qu'une pression déterminée soit atteinte dans le bottier, et de permettre ensuite une augmentation progressive de l'écoulement du réfrigérant vaporisé du bottier vers le réfrigérateur extérieur avec l'augmentation de pression, de manière à maintenir automatiquement la pression et la température à l'intérieur du bottier dans des limites déterminées.
La présente invention ressortira clairement de la description de plusieurs denses formes d'exécution, donnée ci-après, avec référence au dessin annexé, dans lequel :
La figure 1 est une -vue schématique d'un transformateur comprenant une forme d'exécution de l'invention.
La figure 2 est une .vue schématique d'une autre forme d'exécution de l'invention, et
La figure 3 est une vue de profil de la forme d'exécution de la figure 2.
Comme la figure 1 le montre, un transformateur 10 comprend un bottier hermétique 12 contenant un noyau magnétique 14 et des enroulements électriques correspondants 16. Comme représenté, les enroulements électriques 16 et le noyau 14 sont posés sur la partie'inférieure du bottier 12. Pour simplifier le dessin, les connexions des enroulements 16 et les passages normalement placés sur le couvercle ou le dessus du bottier 12 ne sont pas représentés.
D'autre part, afin de maintenir une pression et une température plus constantes à l'intérieur du bottier 12 de manière à pouvoir admettre de plus grandes variations de charge du transformateur 10, une matière isolante 18, comme de la fibre de verre ou équivalent, peut tapisser les parois du bottier 12, en étant maintenue par une chemise métallique extérieure 20.
Gomme la figure le montre, un puisard 22; situé dans le fond du bottier 12, contient une certaine quantité d'un réfrigérant liquide vaporisable 24. Cette quantité est relativement faible comparée aux dimensions du bottier 12, étant normalement entièrement contenue dans le puisard 22, hors de contact du noyau 14 et des bobinages électriques 16. Cette quantité de réfrigéraht liquide 24 doit cependant être suffisante pour remplir, à l'état de vapeur, le bottier 12 et un condenseur associé 26, quand cette vapeur atteint la température maximum pouvant être atteinte pendant le fonctionnement de l'appareil.
Différents réfrigérants liquides vaporisables sont connus et peuvent être utilisés dans la mise en exécution de l'invention. En pratique, il est préférable d'utiliser les réfrigérants liquides vaporisables du type décrit dans le brevet belge n 498.971.
Par exemple, le réfrigérant liquide vaporisable peut 4tre choisi parmi les composés organiques fluorés liquides du groupe des hydrocarbures, éthers d'hydrocarbures et amines d'hydrocarbures tertiaires dans lesquels au moins la moitié des atomes d'hydrogène est remplacée par au moins un halogène choisi dans le groupe du chlore et du fluor, et au moins la moitié de l'hydro- gène est du fluor. Les hydrocarbures et groupes d'hydrocarbures attachés aux atomes d'oxygène ou d'azote peuvent être aliphatiques, aromatiques, dycloaliphatiques et alkaryls. Les perfluorocarbures, éthers et amines tertiaires de perfluorocarbures liquides bouillant entre 50 C et 225 C ont d'excellentes qualités.
Les composés perhalocarburés composés uniquement de carbone et d'un halogène pris dans le groupe des chlore et fluor et. les deux, le fluor prenant au moins la moitié des atomes d'halogène, sont d'excellents réfrigérants liquides convenant bien pour l'invention.
Les vapeurs des composés organiques fluorés précités ont des pre-
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priétés d'isolement électrique extraordinaires. Elles sont supérieures pratiquement à tous les gaz en ce qui concerne les caractéristiques électriques comme la tension de rupture, la rigidité diélectrique, le facteur de puissance et la résistance à l'effet corona, dans des conditions semblables de température et de pression. Ces composés ont une stabilité chimique et thermique ex- cellente, surpassée seulement par les gaz permanents.
A l'état liquide, ces composés fluorés n'ont qu'un effet négligeable, s'il y en a, de détérioration ou de mise en solution sur les matériaux et vernis isolants couramment utilisés dans la fabrication de pièces électriques ordinaires comme les enroulements, noyaux et bobinages.
La liste ci-après de composés organiques fluorés donne des exemples de composés organiques fluorés déterminés pouvant être utilisés seuls ou combinés dans la mise en exécution de l'invention.
