Brevet FR2064330A1 — publié le 19710723

-!■ 2064330 Là présente invention se rapporte aux transformateurs de puissance et plus particulièrement à ceux de ces transformateurs utilisant un diélectrique liquide incombustible pour le refroidissement et l'isolement de l'ensemble noyau-bobines, 5 Dans l'appareil de la technique antérieure utilisant un liquide diélectrique incombustible, le transformateur comporte une grande enceinte extérieure de métal pour enclore l'ensemble de noyau et bobines. Une enceinte métallique extérieure assez grande est nécessaire pour assurer la distance de décharge ou 10 d'isolement électrique requise entre l'ensemble noyau-bobines et l'enceinte. Dans l'appareil de la technique antérieure, la totalité de l'enceinte est habituellement remplie jusqu'à une hauteur déterminée, ordinairement la hauteur voulue pour recouvrir l'ensemble noyau-bobines, d'un liquide diélectrique incombustible. 15 Cette pratique rend l'appareil très coûteux, car une grande quantité de diélectrique liquide incombustible est requise pour remplir la grande enceinte extérieure, et ce diélectrique est onéreux car son prix est de l'ordre de 7 à 8 fois supérieur à ' celui d'une huile diélectrique minérale de bonne qualité. Cette 20 grande quantité de diélectrique liquide incombustible rend également le transformateur très lourd, car sa densité est de l'ordre de 1,4 kg/dm . La présente invention supprime les inconvénients de la technique antérieure, en réalisant un transformateur de puissance d'une caractéristique nominale équivalente à celle de 25 l'appareil de la technique antérieure, utilisant moins de diélectrique liquide incombustible pour refroidissement et l'isolement de son ensemble noyau-bobines, ce qui permet de constituer un transformateur beaucoup moins cher et moins lourd que l'appareil de la technique antérieure. 30 La présente invention offre un transformateur de puis sance utilisant un diélectrique liquide incombustible pour l'isolement et le refroidissement de son ensemble noyau-bobines. L'invention pourvoit le transformateur d'une grande cuve extérieure de métal et d'une plus petite cuve en isolant électrique 35 entourant l'ensemble noyau-bobines. La plus petite cuve isolante entourant l'ensemble noyau-bobines est placée à l'intérieur de la grande cuve métallique extérieure, et l'espace compris entre 70 37126 -2— 2064330 la grande cuve extérieure et la cuve isolante intérieure est rempli de mousse de résine® Cette résine peut avoir une densité de.16 à 128 grammes au décimètre-cube. Elle peut être cellulaire» ou elle peut être assez dense® 5 L$ cuve intérieure s * adapte assez proche autour de l'ensemble noyau-bobines. Elle est remplie d'un diélectrique liquide incombustible jusqu'à une hauteur déterminée, habituellement jusqu'à couvrir l'ensemble noyau-bobines. La cuve intérieure est étanche de sorte que le diélectrique liquide incombus-10 tible ne peut s'en échapper et s8infiltrer dans la mousse de résine remplissant l'espace compris entre les cuves extérieure et intérieure. Des manchons passent à travers les cuves extérieure et intérieure avec des joints étanches pour assurer les connexions électriques nécessaires avec les bobines. Des raccords 15 traversant la cuve extérieure, sont raccordés à la cuve intérieur© au moyen de joints étanches pour assurer la circulation et le refroidissement du diélectrique liquide incombustible. Selon cette construction, le diélectrique est disposé seulement dans la cuve ihtérieure au lieu de remplir la cuve extérieure ainsi que 20 dans la technique antérieure, de sorte qu'il n'est requis qu'une quantité de diélectrique liquide incombustible beaucoup moindre que dans les appareils antérieurs. Un type de diélectrique liquide incombustible utilisé dans la présente invention est vendu sous le nom de Marque Déposée 25 de "ASKAREL*« "ASKAREL" étant le nom générique d'un