CA2321361A1 - Systeme d'isolation electrique pour appareillage de nature inductive - Google Patents
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Description
SYST~ME D'ISOLATION ÉLECTRIQUE POUR APPAREILLAGE DE
NATURE INDUCTIVE
La présente invention concerne les systèmes d'isolation électrique pour des appareillages de nature inductive, tels les moteurs électriques, les transformateurs et les bobines. Plus particulièrement, il concerne l'isolation des fils des spires de bobines électriques.
ART ANTÉRIEUR
II est bien connu dans l'art antérieur que les isolants électriques d'appareillages de nature inductive peuvent se dégrader par décharges partielles. II faut ici différencier deux cas : celui des isolants soumis à
des tensions alternatives, à la fréquence du secteur, supérieures à 700 V et celui des équipements alimentés par électronique de puissance dont les tensions nominales sont de 600V ou moins tel que les moteurs à
enroulement en vrac connus en anglais sous l'appellation "random wound", ou ceux à plus de 600V tel que les moteurs à isolation préformée.
Par exemple, l'isolation électrique des fils émaillës de stators de moteurs à
vitesse variable ainsi que celle des bobines utilisées dans les filtres de protection de ces moteurs peuvent se dégrader de façon prématurée sous l'action de décharges partielles lorsque ceux-ci sont opérés à partir de circuits à électronique de puissance. La dégradation provient principalement de décharges dues aux surtensions apparaissant entre les différentes spires des bobines, et se produit dans les cavités gazeuses piégées entre les fils ou autour de ceux-ci. Cette dégradation n'a pas lieu si ces appareillages sont exploités sous des tensions alternatives à la fréquence du secteur . Ainsi, dans les moteurs synchrones basse tension (600V et moins), aucune décharge partielle n'est présente lors de l'exploitation normale sous tension alternative à la fréquence du secteur.
NATURE INDUCTIVE
La présente invention concerne les systèmes d'isolation électrique pour des appareillages de nature inductive, tels les moteurs électriques, les transformateurs et les bobines. Plus particulièrement, il concerne l'isolation des fils des spires de bobines électriques.
ART ANTÉRIEUR
II est bien connu dans l'art antérieur que les isolants électriques d'appareillages de nature inductive peuvent se dégrader par décharges partielles. II faut ici différencier deux cas : celui des isolants soumis à
des tensions alternatives, à la fréquence du secteur, supérieures à 700 V et celui des équipements alimentés par électronique de puissance dont les tensions nominales sont de 600V ou moins tel que les moteurs à
enroulement en vrac connus en anglais sous l'appellation "random wound", ou ceux à plus de 600V tel que les moteurs à isolation préformée.
Par exemple, l'isolation électrique des fils émaillës de stators de moteurs à
vitesse variable ainsi que celle des bobines utilisées dans les filtres de protection de ces moteurs peuvent se dégrader de façon prématurée sous l'action de décharges partielles lorsque ceux-ci sont opérés à partir de circuits à électronique de puissance. La dégradation provient principalement de décharges dues aux surtensions apparaissant entre les différentes spires des bobines, et se produit dans les cavités gazeuses piégées entre les fils ou autour de ceux-ci. Cette dégradation n'a pas lieu si ces appareillages sont exploités sous des tensions alternatives à la fréquence du secteur . Ainsi, dans les moteurs synchrones basse tension (600V et moins), aucune décharge partielle n'est présente lors de l'exploitation normale sous tension alternative à la fréquence du secteur.
2 Dans les mêmes conditions de tension nominale (600V), les moteurs à
vitesse variable, alimentés par des onduleurs générant des impulsions rapides à front raide, se dégraderont sous l'action de décharges partielles.
L'isolation d'enroulements inductifs tels qu'on en retrouve, par exemple, dans les alimentations de type hacheurs pourront aussi se dégrader sous l'action de décharges partielles.
Les premiers systèmes d'isolation de moteurs utilisés dans des applications à vitesse variable étaient des isolations standards. Des problèmes sont rapidement apparus et les manufacturiers de fils émaillés ont conçu des isolations résistant à l'attaque des décharges partielles.
