FR2637729A1 - Transformateur de distribution haute tension/basse tension a isolement sec et procede pour realiser un tel transformateur - Google Patents

Abstract

Le transformateur comprend pour chaque phase un enroulement haute tension 2 et un enroulement basse tension 3 coaxiaux avec un élément de circuit magnétique 4. L'enroulement haute tension 2 comprend au moins deux galettes 2a, 2bde spires disposées selon des couches adjacentes coaxiales, le nombre de spires par couche étant plusieurs fois supérieur au nombre de couches par galette 2a, 2b, les deux galettes 2a, 2b sont bobinées dans des sens opposés, la liaison entre les deux galettes 2a, 2b étant située entre les couches respectives de plus petit diamètre de celles-ci. Un matériau d'isolement est mis en place entre chaque couche et la suivante pour assurer la cohésion mécanique des spires entre elles et la résistance mécanique de chaque galette 2a, 2b. Application à la fabrication de transformateurs de distribution haute tension/basse tension à isolement sec de dimensions relativement réduites et résistant particulièrement bien aux chocs de tension et à l'incendie.

Description

La présente invention concerne un transformateur de distribution haute tension/basse tension à isolement sec, comprenant d'une manière générale pour chaque phase un enroulement haute tension et un enroulement basse tension coaxiaux avec un élément de circuit magnétique.

La présente invention concerne également un procédé pour réaliser un transformateur du genre précité.

On sait que les transformateurs de ce genre précité se distinguent des transformateurs classiques immergés par l'absence de diélectrique liquide. Leurs isolants sont tels qu'ils ne peuvent ni donner naissance ni contribuer à un incendie. Même s'ils sont soumis aux flammes extérieures, le dégagement de fumées en résultant reste négligeable d'un point de vue tant physique de toxicologique. De plus, cette absence de diélectrique liquide élimine tout risque de pollution due à une fuite.

Ces avantages sont particulièrement appréciables face à la sévérité croissante des normes anti-pollution et des normes ou exigences concernant la résistance en cas d'incendie des matériels électriques installés dans les locaux et immeubles, notamment ceux ouverts au public.

On sait qu'il existe deux types principaux de transformateurs à isolement sec : les transformateurs secs ouverts, et les transformateurs secs encapsulés, isolés à la résine.

Les transformateurs secs ouverts comportent des enroulements haute tension généralement réalisés soit en galettes en couches, soit en disques, alternés ou non, soit en galettes bobinées en vrac. Ces enroulements sont ensuite imprégnés de vernis donnant une cohésion à l'ensemble et améliorant la tenue diélectrique et mécanique de l'enroulement.

La cohésion mécanique des couches exige une imprégnation de vernis à coeur qui doit être nécessairement effectuée sous vide pour pénétrer dans l'enroulement. La conséquence en est la présence, dès que les couches atteignent une certaine longueur, dtinévitables vacuoles qui s'ioniseront et provoqueront des décharges partielles à des niveaux de tension d'entrecouche faibles et par conséquent inacceptables. La longueur des galettes est donc nécessairement limitée, et ceci d'autant plus que la tension nominale est plus élevée. Le nombre des galettes est donc élevé, et la longueur axiale totale de l'enroulement haute tension est importante.

Par ailleurs, les enroulements haute tension en galettes courtes ou en disques présentent l'inconvénient de résonner sous l'effet d'un choc de tension du type foudre, et donc d'engendrer des contraintes électriques qui peuvent être importantes : ceci rend nécessaire un espace important entre les galettes ou les disques, et entre ceux-ci et l'enroulement basse tension, et donc un dimensionnement plus grand du transformateur dans le plan perpendiculaire à l'axe des enroulements.

De plus, il y a toujours une galette ou un disque dont les spires de plus petit diamètre sont sensiblement à la tension maximale, que ce soit à la tension nominale de fonctionnement ou à la tension d'essai de choc du type foudre, ce qui oblige à dimensionner en conséquence l'espace compris entre l'enroulement basse tension et l'enroulement haute tension ainsi que les cales et autres éléments de fixation des enroulements destinés à résister aux efforts mécaniques créés par ces tensions.

