Dispositif épurateur d'huile pour machine électrique immergée, notamment pour alternateur du type bulbe On construit depuis plusieurs années des alter nateurs entraînés par turbine hydraulique, dont la carcasse, du type dit #(bulbe , est immergée dans l'eau, et est elle-même remplie d'huile qui sert<B>à</B> la fois au refroidissement des enroulements, au graissage des paliers, et éventuellement<B>à</B> la com mande de la turbine. Les enroulements de l'alter- natcur baignent entièrement dans cette huile. Le volume intérieur de la carcasse est généralement relié<B>à</B> un réservoir d'huile, dit #(conservateur , placé au-dessus du niveau de l'eau.
L'huile est sujette<B>à</B> pollution par l'eau,<B>à</B> la suite de fuites aux joints divers<B>de</B> la carcasse, ou au presse-étoupe, ou encore par suite de condensation d'eau de l'atmosphère<B>à</B> l'intérieur du conservateur d'hu#ile lorsque l'air atmosphérique saturé d'humidité se trouve en présence d'huile plus froide, J'eau con densée coulant alors par gravité<B>à</B> l'intérieur du bulbe.
L'eau parvenue<B>à</B> l'intérieur du bulbe se dissout partiellement dans l'huile, puis dans le papier consti tuant l'isolation électrique, jusqu'à saturation de ce dernier si elle se trouve en quantité suffisante, car elle ne peut s'échapper ni en fonctionnement, ni<B>à</B> l'arrêt. Le tuyau de communication entre le bulbe et le conservateur est en effet rempli d'huile froide immobile qui, du fait de sa température, ne peut dissoudre que très peu d'eau; la longueur de ce tuyau est telle qu'il constitue en fait un obstacle absolu aux échanges qui pourraient se produire entre huile chaude intérieure au bulbe et atmosphère du conservateur. Les rentrées d'eau même faibles qui peuvent se produire se cumulent donc indéfiniment jusqu'à saturation des isolants.
La présente invention a pour objet un, dispositif per mettant de remédier<B>à</B> cet inconvénient.<B>1.1</B> est carac térisé en ce qu'il comprend, des moyens pour engendrer une circulation d'huile entre la capacité intérieure de la carcasse et le réservoir d'huile extérieur et en ce que ce réservoir est ouvert<B>à</B> l'air atmosphérique. Ainsi le fonctionnement en vase clos du système huile papier en présence de rentrées d'eau accidentelles est remplacé par un système ouvert<B>à</B> l'atmosphère, qui permet l'équilibre & l'eau entre les trois éléments huile, air et papier chauds en cours<B>de</B> fonctionne ment et atmosphère extérieure froide, cette circu lation d'huile s'arrêtant d'elle-même ou étant avanta geusement supprimée lorsque la machine électrique est froide.
M. M.<B>J.</B> Fabre et<B>A.</B> Pichon ont étudié dans un rapport<B>à</B> la<B>C. 1. G.</B> R.<B>E.</B> en juin<B>1960</B> la solubilité de l'eau dans l'huile et le papier et établi les états des équilibres de l'eau entre les trois éléments huile, air et papier.
Les tableaux suivants montrent, d'après les résul tats de cette étude, l'avantage, lors des rentrées d'eau accidentelles, du fonctionnement en présence d'air, réalisé par la présente invention, par rapport au fonc tionnement en vase clos qui se produisait jusqu'ici.
On se placera dans les hypothèses suivantes. La machine électrique immergée comporte<B>1000</B> litres d'huile,<B>5 kg</B> -de papier sous diverses formes; en fonctionnement, sa température est de<B>700 C;</B> l'atmo- sphère extérieure est <B>à</B> la température de 20o C et <B>à</B> l'humidité relative de 100 %. <B>A</B> l'arrêt,
la température de la machine électrique descend<B>à</B> 200<B>C</B> environ.
