WO2024074719A1 - Bobine multicouche isolée électriquement pour transformateur électrique - Google Patents

Bobine multicouche isolée électriquement pour transformateur électrique Download PDF

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WO2024074719A1
WO2024074719A1 PCT/EP2023/077804 EP2023077804W WO2024074719A1 WO 2024074719 A1 WO2024074719 A1 WO 2024074719A1 EP 2023077804 W EP2023077804 W EP 2023077804W WO 2024074719 A1 WO2024074719 A1 WO 2024074719A1
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overflow
length
electrically insulating
short
long
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/077804
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Inventor
Paul Vinson
Alain Girodet
Samuel FIFI
Tommy BARBE
Original Assignee
Supergrid Institute
General Electric Technology Gmbh
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F5/00—Coils
    • H01F5/02—Coils wound on non-magnetic supports, e.g. formers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/323—Insulation between winding turns, between winding layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F5/00—Coils
    • H01F5/02—Coils wound on non-magnetic supports, e.g. formers
    • H01F2005/022—Coils wound on non-magnetic supports, e.g. formers wound on formers with several winding chambers separated by flanges, e.g. for high voltage applications

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of electrical transformers and more particularly multilayer coils for electrical transformers.
  • a transformer of this type comprises a multilayer coil (10) such as that shown in Figure [Fig.1].
  • the coil (10) generally comprises an electrically conductive part (101) and an electrically insulating part (102).
  • the electrically conductive part (101) comprises several electrically conductive layers.
  • Each of the electrically conductive layers comprises a conductive wire wound spirally around an axis (A0) and extending axially from a first plane orthogonal to said axis to a second plane orthogonal to said axis.
  • the electrically conductive layers being arranged coaxially around each other.
  • the electrically insulating part (102) comprises several electrically insulating layers. Each of the electrically insulating layers is arranged between two of the electrically conductive layers so as to insulate the two electrically conductive layers from each other. In practice, each of the electrically insulating layers can be in the form of several superimposed insulating sub-layers of the same length.
  • the electrically insulating layer comprises a first and a second overflow zone extending axially, over a first, respectively second, overflow length in an axial direction, beyond the first, respectively second, orthogonal plane of the longest two called electrically conductive layers. These overflow zones are arranged so as to limit the creation of electric arcs between the electrically conductive layers at the ends of the coil (10). This overflow length is identical for all layers. Also, the overflow zones prevent the conductive wire from slipping out of the spool, under the effect of the mechanical tension applied by the machine during winding.
  • the latter is arranged in a pressure enclosure into which an electrically insulating fluid is injected so as to envelop the coil.
  • These fluids can be of the oil or gas type.
  • the invention aims to provide a multilayer coil for an electrical transformer suitable for the use of insulating fluids having a dielectric strength lower than that of sulfur hexafluoride and preferably less polluting than conventional insulating fluids .
  • the solution proposed by the invention is a coil for an electrical transformer comprising:
  • An electrically conductive part comprising several electrically conductive layers, each of said electrically conductive layers comprising a conductive wire wound spirally around an axis and extending axially from a first plane orthogonal to said axis to a second plane orthogonal to said axis axis, said electrically conductive layers being arranged coaxially around each other,
  • An electrically insulating part comprising several electrically insulating layers, each of said electrically insulating layers being arranged between two of said electrically conductive layers so as to insulate the two said electrically conductive layers from each other, said electrically insulating layer comprising a first overflow zone and a second overflow zone extending axially, over a first overflow length, respectively second overflow length, beyond the first plane, respectively the second plane, of the longer of the two said electrically conductive layers.
  • This coil is remarkable in that the first overflow length, and/or the second overflow length, of at least one first electrically insulating layer is greater than the first overflow length, and/or respectively the second length overflow, of at least one other electrically insulating layer.
