FR3140705A1 - Bobine multicouche isolée électriquement pour transformateur électrique. - Google Patents
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Abstract
La solution proposée par l’invention est une bobine multicouche pour transformateur électrique adapté à l’utilisation de fluides isolants moins polluants que les fluides isolants conventionnels. La bobine (1) objet de l’invention est remarquable en ce que la première longueur de débordement (L1i), et/ou la deuxième longueur de débordement (L2i), d’au moins une couche électriquement isolante (12i) est supérieure à la première longueur de débordement (L1j), et/ou respectivement la deuxième longueur de débordement (L2j), d’au moins une autre couche électriquement isolante (12j). Figure de l’abrégé : [Fig.2]
Description
La présente invention se rapporte au domaine technique des transformateurs électriques et plus particulièrement des bobines multicouches pour transformateurs électriques.
On connait les transformateurs électriques du type de ceux décrits dans la norme IEC61869-1, IEC61869-3 et IEC61869-4. Un transformateur de ce type comprend une bobine (10) multicouche telle que celle représentée à la figure . La bobine (10) comprend généralement une partie électriquement conductrice (101) et une partie électriquement isolante (102).
La partie électriquement conductrice (101) comprend plusieurs couches électriquement conductrices. Chacune des couches électriquement conductrices comprend un fil conducteur enroulé en spirale autour d’un axe (A0) et s’étendant axialement d’un premier plan orthogonal audit axe jusqu’à un deuxième plan orthogonal audit axe. Les couches électriquement conductrices étant agencées de manière coaxiale les unes autour des autres.
La partie électriquement isolante (102) comprend plusieurs couches électriquement isolantes. Chacune des couches électriquement isolantes est agencée entre deux des couches électriquement conductrices de manière à isoler les deux couches électriquement conductrices entre-elles. En pratique, chacune des couches électriquement isolantes peut se présenter sous la forme de plusieurs sous-couches isolantes de même longueur superposées. La couche électriquement isolante comporte une première et une deuxième zone de débordement s’étendant axialement, sur une première, respectivement deuxième, longueur de débordement dans une direction axiale, au-delà du premier, respectivement du deuxième, plan orthogonal de la plus longue deux dites couches électriquement conductrices. Ces zones de débordement sont aménagées de manière à limiter la création d’arcs électriques entre les couches électriquement conductrices aux extrémités de la bobine (10). Cette longueur de débordement est identique pour l’ensemble des couches. Également, les zones de débordement permettent d’éviter le glissement du fil conducteur hors de la bobine, sous l’effet de la tension mécanique appliquée par la machine durant le bobinage.
Pour accroitre l’isolation entre couches électriquement conductrices aux extrémités de la bobine (10), cette dernière est agencée dans une enceinte sous pression dans laquelle est injecté un fluide électriquement isolant de manière à envelopper la bobine. Ces fluides peuvent être du type huile ou gaz.
Néanmoins, les fluides les plus performants en termes d’isolation électrique sont aussi les plus polluants. Pour ces fluides performants couramment utilisés, on parle de fluides isolants conventionnels. C’est notamment le cas de l’hexafluorure de soufre (SF6). Ainsi, il est nécessaire de se développer des solutions intégrant des fluides moins polluants, par exemple de l’oxygène, du diazote, du dioxyde de carbone, du fluoronitrile, de la fluorocétone, un mélange de fluoronitrile, ou de fluorocétone, avec de l’oxygène ou du diazote ou du dioxyde de carbone, un mélange d’hexafluorure de soufre avec une quantité importante de diazote, etc.
Or, en l’état, en se contentant de substituer un fluide par un autre, la dégradation de l’isolation est telle que des arcs électriques se produisent, on parle notamment de claquage. Sur ce genre de transformateur comportant une enceinte sous pression, l’apparition d’arcs électriques conduit fréquemment à la destruction de la bobine.
Dès lors, l’invention a pour objectif de fournir une bobine multicouche pour transformateur électrique adapté à l’utilisation de fluides isolants ayant une tenue diélectrique inférieure à celle de l’hexafluorure de soufre et préférentiellement moins polluants que les fluides isolants conventionnels.
La solution proposée par l’invention est une bobine pour transformateur électrique comprenant :
- Une partie électriquement conductrice comprenant plusieurs couches électriquement conductrices, chacune desdites couches électriquement conductrices comprenant un fil conducteur enroulé en spirale autour d’un axe et s’étendant axialement d’un premier plan orthogonal audit axe jusqu’à un deuxième plan orthogonal audit axe, lesdites couches électriquement conductrices étant agencés de manière coaxiale les unes autour des autres,
- Une partie électriquement isolante comprenant plusieurs couches électriquement isolantes, chacune desdites couches électriquement isolantes étant agencée entre deux desdites couches électriquement conductrices de manière à isoler les deux dites couches électriquement conductrices entre-elles, ladite couche électriquement isolante comportant une première zone de débordement et une deuxième zone de débordement s’étendant axialement, sur une première longueur de débordement, respectivement deuxième longueur de débordement, au-delà du premier plan, respectivement du deuxième plan, de la plus longue des deux dites couches électriquement conductrices,.
- Une partie électriquement conductrice comprenant plusieurs couches électriquement conductrices, chacune desdites couches électriquement conductrices comprenant un fil conducteur enroulé en spirale autour d’un axe et s’étendant axialement d’un premier plan orthogonal audit axe jusqu’à un deuxième plan orthogonal audit axe, lesdites couches électriquement conductrices étant agencés de manière coaxiale les unes autour des autres,
- Une partie électriquement isolante comprenant plusieurs couches électriquement isolantes, chacune desdites couches électriquement isolantes étant agencée entre deux desdites couches électriquement conductrices de manière à isoler les deux dites couches électriquement conductrices entre-elles, ladite couche électriquement isolante comportant une première zone de débordement et une deuxième zone de débordement s’étendant axialement, sur une première longueur de débordement, respectivement deuxième longueur de débordement, au-delà du premier plan, respectivement du deuxième plan, de la plus longue des deux dites couches électriquement conductrices,.