Les solutions proposées dans l'art antérieur consistent principalement à
ajouter des particules inorganiques dans la matrice de l'isolation ou dans une mince couche à la surface de l'isolant des fils. Dans la plupart des cas, lorsque les isolants standards et ceux améliorés (d'un grade jugë
adéquat pour l'exploitation sous impulsions à front raide PWM: "Pulse Width Modulation") sont soumis à l'action des décharges partielles, les isolants grade PWM vont résister beaucoup plus longtemps avant de claquer. Toutefois, il a été noté que l'inclusion de particules favorise une amorce de décharges à des tensions généralement plus faibles. Cette amorce à tension plus basse fait en sorte que dans certaines conditions de tension et température, les matériaux standards ne se dégradent pas, alors qu'à la même tension, les isolants grade PWM peuvent déjà être soumis à l'action des décharges et donc se dégradent. Dans tous les cas, il existe des régimes d'exploitation pour lesquels les deux types d'isolation subissent l'action des. décharges et se dégradent. Dans les applications sous impulsions rapides, la dégradation est généralement plus rapide que dans des applications sous tension alternative à la fréquence du secteur et les différents appareillages ont une durée de vie beaucoup plus courte.
vitesse variable, alimentés par des onduleurs générant des impulsions rapides à front raide, se dégraderont sous l'action de décharges partielles.
L'isolation d'enroulements inductifs tels qu'on en retrouve, par exemple, dans les alimentations de type hacheurs pourront aussi se dégrader sous l'action de décharges partielles.
Les premiers systèmes d'isolation de moteurs utilisés dans des applications à vitesse variable étaient des isolations standards. Des problèmes sont rapidement apparus et les manufacturiers de fils émaillés ont conçu des isolations résistant à l'attaque des décharges partielles.
Les solutions proposées dans l'art antérieur consistent principalement à
ajouter des particules inorganiques dans la matrice de l'isolation ou dans une mince couche à la surface de l'isolant des fils. Dans la plupart des cas, lorsque les isolants standards et ceux améliorés (d'un grade jugë
adéquat pour l'exploitation sous impulsions à front raide PWM: "Pulse Width Modulation") sont soumis à l'action des décharges partielles, les isolants grade PWM vont résister beaucoup plus longtemps avant de claquer. Toutefois, il a été noté que l'inclusion de particules favorise une amorce de décharges à des tensions généralement plus faibles. Cette amorce à tension plus basse fait en sorte que dans certaines conditions de tension et température, les matériaux standards ne se dégradent pas, alors qu'à la même tension, les isolants grade PWM peuvent déjà être soumis à l'action des décharges et donc se dégradent. Dans tous les cas, il existe des régimes d'exploitation pour lesquels les deux types d'isolation subissent l'action des. décharges et se dégradent. Dans les applications sous impulsions rapides, la dégradation est généralement plus rapide que dans des applications sous tension alternative à la fréquence du secteur et les différents appareillages ont une durée de vie beaucoup plus courte.
3 La présence de décharges est toujours nuisible à l'exploitation fiable des appareillages concernés.
Dans le second cas, c'est-à-dire dans le cas où les équipements opérés sous des tensions alternatives à la fréquence du secteur, il peut également y avoir dégradation prématurée due à l'action des décharges partielles, mais ici les front raides et la réponse inductive instantanëe du bobinage ne sont plus impliqués. L'isolation de ces équipements se dégradera surtout lorsqu'ils seront exploités sous haute tension. On sait de la littérature, par les courbes de Paschen, qu'il existe un minimum de tension sous lequel l'air ne claquera pas. De façon plus stricte, le champ de claquage diélectrique de l'air à pression atmosphérique et température ambiante est de 3,0 kV/mm. La tension minimum à laquelle il pourra y avoir amorce de décharge dépendra de l'épaisseur des isolants impliqués et de la géométrie des conducteurs. De façon générale, et en considérant des épaisseurs d'isolation typiquement utilisées dans ces applications, aucune décharge partielle sera présente dans des conditions de tensions alternatives à la fréquence du secteur pour des tensions inférieûrés à
700V (crête). Pour les applications où , les tensions d'ôpérâtiôn ~ sont supérieures, comme les transformateurs et les bobines et lorsque le champ dans les cavités gazeuses entre spires ou autour des spires excédera ~le champ de rupture diélectrique du gaz il y aura 'aussi dégradation par décharges partielles. Dans ces app¿ic'âtions il~' n'éxisté
dans l'art antérieur aucune protection interne coritre l'attâqué ~ des décharges partielles. L'imprégnation globale pérmet d'ëli'miner ~p'rësque totâlement~ des cavités, mais pas complètement. Ce qui fait qu'il y a toujours une probabilité non nulle qu'il y, ait des décharges lors de l'exploitation normale de l'appareil.
