FR2824179A1 - Equipement a enroulements bobines isole par du gaz - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un équipement à enroulements bobinés isolé par gaz qui possède comme atmosphère un gaz isolant. Le gaz isolant comprend le gaz N2 et un gaz électrico-négatif, à l'exception du gaz SF6 . Des intervalles en forme de coins (G) sont créés au niveau de parties de contact entre substances isolantes (par exemple un blindage électrique (14) et un presse-bobine (15) ) dans l'atmosphère de gaz isolant (17), ou bien au niveau de parties de contact entre conducteurs (13, 16) de parties de charge et les substances isolantes présentes dans l'atmosphère de gaz isolant.

Description

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La présente invention concerne un équipement à enroulements bobinés qui est isolé par un gaz, comme par exemple un transformateur ou un composant réactif utilisé pour fournir de l'énergie électrique. Plus particulièrement, l'invention concerne un équipement à enroulements bobinés isolé par un gaz, ayant une rigidité diélectrique améliorée, qui utilise des gaz isolants autres que le gaz hexafluorure de soufre (SF6), contribuant ainsi aux efforts visant à réduire le réchauffement de la planète. Dans la technique antérieure, on conna^'t des équipements à enroulements bobinés isolés par gaz qui emploient le gaz SF6 comme gaz isolant. Le gaz SF6 possède d'excellentes propriétés d'isolation et de refroidissement et est très utile pour améliorer ies performances des équipements à enroulements bobinés isolés par gaz et pour aider à leur miniaturisation. Toutefois, le gaz SF6 possède un grand pouvoir de réchauffement global, qui est d'environ 23 900fois celui du dioxyde de carbone (CO2). Par conséquent, méme l'utilisation d'une petite quantité de gaz SF6 a le pouvoir d'influencer sérieusement le réchauffement global

de la planète.

Pour réduire la quantité totale de gaz SF6 que l'on utiilse comme gaz isolant dans des équipements, on a effectué des études au cours desquelles on a mélangé le gaz SF6 avec un autre gaz. On a ensuite

utilisé ce mélange comme gaz isolant à la place du gaz SF6.

Comme gaz devant étre mélangé avec le gaz SF6, on a étudié des gaz atmosphériques existant dans la nature, comme l'azote (N2), l'air sec. ou CO2. Lorsque l'on utilise un mélange de gaz atmosphérique et de SF6 comme gaz isolant, la rigidité diélectrique du mélange se révèle étre inférieure à celle du gaz SF6 seul. Toutefois, l'influence sur le

réchauffement global est inférieure, pour le mélange, à celui du gaz SF6.

Selon une autre possibilité, comme gaz isolant utilisé dans les appareils de commutation isolés par gaz (notés GIS, d'après "gas insulated

switchgear"), la publication de brevet japonais non examinée n 2000-

69 626 (H02Bl3/02) décrit un gaz mixte, qui comporte un gaz principal tel que le gaz N2 ou le gaz CO2 et un gaz auxiliaire, comme par exemple un gaz électro-négatif (gaz 02 OU gaz CO2) présentant une capacité de fixation des électrons, ce qui permet de réduite la quantité consommée

totale de gaz SF6.

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Le claquage diélectrique d'un gaz isolant appara^'t comme étant basé sur la différence de potentiel entre un conteneur métallique faisant fonction de terre électrique et une machine, comme par exemple un coupe-circuit, dans une atmosphère gazeuse isolante présente à l'intérieur du conteneur, lorsque le nombre total d'électrons se trouvant à la pointe d'une avalanche d'électrons dépasse une valeur critique, de sorte que l'avalanche d'électrons est transformée en un courant d'électrons. Par conséquent, dans le GIS s'appuyant sur la publication ci-dessus indiquée, on utilise, comme gaz isolant, le gaz mélangé formé du gaz principal et du gaz auxiliaire (ou du gaz électro-négatif) afin de diminuer la densité d'électrons à la pointe de l'avalanche d'électrons du fait de la fixation d'électrons au gaz électro-négatif. Ainsi, en utilisant le gaz électronégatif, on limite la conversion de l'avalanche d'électrons en courant, de sorte que la tension de claquage diélectrique du gaz isolant peut être plus élevée

que la tension de claquage diélectrique du seul gaz principal.

