Brevet FR2026887A1 — publié le 19700925

i 2026887 S* présente invention concerne des enroulements pour transformateurs, bobines d'inductance et antres appareils analogues soumis à des potentiels «mh tinus élevés, plus particulièrement pour des installations de transmission . d'énergie sous haute tension continue, avec extraction de la chaleur par cir-S culation d'huile. L'isolation des enroulements, sorties etc. & l'intérieur des transformateurs, bobines d'inductance, transformateurs de mesure etc, pour de hantas tensions alternatives est exécutée en général par le montage en série d'espaças libres d'huile, et de barrières isolantes en papier, carton imprégné* papier 10 durci etc. ▲ l'application d'une tension alternative celle-ci se répartit dans les couches isolantes proportionnellement aux constantes diélectriques et aux épaisseurs des couchas isolantes. Coae les coûtantes diélectriques de l'huile et des matériaux ntillsés pour les barrières isolMftM diffèrent dana le rapport d'environ 1/2, laa déformations du champ dues à cette différence des 15 constantes diélectriques se trouvent dans des limites modérées. Si, au contraire, un diélectrique constitué par la mise en série do divers matériaux est soumis à urne tension continue, celle-ci se répartit, lorsqu'elle est appliquée assez longtemps, suivant la résistance spécifique dos diverses eouches d'isolant. Ccw les résistances spécifiques des matériaux 1 considé-30 r*r, énumérés ci-dessus, peuvent différer très fortement les unes des antrea, les différences pouvant être de l'ordre de 1 à 100, il en résulte do très fortes variations des champs i l'intérieur des diverses couches isolantes. Si le diélectrique est formé, comme c'est l'usage dans la technique des tensions alternatives, par des canaux d'huile disposés en série, avec interpo-25 sition de barrières isolantes en papier, alors, sous la charge en tension conti nue, presque toute la tension est supportée par le papier, parce que la résistance d'isolement du papier est environ 100 fois plus élevée que la résistance de l'huile. 11 en résulte que l'on doit, dans ce cas, choisir pour toutes les barrières isolantes en papier, une épaisseur au moins assez grande pour qu'el-30 les puissent supporter toute la tension continue. Dana? un enroulement de transformateur, cette condition peut facilement fetre remplie pour l'isolation du canal de dispersion, mais pas pour l'isolation de champ latéral. Cooae l'huile d'un transformateur sert non seulement pour l'isolation, mais, surtout, pour le refroidissement des enroulements, les bar-36 ri&res isolantes aux extrémités de l'enroulement doivent fctre réalisées de manière i laisser entre elles des canaux de refroidissement continus, pour permettre l'entrée et la sortie de l'huile. A titre d'exemple, la Fig. 1 montre l'isolation de champ latéral d'un enroulement concentrique s'étendant en direction axiale, et la Fig.2, l'isole- / BAD 69 43996 2 2026887 aeat de champ latéral d'un enroulement en couches, d'«a transformateur triphasé d'un type de constrnction coanu de multiples fois. Daas les deux «as, éatre les extrémités d'enroulement at la terre on prévoit, le long des étea-dues désignées par 1, n libre canal d 'haile continu auquel on caille ea série, 5 cow matériau solide isolant, simpleiMtat l'isolation de conducteur 2 des api* res d'entrée. Si l'enroule—at se trouve alors sous un potentiel coatinu élevé, cette tension continue, dans la région des extrémités de l'enroulement, est appliqué* pour une part considérable, sur l'isolation de conducteur en papier. 10 Ctm, pour des raisons thermiques, on ne peut pas renforcer l'isolation de c caduc teur comme on le voudrait, la Maîtrise de cette contrainte due à la teasiaa continue pose un problème important dans de tels transformateurs. Pour les présentas coasidérations, on peut admettre l'isolation de champ latéral d'ua eurouleaeat ea couches sous la forae simplifiée que représente la 15 Fig. 3. Ici, les canaux d'huile 3 forme*: à partir des parties Métalliques 4 aises à la terre jusqu'à 1'isolation de conducteur 5 de l'earaulaaeat, us liaison continue de haute résistaace ohmique. Le canal d'huile 3 forae, 1 tir de l'eadroit où il aatra daas l'eareulemeat, une chalae conductrice aialjgjiji ayant des résistances longitudinales et transversales. Les résistances lamgitp* 20 diaales seat ici formées par des sections du canal d'huile, at les résista»-' , ces traasversales par les sections correspondantes de l'isolant de conducteur de sorte qu'on obtient la schéaa équivalent suivaat la Fig. 4. Sur la Fig.4, l'électrode 6 correspond à l'enroulement, les résistaaces 7 correspondent à 11 résistance transversale da l'isolatioa de conducteur, les résistaaces 8 aux r#r 25 sistances longitudinales des sectioas du canal d'huile, et la résistance 9 A la résistance longitudinale du canal d'huile calculée depuis l'extréaité de l'enroulesMnt jusqu'à la terre. Ladifférence de potentiel la plus élevée sur l'isolation de conducteur se situe directeaent à l'extréaité de 1'enroulement à l'emplacement marqué 10. 