EP0923785A1 - Transformateur haute tension/basse tension a isolation seche thermoplastique - Google Patents
Transformateur haute tension/basse tension a isolation seche thermoplastiqueInfo
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- EP0923785A1 EP0923785A1 EP96930212A EP96930212A EP0923785A1 EP 0923785 A1 EP0923785 A1 EP 0923785A1 EP 96930212 A EP96930212 A EP 96930212A EP 96930212 A EP96930212 A EP 96930212A EP 0923785 A1 EP0923785 A1 EP 0923785A1
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- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
- H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
- H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
- H01F27/327—Encapsulating or impregnating
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- H01F2027/328—Dry-type transformer with encapsulated foil winding, e.g. windings coaxially arranged on core legs with spacers for cooling and with three phases
Definitions
- the present invention relates to transformers and relates more particularly to dry transformers.
- Transformers used in energy distribution to the public have a rated power between 5 VA and 2500 kVA.
- Solid insulation devices or dry devices developed strongly after the ban on the use of polychlorobenzene. They are mostly used in establishments open to the public (buildings, workshops), to reduce the risk of fire. Their use in distribution remains marginal because of the significant additional cost compared to mineral oil devices.
- the invention aims to remedy the aforementioned drawbacks of dry transformers by creating a transformer of this type which, while being compact and of a reduced cost price compared with known dry transformers, has similar or even improved performance.
- a transformer with dry insulation comprising at least one high voltage winding and at least one low voltage winding mounted on at least one column of a magnetic circuit, characterized in that its high voltage winding is contained in a coating d insulation in thermoplastic resin coated with a surface layer in an electroconductive thermoplastic resin for fixing the potential, compatible with the insulating coating and its low voltage winding is coated in an electrically conductive resin.
- the coating of the high-voltage winding has in its lateral surface orifices for the passage of the connection terminals of the winding;
- each coupling bar comprises a conductive core coated with an insulating thermoplastic resin, coated with an electroconductive thermoplastic resin;
- a precoat of electroconductive thermoplastic resin intended to avoid partial discharges which risk appearing between the metal of the core and the insulator the coating if the metal-insulator interface is not perfect or if there is a risk of deterioration thereof due to thermal or mechanical stresses;
- each coupling bar comprises at each of its ends a member for connecting the core of the bar with a connection terminal for a high-voltage winding, one of the connection members forming a connection terminal with the outside, said connecting members each being surrounded by a head of thermoplastic resin molded in one piece with the insulating coating of the bar and having dimensions adapted to the orifices for the passage of the connection terminals of the high-voltage winding formed in the insulating coating of said winding, the head further comprising a coating of electroconductive thermoplastic resin molded in one piece with the electroconductive coating of the whole of the closed off;
- At least one low-voltage winding is wound directly on a sleeve of electroconductive resin coating the corresponding column of the magnetic circuit;
- the magnetic circuit further comprises yokes bringing together the columns of the magnetic circuit, said yokes also being coated with a resin coating; - the resin coating of at least one of the yokes of the magnetic circuit includes extra thickness zones for fixing the connection conductors of the low voltage windings and for the output of the low voltage connection terminals of the transformer; - Between the high voltage and low voltage windings, are formed circulation channels for a cooling fluid defined by projections made of one material with at least one of the coatings of said windings; - additional orifices for the output of adjustment terminals are provided in the lateral band of the coating of the high-voltage winding, these orifices being each closed by an insulating plug coated with a layer of electrically conductive material for fixing the potential in contact with the electroconductive coating layer of the high voltage winding to ensure the continuity of the electroconductive layer for fixing the potential.
- FIG. 1A to 1E are schematic perspective views showing the assembly phases of a dry three-phase transformer according to the invention.
- - Fig.2 is a sectional view on a larger scale of the dry transformer of Fig.lE;
- - Fig.3 is a section along line 3-3 of Fig.2; - Fig.4 is a sectional view along the line
- - Fig.5 is a perspective view of the upper yoke of the transformer of Fig.lE provided with an insulating coating
- - Fig.6 is a perspective view of the lower yoke of the transformer of Fig.lE provided with an insulating coating
- - Fig .7 is a sectional view of a straight bar for coupling between high-voltage winding of the transformers of Fig.l;
- Fig.8 is a sectional view of a bent bar of construction similar to that of Fig.7.
- Fig.lA to 1E there is shown the various stages of mounting a three-phase transformer with dry insulation according to the invention.
- FIG. 1A a low voltage winding 1 has been shown placed on a column 2 of the magnetic circuit of a three-phase transformer shown more fully in FIGS. 1D and 1E.
- a sleeve 3 of polymer resin is molded on the central part of column 2, i.e. outside the end parts 2A and 2B shaped bevel, for the subsequent meeting of the column 2 with yokes for closing the magnetic circuit.
- thermoplastic This is done by injection, or by hot strip compression, if the polymer used is thermoplastic.
- the material used can also be a thermosetting resin. It is important that the material is conductive of heat and this as much as possible. To this end, it may contain an adequate proportion of carbon, for example, which has the additional advantage of also making it weakly conductive of electricity, in accordance with a preferred variant of the invention which will be explained by the following.
- a metallic electrical conductor 5 is wound on the surface of the sleeve, which will form the low voltage winding of the transformer as shown in particular in FIG. 1D and also on the Figures 2,3 and 4.
- This conductor 5 can be in the form of large strips or flat aluminum or copper. It is conventionally wrapped in oiled insulating paper. Each of its ends is extended outside by conventional connection bars 6.
- the low voltage winding thus produced is then encapsulated in a layer 7 of dielectric polymer resin a few millimeters thick, for example 3 mm.
- This resin envelope 7 is produced by hot compression of superimposed sheets of thermoplastic material, which is also thermally conductive in order to promote heat exchange with the surrounding air.
