EP0859382B1 - Transformateur isolé par du gaz - Google Patents

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EP0859382B1
EP0859382B1 EP98200142A EP98200142A EP0859382B1 EP 0859382 B1 EP0859382 B1 EP 0859382B1 EP 98200142 A EP98200142 A EP 98200142A EP 98200142 A EP98200142 A EP 98200142A EP 0859382 B1 EP0859382 B1 EP 0859382B1
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EP
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transformer
casing
cover
disc
gas
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EP98200142A
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EP0859382A2 (fr
EP0859382A3 (fr
Inventor
Rafael Raga Lleida
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Itron Soluciones de Medida Espana SA
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Itron Soluciones de Medida Espana SA
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/40—Structural association with built-in electric component, e.g. fuse
    • H01F27/402—Association of measuring or protective means

Definitions

  • the present invention relates to a gas-insulated transformer comprising a magnetic core associated with primary and secondary windings, the magnetic core and the primary and secondary windings being contained in a housing mounted around part or all of the transformer core and molded inside a resin case.
  • transformers are conventional elements in high or medium voltage lines of an electricity distribution network and use an inert gas, such as silicon hexafluoride (SF 6 ) to provide thermal and electrical insulation.
  • an inert gas such as silicon hexafluoride (SF 6 ) to provide thermal and electrical insulation.
  • the gas is pumped inside the interior envelope of the resin case, either directly inside the spaces located between the layers of the transformer winding, or where a case in plastic material is mounted around the core and the windings before they are immersed in the resin, inside the plastic housing.
  • a recess is formed in the mold so as to provide a channel leading to the inner envelope of the transformer containing the core and the windings or, if present, the plastic casing.
  • a simple carbon disc is then adjusted in this recess and held in place by the injection of a resin carried out during a second molding phase.
  • safety plugs generally include a carbon disc held in place between two pieces of a steel plug body, the pieces of the plug body engaging with each other via a threaded joint. .
  • the external body of the plug is itself threaded so that it can be screwed in place during use.
  • the present invention therefore aims to remedy the drawbacks associated with the prior art and to provide a transformer model using a safety element allowing the expulsion of gas in the event of overpressure inside the transformer, but which avoids the need for a second molding phase to keep the element in place, and which is less expensive than the conventional safety plugs available commercially and described above.
  • the transformer of the present invention is characterized in that it comprises a rupture disc held in place directly between the housing and the cover, the cover being fixed to the housing and forming a channel between the rupture disc and the outside of the housing.
  • the presence of a single cover designed specifically engaging directly on the housing surrounding the transformer core avoids the problem of duplication of elements and high price, due to the use of standardized safety caps. commercially available.
  • the invention also makes it possible to reduce the number of other elements involved in the design, as will be described below.
  • the cover and the housing are joined to each other by means of a threaded joint.
  • a threaded joint is also possible, for example in which the cover is joined to the housing by means of a adhesive, but the use of a threaded joint has the advantage of leading to a secure joint, while avoiding the need to use other materials in construction.
  • a single sealing ring is disposed between the rupture disc and the cover part.
  • commercially available safety caps are normally used with a pair of sealing rings, a first inner ring in the cap, at the position of the disc, inside the cap, and a second ring located outside the plug, at the point of contact between the plug and the transformer.
  • only one sealing ring is needed to ensure that the seal is gas tight while protecting the disc against rupture by compression of the cover. against the housing.
  • the cover portion has substantially the shape of a cap provided with one or more openings to allow the escape of gas in the event of rupture of the disc.
  • the housing surrounding the transformer covers practically the entire core and windings of the transformer.
  • the housing may include a single element covering only the part of the transformer that is needed to form a channel from the core and the windings of the transformer to the rupture disc.
  • the rupture disc is formed of carbon, while the housing and the cover portion are formed of plastic and metal, respectively.
  • FIG. 1 there is shown a safety valve structure of the prior art intended for a transformer which comprises a conical recess 1 formed in the resin mold 2, constituting a channel between the windings of transformer 3 and the atmosphere.
  • a carbon disc 4 is sealed inside the recess, against the windings 3 of the transformer.
  • a second molding step was carried out and led to the formation of a second layer of resin 5 making it possible to fix the disc in position.
  • the insulating gas is pumped inside the mold and the transformer windings.
  • this form of device suffers from the drawback that a two-stage molding operation is necessary to fix the disc in position. Furthermore, as can be seen from the Figure 1, this particular structure suffers from the drawback that the disc is exposed to the outside and can be pierced, for example by intrusion of external objects.
  • FIG. 2 this illustrates a device forming a safety valve in a transformer according to an embodiment of the invention, which comprises a rupture disc 10 made of carbon engaged on a plastic housing 11 surrounding the core and the transformer windings (not shown) and held in position by a part 12 forming a steel cover which rests on the rupture disc by means of an O-ring 13 d ' sealing made of rubber or plastic.
  • the assembly is held inside the resin case 14 of the transformer 15.
  • the housing 11 has an opening 16 over which the rupture disc 10 is sealed in place, in association with a cylindrical part 17 projecting from the surface of the housing.
  • the internal surface of the cylindrical part 17 is threaded so as to receive an external surface threaded in the same way of the part forming the cover 12 to form a threaded joint 18.
  • a threaded joint is preferable for several reasons, including ease of assembly and mechanical safety.
  • the surfaces in mutual contact of the housing and the cover part can be smooth and the joint formed between them can be fixed by means of an adhesive.
  • the part forming the cover 12 has the form of a cap provided with a number of openings 19 around its periphery.
  • the outermost face 20 of the cover has an uninterrupted protective surface for the user.
  • the housing 11 is fixed around the core and the windings of the transformer, of the disc 10 and of the sealing ring 13 which is then placed inside the cylindrical part 17 of the housing and is held in place. place by screwing the part forming the cover 12 in position in the housing.
  • the assembly is then placed in the mold and resin is poured around it. Once the resin has hardened, insulating gas is pumped inside the transformer by means of a plastic tube (not shown) connecting the interior envelope of the mold to the exterior.
  • the carbon disc 10 ruptures and allows the gas to escape to the atmosphere via the pipe formed by the housing 11 and the cover 12 and through the openings 19.
  • FIG. 3 A cross-sectional view of a transformer 15 according to an embodiment is shown in Figure 3, in which the housing 11 completely surrounds the core and the annular windings 22 of the transformer.
  • the housing is formed of two halves which are pinched around the ring forming the transformer and are sealed in place. The sealed assembly is then placed in the resin mold.
  • the housing can be fixed around only part of the circumference of the transformer ring or, as illustrated in Figure 4, only on the surface of the windings which is close to the safety valve.
  • the core and the windings 24 of the transformer are directly molded in the resin, the insulating gas being contained inside the interstitial spaces between the windings, and the housing 23 is arranged so as to form a channel with the carbon disc 10 and the cover forming part 12.

