Brevet FR2137978A1 — publié le 19721229

On connaît déjà des transformateurs destinés à produire des hautes tensions, des transformateurs de tension pour mesures de hautes tensions et des transformateurs d'intensité pour mesurer des intensités à des potentiels haute ten-5 sion j et sur ces transformateurs, le problème de l'isolation est résolu par l'utilisation d'une cascade diélectrique, les caractéristiques typiques d'une cascade diélectrique sont constituées essentiellement d'un noyau, auquel on applique environ la moitié du potentiel haute tension, d'enroulements d'ex-10 citation et d'enroulements haute tension ou de parties d'enroulements haute tension disposés séparément les uns des autres dans le cas du transformateur, ou des enroulements primaire et secondaire dans le cas du transformateur de tension, les séparations des enroulements haute tension assurant la diminution de 15 la haute tension vers le noyau, ou son augmentation jusqu'à la moitié de- la tension totale, le couplage des enroulements basse tension et des enroulements ou des parties d'enroulement haute tension s'effectue au moyen d'enroulements coulissants. Pour les tensions extrêmement élevées et maximales, plusieurs unités 20 dont chacune peut se présenter sous la forme d'une cascade diélectrique, peuvent être superposées et couplées en conséquence à l'aide d'enroulements de couplage, ce qui comporte l'inconvénient de pertes d'énergie. De même, on connaît déjà des transformateurs 25 d'intensité à entrefers destinés à la transformation linéaire des courants à potentiel haute tension. l'invention concerne un transformateur destiné à produire ou à mesurer les hautes et très hautes tensions ou à mesurer les intensités à potentiel haute tension, ce trans-30 formateur étant monté en cascade et constitué d'un noyau de fer à enroulements basse tension, et d'enroulements ou de parties d'enroulement haute tensior couplés au moyen d'enroule- — ments coulissants et disposés séparément les uns des autres dans 1*espace. 35 l'invention indique une autre solution pour réaliser la subdivision des transformateurs pour hautes et très hautes tensions. Elle a pour but de réaliser un transformateur de manière qu'il puisse être utilisé pour les hautes tensions jusqu'aux tensions maximales, sans que les dimensions et le 40 poidlî nécessaires à cet effet en rendent le montage et le trans- COPY 72 17504 2 2137978 port plus difficiles,voire impossible, avec les moyens classiques de transport sur route ou par chemin de fer. Ce but est atteinte, conformément à l'invention, grâce au fait que le noyau de fer est divisé en deux parties 5 égales ou approximativement égales, et que ces deux parties de noyau de fer sont disposées,avec leurs enroulements associés, dans deux enveloppes séparables et superposables, de manière qu'en assemblant les deux enveloppes, les faces frontales des deux parties de noyau de fer se trouvent placées en face l'une 10 de l'autre,en formant une fente de séparation formant un entrefer dont la grandeur dépend de l'épaisseur du fond de l'enveloppe supérieure et de l'épaisseur du couvercle de l'enveloppe inférieure,dans la zone des parties de noyau de fer se faisant face. 15 Sur le transformateur selon l'invention, les parties actives, c'est-à-dire le noyau de fer et les enroulements, sont divisées en deux parties, ce qui pezmet de les loger dans deux unités dô transformateur différentes,dont chacune peut être construite, transportée et montée individuelle-20 ment. Les dimensions et le poids des pièces à loger dans une unité peuvent être considérablement diminuées,même pour les hautes tensions maximales. Suivant une autre caractéristique du transformateur selon l'invention, le fond et le couvercle peuvent présen-25 ter, aux endroits où les faces frontales des deux parties de noyau de fer se font face, des réductions de section correspondant à la section des parties de noyau de fer. Les entrefers formés par le fond et le couvercle, en matériau de préférence non magnétique ou non conducteur 30 électriquement^ont ainsi, en particulier sur les grandes unités de transformateur, des dimensions qui sont parfois souhaitables ou qui, du moins, ne sont pas