Brevet FR2209190A1 — publié le 19740628

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de refroidissement dans les transformateurs dont les enroulements sont en bande de métal et notamment un dispositif permettant l'évacuation de la chaleur dégagée par les enroulements du transformateur au moyen de l'air ou de lthuile circulant dans les canaux de refroidissement. I1 est connu de réaliser des canaux de refroidissement placés entre les enroulements d'un transformateur. Ces canaux de refroidissement permettent de réduire les échauffements ou d'augmenter les densités de courant, ce qui se traduit par une diminution du prix des transformateurs. Deux techniques différentes sont utilisées pour le refroidissement. Selon qutil s'agit de l'air comme véhicule de réfrigération on a des transformateurs de type sec ou de lthuile, on a des transformateurs immergés. Les premiers peuvent atteindre des échauffements plus importants que les seconds, par exemple, 1500C contre 650C. Dans les transformateurs de type sec les canaux de refroidissement sont obtenus au moyen de cales coaxiales parallélipipédiques constituées en matiere isolante plastique ou en résine.Ces cales permettent d'obtenir un écartement a un certain endroit entre les groupes de couches superposées constituant les enroulements en bandes de façon à créer un espace dans lequel l'air peut circuler et évacuer la chaleur dissipée par les enroulements. Les cales utilisées en textile de verre imprégné sont chères et de mise en oeuvre assez longue puisqu'on les place une par une sur un support avant l'enroulement. D'autre part, la largeur de ces cales et leur nombre sont relativement élevés pour réduire l'effet de corde, c'est-à-dire un enroulement selon des portions de lignes droites et non sensiblement selon un cercle comme il faudrait que ce soit. L'évacuation des calories dans le canal est de ce fait limitée ainsi que le rapport section utile sur section totale. L'efficacité des canaux ainsi réalisés est donc notablement diminuée. Dans les transformateurs immergés les canaux de refroidissement peuvent être également réalisés avec des cales mais elles sont exécutées étant donné les températures plus basses en carton ou en bois, matériaux peu coûteux. Une amélioration du procédé consiste à disposer en guise de cales un carton isolateur plissé ou ondulé dont la grande face est en regard de la feuille constituant l'enroulement. Les sommets des ondulations du carton s'appuient sur les feuilles de deux enroulements consécutifs, les ondulations ménageant des invervalles dans lesquels l'huile peut circuler et enlever la chaleur par convection. Les inconvénients d'utiliser un matériau isolant non rigide sont de deux sortes d'une part la tenue mécanique du carton est médiocre d'autre part la transmission thermique est pratiquement tres faible. Le dispositif selon la présente invention a pour but de remédier aux divers inconvénients énumérés tant dans la technique des transformateurs secs que des transformateurs immergés. I1 permet en effet dans le cas des transforma teurs secs d'utiliser pour le refroidissement un matériau bon marché, donnant une section libre de canaux importante, dans le cas des transformateurs immergés de posséder une meilleure tenue mécanique et dans les deux systèmes de permettre une transmission thermique par conduction. La présente invention a pour objet un dispositif de refroidissement dans les transformateurs à enroulements en feuilles de métal isolées de part et d'autre par des entre-couches, dispositif comportant des canaux de refroidissement disposés axialement et dans les enroulements du transformateur, lesdits canaux permettant- le passage d'un fluide évacuant la chaleur desdits enroulements lorsqu'ils sont parcourus par un courant électrique, caractérisé par le fait que lesdits canaux de refroidissement sont obtenus grâce à une bande de tôle ondulée disposée à l'intérieur des entre-couches isolantes et entrant en contact par le sommet des ondulations de ladite tôle ondulée avec au moins ladite feuille de métal. Selon une particularité de l'invention ladite bande de tôle ondulée est disposée entre ladite feuille de métal unique et l'une desdites entre-couches. Selon une autre particularité de l'invention ladite bande de tôlecondulée est disposée entre deux feuilles de métal en parallèle électriquement les deux feuilles de métal étant recouvertes extérieurement d'entre-couches isolantes. La présente invention a également pour objet un procédé comportant une phase de préparation au cours de laquelle une feuille de métal est disposée entre deux entre-couches