Brevet FR2137956A1 — publié le 19721229

-1- 2137956 % Sa présente invention se rapporte d'une façon générale aux appareils électriques à induction, et concerne plus particulièrement des blindages électrostatiques pour transformateurs de puissance» 5 Les applications spéciales ides-transformateurs de puissan ce exigent que le couplage électrostatique entre les enroulements à îiaute et à basse tension soit maintenu, au minimum# L'un des moyens les plus efficaces de réaliser cette caractéristique consiste à placer un blindage conducteurj mis à la terre, entre 10 les deux enroulements. Ge blindage intercepté le champ électrique et découplé effectivement les enroulementso Divers agencements ont été utilisés pour constituer' un. -blindage entre enroulements» L'un de Ces 'agencements les plus courants utilise une couche de clinquant conducteur enroulée 1£ autour de l'enroulement à basse tension» L' isolement est placé à proximité de,.I1 extrémité du clinquant à. l'endroit de son recouvrement» On élimine ainsi la spire court-circuitée qui serait formée en cas de contact des deux extrémités du clinquant» Bien qu'il assure un blindage entre enroulements efficace, cet 20 agencement a des effets préjudiciables lorsqu'il est utilisé dans les transformateurs de forte puissance ayant des composantes de flux de fuite relativement fortes» Les courants de Foucault développés dans le clinquant par le flux de fuite produisent un chauffage excessif du blindage.» Il est donc désira-25 ble de réaliser un blindage entre enroulements efficace, ne produisant pas lia chauffage excessif en cas d'utilisation dans les transformateurs de forte puissance» En outre, le blindage entre enroulements doit pouvoir être aisément construit au moyen de matériaux économiques» 30 Le blindage entre enroulements de la présente invention est construit en un agencement intercalé de bandes isolantes et conductrices» Les bandes sont assemblées sur un élement isolant qui est ensuite placé autour de l'enroulement à basse tension. Un conducteur est soudé à chaque bande conductrice et peut 35 être fixé à ton point de potentiel terrestre» En divisant effectivement le blindage en une combinaison de blindages plus petits, la chaleur totale produite par le flux de fuite dans celui-ci est appréciablement réduite. En règle générale, la perte par centimètre carré de blindage est 72 17465 -2- 2137956 proportionnelle au carré de la.largeur de celui-ci. Par suite, un blindage constitué de 50 bandes conductrices de l'ordre de *2 ' 50 mm aurait une perte par cm de.1/2^00 de celle d'un blindage équivalent (en négligeant, le. chevauchement de la bande) con-5 sistant en un enveloppement de clinquant de l'ordre,de 2 500 mm. Le blindage entre enroulements de la présente invention se comporte de manière satisfaisante sur la totalité de.la gamme , des fréquences qui établissent les champs électrostatiques. D'autres avantages et usages de l'invention ressortiront 10 mieux de la description détaillée qui va suivre en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est.une vue en élévation d'un ensemble d'enroulements de phase d'un transformateur, certaines parties étant, interrompues et représentées en silhouette pour la clarté 15 du dessin ; - la figure 2 est une coupe transversale suivant la ligne II-II de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue partielle, en coupe, illustrant en détail le blindage entre enroulements représenté à la figu- 20 re 2 ; - la figure 4 est une vue en plan illustrant les positions relatives de s-bande s isolantes et conductrices du blindage ; - la figure 5 est une vue illustrant un procédé de construction du blindage ; 25 - la figure 6 est une vue illustrant une autre procédé de construction du blindage entre enroulements ; - la figure 7 est une vue schématique illustrant un agencement d'interconnexion électrique des bandes conductrices; et - la figure 8 est une vue schématique illustrant un autre 30 agencement d'interconnexion électrique des bandes conductrices du blindage entre enroulements. Au cours de toute la description, des caractères de référence similaires désignent les éléments identiques sur toutes les figures des dessins. 