EP0374062B1 - Procédé et appareil de séchage de l'isolant de papier d'un dispositif électrotechnique à haute tension et applicateur d'énergie des micro-ondes à cet effet - Google Patents

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EP0374062B1
EP0374062B1 EP89420493A EP89420493A EP0374062B1 EP 0374062 B1 EP0374062 B1 EP 0374062B1 EP 89420493 A EP89420493 A EP 89420493A EP 89420493 A EP89420493 A EP 89420493A EP 0374062 B1 EP0374062 B1 EP 0374062B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coaxial
microwave
transmission line
water
dielectric insulation
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP89420493A
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German (de)
English (en)
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EP0374062A2 (fr
EP0374062A3 (en
Inventor
Pierre Gervais
Michel Duval
Marcel Giroux
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hydro Quebec
Original Assignee
Hydro Quebec
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Publication date
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Publication of EP0374062A2 publication Critical patent/EP0374062A2/fr
Publication of EP0374062A3 publication Critical patent/EP0374062A3/fr
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/80—Apparatus for specific applications
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2206/00—Aspects relating to heating by electric, magnetic, or electromagnetic fields covered by group H05B6/00
    • H05B2206/04—Heating using microwaves
    • H05B2206/046—Microwave drying of wood, ink, food, ceramic, sintering of ceramic, clothes, hair

Definitions

  • the present invention relates to a method of drying, by microwave, a multi-layer paper insulator, forming part of a high-voltage electrotechnical device, such as a transformer bushing.
  • the invention also relates to a microwave energy applicator and a dryer containing such an applicator, the latter as well as the dryer being intended for carrying out the method.
  • bushings pass through the metal casing, in order to allow a connection, from the outside, with the winding terminals.
  • One such crossing includes a conductor wrapped in multi-layer paper insulation.
  • the paper insulation, as well as part of the conductor, are housed inside a cylindrical ceramic envelope, hermetically sealed and filled with oil. The paper insulation is therefore moistened with this oil.
  • the main object of the present invention is therefore to provide a quick and inexpensive means of drying the paper insulation of the bushings, of the type mentioned above, by means of microwaves.
  • Microwave drying of the insulation of an electrotechnical device is quick and inexpensive, so that it becomes more advantageous to recondition the electrotechnical device by drying its dielectric insulator , rather than replacing it.
  • the two apparatuses for drying a paper insulator each have a microwave energy applicator 1 .
  • the applicator 1 has a first end which is connected to a first microwave window 2 and a second end which is connected to a second microwave window 3 .
  • FIGS. 2A, 2B and 2C The structure of the applicator 1 and of the windows 2 and 3 appears in detail in FIGS. 2A, 2B and 2C .
  • the applicator 1 first comprises a tubular metallic element 4 , electrically conductive, namely a circular cylinder in cross section, in which is mounted the bushing whose insulator is to be dried.
  • the bushing 5 is designed to be used in a high voltage transformer.
  • a crossing 5 comprises a metallic conductor 6 , namely a hollow elongated tube whose ends are threaded externally to allow an electrical connection.
  • the conductor 6 is straight and cylindrical, that is to say circular in cross section. It is, on the other hand, insulated by means of a dielectric insulator 7 of multi-layer paper, enveloping said conductor 6 .
  • a dielectric insulator 7 of multi-layer paper enveloping said conductor 6 .
  • one end of the insulator 7 of multi-layer paper is perpendicular to the conductor 6 , while the other end of the insulator is conical.
  • the bushing 5 has been removed from its ceramic envelope and, as said above, its paper insulation is impregnated with oil, but also contains water which has got there. infiltrated.
  • the bushing 5 is held in position inside the cylinder 4 by means of two annular end supports 8 and 9 , interposed between the paper insulation 7 and the internal surface of the cylinder 4 .
  • the two supports 8 and 9 are made of a dielectric material permeable to microwaves and are provided with passages, such as 9 ′ in FIG. 2B , passing right through each support when the supports 8 and 9 are inserted between the cylinder 4 and the paper insulator 7 of the bushing.
  • the metal cylinder 4 and the conductor 6 form a coaxial microwave transmission line, capable of propagating the microwaves. More precisely, the conductor 6 constitutes the internal conductor of the line, the cylinder 4 , the external conductor of the same line and the paper insulator 7 acts as a dielectric in the coaxial transmission line.
  • the cylinder 4 is provided with an upper and vertical exhaust duct 10 , two lower and vertical exhaust ducts 11 and 12 and as well as two collar end fittings 13 and 14 .
  • the microwave energy applicator 1 comprises, in in addition, two sets of coaxial-to-coaxial transition 15 and 16 provided at their respective ends.
  • Each of the transition assemblies 15 , 16 comprises a tapered waveguide section 17 , 18 (external conductor), of circular cross section and a conical internal conductor 19 , 20 coaxial with the waveguide section 17 , 18 and, also, of circular cross section.
  • the waveguide section 17 is provided with a collar connection 21 at its close end and another collar connection 26 at its remote end, the two connections being conventional.
  • the waveguide section 18 is provided with a flange connection 23 at its close end and with another flange connection 24 at its remote end, the two connections being conventional.
  • the collar fittings 13 and 21 are fixed together to form an airtight seal between them.
  • An airtight seal is also obtained between the collar connections 14 and 23 of the cylinder 4 and of the waveguide section 18 .
  • the production of such seals is well known to those skilled in the art and it is therefore not necessary to specify further.
  • the internal conductor 19 is provided with a pin 19 ′, at its close end, this pin 19 ′ being inserted under pressure into the corresponding end of the hollow tube 6 .
  • the internal conductor 20 is provided with a pin 20 ′, at its close end, which pin 20 ′ is also inserted under pressure into the other end of the hollow tube 6 .
  • the internal conductors 19 and 20 are mounted on the hollow tube 6 , which conducts electricity.
  • the microwave window 2 comprises a section 27 of standard 50 ⁇ waveguide, of circular cross section which comprises, at its close end, a standard collar connector 28 , fixed to the collar connector 26 , to make a airtight seal between fittings 26 and 28 .
  • the waveguide section 27 further includes a standard flange connection 29 at its remote end.