- this resin is also slightly conductive of electricity, which improves the overall safety of the device to be produced, by putting the earth at potential at point 7A represented in FIG. 1A.
- the sleeve 3 although being an intermediate entity which will disappear as such in the completed embodiment shown in Figure 1A, nevertheless fulfills several essential roles.
- the sleeve 3 fulfills a major role of heat exchanger which promotes the cooling of the column 2 or of the winding 5 by conduction of heat through the thermally conductive material of which said sleeve is made.
- projections 8 in the form of longitudinal ribs forming spacers for the high-voltage coil shown in FIG. 1B and which will be placed around the 'low voltage stage of Figure 1A.
- ribs from 3 to 50 mm in height for example, also serve to define between them channels 9 for circulation of a cooling fluid by convection such as air between the low voltage stage and the high voltage stage as can be seen for example in Figure 1C.
- the outer surface of the dielectric polymer resin coating 7 has four ribs 8 distributed at 90 ° relative to each other along the periphery of the coating envelope 7.
- the coating or encapsulation resin envelope 7 preferably has a certain capacity for conducting electricity, in particular when it is formed from a polymer resin charged with electrically conductive particles or with a naturally conductive polymer resin.
- the compression rings 4 are in fact end flanges intended to laterally contain the metal conductor wound 5 in multi-layer turns and are shaped to take account of the helical winding of the latter. It is necessary for the end turns of each layer of the preformed winding of the conductor 5 to bear continuously against these flanges over their entire length. This implies an inward or outward ramp shape of the bearing face of each ring 4 according to the orientation of the winding helix of the turns.
- the low-voltage stage shown in FIG. 1A is of course produced in as many copies as the transformer to be built has phases.
- Figures 1B to 1E schematically show the stages of construction of a three-phase dry transformer.
- FIG. 1B a high voltage winding intended to cooperate with the low voltage winding in FIG. 1A is shown.
- the metallic conductor 11 (FIG. 1D) is generally made of copper or aluminum and the insulating sheath is generally an enameling or covering in an insulator generally made of paper, to isolate between them the contiguous turns.
- the winding thus obtained is coated by injection or by compression in a layer of electrically insulating thermoplastic resin 12 (FIG. 2).
- the coating 12 has on its lateral surface orifices 14 for the passage of the connection terminals 15 of the winding.
- the orifices 14 for the passage of the connection terminals of the high-voltage winding are formed in a lateral strip 16 of thermoplastic resin insulating from electricity, compatible with the thermoplastic resin of the insulation coating 12 and in excess thickness relative to this one.
- the lateral strip 16 is produced by molding in one piece with the coating 12. It can also be produced by hot compression on the coating 12.
- a layer 18 On the coating layer 12 is further pressed by hot compression, a layer 18 a few millimeters thick of an electrically conductive thermoplastic resin covering all the surfaces of the high-voltage winding as well as outside than inside of it.
- This resin forming a surface layer 18 (FIG. 2) is charged with carbon particles to make it electrically conductive and it is of the same nature as the insulating polymer forming the coating 12.
- the interfaces with the insulators can be made free of vacuoles.
- the high voltage coil is then finished. It remains to be specified that the thicknesses of insulation on the winding are sufficient to withstand the maximum dielectric stresses that can be applied between the winding and the electrically conductive layer 18 connected to earth, or between the internal connections of the winding and the electrically conductive layer 18 connected to the ground, between the terminals 15 of the winding and the electrically conductive layer 18 connected to the ground.
- the orifices 14 formed around the output conductors 15 are intended to allow the connection of the high voltage coil to the network, or to connect the high voltage coil to other high voltage coils so as to achieve an electrical coupling such as 'It will be described with reference to Figure 1E, and to connect to the high voltage coil, an adjustable connector such as the set of conductors 20 appearing in Figure 1B in a hole 22 of square shape formed in the side strip 16 between the orifices 14 for passage of the connection conductors of the high-voltage winding.
- the high voltage winding 10 is then placed on the low voltage winding 1 as shown in FIG. 1C.
- the low voltage winding 1 mounted on its column 2 is introduced into the high voltage winding 10.
- the ribs 8 present on the periphery of the conductive coating 7 of the low voltage winding allow try to center the high voltage stage on the axis of the magnetic column 2 of the low voltage winding and to provide a channel 9 for cooling by ambient air between the low voltage 1 and high voltage windings 10, the ribs 8 thus forming spacers between the two windings.
- Such stages are used to make a three-phase transformer such as that shown in Figures 1D and 1E.
- the cylinder heads 24 and 26 are also made of laminated magnetic sheet.
- the yokes 24 and 26 being placed so as to cooperate with vertical columns 2 each carrying a low voltage winding 1 and a high voltage winding 10, form a closed magnetic circuit comprising a central column and two lateral columns.
- each of the yokes 24 and 26 has a coating 28, 30 of thermoplastic resin.
- the coatings 28 and 30 which are shown in FIG. 1E and which also appear in FIGS. 2.5 and 6, have the main function of ensuring the mechanical maintenance between them of the sheets forming the cylinder heads 24 and 26 and the assembly of these cylinder heads with the corresponding ends of the columns 2.
- the resin forming the coatings 28 and 30 preferably has the same chemical base as that used for the coating of the columns 2 so as to obtain good weld between the two materials.
- the coating of cylinder heads has the second function of protecting them against external aggressions.
- the coating of cylinder heads 24 and 26 also has the following additional functions.
- the coating 28 of the upper yoke comprises zones 32 in excess thickness for fixing the low voltage connection conductors 6 and for the output of the corresponding low voltage connection terminals of the transformer.
- the coating 28 of the upper yoke 24 also forms a base for the low voltage terminals of the transformer.
