Transformateur à haute tension La présente invention a "pour objet un trans formateur à haute tension pour une installation de commutation à haute tension, par exemple une installation du type à cabine et à isolation d'air pour des tensions allant jusqu'à 11 kilo- volts.
Jusqu'ici, les transformateurs de courant destinés à être utilisés dans des installations de commutation du type mentionné ci-dessus com prenaient des enroulement primaires préalable ment enroulés et entièrement isolés d'un noyau mis à la masse et d'enroulements secondaires. Les extrémités des conducteurs de l'enroulement primaire faisaient saillie hors de l'isolation et étaient nues. Des connexions étaient établies à partir de ces conducteurs nus jusqu'à un con ducteur porté par un isolateur et aboutissant à une boîte de jonction de câbles et à un contact disposé dans un isolateur présentant un évide ment destiné à recevoir un isolateur de commu tateur venant s'adapter dans cet isolateur à la façon d'une broche dans une douille.
L'isolation de ces connexions présente de grandes difficultés et ces connexions sont gé néralement laissées nues, de sorte que des dis tances considérables dans l'air doivent être pré vues entre les primaires des différentes phases et entre les primaires et l'enveloppe d'acier de la cabine, et que de grandes distances jusqu'au noyau et à l'enroulement secondaire mis à la masse sont nécessaires. Cette disposition néces site par conséquent des centres de phase de grande dimension.
La présente invention permet de surmonter ces difficultés ou au moins d'amoindrir leurs effets, dans certains cas.
Le transformateur à haute tension faisant l'objet de la présente invention, comprenant un bloc isolant obtenu par moulage d'une résine synthétique à basse pression, dans lequel sont noyés les enroulements à haute tension et leurs connexions aux bornes à haute tension, est ca ractérisé en ce qu'il comprend au moins un manchon creux par phase moulé d'une seule pièce avec ledit bloc et contenant une des bor nes à haute tension.
Le transformateur spécifié ci-dessus peut être un transformateur de tension ou un trans formateur de courant, monophasé ou polyphasé.
Une résine synthétique pour moulage à basse pression est une résine synthétique sus ceptible de se solidifier dans un moule par polymérisation, sans application de pression et sans dégagement, au cours de l'opération de moulage, de composants volatils qui produirait des occlusions ou des défauts. Une telle matière peut être, par exemple, une résine synthétique du groupe des éthoxylènes.
L'invention a également pour objet un pro cédé pour la fabrication du transformateur dé- fini ci-dessus. Ce procédé est caractérisé en ce qu'on moule à faible pression une pièce inter médiaire en résine synthétique, les enroulements secondaires et les noyaux magnétiques étant noyés dans ladite pièce intermédiaire, en ce qu'on met les -enroulement primaires à haute tension en place, et en ce qu'on moule ensuite à basse pression une couche d'enveloppement en résine synthétique autour de la pièce moulée intermédiaire, de manière à former un bloc mas sif dans lequel sont disposés les enroulements primaires et les connexions à leurs bornes à haute tension,
les manchons creux isolants pour les bornes à haute tension étant moulés d'une seule pièce avec ledit bloc au cours de la se conde desdites opérations de moulage.
Le dessin annexé représente, à titre d'exem ple, quatre formes d'exécution et une variante du transformateur faisant l'objet de la présente invention.
La fig. 1 est une vue en. élévation de bout d'un élément secondaire d'un transformateur de courant, cet élément étant formé au cours d'un premier stade de fabrication du transformateur.
Les fig. 2 et 3 sont respectivement une vue en élévation latérale et une vue en plan de l'élément représenté à la fig. 1.
Les fig. 4 et 5 sont respectivement une vue en élévation de bout et une vue en élévation latérale de la première forme d'exécution du transformateur achevé comprenant l'élément secondaire représenté aux fig. 1 à 3.
Les fig. 6 et 7 sont respectivement une vue en élévation de bout et une vue en élévation latérale d'une variante du transformateur de courant représenté aux fig. 1 à 5.
