Brevet FR2255687A1 — publié le 19750718

L'invention concerne un montage d'isolation de composants électriques, en particulier de transformateurs de moyenne et grande importance et de bobines de self. Les bobinages des transformateurs et bobines de self sont réalisés à l'aide de conducteurs de cuivre ou d'aluminium gainés d'une isolation. Des bobinages entiers, des parties de bobinage ou meme certaines spires individuelles prennent appui les uns sur les autres dans le sens axial et dans le sens radial par des entretoises spéciales. Ces entretoises ont pour fonction de répartir correctement et d'absorber les forces électromagnétiques apparaissant entre les bobinages, parties de bobinage ou spires.Par ailleurs, les entretoises ménagent suffisamment d'espace entre les parties de bobinage et en laissent suffisamment de surface à découvert pour permettre à un flux d'agent réfrigérant tel que- de 11 huile pour transformateur ou de l'air d'évacuer la chaleur produite par dissipation dans les conducteurs. De grandes différences de potentiel électrique peuvent apparaitre dans ces entretoises lors du contrale et en serw vice des transformateurs. Les entretoises utilisées jusqu a présent ont été des clavettes, baguettes ou plaquettes de section rectangulaire en matériaux tels que le bois, le carton comprime isolateur, etc. qui ont une constante diélectrique beaucoup plus grande que celle de l'huile pour transformateurs utilisée dans la plupart des cas comme agent réfrigérant. Lorsque ltespace compris entre deux parties de bobinage est rempli alternativement par une entretoise en matériau solide et par un agent réfrigérant liquide, le champ de potentiel électrique subit dans les zones de transition une distorsion due à la différence des constantes diélectriques et au lieu que le champ soit réparti de manière homogène, il se produit des concentrations locales de champ. Les fortes intensités de champ qui apparaissent dans le matériau à la constante diélectrique la plus faible abaissent la solidité de Il ensemble de l'isolation. En réalité, une grande partie de toutes les défaillances a pour origine ces emplacemer.ts ou se propagent le long de ces points faibles. Des tentatives effectuées en vue de résoudre ce problème ont consisté à utiliser des liquides de refroidissement et des entretoises en matériaux ayant les mêmes constantes diélectriques. Ces matériaux sont connus, mais conviennent techniquement mal ou ne sont pas rentables. L'invention a pour objet un nouveau montage dtisola- tion de composants électriques qui évite les inconvénients de l'art antérieur et qui, au prix d'une faible augmentation du coût, assure une répartition homogène du champ et évite de faire courir un risque à l'isolation. Selon une particularité essentielle du montage du type mentionné selon l'invention, plusieurs entretoises isolantes électriquement et disposées entre les composants ont une section dont la forme diffère de celle d'un polygone, car elle comporte des échancrures convenablement conformées et dimensionnées pour produire une répartition sensiblement homogène du champ électrique. La conformation géométrique mentionnée de la section des entretoises élargit la zone de répartition du champ à la transition entre le matériau des entretoises et 11 agent réfrigérant et règle cette transistion da manière à inhiber pratiquement les inhomogénéités de champ et à soulager locaIement de manière sélective les emplacements de l'isolation qui subissent les plus fortes charges. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure 1 est une vue en perspective de deux bobinages coaxiaux d'un transformateur dont certains conducteurs sont sépa-rés les uns des autres par des entretoises ; et les figures 2a à 2d représentent différentes sections d'entretoises utilisables en vue d'homogénéiser la répartition du champ électrique. Le transformateur représenté sur la figure 1 comporte un bobinage interne 1 et un bobinage extérieur 4 coaxial et placé à distance radiale du précédent. Le bobinage interne 1 se compose de couches annulaires 2 de conducteurs placées à distance axiale les unes des autres. Chaque couche 2 comporte deux conducteurs coaxiaux juxtaposés 10 gainés d'une isolation. La distance axiale séparant deux couches voisines 