  • the microwave window 3 comprises a section 30 of standard circular waveguide of 50 ⁇ having a standard collar connection 31 , at its close end, attached to collar fitting 24 . Also, an airtight seal is formed between the collar fittings 24 and 31 .
  • the waveguide section 30 obviously has a standard collar connection 32 at its remote end.
  • Each of the two microwave windows 2 , 3 also has an internal central conductor 33 , 34 coaxial with the section 27 , 30 of waveguide and of circular and constant cross section.
  • the hollow end, brought closer to each conductor 33 , 34 is forced inside a coaxial hole dug in the end remote from the internal conical conductors 19 , 20 , so that the conductor 33 , 34 is fixed to the conductor 19 , 20 .
  • Each window 2 , 3 comprises, in addition, an annular stop 35 , 36 , made of a dielectric material permeable to microwaves.
  • Each stop 35 , 36 can be slid longitudinally inside the waveguide section 27 , 30 and thus around the internal conductor 33 , 34 .
  • a first O-ring 37 , 38 seals the seal between the stop 35 , 36 and the bore of the waveguide section 27 , 30
  • a second O-ring 39 , 40 seals the seal between the stop 35 , 36 and the internal conductor 33 , 34 .
  • the stop 35 , 36 keeps the conductor 33 , 34 coaxial with the waveguide section 27 , 30 and its position inside the waveguide section is adjusted so as to obtain an optimal reflection coefficient which is as low as possible.
  • the window 2 , the transition assembly 15 , the cylinder 4 , the conductor 6 , the transition assembly 16 and the window 3 constitute, overall, a coaxial microwave transmission line, capable to propagate microwaves whose external conductor is constituted by the coaxial sections of waveguide 27 and 17 , the cylinder 4 and the sections 18 and 30 of waveguide and whose internal conductor is constituted by conductors 33 , 19 , 6 , 20 and 34 aligned on a common axis.
  • the function of the transition assembly 15 is to adapt the impedance of window 2 to the impedance of the coaxial line of transition formed by cylinder 4 and conductor 6 .
  • the internal diameter of the waveguide section 17 gradually increases from the internal diameter of the waveguide section 27 to the internal diameter of the cylinder 4 , while the internal conical conductor 19 sees its external diameter increase gradually, from that of driver 33 to that of driver 6 .
  • the transition assembly 16 likewise adapts the impedance of the coaxial transmission line formed by the cylinder 4 and the conductor 6 to that of the microwave window 3 .
  • the internal diameter of the waveguide section 18 decreases gradually from the internal diameter of the cylinder 4 to the internal diameter of the waveguide section 30 , while the internal conical conductor 20 also sees its external diameter gradually decrease, from that of conductor 6 to that of conductor 34 .
  • Impedance matching using transition assemblies 15 and 16 , prevents the formation of a standing wave in the coaxial microwave transmission line that includes window 2 , transition assembly 15 , cylinder 4 , the conductor 6 , the transition assembly 16 and the window 3 , due to the reflections that would cause the absence of such an adaptation of impedances.
  • a standing wave of this nature has maximums and minimums and would cause uneven heating of the water in the paper insulation.
  • the windows 2 and 3 , the transition assemblies 15 and 16 , the cylinder 4 and the conductor 6 define an airtight annular enclosure.
  • the paper insulation drying apparatus comprises a high power source 41 of microwaves, advantageously constituted by a magnetron generator.
  • the microwaves, coming from the source 41 are transmitted to the window 2 by means of a conventional waveguide-to-coaxial transition device (not illustrated), connected to the standard collar connection 29 of the guide section. wave 27 ( fig. 2A ).
  • the microwaves, coming from the source 41 pass through the window 2 , the applicator 1 and the window 3 and are transmitted to a suitable load 42 through a conventional coaxial-to-waveguide transition device (not illustrated). ) attached to standard fitting 32 ( fig. 2A ).
  • the load 42 being adapted, there is no reflection, since the load then absorbs all the energy of the microwaves which propagate through the windows 2 and 3 and through the applicator 1 , without being absorbed by the water itself. It follows that a standing wave does not form in the applicator 1 , so that the water is heated uniformly throughout the paper insulator 7 , due to a uniform distribution of the electric field in the transmission line.
  • the high power microwave source 41 transmits microwaves to window 2 , through a circulator 45 connected to window 2 , by means of a waveguide-to-coaxial transition device (not shown) which is fixed to the standard flange connection 29 ( fig. 2A ).
  • the microwaves propagate through the window 2 , the applicator 1 and the window 3 and are transmitted to an adjustable short circuit 47 connected to the collar connection 32 ( FIG. 2A ) of the waveguide section 30 , using a conventional coaxial-to-waveguide transition device (not shown).
  • the microwaves which reach the short circuit 47 are reflected and transmitted to a suitable load 46 through the window 3 , the applicator 1 , the window 2 and the circulator 45 .
  • a standing wave with maximums and minimums is therefore produced inside the coaxial line formed by the cylinder 4 and the conductor 6 .
  • the short circuit 47 is displaced to move the minimums and maximums of the standing wave in the applicator 1 , in order to obtain a heating of the water which is uniform in the insulator 7 of paper.
  • the energy of the microwaves, reaching the appropriate charge 46 is absorbed by the latter, without significant reflection of the microwaves.
  • the microwaves which propagate through the coaxial transmission line formed by the cylinder 4 and the conductor 6 , cause the water molecules to oscillate in the paper insulator 7 .
  • the water is thus heated and transformed into water vapor.
  • a vacuum pump 43 sucks the water vapor thus produced through the upper exhaust duct 10 of FIG. 2A , in order to improve and speed up the drying process, by forcing the evacuation of water vapor from the airtight enclosure. It is therefore important that the O-rings 37 , 38 , 39 and 40 and the pairs of collar fittings 26 , 28 ; 13 , 21 ; 14 , 23 and 24 , 31 create airtight seals, in order to obtain an airtight enclosure which is discussed above.
  • the oil which permeates the paper insulator 7 , is also heated by microwaves and by steam, so that its fluidity increases and that it flows by gravity towards an oil trap 44 , by means of two lower exhaust pipes 11 and 12 , this being true for the two embodiments of FIGS. 1 and 3 .
