Brevet FR2290012A1 — publié le 19760528

La présente invention concerne un système réglable polyphase de transformateurs pour le couplage de deux réseaux de distribution électriques alimentes séparément, constitué par des trano formateurs réglables monophasés identiques, dont chacun comporte un enroulement primaire à relier à l'un des réseaux, un enroulement secondaire à relier à l'autre réseau et un enroulement tertiaire, et est, soit muni d'un enroulement de réglage monté en série avec les deux premiers enroulements cités pour régler le rapport de transformation, soit relié à un tel enroulement de régla- ge monté en série avec les deux premiers enroulements cités et existant dans un transformateur séparé, tous enroulements qui sont couplés au champ magnétique propre à la phase du transformateur concerné. Un système de transformateurs triphasé de ce type est dé a décrit dans le brevet néerlandais 100717. Lorsque ce système connu est utilisé pour coupler deux réseaux de distribution électriques alimentés séparément, on ne peut, par l'enroulement de réglage, induire dans le couplage des deux réseaux qu'une seule tension de réglage, qui est en phase avec les tensions de réseaux maintenues en phase par le couplage et produit et produit un courant compensateur orienté presque perpendiculairement à ces tensions de réseaux, de sorte que pratiquement seule la composante déwattée de l'énergie échangée entre les réseaux est influencée. Le réglage que permet d'obtenir l'enroulement déréglage de ce syb tème de transformateurs connu est appelé "réglage longitudinal" et il n'influe que sur le rapport de transformation. Le brevet suisse 156225 concerne un transformateur triphasé dans lequel, outre que le réglage longitudinal précité est assuré par un enroulement de réglage triphasé, un des enroulements à relier au réseau dans chaque phase est constitué par un enroulement principal, un deuxième enroulement de réglage monté en série avec l'enroulement principal, couplé au champ magnétique propre à l'une des deux autres phases et muni de prises avec possibilité de sélection, et par un troisième enroulement de réglage, monté en série avec les prises choisies du deuxième enroulement, couplé avec le champ magnétique propre à l'autre des deux autres phases et muni de prises avec possibilité de sélection Par la coopération de ces deux derniers enroulements de réglage on peut produire une tension de réglage qui est orientée presque perpendiculairement à la tension du réseau concerné et fait naitre un courant compensa teur en phase ou presque avec ladite tension de réseau, de sorte que la composante wattée de l'énergie échangée entre les réseaux est presque la seule à être influencée par ce réglage, qui est appelé "réglage transversal" et influe sur l'angle de déphasage entre les tensions de réseaux. Les liaisons entre les enroulements couplés avec les champs magnétiques propres aux diverses phases se trouvent, dans ce transformateur triphasé connu, dans la même cuve, et leur mise en place serait donc relativement facile.Toutefois, pour éviter l'inconvénient de devoir, dans ce montage, munir chaque colonne du circuit magnétique normal d'un nombre d'enroulements divers trop élevé pour une construction acceptable, il a été imaginé dans ce brevet de compléter le circuit magnétique avec des colonnes et/ou des culasses supplémentaires et de disposer autour de ces colonnes et au moins autour d'une des culasses certains des enroulements. Cette solution du problème que pose la réalisation d'zon transformateur de couplage polyphasé avec réglage du rapport de transformation et de l'angle de déphasage entre les tensions des réseaux exige un transformateur dont le circuit magnétique est si compliqué et si coûteux qu'il n'est pratiquement pàs réalisable et que les enroulements sont très difficiles à placer sur le circuit.En outre, la présence de culasses d'une grande largeur et d'enroulements sur ces culasses donne à un tel trans- formateur un encombrement en hauteur excessif, qui rend pratiquement insoluble le problème du transport de transformateurs à gran de puissance. Si, dans un système de transformateurs polyphasé constitué par des transformateurs monophasés, tel que celui décrit dans le brevet néerlandais 100717, on utilisait pour obtenir un réglage longitudinal et un réglage transversal le montage décrit dans le brevet suisse 156225, avec des enroulements de réglage couplés avec les champs magnétiques propres aux diverses phases, ce qui aurait pour effet d'éliminer les inconvénients précites du transformateur triphasé décrit dans le brevet suisse, on se trouverait