Les transformateurs secs encapsulés comportent des enroulements (basse tension et/ou haute tension) qui sont soit enrobés, soit moulés dans la résine. Les enroulements enrobés nécessitent l'utilisation d'installations de bobinage complexes et coûteuses, et l'emploi d'une résine très fluide, donc peu ou pas chargée et facilement inflammable. Les enroulements moulés permettent l'emploi d'une résine chargée, donc peu inflammable, coulée en général sous vide, donc avec un risque de présence de vacuoles. La coulée sous vide a pour conséquence que l'entrecouche d'enroulement se trouve à une pression inférieure à la pression atmosphérique après moulage, ce qui limite sa tenue diélectrique. Par ailleurs.

le moulage à la résine pose un problème d'homogénéisation des coefficients de dilatation respectifs des conducteurs et de l'isolement. Ces enroulements sont souvent volumineux, et requièrent l'utilisation d'installations extrêmement coûteuses.

Pour ces raisons notamment, le prix des transformateurs secs connus est nettement supérieur à celui des transformateurs immergés conventionnels de puissance comparable, le rapport entre ces prix pouvant varier de 1,5 à 2,5 environ selon les puissances requises et les technologies utilisées.

Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients précités des transformateurs secs connus, et de proposer un transformateur sec de dimensions relativement réduites, présentant d'excellentes caractéristiques de resistance mécanique et électrique, résistant particulièrement bien aux chocs de tension du type foudre, susceptible d'être placé sans inconvénients dans des conditions d'environnement difficiles (poussières conductrices, humidité, brouillard salin), n'utilisant que des dispositions constructives simples et ne nécessitant pas l'utilisation d'installations particulières complexes et coûteuses, qui soit donc de prix particulièrement compétitif.

Un autre but de l'invention est de proposer un procédé performant pour réaliser un transformateur du genre défini dans l'introduction à la présente description.

Conformément à l'invention, le transformateur de distribution haute tension/basse tension à isolement sec qui comprend, pour au moins l'une des phases, un enroulement haute tension et un enroulement basse tension coaxiaux avec un élément de circuit magnétique, est caractérisé en ce que l'enroulement haute tension comprend au moins deux galettes de spires disposées selon des couches adjacentes coaxiales, le nombre de spires par couche étant plusieurs fois supérieur au nombre de couches par galette, en ce que les deux galettes sont bobinées dans des sens opposés, la liaison entre les deux galettes étant située entre les couches respectives de plus petit diamètre de celles-ci, et en ce qu'un matériau d'isolement est interposé entre une couche et la suivante, ce matériau étant susceptible d'assurer la cohésion mécanique des spires entre elles et la résistance mécanique de chaque galette.

Cette disposition présente plusieurs avantages
a) les enroulements de ce type ,dits en couches longues, assurent une répartition quasi-linéaire de la tension de choc du type foudre et donc une contrainte électrique sur les éléments d'entrée relativement voisine de la contrainte moyenne ; ceci permet de minimiser l'espace nécessaire entre les galettes et donc le dimensionnement global de l'enroulement haute tension, par comparaison avec d'autres types d'enroulement
b) les deux galettes sont bobinées dans des sens opposés, les spires d'entrée et de sortie du courant sont sur la couche périphérique extérieure de chaque galette, la liaison entre les deux galettes se fait entre les couches respectives de plus petit diamètre, qui sont ainsi sensiblement à une tension moitié de celle appliquée à l'enroulement ; ceci est vrai pour la tension nominale de fonctionnement comme pour la tension d'essai de choc du type de foudre ; la contrainte dans l'espace entre l'enroulement basse tension et l'enroulement haute tension est donc la moitié de la contrainte maximale possible, ce qui permet également de minimiser le dimensionnement de l'appareil et réduit les risques de décharges partielles et de défaillances a ce niveau
c > les contraintes diélectriques aux extrémités axiales des galettes sont divisées de la même façon par deux par rapport à un enroulement simple en une seule galette
d > en appliquant à la galette dont l'enroulement est terminé un traitement approprié à la nature dudit matériau d'isolement, on assure la cohésion mécanique des spires entre elles et la résistance mécanique de la galette.

Il n'est donc plus nécessaire de disposer d'installations coûteuses telles que celles nécessaires pour le moulage des galettes sous vide dans la résine.

Ces avantages principaux réduisent d'une manière générale les contraintes électriques et mécaniques subies par les enroulements, ce qui permet de simplifier et d'alléger la structure du transformateur, d'en réduire le dimensionnement et donc d'en diminuer le prix.

Selon une première version de l'invention, l'isolement entre deux couches adjacentes de chaque galette de l'enroulement haute tension est réalisé au moyen d'au moins une bande isolante s'étendant sensiblement sur toute la longueur axiale de la galette.

L'isolement entre deux couches adjacentes est donc réalisé de manière simple, économique et fiable, les bandes de ce genre étant en général très régulières.