  • the vacuum pump 43 can be replaced by a cryogenic trap using liquid nitrogen ( N2 ) or carbon dioxide ( CO2 ), such a cryogenic trap being, of course, well known in the art.
  • N2 liquid nitrogen
  • CO2 carbon dioxide
  • the paper insulation 7 is dried quickly by microwaves, the drying time being counted in hours rather than days, as is the case for drying in conventional ovens.
  • the drying of the insulator 7 becomes economical and the restoration at low cost of the crossbeams of high voltage transformers is therefore possible.
  • the frequency of the microwaves is important in that their wavelength must be close to the internal diameter of the cylinder 4 , so as to obtain a propagation according to the dominant TEM mode.
  • a cylindrical metallic shield 48 illustrated in broken lines in FIG. 2A , either provided in the paper insulator 7 .
  • two coaxial and parallel transmission lines are formed, the first being constituted by the conductor 6 and the shield 48 , while the second is constituted by the shield 48 and the cylinder 4 .
  • the present invention can also be used to dry the multi-layer paper insulation, but an appropriate adaptation of the impedances must then be made using the transition assemblies 15 and 16 and, optionally, adjusting screws.
  • the present invention can be used to dry the multi-layer paper insulation from high-voltage transformer bushings or any other high-voltage electrotechnical device, provided that they have a central internal conductor around which the paper insulation multilayer is wound and that such a conductor can be used as an internal conductor of a coaxial microwave transmission line.
  • the central conductor of the electrotechnical device need not be straight. In fact, it may be somewhat curved, provided that the tubular member 4 is similarly curved to form the required coaxial microwave transmission line.
  • the central conductor of the device may also exhibit discontinuities, provided that an appropriate impedance matching is carried out.
  • the present invention can also be used for a dielectric insulator other than paper, provided that such an insulator is permeable to water and microwaves.

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Description

  • La présente invention concerne un procédé de séchage, par micro-ondes, d'un isolant de papier à couches multiples, faisant partie d'un dispositif électrotechnique à haute tension, tel qu'une traversée de transformateur. L'invention concerne, également, un applicateur d'énergie des micro-ondes, ainsi qu'un séchoir contenant un tel applicateur, ce dernier ainsi que le séchoir étant destinés à la mise en oeuvre du procédé.
  • Dans les transformateurs à haute tension, des traversées passent à travers le boîtier métallique, afin de permettre une liaison, par l'extérieur, avec les bornes d'enroulement. Une telle traversée comprend un conducteur enveloppé dans un isolant de papier à couches multiples. L'isolant de papier, ainsi qu'une partie du conducteur, sont logés à l'intérieur d'une enveloppe cylindrique en céramique, fermée hermétiquement et remplie d'huile. L'isolant de papier est donc imbibé de cette huile.
  • A l'usage, l'humidité s'infiltre à l'intérieur de la traversée par des fissures et des joints de l'enveloppe en céramique. L'eau traverse donc le papier et détruit l'isolation diélectrique. La traversée doit alors être remise en état.
  • Pour ce faire, il est connu de retirer de l'enveloppe céramique le conducteur avec son isolant de papier pour les mettre dans un four conventionnel. L'inconvénient des fours conventionnels est que le séchage est très long et peut aller jusqu'à un mois. Il s'ensuit qu'un tel séchage est tellement coûteux que les traversées sont jetées et remplacées, le remplacement des traversées étant plus avantageux que leur remise en état par un séchage de l'isolant de papier.
  • L'objet principal de la présente invention est donc de proposer un moyen rapide et peu couteux de sécher l'isolant de papier des traversées, du type mentionné ci-dessus, au moyen des micro-ondes.
  • Plus précisément, selon la présente invention, on propose un procédé de séchage d'un isolant diélectrique, perméable à l'eau et aux micro-ondes, faisant partie d'un dispositif électrotechnique comportant un conducteur électrique, interne et allongé, enveloppé dans l'isolant précité infiltré d'eau, le procédé consistant à :
    • monter ledit dispositif électrotechnique dans un élément tubulaire creux fait d'un matériau conducteur d'électricité, le conducteur électrique étant coaxial avec ledit élément tubulaire, pour ainsi former une ligne coaxiale de transmission des micro-ondes,
    • transmettre des micro-ondes à travers la ligne coaxiale de transmission pour chauffer l'eau infiltrée dans l'isolant diélectrique et la transformer en vapeur d'eau,
    • et évacuer la vapeur d'eau à l'extérieur de ladite ligne coaxiale de transmission.
  • La transformation de l'eau en vapeur d'eau et l'évacuation de cette vapeur à l'extérieur de la ligne de transmission produisent un séchage de l'isolant diélectrique.
  • L'invention propose, également, un applicateur d'énergie des micro-ondes servant à appliquer l'énergie des micro-ondes à l'eau infiltrée dans un isolant diélectrique, perméable à l'eau et aux micro-ondes, faisant partie d'un dispositif électrotechnique comportant un conducteur électrique interne et allongé, enveloppé dans l'isolant précité, ledit applicateur comprenant :
    • un élément tubulaire creux fait d'un matériau conducteur d'électricité,
    • des moyens de montage dudit dispositif électrotechnique dans cet élément tubulaire, ledit conducteur électrique étant coaxial avec l'élément tubulaire, de façon à former une ligne coaxiale de transmission des micro-ondes apte à propager les micro-ondes à travers l'isolant diélectrique pour ainsi appliquer l'énergie des micro-ondes à l'eau infiltrée.
  • La présente invention concerne, en outre, un appareil de séchage d'un isolant diélectrique, perméable à l'eau et aux micro-ondes, faisant partie d'un dispositif électrotechnique comportant un conducteur électrique interne et allongé, enveloppé dans l'isolant précité infiltré d'eau, cet appareil comprenant :
    • un élément tubulaire creux fait d'un matériau conducteur d'électricité,
    • des moyens de montage dudit dispositif électrotechnique dans cet élément tubulaire, ledit conducteur électrique étant coaxial avec ledit élément tubulaire, de façon à former une ligne coaxiale de transmission des micro-ondes,
    • des moyens de propagation des micro-ondes à travers la ligne coaxiale de transmission, et donc à travers l'isolant diélectrique, pour chauffer ladite eau infiltrée dans l'isolant diélectrique et la transformer en vapeur d'eau,
    • et des moyens pour évacuer la vapeur d'eau à l'extérieur de ladite ligne coaxiale de transmission des micro-ondes.