Toutefois, un GIS possède typiquement une structure simple, de sorte qu'un conducteur sous tension élevée tel que le coupe-circuit et le conteneur métallique forment un tube coaxial ayant un champ électrique quasi uniforme de fa$on homogène. Par conséquent, en pratique, le gaz électro-négatif (par exemple le gaz O2 ou le gaz CO2) n'est

pas trop efficace.

Les propriétés isolantes du gaz isolant présent à l'intérieur du GIS sont telles que représentées par les courbes de Paschen sur la

figure 5.

Sur la figure 5, la ligne A en trait interrompu représente la propriété obtenue lorsque l'on utilise un gaz isolant entièrement constitué par N2, la ligne en trait continu B représente la propriété obtenue lorsque le gaz isolant est de l'air sec. formé de N2+ O2, que 1'on obtient en mélangeant ie gaz O2, qui est le gaz électro-négatif, avec le gaz N2, et la ligne en trait pointillé C représente la propriété obtenue lorsque le gaz

isolant est entièrement constitué par du gaz CO2.

Dans le cas d'un équipement dit isolé par gaz, tel que le GIS, qui représente une pression de gaz générale comprise dans un intervalle de plusieurs fois 100 kPa abs et des longueurs d'isolation de plusieurs millimètres à plusieurs centimètres, la rigidité diélectrique du mélange d'air sec. comprenant le gaz O2 électriquement négatif mis dans le gaz N2 est la

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plus élevée, et la rigidité diélectrique diminue en allant vers le gaz N2, puis le gaz CO2. Toutefois, comme représenté sur la figure 5, lorsque l'on utilise le gaz isolant dans un environnement de champ électrique quasi uniforme qui est homogène comme, par exemple, on l'utilise dans le GIS, la différence de rigidité électrique entre les gaz indiqués est en réalité faible, et la différence résultant de l'utilisation du seul gaz N2, du seul gaz CO2 ou d'air sec est petite. Par conséquent, l'effet résultant de l'inclusion

du gaz électro-négatif en tant que partie du gaz isolant est petit.

Dans les équipements à enroulements bobinés isolés par gaz selon la technique antérieure, il n'a pas été sufffisamment insisté sur les effets de réchauffement terrestre créés par l'utilisation du gaz SF6 ou d'un

mélange contenant celui-ci.

Pour mettre en _uvre des mesures effficaces quant à la réduction du réchauffement de la planète, dans la technique antérieure aussi bien que dans le GIS de la publication citée ci-dessus, il est donné une certaine considération à l'utilisation de gaz atmosphériques existants

dans la nature.

Toutefois, puisque le gaz CO2 contribue au réchauffement de la planète, son utilisation doit étre évitée dans la plus grande mesure possible. En outre, dans l'équipement à enroulements bobinés isolé par gaz, ce sont principalement des substances isolantes inflammables qui sont utilisées dans l'atmosphère gazeuse isolante comprise à l'intérieur de l'équipement. Ainsi, si l'on utilise une combinaison d'air sec formé de gaz N2 + O2 au titre du gaz isolant, des dégradations liées à une oxydation ou

une combustion sont susceptibles de se produire.

De plus, comme on peut le voir sur la figure 5, la différence de rigidité diélectrique entre le gaz N2 seul et l'air sec est petite. Ainsi, on a considéré l'utilisation d'un gaz isolant entièrement constitué de gaz N2 à

l'intérieur de l'équipement à enroulements bobinés isolé par gaz.

Toutefois, de nombreux équipements à enroulements bobinés isolés par gaz diffèrent du GIS et peuvent comporter plusieurs parties ayant des formes compliquées, comme par exemple des bobines ou des

substances isolantes se trouvant dans l'atmosphère de gaz isolant.

Lorsque l'on utilise un gaz isolant entièrement constitué de gaz N2 en liaison avec ces parties ayant des formes compliquées, les problèmes ci

dessous exposés peuvent se produire.

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Ainsi, la figure 6 est une vue partielle montrant des structures isolantes entre des bobines d'un exemple d'équipement à enroulements bobinés isolé par gaz. Sur la figure 6, sont coaxialement disposés une bobine formant un enroulement primaire 1, un premier cylindre isolant 2, un deuxième cylindre isolant3, et une bobine formant un enrouiement secondaire 4, qui sont placés à une certaine distance d'écartement les uns

des autres.

Les bobines et 4 sont constituées de conducteurs enrobés

formant des enroulements.