Cette bobine est remarquable en ce que la première longueur de débordement, et/ou la deuxième longueur de débordement, d’au moins une première couche électriquement isolante est supérieure à la première longueur de débordement, et/ou respectivement la deuxième longueur de débordement, d’au moins une autre couche électriquement isolante.
Ainsi, la création d’irrégularités dans la longueur de débordement des différentes couches électriquement isolantes permet d’améliorer la capacité de l’isolation à faire obstacle à l’apparition d’arcs électriques.
Selon une autre caractéristique avantageuse de l’invention permettant d’améliorer la capacité de l’isolation à faire obstacle à l’apparition d’arcs électriques par création d’irrégularités conséquentes :
- le fil conducteur de chaque couche électriquement conductrice comporte un diamètre, et
- la première longueur de débordement, ou la deuxième longueur de débordement, de la au moins une première couche électriquement isolante est supérieure à la première longueur de débordement, ou respectivement deuxième longueur de débordement de la deuxième couche électriquement isolante d’au moins vingt fois le diamètre dudit fil conducteur.
- le fil conducteur de chaque couche électriquement conductrice comporte un diamètre, et
- la première longueur de débordement, ou la deuxième longueur de débordement, de la au moins une première couche électriquement isolante est supérieure à la première longueur de débordement, ou respectivement deuxième longueur de débordement de la deuxième couche électriquement isolante d’au moins vingt fois le diamètre dudit fil conducteur.
Selon une autre caractéristique avantageuse de l’invention permettant d’améliorer la capacité de l’isolation à faire obstacle à l’apparition d’arcs électriques par optimisation des longueurs de débordement :
- le fil conducteur de chaque couche électriquement conductrice comporte un diamètre, et
- la première longueur de débordement et la deuxième longueur de débordement de chaque couche électriquement isolante sont comprises entre quarante et trois cent vingt fois le diamètre dudit fil conducteur.
- le fil conducteur de chaque couche électriquement conductrice comporte un diamètre, et
- la première longueur de débordement et la deuxième longueur de débordement de chaque couche électriquement isolante sont comprises entre quarante et trois cent vingt fois le diamètre dudit fil conducteur.
Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l’invention permettant d’améliorer la capacité de l’isolation à faire obstacle à l’apparition d’arcs électriques par génération d’un profil en créneaux :
- le fil conducteur de chaque couche électriquement conductrice comporte un diamètre, et
- les couches électriquement isolantes sont réparties en un groupe à débordements courts et un groupe à débordements longs,
- la première longueur de débordement et la deuxième longueur de débordement des couches électriquement isolantes dudit groupe à débordements courts sont comprises entre quarante et cent fois le diamètre dudit fil conducteur,
- la première longueur de débordement et la deuxième longueur de débordement des couches électriquement isolantes dudit groupe à débordements longs sont comprises entre cent vingt et trois cent vingt fois le diamètre dudit fil conducteur.
- le fil conducteur de chaque couche électriquement conductrice comporte un diamètre, et
- les couches électriquement isolantes sont réparties en un groupe à débordements courts et un groupe à débordements longs,
- la première longueur de débordement et la deuxième longueur de débordement des couches électriquement isolantes dudit groupe à débordements courts sont comprises entre quarante et cent fois le diamètre dudit fil conducteur,
- la première longueur de débordement et la deuxième longueur de débordement des couches électriquement isolantes dudit groupe à débordements longs sont comprises entre cent vingt et trois cent vingt fois le diamètre dudit fil conducteur.
Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l’invention permettant d’améliorer la capacité de l’isolation à faire obstacle à l’apparition d’arcs électriques par optimisation de la largeur et de l’épaisseur des créneaux :
- le groupe à débordements courts est composé de sous-groupes à débordements courts de deux à quatre couches électriquement isolantes consécutives,
- le groupe à débordements longs est composé de sous-groupes à débordements longs de deux à quatre couches électriquement isolantes consécutives,
- la partie isolante étant formée d’une alternance entre des sous-groupes à débordement court et des sous-groupes à débordement long.
- le groupe à débordements courts est composé de sous-groupes à débordements courts de deux à quatre couches électriquement isolantes consécutives,
- le groupe à débordements longs est composé de sous-groupes à débordements longs de deux à quatre couches électriquement isolantes consécutives,
- la partie isolante étant formée d’une alternance entre des sous-groupes à débordement court et des sous-groupes à débordement long.
Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l’invention permettant d’améliorer la capacité de l’isolation à faire obstacle à l’apparition d’arcs électriques par génération d’un profil en créneaux dissymétriques aux deux extrémités de la bobine :
- le fil conducteur de chaque couche électriquement conductrice comporte un diamètre, et
- les couches électriquement isolantes sont réparties en un groupe à premier débordement court et deuxième débordement long, et un groupe à premier débordement long et deuxième débordement court,
- la première longueur de débordement des couches électriquement isolantes du groupe à premier débordement court et deuxième débordement long, et la deuxième longueur de débordement des couches électriquement isolantes du groupe à premier débordement long et deuxième débordement court sont comprises entre quarante et cent fois le diamètre dudit fil conducteur,
- la deuxième longueur de débordement des couches électriquement isolantes du groupe à premier débordement court et deuxième débordement long, et la première longueur de débordement des couches électriquement isolantes du groupe à premier débordement long et deuxième débordement court sont comprises entre cent vingt et trois cent vingt fois le diamètre du fil conducteur.