  • Ainsi, la transformation de l'eau en vapeur d'eau et l'évacuation de la vapeur hors de la ligne de transmission produisent un séchage de l'isolant diélectrique.
  • Le séchage par micro-ondes de l'isolant d'un dispositif électrotechnique, du genre mentionné ci-dessus, est rapide et peu couteux, de sorte qu'il devient plus avantageux de remettre en état le dispositif électrotechnique par séchage de son isolant diélectrique, plutôt que de le remplacer.
  • On peut améliorer l'efficacité du séchage de l'isolant en obturant les deux extrémités de la ligne coaxiale de transmission des micro-ondes au moyen de deux fenêtres à micro-ondes pour ainsi obtenir une enceinte étanche à l'air. La vapeur d'eau qui se forme, à l'intérieur de la ligne de transmission, peut être évacuée au moyen d'une pompe à vide ou d'un piège cryogénique. Les objets, avantages et autres caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description non limitative qui suit, de réalisations préférentielles en faisant référence aux dessins annexés.
    • La fig. 1 représente, sous la forme d'un diagramme synoptique, un premier mode de réalisation d'un appareil de séchage d'un isolant de papier selon l'invention, incluant un applicateur d'énergie des micro-ondes.
    • La fig. 2A est une vue en coupe longitudinale de l'applicateur d'énergie des micro-ondes faisant partie de l'appareil de séchage de la fig. 1, comportant deux fenêtres à micro-ondes disposées, respectivement, à ses extrémités, cette vue étant prise suivant la ligne C-C de la fig. 2B.
    • La fig. 2B est une vue en coupe transversale de l'applicateur d'énergie à micro-ondes de la fig. 2A prise suivant la ligne A-A de cette figure.
    • La fig. 2C est une autre vue en coupe transversale de l'applicateur d'énergie à micro-ondes de la fig. 2A prise suivant la ligne B-B de cette dernière figure.
    • La fig. 3, apparaissant sur la même planche de dessins que la fig. 1, représente, sous la forme d'un diagramme synoptique, un second mode de réalisation d'un appareil de séchage d'un isolant de papier selon la présente invention.
  • Dans les différentes figures des dessins, les éléments correspondants sont désignés par les mêmes signes de référence.
  • Les deux appareils de séchage d'un isolant de papier, illustrés dans les fig. 1 et 3, comportent chacun un applicateur 1 d'énergie des micro-ondes. L'applicateur 1 a une première extrémité qui est relié à une première fenêtre 2 à micro-ondes et une seconde extrémité qui est reliée à une seconde fenêtre 3 à micro-ondes.
  • La structure de l'applicateur 1 et des fenêtres 2 et 3 apparaît en détail dans les fig. 2A, 2B et 2C.
  • Plus précisément, l'applicateur 1 comprend d'abord un élément 4 métallique tubulaire, conducteur d'électricité, à savoir un cylindre circulaire en coupe transversale, dans lequel est montée la traversée dont l'isolant doit être séché.
  • Dans l'exemple illustré, la traversée 5 est conçue pour être utilisée dans un transformateur à haute tension. Une telle traversée 5 comporte un conducteur 6 métallique, à savoir un tube allongé creux dont les extrémités sont filetées extérieurement pour permettre une liaison électrique. Le conducteur 6 est droit et cylindrique, c'est-à-dire circulaire en coupe transversale. Il est, d'autre part, isolé au moyen d'un isolant diélectrique 7 de papier à couches multiples, enveloppant ledit conducteur 6. Comme on peut le voir dans la fig. 2A, une extrémité de l'isolant 7 de papier à couches multiples est perpendiculaire au conducteur 6, alors que l'autre extrémité de l'isolant est conique. Bien entendu, la traversée 5 a été retirée de son enveloppe en céramique et, comme on l'a dit ci-dessus, son isolant de papier est imprégné d'huile, mais contient, également, de l'eau qui s'y est infiltrée.
  • Il est important que le cylindre 4 et le conducteur 6 soient coaxiaux d'une façon aussi précise que possible. Dans ce but, la traversée 5 est maintenue en position à l'intérieur du cylindre 4 au moyen de deux supports terminaux annulaires 8 et 9, intercalés entre l'isolant de papier 7 et la surface interne du cylindre 4. Les deux supports 8 et 9 sont faits en un matériau diélectrique perméable aux micro-ondes et sont pourvus de passages, tels que 9′ à la fig. 2B, traversant de part en part chaque support lorsque les supports 8 et 9 sont insérés entre le cylindre 4 et l'isolant de papier 7 de la traversée.
  • Il s'ensuit que le cylindre métallique 4 et le conducteur 6 forment une ligne coaxiale de transmission des micro-ondes, apte à propager les micro-ondes. Plus précisément, le conducteur 6 constitue le conducteur interne de la ligne, le cylindre 4, le conducteur externe de la même ligne et l'isolant de papier 7 agit comme diélectrique dans la ligne coaxiale de transmission.
  • Le cylindre 4 est pourvu d'un conduit d'échappement supérieur et vertical 10, de deux conduits d'échappement inférieurs et verticaux 11 et 12 et de même que de deux raccords terminaux à collet 13 et 14.
  • L'applicateur 1 d'énergie à micro-ondes comprend, en outre, deux ensembles de transition coaxial-à-coaxial 15 et 16 prévus à ses extrémités respectives. Chacun des ensembles de transition 15, 16 comprend un tronçon de guide d'ondes tronconique 17, 18 (conducteur externe), de section transversale circulaire et un conducteur interne conique 19, 20 coaxial au tronçon de guide d'ondes 17, 18 et, également, de section transversale circulaire.
