EP0544082B1 - Procédé de tassement des enroulements électriques équipant les transformateurs - Google Patents

Procédé de tassement des enroulements électriques équipant les transformateurs Download PDF

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EP0544082B1 EP92116946A EP92116946A EP0544082B1 EP 0544082 B1 EP0544082 B1 EP 0544082B1 EP 92116946 A EP92116946 A EP 92116946A EP 92116946 A EP92116946 A EP 92116946A EP 0544082 B1 EP0544082 B1 EP 0544082B1
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    • Y10T29/49073—Electromagnet, transformer or inductor by assembling coil and core

Definitions

  • the present invention is in the field of construction of inductive electrical devices of the static type, such as transformers.
  • the invention applies specifically, but not limitatively, to the cases of the windings, generally forming the “medium or high voltage” windings of the transformers, and consisting of one or more electrically conductive wires, usually made of aluminum or copper. , previously enamelled or otherwise coated with an electrically insulating material, and wound in loosely turns, in a rotation movement of uniform direction.
  • Document FR-A-1 461 785 describes a compaction process having the characteristics of the preamble of claim 1.
  • EP 0081446 discloses a particular winding technique of this kind for windings of electric transformers, which consists in introducing a continuous wire into an annular receiving space, where it turns into turns which are formed by simple removal wire under the sole effect of gravity to best form stacks of spiral flat wafers each consisting of a sheet of concentric turns
  • a uniform direction of rotation is maintained throughout the winding, so that when the device is used, the electric current flows through all the turns in the same direction.
  • the operation is entirely controlled by a programmable automaton which prints a couple of speeds (threading speeds into the receiving space and relative rotation relative to the latter) at each instant, adjusted when a coil is removed at the desired position in the wafer being formed, and this only under the effect of gravity, that is to say without significant traction or thrust on the wire.
  • This winding technique applies without particular difficulty to aluminum or copper wires having less than 0.5 mm to 5 mm and more in diameter.
  • a press presupposes having a range of pushers adapted to the varied size of the windings produced, and fitting the one that is appropriate according to the format of the winding to be packed. This also requires displacement and correct presentation of the winding under the tool.
  • the object of the present invention is to provide a settlement in height of the winding after its winding, without the intervention of external forces, therefore without the aforementioned drawbacks.
  • the subject of the invention is a method of compacting the height of an electrical winding fitted to transformers, and consisting of at least one electrically conductive wire coated with an electrically insulating material and wound in loosely wound turns. according to a rotation movement of uniform direction, process characterized in that, after its winding, a continuous electric current is passed through the turns of the winding before it is mounted in the transformer to receive it.
  • the invention consists in applying the well-known physical law according to which two parallel conductors traversed by electric currents of the same direction attract each other.
  • the intensity of the settlement current is the predominant factor.
  • the force of mutual attraction depends in fact on the square of the value of this intensity. This is of course a function of the cross section of the conductor, but the current density must be at least ten amps / mm to obtain a significant result, and several tens of amps / mm preferably, namely of the order of 20 - 40 A / mm to fix ideas, to obtain one. fully satisfactory result.
  • the invention can be implemented in a very simple manner by applying a direct electrical voltage to the two previously stripped ends of the winding.
  • the electric current used is a direct current. This current can be produced directly in this form, but more generally, it will be a rectified alternating current.
  • Tests were carried out inter alia on a primary winding of a transformer of 3.5 MVA of nominal power, constituted by an aluminum wire of 2.65 mm in diameter coated with a layer of enamel of 0.06 mm thick, and having, in the raw winding state, a height of 630 mm. This height represented an "over dimension" of 15 mm, which had to be eliminated by compaction.
  • the intensity of the direct current used was 150 A., delivered under a voltage of 2000 V.
  • the uninterrupted passage time of the current was limited to a few seconds (2 or 3 sec. Approximately) and this operation was done only once and on a non-vibrating support.
  • the invention applies to any electrical winding of a transformer, or similar device, having internal voids lost due to its technique of winding in non-tight turns, including that described in the European patent n ° 081446 already cited (removal of turns under the influence of gravity) is an example which is well representative, but in no way limitative, of the scope of the invention.

