Brevet FR2007394A1 — publié le 19700109

La présente invention a pour objet un dispositif d'amortissement des oscillations propres engendrées par des surtensions dans les enroulements de réglage de transformateurs, bobines d'induction et autres appareils à induction analogues. Les enroulements de réglage de cette nature sont actuellement incorporés dans la plupart des transformateurs ayant un rapport de transformation réglable en charge par gradins, pour régler la tension ou la charge. Dans ces enroulements1 ainsi que dans les appareils de réglage par gradins relies à ces earoulementsa naissent, sous l'effet de phénomènes extérieurs tels quels. par exe-ple, les ota- ges, des surtensions créant des différinces de potentiel élevées qui entraient de grandes dépenses pour réaliser une isolation capable de pouvoir les supporte. Avec les diepositifs d'essais généralement utilises dans la construction de transformateurs, on obtient habituellement une grak.e dispersion des valeurs obtenues par les mesures, de sorte que des frais trop élevas sont engagés dans X réalisation de l'isolation puisque celle-ci doit étre dimensionnée pour les char- ges les plus élevées se présentant. Les figures 1, 2 et 3 montrent le montage d'un enroulement de réglage de cette nature, son schéma équivalent et les courbes de tension lors de l'apparition de surtensions. La figure l représente l'enroulement principal 17 relié à l'enroulement de réglage grossier 18. Au moyen d'un commutateur 20 l'enroulement de réglage fie 19 peut entre connecté, soit directement à l'enroulement principal 17, stit à l'enroulement de réglage grossier 18 monté en aval de cet enroulement 17 pour doubler l'étendue de réglage. Si, alors, l'enroulement de réglage fin 19 est débranché1 c'est à dire Si le sélecteur à prises multiples occupe la position 14, les oscillations d'une sur tension due à la foudre, entrant par la borne à haute tension 21, s'évanouissent librement puisque cette surtension est transfCrée par la voie magnétique ou caps citive dans l'enroulement de réglage fin 19. Four les positions du sélecteur à prises multiples et de l'inverseur 20 illustrées sur la figure 1, on peut admettre, pour représenter le processus d'oscillations se déroulant dans l'enroulement de réglage fin 19, lè schéma équivalent de la figure 2.Il nontre que 1' roulement principal 17 induit magnétiquement dans l'enroulement fin 19 une tension dont la grandeur 23, représentée sur la figure 3, est réduite par rapport à la tension de choc incidente 22 dans le rapport de transformation des deux enroulements 17 et 19. L'enroulement fin 19 forme cependant un circuit oscillant du fait de la capacité entre couches 24 de cet enroulement. C'est pourquoi la tension apparaissant à la prise 1 de ltenroulement fin 19 n'a pas l'allure de la courbe de tension 23 (fig. 3), et qu'au contraire une tension oscillante 25 se manifeste dans cet enroulement. L'amplitude maximale 26 de cette tension peut s'élever à environ le double de la valeur maximale de la tension induite magné /la tiquement dans l'enroulement fin 19.Il est donc de plus haute importance de pouvoir réduire ces surcharges de tension élevées pour pouvoir donner un dimension- nement économique aussi bien à l'enroulement de réglage qu'à l'appareil de com- mutation à prises. Sur la base des constatations ci-dessus exposées, le problème de tenir à un niveau aussi bas que possible le ctAt d'une isolation de l'enroulement de réglage ge,capable de supporter une contrainte de choc, est, conformément à la présente invention, résolu en couplant en parallèle evec tout ou partie de l'enroulement ou des enroulements de réglage grossier et/ou fin, des éléments d'amortissement formés par des capacités ou par des résistances produisant de la chaleur sous l'effet du courant.Dans une forma de réalisetion particulièrement avantageuse de l'invention, les capacités des éléments d'amortissement sont formées par des écrans axiaux en matière conductrice ou semi-conductrice, connus en eux-mêmes, disposées une ou plusieurs fois, l'un au dessus de l'autre, à l'extérieur ou à l'intérieur de l'enroulement de réglage. L'utilisation d'écrans est déjà connue dans un dispositif de protection des enroulements de transformateurs contre les ondes progressives, en particulier dans le cas de dispositifs de réglage par gradins, des pinces métalliques étant insérées dans l'enroulement et servant à la division du potentiel de ces ondes. Ces écrans ne servent cependant qu'à la répartition du potentiel dans la zone couverte par les enroulements et il résulte clairement, de ce qui t été dit- prd- cédemment, que les principes physiques sur lesquels on s'appuie dans le cas pré- sent sont, en raison du couplage inductif oyant lieu ici entre l'enroulement principal et l'enroulement de réglage et de l'utilisation q;i en résulte des écrans comme partie d'éléments RO, tout h fait différentes des considérations qui ont conduit à l'emploi d'écrans dans les cas déjà connus. Suivant d'autres