- le fil conducteur de chaque couche électriquement conductrice comporte un diamètre, et
- les couches électriquement isolantes sont réparties en un groupe à premier débordement court et deuxième débordement long, et un groupe à premier débordement long et deuxième débordement court,
- la première longueur de débordement des couches électriquement isolantes du groupe à premier débordement court et deuxième débordement long, et la deuxième longueur de débordement des couches électriquement isolantes du groupe à premier débordement long et deuxième débordement court sont comprises entre quarante et cent fois le diamètre dudit fil conducteur,
- la deuxième longueur de débordement des couches électriquement isolantes du groupe à premier débordement court et deuxième débordement long, et la première longueur de débordement des couches électriquement isolantes du groupe à premier débordement long et deuxième débordement court sont comprises entre cent vingt et trois cent vingt fois le diamètre du fil conducteur.
Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l’invention permettant d’améliorer la capacité de l’isolation à faire obstacle à l’apparition d’arcs électriques par optimisation de la largeur et de l’épaisseur des créneaux :
- le groupe à premier débordement court et deuxième débordement long est composé de sous-groupes à premier débordement court et deuxième débordement long de deux à quatre couches électriquement isolantes consécutives,
- le groupe à premier débordement long et deuxième débordement court est composé de sous-groupes à premier débordement long et deuxième débordement court de deux à quatre couches électriquement isolantes consécutives,
- la partie isolante étant formée d’une alternance entre des sous-groupes à premier débordement court et deuxième débordement long et des sous-groupes à premier débordement long et deuxième débordement court.
- le groupe à premier débordement court et deuxième débordement long est composé de sous-groupes à premier débordement court et deuxième débordement long de deux à quatre couches électriquement isolantes consécutives,
- le groupe à premier débordement long et deuxième débordement court est composé de sous-groupes à premier débordement long et deuxième débordement court de deux à quatre couches électriquement isolantes consécutives,
- la partie isolante étant formée d’une alternance entre des sous-groupes à premier débordement court et deuxième débordement long et des sous-groupes à premier débordement long et deuxième débordement court.
Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l’invention permettant d’améliorer la capacité de l’isolation à faire obstacle à l’apparition d’arcs électriques par génération d’un profil dans lequel la variation de longueur est plus progressive, en sélectionnant successivement les couches électriquement isolantes radialement de l’intérieur vers l’extérieur, la première longueur de débordement, et/ou la deuxième longueur de débordement d’une couche électriquement isolante augmente, ou diminue, par rapport à la première longueur de débordement, et/ou respectivement la deuxième longueur de débordement de la couche électriquement isolante précédente jusqu’à une longueur maximale, ou respectivement une longueur minimale, puis diminue, ou respectivement augmente, jusqu’à ladite longueur minimale, ou respectivement ladite longueur maximale.
Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l’invention permettant d’améliorer la capacité de l’isolation à faire obstacle à l’apparition d’arcs électriques par optimisation des longueurs minimale et maximale, la longueur minimale est comprise entre quarante et cent fois le diamètre du fil conducteur et la longueur maximale est comprise entre cent vingt et trois cent vingt fois le diamètre du fil conducteur.
Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l’invention permettant d’améliorer la capacité de l’isolation à faire obstacle à l’apparition d’arcs électriques, la première longueur de débordement, et/ou la deuxième longueur de débordement, augmentent ou diminuent selon une fonction sinusoïde.
Un autre aspect de l’invention concerne un transformateur électrique comprenant :
- Une enceinte,
- Au moins une bobine agencée à l’intérieur de l’enceinte, et
- Un fluide électriquement isolant agencé à l’intérieur de l’enceinte et enveloppant ladite au moins une bobine.
Ce transformateur est remarquable en ce que ladite au moins une bobine est une bobine telle que définie ci-dessus.
- Une enceinte,
- Au moins une bobine agencée à l’intérieur de l’enceinte, et
- Un fluide électriquement isolant agencé à l’intérieur de l’enceinte et enveloppant ladite au moins une bobine.
Ce transformateur est remarquable en ce que ladite au moins une bobine est une bobine telle que définie ci-dessus.
Ainsi, dans un tel transformateur, la création d’irrégularités dans la longueur de débordement des différentes couches électriquement isolantes permet d’améliorer la capacité de l’isolation à faire obstacle à l’apparition d’arcs électriques.
D’autres particularités et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après de modes de réalisation particuliers de l’invention, donnés à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
Les figures à ne reflètent pas les dimensions réelles des composants. Les dimensions de certains éléments ont notamment pu être agrandies ou réduites dans l’objectif de faciliter la compréhension du lecteur. En particulier, le rapport longueur de débordement et diamètre du fil conducteur présenté sur les figures ne reflète pas la réalité.
L’invention concerne une bobine (1) pour transformateur électrique. Le transformateur électrique peut être un transformateur de mesure, de puissance, ou autre. Le transformateur électrique peut être monophasé ou triphasé.
La bobine (1) comprend une partie électriquement conductrice (11). Cette dernière comprend plusieurs couches électriquement conductrices (11a, 11b, 11c, 11d, 11f, etc.). Dans la suite de la description, et par mesure de simplification, on parlera de couche électriquement conductrice (11i) pour désigner n’importe quelle couche électriquement conductrice parmi l’ensemble des couches électriquement conductrices. « i » est une variable pouvant prendre une lettre de l’alphabet comme valeur de manière à permettre la distinction des couches électriquement conductrices entre elle comme dans l’exemple des figures [ ] et [ ] où :
- i = a pour la couche électriquement conductrice (11a) la plus proche de l’axe,
- i = b pour la couche électriquement conductrice (11b) suivante en s’éloignant de l’axe (A),
- i = c pour la couche électriquement conductrice (11c) suivante en s’éloignant de l’axe (A),
- et ainsi de suite.