gênantes. Il est également avantageux que les entrefers déterminés par la grandeur de la fente de séparation puissent être réglés partu dimensionnement 35 correspondant des réductions de section sur le fond et sur le couvercle. Cette possibilité de régler les entrefers est particulièrement avantageuse pour la construction des transformateurs d'intensité et en particulier des transformateur? d'in* teîiaité linéaires# Il est utile que chacun* des deux1 enveloppes 40 soit constitué^ dhme enveloppe isolante h fond «t à ooyrerol» 72 17504 3 2137978 métalliques, remplie d'un isolant liquicLe ou gazeux. On obtient ainsi, du fait de cette isolation, une indépendance totale des unités de transformateur. les deux enveloppes peuvent être assemblées, de façon simple et amovible, au moyen des parties 5 d'enveloppe (fond et couvercle) passant dans le plan de séparation des parties de noyau de fer. Sur un transformateur selon l'invention et monté en transformateur d'intensité, les deux branches ou parties de noyau peuvent présenter, en vue de l'utilisation en transformateur d'intensité linéarisé, d'autres 10 entrefers répartis de préférence uniformément le long de la circonférence des deux branches ou parties de, noyau. le transformateur d'intensité doit être utilisé en transformateur à plusieurs noyaux, chacune des deux enveloppes contient plusieurs parties de noyau de fer, les parties de noyau de fer 15 de l'une des enveloppes étant munies chacune d'un enroulement secondaire 3t de l'une des moitiés de l'enroulement coulissant, et les paicies de noyau de fer de l'autre enveloppe étant manies chacune de l'autre moitié de l'enroulement coulissant et d'un enroulement primaire commun. Enfin, le transformateur 20 selon l'invention peut aussi être utilisé comme élément d'un transformateur de tension ou d'intensité en cascade à plusieurs éléments, si la hauteur de la tension de service l'exige ou le rend utile. La disposition peut être telle que les éléments de cascade soient montés superposés ou juxtaposés pour former une 25 cascade. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description ci-après et des dessins ci-joints représentant des exemples non limitatifs de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels : 30 - la figure 1 est une coupe longitudinale d'un transformateur d'intensité monté en cascade à un étage conformément à l'invention ; - la figure 2 est une coupe longitudinale d'un transformateur de tensiôn monté en cascade à un étage conformé-35 ment à l'invention. Une enveloppe 2 renfermant une moitié de noyau de fer 1 est constituée d'une enveloppe isolante 3, d'un fond 4 et d'un couvercle 5. Une enveloppe 7 renfermant l'autre moitié de noyau de fer 6 se compose d'une enveloppe isolante 8, 40 d'un fond 9 et d'un capot terminal, non représenté sur le 17504 4 -.2137978 dessin, dans lequel sont logés de manière connue les connexions primaires et le dispositif commutateur, dans le cas où le transformateur doit être commutable du côté primaire. Le couvercle 5 de l'enveloppe 2 et le fond 9 de l'enveloppe supérieure 7 sont constitués de préférence en matériau non magnétique et, si possible, non conducteur électriquement, par exemple en aluminium, en laiton, en matière plastique, en céramique, en résine coulée ou autres. La section du couvercle 5 et du fond 9 est dimensionnée de manière que chactine de ces pièces supporte le poids des isolants liquides ou gazeux, de préférence de l'huile, contenus dans les enveloppes 2 et 7 et également, le cas échéant, le poids des parties actives du transformateur d'intensité. Aux endroits où les parties de noyau de fer 1, 6 se faisant face touchent respectivement le couvercle 5 et le fond 9 en formant une fente de séparation 10f les pièces 5, 9 présentent respectivement des réductions de section 11a, 11b, et 12a, 12b dimensionnées avantageusement de manière que les épaisseurs de paroi du couvercle 5 et du fond 9 qui y subsistent, forment deux entrefers 13a et 13b de grandeur prédéterminée. En dimensionnant en conséquence les réductions de section 11a, 11b et 12a et 12b on peut donc régler la grandeur des entrefers 13a, 13b à la valeur désirée. Les réductions de section 