PROCEDES DE SECHAGE-IMPREGNATION-POLYMERISATION CONTROLES CONTROLLED DRYING-IMPREGNATION-POLYMERIZATION PROCESSES
La durée de vie d'un transformateur dépend grandement du séchage, du di¬ électrique dans lequel ses bobinages sont immergés et de celui de ses isolants solides qui de plus ne doivent pas avoir souffert du chauffage auquel ils ont été soumis pour être séchés. De même, aucune trace d'air ne doit subsister ou être piégée pendant le remplissage-imprégnation-po¬ lymérisation.The life of a transformer depends greatly on drying, the di¬ electric in which its windings are immersed and that of its solid insulators which moreover must not have suffered from the heating to which they were subjected to be dried. Similarly, no trace of air should remain or be trapped during filling-impregnation-po¬ polymerization.
Pour les transformateurs immergés, ces opérations se font en deux temps: d'abord un séchage dans une étuve chauffée à air ou au kérosène pendant une durée dépendant de l'importance du transformateur mais qui est tou- jours supérieure à plusieurs heures pour atteindre plusieurs jours.For submerged transformers, these operations are carried out in two stages: first drying in an oven heated with air or kerosene for a period depending on the size of the transformer but which is always more than several hours to reach several days.
Avec l'augmentation de la production dans le monde, les installations de séchage sous vide ont été abandonnées car trop coûteuses par rapport à celles de séchage par air chaud. Seul, le remplissage se fait sous vide dans de petits autoclaves ne contenant que quelques appareils. Mais la qualité et la rapidité du séchage sous vide sont reconnues et regrettées. Des méthodes de chauffage par basse fréquence sous vide existent mais, comme pour le système précédent, leur coût ne leur a pas permis de se gé¬ néraliser. Pour les transformateurs de puissance qui ont des cuves pouvant supporter le vide, ces deux opérations se font directement dans la cuve fermée ou soudée. Le séchage se fait par une succession de chauffages suivis de mi¬ ses sous vide, cela durant plusieurs jours. Le remplissage sous vide suit le séchage. De nombreux petits réparateurs ou fabricants ne possèdent pas d'installa- tion de remplissage sous vide à cause de leur prix très élevé pour leur capacité. Aucune des méthodes ou installations employées n'est vraiment pilotable et contrôlable, et les fabricants continuent à tenir compte d'un facteur de sécurité important, déterminé par l'expérience, entraî¬ nant des coûts de fabrication supérieurs à ceux que l'on pourrait souhai- ter, surtout dans le tiers monde, là où les besoins sont plus grands.With the increase in production worldwide, vacuum drying systems have been abandoned because they are too expensive compared to those of hot air drying. Only the filling is done under vacuum in small autoclaves containing only a few devices. But the quality and speed of vacuum drying are recognized and regretted. Low frequency vacuum heating methods exist but, as for the previous system, their cost did not allow them to generalize. For power transformers which have tanks capable of supporting vacuum, these two operations are carried out directly in the closed or welded tank. The drying is done by a succession of heatings followed by vacuum meats, this for several days. Vacuum filling follows drying. Many small repairers or manufacturers do not have a vacuum filling system because of their very high price for their capacity. None of the methods or installations used is really controllable and controllable, and the manufacturers continue to take into account an important safety factor, determined by experience, resulting in manufacturing costs higher than those that could be expected. wish, especially in the Third World, where the needs are greatest.
Le procédé, objet de l'invention, apporte une solution fiable et économi¬ que quel que soit le type ou 1'importance des fabrications.The process which is the subject of the invention provides a reliable and economical solution whatever the type or the importance of the manufacturing.
DESCRIPTION Le procédé, objet de la présente invention consiste à provoquer le chauf- fage nécessaire au séchage des parties actives (2) en faisant circuler, généralement dans les bobinages primaires, un courant de haute fréquence
produit par un générateur (9), pour obtenir des pertes par effet Joule. La fréquence et l'intensité sont déterminées pour chaque type de trans¬ formateur soit par un abaque, soit par un automate.DESCRIPTION The process which is the subject of the present invention consists in causing the heating necessary for the drying of the active parts (2) by circulating, generally in the primary windings, a high frequency current. produced by a generator (9), to obtain losses by Joule effect. The frequency and intensity are determined for each type of transformer either by an abacus or by an automaton.