- the assembly comprising the magnetic circuit including the yokes upper and lower 24 and 26 are coated with a coating and whose columns 2 each carry a low voltage winding 1 and a high voltage winding 10, is then mounted on a chassis 34.
- the main function of the chassis 34 is positioning of the transformer with respect to the ground.
- the axis of the transformer windings is preferably close to vertical to improve the cooling of the transformer by natural convection of the ambient air.
- the frame 34 can also be used to reinforce the timing of the windings. This setting is necessary to oppose the electro-dynamic forces exerted on the windings, in particular during network short-circuits. It is then possible to mount the coupling bars 35 and 36 of the high-voltage windings as shown in FIG. 1E.
- FIG 7 there is shown a straight coupling bar such as the bar 35 of Figure 1E.
- This high-voltage coupling bar comprises a conductive core 37 coated with an insulating thermoplastic resin 38, coated with an electroconductive thermoplastic resin 39.
- a pre-layer of electrically conductive thermoplastic resin 40 intended to avoid partial discharges which may appear between the metal of the core 37 and the insulation of the coating 38 if the metal-insulator interface is not perfect or if there is a risk of deterioration of the latter due to thermal or mechanical stresses.
- the conductive bar 36 shown in FIG. 8 is a bar comprising elbows 42 intended for it allow to pass over the straight bars 35 as clearly shown in Figure 1E.
- Each coupling bar 36 comprises at each of its ends, a connecting member 43, 44 of the core 37 of the bar with a terminal. for connecting a high voltage winding.
- the connection member 43, 44 is surrounded by a head 45, 46 made of a thermoplastic resin molded in one piece with the insulating coating 38 and having dimensions adapted to the orifices 14 for the passage of the terminals 15 for connection of a high voltage winding formed in the coating 12 of said winding.
- Each of the heads 45,46 further comprises a coating 47,48 of an electrically conductive thermoplastic resin molded in one piece with the electrically conductive coating 39 of the assembly of the bar.
- each bar comprises at one of its ends, a connection member 50 with the outside consisting of a junction plug and at its two ends a connection member 52 with a terminal of a high-voltage winding, this member comprising a spring socket.
- each of the upper and lower yokes 24.26 of the three-phase transformer according to the invention has on its faces turned towards the winding assemblies constituting the transformer, studs 54 for positioning the windings relative to the cylinder heads.
- the coating 28, 30 of the yokes 24 and 26 covers over a few millimeters in length, the sleeve 3 molding the magnetic columns 2.
- the orifices 22 formed in the side strips 16 of the coatings of the high voltage windings 10 carried by each transformer column are intended for the output of the adjustment terminals 20 of the corresponding high voltage windings.
- These orifices are advantageously closed each by an insulating plug 64 coated with a layer 65 of electrically conductive material for fixing the potential in contact with the electrically conductive layer 18 for coating the corresponding high voltage winding to ensure the continuity of the layer. electrically conductive for fixing the potential.
- the invention is applied to a three-phase transformer, it is of course possible to apply it to the production of a single-phase transformer comprising at least one set of low windings -tension, high-voltage carried by a column of a closed magnetic circuit.
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Abstract
Transformateur à isolation sèche comprenant au moins un enroulement haute tension et au moins un enroulement basse tension montés sur au moins une colonne d'un circuit magnétique, caractérisé en ce que son enroulement haute tension (10) est contenu dans un enrobage (12) d'isolation en résine thermoplastique revêtu d'une couche superficielle (18) en une résine thermoplastique électroconductrice compatible avec l'enrobage isolant et son enroulement basse tension (1) est enrobé dans une résine électroconductrice (7).
Description
Transformateur haute tension /basse tension à isolation sèche thermoplastique.
La présente invention est relative aux transformateurs et se rapporte plus particulièrement aux transformateurs secs.
Les transformateurs utilisés en distribution d'énergie au public ont une puissance assignée comprise entre 5 VA et 2500 kVA.
Ils servent à abaisser le niveau de tension du réseau d'un niveau "moyenne tension" compris entre 5 et 36 kV à un niveau basse tension inférieur à 500 V pour la fourniture en énergie électrique des clients domestiques.
Les transformateurs de type immergé, à isolation dans un liquide diélectrique (huile principalement) représentent la grosse majorité de l'utilisation et de l'offre actuelle. En effet, l'huile minérale est un matériau peu cher, bon isolant et bon caloporteur pour le refroidissement des enroulements. Cependant, l'huile minérale a comme inconvénient d'être un bon combustible, ce qui est dommageable en cas d ' arc interne dans le transformateur . Pour pallier le risque de feu inhérent à l'huile minérale, des liquides diélectriques à haut point de feu ont été développés. Le polychlorobenzène a été le plus utilisé, mais il a été ensuite interdit d'emploi à cause de sa non biodégrabilité et de la nocivité de certains produits de décomposition au feu. Les esters ou les huiles aux silicones seraient les meilleurs prétendants au remplacement du polychlorobenzène dans les transformateurs. Cependant, ces produits ne font pas encore l'unami- té, et leur utilisation est très marginale. Leur avenir commercial est certainement compromis par la sévérité croissante des lois réglementant l'emploi des diélectriques liquides à cause des risques de pollution froide.
Les appareils à isolation solide ou appareils secs se sont développés fortement après 1 ' interdiction d'emploi du polychlorobenzène. Ils sont surtout utilisés
dans les établissements recevant du public (immeubles, ateliers), pour réduire les risques d'incendie. Leur utilisation dans la distribution reste marginale à cause du surcoût important par rapport aux appareils à l'huile minérale.