isolant liquide incombustible (ignifuge) vendu par la Monsanto Chemical Company. Cet isolant est revendu par d'autres firmes sous les noms de Marque Déposée de "INERTEEN" et "FYRANOL". Quel que soit le nom de marque, "ASKAREL" renferme du chlorobiphényle. Il 30 peut aussi contenir du trichlorobenzène, du tétrachlorobenzène, du tétraphényle d'étain, de l'oxyde de phénoxy-propène, et du diepoxyde. Ce composé inerte est chimiquement stable, ignifuge, stable à la chaleur, non-corrosif, et possède une forte rigidité diélectrique aux conditions de fonctionnement que l'on rencontre 35 dans les transformateurs. Cette matière à une densité d'environ 1,4 kg/dm^. En plus de 1'ASKAREL, d'autres matières, telles que les fluorocarbures et les fluorosilicones, peuvent être utilisées 70 37126 -3 2064330 comme diélectrique .liquide dans la présente invention. Par le terme "isolement solide" utilisé ici, il faut entendre tout isolement non coulant, telle que la matière cellulosique ou mousse de résine. On remarquera également que l'iso-5 lement solide utilisé est poréux ou cellulaire. L'isolement solide utilisé dans l'illustration particulière aux dessins est un produit mousse et a une densité comprise entre 20 et 128 grammes au décimètre cube. La résine utilisée pour la formation de l'isolement mousse entre les cuves extérieure et intérieure 10 peut être une résine moussante telles que le polyuréthane, ou toutes autres résines moussante telles que les résines phénoli-ques, d'époxydes, silicones, polystyrène, etc. Le procédé décrit en détail dans le brevet Etats-Unis 3 072 582 peut être appliqué pour la formation du produit mousse dans l'espace compris entre 15 les cuves extérieure et intérieure. La présenté invention réalise un transformateur de puissance perfectionné utilisant un diélectrique liquide incombustible d'isolement, en utilisant une grande cuve extérieure, ' laquelle assure la distance de décharge et d'isolement électrique 20 nécessaire entre l'ensemble noyau-bobines et'la cuve extérieure, et en enfermant l'ensemble noyau-bobines dans une cuve isolante plus petite, laquelle est placée à l'intérieur de la cuve extérieure. L'espace compris entre la grande cuve métallique extérieure et la plus petite cuve isolante intérieure est rempli d'un 25 produit mousse de faible poids, ayant une densité comprise entre 16 et 128 grammes au décimètre cube. Cette matière occupe une grande proportion de l'espace interne de la grande cuve extérieure et réduit le poids total du transformateur appréciablement puisqu'elle remplace un grand volume du diélectrique liquide in-30 combustible qui pèse de l'ordre de 1,4 kg/dm v Cet isolement solide est de structure cellulaire qui contribue à l'affaiblissement du bruit transmis de l'ensemble de noyau-bobines à la cuve extérieure. Le prix du dispositif isolant est appréciablement réduit puisque le volume compris entre les cuves extérieure et 35 intérieure qui devrait être normalement rempli de diélectrique liquide incombustible dans les appareils de la technique antérieure, est maintenant rempli d'unô résine mousse peu onéreuse au 70 37126 -4- 2064330 lieu du diélectrique coûteux. La cuve extérieure de la présente invention est construite en tôle d'acier, et la cuve isolante intérieure est constituée d'une matière plastique de grande résistance, telle qu'un 5 film de polyoléfine, ou polyamide-imide, ou quelque autre matière plastique de bonne qualité, qui n'est pas affectée par le diélectrique liquide incombustible. La matière plastique constituant la cuve intérieure a une épaisseut de l'ordre de 0,635 à 0,762 mm, et tous les joints de la cuve intérieure sont étanches pour que 10 l'étanchéité ainsi assurée empêche la fuite du diélectrique de la cuve intérieure dans la cuve extérieure et l'imprégnation de la mousse de résine remplissant l'espace compris entre les cuves extérieure et intérieure. La