La fig. 8 est le schéma de la seconde forme d'exécution constituant un transformateur de tension triphasé branché en étoile et . à neutre isolé.
Les fig. 9 et 10 sont respectivement une vue en élévation latérale et une vue en élévation de bout du bloc comportant les enroulements à haute tension moulés du transformateur de la fig. 8.. Les fig. 11 et 12 sont respectivement une vue en élévation latérale et une vue en élévation de bout du transformateur de la fig. 8 à l'état achevé.
La fig. 13 est le schéma de la troisième forme d'exécution constituant un transforma teur de tension triphasé branché en V.
Les fig. 14 et 15 sont respectivement une vue en élévation latérale et une vue en élévation de bout du bloc moulé comportant les enrou lements à haute tension du transformateur de la fig. 13, et les fig. 16 et 17 sont respectivement une vue en élévation latérale et une vue en éléva tion de bout d'un élément moulé de la qua trième forme d'exécution constituant un trans formateur de tension monophasé.
La première forme d'exécution représentée aux fig. 1 à 5 constitue un transformateur de courant triphasé isolé. Les enroulements de ce transformateur sont entièrement noyés dans un bloc isolant obtenu par moulage d'une résine synthétique à basse pression.
Pour fabriquer le transformateur représenté aux fig. 1 à 5, on procède comme suit : on enroule tout d'abord toroïdalement, pour cha que phase, sur deux noyaux creux cylindriques 11, deux enroulements secondaires 10, et on moule un bloc 12 entourant ces enroulements en une résine synthétique, ceci à basse pression et de manière à noyer les enroulements et les noyaux qui sont disposés côte à côte, leurs axes s'étendant tous dans un même plan. La dispo sition générale de l'élément secondaire ainsi produit est visible aux fig. 1 à 3.
Deux paires de bornes secondaires nues 13 pour chaque phase font saillie à partir d'une des faces du bloc, tandis que des tunnels transversaux 14 sont formés dans le bloc, à travers les centres des six noyaux 11. De plus, des nervures en saillie 15 sont moulées d'une seule pièce avec le bloc 12, à l'extérieur de celui-ci, entre les phases secondaires, dans le but de maintenir en position et de séparer les uns des autres les enroulements primaires.
Trois enroulements primaires haute tension 16 sont ensuite enroulés sur le bloc secondaire 12, en passant à travers les tunnels 14 et entre les nervures de maintien 15, comme représenté à la fig. 4. De préférence, avant d'être enroulés, les enroulements primaires constitués par des câbles de cuivre souples sont recouverts d'un ruban poreux imprégné d'une résine liquide mo- nomérique. Après que l'enroulement a été exé cuté, une extrémité nue de chaque enroulement primaire 16 est reliée par soudage à l'étain à un conducteur 17 qui constitue une borne à haute tension destinée à être reliée à une boite de jonction de câbles,
tandis que l'autre extré mité est soudée à l'étain à un raccord 18 qui constitue une autre borne à haute tension et un contact pour un commutateur.
L'élément ainsi contitué est alors supporté dans un moule, conjointement avec des pièces de remplissage en résine préalablement poly mérisée, les trois conducteurs 17 faisant saillie et les extrémités des contacts 18 étant suppor tées dans les parois du moule. Le moule est ensuite rempli d'une résine synthétique pour moulage à basse pression et cette matière est finalement polymérisée.
Des manchons 19 enveloppant la borne 17, qui forme broche de connexion, et des man chons creux 20 formant douille de connexion, dans chacun desquels est logé un contact 18, sont moulés sous forme de saillies faisant corps avec ledit bloc, ceci au cours de la même opé ration de moulage.
Dans le transformateur triphasé moulé com posite ainsi obtenu, les bornes des trois phases sont alignées de façon plus précise que cela ne serait normalement le cas si on utilisait trois transformateurs monophasés distincts.