isolantes puis une phase d'enroulement sur un mandrin de bobinage de ladite feuille et desdites entre-couches caractérisé en ce qu'au cours de la phase de préparation on introduit une bande de tôle ondulee de longueur légèrement inférieure à la circonférence moyenne du canal, entre ladite feuille de métal et l'une desdites entre-couches. La présente invention a également pour objet un procédé comportant une phase de préparation au cours de laquelle deux feuilles de métal sont disposées entre deux entre-couches isolantes puis une phase d'enroulement sur un mandrin de bobinage desdites feuilles et desdites entre-couches caractérisé en ce qu'au cours de la phase de préparation on introduit une bande de tôle ondulée de longueur légèrement inférieure à la circonférence moyenne du canal, entre les deux feuilles de métal. En se référant aux figures schématiques 1 à 4, ci-jointes, on va décrire ci-après un exemple de mise en oeuvre de la présente invention, exemple donné à titre purement illustratif et nullement limitatif. Les mêmes éléments représentés sur plusieurs de ces figures portent sur toutes celles-ci les mêmes références. La figure 1 représente une vue schématique perspective du bobinage d'un enroulement avec canal sur un mandrin selon une première réalisation de l'invention, La figure 2 représente un détail d'une coupe schématique de l'enroulement avec canal selon la première réalisation, La figure 3 représente un détail d'une coupe schématique de l'enroulement avec canal selon une deuxieme réalisation, La figure 4 représente une coupe schématique d'un transformateur dans lequel sont intercalés des canaux de refroidissement réalisés en tôle ondulée. Tel qu'il est représenté en figure 1, le mandrin 1 permet le bobinage des enroulements en feuilles. Ceux-ci sont constitués de deux bandes de métal conducteur, 2, 3, cuivre ou aluminium, par exemple, disposées entre deux bandes de matériau isolant 4, 5 tel que du papier ou un matériau esterimide. Dans une phase de préparation, les deux bandes de métal 2, 3 sont accolées. L'ensemble est ensuite enroulé. Lorsque l'on veut réaliser un canal de refroidissement dans les enroulements on dispose une bande de tôle ondulée 6, par exemple en acier ou aluminium entre les deux bandes de métal et l'on procède ensuite à la continuation de l'enroulement sur- le mandrin I. On obtient ainsi une continuité du bobinage composé de deux feuilles de métal comportant à un certain endroit une bande de tôle ondulée 6. Cette bande de tôle ondulée a pour longueur une longueur légèrement inférieure à la circonférence moyenne du canal de façon à assurer un passage vers l'extérieur de la feuille ayant deux bandes de métal accolées. Les bandes de métal et les entre-couches sont ensuite enroulées le nombre de tours nécessaire pour constituer l'enroulement du transformateur. La technique de deux métaux en parallèle n'est employée que pour les enroulements basse tension. Dans ce cas le nombre de tours total peut être de 10 à 40. A titre d'exemple l'épaisseur d'une couche basse tension est de 0,9 mm se décomposant en deux entre-couches de 0,05 mm chacune et de deux bandes de métal de 0,4 mm chacune.La largeur de la feuille étant de 50 cm, la profondeur des ondulations de la tôle pnurrait être de 5 mm. Dans la figure 3 on voit une autre façon de disposer la bande de tôle ondulée 6. Cette variante correspond au cas où il n'existe qu'une seule bande de métal. C'est par exemple le cas des enroulements haute tension dans lesquels il peut y avoir un plus grand nombre de tours (par exemple 100), une largeur de bandes plus faible (par exemple 5 cm) et une épaisseur moindre que dans le cas des enroulements basse tension (par exemple 50 microns). La bande de tôle ondulée est disposée entre la bande de métal 7 et une entre-couche 8 à l'intérieur des deux entre-couches 8 et 9. Le canal de refroidissement obtenu entre les sommets des ondulations de la tôle ondulée 6 peut être encore de 5 mm. On voit bien qu'en utilisant la tôle ondulée comme support du canal de refroidissement on utilise avantageusement le fait qu'il est en métal, bon conducteur thermique. On évacue les calories par convection, d'une part, et par conduction, d'autre part. On améliore sensiblement le gradient des températures dans le canal et les échanges thermiques enroulement-canal. I1 est évident que l'impédance du transformateur sera légèrement modifiée par la présence de tôle ondulée mais -il est facile pour un technicien d'en tenir compte dans les calculs. Les canaux de refroidissement en tôle ondulée peuvent être disposés en plusieurs endroits d'un