  • the conductive wire of each electrically conductive layer has a diameter
  • the first overflow length, or the second overflow length, of the at least one first electrically insulating layer is greater than the first overhang length, or respectively second overhang length of the second electrically insulating layer by at least twenty times the diameter of said conductive wire.
  • the conductive wire of each electrically conductive layer has a diameter
  • the first overflow length and the second overflow length of each electrically insulating layer are between forty and three hundred and twenty times the diameter of said conductive wire.
  • the conductive wire of each electrically conductive layer has a diameter
  • the electrically insulating layers are divided into a group with short overflows and a group with long overflows,
  • the first overflow length and the second overflow length of the electrically insulating layers of said short overflow group are between forty and one hundred times the diameter of said conductive wire
  • the first overflow length and the second overflow length of the electrically insulating layers of said group with long overflows are between one hundred and twenty and three hundred and twenty times the diameter of said conductive wire.
  • the short overflow group is composed of short overflow subgroups of two to four consecutive electrically insulating layers
  • the long overflow group is composed of long overflow subgroups of two to four consecutive electrically insulating layers
  • the insulating part being formed of an alternation between short overflow subgroups and long overflow subgroups.
  • the conductive wire of each electrically conductive layer has a diameter
  • the electrically insulating layers are distributed into a group with a first short overflow and a second long overflow, and a group with a first long overflow and a second short overflow,
  • the first overflow length of the electrically insulating layers of the group with first short overflow and second long overflow, and the second length of overflow of the electrically insulating layers of the group with first long overflow and second short overflow are between forty and one hundred times the diameter of said conductive wire
  • the second overflow length of the electrically insulating layers of the group with first short overflow and second long overflow, and the first overflow length of the electrically insulating layers of the group with first long overflow and second short overflow are between one hundred and twenty and three hundred and twenty times the diameter of the conductive wire.
  • the group with first short overflow and second long overflow is composed of subgroups with first short overflow and second long overflow of two to four consecutive electrically insulating layers
  • the group with first long overflow and second short overflow is composed of subgroups with first long overflow and second short overflow of two to four consecutive electrically insulating layers
  • the insulating part being formed of an alternation between subgroups with first short overflow and second long overflow and subgroups with first long overflow and second short overflow.
  • the minimum length is between forty and one hundred times the diameter of the conductive wire and the maximum length is between one hundred and twenty and three hundred and twenty times the diameter of the conductive wire.
  • Another aspect of the invention relates to an electrical transformer comprising: - A speaker,
  • This transformer is remarkable in that said at least one coil is a coil as defined above.
  • FIG.1 is a schematic sectional view of the coil of the prior art
  • FIG.2 is a schematic sectional view of a first embodiment of the coil which is the subject of the invention with a symmetrical slotted insulation profile;
  • FIG.3 is a schematic view of the detail DI of the first embodiment shown in Figure [Fig.2];
  • FIG.4 is a schematic view of detail D2 of the first embodiment shown in Figure [Fig.2];
  • FIG.5 is a schematic sectional view of a second embodiment of the coil which is the subject of the invention with an asymmetrical slotted insulation profile
  • FIG.6 is a schematic sectional view of a third embodiment of the coil which is the subject of the invention with a symmetrical sinusoidal insulation profile
  • FIG.7 is a schematic sectional view of a fourth embodiment of the coil which is the subject of the invention with an insulation profile with a constant short overflow length;
  • FIG.8 is a schematic sectional view of a fifth embodiment of the coil which is the subject of the invention with a cylindrical conductor profile and a symmetrical slotted insulation profile;
  • FIG.9 is a schematic sectional view of a sixth embodiment of the coil which is the subject of the invention with a parabolic conductor profile and a symmetrical slotted insulation profile.
  • Figures [Fig.1] to [Fig.9] do not reflect the actual dimensions of the components.
  • the dimensions of certain elements could in particular be enlarged or reduced in order to facilitate the reader's understanding.
  • the ratio of overflow length and diameter of the conductive wire presented in the figures does not reflect reality.