Un transformateur monophasé comporte une épaisseur de paroi d'isolation qui, pour des raisons mécaniques, est souvent supérieure à l'épaisseur qui serait strictement nécessaire du point de vue électrique uniquement. Avec un transformateur moulé triphasé tel que celui re présenté aux fig. 4 et 5, les distances entre les centres de ses phases sont plus faibles que cela ne serait le cas si on utilisait trois transforma teurs monophasés distincts.
Les fig. 6 et 7 représentent une variante de la forme d'exécution qu'on vient de décrire. Sur la plupart des points, cette variante est sembla ble à la forme d'exécution représentée aux fig. 4 et 5 et les pièces semblables sont désignées par de mêmes signes de référence. Cependant, dans ladite variante, un conducteur formant prise de tension 21 est relié à chaque enroulement primaire 16, du côté du transformateur corres pondant aux connexions 17,. avant la seconde opération de moulage, et un orifice 22 est formé dans la matière moulée autour de l'ex trémité de chaque conducteur 21, pour permet tre de brancher un transformateur de tension au moyen de broches.
La deuxième forme d'exécution représentée aux fig. 8 à 12 constitue un transformateur de tension triphasé branché en étoile à neutre isolé, destiné à être utilisé dans une installation de commutation du type à cabine et à isolation d'air. Le circuit magnétique et les enroulements primaires de ce transformateur sont schémati quement représentés à la fig. 8.
Les trois enroulements de phase primaires à haute tension 30 sont enroulés par couches sur des tubes 31, en papier bakélisé, comme on peut le voir en particulier à la fig. 9. Les débuts de ces enroulements sont reliés à des attaches de cuivre 32 tandis que la fin de chaque enrou lement est reliée à une couche métallique 33 qui porte une broche de haute tension 34 fai sant saillie. Chaque enroulement 30 est impré gné sous vide de résine synthétique liquide monomérique et cette résine est ensuite polymé risée.
Les attaches de cuivre 32 des trois phases sont interconnectées par un fil de cuivre 35 soudé à l'étain et constituant une connexion de neutre et l'ensemble complet des trois enrou lements à haute tension est ensuite noyé dans un bloc unique 36 de résine synthétique obtenu par moulage à basse pression, des tunnels 37 étant ménagés pour recevoir les noyaux et les -enroulements à basse tension.
Les fig. 9 et 10 représentent l'élément moulé achevé comportant les enroulements à haute tension, les trois enroulements 30 étant disposés aux angles d'un triangle, leurs axes étant paral lèles. II est évident que ces enroulements pour raient également être disposés en ligne. Les trois manchons isolants 38 pour les bornes à haute tension 34 sont moulés d'une seule pièce avec le bloc isolant 36, au cours de l'opération de moulage de ce bloc, chaque manchon 38 étant creux. Une pièce métallique incrustée 39 est noyée dans chaque manchon 38,à son orifice extérieur, dans le but de recevoir un fusible à haute tension disposé dans cet orifice.
L'élément moulé terminé pour haute tension représenté aux fig. 9 et -10 est assemblé à un noyau magnétique triphasé 40 sur les branches duquel des enroulements à basse tension ou se condaires ont été préalablement enroulés. Ce noyau est ensuite pourvu de jougs faisant con tact en bout et de contacts pour basse tension 41. Le transformateur terminé est monté sur un chariot 42, comme représenté aux fig. 11 et 12, et il est protégé par un léger boîtier mé tallique 43, relié à la masse.
La troisième forme d'exécution représentée partiellement aux fig. 13 à 15 constitue un transformateur de tension triphasé analogue de façon générale à celui représenté aux fig. 8 à 12, les pièces semblables étânt désignées par les mêmes signes de référence. Cependant, ce transformateur est branché en V, comme repré senté schématiquement à la fig. 13, et il ne comprend que deux enroulements à haute ten sion 30, ces enroulements étant munis de noyaux magnétiques 50 distincts.
Les deux en roulements à haute tension 30 sont disposés côte à côte, leurs axes étant parallèles, et la broche de connexion à haute tension 34a re liant le point neutre 51 à un manchon pour borne de phase médian s'étend entre les deux enroulements, comme représenté à la fig. 15. Par ailleurs, la construction de cette troisième forme d'exécution est semblable à celle de la seconde représentée aux fig. 8 à 10.
