Brevet FR2262388A1 — publié le 19750919

On sait que le coefficient de transmission thermique, et par suite la transmission thermique entre la partie active des transformateurs et le réfrigérant dépendent fortement de la vitesse du réfrigérant circu lant le long de l'enroulement et du noyau, qui dégagent de la chaleur. L'emploi de pompes de circulation a par suite permis d'augmenter nota blement la vitesse du réfrigérant par rapport à celle obtenue dans le cas d'une circulation naturelle, permettant ainsi un accroissement de la puissance du transformateur et par suite aussi un dimensionnement plus économique de ce dernier. Afin que dans le cas d'une circulation forcée l'ensemble du réfri gérant circule dans les canaux de refroidissement de l'enroulement, il est nécessaire de prévoir une délimitation entre l'enroulement et les autres volumes de la cuve du transformateur contenant un liquide réfri gérant ou isolant et de diriger le réfrigérant par des canalisations vers les volumes considérés. Le court d'un tel guidage du réfrigérant est important et d'autre part les principes de conception des grands transformateurs ne sont pas transposables directement à des unités plus petites. L'état actuel de la technique est donc insuffisant, au moins en ce qui concerne un dimensionnement plus économique et la réduction -du point le plus chaud de l'enroulement et du réfrigérant de transforma teurs d'une plage de puissance déterminée.L'invention vise par suite à réduire à une valeur économiquement intéressante les coûts d'une cir culation de réfrigérant forcée au moins partiellement et du noyau du transformateur, y compris les moyens d'appui et de fixation correspon dans, à l'aide de nouveaux principes de conception, simples et écono miques. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, l'amenée du réfrigérant est réalisée au moins partiellement sous forme e d'une partie portante de la cuve, les flasques inférieurs du noyau sont prolongés sous la surface du bac du fond de cirse, des plaques constituent la déli mitation inférieure du réfrigérant et le cloisonnement radial de l'enrou lement avec étanchéité au liquide s'effectue au moyen de cylindres, dont un au moins est formé par le cylindre porteur de l'enroulement,prolongé du cOté du noyau.Afin d'obtenir une étanchéité efficace et simple sur la culasse inférieure, et selon une autre caractéristique de l'invention, les contours de la culasse sont munis d'un revêtement bombé de façon que les cylindres assurant le cloisonnement radial comportent uniquement des évidements correspondant au cercle circonscrit de la culasse. Des "manchettes ou dispositifs similaires, et notamment des manchette5 plastiques, permettent alors de compenser les tolérances dans la région des joints d'étanchéité, c'est-i-dire des points de contact entre les faces frontales de cylindre et les contours te culasse, ainsi qu'entre les faces frontales de cylindre et les délimitations inférieures du réfrigérant (plaques). Selon une autre caractéristique de l'invention, les paquets de tôles extérieurs du noyau sont utilisés comme flasques do culasse et plaques de serrage de colonne, les tales étant assemblées par collage et de préférence rectangulaires pour des raisons de recouvrement, de sorte qu'on obtient un paquet de tôles compact. Cette mesure permet d'augmenter d'environ 1 % la section du noyau parcourue par le flux (suppression de plaques particulières de serrage de colonne). La sollicitation des paquets de tales servant de flasques est ainsi réduite du fait que la partie active du transformateur ne doit plus, après l'assemblage, être levée par l'intermédiaire du dispositif de serrage, car il est possible de la transporter le cas échéant sur le ou au moyen du bac de fond, renforcé aux extrémités.Les tolets des paquets destinés au serrage peuvent être munies d'un liant durcissant à une température déterminée, de façon qu'elles soient par exemple réunies par cuisson pendant; le séchage principal de la partie active du transformateur. Le doublage des tales avec un film Prepeg a par exemple donné d'excellents résultats pour cet usage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'un exemple de réalisation du guidage du réfrigérant et du dispositif de serrage et du dessin annexé sur lequel la figure 1 est une section partielle d'un transformateur conçu selon l'invention; et la figure 2 est une élévation suivant l'axe A-B de la figure 1. La figure 1 représente notamment le bac 1 du fond de la cuve du transformateur, qui comporte les canaux distributeurs 2, la culasse inférieure 3 et les enroulements haute et basse tension 4, 5. L'enrou- lement complet prend appui sur le bac de fond par des blocs 6, dont la forme et/ou la disposition permettent une circulation circonférentielle du réfrigérant. Les blocs peuvent en outre être guidés radialement par les cylindres les délimitant. L'emploi d'un enroulement à couches favorise globalement le principe de guidage du réfrigérant. La transmission des forces de serrage à ltenroulement présuppose une liaison mécanique entre les flasques et le bac de fond 1. Dans l'exemple de réalisation représenté, cette liaison se situe au-dessous du plan 7 de délimitation supérieure du bac de fond et comporte essentiellement une cale 9, se plaçant sur le flasque