FR2987693A1 - Transformateur de distribution de type poteau - Google Patents

Abstract

Pour améliorer la tenue diélectrique de l'isolation sèche (16, 36) d'un transformateur de tension, un matériau compressible (20) est mis en place entre le noyau magnétique (12) et le premier enroulement (14) afin de compenser les vibrations et déformations mécaniques. De plus, la résine (16) isolant les deux enroulements (14, 18) est polymérisée complètement avant de procéder au bobinage haute tension et à l'enrobage (36) final. Ainsi, la partie active du transformateur est uniforme.

Description

TRANSFORMATEUR DE DISTRIBUTION DE TYPE POTEAU DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un transformateur électrique, de préférence monophasé, à isolation solide utilisé notamment dans les réseaux aériens de distribution, par exemple sur les poteaux ou plateformes. ETAT DE LA TECHNIQUE 10 Dans les réseaux de distribution électrique, des transformateurs permettent de convertir les tensions et intensités de courant entre les conditions de génération jusqu'à l'utilisation locale ; en particulier, le transport sur de longues distances se fait à tension élevée pour diminuer les pertes, alors que les équipements des utilisateurs demandent une tension 15 beaucoup plus modeste. Des transformateurs entre des niveaux différents de tensions sont répartis sur le réseau ; ainsi, à proximité des lieux de distribution, des transformateurs montés sur des poteaux permettent-ils de délivrer la tension souhaitée. Les transformateurs de poteaux sont formés par des enroulements haute tension (HT) et 20 basse tension (BT) avec un coeur magnétique pour la circulation du flux, et des moyens de raccordement. Notamment dans les régions rurales africaines, la partie active des transformateurs de poteau est logée dans un réservoir rempli de fluide diélectrique de type huile : le fluide a pour fonction d'isoler les éléments dont les potentiels sont différents pour éviter tout arc et de refroidir la partie active du transformateur en diffusant la chaleur 25 produite dans les enroulements. Le problème principal de ce type de technologie est que l'huile est nocive pour l'environnement et que son recyclage en fin de vie de transformateur doit être prévu. De plus, des fuites éventuelles ne peuvent être écartées, et outre que leur effet doit être anticipé 30 pour limiter tout dommage sur la nappe phréatique par exemple, elles peuvent entraîner la panne du transformateur. Ce dernier problème peut par ailleurs être causé par un prélèvement d'huile, qui peut être convoitée pour elle-même. ?9(18 I. _Pu D'autres technologies ont donc été développées pour l'isolation de transformateurs, en particulier une isolation de type sec, dans laquelle la partie active du transformateur est enrobée dans une résine isolante, notamment de l'époxy gélifié : voir notamment 5 WO 01/08175 ou WO 2011/014344. Pour que l'isolation solide reprenne les propriétés de l'huile, il est important que le processus d'imprégnation et d'enrobage soit maîtrisé. En effet, les contraintes thermiques et mécaniques sur l'isolant enrobant l'enroulement basse tension BT sont importantes, et 10 des micro-cassures au sein de la résine peuvent générer des décharges partielles menant à une détérioration parfois totale du transformateur. De plus, l'enrobage du coeur magnétique de la partie active du transformateur peut dégrader ses performances, en particulier au vu des contraintes mécaniques exercées par le solide formé par l'enroulement basse tension et la résine. 15 EXPOSE DE L'INVENTION Parmi autres avantages, l'invention vise à pallier des inconvénients des transformateurs à isolation solide existants, en particulier en améliorant le processus d'enrobage de façon à 20 limiter les contraintes mécaniques et augmenter l'homogénéité de la résine. Sous un de ses aspects, l'invention est ainsi relative à un procédé de fabrication de la partie active d'un transformateur dans lequel, autour d'un noyau magnétique torique, sont enroulés successivement deux conducteurs pour respectivement la basse et la haute tension, 25 le premier enroulement étant préalablement au second bobinage revêtu d'une couche d'isolant, de préférence par polymérisation complète sous vide d'une résine de type époxy. Préalablement aux enroulements, le noyau magnétique est revêtu d'une couche compressible, notamment par ajustement de bandes de feutre polyéthylène déformable, pour protéger le noyau des contraintes mécaniques futures. Avantageusement, une coque 30 est mise en place autour de ce revêtement compressible pour supporter le premier enroulement. 2908 1...Pu De préférence, le deuxième conducteur est enroulé en secteurs, si possible régulièrement répartis autour du tore, et la couche d'isolant est associée à des espaceurs entre lesquels peut se loger le fil haute tension. Avantageusement, les espaceurs sont formés directement avec la couche isolante, par un moule adapté.