EMI0002.0018
<I>I. <SEP> Teneur <SEP> en <SEP> eau, <SEP> en <SEP> fonctionnement <SEP> en <SEP> circuit <SEP> ouvert</I>
<tb> <B>à <SEP> 20'C</B> <SEP> en <SEP> supprimant
<tb> les <SEP> échanges <SEP> d'huile
<tb> <B>à <SEP> 700C <SEP> à</B> <SEP> 201 <SEP> <B>C <SEP> à</B> <SEP> froid
<tb> <B>1000 <SEP> 1</B> <SEP> huile <SEP> 22 <SEP> ppm <SEP> 20 <SEP> <B>g</B> <SEP> 42 <SEP> ppm <SEP> <B>38g</B> <SEP> 4,7 <SEP> ppm <SEP> 4,3 <SEP> <B>g</B>
<tb> <B>5 <SEP> kg</B> <SEP> papier <SEP> <B>1,8</B> <SEP> '1/o <SEP> <B>98 <SEP> g</B> <SEP> 20% <SEP> <B>1000 <SEP> g <SEP> 2,26% <SEP> 113,7 <SEP> g</B>
<tb> Total <SEP> <B>:
<SEP> 118 <SEP> g <SEP> 1038 <SEP> g <SEP> 118,0 <SEP> g</B>
<tb> <I>ppin</I> <SEP> désignant <SEP> le <SEP> nombre <SEP> de <SEP> parties <SEP> par <SEP> million.
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<I>II. <SEP> Teneur <SEP> en <SEP> eau <SEP> en <SEP> fonctionnement <SEP> en <SEP> vase <SEP> clos</I>
<tb> <B>à <SEP> 701C <SEP> à</B> <SEP> 20, <SEP> <B>C</B>
<tb> <B>1000 <SEP> 1</B> <SEP> huile <SEP> <B>300</B> <SEP> ppm <SEP> <B>270 <SEP> g</B> <SEP> 42 <SEP> ppm <SEP> <B>38g</B>
<tb> <B>5 <SEP> kg</B> <SEP> papier <SEP> 14% <SEP> <B>700 <SEP> g</B> <SEP> 20% <SEP> <B><U>1000 <SEP> g</U></B>
<tb> Total <SEP> <B>970 <SEP> g <SEP> 1038 <SEP> g</B> Dans la machine électrique en vase clos, la répar tition de l'eau entre les éléments tendra vers les proportions du tableau II;
l'eau entre en solution d'abord dans l'huile et peu<B>à</B> peu dans le papier, les cycles d'échauffement et de refroidissement favo risant l'absorption par le papier de l'eau en excès dans l'huile.
Dans cet état d'équilibre,<B>à</B> chaud comme<B>à</B> froid, les qualités diélectriques des isolants contenant du papier sont très faibles.
Dans la machine électrique fonctionnant en pré sence de l'atmosphère, l'état d'équilibre<B>à</B> chaud est caractérisé par une faible teneur en eau et de bonnes propriétés diélectriques. Si une entrée d'eau acciden telle se produit, cette eau s'élimine vers l'atmosphère de façon<B>à</B> rétablir l'équilibre.
<B>A</B> 200<B>C</B> par contre, l'état d'équilibre serait le même qu'en vase clos; mais si,<B>à</B> froid, les échanges entre air et huile sont arrêtés, la répartition de l'eau <B>à</B> 20() <B>C</B> reste sensiblement la même qu'en fonctionne ment<B>à</B> chaud (dernière colonne du tableau I).
La figure unique schématique du dessin annexé, représente,<B>à</B> titre d'exemple, une forme d'exécution du dispositif selon l'invention, dans le cas d'un alter nateur du type bulbe.