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Description

  • La présente invention concerne un transformateur isolé par du gaz comprenant un noyau magnétique associé à des enroulements primaire et secondaire, le noyau magnétique et les enroulements primaire et secondaire étant contenus dans un boîtier monté autour d'une partie ou de la totalité du noyau du transformateur et moulé à l'intérieur d'un boîtier en résine.
  • Ces transformateurs sont des éléments classiques dans des lignes à tension haute ou moyenne d'un réseau de distribution d'électricité et utilisent un gaz inerte, tel que de l'hexafluorure de silicium (SF6) pour assurer l'isolation thermique et électrique. Lors de la fabrication du transformateur, le gaz est pompé à l'intérieur de l'enveloppe intérieure du boîtier en résine, soit directement à l'intérieur des espaces situés entre les couches de l'enroulement du transformateur, soit là où un boîtier en matière plastique est monté autour du noyau et des enroulements avant qu'ils soient plongés dans la résine, à l'intérieur du boîtier en matière plastique.
  • Malgré la présence isolante du gaz inerte, des défauts affectant le circuit électrique du transformateur peuvent provoquer une combustion des enroulements, notamment des feuilles électriquement isolantes qui sont placées entre les enroulements, ce qui peut conduire au dégagement de certaines quantités de gaz dans l'enveloppe intérieure du boîtier. Si l'on n'utilise pas de protection contre de telles augmentations de la pression, le boîtier peut se rompre ou exploser.
  • Dans une tentative visant à minimiser les risques que cela se produise, des modèles plus récents de transformateur isolé par du gaz ont été munis d'un disque de rupture, généralement fait de carbone, agencé entre l'enveloppe intérieure et l'atmosphère, et conçu pour se rompre lorsque la pression régnant à l'intérieur du transformateur dépasse un certain niveau.
  • Dans la plupart des modèles de transformateurs simples, un évidement est formé dans le moule de façon à prévoir un canal conduisant vers l'enveloppe intérieure du transformateur contenant le noyau et les enroulements ou, s'il est présent, le boîtier en matière plastique. Un simple disque de carbone est alors ajusté dans cet évidement et maintenu en place par l'injection d'une résine effectuée pendant une seconde phase de moulage. Malgré le fait que ces modèles soient relativement peu coûteux par rapport aux coûts en matériaux, la nécessité de prévoir une seconde phase de moulage fait croître le coût de production de ces transformateurs.
  • En variante, des modèles plus complexes utilisent un bouchon de sécurité disponible dans le commerce, du type produit par Elfab-Hughes ou Carbon Lorraine. Ces bouchons de sécurité comportent généralement un disque de carbone maintenu en place entre deux pièces d'un corps de bouchon en acier, les pièces du corps de bouchon s'engageant l'une avec l'autre par l'intermédiaire d'un joint fileté. Le corps externe du bouchon est lui-même fileté afin qu'il puisse être vissé en place lors de son utilisation.
  • Ces dispositifs présentent l'inconvénient d'être des composants relativement complexes et coûteux, par exemple, par comparaison avec un disque de carbone simple du type décrit plus haut. Plus particulièrement, l'utilisation de deux pièces filetées s'engageant l'une dans l'autre dans le corps du bouchon pour maintenir le disque en place, fait croître le coût. Par ailleurs, la réalisation d'un bouchon de ce type nécessite souvent un certain nombre d'autres pièces, par exemple un joint torique, entre le disque de carbone et le corps du bouchon, ainsi qu'entre le bouchon et le transformateur, une fois qu'il a été mis en place. Ces considérations montrent que ces dispositifs apportent une solution relativement complexe au problème posé par le modèle de transformateur présenté plus haut.
  • La présente invention a donc pour but de remédier aux inconvénients associés à l'art antérieur et de fournir un modèle de transformateur utilisant un élément de sécurité permettant l'expulsion de gaz en cas de surpression à l'intérieur du transformateur, mais qui évite la nécessité d'une seconde phase de moulage pour maintenir l'élément en place, et qui soit moins coûteux que les bouchons de sécurité classiques disponibles dans le commerce et décrit plus haut.
  • Le transformateur de la présente invention est caractérisé par le fait qu'il comprend un disque de rupture maintenu en place directement entre le boîtier et le capot, le capot étant fixé au boîtier et formant un canal entre le disque de rupture et l'extérieur du boîtier.