formes de réalisation amantageuses de l'invention, les r- sistances produisant de la chaleur sous l'effet du courant et faisant partie des éléments d'amortissement, relient- électriquement les écrans avec soit le point neutre, soit le potentiel de terre, soit l'extrémité à oscillation libre de l'enroulement de réglage.De plus, les écrans peuvent etre constitués sous forme d'une armature semi-conductrice qui est disposée sur l'enroulement de réglage et pour laquelle on choisit une résistance ohmique telles que les écrans eus-mtmes puissent déjà assurer l'amortissement des oscillations propres entente drées dans les enroulements dS réglage. Les résistances produisant de la chaleur sous l'effet du courant peuvent titre conçues avantageusement comne des résistances dépendant de la tension. Les armatures semi-conductrices peuvent être réalisées par des bandes isolées l'une de l'autre et disposées au dessus des couches.de l'enroulement, ces bandes étant, individuellement ou plusieurs ensemble ou toutes ensemble, reliées élec triquement à une résistance d'amortissement. Lorsque l'armature semi-cnnductrice est pourvue de fentes, le rapport entre sa résistance longitudinale et sa résistance transversale peut varier dans de larges limites, ce qui est avantageux pour un amortissement des capacités longitudinales additionnelles engendrées par les écrans. Dférents modes de réalisation.de l'invention vont titre décrits plus en détail à l'aide des figures 4 à 12. La figure 4 montre un montage de principe suivant l'invention, dans lequel le couplage de la capacité d'amortissement 27 et de la résistance d'amortissement 28, en parallèle avec l'enroulement fin 19 et donc aussi avec wa capacité entre couches ?4, réduit les efforts qui se manifestent le long de cet enroulement. Par un choix adéquat des valeurs de la capacité d'amortissement 27 et de la résistance d'amortissement 28, peuvent ttre réduites à volonté les oscillations de tension le long de l'enroulement fin 19. Lorsque les éléments amortisseurs sont couplés en parallèle uniquement avec l'enroulement de réglage fin 19, on réduit ainsi, comme l'ont montré les mesures pratiques, les efforts se manifestant le long de l'enroulement de réglage grossier 18. Inversement, il até constaté que les efforts se úanifestant le long de l'enroulement de réglage fin 19 sont Ega- lement réuits lorsque le couplage en parallèle des éléments d'amortissement n'a été effectué qu'aux bornes de l'enroulement de réglage grossier 18.L'action d'amortissement peut être encore améliorée si des éléments d'amortissement sont couplés en parallèle avec les deux enroulements de réglage. Une forme d'application particulièrement avantageuse de l'invention est montrée sur la figure 5. La capacité d'amortissement 27 est tri représentée par des écrans capacitifs 29 disposés le long de l'enroulement de réglage fin 19 ou de réglage grossier 18. Les écrans capacitifs de cette nature effectuent encore additionnellement une linéarisation de la répartition de tension capacitive à l'intérieur des enroulements, ce qui entraine une réduction additionnelle des contraintes de tensions. L'écran capacitif 29 est relié, par la-résistance d'amortissement 28, soit à un point neutre (fig. 5), soit à la prise 1 de l'enrou ment fin (fig. 6). Les deux modes de couplage exercent des actions d'amortissement analogues.Si l'enroulement fin est à couches multiples on obtint dvi- demment un meilleur amortissement lorsque l'écran capacitif 29 est relié au point neutre et non à la borne 1 de l'enroulement fin (fig. 7). Pour-améliorer encore l'action d'amortissement,on dispose, conformément à l'invention, deux ou plusieurs écrans radialement, l'un au desus de l'autre, suivant le principe montré sur les figures 8 et 9. Ces écrans sont reliés alternativement à la borne 1 de l'enroulement fin 19 et au point neutre de l'enroulement de réglage et, de meme ici, la résistance d'amortissetent 28 peut titre anchée aussi bien entre la bornelet l'écran correspondant 29, qu'entre le point neutre et l'écran c-orrespondant 29, comme le montrent respectivement les figures 8 et 9. Dans des transformateurs pourvus d'un point neutre mis à la terre en permanence, il est avantageux de reliér les écrans en question non au point neutre, mais directement à la terre. Il-eat en outre avantageux, avec des transfrszteurs pourvus d'un réglage à l'entrée, de relier les écrans, représentés jusqu'ici comme reliés au point neutre, à la borne haute tension 21. La figure 10 illustre le principe d'un enroulement fin 19 dont les fils, aboutissant, par exemple, à treize prises, sont disposés axialement, l'un au-dessus de l'autre. Un écran 29 disposé sur cet enroulement 19, ne produit pas seulement la capacité 27 désirée pour l'amortissement, mais conduit aussi à un accroissement additionnel de la capacité entre couches 24 non amortie. On peut facilement déduire de la fig. 10 qu'il peut se former ainsi, et notamment sous l'effet des capacités transversales représentées