Le procédé est complété par un enrobage final, de préférence avec la même résine que celle de la couche isolante, et selon le même procédé de polymérisation. Une grille de rigidification peut être intégrée dans ce dernier enrobage.

L'invention se rapporte également à la partie active d'un transformateur issue d'un tel procédé, avec un coeur magnétique, un enroulement basse tension et un enroulement haute tension, dans laquelle une couche isolante compressible sépare le coeur de l'enroulement adjacent. De préférence, la couche compressible est formée par un matériau déformable, notamment un feutre de polyéthylène, qui peut être entouré par une coque de support du premier enroulement comprenant notamment des fibres de verre. Les deux enroulements sont séparés par une couche isolante qui est de préférence formée par une résine qui a été totalement polymérisée, notamment de l'époxy. Le deuxième enroulement forme de préférence des secteurs répartis autour du tore et non un enroulement continu, les secteurs étant séparés avantageusement par la même résine que la couche isolante, les espaceurs ainsi formés pouvant être unitaires avec ladite couche. La partie active est enrobée dans une résine isolante, de préférence la même que celle de la couche isolant les deux enroulements. Dans cet enrobage peut être prévu un maillage de 25 renforcement, autour du deuxième enroulement. L'invention concerne enfin un transformateur de distribution, notamment un transformateur de poteau moonobloc, comprenant la partie active précédente et des moyens de connexion de cette partie active au réseau. 30 BREVE DESCRIPTION DES FIGURES 2908 LPu D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre illustratif et nullement limitatifs, représentés dans les figures annexées.

La figure 1 illustre en coupe transversale d'un transformateur de poteau. Les figures 2A à 2D montrent des étapes de fabrication de la partie active d'un transformateur selon un mode de réalisation préféré de l'invention.

DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION PREFERE L'invention sera décrite plus avant pour un mode de réalisation préféré, avec un transformateur 1 de poteau 11 kV / 240 V dont la puissance nominale peut être de 15 à 250 kVA, pour des niveaux d'isolation de 1,1 kV à 36 kV. Ce type de transformateur est destiné à être monté par des moyens existants sur un poteau supportant les lignes d'alimentation électrique, et à rabaisser la tension de transport à une tension utile à l'usager final. Tel qu'illustré en figure 1 en coupe médiane, la partie active 10 du transformateur 1 comprend un coeur ferromagnétique 12 de forme toroïdale, avantageusement en acier, entouré par un enroulement basse tension 14 séparé par une couche isolante 16 d'un deuxième enroulement haute tension 18. La couche isolante 16 est formée par moulage d'une résine appropriée autour des conducteurs de l'enroulement BT 14 et du coeur 12.

