Enroulement d'appareil électrique disposé de faon à obtenir une répartition favorable des surtensions. Dans les enroulements d'appareils électri ques, tels que les transformateurs qui ,sont reliés à une ligne de transmission électrique, le voltage existant entre les bornes d'un enroulement se répartit uniformément d'une extrémité de l'enroulement :à l'autre pour des conditions de fréquence et de voltage nor males -de l'installation. Cependant, dans cer taines conditions de l'installation, telles qu'elles sont provoquées par une -décharge ou la foudre sur la ligne de transmission, une surtension élevée peut se produire -et pénétrer dans l'enroulement du transformateur.
Dans les enroulements @de construction or dinaire, une surtension ne se distribuera pas immédiatement le long -de l'enroulement de manière à établir un gradient,de voltage uni forme, mais sa distribution initiale produira une concentration des efforts :de voltage éle vée sur les parties de l'enroulement les plus rapprochées. de la borne de la ligne. Lors qu'un voltage est soudainement imprimé aux bornes de l'enroulement, la répartition instan tanée de ce voltage sur l'enroulement est dé terminée par sa capacitance.
La capacitance de l'enroulement com prend l'ensemble des capacités en série et en parallèle existant sur toute la longueur de l'enroulement d'un bout à ,l'autre, renfermant la capacité de l'enroulement à la terre et la capacité d'une partie dé .l'enroulement à une autre. La charge,des différentes capacités aux potentiels respectifs correspondant au voltage de distribution initial le long de l'enroule ment est réalisée par le courant entre les ca pacités, qui ne passera pas le long -du con ducteur,de l'enroulement par une inductance, mais .seulement par le moyen d'autres capa cités en série.
Si la distribution de voltage initiale ainsi produite le long de l'enroulement n'a pas un gradient de voltage uniforme, des change ments subséquents et plus graduels se mani festeront pour établir une distribution uni- forme. Ces changements sont produits par des courants passant le long de l'enroulement en transmettant -des charges d'une capacité à une autre par l'inductance de l'enroulement. On sait qu'un pareil courant entre capacités par inductance donne lieu à des oscillations, avec des valeurs de voltage alternatif au-dessus et au-dessous des valeurs correspondant à un b adient de voltage uniforme.
L'amplitude des oscillations correspondra, initialement < i, la. différence entre ,la distribution de voltage initiale et la distribution de voltage finale à gradient de voltage uniforme. Ces oscillations créent -des efforts de voltage successifs entre des parties adjacentes de l'enroulement et entre l'enroulement et la. terre.
Cette distri bution de voltage initiale dangereuse et les oscillations qui en résultent ne se produiront cependant pas si la distribution de voltage initiale, due à la capacitance, est uniforme par rapport ,aux spires de l'enroulement, c'est-à-dire si la capacitance associée à. l'indue- tance d'un enroulement est répartie de telle manière que la gradient potentiel qui serait produit par la capacitance seule soit le même que celui qui serait produit par l'inductance seule.
Les efforts de voltage initiaux et les oscillations résultant de la. distribution de voltage initiale seront grandement réduits si les capacités de spire en spire sont augmen- tées de telle sorte que le gradient de potentiel produit par la capacitance seule est plus près de celui qui serait produit par l'inductance seule.
Le problème d'isoler les conducteurs et les spires d'un enroulement de transformateur pour leur permettre .de résister à des surten sions est un des plus difficiles, parce que, dans la. construction usuelle de ces parties, les conducteurs sont tellement petits que des moyens satisfaisants pour l'application d'une isolation suffisante pour résister aux effort de voltage ne sont guère disponibles. Si un matériel d'isolation suffisant est appliqué aux conducteurs, le facteur "espace" entre les conducteurs deviendra tellement grand qu'il affecte l'efficacité de la. construction.
Il est, par suite, désirable de prévoir des moyens pour diminuer les efforts de voltage entre le: différentes parties de l'enroulement qui sonl sollicitées par la concentration de surtension pour réaliser une construction plus efficace Cette concentration de surtensions est particulièrement susceptible de se manifester dans le cas de transformateurs du type à noyau où des piles d'un nombre relativement grand de spires individuelles sont employées.
les spires séparées étant relativement serrée# de façon que la. capacité entre spires est petite par rapport â, la capacité entre les spires sé parées et la terre. La distribution de voltage impropre qui en résulte occasionne des efforts de voltage élevés entre les spires de l'enrou lement, particulièrement celles adjacent à, l'extrémité de l'enroulement. et exige, par suite, de brandes distances entre les spires pour créer la solidité isolante nécessaire.
La présente invention a pour objet un enroulement d'appareil électrique disposé de façon à, obtenir une répartition favorable des surtensions.