  • the invention relates to a coil (1) for an electrical transformer.
  • the electrical transformer can be a measurement, power, or other transformer.
  • the electrical transformer can be single-phase or three-phase.
  • the coil (1) comprises an electrically conductive part (11).
  • the latter includes several electrically conductive layers (l ia, 11b, 11c, l ld, l lf, etc.).
  • lia electrically conductive layer
  • li electrically conductive layer
  • i is a variable that can take a letter of the alphabet as a value so as to allow the electrically conductive layers to be distinguished from each other as in the example of figures [Fig.3] and [Fig.4] where:
  • variables “j” or “k” can be used in a similar way.
  • the coil (1) can comprise between 50 and 150 electrically conductive layers (1 li).
  • Each of said electrically conductive layers (1 li) comprises a conductive wire (111).
  • the conductive wire (111) is preferably an enameled conductive wire.
  • the conductive wire (111) preferably comprises a core made of copper, but can be made of aluminum or any other conductive material suitable for those skilled in the art.
  • the conductive wire (111) of each electrically conductive layer (1 li) may have a diameter (D). The latter can be between 0.125 mm and 0.3 mm.
  • the conductive wire (111) is wound spirally around an axis (A) and extending axially from a first plane (Pli) orthogonal to the axis (A) to a second plane (P2i) orthogonal to the axis (A).
  • the electrically conductive layers (1 li) are arranged coaxially around each other.
  • Each turn of conductive wire (111) in the electrically conductive layer (1 li) is called a turn.
  • the number of turns can be between 1 and 2500. In certain embodiments such as those shown in Figures [Fig.2] to [Fig.6] and [Fig.9] , the number of turns can decrease from the conductive layer (1 la) closest to the axis towards the conductive layer furthest from the axis. The number of turns can decrease linearly as in the embodiments shown in Figures [Fig.2] to [Fig.6]. This type of coil is generally called a “trapezoidal coil”.
  • the number of turns can decrease non-linearly, for example according to a parabola as in the exemplary embodiment shown in Figure [Fig.9].
  • This last type of coil is generally called a “parabolic coil”.
  • the number of turns can be identical for all of the electrically conductive layers (1 li).
  • This type of coil is generally called a “cylindrical coil”.
  • the number of turns can decrease from one to five turns every three to ten electrically conductive layers (1 li).
  • the coil (1) also comprises an electrically insulating part (12).
  • the electrically insulating part (12) comprises several electrically insulating layers (12i).
  • “i” is a variable that can take a letter of the alphabet as a value so as to allow the electrically insulating layers to be distinguished from each other as in the example of figures [Fig.3] and [Fig.4] where:
  • variables “j” or “k” can be used in a similar way.
  • Each electrically insulating layer (12i) comprises one or more electrically insulating materials of the polyester film type partially covered on both sides with glue, or others.
  • the insulating material has a dielectric rigidity greater than 50 kV/mm.
  • Each of the electrically insulating layers (12i) is arranged between two of the electrically conductive layers (1 li) so as to insulate the two said electrically conductive layers from each other.
  • an electrically insulating layer (12i) can be produced by winding a strip of electrically insulating material around an electrically conductive layer.
  • the strip of electrically insulating material can have a width of between 50 mm and 350 mm and a thickness of between 20 pm and 50 pm.
  • the winding can be done edge to edge or with an overlap.
  • the electrically insulating layer (12i) may comprise several superimposed windings of the same insulating material or of different insulating materials.
  • the electrically insulating layer (12i) comprises 2 to 4 superimposed windings.
  • Each electrically insulating layer (12i) comprises and is extended by a first overflow zone extending, axially, over a first overflow length (L 1 i), beyond the first orthogonal plane (Pli) of the longest of the two adjoining electrically conductive layers (1 li).
  • the electrically insulating layers (12i) are of generally cylindrical shape and said electrically insulating layers (12i) are arranged coaxially around each other and overlap at least partially axially.