35. En référence maintenant aux dessins, et en particulier à la figure 1, celle-ci représenta un ensemble 12 d'enroulements de phase d'un transformateur de puissance. Le noyau magnétique feuilleté 10 est construit d'un certain nombre de tôles agen- 72 17465 -3- 2137956 eées en croix» "On enroulement 14 à basse tension est disposé c oncentriquement autour du noyau magnétique 10. Une matière iso^ lante 16 entoure l'enroulement 14 à basse tension, et peut consister en entretoises de presspahn, ou cylindres d'enroulement, 5 ou autres matières isolantes. Une matière isolante 18, disposée autour de l'enroulement 14 constitue une base sur laquelle le blindage 20 entre enroulements est construit. Une matière isolante 22 recouvre le blindage 20 et délimite une surface cylindrique autour de laquelle sont disposés un txj.be d'enroulement 10 24- et un enroulement 26 à haute tension. L'enroulement 26 à haute tension se compose d'un certain nombre de bobines 28 interconnectées, auxquelles sont fixés les conducteurs 30 et 32. Le blindage 20 entre enroulements est formé par un agencement intercalé de bandes conductrices 34 et de bandes isolantes 15 36. Le blindage 20 constitue une surface cylindrique conductrice entre les enroulements à haute et à basse tension, 26 et 14, respectivement . Lorsqu'il est mis à la terre, le blindage 20 constitue un écran électrostatique efficace entre les enroulements à haute et à basse tension. 20 La relation entre les enroulements est illustrée à la fi gure 2, laquelle est une coupe suivant la ligne II-II de la figure 1 » L'enroulement 26 à haute tension est bobiné autour 'du tube 24. Le blindage 20 entre enroulements est disposé entre les matières isolantes 18 et 22. Les bandes conductrices 34- se 25 chevauchent mutuellement sur la coupe transversale de l'enroulement afin d'assurer une protection suffisante entre les enroulements à haute et à basse tension. Des entretoises isolantes 42 sont disposées entre le blindage et: l'enroulement 14 à basse tension. Ces entretoises 42 ont pour but de constituer 30 des conduits pour l'agent de refroidissement par convection, et d'ajouter un support mécanique à l'ensemble 12 d'enroulements. Des entretoises isolantes 40 séparent l'enroulement 14 a basse tension et la matière isolante 38. Des entretoises isolantes circulaires et semi-circulaires 35 et 37» respectivement, fi-35 xent solidement l'ensemble 12 d'enroulements autour du noyau magnétique 10. Bien que le blindage 20 entre enroulements soit représenté situé à Tina position comprise entre les entre toise s .-isolantes 42 et l'enroulement à haute tension 26, il peut être situé 72 17465 -fi- 2137956 entre les entretoises 42 et l'enroulement 14- à basse tension. Il peut également être.avantageux de placer.des entretoises isolantes adjacentes aux deux côtés du blindage 20. Bien que le blindage 20 doive être placé entre les enroulements à haute et 5 à basse tension, 26 et 1#, respectivement, la distance réelle entre le blindage 20 et.le s enroulements, ainsi que la position des conduits de refroidissement dépendent du type et de la caractéristique du transformateur. Le blindage 20 entre enroulements isole effectivement les 10 enroulements à haute et à basse tension, 26 et 14-, respectivement, l'un de l'autre en ce qui concerne leur couplage capacitif. La somme des courants de Foucault créés par le flux magnétique dans les bandes conductrices 34- est appréciablement inférieure à celle obtenue en cas d'utilisation d'un blindage plein. 15 La figure 3 illustre les détails de construction du blin dage 20. L'isolant 18 constitue une base cylindrique sur laquelle sont disposées les bandes conductrices 34- et les bandes isolantes 36. L'isolant 22 recouvre les bandes et les maintient en place en cours de fabrication. Les bandes isolantes 36 empêchent 20 les bandes conductrices 34- de.toucher les bandes conductrices adjacentes. Grâce à cet agencement, chaque bande conductrice 34-fonctionne comme un blindage indépendant . Puisqu'un champ électrique dans le sens radial intersecte au moins une bande conductrice, et puisqu'il n'existe aucun espace libre autour du 25 blindage 20 entre enroulements, l'agencement à chevauchement des bandes conductrices 34- assure des caractéristiques suffisantes de protection, La figure 4- illustre la position relative des bandes isolantes et conductrices 36 et 34-, respectivement. Les bandes 30 conductrices 34- se chevauchent-d'une distance suffisante "a", par exemple de.4-,7 mm afin d'empêcher le champ électrique de passer entre deux bandes adjacentes. Les bandes isolantes 36 sont disposées à une distance ttbn, par exemple 15 mm, sur les bandes conductrices et s'étendent sur une distance "c", par 35 exemple 15 mm au-delà du bord des bandes conductrices. Les bandes isolantes 36 s'étendent au-delà du bord d'une bande conductrice supérieure d'une distance "d", par exemple de l'ordre de 9 