  • Le tronçon de guide d'ondes 17 est pourvu d'un raccord à collet 21 à son extrémité rapprochée et d'un autre raccord à collet 26 à son extrémité éloignée, les deux raccords étant conventionnels. De la même façon, le tronçon 18 de guide d'ondes est muni d'un raccord à collet 23 à son extrémité rapprochée et d'un autre raccord à collet 24 à son extrémité éloignée, les deux raccords étant conventionnels. Les raccords à collet 13 et 21 sont fixés ensemble pour réaliser entre eux un joint étanche à l'air. Un joint étanche à l'air est aussi obtenu entre les raccords à collet 14 et 23 du cylindre 4 et du tronçon de guide d'ondes 18. La réalisation de tels joints est bien connue de l'homme du métier et il n'est pas, par conséquent, nécessaire de préciser davantage.
  • Comme le montre la fig. 2A, le conducteur interne 19 est muni d'une goupille 19′, à son extrémité rapprochée, cette goupille 19′ étant insérée sous pression dans l'extrémité correspondante du tube creux 6. De même, le conducteur interne 20 est muni d'une goupille 20′, à son extrémité rapprochée, laquelle goupille 20′ est, également, insérée sous pression dans l'autre extrémité du tube creux 6. Ainsi les conducteurs internes 19 et 20 sont montés sur le tube creux 6, conducteur d'électricité.
  • La fenêtre 2 à micro-ondes comporte un tronçon 27 de guide d'ondes standard de 50 Ω, de section transversale circulaire qui comporte, à son extrémité rapprochée, un raccord à collet 28 standard, fixé au raccord à collet 26, pour réaliser un joint étanche à l'air entre les raccords 26 et 28. Le tronçon 27 de guide d'ondes comporte, en plus, un raccord à collet 29 standard à son extrémité éloignée. De la même façon, la fenêtre 3 à micro-ondes comporte un tronçon 30 de guide d'ondes circulaire standard de 50 Ω ayant un raccord à collet 31 standard, à son extrémité rapprochée, fixé au raccord à collet 24. Egalement, un joint étanche à l'air est formé entre les raccords à collet 24 et 31. Le tronçon 30 de guide d'ondes possède, évidemment, un raccord à collet 32 standard à son extrémité éloignée.
  • Chacune des deux fenêtres à micro-ondes 2, 3 a aussi un conducteur central interne 33, 34 coaxial au tronçon 27, 30 de guide d'ondes et de section transversale circulaire et constante. L'extrémité creuse, rapprochée de chaque conducteur 33, 34, est forcée à l'intérieur d'un trou coaxial creusé dans l'extrémité éloignée des conducteurs coniques internes 19, 20, de façon que le conducteur 33, 34 soit fixé au conducteur 19, 20.
  • Chaque fenêtre 2, 3 comporte, en plus, une butée annulaire 35, 36, réalisée en un matériau diélectrique perméable aux micro-ondes. Chaque butée 35, 36 peut être glissée longitudinalement à l'intérieur du tronçon de guide d'ondes 27, 30 et ainsi autour du conducteur interne 33, 34. Un premier joint torique 37, 38 rend étanche le joint entre la butée 35, 36 et l'alésage du tronçon de guide d'ondes 27, 30, tandis qu'un second joint torique 39, 40 rend étanche le joint entre la butée 35, 36 et le conducteur interne 33, 34. La butée 35, 36 maintient le conducteur 33, 34 coaxial avec le tronçon 27, 30 de guide d'ondes et sa position à l'intérieur du tronçon de guide d'ondes est ajustée de façon à obtenir un coefficient de réflexion optimal qui soit aussi faible que possible.
  • Comme on pourra en juger, la fenêtre 2, l'ensemble de transition 15, le cylindre 4, le conducteur 6, l'ensemble de transition 16 et la fenêtre 3 constituent, globalement, une ligne coaxiale de transmission des micro-ondes, capable de propager les micro-ondes dont le conducteur externe est constitué par les tronçons coaxiaux de guide d'ondes 27 et 17, le cylindre 4 et les tronçons 18 et 30 de guide d'ondes et dont le conducteur interne est constitué par les conducteurs 33, 19, 6, 20 et 34 alignés sur un axe commun.
  • La fonction de l'ensemble de transition 15 est d'adapter l'impédance de la fenêtre 2 à l'impédance de la ligne coaxiale de transition formée par le cylindre 4 et le conducteur 6. Dans ce but, le diamètre interne du tronçon de guide d'ondes 17 croît graduellement depuis le diamètre interne du tronçon de guide d'ondes 27 jusqu'au diamètre interne du cylindre 4, tandis que le conducteur conique interne 19 voit son diamètre externe augmenter graduellement, depuis celui du conducteur 33 jusqu'à celui du conducteur 6.
  • L'ensemble de transition 16 adapte, de la même façon, l'impédance de la ligne coaxiale de transmission formée par le cylindre 4 et le conducteur 6 à celle de la fenêtre à micro-ondes 3. Dans ce but, le diamètre interne du tronçon de guide d'ondes 18 décroît graduellement depuis le diamètre interne du cylindre 4 jusqu'au diamètre interne du tronçon de guide d'ondes 30, tandis que le conducteur conique interne 20 voit aussi son diamètre externe décroître graduellement, depuis celui du conducteur 6 jusqu'à celui du conducteur 34.
  • L'adaptation d'impédances, au moyen des ensembles de transition 15 et 16, empêche la formation d'une onde stationnaire dans la ligne coaxiale de transmission des micro-ondes qui comprend la fenêtre 2, l'ensemble de transition 15, le cylindre 4, le conducteur 6, l'ensemble de transition 16 et la fenêtre 3, due aux réflexions que causerait l'absence d'une telle adaptation d'impédances. Une onde stationnaire de cette nature présente des maximums et des minimums et provoquerait un chauffage non uniforme de l'eau dans l'isolant de papier.
  • Ainsi, les fenêtres 2 et 3, les ensembles de transition 15 et 16, le cylindre 4 et le conducteur 6 délimitent une enceinte annulaire étanche à l'air.