Les transformateurs secs actuels comportent d ' importantes lames ' air assurant une fonction d ' isolation entre enroulements et entre enroulements et masse, ce qui accroît leur encombrement, leur masse et donc leur coût. Pour pallier ce problème, certains constructeurs utilisent une métallisation superficielle des enroulements, qui leur permet de réduire l'encombrement. Cette technique a l'inconvénient d'être chère et délicate de mise en oeuvre. II existe aujourd'hui deux grandes familles de transformateurs secs : les enrobés et les imprégnés. Les modes de fabrication de ces appareils sont certes différents, mais les matériaux d'isolation utilisés ont en commun d'être thermodurcissables et de nécessiter une polymérisation à chaud, ce qui induit un coût de fabrication élevé.
L'invention vise à remédier aux inconvénients précités des transformateurs secs en créant un transformateur de ce type qui tout en étant d ' un encombrement et d'un prix de revient réduit par rapport aux transformateurs secs connus présente des performances analogues voire améliorées.
Elle a donc pour objet un transformateur à isolation sèche comprenant au moins un enroulement haute tension et au moins un enroulement basse tension montés sur au moins une colonne d'un circuit magnétique, caractérisé en ce que son enroulement haute tension est contenu dans un enrobage d'isolation en résine thermoplastique revêtu d'une couche superficielle en une résine thermo- plastique électroconductrice de fixation du potentiel,
compatible avec 1 ' enrobage isolant et son enroulement basse tension est enrobé dans une résine électroconductrice.
Suivant d'autres caractéristiques de l'inven- tion: l'enrobage de l'enroulement haute tension comporte dans sa surface latérale des orifices pour le passage des bornes de connexion de l'enroulement;
- lesdits orifices pour le passage des bornes de connexion de l'enroulement haute tension sont ménagés dans une bande latérale de résine thermoplastique isolante de l'électricité compatible avec la résine thermoplastique de l'enrobage d'isolation et en surépaisseur par rapport à celle-ci; - le transformateur comprenant des barres de couplage haute tension, chaque barre de couplage comporte une âme conductrice enrobée d'une résine thermoplastique isolante, revêtue d'une résine thermoplastique électroconductrice; - entre 1 ' âme conductrice de la barre de couplage et l'enrobage isolant de celle-ci est insérée une précouche de résine thermoplastique électroconductrice destinée à éviter les décharges partielles risquant d'apparaître entre le métal de l'âme et l'isolant de l'enrobage si l'interface métal-isolant n'est pas parfait ou s'il y a un risque de détérioration de celui-ci en raison de contraintes thermiques ou mécaniques;
- chaque barre de couplage comporte à chacune de ses extrémités un organe de raccordement de 1 ' âme de la barre avec une borne de connexion d'un enroulement haute tension, l'un des organes de raccordement formant borne de raccordement avec l'extérieur, lesdits organes de raccordement étant chacun entourés d'une tête en résine thermoplastique moulée d'une seule pièce avec le revêtement isolant de la barre et ayant des dimensions adaptées aux
orifices pour le passage des bornes de connexion de l'enroulement haute tension ménagés dans l'enrobage isolant dudit enroulement, la tête comportant en outre un revêtement en résine thermoplastique électroconductrice moulé d ' une seule pièce avec le revêtement électroconducteur de l'ensemble de la barre;
- ledit au moins un enroulement basse tension est bobiné directement sur un manchon en résine électroconductrice enrobant la colonne correspondante du circuit magnétique;
- le circuit magnétique comporte en outre des culasses réunissant les colonnes du circuit magnétique, lesdites culasses étant également revêtues d'un enrobage de résine; - l'enrobage en résine de l'une au moins des culasses du circuit magnétique comporte des zones en surépaisseur pour la fixation des conducteurs de connexion des enroulements basse tension et pour la sortie des bornes de connexion basse tension du transformateur; - entre les bobinages haute tension et basse tension, sont ménagés des canaux de circulation d'un fluide de refroidissement définis par des saillies venues de matière avec 1 ' un au moins des enrobages desdits enroulements; - des orifices supplémentaires pour la sortie de bornes de réglage sont ménagés dans la bande latérale de l'enrobage de l'enroulement haute tension, ces orifices étant obturés chacun par un bouchon isolant revêtu d ' une couche de matière électroconductrice de fixation du potentiel en contact avec la couche électroconductrice de revêtement du bobinage haute tension pour assurer la continuité de la couche électroconductrice de fixation du potentiel .
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre
d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
- les Fig. 1A à 1E sont des vues schématiques en perspective montrant les phases de montage d'un transfor- mateur triphasé sec suivant l'invention;
- la Fig.2 est une vue en coupe à plus grande échelle du transformateur sec de la Fig.lE;
- la Fig.3 est une section suivant la ligne 3-3 de la Fig.2; - la Fig.4 est une vue en coupe suivant la ligne
4-4 de la Fig.2;
- la Fig.5 est une vue en perspective de la culasse supérieure du transformateur de la Fig.lE pourvue d'un enrobage isolant; - la Fig.6 est une vue en perspective de la culasse inférieure du transformateur de la Fig.lE pourvue d'un enrobage isolant;
- la Fig .7 est une vue en coupe d ' une barre droite de couplage entre bobinage haute tention des transformateurs de la Fig.l; et
- la Fig .8 est une vue en coupe d ' une barre coudée de construction analogue à celle de la Fig.7.
Sur les Fig.lA à 1E, on a représenté les diverses phases de montage d'un transformateur triphasé à isolement sec suivant l'invention.
Sur la figure 1A, on a représenté un bobinage basse tension 1 placé sur une colonne 2 du circuit magnétique d'un transformateur triphasé représenté plus complètement aux figures 1D et 1E. Pour réaliser l'agencement de la figure 1A, on commence par assembler selon un procédé habituel la colonne feuilletée 2 du circuit magnétique du transformateur par empilage de feuilles prédécoupées en acier au silicium classiques. Sur la partie centrale de la colonne 2, c'est à dire en dehors des parties d'extrémité 2A et 2B
conformées en biseau, en vue de la réunion ultérieure de la colonne 2 avec des culasses de fermeture du circuit magnétique, on moule un manchon 3 en résine polymère.