. .
Comme on peut le constater, les solutions proposées dans l'art~antérieur ne sont pas satisfaisantes et il existe donc toujours un besôin pour un ".
Dans le second cas, c'est-à-dire dans le cas où les équipements opérés sous des tensions alternatives à la fréquence du secteur, il peut également y avoir dégradation prématurée due à l'action des décharges partielles, mais ici les front raides et la réponse inductive instantanëe du bobinage ne sont plus impliqués. L'isolation de ces équipements se dégradera surtout lorsqu'ils seront exploités sous haute tension. On sait de la littérature, par les courbes de Paschen, qu'il existe un minimum de tension sous lequel l'air ne claquera pas. De façon plus stricte, le champ de claquage diélectrique de l'air à pression atmosphérique et température ambiante est de 3,0 kV/mm. La tension minimum à laquelle il pourra y avoir amorce de décharge dépendra de l'épaisseur des isolants impliqués et de la géométrie des conducteurs. De façon générale, et en considérant des épaisseurs d'isolation typiquement utilisées dans ces applications, aucune décharge partielle sera présente dans des conditions de tensions alternatives à la fréquence du secteur pour des tensions inférieûrés à
700V (crête). Pour les applications où , les tensions d'ôpérâtiôn ~ sont supérieures, comme les transformateurs et les bobines et lorsque le champ dans les cavités gazeuses entre spires ou autour des spires excédera ~le champ de rupture diélectrique du gaz il y aura 'aussi dégradation par décharges partielles. Dans ces app¿ic'âtions il~' n'éxisté
dans l'art antérieur aucune protection interne coritre l'attâqué ~ des décharges partielles. L'imprégnation globale pérmet d'ëli'miner ~p'rësque totâlement~ des cavités, mais pas complètement. Ce qui fait qu'il y a toujours une probabilité non nulle qu'il y, ait des décharges lors de l'exploitation normale de l'appareil.
. .
Comme on peut le constater, les solutions proposées dans l'art~antérieur ne sont pas satisfaisantes et il existe donc toujours un besôin pour un ".
4 système d'isolation amélioré pour les fils des spires des bobines inductives, par exemple, dans le cas des bobinages de moteurs électriques.
SOMMAIRE DE L'INVENTION
L'objet de la présente invention est donc de proposer un système d'isolation électrique des fils qui répond à ce besoin.
Plus particulièrement, la présente invention propose un système d'isolation qui permettrait d'éliminer les décharges partielles. rencontrées dans l'art antérieur au lieu d'y résister ou de les négliger.
Dans le cas d'un moteur à induction comprenant une bobine à spires, la présente invention propose que chacune de ces spires isolées soit enduite d'une couche semi-conductrice. L'invention s'applique aussi au design de l'isolation des spires des transformateurs et des bobines. Cette amélioration comprend un mince film de semi-conducteurs enduisant la cbuche d'isolant de chacune des spires pour ainsi éliminer toutes décharges et tout dommage causé par ces décharges.
Le fait d'enduire d'une couche semi-conductrice l'isolant électrique a pour effet d'éliminer entièrement l'apparition des décharges. Ainsi, la présente invention, au lieu de résister à un problème qui existe, l'élimine. Cette couche semi-conductrice permet aux surtaces isolées des safres physiquement en contact ou à proximité de ces contacts de monter rapidement au même potentiel. II ne se développe alors aucune différence de potentiel substantielle dans les cavités inter-spires et toute la tension est essentiellement supportée par l'isolation solide. Dans l'application de moteurs à vitesse variable, la tension reportée sur le contour des bobines sera aussi essentiellement supportée par l'isolant principal de masse. Le revêtement semi-conducteur aura une réponse temporelle caractéristique à la résistance du revêtement et de la capacité de l'isolant. Ce qui fait que
SOMMAIRE DE L'INVENTION
L'objet de la présente invention est donc de proposer un système d'isolation électrique des fils qui répond à ce besoin.