Selon une version avantageuse de l'invention, la bande isolante est à base de fibres aramide, ces fibres donnant effectivement des bandes ayant de bonnes propriétés isolantes et résistant bien à la température.

Selon une version préférée de l'invention, la bande isolante est enduite sur ses deux faces d'un produit isolant susceptible d'assurer la cohésion mécanique des fibres entre elles et la résistance mécanique de chaque galette, par exemple une résine réactivable par étuvage telle qu'une résine époxyde ou une résine silicone.

Lors de l'étuvage de l'enroulement, la résine enduite sur les deux faces de la bande isolante se ramollit, flue légèrement, puis se solidifie en assurant alors une liaison mécanique relativement résistante entre les spires et la bande isolante, ou entre plusieurs bandes isolantes adjacentes, et en donnant une bonne rigidité et une bonne résistance mécaniques à chaque galette. La présence de la résine améliore encore les caractéristiques d'isolement entre couches, qui sont excellentes, et rend cet isolement imperméable, donc très peu sensible à l'humidité. Ces propriétés mécaniques et d'isolement a coeur rendent inutile les opérations classiques et coûteuses de moulage sous vide ou d'enrobage dans la résine ou d'imprégnation de vernis sous vide des galettes.

Selon une autre caractéristique de l'invention, l'entrecouche d'isolement entre deux couches adjacentes de spires comprend plusieurs bandes isolantes adjacentes à l'extrémité des deux couches de spires pour laquelle la contrainte électrique est maximale, ces bandes ayant des largeurs différentes étagées de manière à former une entrecouche dont l'épaisseur diminue par paliers entre cette extrémité des deux couches de spires et l'autre extrémité.

Cette disposition, particulièrement adaptée aux enroulements dits en couches longues, permet d'optimiser l'épaisseur de l'entrecouche d'isolement dans le sens de la longueur axiale des galettes en fonction de la contrainte électrique entre deux spires concentriques.

Selon une autre version avantageuse de l'invention, l'enroulement basse tension étant réalisé au moyen d'une feuille de cuivre s'étendant sensiblement sur toute la longueur axiale dudit enroulement, l'entrecouche isolante est réalisée au moyen d'une bande isolante telle qu'une bande à base de fibres aramide s'étendant sensiblement sur toute la largeur de la feuille de cuivre et enroulée avec cette dernière, cette bande étant enduite sur ses deux faces d'un produit isolant susceptible d'assurer la cohésion mécanique et la résistance mécanique de cet enroulement, tel qu'une résine réactivable par étuvage.

On peut ainsi obtenir un enroulement basse tension de grande cohésion sur toute-sa longueur axiale avec un isolement d'entrecouche simple et fiable, imperméable et donc très peu sensible à l'humidité.

Selon un autre aspect de l'invention, le procédé pour réaliser un transformateur conforme à l'invention est caractérisé par les étapes suivantes
a) on réalise l'enroulement haute tension en au moins deux galettes de spires disposées selon des couches adjacentes coaxiales, le nombre de spires par couche étant plusieurs fois supérieur au nombre de couches par galette
b) on bobine les deux galettes dans des sens opposés, en situant la liaison entre les deux galettes entre les couches respectives de plus petit diamètre de celles-ci
c) on met en place dans chaque galette en une seule opération, entre chaque couche de spires et la couche suivante, après avoir enroulé la première couche et avant d'enrouler la seconde couche, un matériau d'isolement
d) on applique audit matériau d'isolement un traitement lui permettant d'assurer la cohésion mécanique des spires entre elles et la résistance mécanique de chaque galette.

Selon une version avantageuse de l'invention, on réalise l'enroulement basse tension en enroulant sur ellemême une feuille de cuivre s'étendant sensiblement sur toute la longueur axiale dudit enroulement, et en mettant en place entre deux couches adjacentes de cette feuille le matériau d'isolement susceptible d'assurer après traitement la cohésion mécanique des couches entre elles et la résistance mécanique de I'enroulement.

Selon une version préférée de l'invention, on utilise comme matériau d'isolement au moins une bande isolante s'étendant sensiblement sur toute la longueur axiale de l'élément d'enroulement correspondant, par exemple une bande à base de fibres aramide, cette bande isolante étant enduite sur ses deux faces d'un produit isolant tel qu'une résine capable, après polymérisation, d'assurer la cohésion mécanique des couches de spires ou de feuille de cuivre et la résistance mécanique de l'élément d'enroulement correspondant, par exemple une résine réactivable par étuvage, par exemple une résine époxyde ou une résine silicone.