Des entretoises de ventilation verticales 5 sont disposées entre l'enroulement primaire 1 et le premier cylindre isolant 2. Des entretoises de ventilation verticales 5 sont disposées à des intervalles égaux circonférentiellement autour du premier cylindre isolant 2. Des entretoises verticales 5', semblables aux entretoises 5, sont disposées entre le deuxième cylindre isolant 3 et l'enroulement secondaire 4. Les entretoises verticales 5' sont disposées à intervalies égaux circonférentiellement

autour du deuxième enroulement secondaire 4.

De plus, des éléments d'écartement 6 sont disposés entre les premier et deuxième cylindres isolants 2 et 3 et se trouvent à des intervalles égaux circonférentiellement autour du deuxième cylindre isolant 3 de manière que l'espacement entre les cylindres isolants 2 et 3 soit maintenu et que ies positions des enroulements primaire et secondaire 4 soient fixées. Les éléments d'écartement 6 sont faits en un

matériau isolant semblable à celui utilisé pour les entretoises 5 et 5'.

Entre l'enroulement primaire et le premier cylindre isolant 2, entre le premier cyiindre isolant 2 et le deuxième cylindre isolant 3, et entre le deuxième cylindre isolant 3 et l'enroulement secondaire 4, un gaz

isolant est présent et fait fonction d'un milieu de refroidissement.

Les enroulements primaire et secondaire 4 et les premier et

deuxième cylindres isolants 2 et 3 ont des formes cylindriques et courbes.

Au contraire, les entretoises 5 et 5' et les éléments d'écartement 6 ont des formes re*ilignes. Par conséquent, il existe de petits intervalles en forme de coins G au niveau des parties de contact (lesquelles sont entourées par des lignes en trait interrompu sur la figure 6) entre l'enroulement et I'entretoise 5, entre l'entretoise 5 et le premier cylindre isolant 2, entre le premier cylindre isolant2 et l'élément d'écartement6, entre l'élément

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d'écartement 6 et le deuxième cylindre isolant 3, entre le deuxième cylindre isolant 3 et l'entretoise 5', et entre l'entretoise 5' et l'enroulement 4. Les bobines de l'équipement à enroulements bobinés isolé par gaz qui est utilisé pour des tensions extrêmement élevées sont réalisées sous la forme d'un enroulement à haute capacité série de manière à limiter les oscillations de potentiel résultant de l'application de tensions de choc excessives, comme par exemple lors d'un essai de claquage d'isolant

appelé essai sous tension de choc.

Dans ce type d'équipement à enroulements bobinés isolé par gaz qui possède de nombreuses parties ayant des formes complexes, plusieurs intervalles en forme de coins G peuvent également être créés là o des substances isolantes adjacentes sont en contact, quelle que soit la

structure des bobines.

De plus, comme représenté sur la figure 7, chacun des fils de connexion des bobines 1 et 4 possède un conducteur de connexion 7,

une substance isolante de support8, et une bande toronnée 9.

Le conducteur de connexion 7 est fixé à la substance isolante de support 8 au moyen de la bande toronnée 9. Il existe aussi de petits intervalles en forme de coins G qui sont créés au niveau des parties de contact entre le

conducteur de connexion 7 et la substance isolante 8.

Les intervalles G. lorsque l'on utilise le gaz N2 comme gaz isolant et que les substances isolantes ont des constantes diélectriques différentes et lorsque l'on utilise une tension excessive, comme par exemple la tension d'un essai sous tension de choc, un champ électrique est produit de manière concentrce. Dans ces conditions, une décharge minuscule se produit aisément, si bien que des électrons sont produits par

ionisation dans la minuscule décharge.

Puisque le gaz N2 ne présente aucune capacité de fixation d'électrons, les électrons produits diffusent rapidement dans l'atmosphère

de gaz isolant toute entière.

Le taux de tension de choc du gaz isolant est généralement petit. Ainsi, dans l'équipement à enroulements bobinés isolé par gaz, leséiéments principaux tels que la bobine sont conçus dans un état d'isolation de fason qu'aucun claquage diélectrique ne soit provoqué entre les éléments principaux et un noyau de fer, faisant fonction de terre

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électrique, méme lorsqu'une tension de choc excessive, par exemple la tension d'un essai sous tension de choc, est appliquée aux éléments principaux, en tenant naturellement compte de la propriété d'isolation dans le champ électrique quasi uniforme. Toutefois, dans la technique a ntérieu re, u n problème se crée lorsq ue les électrons prod u its pa r la minuscule décharge au niveau des intervalles G diffusent dans l'espace du gaz isolant. Cette diffusion réduit de façon considérable la - rigidité diélectrique du gaz isolant présent dans cet espace, en desà de la rigidité diélectrique prédéterminée qui a été supposée lors de la conception de I'équipement à enroulements bobinés isolé par gaz, si bien qu'un claquage diélectrique des éléments principaux, y compris la bobine, peut facilement

se produire.