Plus particulièrement, la présente invention propose un système d'isolation qui permettrait d'éliminer les décharges partielles. rencontrées dans l'art antérieur au lieu d'y résister ou de les négliger.
Dans le cas d'un moteur à induction comprenant une bobine à spires, la présente invention propose que chacune de ces spires isolées soit enduite d'une couche semi-conductrice. L'invention s'applique aussi au design de l'isolation des spires des transformateurs et des bobines. Cette amélioration comprend un mince film de semi-conducteurs enduisant la cbuche d'isolant de chacune des spires pour ainsi éliminer toutes décharges et tout dommage causé par ces décharges.
Le fait d'enduire d'une couche semi-conductrice l'isolant électrique a pour effet d'éliminer entièrement l'apparition des décharges. Ainsi, la présente invention, au lieu de résister à un problème qui existe, l'élimine. Cette couche semi-conductrice permet aux surtaces isolées des safres physiquement en contact ou à proximité de ces contacts de monter rapidement au même potentiel. II ne se développe alors aucune différence de potentiel substantielle dans les cavités inter-spires et toute la tension est essentiellement supportée par l'isolation solide. Dans l'application de moteurs à vitesse variable, la tension reportée sur le contour des bobines sera aussi essentiellement supportée par l'isolant principal de masse. Le revêtement semi-conducteur aura une réponse temporelle caractéristique à la résistance du revêtement et de la capacité de l'isolant. Ce qui fait que
5 tous les points en contact intime monteront rapidement au même potentiel, alors que ceux à une grande distance verront leur potentiel monter avec un certain délai. Dans tous les cas, le champ local sera essentiellement nul dans les cavités gazeuses entre les spires et autour de celles-ci.
Dans les applications sous tension alternative à la fréquence du secteur, le revêtement semi-conducteur des spires de bobines assumera le même potentiel et de façon analogue à la précédente il n'existera aucun champ électrique dans les cavités gazeuses entre les spires ou autour de celles-ci.
DESCRIPTION BR~VE DES FIGURES
La figure 1 est une vue schématique en coupe d'une bobine d'un enroulement en vrac d'un moteur basse tension.
La figure 2 est une vue agrandie d'une partie de la figure 1.
La figure 3 est une vue schématique en coupe d'un transformateur.
La figure 4 est une vue agrandie d'une partie de la figure 3.
La figure 5 est une vue schématique d'une bobine haute tension.
La figure 6 est une vue en coupe de la bobine montrée à la figure 5.
La figure 7 est une vue schématique d'une cavité inter-spire.
Dans les applications sous tension alternative à la fréquence du secteur, le revêtement semi-conducteur des spires de bobines assumera le même potentiel et de façon analogue à la précédente il n'existera aucun champ électrique dans les cavités gazeuses entre les spires ou autour de celles-ci.
DESCRIPTION BR~VE DES FIGURES
La figure 1 est une vue schématique en coupe d'une bobine d'un enroulement en vrac d'un moteur basse tension.
La figure 2 est une vue agrandie d'une partie de la figure 1.
La figure 3 est une vue schématique en coupe d'un transformateur.
La figure 4 est une vue agrandie d'une partie de la figure 3.
La figure 5 est une vue schématique d'une bobine haute tension.
La figure 6 est une vue en coupe de la bobine montrée à la figure 5.
La figure 7 est une vue schématique d'une cavité inter-spire.
6 La figure 8 est un circuit électrique équivalent de ce qui est montré à la figure 7.
La figure 9 est une vue schématique des spires, du revêtement semi-conducteur des spires qui flotte électriquement, et de la masse.
La figure-10 est une représentation de la division capacitive de la tension de ce qui est montré à la figure 9.