mm afin d'empêcher le cheminement et l'effluve entre les 72 17465 -5- 2137956 bandes conductrices adjacentes» Les bandes isolantes s'étendent au-dessous des bandes conductrices d'une distance "f", par exemple de l'ordre de 3 mm, pour des raisons similaires. Afin d'éliminer la possibilité de fortes concentrations d'effort aux an-5 gles des bandes conductrices 34, ces angles sont coupés en dia-■ gonale pour en diminuer l'acuité. Les diagonales peuvent être coupées selon un'angle de 4-5°, à une distance weM, par exemple 6 mm, du bord de la bande conductrice. Les bandes conductrices 34 peuvent être construites en une 10 matière convenable bonne conductrice d'électricité, telle que le cuivré, l'aluminium, ou le maillechort, d'une épaisseur convenable, par exemple 0,038 mm. Les bandes isolantes 36 peuvent être construites en un isolant électrique convenable, tel que le presspahn, d'une épaisseur convenable, par exemple de 0,25mm, 15 La figure 5 illustre un procédé de construction du blinda ge 20 entre enroulements. L'isolant 18 consiste en un tube cylindrique de matière isolante telle que le micarta ou le presspahn, L'ioslant 18 est posé sur son extrémité e.t les bandes isolantes et conductrices 36 et 34 respectivement sont recourbées sur son 20 extrémité supérieure 19. Les bandes pendant de l'extrémité supérieure 19 peuvent être fixées mutuellement et à l'isolant 18 au moyen d'un adhésif ou résine convenable, La figure 5 représente seulement une partie des bandes constituant le blindage 20. Un blindage entre enroulements complet comprendrait des ban-25 des disposées autour de la totalité de la circonférence de l'isolant 18, Les bandes sont enveloppées d'une matière isolante 22 convenable, telle que le papier crêpe. Le blindage 20 peut aussi être enveloppé d'un ruban de résine semi-polymérisé, et polymérisé ensuite dans une étuve, 30 Un conducteur collecteur 44, en matière conductrice d'élec tricité, est connecté à chacune , des bandes conductrices 34- aux positions 46, La connexion peut être effectuée par soudure, brasure, soudure électrique ou autre procédé convenable. Le conducteur collecteur doit être interrompu au moins une fois au-35 "tour du blindage 20 afin d'empêcher la formation d'une spire court—circuitée dans l'ensemble 12 d'enroulements. Le blindage 20 achevé est glissé sur l'enroulement14 à basse tension, et fixé par des moyens convenables, tels que des 72 17465 -6- 2137956 entretoises et des plaques de pression. Un conducteur de terre peut être connecté au conducteur collecteur 44 pour compléter le circuit à la terre. Toutefois, la présente invention est applicable aux blindages entre enroulements qui ne sont pas connectés au potentiel terrestre, 5 Le blindage 20 peut être construit par application des ban des sur une surface isolante plane que l'on peut ensuite enrouler autour de l'enroulement 14 à basse tension, La figure 6 illustre les détails de ce procédé de construction. L'isolant 18 10 est constitué d'une matière isolante convenable, telle que le presspahn, d'une épaisseur suffisante, par exemple 1, 42 mm, pour assurer au blindage 20 un support mécanique suffisant. Les bandes isolantes et conductrices 36 et 34- respectivement, similaires à celles utilisées dans le procédé de construction cy-15 lindrique, sont appliquées sur l'isolant plat 18, Un ciment ou adhésif convenable est utilisé pour fixer les bandes isolantes 36 aux bandes conductrices 34 à la jonction 5°* "De- adhésif convenable est utilisé pour fixer les bandes isolantes 36 à l'isolant 18 à la jonction 48, L'adhésif ou le ciment n'est pas ap-20 pliqué à la jonction 52 située entre les bandes conductrices 34-et l'isolant 18, ce qui permet d'enrouler facilement l'ensemble autour de l'enroulement 14 à basse tension. L'isolant 22 est appliqué sur le blindage 20 entre enroulements avec application d'un adhésif entre l'isolant 22 et divers 25 points des bandes conductrices 34-« L'isolant 22 est constitué • - d'une matière convenable telle que le papier kraft ou le papier crêpe. En cas d'utilisation du papier crêpe, les lignes de plissement doivent être parallèles aux bords des bandes pour faciliter le cintrage du blindage 20. L'isolant 22 dépasse au-delà 30 des bandes et peut être replié.autour du haut et du bas de l'isolement 18, et cimenté sur le côté arrière de ce dernier • Le conducteur collecteur 44 est soudé aux bandes conductrices 34 et bouclé en remontant dîune distance suffisante, par exemple 3 œa, pour permettre le cintrage du blindage 20. Oe 35 blindage, avec ses isolants et ses