Dans l'équipement à enroulements bobinés isolé par gaz qui utilise un enroulement à forte capacité série, la différence de potentiel entre bobines de spires adjacentes est grande, et le champ électrique présent au niveau de l'intervalle G dans les parties de contact entre bobines de spires adjacentes est plus grand que celui d'une bobine de disque ordinaire. De ce fait, la tension de claquage diélectrique diminue de fason importante sur la base de la diffusion des électrons produits par la minuscule décharge au niveau des intervalles G lors de l'application de ia tension de l'essai sous tension de choc. Par conséquent, pour empécher celle-ci se produire, il est nécessaire de fabriquer une bobine extrémement grande. Par conséquent, dans l'équipement à enroulements bobinés isolé par gaz, o l'on change le gaz isolant SF6 en gaz N2, les demandes existant pour une miniaturisation ou une réduction des coûts ne peuvent pas étre satisfaites et, d'un point de vue pratique, le remplacement du gaz

isolant SF6 par N2 n'est pas efficace.

Un but de la présente invention est de produire un équipement à enroulements bobinés isolé par gaz qui n'utilise pas le gaz SF6 comme gaz isolant, si bien que l'on contribue à une réduction du réchauffement

de la planète.

Un autre but de l'invention est de produire un équipement à enroulements bobinés isolé par gaz dans laquelle la tension de claquage électrique ne diminue pas du fait de la diffusion des électrons produits par une minuscule décharge au niveau des intervalles en forme de coins G.

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Pour atteindre les buts ci-dessus énoncés, on a adopté les moyens suivants. Selon un mode de réalisation, de l'invention, il est proposé un équipement à enroulements bobinés isolé par gaz qui comporte un gaz isolant, gaz mélangé formé de gaz N2 et d'un gaz électro-négatif, à l'exclusion du gaz SF6. Da ns ce cas, le gaz électro-négatif n 'est pas pri nci pa lement utilisé pour empêcher le gaz N2 d'opérer la conversion d'une avalanche d'électrons en un courant d'électrons, ni pour renforcer la tension de claquage diélectrique du gaz isolant. Au contraire, le gaz électro-négatif adsorbe les électrons produits par une décharge minuscule au niveau d'intervalles en forme de coins G existant dans des parties de contact entre substances isolantes adJacentes, comme par exemple les bobines, ou bien au niveau de parties de contact entre un conducteur d'une partie de charge et une substance isolante dans l'atmosphère de gaz isolant, ce

qui a pour effet de limiter la diffusion des électrons.

Ensuite, le gaz électro-négatif devient un ion négatif suite à l'adsorption d'électrons, la vitesse de diffusion de l'ion négatif étant

beaucoup plus lente que celle des électrons.

Ainsi, les électrons ou l'ion négatif sont empêché de diffuser, ce qui évite par conséquent une diminution de la tension de claquage électrique du gaz N2 faisant fonction de gaz isolant, par suite de la

diffusion des électrons.

Puisque les éléments principaux comportant les bobines sont empêchés de subir un claquage diélectrique, il n'est pas nécessaire de donner à la bobine une grande échelle. De plus, selon l'invention, on peut substituer au gaz SF6 un gaz existant dans la nature. Comme ultime avantage, d u fait de ces particu la rités, I 'i nvention n'i nfluence pas sérieusement le réchauffement terrestre comme lorsque l'on utilise le

gaz SF6.

Eu égard à la présence d'un grand nombre de substances isolantes inflammables à l'intérieur de l'équipement, on préfère que le gaz électriquement négatif soit un gaz ininflammable et, plus spécialement,

le gaz CO2 se révèle souhaitable en raison de sa sûreté et de son coût.

Dans les cas o les substances isolantes utilisées dans I'équipement sont ininflammables, il suffit d'utiliser le gaz O2 comme gaz

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électro-négatif. Ceci offre un avantage supplémentaire, car le gaz O

n'influence pas le réchauffement de la planète.