  • the electrically insulating layer (12a) comprises a first overflow zone extending, axially, over a first overflow length (Lia), beyond the first orthogonal plane (P la) of the longest electrically conductive layer (l ia) of the two adjoining electrically conductive layers (lia, 11b). It is the same :
  • the first overhang length (Lli) is greater than forty times the diameter (D) of the conductive wire.
  • the first overflow length (Lli) is greater than seventy times the diameter (D) of the conductive wire.
  • Each electrically insulating layer (12i) comprises a second overflow zone extending, axially, over a second overflow length (L2i), beyond the second orthogonal plane (P2i) of the longer of the two electrically insulating layers.
  • the electrically insulating layer (12a) comprises a second overflow zone extending, axially, over a second overflow length (L2a), beyond of the second orthogonal plane (P2a) of the longest electrically conductive layer (l ia) of the two said electrically conductive layers (l ia, 11b). It is the same :
  • the second overflow length (L2i) is greater than forty times the diameter (D) of the conductive wire.
  • the second overflow length (L2i) is greater than seventy times the diameter (D) of the conductive wire.
  • the electrical transformer is remarkable in that the first overflow length (Llj), and/or the second length of overflow (L2j), of at least one first electrically insulating layer (12j) is greater than the overflow length (Llk), and/or the second overflow length (L2k), of at least one other electrically insulating layer ( 12k).
  • the first overflow length (Llj), or the second overflow length (L2j), of the at least one first electrically insulating layer (12j) is advantageously greater than the first overflow length (Llk), or respectively second overflow length (L2k) of the second electrically insulating layer (12k), of at least twenty times the diameter (D) of the conductive wire (111), cleverly, of at least fifty times the diameter (D) of the conductive wire (111), and preferably, at least one hundred times the diameter (D) of the conductive wire (111).
  • the first overhang length and the second overhang length (Lli, L2i) of each electrically insulating layer (12i) is between forty and three hundred and twenty times the diameter (D) of the conductive wire (111).
  • Each electrically insulating layer (12i) may include:
  • short overflow we mean the fact that the overflow length (Lli, L2i) of the electrically insulating layer is between forty and one hundred times the diameter (D) of the conductive wire (111).
  • the short overhangs can have different lengths as in the exemplary embodiments shown in Figures [Fig.1] to [Fig.6], [Fig.8] and [Fig.9], In alternative embodiments, and as in the exemplary embodiment shown in figure [Fig.7], the short overhangs can all have the same length. Thus, it is for example possible to keep conventional overflows as short overflows and to lengthen certain overflows to make them long overflows. In other embodiment variants not shown, some short overhangs may have the same length, others not.
  • long overflow we mean the fact that the overflow length (Lli, L2i) of the electrically insulating layer is between one hundred and twenty and three hundred and twenty times the diameter (D) of the conductive wire (111).
  • the long overhangs can have different lengths as in the exemplary embodiments shown in the figures [Fig. l] to [Fig.6], [Fig.8] and [Fig.9], In alternative embodiments not shown, the long overhangs can all have the same length. In other embodiment variants not shown, certain short overhangs may have the same length, others not. [0055] In certain embodiments, the electrically insulating layer (12a) furthest inside the coil (1) may have two short overhangs.
  • the innermost electrically insulating layer (12a) of the coil (1) may have two long overhangs. In yet other embodiments, the innermost electrically insulating layer (12a) of the coil (1) may have a long overhang and a short overhang.
  • the electrically insulating layers (12i) are distributed into a group with short overflows (122) and a group with long overflows (121). Which means :
  • the first overflow length (Llj) and the second overflow length (L2j), of the electrically insulating layers (12j) of the short overflow group (122) is between forty and one hundred times the diameter (D) of the conductive wire ( 111), and
  • the first overflow length (Llk) and the second overflow length (L2k), of the electrically insulating layers (12k) of the long overflow group (121) is between one hundred and twenty and three hundred and twenty times the diameter (D) of the conductive wire (H l).