Le chauffage commence donc depuis l'intérieur des bobinages (8) et se diffuse par contact vers l'extérieur (secondaire) (8a) et vers l'inté¬ rieur (noyau magnétique) (10). Ce chauffage se faisant dans le vide, pratiquement toutes les pertes par rayonnement sont supprimées, d'où un gain important- d'énergie; et les trois bobinages étant reliés à des appa¬ reils de contrôle tels qu'un thermostat (11) et qu'un méghomètre (12), il est possible de piloter la température pour qu'à aucun moment elle ne dé¬ passe la température limite des isolants solides (classe' B 105°C par exemple) .Heating therefore begins from inside the coils (8) and is diffused by contact to the outside (secondary) (8a) and to the interior (magnetic core) (10). This heating being done in a vacuum, practically all the losses by radiation are eliminated, from where a significant gain of energy; and the three windings being connected to control devices such as a thermostat (11) and a mehometer (12), it is possible to control the temperature so that at no time does it exceed the temperature limit of solid insulators (class ' B 105 ° C for example).
L'état du séchage est de son côté contrôlé par le méghomètre qui indique la résistance d'isolement, ce qui permet de suivre ce séchage -mais sur- tout de l'arrêter dès qu'il est suffisant, c'est-à-dire que la résistan¬ ce d'isolement a atteint une valeur stable.The state of the drying is in turn controlled by the megometer which indicates the insulation resistance, which makes it possible to follow this drying - but above all to stop it as soon as it is sufficient, that is to say to say that the resistance to isolation has reached a stable value.
C'est alors que, soit l'automate, soit un contrôleur, averti par un si¬ gnal, arrête le chauffage et déclenche le remplissage en mettant le ré¬ servoir d'huile (5) en communication avec la cuve (1) par manoeuvre de la vanne (13) du transformateur. Les parties actives sont à environ 100°C,It is then that either the automaton or a controller, warned by a signal, stops the heating and starts the filling by putting the oil reservoir (5) in communication with the tank (1) by operation of the valve (13) of the transformer. The active parts are at around 100 ° C,
1'imprégnation est très bonne puisque les isolants sont dilatés et que la fluidité de 1'huile est augmentée en se chauffant par conductibilité ou parce qu'elle a été elle-même chauffée comme expliqué plus bas. Un niveau taré (14) dont est équipée la canne (15) permet de mettre sous une pres- sion déterminée par les températures bobinage-huile et calculée par l'au¬ tomate l'huile à l'intérieur de la cuve.The impregnation is very good since the insulators are expanded and the fluidity of the oil is increased by heating by conductivity or because it has itself been heated as explained below. A calibrated level (14) with which the rod (15) is fitted makes it possible to put under a pressure determined by the winding-oil temperatures and calculated by the tomato oil inside the tank.