EMI3.1
<tb>
<tb>
Point <SEP> d'ébullition
<tb> perfluorophenanthrane <SEP> 205 C
<tb> éther <SEP> perfluorodibutylique <SEP> 100 C
<tb>
EMI3.2
perf luor otri éthyla.ne 710C perfluorotributylamine 178bC perf7.orodiméthylcyclohexane 14l C perflaorométhyleyclohexane 760c perfluoro-n-heptane 820G psrf lorot oluène 102 C n.onochlorot étrafluoro-( trif luor ométhyl. ) benzène 137 G dichlorotrifluoro-(trifluorométhyl)benzène 1700C trichlorodifluoro-(tr3fluorom.éthyl) benzène 20700 mon0chl0rop@lltadeC"af1uoroheptane 96ôC 2-chloro-1,J,.
bi s (trif luorométhyl) benzène 148 C 2-chlorotri±luorométhylbenzène 1500C perfluorodiêthyleyclohexame 14$bC perfluoroéthyleyclohexame 101 G perfluoropropylcyclohezane 123 C chlorononaflnorobis(trifluoraméthyl)
EMI3.3
<tb>
<tb> cyclohexane <SEP> 29 C
<tb> perfluoronaphtalane <SEP> 140 C
<tb>
EMI3.4
perflaoro-1-methyloaphtalane 161bC perfl-aorodiméthylnaphtalanes 177 à 179 C
EMI3.5
<tb>
<tb> perfluoroindane <SEP> 116 <SEP> à <SEP> 117 C
<tb>
EMI3.6
perfluorodluorane 19000
EMI3.7
<tb>
<tb> perfluorobicyclo-(2.2.1) <SEP> heptane <SEP> 70 C <SEP> (746 <SEP> mm)
<tb>
Les amines et éthers peuvent avoir des groupes hydrocarburés à
EMI3.8
halogènes de substitution dissymétriques comme, par exemple, 2,2-dïch.oro-1,1, 1 trifluoroéthl perfluorobutyléther et perflaorodibutyléthy lamine.
Les points de congélation des composes liquides de la liste ci-avant sont en-dessous de zéro degré centigrade, beaucoup étant meme inférieurs à -50 C, de sorte qu'ils peuvent être utilisés, sans danger, seuls ou en combinaison, dans presque toutes les conditions de température ambiante pouvant se présenter en cours de fonctionnement.
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Afin d'appliquer le réfrigérant liquide 24 aux bobinages électriques 16, une pompe 28 monte le réfrigérant liquide 24 par une conduite 30 jusqu'à un dispositif d'arrosage ou d'écoulement 32 qui répartit le liquide audessus du noyau 14 et des enroulements 16. Le réfrigérant liquide, en se répandant, se répartit en une mince pellicule ou nappe (non représenté) sur le noyau 14 et les enroulements 16 et s'évapore librement si les pièces électriques se trouvent à une température élevée, refroidissant ainsi le noyau 14 et les bobinages 16 et se répandant en vapeur de réfrigérant liquide dans l'espace 33 à l'intérieur du bottier 12.
D'autres procédés peuvent être utilisés pour appliquer le réfrigérant liquide 24 au noyau 14 et aux enroulements 16 suivant la forme de l'appareil, la seule (-condition à remplir étant 'que la nappe liquide doit être répartie de façon raisonnablement uniforme sur les parties à refroidir.
Un coussin de gaz pour le liquide vaporisable est constitué 'à l' intérieur du bottier 12 par un gaz non condensable 34 comme l'azote, l'argon, le néon,l'acide carbonique, etc.., ou des mélanges de ceux-ci, dans la partie supérieure du bottier 12. Comme la densité des vapeurs de réfrigérant est plusieurs fois plus grande que celle du gaz non condensable 34, celui-ci a naturellement tendance de se séparer et de se ramasser dans la partie supérieure du bottier 12. En pratique, une véritable ligne de démarcation 38 se montre entre le gaz non condensable 34 et la vapeur. Gomme la figure le montre, la ligne de démarcation gaz-vapeur 38 se trouve un rien en-dessous du gaz 34 et désigne la hauteur maximum atteinte par le réfrigérant vaporisé dans l'espace 33 quand le transformateur 10 est assez fortement chargé, cas représenté à la figure 1.