  • the short overflow group (122) can be composed of short overflow subgroups of two to four consecutive electrically insulating layers (12j).
  • the long overflow group (121) can be composed of long overflow subgroups of two to four consecutive electrically insulating layers (12k).
  • the insulating part (12) is formed from an alternation between short overflow subgroups and long overflow subgroups.
  • the short overflow group (122) is composed of:
  • the long overflow group (121) is composed of three long overflow subgroups of three consecutive electrically insulating layers (12k).
  • the electrically insulating layers (12i) are distributed into a group with a first short overflow and a second long overflow (123), and a group with a first long overflow and a second short overflow (124). Which means :
  • the first overflow length (Llj) is between forty and one hundred times the diameter (D) of the conductive wire (111), o
  • the second overflow length (L2j) is between one hundred and twenty and three hundred and twenty times the diameter (D) of the conductive wire (111),
  • the first overflow length (Llk) is between one hundred and twenty and three hundred and twenty times the diameter (D) of the conductive wire (111), o
  • the second overflow length (L2k) is between forty and one hundred times the diameter (D) of the conductive wire (111).
  • the group with first short overflow and second long overflow (123) is composed of subgroups with first short overflow and second long overflow of two to four consecutive electrically insulating layers (12j).
  • the group with first long overflow and second short overflow (124) is composed of subgroups with first long overflow and second short overflow of two to four consecutive electrically insulating layers (12k).
  • the insulating part (12) is formed from an alternation between subgroups with a first short overflow and a second long overflow and subgroups with a first long overflow and a second short overflow.
  • the group with short overflow and second long overflow (123) is composed of:
  • the group with first long overflow and second short overflow (124) is composed of three subgroups with first long overflow and second short overflow, each of three consecutive electrically insulating layers (12j).
  • the overflow lengths gradually increase or decrease.
  • the first overhang length (Llj) of an electrically insulating layer (12j) increases, or decreases, relative to the first overflow length (Llk) of the preceding electrically insulating layer (12k) up to a maximum length, or respectively a minimum length, then decreases, or respectively increases, up to the minimum length, or respectively the maximum length.
  • the second overhang length (L2j), of an electrically insulating layer (12j) increases, or decreases, relative to the second overflow length (L2k), of the previous electrically insulating layer (12k) up to a maximum length, or respectively a minimum length, then decreases, or respectively increases, up to the minimum length, or respectively the maximum length.
  • the minimum length is between forty and one hundred times the diameter of the conductive wire.
  • the maximum length is between one hundred and twenty and three hundred and twenty times the diameter of the conductive wire.
  • This electrical transformer can be a measurement transformer intended to power measuring devices, meters, relays and other similar devices.
  • this transformer can be a voltage transformer.
  • This transformer can also be a power transformer.
  • the electrical transformer can be single-phase or three-phase.
  • the electrical transformer includes an enclosure.
  • This enclosure is preferably metallic, but can also be made of any material suitable for those skilled in the art.
  • the enclosure preferably has a cylindrical shape, but can also be of any shape suitable to those skilled in the art.
  • the electrical transformer also comprises at least one coil (1) according to the invention.
  • the coil (1) is arranged inside the enclosure.
  • said transformer comprises a single coil (1) arranged inside the enclosure.
  • said transformer comprises three coils (1) arranged inside the enclosure.
  • the transformer also includes an electrically insulating fluid arranged inside the enclosure and enveloping the coil (1).
  • This electrically insulating fluid can be of the oil type such as those described in the IEC60296 standard, insulating liquid such as those described in the IEC60867 standard, sulfur hexafluoride (SF6), or any other electrically insulating fluid suitable for those skilled in the art.