DESCRIPTION D'UN MODE DE R~ALISATION PRÉFÉRÉ DE
L'INVENTION
Tel qu'illustré aux figures 1 et 2, le moteur à induction (10) comprend une bobine (12) à spires multiples (14). Comme tout moteur à induction conventionnel, l'isolant principal de masse est constitué d'une chemise isolante (18) genre NOMEX, du vernis d'imprégnation (16) et de l'isolant de spires (20). En effet, chacune des spires (14) de la bobine (12) est recouverte d'un isolant électrique (20). Le système d'isolation principal est conçu pour supporter des tensions phase-terre typiques de 600V et l'isolation inter-spire est conçue pour supporter seulement quelques dizaines de volts.
L'invention est caractérisée en ce que la couche d'isolant électrique (20) de chacune des spires (14) est recouverte d'une couche d'un semi-conducteur (22).
L'isolant électrique (20) des spires (14) peut être choisi parmi les isolants déjà connus ou disponibles. Par exemple, la liste des produits couramment utilisés en tant qu'émail pour l'isolation des spires (14) de moteurs basse tension avec enroulement en vrac est ci jointe. Cette liste provient du "Handbook of electrical and electronic insulating materials".,
La figure 9 est une vue schématique des spires, du revêtement semi-conducteur des spires qui flotte électriquement, et de la masse.
La figure-10 est une représentation de la division capacitive de la tension de ce qui est montré à la figure 9.
DESCRIPTION D'UN MODE DE R~ALISATION PRÉFÉRÉ DE
L'INVENTION
Tel qu'illustré aux figures 1 et 2, le moteur à induction (10) comprend une bobine (12) à spires multiples (14). Comme tout moteur à induction conventionnel, l'isolant principal de masse est constitué d'une chemise isolante (18) genre NOMEX, du vernis d'imprégnation (16) et de l'isolant de spires (20). En effet, chacune des spires (14) de la bobine (12) est recouverte d'un isolant électrique (20). Le système d'isolation principal est conçu pour supporter des tensions phase-terre typiques de 600V et l'isolation inter-spire est conçue pour supporter seulement quelques dizaines de volts.
L'invention est caractérisée en ce que la couche d'isolant électrique (20) de chacune des spires (14) est recouverte d'une couche d'un semi-conducteur (22).
L'isolant électrique (20) des spires (14) peut être choisi parmi les isolants déjà connus ou disponibles. Par exemple, la liste des produits couramment utilisés en tant qu'émail pour l'isolation des spires (14) de moteurs basse tension avec enroulement en vrac est ci jointe. Cette liste provient du "Handbook of electrical and electronic insulating materials".,
7 De préférence, l'épaisseur typique de la couche semi-conductrice, (22) sur l'isolation (20) sera de l'ordre de 5Nm à 100~rri,. Les matériaux utilisés.
pour cette couche (22) pourraient être tout matériau avec des propriétés conductrices avantageuses notammént les matériaux à base de graphite ou de poussière de carbone.
La couche semi-conductrice (22) peut être réalisée à partir de nombreuses méthodes déjà utilisées dans . l'industrie comme par exempté la ~ fusion d'une peinture électrostatique, la déposition dans un bain fluide, par pyrolyse, per polymérisation avec l'isolant (plasma-polymérisation ou réticulation chimique à l'émail) par extrusion, etc.
,, .
Les figures 3 et 4 montrent une autre application de l'invention décrite en rapport avec les figures .1 et 2. II s'agit .d'une application pour des transformateurs.
Les figures 5 et 6 montrent une autre application de l'invention décrite en rapport avec les figures 1 et 2. II s'agit d'une application pour des bobines à haute tension. , , ~;
i De préférence, la résistivité de surface devra être comprise à peu. près entre les valeurs suivantes:
~IOOOS?Icarré<Résistivitég~,~~e<IOkSZlcarré , : . , La limite inférieure assure qu'il n'y ait pas de problème d'échauffement par courant ~de Foucault dans des revêtements qui seraient trop conducteurs.
La limite supérieure ne doit pas être excédée afin d'assurer une réponse rapide à la montée de tension du revëtement et ainsi offrir une élimination des champs électriques dans les cavités gazeuses piégées dans lé
système d'isolation.
pour cette couche (22) pourraient être tout matériau avec des propriétés conductrices avantageuses notammént les matériaux à base de graphite ou de poussière de carbone.