L'alternateur<B>1</B> et ses circuits auxiliaires éven tuels 2 sont placés<B>à</B> l'intérieur d'une carcasse<B>3</B> en forme<B>de</B> bulbe. Le rotor de l'alternateur<B>1</B> est monté sur un arbre 4 qui traverse la carcasse<B>3</B> par un presse-étoupe<B>5,</B> et qui porte<B>à</B> l'extérieur de la car casse<B>3,</B> une turbine<B>6.</B> Ce bulbe est placé au-dessous du niveau de l'eau. Au-dessous du niveau de l'eau se trouve un réservoir d'huile<B>7.</B>
Le réservoir<B>7</B> est relié au bulbe par deux cana lisations verticales<B>8</B> et<B>9.</B> La première canalisation <B>8</B> débouche au niveau supérieur du bulbe, en<B>10,</B> et est calorifugée; elle est généralement utilisée pour le passage des câbles de sortie de courant et des autres auxiliaires. La deuxième canalisation<B>9</B> est refroidie directement par l'eau de la rivière et<B>dé-</B> bouche au niveau inférieur du bulbe en<B>11.</B>
Le réservoir d'huile<B>7</B> est en communication avec l'atmosphère. L'air entre sur le côté 12 et s'échappe au centre par une cheminée<B>13,</B> le tirage étant pro duit par l'échauffement de l'air au contact de l'huile chaude. Le tirage peut être accéléré soit en utilisant le vent comme dans une cheminée, soit avec un ventilateur.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant. Lorsque l'alternateur fonctionne, l'huile s'échauffe, la circulation par thermos,,tphon s'amorce entre le bulbe et le réservoir<B>7 ;</B> elle est entretenue du fait de la différence de température des deux colonnes d'huile dans les canalisations<B>8</B> et<B>9.</B>
S'il n'y a pas de fuite d'eau, l'huile du réservoir supérieur, qui est sensiblement<B>à</B> la température intérieure du bulbe, soit environ<B>700 C,</B> se met en équilibre hygroscopique avec l'air extérieur.<B>Il</B> en résulte une légère entrée d'humi#dité, correspondant <B>à</B> la première colonne du tableau I. Du fait de la température du réservoir d'huile, il ne peut<B>y</B> avoir condensation.
<B>A</B> l'arrêt de l'alternateur, la température de l'huile s'abaisse et, au cours d'un arrêt de longue durée, la température de l'huile peut égaler celle de l'air.<B>Il</B> n'y a plus de circulation d'huile entre le bulbe et le réservoir<B>7,</B> et seule l'huile du réservoir <B>7</B> se met en équilibre avec J'atmosphère (ce qui correspond<B>à</B> la deuxième colonne du tableau<B>1).</B> Mais, du fait de l'arrêt de la circulation d'huile, l'humidité ne peut se propager vers le bulbe. Une diffusion de l'eau le long des canalisations de liaison <B>8</B> et<B>9</B> et, par suite, un état d'équilibre entre le bulbe et l'atmosphère ne pourraient s'établir qu'après un arrêt de très longue durée.
Aussitôt après l'arrêt, l'huile du bulbe, refroidie par exemple<B>à</B> 200<B>C</B> sans apport d'eau, acquiert l'état d'équilibre figurant<B>à</B> la dernière colonne du tableau<B>1.</B> La teneur en eau<B>y</B> reste faible.
Si, en fonctionnement, il se produit une rentrée d'eau dans le bulbe, l'huile dissout cette eau jusqu'à saturation, l'absorption d'eau par le papier se fai sant beaucoup plus lentement. L'eau en solution dans l'hu'le est entramée vers le réservoir supérieur <B>7,</B> et elle tend<B>à</B> passer dans l'air pour maintenir l'équilibre entre l'eau, l'huile et l'air,<B>à</B> la seule condi tion que l'air humide soit évacué vers l'extérieur. L'eau qui peut être évacuée ainsi atteint environ<B>80</B> centimètres cubes par jour et par mètre carré de surface du réservoir, lorsque l'huile<B>à 700 C</B> est sa turée d'eau en solution. Cette évacuation est géné ralement suffisante pour évacuer des rentrées d'eau normales.
Le dispositif ainsi constitué est entièrement sta tique et ne demande pas d'entretien. En outre, la circulation d'huile s'arrête d'elle-même lorsque la mach:ne électrique est froide.
Différents dispositifs peuvent toutefois être ajou tés pour accélérer les échanges, par exemple une pompe de circulation d'hulle. En outre, pour évacuer une quantité d'eau anormalement élevée, on peut immerger dans le réservoir supérieur<B>7</B> des substances absorbantes telles que<B>:</B> papier filtre, gel de silice, tamis moléculaires, etc., qu'il sera nécessaire de re tirer lorsqu'ils seront saturés.