Figure 1 est une vue en perspective, avec certaines 15 parties interrompues aux fins de 1'illustration, d'un transformateur construit selon la présente invention ; La Figure 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la Figure 1; et La Figure 3 est une coupe suivant la' ligne III-III de 20 la Figure 1. La Figure 1 est une perspective, avec certaines partit® interrompues, d'un transformateur construit selon les principes de la présente invention. Le transformateur de la Figure 1 comprend une cuve métallique extérieure 10 dans laquelle se trouve 25 un ensemble noyau-bobines. Cet ensemble comprend un noyau métallique feuilleté 12 auquel sont associées trois bobines 14. Chacune des bobines 14 comprend un enroulement à haute tension et un enroulement à basse tension concentriques1, L'ensemble noyau-bobines est enclos dans une cuve intérieure 16 en isolant élec-30 trique. La cuve isolante 16 est constituée d'un isolant électrique d'une épaisseur de l'ordre de 0,635 à 0,762 mm. Cette cuve 16 peut être en film de polyoléfine ou de polyamide-imide, ou toute autre matière convenable qui n'est pas affectée par le diélectrique liquide incombustible, qu'elle contient. 35 La cuve 16 est construite en deux parties. Elle compor te une partie inférieure 18 destinée à recevoir l'ensemble noyau-bobines, et une partie supérieure 20 qui est posée après la mise BAD ORIGINAL 70 37126 -5- 2064330 en place de l'ensemble constitué du noyau 12 et des bobines 14 dans la partie inférieure 18. La partie supérieure 20 est alors posée, et les deux parties 18 et 20 sont soudées ensemble en 22 pour assurer l'étanchéité tout autour de la cuve 16. La cuve 16, 5 renfermant le noyau 12 et les bobines 14, est ensuite placée à l'intérieur de la cuve métallique extérieure 10. L'ensemble formé par la cuve 16, le noyau 12 et les bobines 14, est supporté par le fond de la cuve 10, sur une cale de support 24. Des manchons 26 sont introduits par le dessus 28 de la cuve 10, et 10 soudés sur le dessus de la cuve isolante intérieure 16. Bien que l'on ait représenté aux dessins qu'un seul manchon 26, il est évident que l'on peut installer tout nombre de manchons à haute et basse tension nécessaire pour effectuer les connexions électriques requises aux enroulements à haute et à basse tension des 15 ensembles 14 de bobines. Des raccords étanches 28 et 30 sont également fixés sur la cuve isolante intérieure 16 pour raccordement à un dispositif de circulation du diélectrique liquide incombustible dans un échangeur de chaleur 40 pour son refroidissement. 20 Après montage des manchons 26 et installation des rac cords 28 et 30, sur la cuve intérieure 16 enfermant le noyau 12 et les bobines 14, une légère pression est appliquée à l'intérieur de cette dernière. Cette pression peut être appliquée au moyen d'une soupape 31 montée dans la tuyauterie raccordée à la 25 cuve isolante en 28 et 30 La formation de mousse d'isolement solide s'effectue 30 en versant les agents moussants dans la cuve 10 par un trou d'accès indiqué en 34* Ces produits moussants sont versés dans la cuve extérieure 10 par le trou d'accès 34. Cette opération de formation de mousse remplit l'espace compris entre les cuves 10 et 16 d'isolement mousse. Cet isolement mousse est indiqué 35 aux dessins par la référence 36. Bien que cettè mousse 36 ait été représentée, pour la clarté du dessin, s5étendant seulement partiellement en remontant dans ïa cuve 10, on remarquera qu'elle — BAD ORIGINAL 70 37126 2064330 remplit complètement l'espace- onts® la cuve extérieure 10 et la cuve isolante intérieur® 16® Cette disposition est clairement représentée aux Figures 2 et 3<>. Après formation de la mousse ci8isolement 36 entre les 5 cuves 10 et 16, la pression positive de la cuve intérieur® 16 est détendue. Cette cuve 16 est alors pratiquement remplie de diélectrique liquide incombustible tel que 1®ASKAREL,, ainsi qu'indiqué en 38. Â la Figure 1„ 1*ASKAREL 38 n'est pas représenté remplissant complètement la cuve intérieure 16, mais a 10 été interrompu à peu de distance du dessus de cette cuve afin d'illustrer plus clairement la totalité des parties à la Figure 1. Ainsi que le montre les Figures 2 et 3, 1'ASKAREL 33 remplit pratiquement la totalité de l'espace dans la cuve isolante intérieure 16. 