On obtient ainsi un transformateur de distribution haute tention/basse tension à isolement sec de dimensions relativement réduites, ayant d'excellentes propriétés mécaniques et diélectriques, ne nécessitant aucune installation coûteuse pour enrobage dans la résine ou pour moulage dans la résine ou imprégnation de vernis sous vide, donc de construction simple, fiable et économique.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description ci-après.

Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs
- la figure 1 est une vue simplifiée en perspective d'un transformateur de distribution haute tension/basse tension à isolement sec conforme à l'invention ;
- la figure 2 est un schéma en coupe axiale des enroulements d'une phase du transformateur de la figure 1, montrant le circuit d'alimentation des galettes et la répartition du champ électrique
- la figure 3 est un diagramme schématique des tensions induites sur les enroulements haute tension du transformateur selon l'invention ;
- la figure 4 est une demi-vue en coupe axiale des enroulements d'une phase du transformateur de la figure 1;;
- la figure 5 est une vue partielle agrandie d'un détail de la figure 4
- la figure 6 est une vue partielle agrandie schématique en coupe axiale d'une galette du transformateur de la figure 1.

Dans le mode de réalisation représenté à la figure 1, le transformateur de distribution basse tension à isolement sec est par exemple un transformateur 20 000/410
V de puissance comprise entre 250 et 1 000 kVA, par exemple 400 kVA. Ce transformateur comprend un circuit magnétique 1 fermé sur lui-même et, pour chacune des trois phases, un enroulement haute tension 2 et un enroulement basse tension 3 (figure 4) coaxiaux avec un élément de circuit magnétique 4.

Comme schématisé à la figure 2, suivant l'invention, l'enroulement haute tension 2 comprend deux galettes 2a, 2b de spires disposées selon des couches adjacentes, coaxiales1 dites longues, le nombre de spires par couche étant plusieurs fois supérieur au nombre de couches par galette. Les deux galettes 2a, 2b sont bobinées dans des sens opposés, la liaison 5 entre les deux galettes 2a, 2b étant située entre les couches respectives de plus petit diamètre de celles-ci.

Dans ces conditions, les sorties d'enroulement respectives 6a, 6b des galettes 2a, 2b sont situées au niveau des couches de plus grand diamètre de ces galettes.

Lorsqu'on applique une tension à la sortie 6b, par exemple une tension d'essai de choc du type foudre, l'autre sortie 6a et l'enroulement basse tension étant à une tension basse ou nulle assimilable à la masse, les lignes de champ électrique se répartissent, comme réprésenté a la figure 2, d'une manière très régulière. En particulier, les couches de plus petit diamètre des deux galettes sont à une tension sensiblement moitié de la tension maximale, les sorties d'enroulement ne perturbent pas les lignes de champ électrique, et les contraintes diélectriques aux extrémités axiales des galettes sont sensiblement la moitié de la contrainte maximale possible, la différence de tension entre la spire de plus petit diamètre et la spire de plus grand diamètre étant sensiblement égale à la moitié de la tension maximale.

Le raisonnement qui précède, appliqué au cas d'une tension d'essai de choc du type foudre, s'applique également au fonctionnement normal du transformateur a la tension nominale de service,soit 20 000 V dans l'exemple cité.

Ainsi, comme représenté schématiquement à la figure 3, pour une tension nominale triphasée U appliquée aux sorties 6a, 6b, la liaison 5 entre les deux galettes 2a, 2b est sensiblement a la tension U/2, et l'isolation entre la haute tension et la basse tension, assimilée en première approximation à la masse, n' ntest soumise qu'à une tension égale à U/2J3, soit 29 % environ de la tension induite.

Dans la réalisation représentée à la figure 4, les enroulements haute tension 2a, 2b et basse tension 3 sont centrés l'un par rapport à l'autre et calés axialement par rapport à l'élément de circuit magnétique 4 par des plots 7 qui sont habituellement en porcelaine et présentent en général plusieurs encoches, comme par exemple une encoche 8 pour recevoir l'extrémité correspondante de l'enroulement basse tension 3.

Dans le mode de réalisation de la figure 5, l'isolement entre les différentes couches 9a, 9b, 9c, de spires 27 de chaque galette 2a, 2b de l'enroulement haute tension 2 est réalisé au moyen d'au moins une bande isolante 10 s'étendant sensiblement sur toute la longueur axiale de la galette 2a, 2b. La bande isolante 10 est avantageusement une bande à base de fibres aramide qui est enduite sur ses deux faces d'un produit isolant capable d'assurer après traitement la cohésion mécanique des spires 27 entre elles, et la résistance mécanique de chaque galette 2a, 2b. Ce produit isolant est de préférence une résine synthétique isolante réactivable par simple étuvage, comme par exemple une résine époxyde ou une résine silicone.