  • the fluid used is of the oxygen, dinitrogen, carbon dioxide, fluoronitrile, fluoroketone, mixture of fluoronitrile or fluoroketone with oxygen or dinitrogen or carbon dioxide, or a mixture of sulfur hexafluoride with a large quantity of dinitrogen, etc.
  • the insulating fluid has a dielectric rigidity greater than 2 kV/mm.
  • the fluid can be placed under pressure inside the enclosure. In particular, the pressure of the fluid can be between 3.5 bar rel and 6.3 bar rel.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)

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).

Description

Bobine multicouche isolée électriquement pour transformateur électrique
Domaine technique de l’invention
[0001] La présente invention se rapporte au domaine technique des transformateurs électriques et plus particulièrement des bobines multicouches pour transformateurs électriques.
État de la technique
[0002] 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 [Fig.1]. La bobine (10) comprend généralement une partie électriquement conductrice (101) et une partie électriquement isolante (102).
[0003] 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.
[0004] 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. Egalement, 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.
[0005] Pour accroître 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.
[0006] 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.
[0007] 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.
[0008] 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.
Divulgation de l’invention
[0009] 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 axial ement 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 axial ement, 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,.
[0010] 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.
[0011] 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.
[0012] 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.
[0013] 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.
[0014] 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.
[0015] 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.
[0016] 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.
[0017] 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.
[0018] 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.
[0019] 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.
[0020] 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.
[0021] 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.
[0022] 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.
Description des figures
[0023] 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 :
[0024] [Fig.1] est une vue schématique en coupe de la bobine de l’art antérieur ;
[0025] [Fig.2] est une vue schématique en coupe d’un premier exemple de réalisation de la bobine objet de l’invention avec un profil d’isolation en créneaux symétrique ;
[0026] [Fig.3] est une vue schématique du détail DI du premier exemple de réalisation représenté à la figure [Fig.2] ;
[0027] [Fig.4] est une vue schématique du détail D2 du premier exemple de réalisation représenté à la figure [Fig.2] ;
[0028] [Fig.5] est une vue schématique en coupe d’un deuxième exemple de réalisation de la bobine objet de l’invention avec un profil d’isolation en créneaux asymétrique ;
[0029] [Fig.6] est une vue schématique en coupe d’un troisième exemple de réalisation de la bobine objet de l’invention avec un profil d’isolation en sinusoïde symétrique ;
[0030] [Fig.7] est une vue schématique en coupe d’un quatrième exemple de réalisation de la bobine objet de l’invention avec un profil d’isolation à longueur de débordement court constant ;
[0031] [Fig.8] est une vue schématique en coupe d’un cinquième exemple de réalisation de la bobine objet de l’invention avec un profil conducteur cylindrique et un profil d’isolation en créneaux symétrique ;
[0032] [Fig.9] est une vue schématique en coupe d’un sixième exemple de réalisation de la bobine objet de l’invention avec un profil conducteur parabolique et un profil d’isolation en créneaux symétrique.
[0033] Les figures [Fig.1 ] à [Fig.9] 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.
Description détaillée
[0034] 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. [0035] La bobine (1) comprend une partie électriquement conductrice (11). Cette dernière comprend plusieurs couches électriquement conductrices (l ia, 11b, 11c, l ld, l lf, etc.). Dans la suite de la description, et par mesure de simplification, on parlera de couche électriquement conductrice (1 li) 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 [Fig.3] et [Fig.4] où :
- i = a pour la couche électriquement conductrice (1 la) 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.
[0036] En pratique, la bobine (1) peut comprendre entre 50 et 150 couches électriquement conductrices (1 li). Chacune desdites couches électriquement conductrices (1 li) 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 (1 li) 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 (Pli) orthogonal à l’axe (A) jusqu’à un deuxième plan (P2i) orthogonal à l’axe (A). Les couches électriquement conductrices (1 li) sont agencées de manière coaxiale les unes autour des autres.