11a, 11t, et 12a, 12b peuvent être réalisées par des procédés connus en soi, par exemple par fraisage, par électro-érosion ou autres. Les enveloppes 2 et 7 sont assemblées de façon amovible par les parties d'enveloppe (couvercle 5 et fond 9) passant par la fente de séparation 10 des parties de noyau de fer 1, 6, lesquelles sont par exemple vissées ou fixées ensemble par des éléments de serrage. Sur la partie de noyau de fer supérieure 6 se trouve un enroulement primaire 14 dont l'isolation 15 n'est à dimensionner que pour tenir la moitié de la tension, si les deux parties de noyau de fer 1, 6 3ont au potentiel moyen comme c'est habituellement le cas dans le montage en cascade à un étage. Une traversée 16 reliée à la gaine isolante 15, et destinée à recevoir les coJaducteurs primaires 17a et 17b à potentiel haute tension peut avoir la forme d'une traversée commandée. Sur la partie de noyau de fer inférieure 1 se trouvent, dans une disposition et une forme correspondantes, 72 17504 5 2137978 Tin enroulement secondaire muni d'une gaine isolante 19, une traversée 20, et des conducteurs secondaires 21a et 21b. Immédiatement sur les parties de noyau de fer 1, 6 sont disposéé des enroulements coulissants 22 23 dont l'une des extrémités 5 est reliée respectivement au couvercle 5 et au fond 9, et dont les autres extrémités sont reliées directement entre elles par l'intermédiaire de traversées 24, 25 au moyen d'un conducteur flexible 26. Si le couvercle 5 et le fond 9 sont constitués d'un matériau isolant par exemple de plaques de résine 10 coulée renforcées de fibres de verre,il faut aussi relier entre elles les extrémités déjà citées des enroulements coulissants 22, 23, par l'intermédiaire de traversées. Si le transformateur d'intensité doit être utilisé en transformateur d'intensité dit linéarisé, transformateur 15 dont le comportement de transformation dans la zone de surintensité doit être linéaire jusqu'à plusieurs ordres de grandeur du courant primaire nominal, il est avantageux que les deux parties de noyau de fer 1, 6 présentent d'autres entrefers 27a, 27b, 27c et 28a, 28b, 28c répartis de préférence 20 uniformément le long de leur circonférence, les entrefers 13a, 13b, et 27a à 27c et 28a à 28c sont dimensionnés de manière que leur grandeur totale corresponde à la longueur totale nécessaire d'entrefers. Les parties de noyau 1 et 6 munies de leurs enroulements 18, 22 et 14, 23 peuvent être fixées, ou ancrées, par 25 des moyens connus en soi, dans la partie supérieure du transformateur ou sur une plaque de fond 4, afin de respecter exactement la grandeur des entrefers 13a, 13b. Mais elles peuvent aussi être fixées sur le fond 9 ou sur le couvercle 5. Dans les enveloppes 2f 7 peuvent aussi être logés 30 plusieurs noyaux, si le transformateur d'intensité doit se présenter sous la forme d'un transformateur à plusieurs noyaux. Les plaques de fond et de couvercle 5, 9 sont alors en nombre plus élevé par suite des réductions de section. En logeant plusieurs noyaux dans les enveloppes 2, 7, chaque noyau présente 35 son propre enroulement secondaire et son propre enroulement coulissant, tandis que l'enroulement primaire entoure en commun tous les noyaux. S^ un ou plusieurs de ces noyaux doivent servir de noyaux dits de mesure, les entrefers 27a à 27c et 28a à 28c de ces noyaux sont alors supprimés. Dans le cas de 40 noyaux de mesure sur lesquels des entrefers ne sont pas souhai 17504 6 2137978 tables, l'influence des entrefers 13a et 13b peut être compensée de manière connue par des condensateurs en parallèle, dimensionnés en conséquence et montés sur les bornes secondaires correspondantes. le transformateur d'intensité selon l'invention contient aussi, en particulier comme élément d'une cascade à plusieurs éléments, les différents éléments de la . cascade qui peuvent être montés superposés ou juxtaposés pour former une cascade. Si la section du couvercle 5 et du fond 9 n'est pas trop grande, les réductions de section peuvent être éventuellement supprimées complètement ou n'être ménagées que sur l'une des deux plaques 5, 9, de préférence sur le couvercle 5. Il est aussi possible de ménager la fente de séparation 10 