2 est déterminée par des entretoises radiales 3 de section rectangulaire. Le bobinage extérieur 4 se compose de couches annulaires 5 de conducteurs placées à distance axiale les unes des autres. Chaque couche 5 comporte plusieurs conducteurs juxtaposés coaxiaux 9 gainés d'une isolation. La distance axiale séparant deux couches voisines 5 de conducteurs est déterminée pardesentretoises radiales 6.La distance radiale séparant les bobinages 1 et 4 est déterminée par des entretoises 7 de section rectangulaire, parallèlesà l'axe et dénommées aussi clavettes. L'espace libre subsistant entre les bobinages 1 et 4 et les couches superposées 2 et 5 de conducteurs est rempli d'un agent réfrigérant, par exemple d'huile. Les conducteurs 9 d'une couche supérieure 5 sont à un potentiel électrique CPI et ceux d'une couche voisine 5 sont à unpotentiel #2. il en résulte de part et d'autre d'une entretoise une différence de potentiel Comme mentionné précédewment, au lieu de répartir le champ de manière homogène, les entretoises de section rectangulaire provoquent des concentrations locales de champ et créent ainsi des faiblesses importantes dans l'isolation. Conformément à l'invention qui est destinée à éliminer cet inconvénient, les entretoises ont des sections dont la forme diffère des celle d'un reetangle par des échancrures de différentes formes Les échancrures sont disposées dans deux côtés opposés de la section, celles des sections 20 et 23 ayant une forme en V, celles de la section 22 ayant une forme en étrier et celles de la section 21 ayant la forme d'un secteur de cercle. Les arêtes des sections sont arrondies, le rayon de courbure R de ces arrondis étant plus petit que la profondeur t des échancrures.Les entretoises ayant ces sections inhibent pratiquement les inhomogénéités de champ en élargissant la zone de répartition du champ électrique à la transition entre le matériau de ces entretoises et l'agent réfrigérant et en réglant cette transition de manière à soulager localement de manière sélective les emplacements de l'isolation qui subissent les plus fortes charges. in pratique, la répartition du champ en fonction de constantes diélectriques données de l'isolation des conducteurs, de l'entretoise et du fluide réfrigérant est calculée pour différentes sections possibles des entretoises au moyen d'un progresse d'ordinateur et la section qui dorme la melIeuré répartition est adoptée. il va de soi que le montage décrit et represensé peut subir diverses modifications sans sortir du cadre de 11 invention. REVE-NDICATIONS 1. Montage d'isolation de composants électriques, en particulier de transformateurs de moyenne et de grande importance et de bobines de self, caractérisé par plusieurs entretoises isolantes de l'électricité, disposées. entre les composants et dont ia section diffère de la forme d'un polygone par des échancrures convenablement conformées et dimensionnées dans chaque cas particulier pour produire une répartition sensiblement homogène du champ électrique. 2. Montage selon la revendication 1, dans lequel au moins deux conducteurs annulaires et superposés prennent appui l'un contre l'autre, caractérisé en ce que les entretoises sont des barres prismatiques disposées radialement entre les conducteurs voisins. 3. Montage selon la revendication 1, dans lequel au moins un conducteur intérieur annulaire et au moins un conducteur extérieur annulaire sont disposés coaxialement et prennent appui l'un contre l'autre, caractérisé en ce que les entretoises sont disposées parallèlement à l'axe entre les conducteurs voisins coaxiaux. 4. Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les échancrures sont réalisées dans deux côtés opposés d'un polygone. 5. Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le polygone est un rectangle. 6. Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les échancrures sont en V. 7. Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les échancrures sont en forme d'étrier. 8. Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les élchancrures ont la forme d'un secteur de cercle. 9. Montage selon la revendication 1, caractérisé i4 ce que les argues du polygone sont arrondies,le rayon de courbure des arrondis étant plus petit que la profondeur des échancrures.