Cet enroulement est caractérisé en ce qu'il est, divisé en plusieurs sections dont chacune comporte une pluralité de galettes de spires espacées les unes (les autres dans une pile le long d'un axe commun, le parcours du courant comrnença.nt à, la. galette de spires de la. pre mière section qui est la plus éloignée de l'extré mité de la pile de spires de l'enroulement et se continuant par une séquence passant à tra vers les différentes spires des autres galettes de spires de la.
mémé section qui occupent chacune la même position par rapport à l'axe des spires et (le manière à alterner d'une extrémité de la section à l'autre en spires de diamètres changeant graduellement.
Le dessin schématique annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d exécu tion de l'objet de l'invention, en application à. un transformateur électrique.
La fi-. 1 montre un fragment d'un trans formateur de construction habituelle; La fig. '3 montre l'ensemble des capacités de l'enroulement î i, élevé de ce trans formateur; La fig. 3 donne un diagramme de courbes montrant la distribution initiale de surten sions :dans l'enroulement à voltage élevé de la fig. 1 et dans un enroulement de transfor mateur établi suivant l'invention; La fig. 4 montre, partie en élévation, partie en coupe, une disposition des spires d'enroulement suivant l'invention;
La fig. 5 est une vue en plan -d'un enrou lement d!u genre de -celui de la fig. 4; La fig. 6 en est une coupe verticale mon trant les -connexions :d'entrecroisement du con ducteur entre les différents niveaux de spires de l'enroulement; La fig. 7 montre un diagramme des con- nexions-d'un conducteur,dans quatre sections d'un enroulement -de transformateur établi suivant l'invention.
La fig. 8 montre en coupe, à plus grande échelle un enroulement de transformateur de ce genre.
La fig. 1 du ,dessin montre une partie -d'un transformateur de construction habituelle, comprenant une jambe de noyau en matière magnétique 31, entouré par l'enroulement cylindrique @à bas voltage 3,2 et par l'enrou lement à voltage élevé 33 consistant en une pile de bobines.
Cet enroulement 33 est relié entre un conducteur -de borne à voltage élevé 41 à l'extrémité supérieure de la pile de bo bines -et la terre en 42 .à l'extrémité inférieure de la pile -de bobines. Les bobines sont repré sentées reliées par des conducteurs 43 reliant les extrémités de ,;début" de bobines alter- nautes ensemble et par des conducteurs 44 reliant les extrémités de "fin" de bobines alternantes ensemble.
L'ensemble des capacités représenté à la fig. 2 correspond -à peu près à la disposition ,des capacités entre les diverses parties de l'enroulement -et les parties adjacentes et entre les parties d'enroulement et la terre, les condensateurs 45 reliés en série entre les bornes 41 -et 42 correspondant sensiblement à la capacitance entre les bobines de l'enrou lement et les condensateurs 46 reliés entre des points répartis de la. série de condensateurs 45 et la terre correspondant à la capacitance entre les parties de l'enroulement et le noyau qui est au potentiel de .la terre, comme indi qué en 47.
Si une surtension est soudainement appli quée aux bornes ,de l'enroulement de la fig. 1, la distribution -de voltage initiale le long de l'enroulement sera> telle que montré par .la courbe 49 en fig. 3, où l'on voit .qu'une grande partie de voltage initial B est imprimée à une petite fraction de l'enroulement.
Par exemple, deux tiers du voltage initial imprimé à toute la pile :de spires se manifesteront aux deux premières couches de spires, ,de sorte qu'il sera nécessaire de prévoir une isolation ,suffisante entre ces spires pour résister à cette grande proportion de voltage total appliqué.
Dans les fig. 4, 7 et 8, l'enroulement est divisé en un certain nombre -de sections, cha cune comprenant un certain nombre de ga lettes d'e spires superposées. Pour plus -de simplicité, on a représenté quatre sections à trois galettes,de spires chacune, étant entendu toutefois que dans un transfarmateur à noyau une pile,
de galettes de spires comprenant plu sieurs fois ce nombre pourrait être employée.
En se référant particulièrement à la fig. 8, les chiffres inscrits dans les sections trans versales des conducteurs représentent le nu méro d'ordre des spires du conducteur dans ces sections.
Par exemple, -dans la section No 1, comprenant les trois; .galettes -de spires au sommet @de l'enroulement en fig. 8, la pre mière :spire de .conducteur est placée au bas des trois galettes, la seconde spire de conduc- teur est dans la galette du milieu au-dessus de la première spire et la troisième spire de conducteur est disposée au-dessus de la se conde dans la ,galette supérieure,
ces tros'. spires dans les trois galettes de ,spires ayant le même diamètre autour de l'axe -de l'enrou lement. Les trois spires suivantes 4, 5, 6 @de la section d'enroulement ont ,le même dia mètre entre elles et sont placées -dans les ga- lettes de dessus, du milieu et du bas, .autour des spires 3, 2, 1, respectivement. Le conduc teur est enroulé de manière à répéter cette séquence, les spires 7, 8 et 9 étant progressi vement les unes au-dessus -des autres et de même diamètre autour des spires 6, 5, 4 avec des spires 10,
11 et 12 du diamètre suivant plus grand -de la section étant progressive ment lune au-dessous de l'autre, cette sé quence se continuant jusqu'à l'extrémité exté rieure de la. section, pour renfermer la der nière spire ou spire finale 24 de la section.