15 Un appareil d'échange de chaleur 40 est raccordé aux raccords 28 et 30 de la cuve- intérieure 16 et une pompe 42 fait circuler le diélectrique dans lséchangeas 40 pour en extraire la chaleur. L'échangeur de chaleur 40 peut être refroidi par circulation d'un agent de refroidissement tel que l'eau froide® ou 20 analogue, dans l'échangeur au moyen d8une admission 44 et dsune sortie 46 ainsi qu'illustré aux Figures 1 et 2!« Selon les dessins et la description, la présents inven«=» tion a réalisé un transformateur de puissance utilisant un diélectrique liquide incombustible pour le refroidissement de l'en-25 semble noyau^bobines, pourvu de moyens assurant l'isolement électrique adéquat entre l'ensemble noyau-bobines et la cuve extérieure afin d'empêcher la décharge entre ces éléments| ainsi que pour assurer un refroidissement et un isolement suffisants û@ l'ensemble noyau-bobines en utilisant une quantité minimale d8i-30 salement liquide incombustible. Cette construction réduit le poids total d'un transformateur pratiquement de même caractéristique nominale qu'un appareil de la technique antérieure, et diminue également le prix de revient du transformateur puisqu3eile permet l'utilisation d'une quantité minimale de diélectrique 35 liquide incombustible pour assurer un refroidissement suffisant de 1®ensemble noyau-bobines® ~~ \ BAD ORIGINAL 70 37126 -7- 2064330 REVENDICATIONS 1. Transformateur comprenant une cuve extérieure espacée de manière à enclore une cuve intérieure qui abrite un ensemble noyau-bobines, un isolement solide remplissant prati- 5 quement l'espace compris entre les cuves extérieure et intérieure et un isolement liquide contenu dans la cuve intérieure environne 1*ensemble noyau-bobines. 2. Transformateur selon revendication 1, caractérisé par le fait que la cuve extérieure est en métal et la cuve inté- 10 rieure en matériau isolant électrique. 3. Transformateur selon revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la cuve inté±ieure est en matière plastique 4. Transformateur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'espace compris entre les cuves 15 extérieure et intérieure est pratiquement rempli d'un isolement solide cellulaire. 5. Transformateur selon l'une des revendications 1 à . 3, caractérisé par le fait que l'espace compris entre les cuves extérieure et intérieure est pratiquement rempli de mousse de 20 résine. . 6. Transformateur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la cuve intérieure renferme une quantité déterminée de diélectrique liquide contenant un fluoro-carbure, ou un fluorosilicone, ou du chlorobiphényle. 25 7. Transformateur selon l'une des revendications 1 à 6, comprenant des manchons qui passent à travers les cuves extérieure et intérieure pour la connexion de conducteurs électriques aux bobines de l'ensemble noyau-bobines. 8. Transformateur selon l'une des précédentes reven-30 dications comprenant des moyens pour refroidir le diélectrique liquide contenu dans la cuve intérieure. 9. Transformateur selon revendication 8, caractérisé par le fait que les moyens de refroidissement du diélectrique liquide comprennent un raccord de sortie et un raccord d'admis- 35 sion montés sur la cuve intérieure, une conduite raccordée à ces raccords de sortie et d'admission, des moyens montés sur la conduite pour forcer la circulation du diélectrique liquide, et un échangeur de chaleur associé à cette conduite pour éliminer la chaleur du diélectrique liquide.