La description suivante, conçue à titre d'illustration de

l' i nvention, vise à don ner u ne mei l leu re com préhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: la figure 1 est une vue partielle d'un équipement à enroulements bobinés isolé par gaz selon un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 2 est une vue partielle d'un équipement à enroulements bobinés isolé par gaz selon un autre mode de réalisation de l'invention; la figure 3 est une vue agrandie d'une partie de la figure 2; la figure 4 est une vue montrant des propriétés caractéristiques relatives à la tension de claquage diélectrique pour le mode de réalisation de la figure 2; la figure 5 est une vue montrant les propriétés prévalant dans le champ électrique quasi uniforme pour un GIS; la figure 6 est une vue partielle de l'équipement à enroulements bobinés isolé par gaz selon la technique antérieure; et la figure 7 est une autre vue partielle de l'équipement à

enroulements bobinés isolé par gaz.

On va maintenant expliquer des modes de mise en _uvre de

l'invention, en liaison avec les figures 1 à 4.

Premier mode de réalisation On va maintenant décrire le premier mode de réalisation de

l'invention en liaison avec la figure 1.

La figure 1 est une vue partielle d'un équipement à enroulements bobinés isolé par gaz possédant des parties bobines formées dans une double structure cylindrique semblable à celle de l'équipement à enroulements bobinés de la technique antérieure qui est représenté sur la figure 6. L'équipement à enroulements bobinés isolé par gaz de ce mode de réalisation comporte une structure isolante entre la

terre électrique et la bobine formant un enroulement primaire.

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Comme on peut voir sur la figure 1, un noyau de fer 16 est disposé audessus d'une bobine 13 formant un enroulement primaire dans une atmosphère de gaz isolant. Un blindage de champ électrique 14 et un presse-bobine 15 font fonction de substances isolantes entre le noyau de fer 16 et la bobine primaire 13. Le blindage de champ électrique 14 est

utilisé pour modérer le champ électrique aux extrémités des bobines.

Le blindage de champ électrique 14 possède une forme courbe sur les parties tournées vers le noyau de fer 16. En raison de cette forme courbe, au moins un minuscule intervalle en forme de coin G se crée entre le blindage de champ électrique 14 et le presse-bobine 15 (I'intervalle en forme de coin G est représenté sur la figure 1 par le cercle en trait interrompu). La longueur L du presse-bobine 15 est déterminée de façon qu'une distance d'isolation sufffisante existe vis-à-vis des propriétés de la tension de claquage diélectrique du gaz isolant 12, afin qu'aucun claquage diélectrique n'ait lieu dans les parties bobines lorsqu'une tension de choc excessive, comme par exemple la tension d'un essai sous tension de choc,

est appliquée.

Dans ce mode de réalisation on emploie le gaz N2 comme gaz isolant 12 à la place du gaz SF6 pour des considérations de réchauffement

de la planète.

Si l'on utilise un gaz isolant 12 entièrement constitué de gaz N, lors de l'application de la tension de choc excessive, comme par exemple la tension d'un essai sous tension de choc, un champ électrique est produit de manière concentrée dans le gaz isolant 12 au niveau de l'intervalle G. Ce champ électrique se produit du fait des constantes diélectriques différentes que possèdent le blindage 14 et le presse bobine 15, qui constituent les substances isolantes. Ainsi, une minuscule décharge peut facilement se produire à l'intérieur de l'intervalle G.

indépendamment de la présence ou de l'absence de claquage diélectrique.

Les électrons produits par ionisation dans la minuscule décharge sont d'un poids léger et se dispersent rapidement dans l'atmosphère de gaz isolant, ce qui diminue instantanément la rigidité diélectrique du gaz isolant 12. Par conséquent, un claquage diélectrique peut donc se produire lors de l'application instantanée d'une tension de o 2824179 choc, comme par exempie lorsque l'on applique une tension d'essai sous

tension de choc.

Par conséquent, dans le présent mode de réalisation, le gaz isolant 12 est formé au moyen d'un mélange de gaz comportant le gaz N2 et un gaz électro-négatif. Le gaz électro-négatif peut être un gaz qui possède une capacité élevée de fixation d'électrons, comme par exemple O2, CO2, N2O, CF, C2F6, C3F8, C-C4F8, C6F< ou CHF3. SF6 n'est pas utilisé comme l'un des gaz du mélange eu égard à son action potentielle sur le réchauffement de

la planète.