Alternativement, dans la suite de la description les variables « j » ou « k » peuvent être utilisées de façon similaire.
- i = a pour la couche électriquement conductrice (11a) la plus proche de l’axe,
- i = b pour la couche électriquement conductrice (11b) suivante en s’éloignant de l’axe (A),
- i = c pour la couche électriquement conductrice (11c) suivante en s’éloignant de l’axe (A),
- et ainsi de suite.
Alternativement, dans la suite de la description les variables « j » ou « k » peuvent être utilisées de façon similaire.
En pratique, la bobine (1) peut comprendre entre 50 et 150 couches électriquement conductrices (11i). Chacune desdites couches électriquement conductrices (11i) comprend un fil conducteur (111). Le fil conducteur (111) est préférentiellement un fil conducteur émaillé. Le fil conducteur (111) comprend préférentiellement un noyau réalisé en cuivre, mais peut être réalisé en aluminium ou tout autre matériau conducteur convenant à l’homme du métier. Le fil conducteur (111) de chaque couche électriquement conductrice (11i) peut comporter un diamètre (D). Ce dernier peut être compris entre 0.125 mm et 0.3 mm. Le fil conducteur (111) est enroulé en spirale autour d’un axe (A) et s’étendant axialement d’un premier plan (P1i) orthogonal à l’axe (A) jusqu’à un deuxième plan (P2i) orthogonal à l’axe (A). Les couches électriquement conductrices (11i) sont agencées de manière coaxiale les unes autour des autres.
Chaque tour de fil conducteur (111) dans la couche électriquement conductrice (11i) est appelé spire. Pour chaque couche électriquement conductrice (11i), le nombre de spires peut être compris entre 1 et 2500. Dans certains modes de réalisation comme ceux représentés sur les figures à et , le nombre de spires peut diminuer de la couche conductrice (11a) la plus proche de l’axe vers la couche conductrice la plus éloignée de l’axe. Le nombre de spires peut diminuer de façon linéaire comme dans les exemples de réalisation représentés sur les figures à . Ce type de bobine est généralement appelé « bobine trapézoïdale ». Le nombre de spires peut diminuer de façon non linéaire, par exemple selon une parabole comme dans l’exemple de réalisation représenté sur la figure . Ce dernier type de bobine est généralement appelé « bobine parabolique ». Dans d’autres modes de réalisation, et notamment dans l’exemple de réalisation de la figure , le nombre de spires peut être identique pour l’ensemble des couches électriquement conductrices (11i). Ce type de bobine est généralement appelé « bobine cylindrique ». Dans encore d’autres modes de réalisation non représentés, le nombre de spires peut diminuer d’une à cinq spires toutes les trois à dix couches électriquement conductrices (11i).
La bobine (1) comprend également une partie électriquement isolante (12). La partie électriquement isolante (12) comprend plusieurs couches électriquement isolantes (12i). Dans la suite de la description, et par mesure de simplification, on parlera de couche électriquement isolante (12i) pour désigner n’importe quelle couche électriquement isolante parmi l’ensemble des couches électriquement isolantes. « i » est une variable pouvant prendre une lettre de l’alphabet comme valeur de manière à permettre la distinction des couches électriquement isolantes entre elle comme dans l’exemple des figures [ ] et [ ] où :
- i = a pour la couche électriquement isolante (12a) la plus proche de l’axe,
- i = b pour la couche électriquement isolante (12b) suivante en s’éloignant de l’axe (A),
- i = c pour la couche électriquement isolante (12c) suivante en s’éloignant de l’axe (A),
- et ainsi de suite.
Alternativement, dans la suite de la description les variables « j » ou « k » peuvent être utilisées de façon similaire.
- i = a pour la couche électriquement isolante (12a) la plus proche de l’axe,
- i = b pour la couche électriquement isolante (12b) suivante en s’éloignant de l’axe (A),
- i = c pour la couche électriquement isolante (12c) suivante en s’éloignant de l’axe (A),
- et ainsi de suite.
Alternativement, dans la suite de la description les variables « j » ou « k » peuvent être utilisées de façon similaire.
Chaque couche électriquement isolante (12i) comprend un ou plusieurs matériaux électriquement isolants du type film polyester recouvert partiellement sur les 2 faces de colle, ou autres. Préférentiellement, le matériau isolant a une rigidité diélectrique supérieure à 50 kV/mm. Chacune des couches électriquement isolantes (12i) est agencée entre deux des couches électriquement conductrices (11i) de manière à isoler les deux dites couches électriquement conductrices entre-elles. En pratique, une couche électriquement isolante (12i) peut être réalisée par enroulement d’une bande de matériau électriquement isolant autour d’une couche électriquement conductrice. Dans ce cas, la bande de matériau électriquement isolant peut avoir une largeur comprise entre 50 mm et 350 mm et une épaisseur comprise entre 20 µm et 50 µm. L’enroulement peut être réalisé bord à bord ou avec un recouvrement. La couche électriquement isolante (12i) peut comporter plusieurs enroulements superposés du même matériau isolant ou de différents matériaux isolants. Avantageusement, la couche électriquement isolante (12i) comporte de 2 à 4 enroulements superposés.
Chaque couche électriquement isolante (12i) comporte une première zone de débordement s’étendant, axialement, sur une première longueur (L1i) de débordement, au-delà du premier plan orthogonal (P1i) de la plus longue des deux couches électriquement conductrices (11i) mitoyennes.