  • L'utilisation d'un capot qui s'engage directement sur le boîtier du transformateur pour maintenir le disque de rupture en place, implique que le transformateur dans son ensemble, c'est-à-dire le boîtier, le capot et le disque, peut être assemblé avant le moulage et qu'après cela, une seule étape de moulage est nécessaire pour maintenir en place tous les éléments.
  • Par ailleurs, la présence d'un seul capot conçu de façon spécifique s'engageant directement sur le boîtier entourant le noyau du transformateur, évite le problème de duplication des éléments et de prix élevé, du fait de l'utilisation de bouchons de sécurité normalisés disponibles dans le commerce. En plus du remplacement d'un bouchon comprenant deux ou plusieurs éléments usinés par une seule pièce formant capot, l'invention permet également de réduire le nombre d'autres éléments intervenant dans la conception, comme cela sera décrit ci-après.
  • Dans un mode de réalisation de la présente invention, le capot et le boîtier sont joints l'un à l'autre au moyen d'un joint fileté. D'autres modes de réalisation sont également envisageables, par exemple dans lesquels le capot est joint au boîtier au moyen d'un adhésif, mais l'utilisation d'un joint fileté offre l'avantage de conduire à un joint sûr, tout en évitant la nécessité d'utiliser d'autres matériaux dans la construction.
  • Dans un mode de réalisation, une bague d'étanchéité unique est disposée entre le disque de rupture et la pièce formant capot. Comme mentionné dans l'introduction, on utilise normalement des bouchons de sécurité disponibles dans le commerce avec une paire de bagues d'étanchéité, une première bague interne dans le bouchon, à la position du disque, à l'intérieur du bouchon, et une seconde bague située à l'extérieur du bouchon, au point de contact entre le bouchon et le transformateur. Lors de la mise en oeuvre de la présente invention, on n'a besoin que d'une seule bague d'étanchéité pour s'assurer du fait que le joint est étanche aux gaz tout en protégeant le disque contre une rupture par compression du capot contre le boîtier.
  • Il est préférable que la partie formant capot ait sensiblement la forme d'un capuchon muni d'une ou plusieurs ouvertures pour permettre l'échappement de gaz en cas de rupture du disque. Par ce moyen, le disque est protégé d'une rupture accidentelle du fait de l'intrusion d'éléments extérieurs au transformateur sans empêcher l'élément de remplir sa fonction essentielle de soupape de sécurité.
  • Dans l'un des modes de réalisation, le boîtier entourant le transformateur recouvre pratiquement la totalité du noyau et des enroulements du transformateur. Dans d'autres modes de réalisation, le boîtier peut comprendre un élément unique ne recouvrant que la partie du transformateur dont on a besoin pour former un canal allant du noyau et des enroulements du transformateur au disque de rupture.
  • Il est préférable que le disque de rupture soit formé de carbone, tandis que le boîtier et la partie formant capot sont formées respectivement de matière plastique et de métal.
  • On décrira ci-après à titre non limitatif, un exemple d'un modèle de transformateur de l'art antérieur en association avec un ou plusieurs modes de réalisation de la présente invention, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :
    • la figure 1 est une vue en coupe transversale d'une soupape de sécurité utilisée conformément à l'art antérieur ;
    • la figure 2 est une vue en coupe transversale d'une soupape de sécurité d'un transformateur de la présente invention ;
    • la figure 3 représente une vue en coupe transversale de la soupape de sécurité de la figure 2, lorsqu'elle est placée à l'intérieur du corps du transformateur ;
    • la figure 4 représente une autre variante de la figure 3, dans laquelle le boîtier comprend un seul élément ne recouvrant qu'une partie du transformateur.
  • Si l'on se réfère à la figure 1, on y a représenté une structure de soupape de sécurité de l'art antérieur destinée à un transformateur qui comprend un évidement conique 1 formé dans le moule de résine 2, constituant un canal entre les enroulements du transformateur 3 et l'atmosphère. Un disque de carbone 4 est scellé à l'intérieur de l'évidement, contre les enroulements 3 du transformateur. Une seconde étape de moulage a été effectuée et a conduit à la formation d'une seconde couche de résine 5 permettant de fixer le disque en position. Le gaz isolant est pompé à l'intérieur du moule et des enroulements du transformateur. Lors de l'utilisation de ce système, en cas de pression anormalement élevée à l'intérieur du transformateur, par exemple du fait d'un court-circuit, le disque de carbone éclate et permet au gaz de s'échapper.