[0037] Chaque tour de fil conducteur (111) dans la couche électriquement conductrice (1 li) est appelé spire. Pour chaque couche électriquement conductrice (1 li), le nombre de spires peut être compris entre 1 et 2500. Dans certains modes de réalisation comme ceux représentés sur les figures [Fig.2] à [Fig.6] et [Fig.9], le nombre de spires peut diminuer de la couche conductrice (1 la) 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 [Fig.2] à [Fig.6], 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 [Fig.9], 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 [Fig.8], le nombre de spires peut être identique pour l’ensemble des couches électriquement conductrices (1 li). 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 (1 li).
[0038] 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 [Fig.3] et [Fig.4] 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.
[0039] 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 (1 li) 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 pm et 50 pm. 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.
[0040] Chaque couche électriquement isolante ( 12i) comporte et est prolongée par une première zone de débordement s’étendant, axialement, sur une première longueur (L 1 i) de débordement, au-delà du premier plan orthogonal (Pli) de la plus longue des deux couches électriquement conductrices (1 li) mitoyennes.
[0041] On constate aussi sur les figures et pour l’ensemble des modes de réalisation qui vont être décrits que les couches électriquement conductrices (1 li) se recouvrent au moins partiellement axialement.
[0042] Les couches électriquement isolantes ( 12i) sont de forme générale cylindrique et lesdites couches électriquement isolantes (12i) sont agencées de manière coaxiale les unes autour des autres et se recouvrent au moins partiellement axialement.
[0043] Par exemple, en se rapportant à la figure [Fig.3], la couche électriquement isolante (12a) comporte une première zone de débordement s’étendant, axialement, sur une première longueur de débordement (Lia), au-delà du premier plan orthogonal (P la) de la plus longue couche électriquement conductrice (l ia) des deux couches électriquement conductrices mitoyennes (l ia, 11b). Il en est de même :
- Pour la couche électriquement isolante (12b) ayant une première longueur de débordement (Llb) par rapport au premier plan orthogonal (Pib),
- Pour la couche électriquement isolante (12c) ayant une première longueur de débordement (Lie) par rapport au premier plan orthogonal (Pic),
- Pour la couche électriquement isolante (12d) ayant une première longueur de débordement (Lld) par rapport au premier plan orthogonal (Pld),
- Pour la couche électriquement isolante (12e) ayant une première longueur de débordement (Lie) par rapport au premier plan orthogonal (Pie),
- Pour la couche électriquement isolante ( 12f) ayant une première longueur de débordement (L If) par rapport au premier plan orthogonal (Pif),
- et ainsi de suite.
[0044] Avantageusement, la première longueur de débordement (Lli) est supérieure à quarante fois le diamètre (D) du fil conducteur. Préférentiellement, la première longueur de débordement (Lli) est supérieure à soixante-dix fois le diamètre (D) du fil conducteur.
[0045] 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 (1 li) mitoyennes.
[0046] Par exemple, en se rapportant à la figure [Fig.4], 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 (l ia) des deux dites couches électriquement conductrices (l ia, 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.
[0047] 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. [0048] En se référant aux figures [Fig.2], [Fig.5] à [Fig.9], le transformateur électrique est remarquable en ce que la première longueur de débordement (Llj), et/ou la deuxième longueur de débordement (L2j), d’au moins une première couche électriquement isolante ( 12j) est supérieure à la longueur de débordement (Llk), et/ou la deuxième longueur de débordement (L2k), d’au moins une autre couche électriquement isolante (12k).
[0049] 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.
[0050] La première longueur de débordement (Llj), 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 (Llk), 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).
[0051] Avantageusement, la première longueur de débordement et la deuxième longueur de débordement (Lli, L2i) de chaque couche électriquement isolante ( 12i) est comprise entre quarante et trois cent vingt fois le diamètre (D) du fil conducteur (111).
[0052] Chaque couche électriquement isolante ( 12i) peut comporter :
- soit deux débordements longs,
- soit deux débordements courts,
- soit un débordement long et un débordement court.