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Description

  • La présente invention se situe dans le domaine de la construction d'appareils électriques inductifs de type statique, tels que les transformateurs.
  • Elle a trait plus précisément à la réalisation du bobinage des enroulements électroconducteurs équipant les appareils du type précité.
  • Plus précisément encore, l'invention s'applique spécifiquement, mais non limitativement, aux cas des enroulements, formant généralement les enroulements "moyenne ou haute tension" des transformateurs, et constitués d'un ou plusieurs fils électroconducteurs, habituellement en aluminium ou en cuivre, préalablement émaillés ou revêtus autrement par un matériau isolant de l'électricité, et bobinés en spires non serrées, selon un mouvement de rotation de sens uniforme.
  • Dans ce cadre, elle concerne le tassement des enroulements de ce type une fois bobinés, afin d'en diminuer la hauteur et, par voie de conséquence, de réduire le coût de fabrication de l'appareil qui en est pourvu.
  • Le document FR-A-1 461 785 décrit un procédé de tassement ayant les caractéristiques du préambule de la revendication 1.
  • On connaît, par le brevet EP 0081446, une technique particulière de bobinage de ce genre pour enroulements de transformateurs électriques, qui consiste à introduire un fil en continu dans un espace annulaire de réception, où il se met en spires qui se forment par simple dépose du fil sous le seul effet de la pesanteur pour y former au mieux des empilages de galettes plates spiralées constituées chacune d'une nappe de spires concentriques
  • Un sens de rotation uniforme est conservé durant tout le bobinage, afin que lors de l'utilisation de l'appareil, le courant électrique parcourt toutes les spires dans le même sens. L'opération est entièrement pilotée par un automate programmable qui imprime au fil à chaque instant un couple de vitesses (vitesses d'amenée dans l'espace de réception et de rotation relative par rapport à ce dernier) ajusté à la dépose d'une spire à la position souhaitée dans la galette en formation, et ce, sous le seul effet de la pesanteur, c'est-à-dire sans mise en traction ou poussée significatives sur le fil.
  • Cette technique de bobinage s'applique sans difficulté particulière à des fils d'aluminium ou de cuivre ayant moins de 0.5 mm à 5 mm et plus de diamètre.
  • Lorsque l'opération est correctement conduite, le foisonnement inévitable des spires au sein de l'enroulement reste modéré. Son effet sur le volume apparent de ce dernier est tout-à-fait acceptable, d'autant que l'enroulement se tasse un peu naturellement sous l'effet de son propre poids.
  • On peut néanmoins en cas de besoin réduire encore l'encombrement en hauteur par une intervention de tassement qui consiste à comprimer l'enroulement par ses extrémités, en appuyant dessus au moyen d'une presse ou, plus classiquement, à la main.
  • L'usage d'une presse suppose d'avoir à disposition une gamme de poussoirs adaptés au gabarit varié des enroulements fabriqués, et de monter celui qui convient en fonction du format de l'enroulement à tasser.Cela nécessite également des opérations de déplacément et de présentation correcte de l'enroulement sous l'outil.
  • L'intervention d'un opérateur humain (ou même de plusieurs), qui se servirait de ses mains pour appuyer sur l'enroulement, présente l'inconvénient d'une poussée ponctuelle, nécessairement limitée en intensité et en durée. Il s'y ajoute des aspects de sécurité d'autant plus sensibles que ce sont des mains qui sont ainsi directement exposées à des risques de blessures.
  • Le but de la présente invention est de procurer un tassement en hauteur de l'enroulement après son bobinage, sans intervention de forces extérieures, donc sans les inconvénients précités.
  • A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de tassement en hauteur d'un enroulement électrique équipant des transformateurs, et constitué par au moins un fil électro-conducteur revêtu par un matériau isolant de l'électricité et bobiné en spires non serrées selon un mouvement de rotation de sens uniforme, procédé caractérisé en ce que, après son bobinage, on fait parcourir un courant électrique continu dans les spires de l'enroulement avant son montage dans le transformateur devant le recevoir.
  • Comme on l'aura sans doute déjà compris, l'invention consiste à faire application de la loi physique bien connue selon laquelle deux conducteurs parallèles parcourus par des courants électriques de même sens s'attirent mutuellement.
  • Sous l'action de telles forces électro-magnétiques internes, les spires tendent à se rapprocher entre-elles deux à deux. L'effet global est une diminution des espaces perdus dans l'enroulement, qui se traduit par une réduction du volume apparent de l'enroulement, notamment de sa hauteur, puisque ces enroulements sont généralement beaucoup plus longs qu'épais.
  • L'intensité du courant de tassement est le facteur prépondérant. La force d'attraction mutuelle dépend en effet du carré de la valeur de cette intensité. Celle-ci est fonction bien entendu de la section du conducteur, mais la densité de courant doit être d'une dizaine d'ampères/mm au moins pour obtenir un résultat significatif, et de plusieurs dizaines d'ampères/mm de préférence à savoir de l'ordre de 20 - 40 A/mm pour fixer les idées, pour obtenir un. résultat pleinement satisfaisant.
  • Des essais ont montré en effet que pour des fils de diamètre inférieur à 5 mm, en deçà d'une densité de courant de 10 A/mm la force électromagnétique de tassement risque d'être insuffisanté pour vaincre avec efficacité les forces de frottement des spires entre-elles.
  • Il n'y a pas de limite supérieure à la valeur de l'intensité du courant électrique de tassement selon l'invention. Toutefois, il faut veiller à éviter un échauffement excessif de l'enroulement qui conduirait à une dégradation du revêtement isolant et, par conséquent, à des courts-circuits internes.