Tant au moment de la fabrication que lors de l'utilisation, le circuit magnétique 12 est sollicité par les vibrations et/ou autres contraintes mécaniques occasionnées par la mise en place et l'échauffement de l'enroulement BT 14, communiquées à la résine 16 d'enrobage qui les transmet également. Or ces contraintes peuvent dégrader les performances du matériau ferromagnétique formant le tore 12, et donc augmenter les pertes de la partie active 10. Selon l'invention, entre l'enroulement BT 14 et le tore magnétique 12 est placée une couche de matériau déformable 20 permettant de supporter des vibrations et variations mécaniques : voir figure 2A. De préférence, le matériau déformable 20 est un feutre 290 polyester, mis en place par tout moyen approprié directement sur le matériau ferromagnétique 12, pour former une couche compressible. Notamment des bandes de feutre 20 sont associées entre elles, par exemple avec un point de colle sur le circuit, pour entourer au plus près le tore 12, en particulier avec un nombre différencié de bandes pour émousser les coins du tore 12. Avantageusement, l'épaisseur de feutre 20 est comprise entre 1 et 4 mm. Afin de supporter le bobinage de fil pour l'enroulement BT 14, il est préféré de disposer un support 22 autour de la couche compressible 20, support qui sera in fine imprégné par le matériau isolant 16. En particulier, une carcasse 22 en complexe fibres de verre / résine, la résine pouvant être identique ou non à celle du matériau isolant 16, peut être moulée directement sur le feutre 20 pour recouvrir la totalité du circuit magnétique 12, 20 ; alternativement, une structure de support de type maillage pourrait être mise en place. Le conducteur 14 peut alors être bobiné de façon classique autour du circuit magnétique 12, 20, 22 préparé, avantageusement de façon uniforme et par exemple sur une ou trois couches selon la puissance souhaitée, avec un secteur du tore réservé pour le passage de fil vers les bornes 24 de raccordement BT : ce premier ensemble 26 est illustré en figure 2B. La couche isolante 16 autour du premier ensemble 26 est avantageusement formée par une résine époxy ; les compositions usuelles de ce type de résine peuvent être utilisées, notamment une résine dont la matrice comprend un agent accélérateur et un agent de polymérisation, avec parfois une charge de type silice. Du fait de la présence du feutre 20, la dureté de la résine une fois polymérisée a peu d'impact sur la tenue à long terme du coeur magnétique 12. L'ensemble 26 obtenu après enroulement 14 est donc mis en place dans un moule pour former la couche isolante 16 de séparation d'avec l'enroulement HT 18. Selon l'invention, la résine 16 est au cours de cette étape polymérisée dans sa totalité, et non simplement gélifiée. De fait, il est préférable que la résine possède toutes ses caractéristiques mécaniques et électriques avant l'enroulement HT 18, cette étape générant des contraintes mécaniques qui peuvent créer des micro-craqûres au sein de la couche 16 préjudiciables à un fonctionnement fiable du transformateur 1 ; grâce à la présence du feutre 20, cette polymérisation complète est possible dans le procédé selon l'invention car 2908 1.Pu les contraintes générées par cette étape sont absorbées par la couche compressible. En particulier, l'étape de moulage de l'ensemble 26 comprend une phase de polymérisation à 145°C au moins pendant 5 h ou plus, par une résine, mélangée habituellement à un durcisseur et un colorant, la coulée ayant lieu sous un vide de 0,5 mbar par exemple, avec une première phase de gélification (à température par exemple de 85°C) pouvant durer de l'ordre de 5 h, et une deuxième phase de polymérisation à température plus élevée, par exemple 145°C pendant 7 h, qui peut être réalisée à pression atmosphérique. Une fois la résine 16 d'isolement polymérisée, elle peut être utilisée comme support pour l'enroulement d'un conducteur 18 pour la HT. Il est préconisé que l'enroulement HT 18 ne soit pas uniforme autour du tore 16, 26, mais, pour des raisons d'isolation électrique, forme des secteurs, avantageusement répartis de façon régulière. Afin de faciliter l'étape d'enroulement, des espaceurs 28 sont mis en place sur la résine 16, afin de ne procéder au bobinage qu'au niveau des creux 30 formés entre eux : voir figure 2C. Selon l'invention, les espaceurs 28 sont formés directement par le moulage de résine 16, avec des secteurs adaptés du moule générant une surface externe de l'ensemble 26 revêtu de résine 16 présentant des corrugations 28, 30 permettant le bobinage facile et uniforme de chaque secteur d'enroulement 18, lesdits secteurs étant ensuite mis en série pour former l'enroulement HT 18. Cette option permet d'éviter toute création d'interface supplémentaire entre les espaceurs 28 isolant les secteurs HT 18 et la résine 16 isolant l'enroulement HT 18 de l'enroulement BT 14. Bénéfique au niveau diélectrique, l'absence d'interfaces permet également une meilleure tenue mécanique : un deuxième ensemble 32 dont les caractéristiques électriques et mécaniques sont uniformisées est ainsi formé.

Le deuxième ensemble 32 est ensuite enrobé dans une deuxième résine 36 pour l'isolation définitive de la partie active 10 du transformateur 1. Avantageusement, pour permettre une meilleure accroche de la deuxième résine 36 sur la première 16 et une interface imbriquée, un sablage de la résine 16 est réalisé après le démoulage, préalablement à l'enroulement de fil HT 18.