Bien entendu, la résistance d'isolement continue à être mesurée pendant l'opération de remplissage pour être certain, en particulier, qu'aucune bulle n'est restée prisonnière. Contre une ou plusieurs parois de l'autoclave est disposé un sécheur d'huile .qui se compose d'une goulotte (16) par où arrive l'huile et qui ruisselé de chaque côté d'un panneau constitué par un tissu ou un fin grillage (17), offrant ainsi une surface d'échange pratiquement double de celle du panneau sous une faible épaisseur (fente de la goulotte). A la partie inférieure du panneau est disposée une gouttière (19) recueillant l'huile qui est dirigée vers la partie inférieure d'un réservoir (5) pour y être pompée (20), soit pour être à nouveau traitée, soit pour remplir les cuves. La résistance d'isolement de l'huile est mesurée en permanence
dans la gouttière pour que le traitement soit arrêté lorsque la valeur désirée est atteinte. Puisque cette opération se fait en temps masqué, il est possible de la continuer jusqu'au moment du remplissage. Il est également possible de chauffer le panneau puisqu'aucun apport de chaleur ne se fera par rayonnement, le tout étant sous vide, pour faciliter le séchage.Of course, the insulation resistance continues to be measured during the filling operation to be certain, in particular, that no bubble has remained trapped. Against one or more walls of the autoclave is arranged an oil dryer. Which consists of a chute (16) through which the oil arrives and which trickled on each side of a panel constituted by a fabric or a thin mesh (17), thus providing an exchange surface practically double that of the panel under a small thickness (slot of the chute). At the lower part of the panel is arranged a gutter (19) collecting the oil which is directed towards the lower part of a tank (5) to be pumped there (20), either to be re-treated, or to fill the tanks. Oil insulation resistance is continuously measured in the gutter so that the treatment is stopped when the desired value is reached. Since this operation is done in hidden time, it is possible to continue it until the time of filling. It is also possible to heat the panel since no heat will be supplied by radiation, the whole being under vacuum, to facilitate drying.
Dans le cas d'utilisation de fausse cuve (fig.l), c'est le couvercle (2d) du transformateur auquel est suspendue la partie active (2) qui sert de couvercle. Le fond (21) de cette fausse cuve est relié par 1 'intermédiai- re d'une vanne trois voies (13) à la pompe à vide (7) et au réservoir d'huile (5). Le déroulement du procédé est identique mais après avoir rempli la fausse cuve et imprégné les bobinages (contrôle, résistance d'isolement), la cuve est vidée et les parties actives sont introduites dans leur cuve placée à proximité, une goulotte empêchant les gouttes d'huile de tomber par terre. Après fixation du couvercle, le remplissage est complété à travers un petit réservoir (22) qui est fixé sur l'orifi¬ ce de remplissage et qui permet de contrôler visuellement que le niveau reste stable et qu'aucune bulle ne sorte de la cuve. Les bornes du trans¬ formateur sont restées connectées aux appareils de mesure pour contrôler la résistance d'isolement. Le vide n'est interrompu que lorsque cette résistance est correcte. Les volumes d'huile étant faibles, il est possi¬ ble d'équiper une ou deux parois de la fausse cuve du sécheur d'huile(6) décrit plus_ haut. Avec ce procédé, le chauffage et le séchage sont extrêment rapides et le temps nécessaire est divisé par cinq jusqu'à sept par rapport aux métho¬ des traditionnelles. D'autre part, le volume de vide est très faible puisque la fausse cuve est prévue pour un seul appareil. Il est avanta¬ geux de faire les fausse cuves au fur et à mesure des besoins et d'en avoir de diverses tailles, leur construction étant très simple et adap- table à l'installation de vide, de chauffage et de contrôle.When using a false tank (fig.l), it is the cover (2d) of the transformer to which the active part (2) is suspended which serves as a cover. The bottom (21) of this false tank is connected by means of a three-way valve (13) to the vacuum pump (7) and to the oil tank (5). The procedure is identical, but after filling the false tank and impregnating the windings (control, insulation resistance), the tank is emptied and the active parts are introduced into their tank placed nearby, a chute preventing drops of oil to fall to the ground. After fixing the cover, the filling is completed through a small reservoir (22) which is fixed on the filling orifi¬ and which allows to visually check that the level remains stable and that no bubbles come out of the tank. The transformer terminals remained connected to the measuring devices to check the insulation resistance. The vacuum is only interrupted when this resistance is correct. The oil volumes being low, it is possible to equip one or two walls of the false tank of the oil dryer (6) described above. With this process, heating and drying are extremely fast and the time required is divided by five to seven compared to traditional methods. On the other hand, the vacuum volume is very low since the false tank is designed for a single device. It is advantageous to make the false tanks as and when required and to have them of various sizes, their construction being very simple and suitable for the installation of vacuum, heating and control.