A titre d'exemple non limitatif, on peut dire que le rapport du gaz N2 et du gaz électro-négatif est par exemple de 80 % pour le gaz N2 et de 20 % pour le gaz électro-négatif, en pourcentage volumique (pression). Lorsque le gaz électro-négatif est inclus en tant que partie du gaz isolant 12 et qu'une minuscule décharge se produit dans l'intervalle G. les électrons produits par la minuscule décharge se fixent au gaz électro négatif. Cette fixation délectrons transforme le gaz électro-négatif en un gaz d'ions négatifs, si bien que la diffusion des électrons est gênée. Ainsi, un gaz d'ions négatifs est plus lourd que des électrons et a une vitesse de

diffusion très lente.

Puisque les électrons produits par ia décharge minuscule au niveau de l'intervalle G sont gênés dans leur diffusion, on évite de rébuire la rigidité diélectrique du gaz isolant 12. Ainsi, le gaz isolant est maintenu à la tension de claquage diélectrique prédéterminée qui a été supposée au moment de la conception afin d'assurer que, si une tension de choc excessive, comme par exemple la tension d'un essai sous tension de choc, était appliquée pendant un bref moment, on éviterait le claquage

diélectrique des éléments principaux, comme par exemple la bobine.

Ainsi, dans ce mode de réalisation, on empêche la diffusion des électrons produits par la décharge minuscule au niveau de l'intervalle G en utilisant un gaz électro-négatif, ce qui permet une réduction de la rigidité diélectrique du gaz isolant. Ainsi, même sans utiliser le gaz SF6 comme gaz isolant 12, il est possible d'empêcher le claquage diélectrique lors de I'application de la tension d'un essai sous tension de choc dans l'équipement à enroulements bobinés isolé par gaz. De ce fait, les équipements à enroulements bobinés isolés par gaz de ce mode de réalisation ne contribuent pas au réchauffement de la planète, lequel constituait un problème dont on ne tenait pas sufffisamment compte dans

la technique antérieure.

De plus, si l'on utilise un gaz ininflammable, comme par exemple CO2 au titre du gaz électro-négatif, et puisque le gaz N2 est également un gaz ininflammable, le gaz isolant 12 est alors un gaz ininflammable. Par conséquent, on peut utiliser des matériaux inflammables, qui sont moins coûteux que les matériaux ininfiammables, pour les substances isolantes respectives de l'équipement à enroulements bobinés isolé par gaz, comme par exemple le blindage 14 ou le presse bobine 15. Par conséquent, on peut obtenir des résultats d'isolation

préférables avec des coûts moindres.

On note toutefois que des gaz électro-négatif contenant du fluorF peuvent avoir un pouvoir de réchauffement de la planète qui dépasse 1000 fois celui de CO2. De plus, le gaz F20 doit être manipulé avec précaution. Par conséquent, en pratique, il est souhaitable d'utiliser

CO2 ou O2 au titre du gaz électro-négatif.

Si les substances isolantes contenues dans l'équipement à enroulements bobinés isolé par gaz sont formées de matériaux ininflammabies, le gaz électriquement négatif peut être le gaz 02, qui, avantageusement, n'exerce aucune influence sur le réchauffement de la planète. Autres modes de réalisation On va maintenant expliquer, en liaison avec les figures 2 à 4,

d'autres modes de réalisation de l'invention.

La figure 2 est une vue partielle montrant une bobine formant un enroulement primaire d'un équipement à enroulements bobinés isoié par gaz posséJant un enroulement à forte capacité série qui est utilisée

pour les applications de tension très élevée.

On forme une bobine 18 constituant un enroulement primaire dans une atmosphère faite d'un gaz isolant 17 en disposant verticalement des couches de plusieurs bobines de disque 19a à 19e à structures spirales doubles. Le côté droit de la figure 2 montre l'extérieur de la

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bobine 18 formant un enroulement primaire, tandis que son côté gauche

représente l'intérieur (côté central) de la bobine primaire 18.

Dans la couche de la première bobine de disque 19a, des bobines de spires enrobées respectives 20 sont formées par enroulement en direction de l'intérieur de la bobine 19a suivant l'ordre 1, 2, 3, 4, 5 en partant de l'extrémité antérieure 21, et la bobine de spire 20 de 5 croise la bobine de spire 20 de 6 de la deuxième bobine de

disque 19b après passage par un croisement interne 24.