La couche semi-conductrice (22) peut être réalisée à partir de nombreuses méthodes déjà utilisées dans . l'industrie comme par exempté la ~ fusion d'une peinture électrostatique, la déposition dans un bain fluide, par pyrolyse, per polymérisation avec l'isolant (plasma-polymérisation ou réticulation chimique à l'émail) par extrusion, etc.
,, .
Les figures 3 et 4 montrent une autre application de l'invention décrite en rapport avec les figures .1 et 2. II s'agit .d'une application pour des transformateurs.
Les figures 5 et 6 montrent une autre application de l'invention décrite en rapport avec les figures 1 et 2. II s'agit d'une application pour des bobines à haute tension. , , ~;
i De préférence, la résistivité de surface devra être comprise à peu. près entre les valeurs suivantes:
~IOOOS?Icarré<Résistivitég~,~~e<IOkSZlcarré , : . , La limite inférieure assure qu'il n'y ait pas de problème d'échauffement par courant ~de Foucault dans des revêtements qui seraient trop conducteurs.
La limite supérieure ne doit pas être excédée afin d'assurer une réponse rapide à la montée de tension du revëtement et ainsi offrir une élimination des champs électriques dans les cavités gazeuses piégées dans lé
système d'isolation.
8 La façon dont la dégradation est éliminée par cette couche 'est la suivante:
dans les applications des moteurs à vitesses variables alimentés par des circuits à électronique de puissance, la tension des impulsions à front raide ne se distribue pas uniformément comme c'est le cas pour les moteurs alimentés conventionnellement en alternatif à la fréquence du secteur. Ainsi, à cause de la réponse inductive du bobinage, la tension des impulsions se retrouve en majeure partie entre les spires et non pas seulement dans l'isolant principal de masse.
En opération altérnative à la fréquence du secteur, l'isolant des spires ne voit que quelques volts au maximum. Sous les impulsions, les tensions inter-spires peuvent atteindre plusieurs centaines de volts, voire quelques kilovolts. A ces niveaux de tension, il y a souvent amorce des décharges partielles dans les petites cavités de gaz piégées entre les spires ou autour de celles-ci. Les décharges sont bien connues pour dégrader les isolants organiques par érosion et pour causer la défaillance des motéurs.
Dans l'art antérieur, les manufacturiers de fils émaillés proposent d'ajouter une couche contenant des oxydes métalliques (particules inorganiques) pour résister à l'attaque des décharges (voir brevets US4760296, US4546041, US5861578, US5654095). Les nouveaux isolants contenant ces couches résistent mieux à l'attaque des décharges, mais dans bien des cas, l'inclusion des particules inorganiques cause l'apparition de déchargés à des tensions plus faibles que dans les isolants standards.
L'amélioration globale du système d'isolation n'est donc pas évident. Le fait d'enduire d'une couche serai-conductrice aurait plutôt comme but d'éliminer entièrement l'apparition des décharges. Ainsi, au lieu de résister à un problème qui existe, la présente invention l'élimine. Cette couche serai-conductrice (22) permet aux surfaces isolées des spires de monter localement au même potentiel. La division capacitive qui se produit entre les spires adjacentes permet l'élimination du champ électrique local dans
dans les applications des moteurs à vitesses variables alimentés par des circuits à électronique de puissance, la tension des impulsions à front raide ne se distribue pas uniformément comme c'est le cas pour les moteurs alimentés conventionnellement en alternatif à la fréquence du secteur. Ainsi, à cause de la réponse inductive du bobinage, la tension des impulsions se retrouve en majeure partie entre les spires et non pas seulement dans l'isolant principal de masse.
En opération altérnative à la fréquence du secteur, l'isolant des spires ne voit que quelques volts au maximum. Sous les impulsions, les tensions inter-spires peuvent atteindre plusieurs centaines de volts, voire quelques kilovolts. A ces niveaux de tension, il y a souvent amorce des décharges partielles dans les petites cavités de gaz piégées entre les spires ou autour de celles-ci. Les décharges sont bien connues pour dégrader les isolants organiques par érosion et pour causer la défaillance des motéurs.