Les fig. 16 et 17 représentent partiellement une quatrième forme d'exécution constituant un transformateur de tension monophasé à en roulement relié à la masse, destiné à être uti lisé dans une installation de commutation. Ce transformateur comprend un enroulement à haute tension 30 unique, construit comme les enroulements 30 des deuxième et troisième formes d'exécution. Comme dans ces formes d'exécution, l'une des extrémités de l'enroule- ment 30 est reliée à une couche extérieure 33 à laquelle est reliée une broche 34, mais l'autre extrémité dudit enroulement 30 est reliée à une attache de cuivre 60 qui s'étend jusqu'à l'ex térieur de l'élément et qui est destinée à être reliée à la masse.
L'enroulement tout entier est noyé dans un bloc 36 isolant en résine synthé tique moulée, un manchon isolant 38 unique pour une borne étant moulé d'une seule pièce avec ce bloc. Ledit manchon est pourvu d'une pièce métallique incrustée 39, noyée à son ori fice extérieur et destinée à recevoir l'une des extrémités d'un fusible à haute tension disposé dans ledit orifice. La connexion à la masse 60 fait saillie à l'extérieur du bloc isolant. Comme dans les. formes d'exécution précédemment dé crites, le bloc 36 est façonné de façon à pré senter un tunnel 37 qui s'étend coaxialement à l'intérieur de l'enroulement à haute tension et qui est destiné à recevoir un noyau magné tique et un enroulement à basse tension.
Dans une variante non représentée, trois enroulements monophasés tels que celui =qu'on vient de décrire sont noyés dans un bloc iso lant moulé unique, les trois manchons pour borne à haute tension étant moulés d'une pièce avec ce bloc et étant pourvus d'orifices destinés à recevoir des fusibles, et les trois connexions à la masse à partir des enroulements à haute ten sion s'étendant jusqu'à l'extérieur du bloc de façon à pouvoir être reliés à la masse.
High voltage transformer The present invention "relates to a high voltage transformer for a high voltage switching installation, for example a cabin type installation with air insulation for voltages up to 11 kilograms. volts.
Heretofore, current transformers intended for use in switching installations of the type mentioned above have included primary windings previously wound and fully insulated from a grounded core and secondary windings. The ends of the primary winding conductors protruded out of the insulation and were bare. Connections were made from these bare conductors to a conductor carried by an insulator and terminating in a cable junction box and a contact disposed in an insulator having a recess for receiving a switch insulator coming from. fit into this insulator like a pin in a socket.
The insulation of these connections presents great difficulties and these connections are generally left bare, so that considerable distances in air must be foreseen between the primaries of the different phases and between the primaries and the casing of cab steel, and that large distances to the core and grounded secondary winding are required. This arrangement therefore requires large phase centers.
The present invention makes it possible to overcome these difficulties or at least to lessen their effects, in certain cases.
The high voltage transformer which is the object of the present invention, comprising an insulating block obtained by molding a synthetic resin at low pressure, in which the high voltage windings and their connections to the high voltage terminals are embedded, is ca. characterized in that it comprises at least one hollow sleeve per phase molded in one piece with said block and containing one of the high voltage terminals.
The transformer specified above can be a voltage transformer or a current transformer, single phase or polyphase.
A synthetic resin for low pressure molding is a synthetic resin capable of solidifying in a mold by polymerization, without the application of pressure and without the release, during the molding operation, of volatile components which would produce occlusions or defects. . Such a material can be, for example, a synthetic resin from the group of ethoxylenes.
Another subject of the invention is a process for manufacturing the transformer defined above. This process is characterized in that an intermediate piece of synthetic resin is molded at low pressure, the secondary windings and the magnetic cores being embedded in said intermediate piece, in that the high-voltage primary windings are put in place. , and in that a synthetic resin wrapping layer is then molded at low pressure around the intermediate molded part, so as to form a solid block in which are arranged the primary windings and the connections to their terminals at high voltage,
the insulating hollow sleeves for the high voltage terminals being molded integrally with said block during the second of said molding operations.
