Brevet FR2026886A1 — publié le 19700925

i 2026886 La présente invention concerne des enroulements pour transformateurs, bobines d'inductance et -/autres appareils analogues soumis à des potentiels continus élevés, plus particulièrement pour des installations de transmission d'énergie sous haute tension continue, avec extraction de là chaleur par cir-5 culation d'huile. L'isolation des enroulements, sorties etc. à l'intérieur des transformateurs, bobines d'inductance, transformateurs de mesure etc, pour de hautes tensions Alternatives est exécutée en général par le montage en série d'espaces libres d'huile, et de- barrières isolantes en papiér, carton imprégné, pa-10 pier durci etc. A l'application d'une tension alternative celle-ci se répartit dans les couches isolantes proportionnellement aux constantes diélectriques et aux épaisseurs des couches isolantes. Comme les constantes diélectriques de l'huile et des matériaux utilisés pour les barrières isolantes diffèrent dans le rapport d'environ 1/2, les déformations du champ dues & cette différence 15 des constantes diélectriques se trouvent dans des limites modérées. Si, au contraire, un diélectrique constitué par la mise en sérié de divers matériaux est soumis à une tension continue, celle-ci se répartit, lorsqu'elle est appliquée assez longtemps, suivant la résistance spécifique des diverses couches d'isolant. Comme les résistances spécifiques des matériaux à considé-20 rer, énumérés ci-destua, peuvent différer très fortement les unes des autres,^ les différences pouvant être de l'ordre de 1 à 100, il en résulte de très fortes variations des champs à 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 continue, 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. Il 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'elles 30 puissent supporter toute la tension continue. Dans un enroulement de transformateur, cette condition peut facilement être remplie pour l'isolation du canal de dispersion, mais pas pour l'isolation de champ latéral. Comme l'huile d'un transformateur sertnon seulement pour l'isolation, mais, surtout^ pour le refroidissement des enroulements, les barrières 35 isolantes aux extrémités de l'enroulement doivent être réalisées de manière à 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- 69 43995 2 2026886 jÉikt de champ latéral d'un enroulement en couches, d'un transformateur triphasé d'un type de construction connu de multiples fois. Dans les deux cas, entre les extrémités d'enroulement et la terre on prévoit, le long des étendues désignées par 1, un libre canal d'huile continu auquel on couple en sé-5 rie, comme matériau solide isolant, simplement l'isolation d« conducteur 2 des spires d'entrée. Si l'enroulement se trouve alors sous un potentiel continu élevét cette tension continue, dans la région des extrémités de l'enroulement, est appliquée pour une part considérable, sur l'isolation de conducteur en papier. 10 Coa*e, pour des raisons thermiques, on ne peut pas renforcer l'isolation de conducteur comme on le voudrait, la maîtrise de cette contrainte due à la tension continue pose un problème important dans de tels transformateurs. Un remède pour un enroulement de transformateurs, bobines d'inductance etc, et appareils analogues qui se trouvent en fonctionnement sous un potentiel 15 continu élevé, en particulier dans les installations de transmission d'énergie sous haute tension continue et dans lesquelles la chaleur est enlevée par une circulation d'huile, consiste, suivant l'invention, à placer dans les régions où l'huile entre dans l'enroulement ou en sort, une ou plusieurs électrodes dénudées, mises.au potentiel de l'extrémité d'enroulement correspondante. 20 Gr&ce à ces électrodes, l'huile entrant dans l'enroulement se trouve dé jà portée au potentiel de l'enroulement, de sorte que disparaît la différence de potentiel continue qui autrement s'appliquerait à l'isolation de conducteur relativement faible. Les Fig. 3 et 6 montrent des exemples pratiques d'application de l'idée 25 inventive. L'enroulement à haute tension est désigné par 3. Il est muni à ses extrémités d'anneaux-écrans 4. L'électrode de commande, partiellement dénudée, pour la distribution du potentiel continu dans l'huile est désigné par 5. Elle est disposée, pour les phénomènes à courant alternatif^ dans l'ombre du champ, entre l'enroulement et l'anneau-écran. 