feuilleté 8 en tôles et fixée par soudage ou vissage sur une traverse 10, disposée sur la paroi interne du bac de fond. En cas d'utilisation d'une cale métallique, il convient de prévoir une couche isolante Il entre cette caLe, le noyau et l'organe de serrage. Afin de réduire au maximum la distance flasqueparoi interne du bac, il est recommandé de disposer les points d'assemblage à l'extérieur des boulons du noyau, à cté de ces derniers par exemple.Au lieu d'une cale, il est possible d'utiliser des cornières comme éléments de transmission des forces de serrage. Lorsque la liaison entre les tôles destinées au serrage de l'enrou- lement et les tôles supérieures de la culasse doit etre amovible, il convient d'assurer la transmission des forces au moyen d'un frottement produit par les boulons de culasse 18. I1 s'est révélé avantageux de disposer les tôles individuelles rectangulaires avec un recouvrement, afin d'obtenir une plus grande surface de frottement La force de serrage assurant la transmission des forces est produite par frottement, au moyen de ressorts, et notamment de ressorts Belleville 19, et de rondelles. Ces dernières, choisies de façon à garantir une répartition aussi régulière que possible de la pression, peuvent aussi recouvrir la zone non collée des flasques, afin d'interdire un flambage des tales individuelles. Les sections des flasques feuilletés 8 et des plaques de serrage de colonne feuilletées 20 dépendent des forces de serrage et des sollicitations en flexion par le serrage de l'enroulement. Afin d'obtenir une bonne transmission des forces au bac de fond 1 et une surface d'appui appropriée pour la plaque de revêtement supérieure 15 il est parfois avantageux d'excentrer en particulier les flasques feuilletés 8 de la culasse inférieure. Le serrage des paires de flasques feuilletés en saillie sur la colonne extérieur s'effectue alors en dahors du noyau. La section des flasques 8, constitués par des tôles collées, est de préférence rectangulaire, tandis que la forme de la section des plaques de serrage de colonne 20 est adaptable par échelonnement au cercle circonscrit au noyau. Le réfrigérant sort des canaux distributeurs 2 du bac 1 au voisinage des enroulements 4, 5, puis est dirigé dans ces derniers. Le cloisonnement radial interne des trajets du réfrigérant est assuré par le cylindre porteur interne 12, prolongé en conséquence vers le bas; le cloisonnement radial externe est assuré par le cylindre 13, glissé sur l'enroulement. Le recouvrement par ce cylindre en presspahn par exemple, doit permettre de sortir librement les prises 14 de l'enroulement de réglage. Le cylindre 13 peut dans certaines conditions être confondu avec le cylindre d'appui de l'enroulement situé radialement à l'extérieur.Le cloisonnement inférieur est constitué par une simple plaque 15, dont l'emploi est rendu possible par le fait que les flasques sont prolongés très loin vers le bas et que la liaison mécanique entre les flasques et le bac de fond est prévue aussi relativement très loin vers le bas. Le refroidissement extérieur de ltenroulement de réglage 21 ét celui du noyau se font par ascension naturelle. Par suite de la circulation forcée de l'huile dans les enroulements, le réfrigérant utilisé à cette fin est à une température supérieure de quelques degrés seulement à celle de l'entrée dans l'enroulement. La culasse inférieure 3 est munie d'un revêtement 16, conducteur et/ou en presspahn. En cas d'emploi d'un revêtement conducteur, ce dernier doit être disposé de façon à éviter des décharges au voisinage des extrémités. Un revêtement métallique prévu sous le revêtement en presspahn disposé sur la plaque horizontale i5 doit en particulier pénétrer dans l'ombre des gradins du noyau. Ce revêtement simplifie le contour de la fente à étancher; les cylindres utilisés pour le cloisonnement radial ne. doivent par ailleurs comporter dans la région des culasses que des évidements correspondant au contour du cercle circonscrit à ces dernières. Une manchette d'étanchéité 17 compense les éventuelles inégalités restantes.Le revêtement 16 de culasse est de préférence.réalisé de façon que la partie isolante repose sur la plaque 15. Au lieu des radiateurs accolés de la façon classique ou d'une batterie de radiateurs installée séparément avec les pompes de circulation du réfrigérant nécessaires, et selon une autre caractéristique de l'invention, une batterie de radiateurs est disposée au-dessus du transformateur, afin d'obtenir des vitesses du réfrigérant correspondant aux vitesses de circulation produites par des pompes. Une telle disposition présente en outre l'avantage de maintenir la circulation du réfrigérant en permanence. I1 est par ailleurs possible d'adopter une batterie de radiateurs suffisamment grande pour rendre des ventilateurs superflus, d'où une suppression totale des bruits additionnels des ventilateurs et des pertes additionnelles des ventilateurs et pompes de circulation.La différence de hauteur entre le transformateur et la batterie de radiateurs ne doit pas dépasser 10 m environ, dans la mesure du possible, afin d'éviter la nécessité d'accrottre la résistance de la cuve dimen sonnée pour un vide total. bans le cas dlune circulation d'huile forcée par des pompes dans des équipments de refroidissement