  • Comme décrit dans l'introduction, cette forme de dispositif souffre de l'inconvénient qu'une opération de moulage en deux stades est nécessaire pour fixer le disque en position. En outre, comme cela ressort de la figure 1, cette structure particulière souffre de l'inconvénient que le disque est exposé à l'extérieur et peut être percé, par exemple par intrusion d'objets extérieurs.
  • Si l'on s'intéresse à présent à la figure 2, celle-ci illustre un dispositif formant soupape de sécurité dans un transformateur conforme à un mode de réalisation de l'invention, qui comprend un disque de rupture 10 en carbone engagé sur un boîtier en matière plastique 11 entourant le noyau et les enroulements du transformateur (non représentés) et maintenu en position par une pièce 12 formant capot en acier qui s'appuie sur le disque de rupture par l'intermédiaire d'un joint torique 13 d'étanchéité fait de caoutchouc ou de matière plastique. L'ensemble est maintenu à l'intérieur du boîtier en résine 14 du transformateur 15.
  • L'utilisation d'un boîtier en matière plastique pour entourer tout ou partie du noyau et des enroulements du transformateur de façon à former un espace intérieur à l'intérieur du boîtier en résine, dans lequel un gaz isolant (tel que du SF6) peut être pompé, est connu dans le cas des transformateurs existants. Dans le cas présent, le boîtier 11 comporte une ouverture 16 pardessus laquelle le disque de rupture 10 est scellé en place, en association avec une partie cylindrique 17 dépassant de la surface du boîtier. La surface intérieure de la partie cylindrique 17 est filetée de façon à recevoir une surface externe filetée de la même manière de la pièce formant capot 12 pour former un joint fileté 18.
  • L'utilisation d'un joint fileté est préférable pour plusieurs raisons, parmi lesquelles la facilité d'assemblage et la sécurité mécanique. Cependant, dans d'autres modes de réalisation, les surfaces en contact mutuel du boîtier et de la pièce formant capot peuvent être lisses et le joint formé entre elles peut être fixé au moyen d'un adhésif.
  • La pièce formant capot 12 présente la forme d'un capuchon muni d'un certain nombre d'ouvertures 19 sur son pourtour. La face la plus extérieure 20 du capot présente une surface de protection ininterrompue à l'utilisateur. Comme cela apparaîtra clairement, les risques de rupture accidentelle du disque par des objets pénétrant à l'intérieur de la pièce formant capot sont réduits, étant donné que les ouvertures conduisant vers l'intérieur de la pièce ne sont pas directement en face du disque.
  • Pendant la fabrication du transformateur, le boîtier 11 est fixé autour du noyau et des enroulements du transformateur, du disque 10 et dé la bague d'étanchéité 13 qui est ensuite placée à l'intérieur de la partie cylindrique 17 du boîtier et est maintenue en place par vissage de la pièce formant capot 12 en position dans le boîtier. L'ensemble est ensuite placé dans le moule et de la résine est versée autour de celui-ci. Une fois que la résine a durci, du gaz isolant est pompé à l'intérieur du transformateur au moyen d'un tube en matière plastique (non représenté) raccordant l'enveloppe intérieure du moule à l'extérieur.
  • En cas d'augmentation de la pression dans le transformateur, le disque de carbone 10 se rompt et permet au gaz de s'échapper vers l'atmosphère par l'intermédiaire de la canalisation formée par le boîtier 11 et le capot 12 et à travers les ouvertures 19.
  • Une vue en coupe transversale d'un transformateur 15 conforme à un mode de réalisation, est représentée dans la figure 3, dans laquelle le boîtier 11 entoure entièrement le noyau et les enroulements 22 annulaires du transformateur. Dans cet exemple le boîtier est formé de deux moitiés qui sont pincées autour de l'anneau formant transformateur et sont scellées en place. L'ensemble scellé est ensuite placé dans le moule de résine.
  • Dans la pratique, le boîtier peut être fixé autour de seulement une partie de la circonférence de l'anneau formant transformateur ou, comme illustré dans la figure 4, seulement sur la surface des enroulements qui est proche de la soupape de sécurité. Dans ce mode de réalisation, le noyau et les enroulements 24 du transformateur sont directement moulés dans la résine, le gaz isolant étant contenu à l'intérieur des espaces interstitiels entre les enroulements, et le boîtier 23 est disposé de façon à former un canal avec le disque de carbone 10 et la pièce formant capot 12.