  • Comme on peut le voir à la fig. 1, l'appareil de séchage de l'isolant de papier comporte une source haute puissance 41 de micro-ondes, constituée, avantageusement, par un générateur à magnétron. Les micro-ondes, provenant de la source 41, sont transmises à la fenêtre 2 au moyen d'un dispositif de transition guide d'ondes-à-coaxial conventionnel (non illustré), relié au raccord à collet standard 29 du tronçon de guide d'ondes 27 (fig. 2A). Les micro-ondes, provenant de la source 41, traversent la fenêtre 2, l'applicateur 1 et la fenêtre 3 et sont transmises à une charge adaptée 42 à travers un dispositif de transition coaxial-à-guide d'ondes conventionnel (non illustré) fixé au raccord standard 32 (fig. 2A). La charge 42 étant adaptée, il ne se produit pas de réflexion, puisque la charge absorbe alors toute l'énergie des micro-ondes qui se propagent à travers les fenêtres 2 et 3 et à travers l'applicateur 1, sans être absorbées par l'eau elle-même. Il s'ensuit qu'il ne se forme pas d'onde stationnaire dans l'applicateur 1, de sorte que l'eau est chauffée uniformément partout dans l'isolant de papier 7, en raison d'une distribution uniforme du champ électrique dans la ligne de transmission.
  • Dans la fig. 3, la source haute puissance de micro-ondes 41 transmet des micro-ondes à la fenêtre 2, à travers un circulateur 45 relié à la fenêtre 2, par le biais d'un dispositif de transition guide d'ondes-à-coaxial (non illustré) qui est fixé au raccord à collet standard 29 (fig. 2A). Les micro-ondes se propagent à travers la fenêtre 2, l'applicateur 1 et la fenêtre 3 et sont transmises à un court-circuit réglable 47 relié au raccord à collet 32 (fig. 2A) du tronçon de guide d'ondes 30, par le biais d'un dispositif de transition coaxial-à-guide d'ondes conventionnel (non illustré). Les micro-ondes qui atteignent le court-circuit 47 sont réfléchies et transmises à une charge adaptée 46 à travers la fenêtre 3, l'applicateur 1, la fenêtre 2 et le circulateur 45. Une onde stationnaire avec des maximums et des minimums est donc produite à l'intérieur de la ligne coaxiale constituée par le cylindre 4 et le conducteur 6. On déplace le court-circuit 47 pour déplacer les minimums et maximums de l'onde stationnaire dans l'applicateur 1, afin d'obtenir un chauffage de l'eau qui soit uniforme dans l'isolant 7 de papier. Bien entendu, l'énergie des micro-ondes, atteignant la charge adaptée 46, est absorbée par celle-ci, sans réflexion sensible des micro-ondes.
  • Les micro-ondes, qui se propagent à travers la ligne coaxiale de transmission formée par le cylindre 4 et le conducteur 6, font osciller les molécules d'eau dans l'isolant de papier 7. L'eau est ainsi chauffée et transformée en vapeur d'eau. Dans chacun des modes de réalisation des fig. 1 et 3, une pompe à vide 43 aspire la vapeur d'eau ainsi produite par le biais du conduit d'échappement supérieur 10 de la fig. 2A, afin d'améliorer et d'accélérer le processus de séchage, en forçant l'évacuation de la vapeur d'eau de l'enceinte étanche à l'air. Il est donc important que les joints toriques 37, 38, 39 et 40 et les paires de raccords à collet 26, 28 ; 13, 21 ; 14, 23 et 24, 31 créent des joints étanches à l'air, afin d'obtenir une enceinte étanche à l'air dont il est question ci-dessus. L'huile, qui imprègne l'isolant de papier 7, est aussi chauffée par les micro-ondes et par la vapeur d'eau, de sorte que sa fluidité augmente et qu'elle s'écoule par gravité vers un piège à huile 44, par le biais de deux conduits d'échappement inférieurs 11 et 12, ceci étant vrai pour les deux modes de réalisation des fig. 1 et 3.
  • Les passages, tels que 9′, pratiqués à travers les supports 8 et 9, permettent l'écoulement de la vapeur d'eau et de l'huile depuis les ensembles de transition 15 et 16 vers les conduits respectifs d'échappement 10, 11 et 12.
  • La pompe à vide 43 peut être remplacée par un piège cryogénique utilisant l'azote liquide (N₂) ou le dioxyde de carbone (CO₂), un tel piège cryogénique étant, évidemment, bien connu dans la technique.
  • Dans chacun des modes de réalisation des fig. 1 et 3, l'isolant de papier 7 est séché rapidement par les micro-ondes, le temps de séchage se comptant en heures plutôt qu'en jours, comme c'est le cas pour le séchage dans des fours conventionnels. Le séchage de l'isolant 7 devient économique et la remise en état à prix réduit des traverses de transformateurs à haute tension est, par conséquent, possible.
  • La ligne de transmission des micro-ondes, formée par le cylindre 4 et le conducteur 6 étant coaxiale, le mode TEM dominant de propagation des micro-ondes est particulièrement efficace pour ce qui est de sécher uniformément l'isolant de papier, puisque les micro-ondes sont distibuées uniformément dans l'espace annulaire se trouvant entre le conducteur 6 et le cylindre 4, de sorte que l'eau se trouve chauffée uniformément dans l'isolant 7.
  • La fréquence des micro-ondes est importante en ce que leur longueur d'onde doit être proche du diamètre interne du cylindre 4, de façon à obtenir une propagation selon le mode TEM dominant.
  • Il arrive souvent qu'un blindage métallique cylindrique 48, illustré en lignes brisées sur la fig. 2A, soit prévu dans l'isolant de papier 7. Dans ce cas, il se forme deux lignes de transmission coaxiales et parallèles, la première étant constituée par le conducteur 6 et le blindage 48, tandis que la seconde est constituée par le blindage 48 et le cylindre 4. On peut aussi utiliser la présente invention pour sécher l'isolant de papier à couches multiples, mais on doit alors procéder à une adaptation appropriée des impédances en utilisant les ensembles de transition 15 et 16 et, éventuellement, des vis de réglage.