  • L'expérience montre qu'une durée ininterrompue de passage du courant de quelques secondes, par exemple de 1 à 5 sec., est appropriée. On peut bien entendu répéter l'opération à plusieurs reprises, entrecoupées de courtes périodes de refroidissement, de quelques secondes également. On observe d'ailleurs, juste après l'arrêt du courant, un léger rallongement de l'enroulement de quelques millimètres, dû sans doute à un effet "ressort" des spires qui se relaxent après disparition de la force d'attraction
  • Sans en être certain, il est cependant fort possible que ce soit précisément en raison de ce phénomène de relaxation des spires par effet "ressort" que le tassement final s'accroît quand on opère par séquences successives.
  • Des résultats encore améliorés peuvent être obtenus par mise en vibration mécanique de l'enroulement soit pendant le passage du courant, soit au cours des périodes d'interruption, soit durant toute l'opération de tassement. La mise en vibration peut être réalisée simplement à l'aide d'un plateau vibrant servant de support à l'enroulement.
  • L'invention peut être mise en oeuvre de manière très simple en appliquant une tension électrique continue aux deux extrémités préalablement dénudées de l'enroulement.
  • Il importe que le courant électrique utilisé soit un courant continu. Ce courant peut être produit directement sous cette forme, mais plus généralement, il s'agira d'un courant alternatif redressé.
  • La puissance électrique mise en jeu lors du tassement dépend en effet de l'impédance du bobinage, laquelle se réduit uniquement à la résistance électrique en courant continu. En revanche, l'utilisation d'un courant alternatif, ou plus généralement variable, imposerait une puissance bien trop élevée en raison du nombre important de spires dans ce type d'enroulement, donc d'une impédance également très élevée.
  • De surcroît, dans ce cas des effets parasites difficilement contrôlables pourraient survenir sur l'enroulement, et contrarier le tassement recherché, suite aux phénomènes d'induction qu'un courant variable ne manquerait pas de générer dans l'environnement immédiat de l'enroulement, si des corps électroconducteurs s'y trouvent.
  • Précisément, il est souhaitable de maintenir latéralement l'enroulement par exemple en disposant une virole autour de lui, afin de conserver son diamètre extérieur à une valeur voulue qui sinon aurait tendance à augmenter légèrement sous l'effet du tassement en hauteur. Or, il se trouve qu'on a avantage à choisir une virole métallique, donc conductrice du courant car sa surface lisse offre alors une résistance de frottement minime aux spires et facilite ainsi le tassement par rapport à l'emploi d'un matériau plus rugueux.
  • Des essais ont été effectués entre-autres sur un enroulement primaire d'un transformateur de 3.5 MVA de puissance nominale, constitué par un fil d'aluminium de 2.65 mm de diamètre revêtu d'une couche d'émail de 0.06 mm d'épaisseur, et présentant, à l'état brut de bobinage, une hauteur de 630 mm. Cette hauteur représentait une "hors cote" de 15 mm, qu'il s'agissait d'éliminer par tassement.
  • Pour y parvenir, l'intensité du courant continu utilisé a été de 150 A., délivrée sous une tension de 2000 V. Le temps de passage ininterrompu du courant a été limité à quelques secondes (2 ou 3 sec.environ) et cette opération n'a été faite qu'une fois et sur un support non vibrant.
  • Au terme de cette opération, la diminution en hauteur constatée de l'enroulement a été celle recherchée, à savoir 15 mm. Elle a été comparable à celle obtenue par poussée manuelle, dont on sait que l'intensité est de l'ordre de 30 à 50 kgF, selon les individus.
  • Généralement un effet de tassement en hauteur de 10% environ peut être obtenu par la mise en oeuvre de l'invention, et ce au besoin, après quelques séquences répétitives de passage du courant (trois ou quatre), entrecoupées de brèves périodes d'arrêt pour permettre à l'enroulement de se refroidir et aux spires de se relaxer.
  • L'invention s'applique à tout enroulement électrique de transformateur, ou d' appareil analogue, présentant des vides internes perdus dûs à sa technique de bobinage en spires non serrées, dont celle décrite dans le brevet européen n°081446 déjà cité (dépose de spires sous l'effet de la pesanteur) est un exemple bien représentatif, mais nullement limitatif, du champ d'application de l'invention.

Claims (7)

  1. Procédé de tassement d'un enroulement électrique équipant les transformateurs, et constitué par au moins un fil électro-conducteur revêtu par un matériau isolant de l'électricité et bobiné en spires non sérrées, selon un sens uniforme de rotation, procédé caractérisé en ce que, après avoir effectué son bobinage, on fait passer un courant électrique continu dans les spires de l'enroulement.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la densité de courant dudit courant électrique continu est d'au moins 10 A/mm.
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la durée de passage dudit courant électrique est limitée à quelques secondes sans interruption.
  4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite durée de passage du courant électrique se situe entre 1 et 5 secondes environ.
  5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on effectue plusieurs séquences successives de passage dudit courant électrique, entre-coupées de périodes d'arrêt pour permettre à l'enroulement de se refroidir et aux spires de se relaxer.
  6. Procédé selon la revendication 1 ou 5, caractérisé en ce que l'on soumet l'enroulement à des vibrations mécaniques au cours, et/ou avant, les séquences de passage dudit courant électrique.
  7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on maintient latéralement l'enroulement pour éviter un accroissèment de son diamètre extérieur.
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