De plus, les bobines de spires 20 sont formées par enroulement en direction de l'extérieur dans l'ordre 6, 7, 8, 9, 10 depuis l'intérieur de la deuxième bobine de disque 19b, et la bobine de spire 20 de 10 revient à la première bobine de disque l9a après passage d'un croisement 23 de retour à l'extérieur. Ensuite, ies bobines de spires 20 s'enroulent, par insertion entre 1, 2, 3, 4 et 5, en direction de l'intérieur suivant l'ordre 11, 12, 13, 14, 15 depuis l'extérieur de la première bobine de disque 19a et, la bobine de spire 20 de 15 croise la bobine de spire 20 de 16 de la deuxième bobine de disque l9b après passage d'un croisement interne 22. Ensuite, les bobines de spires 20 sont enroulées, par insertion entre 6, 7, 8, 9 et 10, en direction de l'extérieur, suivant l'ordre 16, 17, 18, 19, 20 depuis l'intérieur de la deuxième bobine de disque 19b. Ainsi, on

forme un couple de bobines.

Ensuite, la bobine de spire 20 de 2_ passe un croisement externe 25 et se connecte à la bobine de spire 20 de 21, et des troisième et quatrième bobines de disque 19c, 19d sont formées par enroulement sur les bobines de spires 20 de la même fason que pour les première et deuxième bobines de disque l9a, l9b, un couple de bobines

supplémentaires étant ainsi formé.

Les numéros de référence 26, 27 et 28 désignent des

croisements correspondant aux croisements 22, 24 et 25.

De plus, la quatrième bobine de disque 19d peut être connectée à unebobine de spire 20 de41 d'une cinquième bobine de disque 19e via un croisement extérieur 29, et la cinquième bobine de disque l9e ainsi que des bobines supplémentaires peuvent être formées

de la même façon que ci-dessus.

Dans l'enroulement à forte capacité série ainsi formé, il appara^'t une différence de potentiel qui est presque proportionnelle à la différence

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des nombres de spires, et la tension (tension entre spires) entre les bobines de spires adjacentes des bobines de disque respectives 19a à 19d vaut environ le tiers de la tension maximale entre les bobines de disque 19a à 19d (ou bien entre ies couches), par exemple la tension entre les bobines de spires 20 de 6 et 35. Des parties des bobines de spires 20 des 6 et 16 adjacents de la deuxième bobine de disque 19b sont présentées de fason agrandie sur

la figure 3.

Comme on peut le voir sur la figure 3, chacune des bobines de spires 20 possède un conducteur 20a enrobé au moyen d'une pellicule isolante 20b, et ies minuscules intervalles en forme de coins G sont créés au niveau des parties de contact entre les pellicules adjacentes 20b faisant

fonction des substances isolantes.

La distance D entre les bobines de disque 19a à 19d, etc., est déterminée de façon qu'il existe une distance d'isolation suffsante, eu égard à la tension de claquage diélectrique du gaz isolant 17, de façon qu'aucun claquage diélectrique ne se produise lorsqu'une tension excessive, par exemple la tension d'essai sous tension de choc, est appliquée. Toutefois, dans les bobines de disque 1ga à 19d, etc., le champ électrique est produit de manière concentrée au niveau des intervalles G entre les bobines de spires adjacentes 20, et la décharge minuscule peut facilement se produire sur la base de la différence des constantes diélectriques entre la pellicule isolante 20 et le gaz isolant au niveau de I'intervalle G lors de l'application d'une tension excessive, comme par

exemple la tension de l'essai sous tension de choc.

Les électrons sont produits dans les intervalles respectifs G par la minuscule décharge. A ce moment, si le gaz isolant 17 est entièrement constitué de gaz N2, les électrons diffusent rapidement et la rigidité diélectrique du gaz isolant 17 diminue. Toutefois, dans ce mode de réalisation, le gaz isolant 17 est formé d'un mélange du gaz N2 et du gaz électro-négatif, de sorte que les électrons se fixent au gaz électronégatif,

ce qui a pour effet de limiter la diffusion des électrons.

Le gaz négativement ionisé par fixation des électrons a une vitesse de diffusion beaucoup plus petite que celle des électrons eux-mêmes.

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Par conséquent, méme si la minuscule décharge se produit dans l'intervalle G. la rigidité diélectrique du gaz isolant 17 ne diminue pas

lorsque l'on applique la tension d'essai sous tension de choc.

Dans l'équipement à enroulements bobinés isolé par gaz ayant un enroulement à forte capacité série, des expériences ont été faites par application de la tension de l'essai sous tension de choc dans les cas o le gaz isolant 17 était entièrement constitué de gaz N2, o l'on utilisait un mélange des gaz N2 et CO2, et o l'on utilisait un mélange des gaz N2 et O2. Les résultats de ces expériences sont tels que présentés sur la

figure 4.