entre les fils individuels et l'cran 29, un courant égaliser capacitif direct, indiqué sur la figure par une ligne en traits interrompus tracée entre les fils 1 et 13.Chaque accroissement de la capacité entre couches 24 non amortie exige un accroissement correspondant de la capa- cite d'amortissement si l'on désire obtenir toujours le se anortissement. Cet accroissement indésirable des capacités entre couches non amorties 24 est conformément à l'invention évité en realisant l'écran 29 non plus à partir d'une feuille métallique, mais d'une armature conductrice à valeur ohmique élevée. Afii de réduire la conductibilité dans le sens axial, l'écran 29 peut etre aussi, con formément à l'invention, divisé en bandes s'étendant radialement sur la périphérie et isolées l'une de l'autre axialement. Les bandes 30 sont ensuite, soit reliées chacune individuellement par:-une résistance, soit réunies à l'une de leurs extrémités et connectées ensemble à une résistance d'amortissement commune.Dans ce dernier cas se forment cependant de nouveau, au moins aux extrémités reliées les unes aux autres des bandes 30, des capacités longitudinales indésirables co me celles de la figure 10. Si cependant la valeur de la résistance de l'armature conductrice est choisie suffisasent élevée, il se produit, déjà à l'intérieur des bandes 30, un amortissement qui exerce lui aussi une influence correspondante sur les capacités longitudinales additionnelles formées par l'écran. Pan atteindre un amortissement interne optimal des capacités par un choix adéquat de la résistance spécifique du matériau dont sont constitués les écrans, la valeur de la résistance de ce matériau doit entre chaque fois adaptée aux caractéristiques des divers enroulements. I1 n'est pas cependant possible de trouver du papier, ou d'autres matériaux analogues ayant la valeur de tésiFtanceù voulue. Pour pouvoir donc adapter cette valeur de résistance on peut, si celle-ci a une valeur ohmique trop élevée, mettre plusieurs armatures électriquement résistantes l'une au-dessus de l'autre, ou, lorsque la résistance ohmique est trop faible, accrottre sa valeur ohmique dans des limites très larges, en pratiquant, dans une résistance en feuille 31, des fentes étroites corme celles représentées sur la figure 12. Avec de telles fentes on peut également, par leur disposition et par leur forme, faire varier dans des limites très larges le rapport entre la résistance dans Le sens longitudinal et la résistante dans le sens transversal, ce qui est avantageux pour amortir des capacités longitudinales additionnelles engendrées par l'écran conformément à la figure 9. REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'amortissement des oscillations propres engendrées dans des enroulements de réglage de transformateurs, bobines d'induction et autres appareils à induction analogues, caractérisé en ce que des éléments d'amortissement constitués par des capacités et par des résistances produisant de la chaleur sous l'effet du courant, sont branchés en parallèle avec tout ou partie de l'en- roulement de réglage composé d'enroulement(s) de réglage grossier et/ou d'enroulement(s) de réglage fin. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les capacités des éléments d'amortissement sont formées par des écrans axiaux connus en eux mêmes, en matériau conducteur ou semi-conducteur, disposes, en une ou plusieurs unitér, l'un au-dessus de l'autre, à l'extérieur ou à l'intérieur de l'enroulement de réglage. 3 - Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la ré sistances produisant de la chaleur sous l'effet du courant et faisant partie des éléments d'amortissement, relient les écrans avec, soit le point neutre de l'en- roulement de réglage, soit le potentiel de terre, soit l'extrémité oscillant librement de l'enroulement de réglage. 4 - Dispositif selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les écrans sont constitués par une armature semi-conductrice disposée sur l'enroulement de réglage, la résistance ohmique de cette armature étant choisie telle, que les écrans eux-mtmes effectuent déjà l'amortissement des oscillations propres dans l'enroulement de réglage. 5 - Dispositif selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que les résistances produisant de la chaleur sous l'effet du courant sont constitués par des résistances dépendant de la tension. 6 - Dispositif selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'armature semi-conductrice est constituée par des bandes unitaires isolées l'une de l'autre, disposées au-dessus des couches de l'enroulement et en ce que, ces bandes sont, soit individuellement soit plusieurs ensemble, soit toutes ensemble, reliées électriquement à une résistance d'amortissement. 7 - Dispositif selon les revendications 1 à 4 et 6, caractérisé en ce que l'armature semi-conductrice est pourvue de fentes au moyen desquelles on fixe le rapport entre la résistance dans Ie sens longitudinal et la résistance dans le sens transversal.