Dans le cas de fabrication importante disposant d'étuves pour le séchage et d'autoclaves à vide pour le remplissage, il est possible d'équiper ces autoclaves (A) pour y faire la totalité des opérations de séchage et de remplissage. Ces opérations étant toutefois plus longues que le seul rem- plissage, il faut donc prévoir un second autoclave. Mais le gain de temps est tel qu'un second autoclave suffit généralement, ce qui réduit consi¬ dérablement le coût de l'investissement puisqu'une partie importante est récupérable.
C'est également le cas pour les transformateurs de puissance (fig.3) car seuls le générateur de fréquence et l'armoire de commande et de contrôle sont à fournir, tous les autres éléments nécessaires (pompe à vide, ré¬ servoir d'huile, etc....) existant déjà. Dans le cas de transformateurs enrobés, le procédé peut être utilisé pour polymériser les résines epoxy sous vide. Il est dans ce cas possi¬ ble d'agir sur la façon de polymériser, donc sur les tensions qui se dé¬ veloppent pendant la phase de polymérisation.In the case of large manufacturing with drying ovens and vacuum autoclaves for filling, it is possible to equip these autoclaves (A) to do all of the drying and filling operations there. However, these operations are longer than just filling, so a second autoclave must be provided. But the saving of time is such that a second autoclave is generally sufficient, which considerably reduces the cost of the investment since a large part is recoverable. This is also the case for power transformers (fig. 3) because only the frequency generator and the command and control cabinet are to be supplied, all the other necessary elements (vacuum pump, re¬ oil, etc ...) already existing. In the case of coated transformers, the process can be used to polymerize epoxy resins under vacuum. In this case, it is possible to act on the manner of polymerization, therefore on the tensions which develop during the polymerization phase.
Lorsque la polymérisation doit être faite sous vide, ce sont les moules qui sont chauffés. Indépendamment du fait que leur fabrication est plus compliquée, la polymérisation, donc la solidification, se fait de l'ex¬ térieur vers l'intérieur et ce sont les bobinages qui supportent toutes les contraintes, contrairement au procédé breveté. Plus généralement, le moule rempli sous vide est placé dans une étuve où la totalité de la ré- sine est polymérisée en masse avec des parties faibles constituées par les ponts de support et de centrage qui, bien qu'en même matière, présen¬ tent des interfaces facilitant les cheminements et les microfissures. Avec le présent procédé, les bobinages à encapsuler (fig.4) sont intro¬ duits dans leurs moules (27) suspendus par des sangles isolantes (23), les connections pour le commutateur (24) aidant à immobiliser et centrer le bobinage, bien que les sangles judicieusement disposées y suffisent. Le bobinage est relié au générateur (9) et lorsque l'autoclave est fermé, la pompe à vide est mise en marche. Après le séchage contrôlé par la ré¬ sistance d'isolement et le maintien du vide, la résine (25) est laissée coulée le long des parois avec un débit tel que sa prise se fasse sous une faible épaisseur et horizontalement. De cette façon, jamais aucun volume important ne sera en phase de polymérisation, un autre avantage du procédé est que lorsqu'une partie importante du bobinage est déjà en¬ capsulée (26), il est possible, par une opération mécanique simple télé- commandée, de couper ou de laisser tomber dans le moule les sangles qui seront à leur tour encapsulées. Il est ainsi possible d'obtenir un bobi¬ nage encapsulé sans aucun pont mécanique avec l'extérieur qui créerait des risques de cheminements et qui obligerait à considérablement augmen¬ ter les épaisseurs de résine le long des parois verticales et surtout dans la partie inférieure.When the polymerization must be carried out under vacuum, it is the molds which are heated. Regardless of the fact that their manufacture is more complicated, the polymerization, therefore the solidification, is done from the outside inwards and it is the windings which support all the stresses, unlike the patented process. More generally, the mold filled under vacuum is placed in an oven where the entire resin is mass polymerized with weak parts formed by the support and centering bridges which, although made of the same material, are present interfaces to facilitate pathways and microcracks. With the present method, the windings to be encapsulated (fig. 4) are introduced into their molds (27) suspended by insulating straps (23), the connections for the switch (24) helping to immobilize and center the winding, although that the judiciously arranged straps are sufficient. The winding is connected to the generator (9) and when the autoclave is closed, the vacuum pump is started. After the drying controlled by the insulation resistance and the maintenance of the vacuum, the resin (25) is left poured along the walls with a flow rate such that its setting is made with a small thickness and horizontally. In this way, no large volume will ever be in the polymerization phase, another advantage of the process is that when a large part of the winding is already encapsulated (26), it is possible, by a simple remote controlled mechanical operation , cut or drop in the mold the straps which will in turn be encapsulated. It is thus possible to obtain an encapsulated bobi¬ swimming without any mechanical bridge with the outside which would create risks of pathways and which would oblige to considerably increase the thicknesses of resin along the vertical walls and especially in the lower part.