Par exemple, en se rapportant à la figure [ ], la couche électriquement isolante (12a) comporte une première zone de débordement s’étendant, axialement, sur une première longueur de débordement (L1a), au-delà du premier plan orthogonal (P1a) de la plus longue couche électriquement conductrice (11a) des deux couches électriquement conductrices mitoyennes (11a, 11b). Il en est de même :
- Pour la couche électriquement isolante (12b) ayant une première longueur de débordement (L1b) par rapport au premier plan orthogonal (P1b),
- Pour la couche électriquement isolante (12c) ayant une première longueur de débordement (L1c) par rapport au premier plan orthogonal (P1c),
- Pour la couche électriquement isolante (12d) ayant une première longueur de débordement (L1d) par rapport au premier plan orthogonal (P1d),
- Pour la couche électriquement isolante (12e) ayant une première longueur de débordement (L1e) par rapport au premier plan orthogonal (P1e),
- Pour la couche électriquement isolante (12f) ayant une première longueur de débordement (L1f) par rapport au premier plan orthogonal (P1f),
- et ainsi de suite.
- Pour la couche électriquement isolante (12b) ayant une première longueur de débordement (L1b) par rapport au premier plan orthogonal (P1b),
- Pour la couche électriquement isolante (12c) ayant une première longueur de débordement (L1c) par rapport au premier plan orthogonal (P1c),
- Pour la couche électriquement isolante (12d) ayant une première longueur de débordement (L1d) par rapport au premier plan orthogonal (P1d),
- Pour la couche électriquement isolante (12e) ayant une première longueur de débordement (L1e) par rapport au premier plan orthogonal (P1e),
- Pour la couche électriquement isolante (12f) ayant une première longueur de débordement (L1f) par rapport au premier plan orthogonal (P1f),
- et ainsi de suite.
Avantageusement, la première longueur de débordement (L1i) est supérieure à quarante fois le diamètre (D) du fil conducteur. Préférentiellement, la première longueur de débordement (L1i) est supérieure à soixante-dix fois le diamètre (D) du fil conducteur.
Chaque couche électriquement isolante (12i) comporte une deuxième zone de débordement s’étendant, axialement, sur une deuxième longueur (L2i) de débordement, au-delà du deuxième plan orthogonal (P2i) de la plus longue des deux couches électriquement conductrices (11i) mitoyennes.
Par exemple, en se rapportant à la figure [ ], la couche électriquement isolante (12a) comporte une deuxième zone de débordement s’étendant, axialement, sur une deuxième longueur (L2a) de débordement, au-delà du deuxième plan orthogonal (P2a) de la plus longue couche électriquement conductrice (11a) des deux dites couches électriquement conductrices (11a, 11b). Il en est de même :
- Pour la couche électriquement isolante (12b) ayant une deuxième longueur de débordement (L2b) par rapport au deuxième plan orthogonal (P2b),
- Pour la couche électriquement isolante (12c) ayant une deuxième longueur de débordement (L2c) par rapport au deuxième plan orthogonal (P2c),
- Pour la couche électriquement isolante (12d) ayant une deuxième longueur de débordement (L2d) par rapport au deuxième plan orthogonal (P2d),
- Pour la couche électriquement isolante (12e) ayant une deuxième longueur de débordement (L2e) par rapport au deuxième plan orthogonal (P2e),
- Pour la couche électriquement isolante (12f) ayant une première longueur de débordement (L2f) par rapport au premier plan orthogonal (P2f),
- et ainsi de suite.
- Pour la couche électriquement isolante (12b) ayant une deuxième longueur de débordement (L2b) par rapport au deuxième plan orthogonal (P2b),
- Pour la couche électriquement isolante (12c) ayant une deuxième longueur de débordement (L2c) par rapport au deuxième plan orthogonal (P2c),
- Pour la couche électriquement isolante (12d) ayant une deuxième longueur de débordement (L2d) par rapport au deuxième plan orthogonal (P2d),
- Pour la couche électriquement isolante (12e) ayant une deuxième longueur de débordement (L2e) par rapport au deuxième plan orthogonal (P2e),
- Pour la couche électriquement isolante (12f) ayant une première longueur de débordement (L2f) par rapport au premier plan orthogonal (P2f),
- et ainsi de suite.
Avantageusement, la deuxième longueur de débordement (L2i) est supérieure à quarante fois le diamètre (D) du fil conducteur. Préférentiellement, la deuxième longueur de débordement (L2i) est supérieure à soixante-dix fois le diamètre (D) du fil conducteur.
En se référant aux figures , à , le transformateur électrique est remarquable en ce que la première longueur de débordement (L1j), et/ou la deuxième longueur de débordement (L2j), d’au moins une première couche électriquement isolante (12j) est supérieure à la longueur de débordement (L1k), et/ou la deuxième longueur de débordement (L2k), d’au moins une autre couche électriquement isolante (12k).
Dans un procédé de fabrication basé sur la découpe de couches électriquement isolantes ayant initialement de mêmes dimensions, on peut noter que l’effet technique de l’invention est obtenu sans surcoût, la meilleure résistance au claquage étant obtenue sans rajouter de matière pour les couches électriquement isolantes.
La première longueur de débordement (L1j), ou la deuxième longueur de débordement (L2j), de la au moins une première couche électriquement isolante (12j) est avantageusement supérieure à la première longueur de débordement (L1k), ou respectivement deuxième longueur de débordement (L2k) de la deuxième couche électriquement isolante (12k), d’au moins vingt fois le diamètre (D) du fil conducteur (111), astucieusement, d’au moins cinquante fois le diamètre (D) du fil conducteur (111), et préférentiellement, d’au moins cent fois le diamètre (D) du fil conducteur (111).