On peut ainsi, à titre d'exemple, utiliser pour la bande isolante 10 la bande fabriquée et commercialisée par DU
PONT DE NEMOURS sous le nom "Papier aramide NOMEX 410".

Une telle bande, préenduite sur ses deux faces d'une résine époxyde réactivable par étuvage, présente les avantages suivants
- son comportement au feu est excellent,
- c'est un très bon diélectrique, insensible à l'humidité, présentant une constante diélectrique faible ( = 3),
- c'est un matériau de classe de température supérieure à la classe H.

L'enduction de résine ( < 10 % du poids de l'isolant} est suffisamment superficielle pour ne pas présenter d'inconvénient de tenue au feu.

L'entrecouche étant à pression atmosphérique, on peut situer rigoureusement le seuil d'apparition des décharges partielles grâce à la relation tirée de la loi de
Paschen Uc = K (P,S/E) 0,4" 0,50 dans laquelle
K r 3600 V
p=l bar
s = épaisseur de l'entrecouche en mm ;
g = constante diélectrique caractérisant
l'entrecouche ( E 3).

Le choix adéquat de l'épaisseur d'entrecouche
garantit donc une absence totale de décharges partielles
jusqu'à la tension exigée.

Pour diminuer la masse d'isolant sans courir le risque de décharges partielles, l'épaisseur de l'entrecouche d'isolement située entre deux couches adjacentes 9a, 9b, 9c, ... de spires de chaque galette 2a, 2b, varie d'une extrémité à l'autre de ces couches en fonction du niveau de la contrainte électrique possible entre les spires concentriques des deux couches.

Ainsi, comme représenté à la figure 6, l'entrecouche d'isolement entre deux couches 9a, 9b ou 9b, 9c, etc de spires 27 comprend plusieurs bandes isolantes 10 adjacentes à l'extrémité 11, 12 des deux couches 9a, 9b ou 9b, 9c, etc de spires 27 pour laquelle la contrainte électrique est maximale, ces bandes 10 ayant des largeurs différentes régulièrement étagées de manière à former une entrecouche dont l'épaisseur diminue par paliers réguliers entre cette-extrémité 11, 12 des deux couches 9a, 9b ou 9b, 9c, etc de spires 27 et l'autre extrémité.

Dans l'exemple représenté, chaque entrecouche est formée de trois bandes 10 ayant des largeurs correspondant sensiblement respectivement à 1/3, 2/3 et 3/3 de la longueur axiale de la galette 2a, 2b.

Cette graduation par paliers réguliers de l'épaisseur de l'entrecouche isolante présente également l'avantage, par la variation des capacités partielles qu'elle entraine, d'étaler la pénétration de l'onde de choc en cas de coup de foudre ou d'essai de choc simulant un coup de foudre.

Le conducteur formant les spires 27 est par exemple un fil de cuivre, qui peut avoir une section quelconque, ronde comme représenté schématiquement à la figure 6, mais plutôt sensiblement rectangulaire comme représenté à la figure 5, ou même méplate, la superficie de cette section étant adaptée aux caractéristiques générales du transformateur (puissance, densité de courant, classe d'isolement, etc...}. Le conducteur est revetu extérieurement d'un vernis ou émail isolant adapté à la classe d'isolement, qui peut être par exemple un émail à base de polyesterimide de classe de température H.Lorsque l'on étuve les galettes, la résine époxyde se ramollit et flue dans les interstices entre les spires 27. Après refroidissement, la résine durcie solidarise les spires 27 entre elles au sein d'une même couche 9a, 9b, 9c, etc..

et les couches avec les bandes isolantes enduites 10, pour donner à chaque galette 2a, 2b, une excellente cohésion et une grande résistance mécaniques lui permettant de résister aux contraintes normales et exceptionnelles auxquelles elle est soumise lors du fonctionnement du transformateur.

Comme représenté aux figures 4 et 5, les couches 9a, 9b, 9c... de spires 27 des deux galettes 2a, 2b ont des longueurs axiales différentes qui augmentent légèrement de la périphérie au coeur de chaque galette, de manière à réduire les concentrations de champ électrique, d'où la possibilité de diminuer notablement les distances d'isolement entre galettes 2a, 2b et contre le circuit magnétique 4.