Ainsi, ce procédé peut être adapté d'une façon très souple à tous les fabricants de transformateurs quelle que soit leur capacité de production dans des conditions économiques pour améliorer la qualité.
La figure 1 montre une installation individuelle avec une fausse cuve supportant le vide (IA) dans laquelle sont introduites les parties acti¬ ves (2) à sécher-imprégner avec les matériels assurant les opérations et leur contrôle : générateur (9), armoire de commande (4) et de contrôle, réservoir d'huile (5), pompe à vide (7).Thus, this process can be adapted very flexibly to all manufacturers of transformers regardless of their production capacity under economical conditions to improve quality. Figure 1 shows an individual installation with a false tank supporting the vacuum (IA) into which are introduced the parts acti¬ ves (2) to dry-impregnate with the materials ensuring operations and their control: generator (9), cabinet control (4) and control, oil tank (5), vacuum pump (7).
La figure 2 montre le procédé appliqué à une grosse production avec un autoclave (A) complet remplaçant la fausse cuve et pouvant contenir le nombre d'appareils désiré, les parties actives (2) déjà dans leur cuve (1) et reliées au générateur (9) et à l'armoire de commande et de con- trôle (4),la cuve au réservoir d'huile (5). Un dispositif de séchage de l'huile (6) peut y être adjoint ainsi que des moyens d'enregistrement des résultats (3).Figure 2 shows the process applied to a large production with a complete autoclave (A) replacing the false tank and being able to contain the desired number of devices, the active parts (2) already in their tank (1) and connected to the generator ( 9) and to the command and control cabinet (4), the tank to the oil tank (5). An oil drying device (6) can be added thereto as well as means for recording the results (3).
La figure 3 montre le procédé appliqué à un gros transformateur de puis¬ sance avec sa cuve (le), le générateur (9), l'armoire de contrôle et de commande (4), le réservoir d'huile (5), la pompe à vide (7) et le moyen d'enregistrement (3), etc.FIG. 3 shows the process applied to a large power transformer with its tank (the), the generator (9), the control and command cabinet (4), the oil tank (5), the vacuum pump (7) and the recording means (3), etc.
La figure 4 montre une application particulière à l'encapsulage-polymé¬ risation de bobinages (8) par le même procédé de chauffage par haute fréquence des bobinages pour apporter la chaleur nécessaire à la poly- mérisation sous vide de la résine.FIG. 4 shows a particular application to the encapsulation-polymerization of windings (8) by the same high frequency heating process of the windings to provide the heat necessary for the vacuum polymerization of the resin.
La figure 5 représente le dispositif de séchage de l'huile dans l'auto¬ clave (A) avec la goulotte (16), le panneau constitué par le tissu (17) et la gouttière (19) qui recueille l'huile (5h), le réservoir d'huile(5) et la pompe de circulation (20) avec les canalisations étanches (18) pour le recyclage.
Figure 5 shows the oil drying device in the auto¬ clave (A) with the chute (16), the panel consisting of the fabric (17) and the gutter (19) which collects the oil (5h ), the oil tank (5) and the circulation pump (20) with the sealed pipes (18) for recycling.