Avantageusement, la première longueur de débordement et la deuxième longueur de débordement (L1i, L2i) de chaque couche électriquement isolante (12i) est comprise entre quarante et trois cent vingt fois le diamètre (D) du fil conducteur (111).
Chaque couche électriquement isolante (12i) peut comporter :
- soit deux débordements longs,
- soit deux débordements courts,
- soit un débordement long et un débordement court.
- soit deux débordements longs,
- soit deux débordements courts,
- soit un débordement long et un débordement court.
On entend par débordement court, le fait que la longueur de débordement (L1i, L2i) de la couche électriquement isolante est comprise quarante et cent fois le diamètre (D) du fil conducteur (111). Les débordements courts peuvent avoir des longueurs différentes comme dans les exemples de réalisation représentés sur les figures à , et . Dans des variantes de réalisation, et comme dans l’exemple de réalisation représenté sur la figure , les débordements courts peuvent tous avoir la même longueur. Ainsi, il est par exemple possible de conserver les débordements conventionnels comme débordements courts et d’allonger certains débordements pour en faire des débordements longs. Dans d’autres variantes de réalisation non représentées, certains débordements courts peuvent avoir la même longueur, d’autres pas.
On entend par débordement long, le fait que la longueur de débordement (L1i, L2i) de la couche électriquement isolante est comprise entre cent vingt et trois cent vingt fois le diamètre (D) du fil conducteur (111). Les débordements longs peuvent avoir des longueurs différentes comme dans les exemples de réalisation représentés sur les figures à , et . Dans des variantes de réalisation non représentées, les débordements longs peuvent tous avoir la même longueur. Dans d’autres variantes de réalisation non représentées, certains débordements courts peuvent avoir la même longueur, d’autres pas.
Dans certains modes de réalisation, la couche électriquement isolante (12a) la plus à l’intérieur de la bobine (1), peut avoir deux débordements courts. Dans d’autres modes de réalisation, la couche électriquement isolante (12a) la plus à l’intérieur de la bobine (1), peut avoir deux débordements longs. Dans encore d’autres modes de réalisation, la couche électriquement isolante (12a) la plus à l’intérieur de la bobine (1), peut avoir un débordement long et un débordement court.
Dans un premier mode de réalisation, les couches électriquement isolantes (12i) sont réparties en un groupe à débordements courts (122) et un groupe à débordements longs (121). C’est-à-dire que :
- La première longueur de débordement (L1j) et la deuxième longueur de débordement (L2j), des couches électriquement isolantes (12j) du groupe à débordements courts (122) est comprise entre quarante et cent fois le diamètre (D) du fil conducteur (111), et
- La première longueur de débordement (L1k) et la deuxième longueur de débordement (L2k), des couches électriquement isolantes (12k) du groupe à débordements longs (121) est comprise entre cent vingt et trois cent vingt fois le diamètre (D) du fil conducteur (111).
- La première longueur de débordement (L1j) et la deuxième longueur de débordement (L2j), des couches électriquement isolantes (12j) du groupe à débordements courts (122) est comprise entre quarante et cent fois le diamètre (D) du fil conducteur (111), et
- La première longueur de débordement (L1k) et la deuxième longueur de débordement (L2k), des couches électriquement isolantes (12k) du groupe à débordements longs (121) est comprise entre cent vingt et trois cent vingt fois le diamètre (D) du fil conducteur (111).
De manière générale, le groupe à débordements courts (122) peut être composé de sous-groupe à débordements courts de deux à quatre couches électriquement isolantes (12j) consécutives. Également, le groupe à débordements longs (121) peut être composé de sous-groupe à débordements longs de deux à quatre couches électriquement isolantes (12k) consécutives. Ainsi, la partie isolante (12) est formée d’une alternance entre des sous-groupes à débordement court et des sous-groupes à débordement long.
Dans l’exemple de réalisation représenté sur la figure [ ], le groupe à débordements courts (122) est composé de :
- Trois sous-groupes à débordements courts de trois couches électriquement isolantes (12j) consécutives, et
- Un sous-groupe à débordements courts de deux couches électriquement isolantes (12j) consécutives.
- Trois sous-groupes à débordements courts de trois couches électriquement isolantes (12j) consécutives, et
- Un sous-groupe à débordements courts de deux couches électriquement isolantes (12j) consécutives.
Le groupe à débordements long (121) est lui composé de trois sous-groupes à débordements longs de trois couches électriquement isolantes (12k) consécutives.
Dans un deuxième mode de réalisation, les couches électriquement isolantes (12i) sont réparties en un groupe à premier débordement court et deuxième débordement long (123), et un groupe à premier débordement long et deuxième débordement court (124). C’est-à-dire que :
- Pour les couches électriquement isolantes (12j) du groupe à premier débordement court et deuxième débordement long (123) :
- La première longueur de débordement (L1j) est comprise entre quarante et cent fois le diamètre (D) du fil conducteur (111),
- La deuxième longueur de débordement (L2j) est comprise entre cent vingt et trois cent vingt fois le diamètre (D) du fil conducteur (111),
- Pour les couches électriquement isolantes (12k) du groupe à premier débordement long et deuxième débordement court (124) :
- La première longueur de débordement (L1k) est comprise entre cent vingt et trois cent vingt fois le diamètre (D) du fil conducteur (111),
- La deuxième longueur de débordement (L2k) est comprise entre quarante et cent fois le diamètre (D) du fil conducteur (111).
De manière générale, le groupe à premier débordement court et deuxième débordement long (123) est composé de sous-groupes à premier débordement court et deuxième débordement long de deux à quatre couches électriquement isolantes (12j) consécutives. Également, le groupe à premier débordement long et deuxième débordement court (124) est composé de sous-groupes à premier débordement long et deuxième débordement court de deux à quatre couches électriquement isolantes (12k) consécutives. Ainsi, la partie isolante (12) est formée d’une alternance entre des sous-groupes à premier débordement court et deuxième débordement long et des sous-groupes à premier débordement long et deuxième débordement court.