classiques, il est possible de prévoir des moyens qui, lors d'unie défaillance d'une ou plusieurs pompes, provoquent automatiquement une décharge immédiate du transformateur ou, quand cette solution est impossible compte tenu de l'alimentation du réseau, permettent la poursuite du fonctionnement du transformateur à charge partielle le cas échéant. Le montage d'une résistance hydrodynamique dans la région inférieure des cylindres 12 et/ou 13 convient par exemple à cet usage. On sait qu'une telle résistance laisse passer une faible partie du réfrigérant en circulation naturelle, mais présente une résistance à ltécoulement croissant avec la vitesse du réfrigérant, de sorte que la quantité de liquide traversant ses ouvertures est finalement négligeable par rapport au flux principal du réfrigérant. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennnt d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention, Revendications 1. Transformateur à circulation au moins partiellement forcée du réfri gérant, dans lequel les circuits d'écoulement prévus dans la zone de l'enroulement du noyau sont délimités par des barrières et le rfri- gérant est amené à ces circuits par des canaux spéciaux, ledit trans formateur étant caractérisé en ce que les amenées du réfrigérant sont réalisées au moins partiellement sous forme de partie portant de la cuve, les flasques inférieurs du noyau sont prolongés sous la surface du bac du fond de cuve, des plaques constituent la délimitation inférieure du réfrigérant et le cloisonnement radial de l'enroulement avec étanchéité au liquide s'effectue au moyen de cylindres, dont un au moins est formé par le cylindre porteur de l'enroulement, prolongé du coté du noyau. 2. Transformateur selon revendication 1, caractérisé en ce que les flasques et/ou les plaques de serrage de colonne sont constitués chacun par les paquets de tales extérieurs des culasses et/ou colonnes et les diverses tôles de ces paquets sont assemblées par collage. 3. Transformateur selon revendication 2, caractérisé en ce que les diverses tôles des paquets destinés au serrage du noyau sont munies d'un liant durcissant à la chaleur. 4. Transformateur selon revendication 3, caractérisé en ce que les diverses tales des paquets servant de flasques et de plaques de serrage de colonne sont munies d'un film Prepeg durcissant pendant le séchage principal du transformateur. 5. Transformateur selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la transmission des forces s'effectue exclusive nent par frottement dans la région des points de recouvrement des flasques feuilletés et des plaques de serrage de colonne. 6. Transformateur selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par des boulons traversant le noyau pour la transmission des forces et la production de la force de serrage par des ressorts. 7. Transformateur selon une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par une liaison mécanique entre le noyau disposé dans le bac de fond et ce dernier par des cales et/ou pieces intermédiaires appropriées. 8. Transformateur selon une quelconque des revendications 1 à 7, carac térisé en ce que les contours de culasse sont munis d'au moins un reve- tement bombé et les cylindres assurant le cloisonnement radial comportent des évidements correspondant au cercle circonscrit à la culasse. 9. Transformateur selon revendication 8 caractérisé en ce que le revêtement de culasse est réalisé dans un matériau conducteur et/ou isolant. 10. Transformateur selon revendications 8 et 9, caractérisé en ce que le revêtement en matériau conducteur est disposé au-dessous de celui en matériau isolant, de façon à éviter des décharges au voisinage de ses extrémités. 11. Transformateur selon revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le revêtement conducteur de culasse pénètre dans l'ombre des gradins du noyau. 12. Transformateur selon revendications 8 à 11, caractérisé par des manchettes d'étanchéité, compensant les inégalités ou tolérances dans la région des joints. 13. Tranaformateur selon une quelconque des revendications 1 à 12, carac térisé en ce que l'enroulement prend appui par des blocs sur le bac de fond. 14. Transformateur selon revendication 13, caractérisé en ce que le bac de fond est renforcé au moins au voisinage de ses extrémités. 15. Transformateur selon une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le dispositif de serrage du noyau assure le serrage de l'enroulement. 16. Transformateur selon une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé par une batterie de radiateurs disposée plus haut que le transformateur. 17. Transformateur selon une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé par des radiateurs équipés de pompes, avec ou sans ventilateur. 18. Transformateur selon une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé par un équipement de refroidissement à circulation forcée de l'huile et ventilation séparée. 19. Transformateur selon une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé par une circulation forcée d'huile et un refroidissement extérieur par eau. 20. Transformateur selon revendications 17 à 19, caractérisé en ce qu'au moins un des cylindres servant au cloisonnement comporte un évidement pour le montage d'une résistance hydrodynamique.