Les différences entre les longueurs des couches 9a,9b, 9c, etc... sont compensées aux extrémités des galettes par des rives de-bourrage 13 réalisées, par exemple, au moyen de bandes à base de fibres aramide enduites sur leur deux faces de résine époxyde.

On sait que, pour un transformateur sec ouvert, les poussières véhiculées par l'air sous l'effet de la convection ou sous l'effet du champ électrique se déposent dans des zones plus ou moins sensibles de l'appareil selon l'importance du gradient électrique en surface.

L'avantage des enroulements en couches longues utilisées dans la présente invention est de présenter un utilisées dans la présente invention est de présenter un volume de géométrie relativement lisse par rapport aux autres techniques connues.

Par contre, les extrémités d'enroulements, et notamment la tranche des rives, sont des endroits critiques qu'il est nécessaire de protéger. Pour éviter le courtcircuitage partiel de la distance de cheminement, pouvant dégénérer en contournement de ces rives, et comme représenté en particulier en détail à la figure 5, des couronnes isolantes étanches 14, par exemple en composite tissu de verre/polyester, offrant une surface lisse et une bonne tenue au cheminement et à la perforation, ont été disposées pour recouvrir ces zones, et ont un diamètre extérieur nettement supérieur au diamètre extérieur des rives de bourrage 13 et des galettes 2a, 2b.

Du fait de leur situation, ces couronnes suivent sensiblement le tracé des lignes équipotentielles, de sorte qu'elles ne déforment pas d'une manière excessive le champ électrique, même lorsqu'elles sont recouvertes de poussières 26 et sont devenues semi-conductrices (voir figure 5).

Comme représenté aux figures 4 et 5, les deux galettes sont bobinées sur une bande cylindrique 15 de
NOMEX 410 enduite sur ses deux faces de résine époxyde. La bande 15 a une largeur supérieure à la largeur des deux galettes 2a, 2b, et ses bords latéraux pénètrent respectivement dans une encoche 16 des plots de porcelaine 7. Cette bande cylindrique 15 assure après étuvage la fixation des galettes 2a, 2b par rapport aux plots 7 et à l'enroulement basse tension 3, ce qui évite de prévoir des baguettes de calage qui constituent autant de ponts matériels susceptibles de favoriser un cheminement direct entre haute et basse tension.

Les deux galettes 2a, 2b sont de préférence isolées de manière étanche de l'atmosphère extérieure, de façon a conserver toutes leurs caractéristiques d'isolement même dans une atmosphère très défavorable. A cet effet, chacune des galettes 2a, 2b est recouverte à sa périphérie extérieure par une bande cylindrique 17 en NOMEX 410 enduite sur ses deux faces de résine époxyde ; après étuvage, des joints étanches à l'eau 18 en blastomère de silicone sont ménagés le long-des circonférences de raccordement entre les couronnes 14 et d'une part la bande cylindrique 15, d'autre part les bandes 17 (voir figure 4).

On peut également projeter de plus sur la bande 17 du caoutchouc au silicone.

Dans la réalisation des figures 4 et 5, une bande cylindrique intermédiaire 19 en NOMEX 410 enduite sur ses deux faces de résine époxyde est intercalée entre les galettes 2a, 2b et la bande 15 d'une part, l'enroulement basse tension 3 d'autre part. Ses bords latéraux pénètrent dans des gorges 20 des plots en porcelaine 7.

Comme représenté à la figure 5, l'enroulement basse tension 3 est réalisé au moyen d'une feuille de cuivre 21 et utilise également une entrecouche 22 en NOMEX préenduite. L'enduction préalable prend ici tout son intérêt car elle garantit un collage idéal des spires, sur toute leur surface, ce qui n'est pas possible par imprégnation. Grâce à la grande résistance obtenue face aux efforts radiaux de compression de court-circuit, le calage de l'enroulement 3 sur le noyau 4 est limité au strict nécessaire pour assurer son centrage. L'enroulement est également calé axialement par rapport aux plots 7 au moyen de rives de bourrage 23 en NOMEX 410 enduit de résine et de patins 24 en caoutchouc au silicone.

Toutes les caractéristiques décrites ci-dessus concourent pour permettre la construction d'un transformateur de distribution en basse tension à isolement sec ayant d'excellentes caractéristiques mécaniques et électriques, de dimensions relativement réduites, ne nécessitant aucune installation coûteuse, n'utilisant que des dispositions constructives simples et des matériaux disponibles sur le marché. En particulier, ce transformateur, capable de fonctionner à une tension nominale de 20 000 V qui est la limite supérieure de la plage des hautes tensions, résiste particulièrement bien aux chocs de tension du type foudre, garde ses propriétés diélectriques en atmosphère humide et poussiéreuse, est particulièrement exempt de décharges partielles, et a un comportement remarquable en cas d'incendie.