Cette opération est réalisée par injection, ou par compression de bandes à chaud, si le polymère utilisé est thermoplastique.
Toutefois, la matière utilisée peut aussi être une résine thermodurcissable. Il importe que la matière soit conductrice de la chaleur et ce le plus possible. A cette fin, elle peut contenir en proportion adéquate une charge de carbone, par exemple, ce qui présente l'avantage supplémentaire de la rendre également faiblement conductrice de l'électricité, en accord avec une variante préférée de l'invention qui sera expliquée par la suite. Après mise en place d'anneaux de compression 4
(Fig.4) aux extrémités du manchon 3 en résine polymère, on bobine à même la surface du manchon un conducteur électrique métallique 5 qui formera l'enroulement basse tension du transformateur comme cela est représenté en particulier sur la figure 1D et également sur les figures 2,3 et 4.
Ce conducteur 5 peut se présenter sous forme de larges bandes ou de méplat en aluminium ou en cuivre. Il est de façon classique enveloppé d'un papier huilé isolant. Chacune de ses extrémités se prolonge à l'extérieur par des classiques barres de connexion 6.
L'enroulement basse tension ainsi réalisé est ensuite encapsulé dans une couche 7 de résine polymère diélectrique de quelques millimètres d'épaisseur, par exemple de 3mm. Cette enveloppe de résine 7 est réalisée par compression à chaud de feuilles superposées de matière thermoplastique, thermoconductrice elle aussi afin de favoriser l'échange thermique avec l'air environnant. De préférence, cette résine est également légèrement conduc- trice de l'électricité, ce qui permet d'améliorer la
sécurité globale de l'appareil à réaliser, par mise au potentiel de la terre au point 7A représenté à la figure 1A.
Ceci termine la fabrication d'un enroulement basse tension du transformateur selon l'invention.
Le manchon 3, bien qu'étant une entité intermédiaire qui disparaîtra en tant que telle dans la réalisation achevée représentée à la figure 1A, remplit néanmoins plusieurs rôles essentiels. D'abord, grâce à sa rigidité, il assure le nécessaire maintien mécanique de l'empilage des tôles formant la colonne 2 alors que de façon classique, cette cohésion est assurée au moyen de boulons et d'écrous.
Ensuite, le manchon 3 remplit un rôle majeur d ' échangeur thermique qui favorise le refroidissement de la colonne 2 ou de 1 ' enroulement 5 par conduction de la chaleur au travers de la matière thermoconductrice dont est constitué ledit manchon.
En outre, si on le rend également légèrement conducteur de l'électricité, on peut améliorer la sécurité d'utilisation de l'appareil final par simple mise à la terre du manchon. Cette disposition est facilitée si, comme on le comprend, on prévoit de faire dépasser le manchon 3 de l'extrémité de l'enroulement 5 afin d'avoir ensuite un enroulement 5 complètement enrobé.
Par ailleurs, comme déjà indiqué, il sert de support d'enroulement pour le conducteur électrique métallique 5 destiné à être mis sous tension. Ainsi, entre autres avantages, l'isolant en papier huilé qui enveloppe le conducteur 5, ne risque plus d'être blessé au cours du bobinage. Jusqu'ici en effet, on était amené à éviter ce risque en interposant entre les colonnes du circuit magnétique et les enroulements basse tension bobinés autour de ces colonnes, des réglettes entretoises en bois
qui éloignaient le conducteur des angles vifs parfois blessants du circuit magnétique.
Comme le montre la figure 1A, sur la surface extérieure de la résine polymère électroconductrice d'enrobage 7 sont prévues des saillies 8 en forme de nervures longitudinales formant entretoises pour la bobine haute tension représentée à la figure 1B et qui va être placée autour de l'étage basse tension de la figure 1A.
Ces nervures, de 3 à 50 mm de hauteur par exemple, servent également à définir entre elles des canaux 9 de circulation d'un fluide de refroidissement par convection tel que de l'air entre l'étage basse tension et l'étage haute tension comme on peut le voir par exemple à la figure 1C. Dans le présent exemple, la surface extérieure de l'enrobage en résine polymère diélectrique 7 comporte quatre nervures 8 réparties à 90° l'une par rapport à l'autre selon la périphérie de l'enveloppe d'enrobage 7.
Ainsi qu'on l'a déjà indiqué plus haut, l'enve- loppe de résine d'enrobage ou d' encapsulation 7 présente de préférence une certaine capacité à conduire l'électricité, notamment lorsqu'elle est formée d'une résine polymère chargée de particules conductrices de l'électricité ou d'une résine polymère naturellement conductrice de l'électricité.
Grâce à un tel agencement, on obtient un effet antistatique pour éviter que des poussières, inévitablement présentes dans 1 ' air viennent se déposer sur la paroi des canaux de refroidissement 9. Il est également possible de mettre l'enveloppe en résine 7 à la masse en la reliant électriquement à la terre, comme représenté en 7A, ce qui permet d'améliorer la sécurité du transformateur en cas de défaillance ou de dégradation locale du papier huilé d'isolation du conducteur métallique 5 sous tension.
En fait, l'ensemble des parties en résine polymère comprenant le manchon 3 et 1 ' enveloppe de protection 7 peut sans danger être légèrement conducteur, puisque la tension électrique du conducteur 5 au niveau de l'étage basse tension d'un transformateur ne dépasse habituellement pas 400 à 500 volts.