D'autre part, une ligne de démarcation 40 représente la hauteur maximum atteinte par le réfrigérant vaporisé dans l'espace 33, quand le transformateur 10 est relativement peu chargé. Gemme la pression et la température du réfrigérant vaporisé augmentent à l'intérieur du bottier 12 quand la charge du transformateur 10 augmente, à cause de la compressibilité du coussin de gaz 34, la ligne de démarcation vapeur-gaz remonte dans la position 38 quand le. transformateur atteint ses température et pression maxima, tandis que la ligne de démarcation gaz-vapeur 40 représente la hauteur maximum du réfrigérant vaprisé dans l'espace 33, quand le transformateur 10 se trouve à des température et pression relativement basses.
Il faut noter, que dans la forme d'exécution considérée, l'arrosoir 32 a son ouverture placée, de préférence, en-dessous de la ligne de démarcation gaz-vapeur 40, de façon que le réfrigérant liquide, en se répandant, ne crée pas de perturbations dans la répartition du gaz non condensable 34 et que la ligne de démarcation gaz-vapeur soit plus ou moins stable pour un état de fonctionnement donné du transformateur 10.
Pour faire réellement passer le réfrigérant vaporisé du bottier 12 dans le condenseur 26, quand il dépasse la ligne de démarcation gaz-vapeur 40, et maintenir ainsi la pression et la température à l'intérieur du bottier 12 dans des limites déterminées, une extrémité d'une conduite 42 aboutit dans le haut du bottier 12, dans le voisinage des lignes de démarcation gaz-vapeur 38 et 40. Comme le dessin le montre, l'autre bout de la conduite 42 est relié mécaniquement à un collecteur inférieur 44 faisant partie du condenseur 26.
Pour ramener le réfrigérant vaporisé dans le puisard 22, une fois qu'il s'est condensé dans le condenseur 26, une conduite 46 relie le collecteur inférieur 44 àu bas du bottier 12. Comme la figure le montre, la conduite 46 comprend une partie en U servant de garde hydraulique empechant les vapeurs du bottier 12 de pénétrer, par la conduite 46, dans le collecteur 44 du condenseur 26. Cette garde hydraulique empêche aussi l'écoulement de réfrigérant vaporisé du boitier 12 à travers des conduites 46 et 42 et retour au bottier.
Tout gaz non condensable 34 qui se serait échappé dans le condenseur 26 par la conduite 42 est enlevé par une conduite 48 dont une extrémité aboutit à l'extrémité supérieure du bottier 12 de manière à être en contact avec la masse de gaz non condensable 34, l'autre extrémité de la conduite 48 aboutissant à un collecteur supérieur 49 qui fait aussi partie du condenseur 26.
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En fonctionnement, quand les enroulements électriques 16 s'échauf- fent à cause de la charge du transformateur 10, et qu'une partie du réfrigérant liquide 24 est répandue, celui-ci commence à s'évaporer, monte éventuellement et comprime le gaz non condensable 34 jusqu'à atteindre un plafond comme celui représenté par la ligne de démarcation gaz-vapeur 40. Quand le transformateur
10 travaille avec une charge-relativement faible de ce genre, les parois du bottier 12 ont une superficie suffisante pour refroidir efficacement le réfri- gérant liquide vaporisé dans l'espace 33 et dissiper assez de chaleur pour maintenir la température et la pression normales à l'intérieur du bottier 12.
Quand la charge du transformateur 10 augmente avec une augmentation corres- pondante de la température des bobinages 16, la pression du réfrigérant vapori- sé dans l'espace 33 augmente et le niveau de vapeur remonte jusqu'à découvrir l'entrée de la conduite 42. A ce moment, une partie du réfrigérant vaporisé s'écoule, par convection naturelle, de l'espace 33, par la conduite 42, dans le collecteur 44 du condenseur 26. Le réfrigérant vapeur monte ensuite à tra- vers le condenseur 26 vers le collecteur supérieur 49 et, pendant cette ascen- sion, il se condense et retourne au puisard 22 par la conduite 46. Si du gaz non condensable 34 s'est échappé dans le condenseur 26, il revient dans l'es- pace du boîtier 12 occupé par la masse de gaz non condensable 34, à travers le collecteur 49 et la conduite 48.