Dans l'art antérieur, les manufacturiers de fils émaillés proposent d'ajouter une couche contenant des oxydes métalliques (particules inorganiques) pour résister à l'attaque des décharges (voir brevets US4760296, US4546041, US5861578, US5654095). Les nouveaux isolants contenant ces couches résistent mieux à l'attaque des décharges, mais dans bien des cas, l'inclusion des particules inorganiques cause l'apparition de déchargés à des tensions plus faibles que dans les isolants standards.
L'amélioration globale du système d'isolation n'est donc pas évident. Le fait d'enduire d'une couche serai-conductrice aurait plutôt comme but d'éliminer entièrement l'apparition des décharges. Ainsi, au lieu de résister à un problème qui existe, la présente invention l'élimine. Cette couche serai-conductrice (22) permet aux surfaces isolées des spires de monter localement au même potentiel. La division capacitive qui se produit entre les spires adjacentes permet l'élimination du champ électrique local dans
9 les cavités gazeuses qui peuvent être piégées (voir Figures 7 et 8) par le système d'isolation électrique. II ne se développe alors aucune différence de potentiel dans les cavités inter-spires et la tension est essentiellement supportée par l'isolant solide des bobines.
Si l'on se réfère maintenant aux figures 7 et 8, les points noirs schématisent le recouvrement semi-conducteur, qui est flottant électriquement. 11 est bien connu dans l'art qu'un revêtement semi-conducteur peut apporter un blindage électrique et cette technique est d'ailleurs couramment utilisée pour les barres et bobines des stators d'alternateurs. Dans cette dernière application le revêtement semi-conducteur est enduit à l'extérieur de tout le système d'isolant des barres ou bobines du stator et ce revêtement est forcé en tout temps à un potentiel nul par un contact intime avec le fer du stator (voir brevets US50036165, US3824683, US4853565, US3891880). II y a ici aussi élimination du champ électrique dans les cavités gazeuses présentes entre le fer et l'isolant principal de masse. Contrairement à l'invention présentée, il n'existe pas dans les alternateurs de revêtement sur les brins de cuivre individuellement isolés constituant le conducteurs des barres ou bobines du stator des alternateurs. Dans l'invention décrite dans le présent document le revêtement semi-conducteur ne doit pas être enduit à
l'extérieur de l'isolation principale de masse (ou inter-phase), mais il doit plutôt être enduit directement sur l'isolant des spires individuélles de chaque bobine.
De plus, le potentiel du revêtement ne peut pas être forcé à un potentiel nul comme c'est le cas dans les alternateurs, car les isolants électriques des spires ne sont pas conçus pour supporter les pleines tensions phase-terre (ou phase-phase). II est donc essentiel que le revêtement de la présente invention soit laissé flottant électriquement afin qu'il puisse monter et descendre en potentiel en fonction de la tension des conducteurs et donc que la tension du revêtement suive cellé des conducteurs.
Si l'on se réfère maintenant aux figures 9 et 10, on peut voir que le champ électrique dans les cavités gazeuses piégées sera ainsi localement nul en 5 tout temps et la division capacitive de la tension offerte par le revêtement électrique flottant assurera que la majeure ~ partie de la tension sera supportée par l'isolation principale de masse (ou inter-phase). La capacité
C, représente celle de l'isolant des spires alors que celle CZ représente l'isolant à I~ masse (ou inter-phase) qui est substantiellement plus épais,
Si l'on se réfère maintenant aux figures 7 et 8, les points noirs schématisent le recouvrement semi-conducteur, qui est flottant électriquement. 11 est bien connu dans l'art qu'un revêtement semi-conducteur peut apporter un blindage électrique et cette technique est d'ailleurs couramment utilisée pour les barres et bobines des stators d'alternateurs. Dans cette dernière application le revêtement semi-conducteur est enduit à l'extérieur de tout le système d'isolant des barres ou bobines du stator et ce revêtement est forcé en tout temps à un potentiel nul par un contact intime avec le fer du stator (voir brevets US50036165, US3824683, US4853565, US3891880). II y a ici aussi élimination du champ électrique dans les cavités gazeuses présentes entre le fer et l'isolant principal de masse. Contrairement à l'invention présentée, il n'existe pas dans les alternateurs de revêtement sur les brins de cuivre individuellement isolés constituant le conducteurs des barres ou bobines du stator des alternateurs. Dans l'invention décrite dans le présent document le revêtement semi-conducteur ne doit pas être enduit à
l'extérieur de l'isolation principale de masse (ou inter-phase), mais il doit plutôt être enduit directement sur l'isolant des spires individuélles de chaque bobine.