30 Four que les sollicitations dues à des tensions continues de l'isolation de conducteur restent daas les limites permises, les résistances transversales 7 doivent être autant que possible d'une valeur ohmique faible, et les résistances longitudiaales 8, et surtout la résistance longitudinale 9, doivent Ôtre autant que possible d'une valeur ohmique élevée. La résistance transver-35 sale 7 de l'isolation de conducteur peut 6tre diminuée en réduisant l'épaisseur de l'isolatioa-de conducteur. Mais là on rencontre toutefois des limites, parce que les enroulements-des installation# de transmission d'énergie sous haute tension continue ne sont pas seulement souais à une taasisa cash» tinue , mais aussi à une tension alternative et à des surtensions de courte BAD ORIGINAL 69 43996 3 2026887 durée, pour la maîtrise desquelles une épaisseur minimale de l'isolation da conducteur est nécessaire. La résistance longitudinale 9 peut ttre agrandie par diminution de la largeur et augmentation de la longueur du canal d'huile 3, Pratiquement, cependant, on trouve ici aussi des limites relativement 5 étroites, car ces deux mesures conduisent simultanément à une croissance de la résistance d'écoulement de l'huile qui sert au Refroidissement de l'enroulement, ainsi qu'à un encombrement supplémentaire. Une diminution de la fraction da tension continue qui s'applique sur 1'isolation da conducteur est obtaame, suivant l'invention, an prévoyant, dans las 10 régions latérales da l'enroulement où l'hu&le entre dans l'enroulement ou en •«Et, en pins des canaux d'huile destinés au refroidissement, des canaux d'huile supplémentaires da faible largeur entre les spires, et, dans la cas d'enroulements en couches, éventuellement aussi entra les spires et l'isolation des couchas. 15 Va exemple d'enroulement en couchas ast montré par la Fig.5, et un exemple d'enroulement concentrique s'étendait àxialement par la Fig* 6. Les canaux d'huile supplémentaires disposés entre las spires sont désignés par 11, at caax antre les spires at l'isolation daa couchea par 12. Si l'accroissement, ■ obtenu par cette disposition,de la surface de l'isolation de conducteur ast 2B encore trop faible, on peut encore l'accroître en remplaçant suivant la Fig.7, dans la région des extrémités d'onxmnMMaft^, chaque conducteur unitaire par deux ou plusieurs conducteurs branchés en parallèle-, et an prévoyant antre ceux-ci d'étroits canaux d'huile 13. Ces canaux d'huile supplémentaires11 et 13 suivant l'invention servant à' 25 amener le potentiel continu du canal d'huile 3 sur toute la surface de l'isolation de conducteur, et, de ce fait, à réduire la résistance transversale totale de la seule isolation de conducteur par rapport à la résistance spécifique de l'huile, par suite de l'agrandissement de la surface. Ces canaux d'huile peuvent, ainsi, ttre choisis considérablement plus petits que les canaux 30 servant à l'écoulement de l'huile coame agent de refroidissement tels que le canal de refroidissement 3 de la Fig. 5 disposé entre les diverses couches, ou les canaux 14 et 16 de la Fig. 6. Suivant la dimension des conducteurs, on peut, pour les canaux 11 et 13 se contenter d'une largeur inférieure à 3 nm environ. 5 Coame on peut le comprendre facilement, il suffit d'augmenter la surface des conducteurs se trouvant directement en contact avec l'huile, seulement dans les régions de champ latéral de l'enroulement dans lesquelles de grandes -étendues d'huile se trouvent en série avec des couches de matériau isolant solide très petites. Les spires qui se trouvent au milieu de l'enroulement peuvent BAD ORIGINAL 69 43996 4 2026887 comme auparavent ttre directement enroulées l'une sur l'autre de le manière usuelle. Avec la disposition suivent la Fig. 5, il apparaît, également, sur l'artte du premier conducteur, à l'endroit désigné par 10, la différence da potentiel maximale sur l'isolation de conducteur. Une autre réduction efficace de la 5 sollicitation maximale de l'isolation de conducteur est possible, si l'on amène l'huile du canal d'huile 3 suivant la Fig. 5 en contact direct avec la surface de l'isolation de conducteur, seulement à une distance déterminée à l'intérieur de l'enroulement. Cela peut, par exemple, ttre obtenu, suivant la Fig. 7, en recouvrant d'une barrière isolante la première partie de l'enrou-10 lement, comptée à partir de la fin de l'enroulement. Les sollicitations maximales de l'isolation de conducteur apparaissent alors au point 18. Hais, comme, cependant, au point 18 la résistance transversale peut se répartir aussi bien sur les spires situées au-dessus que sur celles situées au-dessoms de ce point, la chute de tension au point le plus sollicité est diminuée par rapport 15 à la disposition représentée par la Fig. 5. Le mfeme effet peut ttre obtenu, suivant la Fig. 6, par la cornière 19 en matière isolante rigide. BÂD ORlGfrô&L. 69 43996 5 2026887 Revendications 1.- Enroulement pour transformateurs, bobines d'inductance et appareils analogues qui sont soumis en fonctionnement à un potentiel continu élevé par-1 5 ticulièrement dans des installations de transmission d'énergie sous haute tension continue, et dans lesquels la chaleur est extraite par circulation d'huile, caractérisé en ce que l'on prévoit dans les régions latérales de 1'enroulement où l'huile entre dans l'enroulement ou en sort, en plus des canaux d'huile destinés au refroidissement, entre les spires, et, dans le cas 10 d'enroulements en couches, aussi éventuellement entre les spires et l'isolation des couches, des canaux d'huile supplémentaireade faible largeur. 2.- Enroulement suivant la revendication 1, caractérisé ên ce que, pour augmenter encore la surface extérieure des conducteurs dans la région du bord de l'enroulement, chaque spire unitaire de l'enroulement est formée par, au moins, deux conducteurs/en.rparafîèle entre lesquels on prévoit également des 15 canaux d'huile. 3.- Enroulement, suivant la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'huile entrait dans l'enroulement ou en sortant ne vient en contact direct avec l'isolation de conducteur qu'à une certaine distance de l'extrémité de l'enroulement, du fait que les premières spires sont recouver- 20 tes d'une barrière isolante supplémentaire vis-à-vis du canal de refroidissement.