[0053] On entend par débordement court, le fait que la longueur de débordement (Lli, 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 [Fig.1] à [Fig.6], [Fig.8] et [Fig.9], Dans des variantes de réalisation, et comme dans l’exemple de réalisation représenté sur la figure [Fig.7], 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.
[0054] On entend par débordement long, le fait que la longueur de débordement (Lli, 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 [Fig. l] à [Fig.6], [Fig.8] et [Fig.9], 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. [0055] 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.
[0056] 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 (Llj) 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 (Llk) 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 (H l).
[0057] 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.
[0058] Dans l’exemple de réalisation représenté sur la figure [Fig.2], 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.
[0059] Le groupe à débordements long (121) est lui composé de trois sous-groupes à débordements longs de trois couches électriquement isolantes (12k) consécutives.
[0060] 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) : o La première longueur de débordement (Llj) est comprise entre quarante et cent fois le diamètre (D) du fil conducteur (111), o 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) : o La première longueur de débordement (Llk) est comprise entre cent vingt et trois cent vingt fois le diamètre (D) du fil conducteur (111), o La deuxième longueur de débordement (L2k) est comprise entre quarante et cent fois le diamètre (D) du fil conducteur (111).
[0061] 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.
[0062] Dans l’exemple de réalisation représenté sur la figure [Fig.5], 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.
[0063] 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.
[0064] Dans un troisième mode de réalisation, les longueurs de débordement augmentent ou diminuent progressivement.
[0065] Par exemple, en sélectionnant successivement les couches électriquement isolante radialement de l’intérieur vers l’extérieur, la première longueur de débordement (Llj) d’une couche électriquement isolante ( 12j) augmente, ou diminue, par rapport à la première longueur de débordement (Llk) 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.
[0066] 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.
[0067] 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. [0068] De façon astucieuse, et comme dans l’exemple de réalisation représenté à la figure [Fig.6], la première longueur de débordement (Lli), et/ou la deuxième longueur de débordement (L2i), augmentent ou diminuent selon une fonction sinusoïde (S).
[0069] 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.
[0070] 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.
[0071] 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.
[0072] 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

Revendications Bobine (1) pour transformateur électrique comprenant :
- une partie électriquement conductrice (11) comprenant plusieurs couches électriquement conductrices (1 li), 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 (Pli) 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 (Lli), respectivement deuxième longueur de débordement (L2i), au-delà du premier plan (Pli), respectivement du deuxième plan (P2i), de la plus longue des deux dites couches électriquement conductrices, caractérisée en ce que la première longueur de débordement (Llj), 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 (Llk), 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 lesdites couches électriquement conductrices se recouvrent au moins partiellement axialement. Bobine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les couches électriquement isolantes ( 12i) sont de forme générale cylindrique et que lesdites couches électriquement isolantes sont agencées de manière coaxiale les unes autour des autres et se recouvrent au moins partiellement axialement. Bobine selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ladite couche électriquement isolante est prolongée par une première zone de débordement et par une deuxième zone de débordement s’étendant axialement Bobine selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que :
- le fil conducteur (111) de chaque couche électriquement conductrice (1 li) comporte un diamètre (D), et
- la première longueur de débordement (Llj), 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 (Llk), 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 (1 li) comporte un diamètre (D), et
- la première longueur de débordement (Lli) 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.
7. Bobine selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que :
- le fil conducteur (111) de chaque couche électriquement conductrice (1 li) 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 (Llj) 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 (Llk) 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.
8. Bobine selon la revendication 7 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.
9. Bobine selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisée en ce que :
- le fil conducteur (111) de chaque couche électriquement conductrice (1 li) 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 (Llj) 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 (Llk) 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.
10. Bobine selon la revendication 7 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 (Lli), 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 (Llj), 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 11 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 11 ou 12 caractérisée en ce que la première longueur de débordement (Lli), 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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