transformateur (figure 4). Sur la figure on voit un noyau magnétique 10 séparé d'un tube isolant 12 par des cales 11. Une tôle ondulée 13 peut être disposée entre l'enroulement basse tension ]4 et le tube isolant 12 de façon à constituer le canal support de l'enroulement basse tension. Une tôle ondulée 15 peut être disposée entre les enroulements basse tension 14 et 16 de façon à constituer un canal dans l'enroulement basse tension. Une tôle ondulée 17 peut être employée entre l'enroulement basse tension 16 et le tube isolant 18 séparant ainsi que les cales classiques 19, les enroulements basse tension des enroulements haute tension 20. Les enroulements haute tension 20 sont constitués de galettes dans lesquelles on peut introduire également des tôles ondulées telles que 21. Bien que le dispositif qui vient d'être décrit paraisse le plus avantageux on comprendra que diverses modifications peuvent lui être apportées sans sortir du cadre de l'invention, certains des éléments du dispositif pouvant être remplacés par d'autres susceptibles d'y assurer la même fonction technique. Le dispositif objet de l'invention peut être utilisé dans tous les cas où un canal de refroidissement doit être assuré dans un transformateur. Les applications particulièrement intéressantes peuvent concerner les transformateurs à air ou à huile, dont les enroulements sont en forme de feuilles. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de refroidissement dans les transformateurs à enroulements en feuilles de métal isolées de part et d'autre par des entre-couches, dispositif comportant des canaux de refroidissement disposés axialement et dans les enroulements du transformateur, lesdits canaux permettant le passage d'un fluide évacuant le chaleur desdits enroulements lorsqu'ils sont parcourus par un courant électrique caractérisé par le fait que lesdits canaux de refroidissement sont obtenus grâce à une bande de tôle ondulée disposée à l'intérieur des entre-couches isolantes et entrant en contact par le sommet des ondulations de ladite tôle ondulée avec au moins ladite feuille de métal. 2/ Dispositif de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite bande de tôle ondulée est disposée entre ladite feuille de métal unique et l'une desdites entre-couches. 3/ Dispositif de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite bande de tôle ondulée est disposée entre deux feuilles de métal en parallèle électriquement, les deux feuilles de métal étant recouvertes extérieurement d'entre-couches isolantes. 4/ Dispositif de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite bande de tôle ondulée est en acier. 5/ Dispositif de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite bande de tôle ondulée est en aluminium. 6/ Transformateur utilisant le dispositif de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite bande de tôle ondulée est disposée entre le tube isolant entourant le noyau magnétique et l'enroulement basse tension. 7/ Transformateur utilisant le dispositif de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite bande de tôle ondulée est disposée au milieu des enroulements basse tension. 8/ Transformateur utilisant le dispositif de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite bande de tôle ondulée est disposée entre les enroulements basse tension et le tube isolant séparant les enroulements basse tension des enroulements haute tension. 9/ Transformateur utilisant le dispositif de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite bande de tôle ondulée est disposée dans les galettes haute tension. 10/ Procédé pour la réalisation du dispositif selon la revendication 2, comportant une phase de préparation au cours de laquelle une feuille de métal est disposée entre deux entre-couches isolantes puis une phase d'enroulement sur un mandrin de bobinage de ladite feuille et desdites entre-couches caractérisé en ce qu'au cours de la phase de préparation on introduit une bande de tôle ondulée de longueur légèrement inférieure à la circonférence moyenne du canal, entre ladite feuille de métal et l'une desdites entre-couches. 11/Procédé pour la réalisation du dispositif selon la revendication 3, comportant une phase de préparation au cours de laquelle deux feuilles de métal sont disposées entre deux entre-couches isolantes puis une phase d'enroulement sur un mandrin de bobinage desdites feuilles et desdites entre-couches, caractérisé en ce qu'au cours de la phase de préparation on introduit une bande de tôle ondulée de longueur légèrement inférieure à la circonférence moyenne du canal, entre les deux feuilles de métal.