The appended drawing represents, by way of example, four embodiments and a variant of the transformer forming the subject of the present invention.
Fig. 1 is a view in. end elevation of a secondary element of a current transformer, this element being formed during a first stage of manufacture of the transformer.
Figs. 2 and 3 are respectively a side elevational view and a plan view of the element shown in FIG. 1.
Figs. 4 and 5 are an end elevational view and a side elevational view, respectively, of the first embodiment of the completed transformer comprising the secondary element shown in Figs. 1 to 3.
Figs. 6 and 7 are respectively an end elevational view and a side elevational view of a variant of the current transformer shown in FIGS. 1 to 5.
Fig. 8 is the diagram of the second embodiment constituting a three-phase voltage transformer connected in star and. with isolated neutral.
Figs. 9 and 10 are a side elevational view and an end elevational view, respectively, of the block having the molded high voltage windings of the transformer of FIG. 8 .. Figs. 11 and 12 are a side elevational view and an end elevation view, respectively, of the transformer of FIG. 8 in the completed state.
Fig. 13 is the diagram of the third embodiment constituting a three-phase voltage transformer connected in V.
Figs. 14 and 15 are a side elevational view and an end elevational view, respectively, of the molded block including the high voltage windings of the transformer of FIG. 13, and fig. 16 and 17 are a side elevational view and an end elevational view, respectively, of a molded member of the fourth embodiment constituting a single phase voltage transformer.
The first embodiment shown in FIGS. 1 to 5 constitutes an isolated three-phase current transformer. The windings of this transformer are entirely embedded in an insulating block obtained by molding a synthetic resin at low pressure.
To manufacture the transformer shown in fig. 1 to 5, the procedure is as follows: first of all toroidally wound, for each phase, on two cylindrical hollow cores 11, two secondary windings 10, and a block 12 surrounding these windings is molded in a synthetic resin, this to low pressure and so as to flood the windings and cores which are arranged side by side, their axes all extending in the same plane. The general arrangement of the secondary element thus produced is visible in figs. 1 to 3.
Two pairs of bare secondary terminals 13 for each phase protrude from one side of the block, while transverse tunnels 14 are formed in the block, through the centers of the six cores 11. Additionally, protruding ribs 15 are molded integrally with the block 12, on the outside thereof, between the secondary phases, with the aim of maintaining in position and separating the primary windings from one another.
Three high voltage primary windings 16 are then wound on the secondary block 12, passing through the tunnels 14 and between the retaining ribs 15, as shown in FIG. 4. Preferably, before being wound up, the primary windings constituted by flexible copper cables are covered with a porous tape impregnated with a monomeric liquid resin. After the winding has been executed, a bare end of each primary winding 16 is connected by tin soldering to a conductor 17 which constitutes a high voltage terminal intended to be connected to a cable junction box,
while the other end is soldered with tin to a fitting 18 which constitutes another high voltage terminal and a contact for a switch.
The element thus made up is then supported in a mold, together with filling parts made of previously polymerized resin, the three conductors 17 projecting and the ends of the contacts 18 being supported in the walls of the mold. The mold is then filled with a synthetic resin for low pressure molding and this material is finally polymerized.
Sleeves 19 enveloping the terminal 17, which forms the connection pin, and hollow sleeves 20 forming the connection socket, in each of which is housed a contact 18, are molded in the form of projections integral with said block, this during the same molding operation.
In the resulting composite molded three-phase transformer, the terminals of the three phases are aligned more precisely than would normally be the case if three separate single-phase transformers were used.
A single-phase transformer has an insulation wall thickness which, for mechanical reasons, is often greater than the thickness which would be strictly necessary from an electrical point of view only. With a three-phase molded transformer such as that shown in fig. 4 and 5, the distances between the centers of its phases are smaller than would be the case if three separate single-phase transformers were used.