conducteurs, est enroulé autour de l'enroulement 14 à basse tension afin d'isoler celui-ci de l'enroulement 26 à haute tension. La figure 7 illustre schématiquement un agencement destiné 72 17465 -7- 2137956 à la fixation d'un conducteur au "blindage 20 entre enroulements. Physiquement, le blindgge 20 a une forme cylindrique, par suite, les "extrémités* 54 et 56 du conducteur collecteur 44- sont électriquement réunies. -L'intervalle 58 empêche le conducteur 5 44 de former une spire court-circuitée dans l'ensemble d'enroulements. Une plaque ou protection 60 d'efforts peut être disposée à la partie supérieure du blindage 20 et connectée au conducteur 62 afin de réduire les concentrations d'efforts à proximité du haut du blindage 20. Le conducteur 62 peut être 10 connecté à un élément possédant les caractéristiques désirées de potentiel. Les bandes conductrices 34- peuvent, dans les applications de forte puissance, développer•des efforts excessifs à proximité de leurs extrémités inférieures. La figure 8 illustre sché-15 matiquement un agencement qui réduit les concentrations d'efforts à l'extrémité inférieure. Les points 54- et 56 sont physiquement et électriquement connectés mutuellement. L'intervalle 58 empêche la formation d'une spire court-circuitée, la plaque 60 d'efforts réduit les concentrations d'efforts, et le conduc-20 teur 62 est connecté au potentiel désiré. Des conducteurs collecteurs secondaires 64 sont soudés aux bandes conductrices 34 et connectés aux plaques 66 d'efforts. Le nombre de bandes conductrices 34 connectées à un unique conducteur collecteur secondaire 64 n'est pas critique, toutefois un nombre trop grand de 25 bandes pourrait produire des courants de circulation excessifs entre bandes. Par suite, le nombre de conducteurs collecteurs secondaires 64 et de plaques 66 d'efforts dépend du type et de la caractéristique de 1' appareil. En résumé, on vient de décrire un dispositif de blindage 30 efficace et des procédés de construction de celui-ci, blindage qui peut être placé entre les enroulements d'un transformateur de puissance. 72 17465 -8- 2137956 1 E V E 5 D I C A ï I 0 N S 1.- Blindage électrostatique pour transformateur de puissance, comprenant un certain nombre de bandes isolantes et conductrices pratiquement rectangulaires, bandes qui sont intercalées alternativement autour d'un enroulement du transformateur 5 de puissance afin de former un blindage cylindrique présentant une première et une seconde extrémité, le bord le plus long des bandes étant parallèle à l'axe de l'enroulement, les bords des bandes conductrices se chevauchant mutuellement et étant séparées par les bandes isolantes. 10 2.- Blindage selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est pourvu d'un conducteur collecteur électriquement connecté à chaque bande conductrice à proximité de la première extrémité du blindgge cylindrique. 3.- Blindage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé 15 par le fait que le blindage est destiné à.être placé entre les enroulements d'un, transformateur de puissance. 4.- Blindage selon la revendication 2 ou 3» caractérisé par le fait qu'il est pourvu d'un certain nombre de conducteurs collecteurs secondaires électriquement connecté chacun à un cer- 20 tain nombre de bandes conductrices à proximité de la seconde extrémité du blindage cylindrique. 5.- Transformateur de puissance comprenant un noyau magnétique -feuilleté, un premier et un second enroulements concentri-quement disposés et accouplés par induction avec le noyau ma- 25 gnétique feuilleté, un blindage cylindrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le blindage cylindrique est placé entre ces premier et second enroulements, l'axe de ce blindage coïncidant avec l'axe de ces premier et second enroulements. 30 6.- Procédé de construction d'un blindage électrostatique cylindrique pour transformateur de puissance selon 1'une quelconque des revendications 1 à 5> procédé qui consiste à disposer les bandes autour d'un.cylindre isolant creux, à envelopper les bandes d'une matière isolante, et à placer l'ensemble 35 cylindrique sur l'enroulement du transformateur. 7.- Procédé de construction d'un blindage électrostatique cylindrique pour transformateur de puissance, selon l'une 72 17465 -9- 2137956 quelconque des revendications 1 à 5» procédé qui consiste à disposer les bandes sur une saorface isolante pratiquement plane, à fixer aux bandes conductrices une matière isolante flexible, et à enrouler l'ensemble plat autour de l'enroulement du trans-formateur o