On note que, dans les expériences, tous les mélanges de gaz comportaient du gaz N2 à raison de 80 % et du gaz électro-négatif à

raison de 20 % en volume (pression).

La figure 4 montre les propriétés de la tension de claquage diélectrique à la distance D entre, par exemple, les bobines de spires 20 de 6 et 35. La ligne A' en trait interrompu montre la propriété qui existe da ns le cas o le gaz isola nt 1 7 est entièrement constitué de N2, tand is que la ligne en trait continu B' montre la propriété dans le cas o le gaz isolant utilisé est constitué des gaz mélangés N2 + CO2 et N2 + O2 La ligne en trait pointillé C' est destinée à la comparaison, et montre la tension de décharge de l'intervalle G entre les bobines de

spires 20.

Comme on peut le voir sur la figure 4, lorsque la minuscule décharge se produit dans les intervalies G par application de la tension de I'essai sous tension de choc, et que l'on utilise un gaz isolant 17 entière ment constitué de gaz N2, les électrons prod u its pa r la décha rge

diffusent rapidement, et la rigidité diélectrique du gaz isolant 17 diminue.

Même si l'on allonge la distance D, la tension de claquage diélectrique n'augmente pas, et la tension de claquage diélectrique ne devient pas telle

que prévue et attendue à partir de la courbe de Paschen de la figure 5.

Toutefois, lorsque le gaz isolant 17 est fait de N2 + CO2 ou de N2 + O2, on évite la diffusion des électrons et la tension de claquage diélectrique augmente en proportion de la distance D, la tension de claquage diélectrique étant la tension telle que conçue et attendue de la courbe de

Paschen de la figure 5.

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Dans ce type d'équipement à enroulements bobinés isolé par gaz, les intervalles en forme de coins G existent non seulement aux parties de contact entre les substances isolantes présentes dans l'atmosphère de gaz isolant comme décrit dans les modes de réalisation ci-dessus, mais aussi, par exemple, au niveau des parties de contact entre le conducteur de connexion 7 et la substance isolante 8 dans l'atmosphère

de gaz isolant, comme représenté sur la figure 7.

Si le gaz isolant est un mélange du gaz N2 et du gaz électro-

nagatif négatif tel que CO2 ou 02 (en excluant naturellement le gaz SF6), il y a limitation de la diffusion des électrons produits par la minuscule décharge qui s'effectue dans tous les intervalles en forme de coins G suite à l'application de la tension de l'essai sous tension de choc, si bien que

l'on évite la diminution de la tension de claquage diélectrique.

Ainsi, I'invention peut étre appliquée aux équipements à enroulements bobinés isolés par gaz de diverses structures et amène des

effets semblables à ceux des modes de réalisation décrits ci-dessus.

Bien évidemment, I'homme de l'art sera en mesure d'imaginer,

à partir des dispositifs dont la description vient d'être donnée à titre

simplement illustratif et nullement limitatif, les diverses variantes et

modifications ne sortant pas du cadre de l'invention.

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Claims (4)

1. REVENDICATIONS

   l. Equipement à enroulements bobinés isolé par gaz, caractérisé en ce qu'il comprend: un condu*eur (13; 20a) d'une partie de charge; au moins une substance isolante (14, 15; 20b); et un gaz isolant (12; 17) faisant fon*ion de l'atmosphère de l'équipement à enroulements bobinés, le gaz isolant comportant du gaz azote et un gaz éle*ro-négatif, à l'exclusion du gaz hexafluorure de soufre, o des intervalles en forme de coins (G) sont formés au niveau de parties de contact entre le condu*eur et le ou les substances isolantes, et, lorsque deux ou plus de deux substances isolantes sont utilisées,

   au niveau de parties de contact entre substances isolantes.
2. 2. Equipement à enroulements bobinés isolé par gaz selon la revendication 1, cara*érisé en ce que le gaz éle*ro-négatif est un gaz ininflammable.
3. 3. Equipement à enroulements bobinés isolé par gaz selon la revendication 1, cara*érisé en ce que le gaz électro-négatif est le dioxyde

   de carbone.
4. 4. Eq u i pe me nt à en rou lements bobi nés isolé pa r gaz selon la revendication 1, caractérisé en _ que la substance isolante (14, 15; 20b)