EP0454805A1

EP0454805A1 - Procedes de sechage-impregnation-polymerisation controles

Info

Publication number: EP0454805A1
Application number: EP90916023A
Authority: EP
Inventors: René PIOCH
Original assignee: Cahueau Colette (heritiere De L'inventeur Decede); Pioch Evelyne (heritiere De L'inventeur Decede); Pioch Olivier (heritiere De L'inventeur Decede); Pioch Sylvie (heritiere De L'inventeur Decede); Pioch Isabelle (heritiere De L'inventeur Decede)
Current assignee: Cahueau Colette (heritiere De L'inventeur Decede); Pioch Evelyne (heritiere De L'inventeur Decede); Pioch Olivier (heritiere De L'inventeur Decede); Pioch Sylvie (heritiere De L'inventeur Decede); Pioch Isabelle (heritiere De L'inventeur Decede)
Priority date: 1989-11-09
Filing date: 1990-10-12
Publication date: 1991-11-06
Also published as: JPH05505279A; WO1991007764A1; FR2654249A1; FR2654249B1; US5258594A

Abstract

Le procédé de séchage-imprégnation-polymérisation contrôlés nécessite durant toutes les opérations que les appareils à traiter soient placés dans une enceinte dans laquelle est maintenu le vide. Les bobinages sont directement chauffés par un générateur de fréquence. L'ensemble des opérations est piloté et contrôlé par un automate qui prend en compte les principaux paramètres et en particulier la résistance d'isolement des bobinages. Le procédé est applicable à l'encapsulage des bobinages par des résines polymérisables. Le vide et le chauffage sont maintenus après séchage et la polymérisation horizontale est réglable. Les bobinages sont directement suspendus dans le moule sans aucun point de contact avec le moule (exception faite des connexions électriques) par des sangles tissées isolantes qui seront coupées ou lâchées lorsque la hauteur des bobinages encapsulés dans la résine polymérisée sera suffisante pour assurer leur maintien. Le temps et la consommation peuvent être divisés par quatre par rapport aux procédés traditionnels. Le pilotage et le contrôle permettent d'atteindre pratiquement le ''zéro défaut''.

Description

PROCEDES DE SECHAGE-IMPREGNATION-POLYMERISATION CONTROLES

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.

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.

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.

Le procédé, objet de l'invention, apporte une solution fiable et économi¬ que quel que soit le type ou 1'importance des fabrications.

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.

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) .

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.

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,

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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).

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.

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.

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.

Claims

REVENDICATIONS

1) Procédé de séchage-imprégnation-polymérisation contrôlés caracté¬ risé par le fait que les paramètres significatifs sont mesurés, enregis¬ trés et traités pour assurer le contrôle, le pilotage et le déroulement du procédé, les appareils étant enfermés dans une enceinte où est main- tenu un vide poussé,tout en étant reliés à un générateur de fréquence et un réservoir d'huile et de résine.

2) Procédé, de séchage-imprégnation-polymérisation contrôlés caractéri¬ sé suivant la revendication 1 par le fait que le séchage est obtenu par chauffage des bobinages en les reliant aux bornes du générateur dont la fréquence, l'intensité et la tension sont définies par rapport à l'appa¬ reil à traiter pour avoir le meilleur chauffage, ce générateur pouvant être relié à plusieurs appareils identiques ou différents.

3) Procédé de séchage-imprégnation-polymérisation contrôlés caractéri¬ sé suivant la revendication 1 par le fait que le contrôle et le pilotage du séchage sont obtenus en mesurant et traitant la résistance d'isole¬ ment des bobinages, en permanence ou alternativement avec le chauffage dans le cas ou un seul branchement est possible et où la superposition de deux courants est impossible, ainsi qu'en mesurant et traitant la température interne des bobinages de telle façon que le séchage puisse être arrêté dès que les conditions sont remplies et que 1'opération sui¬ vante soit déclenchée en mettant le réservoir d'huile en communication avec l'appareil à imprégner automatiquement ou manuellement par un con¬ trôleur averti par un signal.

4) Procédé de séchage-imprégnation-polymérisation contrôlés caractéri- se suivant la revendication 1 par le fait que le contrôle et le pilotage de l'imprégnation des parties encore chaudes et dilatées est obtenu en mesurant et traitant la résistance d'isolement des bobinages imprégnés ainsi que les informations transmises par un niveau taré de précision de telle façon que cette imprégnation soit arrêtée dès que le remplissage intégral est réalisé, que les dégagements gazeux ont cessé et que la pression initiale devant exister dans la cuve et déterminée en prenant en compte les températures bobinages-huile est atteinte.

5) Procédé de séchage-imprégnation-polymérisation contrôlés caractéri¬ sé suivant la revendication 1 par le fait que lorsque l'imprégnation est remplacée par un encapsulage dans une résine polymérisable, cette polymé¬ risation est obtenue en maintenant le chauffage après le séchage et en laissant couler dans le moule la résine suivant un débit contrôlé de fa- çon à ce que la polymérisation ne se fasse que sous une faible épaisseur et horizontalement afin de réduire les tensions internes, les bobinages étant suspendus dans le moule par des sangles tissées isolantes qui se¬ ront coupées ou lâchées lorsque la hauteur des bobinages encapsulés dans la résine polymérisée sera suffisante pour assurer leur maintien dans le moule, supprimant ainsi toute pièce de maintien qui provoquerait des af¬ faiblissements de l'encapsulage et des risques de cheminement.

6) Procédé de séchage-imprégnation-polymérisation contrôlés caractéri¬ sé suivant la revendication 1 par le fait que le séchage de l'huile de- vant servir à l'imprégnation est obtenu en faisant ruisseler l'huile de chaque côté d'un panneau vertical disposé à l'intérieur de l'enceinte où est entretenu le vide et constitué par un tissu ou un fin grillage, of¬ frant ainsi une double surface d'échange sous une très faible épaisseur; une pompe et un réservoir permettant de retraiter autant que nécessaire l'huile jusqu'à ce que la mesure de sa résistance d' isolement mesurée à la partie inférieure du panneau ait atteint la valeur requise.

7) Procédé de séchage-imprégnation-polymérisation contrôlés caractéri¬ sé suivant la revendication 1 par le fait que lorsque la cuve du trans¬ formateur à traiter peut supporter le vide comme cela est le cas pour les transformateurs de puissance, cette cuve est utilisée comme enceinte où est maintenu le vide, le procédé étant utilisé en reliant directement les bornes du transformateur au générateur de fréquence et à l'armoire de contrôle-commande.

8) Procédé de séchage-imprégnation-polymérisation contrôlés caractéri- se suivant la revendication 1 par le fait que l'enceinte dans laquelle le vide est fait peut être une fausse cuve lorsqu'il ne faut traiter qu'un appareil à la fois, ce qui est le cas de nombreux réparateurs ou bobineurs, le couvercle de l'appareil pouvant servir de couvercle à cette fausse cuve, plusieurs pouvant être utilisés simultanément, et le dispo- sitif de séchage de l'huile pouvant être disposé à l'intérieur près d'une paroi verticale.