Les anneaux de compression 4 sont en fait des flasques d'extrémité destinés à contenir latéralement le conducteur métallique bobiné 5 en spires multi-couches et sont conformés pour tenir compte du bobinage hélicoïdal de ce dernier. Il est nécessaire que les spires d'extrémité de chaque couche de 1 ' enroulement préformée du conducteur 5 portent de façon continue contre ces flasques sur toute leur longueur. Ceci implique une forme en rampe rentrante ou sortante de la face d'appui de chaque anneau 4 selon l'orientation de l'hélice d'enroulement des spires.
C'est la raison pour laquelle on dispose de deux anneaux concentriques à rampes inversées pour les enroulements à deux couches habituellement utilisés. De tels anneaux présentent ici un avantage majeur, à savoir former une masse de bourrage aux extrémités du manchon 3 qui autorise le moulage par compression de feuilles de résine thermoplastique 7 de façon satisfaisante. Sinon, le volume à remplir par la résine moulée rendrait nécessaire une opération d'injection qui n'est pas généralement destinée aux pièces massives et qui est bien moins économique que la compression.
L'étage basse tension représenté à la figure 1A est bien entendu réalisé en autant d'exemplaires que le transformateur à construire comporte de phases.
Les figures 1B à 1E montrent sché atiquement les étapes de construction d'un transformateur sec triphasé.
Sur la figure 1B, on montre un bobinage haute tension destiné à coopérer avec le bobinage basse tension de la figure 1A.
Pour réaliser ce bobinage haute tension 10, on commence par bobiner un conducteur électrique revêtu d ' une gaine isolante pour constituer un enroulement formé de spires coaxiales de forme circulaire, ovale ou polygonale sur une ou plusieurs couches. Le conducteur métallique 11 (Fig.lD) est généralement en cuivre ou en aluminium et la gaine isolante est généralement un émaillage ou un guipage dans un isolant généralement en papier, pour isoler entre elles les spires contigues. L'enroulement ainsi obtenu est enrobé par injection ou par compression dans une couche de résine thermoplastique isolante de l'électricité 12 (Fig.2).
L'enrobage 12 comporte à sa surface latérale des orifices 14 pour le passage des bornes de connexion 15 de 1 ' enroulement .
Les orifices 14 pour le passage des bornes de connexion de l'enroulement haute tension sont ménagés dans une bande latérale 16 de résine thermoplastique isolante de l'électricité, compatible avec la résine thermoplasti- que de l'enrobage d'isolation 12 et en surépaisseur par rapport à celui-ci.
De façon avantageuse, la bande latérale 16 est réalisée par moulage en une seule pièce avec l'enrobage 12. Elle peut également être réalisée par compression à chaud sur l'enrobage 12.
Sur la couche d'enrobage 12 est en outre plaquée par compression à chaud, une couche 18 de quelques millimètres d'épaisseur d'une résine thermoplastique électro- conductrice recouvrant toutes les surfaces de 1 ' enroule- ment haute tension aussi bien à l'extérieur qu'à l'intérieur de celui-ci.
Cette résine formant une couche superficielle 18 (Fig.2) est chargée de particules de carbone pour la rendre conductrice de l'électricité et elle est de même nature que le polymère isolant formant l'enrobage 12.
Ainsi, les interfaces avec les isolants peuvent être rendus exempts de vacuoles .
La bobine haute tension est alors terminée. Il reste à préciser que les épaisseurs d'iso- lants sur l'enroulement sont suffisantes pour tenir les contraintes diélectriques maximales pouvant être appliquées entre le bobinage et la couche électro-conductrice 18 reliée à la terre, ou entre les connexions internes du bobinage et la couche électro-conductrice 18 reliée à la terre, on entre les bornes 15 du bobinage et la couche électroconductrice 18 reliée à la terre.
La bande latérale 16 en résine thermoplastique formée d'un empilage de matière thermoplastique isolante semblable ou identique à celle de l'enrobage isolant 12 et d'une couche superficielle 18 électro-conductrice, recouvre les connexions internes et les bornes 15, de l'enroulement. Les orifices 14 ménagés autour des conducteurs de sortie 15 sont destinés à permettre le raccordement de la bobine à haute tension au réseau, ou à raccorder la bobine à haute tension à d'autres bobines à haute tension de façon à réaliser un couplage électrique tel qu'il sera décrit en référence à la figure 1E, et à raccorder sur la bobine à haute tension, une connectique réglable telle que l'ensemble de conducteurs 20 apparaissant sur la figure 1B dans un orifice 22 de forme carrée réalisé dans la bande latérale 16 entre les orifices 14 de passage des conducteurs de connexion de l'enroulement haute tension.
Le bobinage haute tension 10 est ensuite placé sur le bobinage basse tension 1 de la manière représentée à la figure 1C.
A cet effet, le bobinage basse tension 1 monté sur sa colonne 2 est introduit dans le bobinage haute tension 10. Les nervures 8 présentes sur le pourtour du revêtement conducteur 7 du bobinage basse tension, permet-
tent de centrer 1 ' étage haute tension sur 1 ' axe de la colonne magnétique 2 du bobinage basse tension et de ménager un canal 9 de refroidissement par l'air ambiant entre les bobinages basse tension 1 et haute tension 10, les nervures 8 formant ainsi entretoises entre les deux bobinages .
On a ainsi constitué un étage haute tension - basse tension couplé.
De tels étages sont utilisés pour réaliser un transformateur triphasé tel que celui représenté aux figures 1D et 1E.
A cet effet, on assemble trois étages basse tension - haute tension et on assemble les colonnes 2 de ces étages par des culasses supérieure et inférieure 24 et 26 de la manière représentée clairement à la figure 2.
Les culasses 24 et 26 sont elles aussi réalisées en tôle magnétique feuilletée.
Les culasses 24 et 26 étant mises en place de manière à coopérer avec des colonnes verticales 2 portant chacune un enroulement basse tension 1 et un enroulement haute tension 10, forment un circuit magnétique fermé comprenant une colonne centrale et deux colonnes latérales.