Pour la construction de ce transformateur, on réalise les enroulements basse tension et haute tension, on étuve ces enroulements pour réactiver la résine, on les monte l'un après l'autre sur le noyau 4 en assurant leur calage avec les plots 7. Il ne reste plus ensuite qu'à monter chaque ensemble sur le noyau 4 correspondant.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation que l'on vient de décrire, et on peut apporter à celui-ci de nombreux changements et modifications sans sortir du domaine de l'invention.

Ainsi, par exemple, la bande isolante pourrait ne pas être à base de fibres aramide, et au lieu de préenduire la bande sur ses deux faces, on pourrait projeter sur celles-ci au moment de l'enroulement un produit permettant après un traitement d'assurer la cohésion et la résistance mécaniques des enroulements haute tension et basse tension. La bande pourrait également être enduite d'un produit autre qu'une résine réactivable par étuvage.

On pourrait de même faire varier le nombre, la nature et/ou la forme du conducteur, des galettes, des cales de rives, des couronnes, des bandes cylindriques 15 et 19, des plots 7 en porcelaine, sans sortir du domaine de l'invention.

Claims (16)

REVENDICATIONS

1. Transformateur de distribution haute tension/basse tension à isolement sec, comprenant pour chaque phase un enroulement haute tension (3) et un enroulement basse tension (2) coaxiaux avec un élément de circuit magnétique (4),caractérisé en ce que l'enroulement haute tension (2) comprend au moins deux galettes (2a, 2b) de spires (27) disposées selon des couches adjacentes coaxiales (9a, 9b, 9c, . *..), le nombre des spires (27) par couche (9a, 9b, 9c, ...) étant plusieurs fois supérieur au nombre de couches (9a, 9b, 9c, ...> par galette (2a, 2b), en ce que les deux galettes (2a, 2b) sont bobinées dans des sens opposés, la liaison (5) entre les deux galettes (2a, 2b) étant située entre les couches respectives de plus petit diamètre de celles-ci, et en ce qu'un matériau d'isolement est interposé'entre une couche (9a, 9b,...) et la suivante (9b, 9c, ...), ce matériau étant susceptible d'assurer la cohésion mécanique des spires (27) entre elles et la résistance mécanique de chaque galette (2a, 2b).

2. Transformateur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que l'isolement entre deux couches adjacentes (9a, 9b, gc, ...) de chaque galette (2a, 2b) de l'enroulement haute tension (2) est réalisé au moyen d'au moins une bande isolante (10) s'étendant sensiblement sur toute la longueur axiale de la galette (2a, 2b).

3. Transformateur conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que la bande isolante (10) est à base de fibres aramide.

4. Transformateur conforme à l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la bande isolante (10 > est enduite sur ses deux faces d'un produit isolant susceptible d'assurer après traitement la cohésion mécanique des spires (27) entre elles et la résistance mécanique de chaque galette (2a, 2b).

5. Transformateur conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que la bande isolante (10) est enduite sur ses deux faces d'une résine réactivable par étuvage, telle qu'une résine époxyde ou une résine silicone.

6. Transformateur conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'épaisseur de l'entrecouche d'isolement située entre deux couches adjacentes (9a, 9b, 9c, ...) de spires (27) de chaque galette (2a, 2b varie d'une extrémité à l'autre de ces couches (9a, 9b, 9c, ...) en fonction de la contrainte électrique créée entre les spires (27) concentriques de celles-ci.

7. Transformateur conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que l'entrecouche d'isolement entre deux couches adjacentes (9a, 9b ; 9b, 9c ;...) de spires (27) comprend plusieurs bandes isolantes (10) adjacentes à l'extrémité (11 ; 12) des deux couches (9a, 9b ; 9b, 9c ... ) de spires (27) pour laquelle la contrainte électrique est maximale, ces bandes (10) ayant des largeurs différentes étagées de manière à former une entrecouche dont l'épaisseur diminue par paliers entre cette extrémité (11 ; 12 > des deux couches (Sa, 9b ; 9b, 9c ; ...) de spires (27) et l'autre extrémité.

8. Transformateur conforme à l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les galettes (2a, 2b > sont isolées de manière étanche de l'atmosphère extérieure.