Le deuxième enrobage 36 est effectué de la même manière, dans un moule sous vide, et avec une polymérisation complète de la deuxième résine 36, avec des moyens permettant la 2908 1.Pu mise en place des bornes 24, 38 et des plots d'ajustement de tension inhérents au fonctionnement d'un transformateur 1. Comme la couche 16 a été polymérisée, cette étape d'enrobage est plus simple à mettre en oeuvre, notamment du fait que la montée en température ne génère plus de micro-fractures au sein de la résine 16, complètement stabilisée. La couche 36 d'enrobage final peut être de nature différente de la couche isolante BT 16, en particulier plus dure. Mais il est avantageux d'utiliser le même matériau afin que les deux résines 16, 36 se marient entre elles, et pour éviter la création d'interfaces génératrices de possibles zones de vide. De plus, cette option permet d'avoir un milieu totalement homogène et donc une permittivité constante de l'isolant de la partie active 10. Pour des raisons similaires, les parties isolantes des connecteurs et bornes 24, 38 sont réalisées dans une résine de même composition et avantageusement montées sur le moule pour se fondre avec la résine 36 lors du moulage ; alternativement, les parties isolantes des connecteurs et/ou bornes pourraient être formées directement avec un moule adapté. De préférence, avant l'enrobage, pour rigidifier la partie active 10 du transformateur 1, le deuxième ensemble 32 est entouré par une deuxième carcasse protectrice 40. En particulier, un maillage 40 permettant l'imprégnation de la résine 36 est mis en place autour du deuxième ensemble 32 ; la grille 40 formée de fibres de verre est assemblée de façon continue autour du deuxième ensemble 32 pour avoir une structure mécanique homogène. Bien que l'invention ait été décrite en référence à un transformateur 1 de poteau monophasé, elle ne s'y limite pas : d'autres éléments peuvent être concernés par l'invention. En particulier, pour tout type de transformateur à isolation solide, les étapes précédentes peuvent être reprises, ensemble ou individuellement, pour aboutir à un transformateur présentant des caractéristiques dérivées du transformateur monobloc préféré présenté.

2908 LPu

Claims (1)

1. REVENDICATIONS1. Partie active (10) de transformateur (1) comprenant un coeur torique (12), un premier enroulement (14) autour du coeur (12), un deuxième enroulement (18) autour du premier enroulement (14), une couche de matériau isolant (16) séparant le premier du deuxième enroulement, caractérisé par un matériau isolant déformable (20) disposé entre le premier enroulement (14) et le coeur (12). Partie active selon la revendication 1 dans laquelle le matériau déformable (20) est constitué d'un feutre de polyéthylène et forme une couche compressible autour du coeur (12). Partie active selon l'une des revendications 1 ou 2 comprenant en outre une coque (22) autour du matériau isolant déformable (20) servant de support au premier enroulement (14). Partie active selon l'une des revendications 1 à 3 dans laquelle la couche de matériau isolant (16) est formée par une epoxy polymérisée complètement. Partie active selon l'une des revendications 1 à 4 comprenant en outre un enrobage isolant (36) de ladite partie, autour du deuxième enroulement (18). Partie active selon la revendication 5 dans laquelle l'enrobage isolant (36) comprend le même matériau que la couche (16) séparant les deux enroulements. Partie active selon l'une des revendications 5 ou 6 comprenant en outre une structure de renforcement (40) autour du deuxième enroulement (18) au sein de l'enrobage (36). Partie active selon l'une des revendications 1 à 7 dans laquelle le deuxième enroulement (18) est formé par des secteurs répartis autour du tore, lesdits secteurs2. 3. 4. 5. 6. 7. 2908 I.Pu 9. 10. 15 11. 20 12. 25 13. 14. 30 étant séparés l'un de l'autre par le même matériau isolant (16) que celui séparant les deux enroulements (14, 18). Transformateur de distribution (1) monobloc comprenant une partie active selon l'une des revendications 1 à 8 et des moyens de raccordement (24, 38) des deux enroulements (14, 18) vers l'extérieur. Procédé de fabrication d'un transformateur de distribution comprenant : la mise en place d'un revêtement compressible (20) autour d'un noyau magnétique torique (12) ; l'enroulement d'un premier conducteur (14) autour du revêtement compressible (20) et du noyau (12) pour former un premier ensemble (26) torique ; le recouvrement du premier ensemble (26) par un premier isolant (16) ; l'enroulement d'un deuxième conducteur (18) autour du premier ensemble recouvert (26, 16) pour former un deuxième ensemble (32) ; l'enrobage par un deuxième isolant (36) du deuxième ensemble (32). Procédé de fabrication selon la revendication 10 dans lequel le recouvrement du premier ensemble (26) comprend la polymérisation d'une première résine (16) enrobant ledit premier ensemble (26). Procédé de fabrication selon l'une des revendications 10 ou 11 dans lequel le premier et le deuxième isolants (16, 36) sont identiques. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 10 à 12 dans lequel la mise en place du revêtement compressible (20) comprend l'ajustement de bandes de feutre polyéthylène autour du coeur (12). Procédé de fabrication selon l'une des revendications 10 à 13 comprenant en outre la mise en place d'une coque de support (22) avant l'enroulement du premier conducteur (14). 2908 I..Pu15. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 10 à 14 dans lequel le recouvrement par la première résine (16) comprend la mise en place d'espaceurs (28) à l'extérieur du premier ensemble (26) et l'enroulement du deuxième conducteur (18) comprend l'enroulement en secteurs dans les espaces (30) créés entre les espaceurs (28). 2908 1-Pu