En vue de leur assemblage, les colonnes latéra- les 2 présentent des extrémités biseautées 2A, 2B, tandis que la colonne centrale présente des extrémités 2C, 2D en pointes symétriques. Les culasses 24 et 26 sont conformées de façon complémentaire aux extrémités des colonnes 2 avec lesquelles elles sont assemblées. Comme représenté à la figure 1E, chacune des culasses 24 et 26 comporte un enrobage 28, 30 de résine thermoplastique. Les enrobages 28 et 30 qui sont représentés à la figure 1E et qui apparaissent également aux figures 2,5 et 6, ont pour fonction principale d'assurer le maintien mécanique entre elles des tôles formant les
culasses 24 et 26 et 1 ' assemblage de ces culasses avec les extrémités correspondantes des colonnes 2. La résine formant les enrobages 28 et 30 a de préférence la même base chimique que celle utilisée pour l'enrobage des colonnes 2 de façon à obtenir une bonne soudure entre les deux matériaux.
L'enrobage des culasses a pour seconde fonction de protéger celles-ci contre les agressions externes.
L'enrobage des culasses 24 et 26 a en outre les fonctions annexes suivantes.
Il assure le positionnement des bobinages haute tension et basse tension 1 et 10 par rapport aux culasses 24 et 26.
Il assure également le maintien mécanique des conducteurs basse tension 6 entre les sorties des enroulements basse tension et les bornes basse tension du transformateur.
A cet effet, l'enrobage 28 de la culasse supérieure comporte des zones 32 en surépaisseur pour la fixation des conducteurs de connexion à basse tension 6 et pour la sortie des bornes de connexion basse tension correspondantes du transformateur.
L'enrobage 28 de la culasse supérieure 24 forme également socle pour les bornes basse tension du transfor- mateur.
Il assure bien entendu également le maintien mécanique des barres de couplage basse tension qui sont également protégées par les zones en surépaisseur 32 précitées. Cet enrobage assure enfin une augmentation de la surface d'échange thermique de la culasse bénéfique pour le refroidissement si la résine utilisée est thermoconductrice.
Ainsi qu'on peut le voir à la figure 1E, l'en- semble comprenant le circuit magnétique dont les culasses
supérieure et inférieure 24 et 26 sont revêtues d'un enrobage et dont les colonnes 2 portent chacune un enroulement basse tension 1 et un enroulement haute tension 10, est ensuite monté sur un châssis 34. La fonction princi- pale du châssis 34 est le positionnement du transformateur par rapport au sol. L'axe des enroulements du transformateur est de préférence proche de la verticale pour améliorer le refroidissement du transformateur par convection naturelle de l'air ambiant. Le châssis 34 peut également servir à renforcer le calage des enroulements. Ce calage est nécessaire pour s'opposer aux forces électro-dynamiques qui s'exercent sur les enroulements, en particulier lors de courts-circuits en réseau. On peut alors monter les barres de couplage 35 et 36 des enroulements haute tension de la manière représentée à la figure 1E.
Sur la figure 7, on a représenté une barre de couplage rectiligne telle que la barre 35 de la figure 1E. Cette barre de couplage haute tension comporte une âme conductrice 37 enrobée d'une résine thermoplastique isolante 38, revêtue d'une résine thermoplastique électroconductrice 39.
Entre l'âme conductrice 37 de la barre de couplage et l'enrobage isolant 38 de celle-ci, est insérée une précouche de résine thermoplastique électro-conductrice 40 destinée à éviter les décharges partielles risquant d'apparaître entre le métal de l'âme 37 et l'isolant de l'enrobage 38 si l'interface métal-isolant n'est pas parfait ou s'il y a un risque de détérioration de celui-ci en raison de contraintes thermiques ou mécaniques.
La barre conductrice 36 représentée à la figure 8, est une barre comportant des coudes 42 destinés à lui
permettre de passer au-dessus des barres rectilignes 35 ainsi que le montre clairement la figure 1E.
La constitution de la barre de couplage 36 est par ailleurs la même que celle des barres de couplage 35. Chaque barre de couplage comporte à chacune de ses extrémités, un organe de raccordement 43,44 de l'âme 37 de la barre avec une borne de connexion d'un enroulement haute tension. L'organe de raccordement 43,44 est enrouré d'une tête 45,46 en résine thermoplastique moulée d'une seule pièce avec le revêtement isolant 38 et ayant des dimensions adaptées aux orifices 14 pour le passage des bornes 15 de connexion d'un enroulement haute tension ménagé dans l'enrobage 12 dudit enroulement. Chacune des têtes 45,46 comporte en outre un revêtement 47,48 en résine thermoplastique électro-conductrice moulé d'une seule pièce avec le revêtement électro-conducteur 39 de l'ensemble de la barre.
Grâce à 1 ' agencement qui vient d ' être décrit , la surface accessible des barres de couplage 35,36 présente un potentiel référencé à la masse à condition que le montage permette d ' assurer la continuité électrique entre les couches électro-conductrices 39,47,48 des barres et les couches électro-conductrices 18 des bobinages haute tension 10. Par ailleurs, chaque barre comporte à l'une de ses extrémités, un organe de connexion 50 avec l'extérieur constitué par une fiche de jonction et à ses deux extrémités un organe de connexion 52 avec une borne d'un bobinage haute tension, cet organe comprenant une douille à res- sort.
En considérant plus particulièrement les figures 6 et 7, on constate que l'enrobage 28,30 de chacune des culasses supérieure et inférieure 24,26 du transformateur triphasé suivant l'invention, comporte sur ses faces tournées vers les ensembles de bobinage constituant le
transformateur, des plots 54 de positionnement des bobinages par rapport aux culasses.