9. Transformateur conforme a la revendication 8, caractérisé en ce que les deux galettes (2a, 2b) sont bobinées sur au moins une bande isolante (15) s'étendant sensiblement sur toute la longueur axiale de l'enroulement haute tension (2X, et sont recouvertes- chacune sur leur face extérieure d'une bande isolante (17} s'étendant sensiblement sur toute la longueur axiale de la galette (2a, 2b) correspondante, les bandes isolantes (15) et (17) étant enduites sur leurs deux faces d'un produit isolant susceptible de participer à la cohésion mécanique, à la rigidité mécanique et à l'étanchéité desdites galettes < 2a, 2b), en ce que les surfaces des extrémités axiales de chaque galette (2a, 2b) sont protégées chacune par une couronne isolante étanche (14), et en ce que des joints étanches (18) sont prévus le long des circonférences de raccordement entre les couronnes isolantes étanches (14) et les bandes isolantes (15, 17).

10. Transformateur conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que les couronnes isolantes étanches (14 > débordent vers l'extérieur au-delà de la surface cylindrique extérieure de chaque galette (2a, 2b).

11. Transformateur conforme à l'une des revendications précédentes, dont l'enroulement basse tension (3) est réalisé au moyen d'une feuille de cuivre (21) s'étendant sensiblement sur toute la longueur axiale dudit enroulement (3), caractérisé en ce que l'entrecouche isolante est réalisée au moyen d'une bande isolante (22), telle qu'une bande à base de fibres aramide, s'étendant sensiblement sur toute la largeur de la feuille de cuivre (21) et enroulée avec cette dernière, cette bande (22 > étant enduite sur ses deux faces d'un produit isolant susceptible d'assurer la cohésion mécanique et la résistance mécanique de l'enroulement (3X, tel qu'une résine réactivable par étuvage.

12. Transformateur conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une bande isolante (19) à base de fibres aramide enduite des deux côtés d'une résine réactivable par étuvage et s'étendant sensiblement sur toute la longueur axiale des enroulements haute et basse tension est intercalée entre l'enroulement basse tension (3) et l'enroulement haute tension (2).

13. Procédé pour réaliser un transformateur conforme à l'une des revendications 1 à 12, caractérisé par les étapes suivantes

a) on réalise l'enroulement haute tension en au moins deux galettes (2a, 2b) de spires (27 > disposées selon des couches adjacentes coaxiales (9a, 9b, 9c, ...), le nombre de spires (27) par couche (9a, 9b, 9c, ...), étant plusieurs fois supérieur au nombre de couches (9a, 9b, 9c, ...) par galette (2a, 2b)

b) on bobine les deux galettes (2a, 2b) dans des sens opposés, en situant la liaison (5) entre les deux galettes (2a, 2b) entre les couches respectives de plus petit diamètre de celles-ci

c) on met en place dans chaque galette (2a, 2b) en une seule opération, entre chaque couche (9a, 9b, ...) de spires (27) et la couche suivante (9b, 9c, ... > , après avoir enroulé la première couche (9a, 9b, ,..) et avant d'enrouler la seconde couche (9b, 9c, ...), un matériau d'isolement

d > on applique audit matériau d'isolement un

traitement lui permettant d'assurer la cohésion mécanique

des spires (27) entre elles et la résistance mécanique de

chaque galette (2a, 2b).

14. Procédé conforme à la revendication 13, caractérisé en ce que I'on réalise l'enroulement basse tension (3) en enroulant sur elle-même une feuille de cuivre (21) s'étendant sensiblement sur toute la longueur axiale dudit enroulement (3), et en mettant en place entre deux couches adjacentes de cette feuille (21) le matériau d'isolement susceptible d'assurer après traitement la cohésion mécanique des couches entre elles et la résistance mécanique de l'enroulement (3).

15. Procédé conforme à l'une des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce qu'on utilise comme matériau d'isolement au moins une bande isolante (10, 22) s'étendant sensiblement sur toute la longueur axiale de l'élément d'enroulement (2a, 2b, 3) correspondant, cette bande isolante (10, 22) étant enduite sur ses deux faces d'un produit isolant, et en ce qu'on traite ce matériau pour qu'il assure la cohésion mécanique des couches de spires (27) ou de feuille de cuivre (21) et la résistance mécanique de l'élément d'enroulement (2a, 2b, 3) correspondant.

16. Procédé conforme à la revendication 15, caractérisé en ce que la bande isolante (10, 22) est une bande à base de fibres aramide enduite sur ses deux faces d'une résine réactivable par étuvage telle qu'une résine époxyde ou une résine silicone.