30 Sur la Fig. 4, en dehors de l'enroulement 3 qui se trouve au potentiel continu, il est prévu un écran capacitif 5 qui sert avant tout à distribuer le potentiel dans le cas de phénomènes transitoires. Cet écran possède sur le cOté intérieur, c'est-à-dire entre l'enroulement et l'écran, une zone non isolée s'étendant sur tout le pourtour, devant laquelle l'huile entrant ou sortant 35 passe et se charge au potentiel continu de l'écran. Les exemples suivant les Fig. 3 et 4 conviennent surtout pour des enroulements concentriques s'étendant axialement. Les Fig. 5 et 6 montrent d'autres exemples pour des enroulements en couches. Dans tous les exemples représentés, l'électrode dénudée est arrangée de manière 69 43995 3 2026886 à se trouver amplement dans l'ombre du champ lors de courtes surtensions pendant lesquelles il apparaît une répartition capacitive du champ dans le diélectrique. Avec les enroulements en couches, enroulés de manière continue, il peut-5 Être rationnel de placer suivant la Fig. 7 les électrodes de commande nues entre les extrémités de couches réunies l'une à l'autre. En particulier, avec les enroulements en couches, on peut avantageusement utiliser comme électrode de commande un papier conducteur d'une très haute résistance ohmique, ou l'analogue, dont on choisit la résistance spécifique 10 de manière que ce papier agisse comme non-conducteur sous des fréquences de 50 HZ ou plus élevées, et, par suite, n'agisse que sur la répartition du potentiel continu. Lorsque une couche conductrice du genre de celle 6 de la Fig. 8 est pro-15 longée suffisamment loin dans le sens axial, alors, par suite de la grande surface entre couche conductrice et enroulement, la résistance d'isolation entre eux s'abaisse finalement à un point tel qu'avec une tension continue, la différence de potentiel appliquée à l'isolation 7 est relativement faible, même si l'on ne réunit pas du tout la couche conductrice à l'enroulement. L'a-20 vantage de cette solution réside en ce que le papier conducteur est simplement "court-circuité" lors d'une tension continue appliquée en permanence, tandis que, surtout lors de courtes tensions de choc, il contribue coamt auparavant à augmenter la rigidité diélectrique. Si la résistance spécifique du papier conducteur disponible ou analogue est trop faible, il est cependant 25 possible d'accéder aux conditions établies, en exécutant sur le papier des fentes étroites s'étendant dans la direction de la circonférence, ce qui augmente la résistance dans la direction axiale. 69 43995 4 2026886 Revendications 1.- Enroulement pour transformateurs, bobinages d'inductance et appareils analogues, qui, en fonctionnement; sont soumis à un potentiel continu élevé, 5 plus particulièrement dans les installations de transmission d'énergie sous haute-tension continue, et dans lesquels la chaleur est enlevée par une circulation d'huile, caractérisé en ce que, dans les régions où l'huile entre dans l'enroulement ou en sort, on place, une ou plusieurs électrodes dénudées, mises au potentiel de l'extrémité d'enroulement correspondante. 10 2.- Enroulement, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les électrodes dénudées sont disposées de manière à se trouveç lors de phénomènes transitoires, dans l'ombre du champ . 3.- Enroulement suivant la revendication 1 on la revendication 2, caractérisé en ce que les électrodes de commande dénudées sont exécutées en papier 15 è haute résistance obmique ou analogue, qui est placé dans les canaux de refroidissement à l'intérieur de l'enroulement, et se trouve au potentiel continu de l'enroulement seulement par la résistance d'isolation* de la couche isolante située entre la couche conductrice et l'enroulement, la chute de tension continue sur ce papier conducteur étant déterminéepar un dimensioom» 20 ment correspondant de la surface du papier. 4.- Enroulement suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la résistance en direction axiale, de la couche conductrice à haute résistance ohmique est réglée par des fentes étroites s'étendant dans la direction clr-conférentielle. BAD origan-