  • La présente invention peut être utilisée pour sécher l'isolant de papier à couches multiples des traversées de transformateur à haute tension ou de tout autre dispositif électrotechnique à haute tension, à condition qu'elles comportent un conducteur interne central autour duquel l'isolant de papier à couches multiples est enroulé et qu'un tel conducteur puisse être utilisé comme conducteur interne d'une ligne coaxiale de transmission des micro-ondes. Le conducteur central du dispositif électrotechnique ne doit pas nécessairement être droit. En fait, il peut être quelque peu courbé, à condition que l'élément tubulaire 4 soit courbé de façon semblable pour former la ligne coaxiale de transmission des micro-ondes requise. Le conducteur central du dispositif peut aussi présenter des discontinuités, à condition que l'on procède à une adaptation d'impédances appropriée.
  • La présente invention peut aussi être utilisée pour un isolant diélectrique autre que le papier, à condition qu'un tel isolant soit perméable à l'eau et aux micro-ondes.

Claims (18)

1. Procédé de séchage d'un isolant diélectrique, perméable à l'eau et aux micro-ondes, faisant partie d'un dispositif électrotechnique (5) comportant un conducteur électrique (6) interne et allongé, enveloppé dans ledit isolant infiltré d'eau,
caractérisé en ce qu'il consiste à :
- monter ledit dispositif électrotechnique (5) dans un élément tubulaire creux (4) réalisé en un matériau conducteur d'électricité, le conducteur électrique (6) étant coaxial avec ledit élément tubulaire (4) pour ainsi former une ligne coaxiale (15) de transmission des micro-ondes,
- transmettre des micro-ondes à travers la ligne coaxiale de transmission pour chauffer l'eau infiltrée dans l'isolant diélectrique (7) et la transformer en vapeur d'eau,
- et évacuer la vapeur d'eau à l'extérieur de ladite ligne (15) coaxiale de transmission, l'eau étant ainsi transformée en vapeur d'eau et évacuée à l'extérieur de la ligne de transmission pour sécher l'isolant diélectrique.
2. Procédé de séchage d'un isolant diélectrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape, consistant à évacuer la vapeur d'eau, comporte une étape consistant à aspirer la vapeur d'eau à l'extérieur de la ligne coaxiale de transmission de micro-ondes.
2. Procédé de séchage d'un isolant diélectrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape, consistant à transmettre les micro-ondes, comprend des étapes consistant à :
- produire, dans ladite ligne coaxiale de transmission, une onde stationnaire ayant des maximums et des minimums,
- et déplacer ces maximums et ces minimums de l'onde stationnaire le long de la ligne de transmission, afin de chauffer de façon uniforme l'eau dans l'isolant diélectrique (7).
4. Procédé de séchage d'un isolant diélectrique selon la revendication 1, où l'isolant diélectrique est imprégné d'huile, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, une étape consistant à évacuer l'huile de l'isolant diélectrique (7) à l'extérieur de ladite ligne de transmission.
5. Applicateur d'énergie de micro-ondes servant à appliquer l'énergie des micro-ondes à l'eau infiltrée dans un isolant diélectrique perméable à l'eau et aux micro-ondes, faisant partie d'un dispositif électro-technique comportant un conducteur électrique interne et allongé, enveloppé dans ledit isolant diélectrique, caractérisé en ce qu'il comprend :
- un élément tubulaire creux (4) réalisé en un matériau conducteur d'électricité,
- et des moyens de montage dudit dispositif électrotechnique (5) dans cet élément tubulaire, de manière que le conducteur électrique (6) soit coaxial avec l'élément tubulaire (4) pour former une ligne coaxiale de transmission des micro-ondes apte à propager les micro-ondes à travers l'isolant diélectrique (7), en vue d'appliquer l'énergie des micro-ondes à l'eau infiltrée.
6. Applicateur d'énergie des micro-ondes selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de montage du dispositif comportent des supports annulaires (8, 9) insérés entre l'élément tubulaire (4) et le dispositif électrotechnique (5), ces supports étant réalisés en un matériau diélectrique perméable aux micro-ondes et présentant des passages (9′) qui s'étendent d'un côté à l'autre des supports lorsque ceux-ci sont insérés entre le dispositif (5) et l'élément tubulaire (4).
7. Applicateur d'énergie des micro-ondes selon la revendication 5, caractérisé en ce que la ligne coaxiale de transmission, formée par le conducteur allongé (6) et l'élément tubulaire (4), possède une première et une seconde extrémités et en ce qu'il comporte, en outre :
- un premier ensemble de transition coaxial-à-coaxial (15) ayant une première extrémité et ayant une seconde extrémité reliée à la première extrémité de la ligne de transmission,
- et un second ensemble de transition coaxial-à-coaxial (16) ayant une première extrémité et ayant une seconde extrémité reliée à la seconde extrémité de la ligne coaxiale de transmission des micro-ondes.
8. Applicateur d'énergie des micro-ondes selon la revendication 7, caractérisé en ce que la première extrémité du premier ensemble de transition (15) est obturée au moyen d'une première fenêtre à micro-ondes (2) et la première extrémité du second ensemble de transition (16) est obturée au moyen d'une seconde fenêtre à micro-ondes (3), la ligne coaxiale de transmission des micro-ondes incluant le conducteur électrique allongé (6), l'élément tubulaire (4), le premier et le second ensembles de transition (15, 16) et la première et seconde fenêtres (2, 3) qui définissent ensemble une enceinte étanche à l'air.