alors en présence d'un nouvel inconvénient, à savoir que les transformateurs monophasés devraient être reliés les uns autres par un grand nombre de conducteurs sous haute tension, qui se croiseraient en de nombreux endroits et nécessiteraient des traversées pour haute tension supplémentaires. L'invention a donc pour objet, tout en évitant les inconvénients précités, d'approprier un système polyphasé de trans formateurs monophasés au réglage du rapport de transformation et à celui de l'angle de déphasage entre la tension primaire et la tension secondaire, de façon à pouvoir l'utiliser pour le couplage de réseaux de distribution électriques alimentés séparément. A cet effet, dans le système polyphasé selon l'invention, chaque transformateur monophasé est uni en outre d'enroulements couplés avec au moins un des champs magnétiques propres aux phases des autres transformateurs, enroulements dont au moins un est un enroulement auxiliaire alimenté au moins par l'enroulement tertiaire d'un autre transformateur et un autre est un deuxième enroulement de réglage conplé magnétiquement avec cet enroulement auxiliaire1 monté en série avec la prise choisie de l'enroulement tertiaire précité et uni de prises avec possibilité de sélection, pour le réglage de l'angle de déphasage entre les tensions des réseaux à coupler. Ce système de transformateurs de couplage présente sur le transformateur de couplage polyphasé connu, avec réglage longitudinal et transversal, les avantages du système connu de plusieurs transformateurs monophasés, à savoir que les transformateurs monophases peuvent être assembls et unis d'enroulements de la maniè- re habituelle, qui est simple, et que ême lorsqu'ils sont construits pour de grandes puissances, ils forment des unités encore transportables.Les conducteurs haute tension qui se croisent et sont nécessaires pour relier les uns aux autres les transformateurs de fanon a permettre le réglage du déphasage lors de la eonbingison des deux systèmes connus, et les traversées supplémentaires que nécessitent ces conducteurs, deviennent superflus dans le système selon l'invention. Dans ce dernier, les enroulements de réglage nécessaires pour pouvoir modifier l'angle de déphasage sont alimentés par les enroulements tertiaires des transformateurs monophasés, par l'intermédiaire des enroulements auxiliaires. Ces derniers et les enroulements tertiaires peuvent être diiensionnés pour une tension relativement faible, de sorte que les connexions nécessaires pour le réglage de l'angle de déphasage entre l'enrou- liement tertiaire d'un transformateur et l'enroulement auxiliaire d'un autre transformateur du système polyphasé peuvent, elles aussi, n'etre dimensionnées que pour des tensions relativement faibles et, de ce fait, n'offrent aucune difficulté. On obtient des formes d'exécution simples du système de transformateurs de couplage selon l'invention lorsque dans chaque transformateur monophasé, les enroulements couplés avec le champ magnétique propre à la phase de ce même transformateur, d'une part, et les enroulements couplés avec le ou chaque champ magnétique propre à une autre phase, d'autre part, sont disposés autour de colonnes différentes du circuit magnétique du transformateur concerné. Dans ce cas, le circuit magnétique de chaque transformateur monophasé peut être constitué par au moins deux colonnes intérieures munies d'enroulements, par deux colonnes extérieures sans enroulements et par deux culasses sans enroulements.La surface des sections des culasses et des colonnes extérieures peut alors être inférieure à celle de la section des colonnes intérieures (par exemple, environ la moitié), de sorte que les transformateurs peuvent avoir un plus faible encombrement en hauteur. Mais le circuit magnétique de chaque transformateur monophasé peut aussi être cons titué par deux colonnes extérieures munies d'enroulements, par au moins une colonne intérieure, avec de toute façon une colonne intérieure sans enroulements, et par deux culasses sans enroulements Dans ce cas, toutes les colonnes ou les culasses ont des sections égales ou presque égales. Lorsqueil n'y a qu'une seule colonne intérieure, le circuit magnétique d'un tel transformateur monophasé ne diffère pas de celui d'un transformateur triphasé normal.Si les enroulements tertiaires des transformateurs monophasés d'un système triphasé sont montés en triangle, ils équilibrent en même temps les composantes homopolaires du système triphasé, de sorte que des enroulements particulièrement prévus à cet effet deviennent superflus. Pour le réglage transversal on peut utiliser avantageusement