du noyau 1, 6 hors de son centre. Il est vrai, cependant, qu'on obtiendrait ainsi une plus mauvaise utilisation de la fenêtre du noyau, ce qui conduirait à une plus grande hauteur de construction. Cet inconvénient pourrait toutefois être évité en utilisant des plaques de fond et de couvercle 5, 9 munies d'é-videments correspondants. L'évidement devrait être disposé de manière que les enroulements disposés sur la partie de noyau à branches courtes viennent se placer, en partie au moins, dans la zone de l'évidement. Sur la figure 2, est représenté tin transformateur de tension selon l'invention, comportant un noyau de fer en forme de cadre. La moitié inférieure du noyau de fer est désignée par 31 et l'enveloppe inférieure par 32 ; cette dernière est constituée d'une enveloppe isolante 33, d'un fond 34 et d'un couvercle 35. L'autre moitié, c'est-à-dire la moitié supérieure de noyau de fer est désignée par 36. Une enveloppe supérieure 37 est constituée d'une enveloppe 38 et d'un fond 39, ainsi que d'un capot terminal non représenté. Les réductions de section du couvercle et du fond qui se trouvent au niveau d'une fente de séparation 40, sont.désignées par 41a, 41b et 42a, 42b, et les entrefers ainsi formés par 43a et 43b. Sur la partie inférieure 31 du noyau de fer est disposée une moitié 44 de l'enroulement haute tension, laquelle se présente de préférence sous la forme d'un enroulement par couches. Sur la couche extérieure de la moitié 33 de l'enroulement haute tension est monté un enroulement secondaire 45» L'enroulement haute tension 44 et l'enroulement secondaire 45 72 17504 7 2137978 sont isolés en commun, au moyen d'une gaine isolante 46, par rapport à la moitié de noyau de fer 31 à laquelle est appliquée la moitié du potentiel haute tension. Dans un tube métallique 47 mis à la terre et entouré par une traversée 48, 5 passent des conducteurs de raccordement 49a et 49b de l'enroulement secondaire 45, et une extrémité 50, mise à la terre, de 1'enroulement haute tension 44 vers les bornes correspondantes. Sur la moitié de noyau de fer supérieure 36, est disposée une autre moitié 51 de l'enroulement haute tension 10 montée en série avec la moitié d'enroulement 44. Une isolation 52 et la traversée 53 d'un conducteur de raccordement haute tension 54 présentent la même forme que les pièces correspondantes placées sur la branche inférieure 31 du noyau. Directement sur les branches de noyau 31, 36 sont disposés des enrou-15 lements coulissants -55, 56 dont l'une des extrémités est reliée respectivement au fond 39 et au couvercle 35^ et dont les autres extrémités sont directement reliées ensemble par l'intermédiaire de traversées, comme on l'a décrit à l'aide de la figure 1. Les deux parties d'enroulement haute tension 44 et 51 20 sont montées en série par des conducteurs de raccordement 57, 58 associés aux parties de noyau de fer 31 et 36, et on leur applique le potentiel moyen. L'influence des entrefers 43a, 43b sur la précision de mesure est compensée par les capacités existantes ou, de manière connue, par l'adjonction de capacités 25 additionnelles. On peut ainsi assurer en même temps une répartition uniforme de la tension sur les deux enveloppes. Les explications fournies à propos de la figure 1 sont également valables, par analogie, en ce qui concerne la disposition et le dimensionnement des pièces de l'enveloppe 30 (fond 39 et couvercle 35) passant dans la fente de séparation 40 des parties de noyau de fer 30, 36. Ce qui a été dit plus haut s'applique aussi aux matériaux. De même, sur le transformateur de tension selon la figure 2, la fente de séparation 40 des parties de noyau 31, 36 peut aussi être placée hors de 35 leur centre. Bien que l'invention ait été essentiellement décrite sur l'exemple d'un transformateur d'intensité et d'un transformateur de tension, celle-ci ne se limite pas à ces formes de réalisation. Le transformateur de tension représen-40 té sur la figure 2 peut aussi se présenter sous la forme d'un 72 17504 8 2137978 transformateur d'essai. Dans ce cas, l'enroulement désigné par 45 est l'enroulement d'excitation. Il est également possible de former un transformateur combiné d'intensité et de tension en utilisant les caractéristiques de l'invention, le domaine d'ap-5 plication préféré des transformateurs selon l'invention est la gamme des tensions au-dessus de 380 KV. Pour les séries de tension 380, 500 et 750 KY, le transformateur peut être réalisé suivant la disposition de principe représentée sur les figures 1 et 2. Pour les tensions encore plus élevées, on peut utiliser une 10 cascade de "deux ou plusieurs éléments, sur laquelle chacun des éléments de cascade est formé selon l'invention. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres 15 formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. 72 17504 9 2137978 REVEKDICATIOHS 10) Transformateur en cascade, pour la production ou la mesure de hautes et très hautes tensions, ou pour la mesure d'intensités sous haute tension, constitué d'un noyau de 5 fer, mon! d'enroulements basse tension et d'enroulements, ou de parties d'enroulements, haute tension couplés au moyen d'enroulements coulissants et disposés séparément les uns des autres dans l'espace, transformateur caractérisé en ce que le noyau de fer est divisé en deux parties égales, ou approximativement égales 10 et en ce que les parties de noyau de fer sont disposées, avec leurs enroulements associés, dans deux enveloppes séparables et superposables, de manière qu'en assemblant les deux enveloppes, les faces frontales des deux parties de noyau de fer se trouvent placées en face l'une de l'autre, en formant une fente de sépara-15 tion jouant le rôle d'un entrefer, dont la grandeur dépend de l'épaisseur du fond de l'enveloppe supérieure et de l'épaisseur du couvercle de l'enveloppe inférieure, dans la zone des parties de noyau de fer se faisant face. 2°) Transformateur selon la revendication 1, 20 caractérisé en ce que le fond ou le couvercle présentent des réductions de section correspondant à la section des parties de noyau de fer aux endroits où les faces frontales des deux parties de noyau de fer se font face» 3°) Transformateur selon l'une quelconque des 25 revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les entrefers, déterminés par la grandeur de la fente de séparation, peuvent être réglés à la valeur désirée par un dimensionnement correspondant des réductions de section ménagées sur le fond ou sur le couvercle 4°) Transformateur selon l'une quelconque des 30 revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le fond et le couvercle formant la fente de séparation sont constitués en un matériau, non magnétique* 5°) Transformateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le fond et le oouver-35 cle formant la fente de séparation sont constitués en un matériau non conducteur électriquement. 6°) Transformateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chacune des deux enveloppes est constituée d'une enveloppe isolante à fond et 40 couvercle métalliques, et qu'elle est remplie d'un, isolant 72 17504 10 2137978 liquide ou gazeux. 7°) Transformateur monté en transformateur d'in-tensité selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les deux branches de noyau ou de parties 5 de noyau présentant, en vue de son utilisation en transformateur d'intensité linéarisé, d'autres entrefers répartis de préférence uniformément le long de la circonférence des deux branches de noyau ou de parties de noyau. 8°) Transformateur monté en transformateur d'in-10 tensité selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chacune des deux enveloppes renferme plusieurs parties de noyau de fer, les parties de noyau de fer de l'une des enveloppes étant munies chacune d'un enroulement secondaire et de l'une des moitiés de l'enroulement 15 coulissant, et les parties de noyau de fer de l'âutre enveloppe étant munies chacune de l'autre moitié de l'enroulement coulissant et d'un enroulement primaire commun. 9°) Utilisation d'un transformateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 comme élément d'un trans-20 formateur de tension ou d'un transformateur d'intensité en cascade à plusieurs éléments. 10°) Transformateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les éléments de la cascade sont montés superposés ou juxtaposés pour former une cascade. 25