Dans l’exemple de réalisation représenté sur la figure [ ], le groupe à débordement court et deuxième débordement long (123) est composé de :
- Trois sous-groupes à débordement court et deuxième débordement long de chacun trois couches électriquement isolantes (12i) consécutives, et
- Un sous-groupe à débordement court et deuxième débordement long de deux couches électriquement isolantes (12i) consécutives.
- Trois sous-groupes à débordement court et deuxième débordement long de chacun trois couches électriquement isolantes (12i) consécutives, et
- Un sous-groupe à débordement court et deuxième débordement long de deux couches électriquement isolantes (12i) consécutives.
Le groupe à premier débordement long et deuxième débordement court (124) est lui composé de trois sous-groupes à premier débordement long et deuxième débordement court de chacun trois couches électriquement isolantes (12j) consécutives.
Dans un troisième mode de réalisation, les longueurs de débordement augmentent ou diminuent progressivement.
Par exemple, en sélectionnant successivement les couches électriquement isolante radialement de l’intérieur vers l’extérieur, la première longueur de débordement (L1j) d’une couche électriquement isolante (12j) augmente, ou diminue, par rapport à la première longueur de débordement (L1k) de la couche électriquement isolante (12k) précédente jusqu’à une longueur maximale, ou respectivement une longueur minimale, puis diminue, ou respectivement augmente, jusqu’à la longueur minimale, ou respectivement la longueur maximale.
De façon alternative au, ou en combinaison du, paragraphe précédent la deuxième longueur de débordement (L2j), d’une couche électriquement isolante (12j) augmente, ou diminue, par rapport à la deuxième longueur de débordement (L2k), de la couche électriquement isolante (12k) précédente jusqu’à une longueur maximale, ou respectivement une longueur minimale, puis diminue, ou respectivement augmente, jusqu’à la longueur minimale, ou respectivement la longueur maximale.
Avantageusement, la longueur minimale est comprise entre quarante et cent fois le diamètre du fil conducteur. Également de façon avantageuse, la longueur maximale est comprise entre cent vingt et trois cent vingt fois le diamètre du fil conducteur.
De façon astucieuse, et comme dans l’exemple de réalisation représenté à la figure , la première longueur de débordement (L1i), et/ou la deuxième longueur de débordement (L2i), augmentent ou diminuent selon une fonction sinusoïde (S).
Un autre aspect de l’invention concerne un transformateur électrique. Ce transformateur électrique peut être un transformateur de mesure destiné à alimenter des appareils de mesure, des compteurs, des relais et autres appareils analogues. En particulier, ce transformateur peut être un transformateur de tension. Ce transformateur peut également être un transformateur de puissance. Le transformateur électrique peut être monophasé ou triphasé.
Le transformateur électrique comprend une enceinte. Cette enceinte est préférentiellement métallique, mais peut également être réalisée dans tout matériau convenant à l’homme du métier. L’enceinte a préférentiellement une forme cylindrique, mais peut également être de toute forme convenant à l’homme du métier.
Le transformateur électrique comprend également au moins une bobine (1) selon l’invention. La bobine (1) est agencée à l’intérieur de l’enceinte. Lorsque le transformateur électrique est monophasé, ledit transformateur comprend une unique bobine (1) agencée à l’intérieur de l’enceinte. Lorsque le transformateur électrique est triphasé, ledit transformateur comprend trois bobines (1) agencées à l’intérieur de l’enceinte.
Le transformateur comprend encore un fluide électriquement isolant agencer à l’intérieur de l’enceinte et enveloppant la bobine (1). Ce fluide électriquement isolant peut être du type huile comme celles que décrites dans le standard IEC60296, liquide isolant comme ceux décrits dans le standard IEC60867, hexafluorure de soufre (SF6), ou tout autre fluide isolant électriquement convenant à l’homme du métier. Préférentiellement, et de manière à limiter les risques de pollutions liés à d’éventuelles fuites de l’enceinte, le fluide utilisé est du type oxygène, diazote, dioxyde de carbone, fluoronitrile, fluorocétone, mélange de fluoronitrile ou de fluorocétone avec de l’oxygène ou du diazote ou du dioxyde de carbone, ou encore mélange d’hexafluorure de soufre avec une quantité importante de diazote, etc. En pratique, le fluide isolant à une rigidité diélectrique supérieure à 2 kV/mm. Le fluide peut être agencé sous pression à l’intérieur de l’enceinte. En particulier, la pression du fluide peut être comprise entre 3.5 bar rel et 6.3 bar rel.