De plus, le potentiel du revêtement ne peut pas être forcé à un potentiel nul comme c'est le cas dans les alternateurs, car les isolants électriques des spires ne sont pas conçus pour supporter les pleines tensions phase-terre (ou phase-phase). II est donc essentiel que le revêtement de la présente invention soit laissé flottant électriquement afin qu'il puisse monter et descendre en potentiel en fonction de la tension des conducteurs et donc que la tension du revêtement suive cellé des conducteurs.
Si l'on se réfère maintenant aux figures 9 et 10, on peut voir que le champ électrique dans les cavités gazeuses piégées sera ainsi localement nul en 5 tout temps et la division capacitive de la tension offerte par le revêtement électrique flottant assurera que la majeure ~ partie de la tension sera supportée par l'isolation principale de masse (ou inter-phase). La capacité
C, représente celle de l'isolant des spires alors que celle CZ représente l'isolant à I~ masse (ou inter-phase) qui est substantiellement plus épais,
10 ce qui fait que C2 » C,. Ceci donne une tension résultante aux bornes de l'isolant de misse (ou interphase) qui est environ égale à la .tension nominale d'opération et pour l'isolant de masse.
V1 rUnoininale * (C2*~ (C1i'C2)) ~ Unominale ~ (C2*I C2) ~Vnominale .
et de façon équivalente pour l'isolant inter-phase ,.. , ,, ~ V1=~äpHa~.phase * (Cr2*~ (Ci'~"C2)) .~ Vphase-phase* (C2*~~ C2) ~ upha~e-phase!
, I , , ,: , , ; ; ,I . i ;; i~
Bien qu'un, mode de réalisation préféré dé l'invéntion, ait,.été décrit~~en ,, ; ; ; ~:! ~..: , ;.v , ~ ,:
detail ci-haut et illustré dans le dessin annexé, ~I'invention n'est pas 'limitée p ' , ~ . . , . . , à cé seul môde de réalisation et plûsieurs 'changements et modifications peuvent y être effectués par une personne ,du métiér sans sortir du cadre ni de, l'esprit ~Je l'invention. ~' ~ , ' . , ~, .. , ., , ,~ , . , ~ ~ , ,
V1 rUnoininale * (C2*~ (C1i'C2)) ~ Unominale ~ (C2*I C2) ~Vnominale .
et de façon équivalente pour l'isolant inter-phase ,.. , ,, ~ V1=~äpHa~.phase * (Cr2*~ (Ci'~"C2)) .~ Vphase-phase* (C2*~~ C2) ~ upha~e-phase!
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Bien qu'un, mode de réalisation préféré dé l'invéntion, ait,.été décrit~~en ,, ; ; ; ~:! ~..: , ;.v , ~ ,:
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Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA 2321361 CA2321361A1 (fr) | 2000-10-10 | 2000-10-10 | Systeme d'isolation electrique pour appareillage de nature inductive |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CA 2321361 CA2321361A1 (fr) | 2000-10-10 | 2000-10-10 | Systeme d'isolation electrique pour appareillage de nature inductive |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA2321361A1 true CA2321361A1 (fr) | 2002-01-02 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA 2321361 Abandoned CA2321361A1 (fr) | 2000-10-10 | 2000-10-10 | Systeme d'isolation electrique pour appareillage de nature inductive |
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|---|---|
| CA (1) | CA2321361A1 (fr) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102018102419B4 (de) | 2018-02-02 | 2021-11-11 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Passives elektrisches Bauteil mit einer Indikatorschicht und einer Schutzbeschichtung |
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2000
- 2000-10-10 CA CA 2321361 patent/CA2321361A1/fr not_active Abandoned
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102018102419B4 (de) | 2018-02-02 | 2021-11-11 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Passives elektrisches Bauteil mit einer Indikatorschicht und einer Schutzbeschichtung |
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