Claims (7)

  1. Transformateur isolé par du gaz (15) comprenant un noyau magnétique en association avec des enroulements primaire et secondaire contenus dans un boîtier (11) ou en contact avec celui-ci, ce boîtier étant ajusté autour d'une partie ou de la totalité du noyau et des enroulements et étant moulé à l'intérieur d'un boîtier en résine (14), et caractérisé en ce qu'il comprend un disque de rupture (10) maintenu en place directement sur le boîtier (11) et un élément formant capot (12), l'élément formant capot (12) étant fixé au boîtier (11) et formant un canal entre le disque de rupture (10) et l'extérieur du boîtier.
  2. Transformateur isolé par du gaz selon la revendication 1, dans lequel l'élément formant capot (12) et le boîtier (11) sont joints l'un à l'autre au moyen d'un joint fileté.
  3. Transformateur isolé par du gaz selon la revendication 1 ou 2, dans lequel une bague d'étanchéité (13) est prévue entre le disque de rupture et la pièce formant capot.
  4. Transformateur isolé par du gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la partie formant capot (12) a sensiblement la forme d'un capuchon comportant une ou plusieurs ouvertures (19) pour permettre l'échappement du gaz en cas de rupture du disque.
  5. Transformateur isolé par du gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le boîtier (11) recouvre sensiblement la totalité du noyau et des enroulements du transformateur.
  6. Transformateur isolé par du gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le boîtier comprend un élément unique recouvrant seulement une partie du transformateur qui est nécessaire à la formation d'un canal allant du noyau et des enroulements du transformateur au disque de rupture.
  7. Transformateur isolé par du gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le disque de rupture est formé de carbone.
EP98200142A 1997-02-10 1998-01-20 Transformateur isolé par du gaz Expired - Lifetime EP0859382B1 (fr)

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EP0859382A2 EP0859382A2 (fr) 1998-08-19
EP0859382A3 EP0859382A3 (fr) 1998-11-18
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AT (1) ATE263420T1 (fr)
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ES (2) ES2119720B1 (fr)
PT (1) PT859382E (fr)

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DE69822690T2 (de) 2005-03-17
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