Claims (11)
- Bobine (1) pour transformateur électrique comprenant :
- Une partie électriquement conductrice (11) comprenant plusieurs couches électriquement conductrices (11i), chacune desdites couches électriquement conductrices comprenant un fil conducteur (111) enroulé en spirale autour d’un axe (A) et s’étendant axialement d’un premier plan (P1i) orthogonal audit axe jusqu’à un deuxième plan (P2i) orthogonal audit axe, lesdites couches électriquement conductrices étant agencés de manière coaxiale les unes autour des autres,
- Une partie électriquement isolante (12) comprenant plusieurs couches électriquement isolantes (12i), chacune desdites couches électriquement isolantes étant agencée entre deux desdites couches électriquement conductrices de manière à isoler les deux dites couches électriquement conductrices entre-elles, ladite couche électriquement isolante comportant une première zone de débordement et une deuxième zone de débordement s’étendant axialement, sur une première longueur de débordement (L1i), respectivement deuxième longueur de débordement (L2i), au-delà du premier plan (P1i), respectivement du deuxième plan (P2i), de la plus longue des deux dites couches électriquement conductrices,
caractérisée en ce que la première longueur de débordement (L1j), et/ou la deuxième longueur de débordement (L2j), d’au moins une première couche électriquement isolante (12j) est supérieure à la première longueur de débordement (L1k), et/ou respectivement la deuxième longueur de débordement (L2k), d’au moins une autre couche électriquement isolante (12k). - Bobine selon la revendication 1 caractérisée en ce que :
- le fil conducteur (111) de chaque couche électriquement conductrice (11i) comporte un diamètre (D), et
- la première longueur de débordement (L1j), ou la deuxième longueur de débordement (L2j), de la au moins une première couche électriquement isolante (12j) est supérieure à la première longueur de débordement (L1k), ou respectivement deuxième longueur de débordement (L2k) de la deuxième couche électriquement isolante (12k) d’au moins vingt fois le diamètre (D) dudit fil conducteur. - Bobine selon l’une des revendications précédentes caractérisée en ce que :
- le fil conducteur (111) de chaque couche électriquement conductrice (11i) comporte un diamètre (D), et
- la première longueur de débordement (L1i) et la deuxième longueur de débordement (L2i) de chaque couche électriquement isolante (12i) sont comprises entre quarante et trois cent vingt fois le diamètre (D) dudit fil conducteur. - Bobine selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que :
- le fil conducteur (111) de chaque couche électriquement conductrice (11i) comporte un diamètre (D), et
- les couches électriquement isolantes (12i) sont réparties en un groupe à débordements courts (122) et un groupe à débordements longs (121),
- la première longueur de débordement (L1j) et la deuxième longueur de débordement (L2j) des couches électriquement isolantes (12j) dudit groupe à débordements courts sont comprises entre quarante et cent fois le diamètre (D) dudit fil conducteur,
- la première longueur de débordement (L1k) et la deuxième longueur de débordement (L2k) des couches électriquement isolantes (12k) dudit groupe à débordements longs sont comprises entre cent vingt et trois cent vingt fois le diamètre (D) dudit fil conducteur. - Bobine selon la revendication 4 caractérisée en ce que :
- le groupe à débordements courts (122) est composé de sous-groupes à débordements courts de deux à quatre couches électriquement isolantes (12j) consécutives,
- le groupe à débordements longs (121) est composé de sous-groupes à débordements longs de deux à quatre couches électriquement isolantes (12k) consécutives,
- la partie isolante (12) étant formée d’une alternance entre des sous-groupes à débordement court et des sous-groupes à débordement long. - Bobine selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que :
- le fil conducteur (111) de chaque couche électriquement conductrice (11i) comporte un diamètre (D), et
- les couches électriquement isolantes (12i) sont réparties en un groupe à premier débordement court et deuxième débordement long (123), et un groupe à premier débordement long et deuxième débordement court (124),
- la première longueur de débordement (L1j) des couches électriquement isolantes (12j) du groupe à premier débordement court et deuxième débordement long (123), et la deuxième longueur de débordement (L2k) des couches électriquement isolantes (12k) du groupe à premier débordement long et deuxième débordement court (124) sont comprises entre quarante et cent fois le diamètre (D) dudit fil conducteur,
- la deuxième longueur de débordement (L2j) des couches électriquement isolantes (12j) du groupe à premier débordement court et deuxième débordement long (123), et la première longueur de débordement (L1k) des couches électriquement isolantes (12k) du groupe à premier débordement long et deuxième débordement court (124) sont comprises entre cent vingt et trois cent vingt fois le diamètre du fil conducteur. - Bobine selon la revendication 4 caractérisée en ce que :
- le groupe à premier débordement court et deuxième débordement long (123) est composé de sous-groupes à premier débordement court et deuxième débordement long de deux à quatre couches électriquement isolantes (12j) consécutives,
- le groupe à premier débordement long et deuxième débordement court (124) est composé de sous-groupes à premier débordement long et deuxième débordement court de deux à quatre couches électriquement isolantes (12k) consécutives,
- la partie isolante étant formée d’une alternance entre des sous-groupes à premier débordement court et deuxième débordement long et des sous-groupes à premier débordement long et deuxième débordement court. - Bobine selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que, en sélectionnant successivement les couches électriquement isolantes (12i) radialement de l’intérieur vers l’extérieur, la première longueur de débordement (L1i), et/ou la deuxième longueur de débordement (L2i) d’une couche électriquement isolante (L2i) augmente, ou diminue, par rapport à la première longueur de débordement (L1j), et/ou respectivement la deuxième longueur de débordement (L2j) de la couche électriquement isolante (12j) précédente jusqu’à une longueur maximale, ou respectivement une longueur minimale, puis diminue, ou respectivement augmente, jusqu’à ladite longueur minimale, ou respectivement ladite longueur maximale.
- Bobine selon la revendication 8 caractérisée en ce que la longueur minimale est comprise entre quarante et cent fois le diamètre du fil conducteur et la longueur maximale est comprise entre cent vingt et trois cent vingt fois le diamètre du fil conducteur.
- Bobine selon l’une des revendications 8 ou 9 caractérisée en ce que la première longueur de débordement (L1i), et/ou la deuxième longueur de débordement (L2i), augmentent ou diminuent selon une fonction sinusoïde (S).
- Transformateur électrique comprenant :
- Une enceinte,
- Au moins une bobine (1) agencée à l’intérieur de l’enceinte, et
- Un fluide électriquement isolant agencé à l’intérieur de l’enceinte et enveloppant ladite au moins une bobine,
caractérisé en ce que ladite au moins une bobine est une bobine selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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Effective date: 20240412 |