une forme d'exécution dans laquelle chaque transformateur monophasé du système triphasé comporte deux enroulements auxiliaires séparés, dont chacun est couplé magnétiquement avec le deuxième enroulement de réglage, et dont l'un est alimenté par l'intermédiaire de l'enroulement tertiaire d'un des deux autres transformateurs monophasés, tandis que l'autre l'est par l'intermédiaire de l'enroulement tertiaire du second de ces deux autres transformateurs. Dans ce cas, il suffit d'un seul enroulement de réglage muni de prises avec possibilité de sélection pour le réglage trains versal.On parviendrait au même résultat en ne munissant chaque transformateur monophasé que d'un seul enroulement auxiliaire, en montant en étoile les enroulements auxiliaires des trois transformateurs et en triangle leurs enroulements tertiaires et en reliant l'enroulement auxiliaire de chaque transformateur au point de jonc tion des enroulements tertiaires des deux autres transformateurs. De toute façon, l'invention sera bien comprise a l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique an nexé, représentant, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes d'exécution de ce système: Fig. i est un schéma de câblage d'un système de couplage triphasé selon l'invention, constitué par trois transformateurs monophasés; Fig. 2 est un schéma de câblage d'une variante de réalisation du système de fig. i; Fig. 3 est un diagramme vectoriel de la tension réglable du système de fig. 1; Fig. 4 est un diagramme vectoriel de la tension réglable du système de fig. 2; Fig. 5 est un schéma de câblage d'un système de couplage triphasé selon l'invention, constitué par trois transformateurs monophasés conformés en auto-transformateurs;; Fig. 6 est un schéma de câblage d'une variante de réalisation des transformateurs monophasés de fig. i; Fig. 7 est un schéma de câblage d'une seconde variante de réalisation de ces transformateurs monophasés. Aux fig. i, 2 et 5, le circuit magnétique de chaque trans formateur monophasé A, B, C du système de couplage triphasé comporte une colonne intérieure la, lb, lc portant des enroulements, une autre colonne intérieure 2a, 2b, 2c portant également des enroulements, des colonnes extérieures 3a, 3b, 3c et 4a, 4b, 4c, et des culasses 5a, 5b, 5c et 6a, 6b, 6c. Aucun enroulement n'est monté autour des colonnes extérieures et des culasses. A la fig. 1 sont disposés autour de la colonne la, lb,lc l'enroulement primaire 7a, 7b, 7c relié au premier réseau R, S, T, l'enroulement secondaire, relié au second réseau U, V, W et constitué par un enroulement principal 8a, 8b, 8c et un premier enrou lement de réglage ga, 9b, 9c, et un enroulement tertiaire iOa, lOb et lOc. Les enroulements primaires et secondaires sont montés en étoile et les enroulements tertiaires sont montés en triangle. Ces derniers servent en même tempos, grâce à leur montage, à équilibrer les composantes homopolaires du système triphasé.En outre, la colonne intérieure 2a, 2b, 2c porte un enroulement auxiliaire lia, llb, lic et un second enroulement de réglage 12a, 12b, 12c, qui sot montés en série avec la prise choisie du premier enroulement de réglage 9a, 9b, 9c et reliés par leur propre prise choisie au réseau U, V, W. Les enroulements auxiliaires lia, ilb, lic du système de couplage représenté a la fig. i sont aussi montés en triangle et reliés aux enroulements tertiaires iota, lob, lOc de telle façon que l'enroulement auxiliaire lia est alimenté par l'enroulement tertiaire 10b, l'enroulement auxiliaire ilb par l'enroulement tertiaire lOc et ltenroulement auxiliaire lic par l'enroulement tertiaire lOa. Dans les enroulements de réglage l2a, 12b, 12c sont induites des tensions qui sont déphasées de 120e par rapport aux tensions de phase correspondantes du système de couplage. Ces tensions de réglage supplémentaires sont en série avec les tensions réglées par le premier enroulement de réglage 9a, 9b, 9c.Le réglage opéré par le premier enroulement de réglage 9a, 9b, 9c,qui concerne le rapport de transformation, est le réglage longitudinal et celui opéré par le second enroulement de réglage 12a, 12b, 12c, qui agit à la fois sur le rapport de transformation et sur 1' angle de déphasage entre les tensions des réseaux R,S,T et U,V,W, est appelé réglage oblique". Lorsque les deux réseaux ont, gracie au réglage longitudinal opéré à l'aide de l'enroulement de réglage 9a, 9b,9c ont des tensions réduites les unes par rapport aux autres de même grandeur et de même phase, on peut alors, à l'aide des enroulements de réglage 12a, 12b, 12c, introduire dans le couplage des deux réseaux une