Figs. 6 and 7 show a variant of the embodiment which has just been described. On most points, this variant is similar to the embodiment shown in FIGS. 4 and 5 and similar parts are designated by the same reference signs. However, in said variant, a conductor forming a voltage tap 21 is connected to each primary winding 16, on the side of the transformer corresponding to the connections 17,. before the second molding operation, and an orifice 22 is formed in the material molded around the end of each conductor 21, to allow a voltage transformer to be connected by means of pins.
The second embodiment shown in FIGS. 8 to 12 constitute a three-phase voltage transformer connected in star with isolated neutral, intended for use in a switching installation of the cabin type and with air insulation. The magnetic circuit and the primary windings of this transformer are schematically represented in FIG. 8.
The three high voltage primary phase windings 30 are wound in layers on tubes 31, made of bakelized paper, as can be seen in particular in FIG. 9. The starts of these windings are connected to copper ties 32 while the end of each winding is connected to a metal layer 33 which carries a high voltage pin 34 protruding. Each winding 30 is vacuum impregnated with a liquid monomeric synthetic resin and this resin is then polymerized.
The copper ties 32 of the three phases are interconnected by a copper wire 35 soldered with tin and constituting a neutral connection and the complete set of the three high voltage windings is then embedded in a single block 36 of synthetic resin. obtained by low-pressure molding, tunnels 37 being made to receive the cores and the low-voltage windings.
Figs. 9 and 10 show the completed molded element comprising the high voltage windings, the three windings 30 being arranged at the angles of a triangle, their axes being parallel. It is obvious that these windings could also be arranged in line. The three insulating sleeves 38 for the high voltage terminals 34 are molded integrally with the insulating block 36, during the operation of molding this block, each sleeve 38 being hollow. An encrusted metal part 39 is embedded in each sleeve 38, at its external orifice, in order to receive a high voltage fuse disposed in this orifice.
The finished high voltage molded element shown in Figs. 9 and -10 is assembled to a three-phase magnetic core 40 on the branches of which low voltage windings or condaires have been previously wound. This core is then provided with end contact yokes and low voltage contacts 41. The completed transformer is mounted on a carriage 42, as shown in FIGS. 11 and 12, and it is protected by a light metal case 43, connected to ground.
The third embodiment partially shown in FIGS. 13 to 15 constitute a three-phase voltage transformer generally similar to that shown in FIGS. 8 to 12, similar parts were designated by the same reference signs. However, this transformer is connected in V, as shown schematically in fig. 13, and it only comprises two high voltage windings 30, these windings being provided with separate magnetic cores 50.
The two in high voltage bearings 30 are arranged side by side, their axes being parallel, and the high voltage connection pin 34a re connecting the neutral point 51 to a sleeve for mid-phase terminal extends between the two windings, as shown in fig. 15. Furthermore, the construction of this third embodiment is similar to that of the second shown in FIGS. 8 to 10.
Figs. 16 and 17 partially show a fourth embodiment constituting a single-phase rolling voltage transformer connected to ground, intended for use in a switching installation. This transformer comprises a single high voltage winding 30, constructed like the windings 30 of the second and third embodiments. As in these embodiments, one end of winding 30 is connected to an outer layer 33 to which a pin 34 is connected, but the other end of said winding 30 is connected to a copper clip. 60 which extends to the outside of the element and which is intended to be connected to ground.
The entire coil is embedded in an insulating block 36 of molded synthetic resin, with a single insulating sleeve 38 for one terminal being molded integrally with this block. Said sleeve is provided with an inlaid metal part 39, embedded in its outer opening and intended to receive one of the ends of a high voltage fuse placed in said orifice. The ground connection 60 protrudes outside the insulating block. As in. previously described embodiments, the block 36 is shaped so as to present a tunnel 37 which extends coaxially inside the high voltage winding and which is intended to receive a magnetic core and a winding at low voltage.
In a variant not shown, three single-phase windings such as that which has just been described are embedded in a single molded insulating block, the three sleeves for a high voltage terminal being molded integrally with this block and being provided with 'ports for receiving fuses, and the three ground connections from the high voltage windings extending to the outside of the block so that they can be grounded.