Dans les différentes spires du conducteur de la section No 2, la, seconde section depuis le sommet ;de l'enroulement, la disposition est la même que celle -de la section No I , sauf que l'ordre vertical des spires est inversé, la sec tion No 1 étant au sommet au lieu d'être au bas de la section, et chaque groupe de, trois spires du même diamètres telles due 1, 2, 3, progressant dans le sens opposé vers en bas ou vers en haut depuis les trois spires corres pondantes de la section No 1, de sorte que la spire dernière au finale de la section No ' est au sommet -de la, couronne extérieure de la section adjacente à la spire 24 de la, section No 1.
Les sections Nos 3 et 4 sont disposées de la. même manière que les. sections Nos 1 et. 2, et si un enroulement comprend un nombre plus grand des sections que quatre, la dispo- sition de chaque section sera analogue à celle des sections Nos 1 et 2.
La borne 51 de l'enroulement est reliée à la, spire de borne 24 de la section No 1, et le conducteur continuera progressivement de la spire 24 à la spire 1 de la section No 1 et alors à la spire 1 de la section No 2, comme indiqué en 52, et puis progressivement. de la spire 1 à la spire terminale 24 de la. section No 2, cette spire étant reliée à. la spire ter minale 24 de la section No 3, comme montré en 53, et les spires terminales 1. des sections No 3 et No 4 étant reliées ensemble en 54 avec la spire terminale 24 .de la section NI) 4 étant reliées à l'autre conducteur terminal 55 de l'enroulement.
On notera qu'avec cette dis position des spires de l'ensemble de l'enrou lement, un espace ou intervalle sensible 56 pour :des buts d'isolation devra être prévu entre les différentes sections, attendu que les spires terminales 24 ont une différence de po tentiel correspondant au potentiel entre deux sections @de l'enroulement, en série.
On notera aussi que les intervalles 57 entre les diffé rentes galettes de spires d'une section peu vent être très petits, étant donné qu'à cet effet il faut seulement assez de place pour le passage d'huile de refroidissement, attendu que les efforts de - voltage entre différentes parties de galettes de spires adjacentes cor respondent seulement au voltage entre des spires d'enroulement adjacentes, comme par exemple les spires 2 et 3, les spires 4 et 5, les spires 8 et 9, etc.
Cela donne lieu à, une réduction de l'espace reqrtis sur la longueur de la colonne ou pile de sections de spires pour l'isolation et le refroidissement des spires de l'enroulement, et la disposition des spires individuelles à l'intérieur de la section fait .que la.
capacité entre des sections d'en roulement est plus grande que la capacité entre les spires également espacées d'un enrou lement du genre représenté en fig. 1, de sorte que dans un ensemble de capacités de l'enrou lement du type représenté en fig. 2, les capa cités en série entre des sections ou spires d'en roulement sont bien plus grandes que dans le cas où les différentes spires de l'enroule ment progressent en séquence dans toute l'étendue d'une galette de spires, comme dans le type d'enroulement habituel.
En se référant aux fi.-. 5 et 6, les ga lettes de spires séparées sont espacées par des éléments d'espacement 61, 62. 63, 64, 65 et 66, qui se répètent dans chaque espace entre des galettes de spires adjacentes et les entre croisements entre les galettes dune section peuvent être faits entre deux de ces éléments d'espacement, comme clans l'arc entre les. espa- eeurs 62, 63 (fi-. 6), la connexion d'entre croisement entre la spire 3 et la spire 2 de <B>la</B> section supérieure étant montrée en 67. la connexion d'entrecroisement entre la.
spire et la spire 1 étant montrée en 68, et la con nexion d'entrecroisement entre les deux sec tions étant représentée en 52, les connexions d"eutrecroisement correspondantes se répétant en 67 et 68 dans<B>la</B> section inférieure des deux sections représentées en fig. 6.
Dans la fi* 7, la, séquence de connexion des spires est représentée de manière schéma- tique, les connexions entre les spires d'enrou lement représentées illustrant le circuit élec trique établi par l'enroulement.
On notera, en -se référant à la fig. d, que le voltage. A en travers de la portion indiquée de l'enroulement perfectionnée -est à peu près la moitié du voltage B en travers d'une por tion correspondante de l'enroulement habituel de la fi.g. 1. La forme de la courbe 50 peut varier avec un espacement différent des par ties en dépendance du degré de rapprochement de la distribution de voltage initiale d'un gra dient -de voltage rectiligne.