tension de réglage bE, qui produit entre les dits réseaux un courant compensateur > , dont la grandeur et l'angle de déphasage sont déterminés par la tension de réglage aE et par l'impédance du transformateur de couplage. Indépendamment du déphasage entre la tension de réseau ER S T = EU V W et la tension de réglage A E, le courant compensateur J comporte une composante plus petite ou plus grande, en phase avec la tension de réseau, de sorte que cette tension de réglage influe aussi bien sur la composante wattée que sur la composante déwattée de l'énergie échangée entre les deux réseaux (cf. fig. 3). On remarquera que lors du réglage longitudinal au moyen de l'enroulement de réglage 9a, gb, 9c, une tension de réglage E' produit un courant compensateur J', qui est presque perpendiculaire à la tension de réseau E. Dans ce cas, la composante déwattée de l'énergie échangée est pratiquement la seule à être influencée.Comme en outre le régla ge oblique est, par nature, une combinaison du réglage longitudinal et du réglage transversal, on peut, dans nombre de cas, limiter le réglage longitudinal qui coopère avec le réglage oblique, c'est-à-dire la puissance qu'il nécessite. Il peut être alors avantageux d'utiliser pour ce réglage longitudinal complémentaire du réglage oblique un transformateur à part, de puissance relativement réduite. Le système de transformateurs représenté à la fig. 2 diffère de celui qui vient d'être décrit en référence à la fig.1 uniquement en ce que chaque colonne 2a, 2b, 2c des transforma- teurs A, B et C porte deux enroulements auxiliaires lia', lia", llb', lib", lic', 11c", dont ceux lia', llb' et lic' sont alimen- tés respectivement par les enroulements tertiaires lOc, 10a et lob.La conséquence de ce montage est que la tension de réglage lyse produite dans le deuxième enroulement de réglage 12a, 12b, 12c est composée des deux tensions de réglage égales, déphasées de 60- et de 120' par rapport à la tension de réseau E et dési gnées a la fig. 4 par les référencesAE' et g -et est, de ce fait, orientée perpendiculairement à cette tension de réseau, de sorte que le deuxième enroulement de réglage n'influence presque que la composante wattée de l'énergie échangée entre les réseau=. Le réglage opéré à l'aide du deuxième enroulement de r; glage 12a, 12b, 12c est appelé réglage transversal et il n'agit presque que sur l'angle de déphasage entre les tensions des réseaux. Le système de transformateurs représenté à la fig. 5 correspond à celui décrit en référence à la fig. i, avec la différence què les enroulements primaires et secondaires sont des enroulements économiques 13a, 14a, 13b, 14b, 13c, 14c. A la fig. 6, le circuit magnétique de chaque transformateur monophasé du système polyphasé est constitué par trois colonnes intérieures 15, 16 et 17 portant des enroulements, deux colonnes extérieures 18, 19, sans enroulements, et deux culasses 20 21 sans enroulements. Les enroulements primaires 7',7", les enroulements secondaires 8', 8", les enroulements tertiaires 10', iOft,et les premiers enroulements de réglage 9', 9" sont formés chacun de deux parties parallèles, qui sont réparties entre les colonnes li et 16. On obtient ainsi, pour des puissances supérieures, une meilleure répartition de l'énergie entre les circuits magnétiques monophasés.Autour de la colonne intérieure 17 sont disposés l'enroulement auxiliaire 11 alimenté par l'enroulement tertiaire d'une autre phase et le deuxième enroulement de réglage 12. Les colonnes et culasses non entourés d'enroulements des circuits magnétiques des transformateurs des fig. 1, 2,-5, 6 et 7 servent exclusivement à fermer les flux magnétiques produits dans les colonnes munies d'enroulement. La surface des sections des colonnes extérieures et des culasses des circuits magnétiques des transformateurs des fig. 1, 2, 5 et 6 est environ la moitié de celle de la section des colonnes intérieures de ces mêmes circuits. Il n'en est pas de même pour le circuit magnétique représenté à la fig. 7, la surface de la section étant presque la même dans toutes les parties du circuit. Le circuit magnétique de la fig. 7 est constitué par une colonne intérieure 24 sans enroulement, une colonne extérieure 25 avec l'enroulement primaire 7, l'enroulement secondaire 8, lepremier enroulement de réglage 9 et l'enroulement tertiaire 10, une colonne extérieure avec l'enroulement auxiliaire Il et le second enroulement de réglage 12 et deux culasses 27 et 28. Les enroulements tertiaires 10 et les enroulements auxiliaires Il des transformateurs monophasés des fig. 6 et 7 peuvent être reliés les uns aux autres de la