Si la charge du transformateur 10 continue à augmenter, la vapeur de réfrigérant continue à monter dans l'espace 33 et comprime le gaz non eonden- sable 34 jusqu'à atteindre la position représentée par la ligne de démarcation gaz-vapeur 38. Pendant cette montée, le réfrigérant vaporisé s'écoule par la conduite 42 dans le condenseur 26 en quantité croissante, de manière à maintenir là pression et la température à l'intérieur du bottier 12 dans des limites déterminées.
La figure 2 du dessin représente une autre forme d'exécution de l'invention. Lesmêmes éléments sont désignés par les mêmes références qu'à la figure 1.
Afin de refroidir plus efficacement le réfrigérant vaporisé de l'espace 33, quand il quitte le bottier 12, la forme d'exécution de la figure 2 prévoit deux condenseurs 50 et 52. Comme la figure le montre, les condenseurs 50 et 52 ont des collecteurs inférieurs 54 et 56, et des collecteurs supérieurs 58 et 60, respectivement. Les collecteurs inférieurs 54 et 56 sont réunis par une conduite en U 62. Afin de laisser passer le réfrigérant vaporisé condensé des condenseurs 50 et 52 dans le puisard 22, une conduite 64 relie la conduite 62 au bas du bottier 12. La conduite 64, est en forme de U de manière à faire garde hydraulique et à empêcher la vapeur de réfrigérant d'aller de l'espace 33 dans les condenseurs 50 et 52 par la conduite 64.
Le réfrigérant vaporisé peut passer de l'espace 33 dans les condenseurs 50 et 52 par une conduite 66 dont une extrémité aboutit dans le haut du bottier 12 près des lignes de démarcation 38 et 40 et l'autre extrémité est réunie au collecteur supérieur 58 du condenseur 50. Tout gaz non condensable 34 qui se serait échappé dans les condenseurs 50 et 52 par la conduite 66, est ramené en bonne place par une conduite 68 dont une extrémité est située dans l'espace occupé par la masse de gaz non condensable 34 et l'autre extrémité est reliée au collecteur supérieur 60 du condenseur 52.
Comme le dessin le montre, la conduite 68 en forme de L de la présente forme d'exécution comprend une partie relevée située dans le bottier 12 et servant à faciliter le transfert de réfrigérant vaporisé et de tout gaz non condensable 34 qui aurait pu se mélan- ger dans le condenseur 50 et même le condenseur 52.
En fonctionnement, quand la charge du transformateur 10 augmente et que le réfrigérant vaporisé de l'espace 33 découvre l'entrée de la conduite 66 en manant,le réfrigérant vaporisé s'écoule par le collecteur supérieur 58 dans le condenseur 50 et le collecteur inférieur 54. Il passe ensuite par la conduite 62 dans le condenseur 52, et se condense dans les condenseurs 50 et 52. Quand la charge du transformateur 10 augmente encore, une plus grande quantité de réfrigérant vaporisé passe dans les condenseurs 50 et 52 de manie-
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re à maintenir la température et la pression à l'intérieur du bottier 12 dans des limites déterminées.
L'appareil de la présente invention présente plusieurs avantages. Par exemple, la température et la pression à l'intérieur du bottier 12 sont maintenues dans des limites déterminées au moyen d'un plus petit nombre d'éléments que dans les anciens appareils. L'appareil est donc moins coûteux et son entretien plus simple.
REVENDICATIONS. l. Appareil électrique, comme un transformateur, comprenant un enroulement dans un bottier hermétique, un moyen pour appliquer un réfrigérant liquide vaporisable à l'enroulement de manière à le refroidir en évaporant le réfrigérant à l'état d'une vapeur condensable, un gaz non condensable à l'in- térieur du bottier servant à constituer un coussin de gaz compressible situé' au-dessus de la vapeur condensable, et un moyen pour maintenir automatiquement la pression et la température à l'intérieur du bottier hermétique dans des limites déterminées, ce moyen comprenant au moins un condenseur extérieur au bottier hermétique et relié à celui-ci par une conduite qui pénètre dans le bottier dans le voisinage de la ligne de démarcation entre la vapeur condensable et le gaz non condensable,
de façon que la vapeur condensable s'écoule du bottier dans le condenseur quand cette ligne de démarcation atteint une certaine hau- teur.