9. Applicateur d'énergie des micro-ondes selon la revendication 8, caractérisé en ce que :
- l'élément tubulaire (4) est circulaire en section transversale et a un diamètre interne déterminé,
- le conducteur électrique (6) du dispositif électrotechnique est, également, circulaire en section transversale et a un diamètre externe déterminé,
- chacune des fenêtres (2, 3) comporte :
. un tronçon de guide d'ondes circulaire (27, 30) ayant un diamètre interne déterminé,
. un conducteur central allongé (33, 34) de section transversale circulaire, coaxial au tronçon de guide d'ondes circulaire et ayant un diamètre externe déterminé,
. et une butée annulaire (35, 36) apte à glisser dans le tronçon circulaire de guide d'ondes (27, 30) et sur le conducteur central de la fenêtre, cette butée étant en matériau diélectrique perméable aux micro-ondes,
- et chacun des ensembles de transition (15, 16) comporte :
. un tronçon de guide-d'ondes tronconique (17, 18), de section transversale circulaire, interposé entre le tronçon de guide d'ondes de la fenêtre correspondante et l'élément tubulaire creux et ayant un diamètre interne variant graduellement depuis le diamètre interne de l'élément tubulaire jusqu'au diamètre interne dudit tronçon circulaire de guide d'ondes de la fenêtre,
. et un conducteur électrique interne et conique (19, 20) de section transversale circulaire, interposé entre le conducteur électrique du dispositif électrotechnique et le conducteur central de la fenêtre correspondante et ayant un diamètre externe variant graduellement depuis le diamètre externe du conducteur du dispositif électrotechnique jusqu'au diamètre externe du conducteur central de la fenêtre à micro-ondes.
10. Applicateur d'énergie des micro-ondes selon la revendication 9, caractérisé en ce que chacune des fenêtres à micro-ondes (2, 3) comporte un premier joint torique (37, 38) constituant un joint d'étanchéité entre sa butée (35, 36) et son tronçon circulaire de guide d'ondes (27, 30) et un second joint torique (39, 40) constituant un joint d'étanchéité entre sa butée annulaire (35, 36) et son conducteur central (33, 34).
11. Applicateur d'énergie des micro-ondes selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite ligne coaxiale de transmission comporte une première et une seconde extrémités obturées par une première et une seconde fenêtres à micro-ondes, respectivement.
12. Applicateur d'énergie des micro-ondes selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'élément tubulaire (4) est pourvu d'un conduit d'échappement (10) servant à évacuer la vapeur d'eau hors de ladite ligne coaxiale de transmission des micro-ondes, l'eau infiltrée étant transformée en vapeur d'eau, suite à une application de l'énergie des micro-ondes.
13. Applicateur d'énergie des micro-ondes selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'isolant diélectrique (7) est imprégné d'huile et en ce que l'élément tubulaire (4) est muni d'au moins un conduit d'échappement de fond par lequel l'huile ayant une fluidité accrue, provenant de l'isolant, est évacuée par gravité vers un piège à huile (44).
14. Appareil de séchage d'un isolant diélectrique perméable à l'eau et aux micro-ondes, faisant partie d'un dispositif électrotechnique comportant un conducteur électrique interne et allongé, enveloppé dans l'isolant précité infiltré d'eau,
caractérisé en ce qu'il comprend :
- un élément tubulaire creux (4) fait d'un matériau conducteur d'électricité,
- des moyens de montage dudit dispositif électrotechnique (5) dans cet élément tubulaire, ledit conducteur électrique (6) étant coaxial avec l'élément tubulaire (4), de façon à former une ligne coaxiale de transmission des micro-ondes,
- des moyens de propagation des micro-ondes à travers la ligne coaxiale de transmission et donc à travers l'isolant diélectrique, pour chauffer ladite eau infiltrée dans l'isolant diélectrique (7) et la transformer en vapeur d'eau,
- et des moyens (10, 43) pour évacuer la vapeur d'eau à l'extérieur de ladite ligne coaxiale de transmission des micro-ondes, une transformation de l'eau en vapeur d'eau et une évacuation de ladite vapeur d'eau hors de ladite ligne de transmission produisant un séchage dudit isolant diélectrique.
15. Appareil de séchage d'un isolant diélectrique selon la revendication 14, caractérisé en ce que les moyens de propagation des micro-ondes comportent :
- une source de micro-ondes (41) à haute puissance, émettant des micro-ondes et reliée à une première extrémité de ladite ligne coaxiale de transmission de micro-ondes,
- et une charge adaptée (42), reliée à une seconde extrémité de ladite ligne coaxiale, de sorte que, en opération, les micro-ondes sont transmises de ladite source de micro-ondes à haute puissance à la charge adaptée en passant à travers ladite ligne coaxiale de transmission, l'énergie des micro-ondes qui n'est pas absorbée par l'eau infiltrée dans l'isolant diélectrique étant absorbée par la charge adaptée, afin d'empêcher une réflexion des micro-ondes au niveau de ladite charge et la formation d'une onde stationnaire dans ladite ligne coaxiale de transmission des micro-ondes.
16. Appareil de séchage d'un isolant diélectrique selon la revendication 14, caractérisé en ce que les moyens de propagation des micro-ondes à travers la ligne coaxiale de transmission comportent :
- une source de micro-ondes (41) à haute puissance pour émettre des micro-ondes,
- un circulateur de micro-ondes (45) interposé entre une première extrémité de la ligne de transmission et ladite source de micro-ondes,
- un court-circuit de guide d'ondes (47) relié à une seconde entrée de la ligne coaxiale de transmission de micro-ondes,
- et une charge adaptée (46) reliée au circulateur (45), de sorte que, en opération, les micro-ondes sont transmises au court-circuit en provenance de ladite source de micro-ondes à haute puissance en passant à travers le circulateur et la ligne coaxiale de transmission, lesdites micro-ondes sont réfléchies par le court-circuit de guide d'ondes et transmises à la charge adaptée en passant à travers ladite ligne coaxiale de transmission et le circulateur, l'énergie des micro-ondes atteignant la charge adaptée étant absorbée par celle-ci et une onde stationnaire ayant des maximums et des minimums étant créée à l'intérieur de ladite ligne coxiale de transmission des micro-ondes lorsque les micro-ondes sont réfléchies par le court-circuit.
17. Appareil de séchage d'un isolant diélectrique selon la revendication 16, caractérisé en ce que ledit court-circuit de guide d'ondes (47) est un court-circuit ajustable qui peut être déplacé pour changer la position des maximums et des minimums de l'onde stationnaire dans la ligne coaxiale de transmission, afin d'obtenir que l'eau infiltrée dans l'isolant diélectrique soit chauffée uniformément.
18. Appareil de séchage d'un isolant diélectrique selon la revendication 14, caractérisé en ce que les moyens d'évacuation (10, 43) de la vapeur d'eau comprennent des moyens (43) pour aspirer ladite vapeur d'eau.
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