manière représentée à la fia 1. Les circuits magnétiques des fig. i, 2, 5 et 6 sont relativement bas et longs, tandis que celui de la fig. 7 est relativement haut et court. Tous ces circuits présentent l'avantage de pouvoir être réalisés normalement, c'est-à-dire d'une manière simple et peu coûteuse, et de pouvoir être munis facilement de leurs enroulements. Les tensions produites par les enroulements tertiaires peuvent être beaucoup plus faibles (par exemple 20 kV) que celles des réseaux à coupler (380/380 kV; 380/220 kV; 220/220 kV; 220/ llOkV; 110/110 kV, etc.), de sorte que les liaisons entre les transformateurs monophasés ne présentent que peu de difficultés. Pour le réglage transversal, on peut se contenter d'un seul enroulement auxiliaire dans chaque transformateur monophasé. Dans ce cas, les enroulements auxiliaires des trois transformateurs sont montés en étoile et les enroulements tertiaires des mêmes sont montés en triangle, l'enroulement auxiliaire de chaque transformateur étant alors relié au point de jonction des enroule ments tertiaires des deux autres transformateurs. La tension fournie à chaque enroulement auxiliaire est alors perpendiculaire à la tension de phase correspondante. On peut en outre, lorsqu'on utilise le réglage oblique, faire opérer le réglage longitudinal dans des transformateurs séparés, qui peuvent être disposés à l'extérieur ou à l'intérieur de la cuve des transformateurs principaux monophasés. Ces transformateurs pour le réglage longitudinal séparé peuvent être dimensionnés pour de faibles puissances seulement puisque le réglage oblique contient, par nature, une partie de réglage longitudinal. - REVENDICATIONS I.- Système de transformateurs polyphasé et réglable pour le couplage de deux réseaux de distribution électriques, cons titué par des transformateurs réglables monophasés identiques, dont chacun comporte un enroulement primaire a relier a l'un des réseaux, un enroulement secondaire à relier à l'autre réseau, et un enroulement tertiaire, et est soit muni d'un enroulement de réglage monté en série avec les deux premiers enroulements cités, pour régler le rapport de transformation, soit relié à un tel enroulement de réglage monté en série avec les deux premiers enroulements cités et existant dans un transformateur séparé, tous enroulement qui sont couplés au champ magnétique propre a la phase du transformateur concerné, caractérisé en ce que chaque transfos mateur monophasé est muni en outre d'enroulements couplés avec au moins un des champs magnétiques propres aux phases des autres transformateurs, enroulements dont au moins est un enroulement auxiliaire alimenté au moins par l'enroulement tertiaire d'un autre transformateur, et au moins un autre est un deuxième enroulement de réglage couplé magnétiquement avec cet enroulement auxiliaire, monté en série avec la prise choisie de l'enroulement tertiaire précité et muni de prises avec possibilité de sélection, pour le réglage de l'angle de déphasage entre les tensions des réseaux à coupler. 2.- Système selon la revendication i, caractérisé en ce que dans chaque transformateur monophasé, les enroulements cou plés avec le champ magnétique propre à la phase de ce meme transformateur, d'une part, et les enroulements couplés avec le ou champ que champ magnétique propre à une autre phase, d'autre part, sont disposés autour de colonnes différentes du circuit magnétique du transformateur concerné. 3.- Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit magnétique de chaque transformateur monophasé est constitué par au moins deux colonnes intérieures munies d'enroulements, deux colonnes extérieures saris enroulements et deux culasses sans enroulements. 4.- Système selon la revendication 2, caractérisé ence que le circuit magnétique de chaque transformateur monophasé est constitué par deux colonnes extérieures munies d'enroulements, par au moins une colonne intérieure, avec de toute façon unc oolonne intérieure sans enroulement, et par deux culasses sans en roulements. 5. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les enroulements tertiaires des transformateurs monophasés sont montés en triangle. 6.- Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque transformateur monophasé comporte deux enroulements auxiliaires séparé s, dont chacun est couplé magnétiquement avec le second enroulement de réglage, et dont l'un est alimenté par l'intermédiaire de l'enroulement tertiaire d'un premier des deux autres transformateurs monophasés, tandis que l'autre l'est par l' intermédiaire de l'enroulement tertiaire du second de ces deux autres transformateurs.