Par ailleurs, l'enrobage 28,30 des culasses 24 et 26 recouvre sur quelques millimètres de long, le manchon 3 moulant les colonnes magnétiques 2.
Au droit de ce recouvrement s'opère une soudure étanche entre l'enrobage 28,30 et le manchon 3 lors du moulage de l'enrobage 28,30 sur le manchon 3. Cette soudure permet : - le maintien mécanique des culasses 24,26 sur les colonnes 2,
- la protection contre les agressions externes du circuit magnétique constitué des culasses 24,26 et des colonnes 2. En se reportant à nouveau à la figure 1E, on voit que les orifices 22 ménagés dans les bandes latérales 16 des enrobages des bobinages haute tension 10 portés par chaque colonne du transformateur sont destinés à la sortie des bornes de réglage 20 des enroulements haute tension correspondants. Ces orifices sont avantageusement obturés chacun par un bouchon 64 isolant revêtu d'une couche 65 de matière électro-conductrice de fixation de potentiel en contact avec la couche électro-conductrice 18 de revêtement du bobinage haute tension correspondant pour assurer \a continuité de la couche électro-conductrice de fixation du potentiel .
Bien que dans 1 ' exemple qui vient d ' être décrit l'invention soit appliquée à un transformateur triphasé, il est bien entendu possible de l'appliquer à la réalisa- tion d'un transformateur monophasé comportant au moins un ensemble d'enroulements basse-tension, haute-tension porté par une colonne d'un circuit magnétique fermé.
Claims
1. Transformateur à isolation sèche comprenant au moins un enroulement primaire et au moins un enroulement secondaire montés sur au moins une colonne d'un circuit magnétique, caractérisé en ce que son enroulement haute tension (10) est contenu dans un enrobage (12) d'isolation en résine thermoplastique revêtu d'une couche superficielle (18) en une résine thermoplastique électroconductrice de fixation du potentiel compatible avec l'enrobage isolant et son enroulement basse tension (1) est enrobé dans une résine électroconductrice (7).
2. Transformateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'enrobage de l'enroulement haute tension comporte dans sa surface latérale des orifices (14) pour le passage des bornes (15) de connexion de 1 ' enroulement.
3. Transformateur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits orifices (14) pour le passage des bornes (15) de connexion de l'enroulement haute tension sont ménagés dans une bande latérale (16) de résine thermoplastique isolante de l'électricité compatible avec la résine thermoplastique de l'enrobage (12) d'isolation et en surépaisseur par rapport à celle-ci et servant au recouvrement des connexions internes de 1 ' en- roulement haute tension.
4. Transformateur suivant l'une des revendications 1 à 3, comprenant des barres de couplage haute tension (35,36), caractérisé en ce que chaque barre de couplage comporte une âme conductrice (37) enrobée d'une résine thermoplastique isolante (38), revêtue d'une résine thermoplastique électroconductrice (39).
5. Transformateur suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'entre l'âme conductrice (37) de la barre de couplage et l'enrobage isolant (38) de celle-ci est insérée une précouche (40) de résine thermoplastique électroconductrice destinée à éviter les décharges partielles risquant d'apparaître entre le métal de l'âme et l'isolant de l'enrobage si l'interface métal-isolant n'est pas parfait ou s'il y a un risque de détérioration de celui-ci en raison de contraintes thermiques ou mécaniques.
6. Transformateur suivant l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que chaque barre de couplage (35,36) comporte à chacune de ses extrémités un organe (43,44) de raccordement de l'âme (37) de la barre avec une borne de connexion d ' un enroulement haute tension, ledit organe de raccordement étant entouré d'une tête (45,46) en résine thermoplastique moulée d'une seule pièce avec le revêtement isolant (38) de la barre et ayant des dimensions adaptées aux orifices (14) pour le passage des bornes (15) de connexion de l'enroulement haute tension ménagés dans l'enrobage dudit enroulement, la tête (45,46) comportant en outre un revêtement (47,48) en résine thermoplastique électroconductrice moulé d'une seule pièce avec le revêtement électroconducteur ( 39 ) de l'ensemble de la barre.
7. Transformateur suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit au moins un enroulement basse tension ( 1 ) est bobiné directement sur un manchon (3) en résine électroconductrice enrobant la colonne (2) correspondante du circuit magnétique.
8. Transformateur suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le circuit magnétique comporte en outre des culasses (24,26) réunissant les colonnes (2) du circuit magnétique, lesdites culasses étant également revêtues d'un enrobage de résine (28,30).
9. Transformateur suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'enrobage en résine (28) de l'une au moins des culasses ( 24 ) du circuit magnétique comporte des zones (32) en surépaisseur pour la fixation des conducteurs de connexion des enroulements et pour la sortie des bornes ( 6 ) de connexion basse tension du transformateur.
10. Transformateur suivant l'une des revendica- tions 8 et 9, caractérisé en ce que la résine de revêtement des culasses (24,26) est une résine thermoconductrice.
11. Transformateur suivant l'une des revendication 1 à 10, caractérisé en ce qu'entre les bobinages haute tension et basse tension, sont ménagés des canaux (9) de circulation d'un fluide de refroidissement définis par des saillies (8) venues de matière avec l'un au moins des enrobages (7 ou 12) desdits enroulements.
12. Transformateur suivant l'une quelconque des revendications 3 à 11, caractérisé en ce que des orifices supplémentaires (22) pour la sortie de bornes de réglage (20) sont ménagés dans la bande latérale de l'enrobage (16) de l'enroulement haute tension, ces orifices étant obturés chacun par un bouchon isolant (64) revêtu d'une couche (65) de matière électroconductrice de fixation du potentiel en contact avec la couche électroconductrice (18) de revêtement du bobinage haute tension (10), pour assurer la continuité de la couche électroconductrice de fixation du potentiel.
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