Brevet FR2495372A1 — publié le 19820604

La présente invention concerne une construction de transformateur dont le circuit magnétique peut être démonté pendant la durée du transport et remonté à l'empla- cement d'utilisation. Unedes particularités des systèmes d'énergie actuellement répandus réside en ce que les puissances spécifiques des installations électriques et, par conséquent, des transformateurs présentent une tendance à lvaccroisse- ment. La raison en est qu'entre la masse, le prix et la puissance des transformateurs de grande puissance existe la corrélation suivante s 1 M = lA =2pk Moc1 A o s M = masse du transformateur A = prix P = puissance cl, c2 = constantes k = exposant (toujours La grandeur des puissances spécifiques est tou- jours déterminée par les masses transportables et les di- mensions limites acceptables lors du transport par fer, par route, ou par voies navigables. En général, l'accroissement des puissances spécifiques peut être obtenu par l'incorpora- tion de plus grandes quantités de matériaux dans les dimensions restant à disposition ou par la mise en oeuvre de contribu- tions électriques, thermiques et mécaniques plus élevées. Le processus d'accroissement est mis en évidence par l'équation suivante s n dP =L (c!i. d Mi + ci Mi d Gei) y' i =1 o s dP = accroissement de la puissance spécifique, i = 1... n = nombre des composants par la modification des- quels la puissance plus élevée peut être obtenue, M. = masse des composants = contribution apparaisant dans les composants c'I, c". = constantes. D'après cette corrélation, il apparatt claire- ment que la puissance spécifique peut être augmentée, soit par un accroissement de la masse incorporée, soit par une contribution plus élevée, ou encore, comme le montre la pra- tique, par l'utilisation simultanée de ces deux possibilités. Les expériences acquises au point de vue de la sécurité d'exploitation ont montré que la contribution plus élevée et l'incorporation d'une masse plus grande (pour une contri- bution non modifiée) abaissent chacune de son côté la sécurité d'exploitation, de sorte que, lors de l'utilisation simultanée des deux procédés, une détérioration de la sécurité d'exploitation apparatt accumulée au premier plan. En général, la sécurité d'exploitation ainsi réduite peut être compensée par l'utilisation de nouveaux types de matériaux ou de nou- velles technologies, ce qui, toutefois, dans la majeure partie des cas, s'accompagne de colts supplémentaires et ce qui influe défavorablement sur les avantages économiques de l'augmentation de la puissance spécifique. Les puissances spécifiques augmentées apparaissent à des niveaux de tension toujours plus élevés, ce qui entra ne à nouveau des difficultés supplémentaires. A un niveau de tension plus élevé, on ne peut incorporer dans l'espace limité par les possibilités de transport, en raison de la plus grande quantité nécessaire de matériau isolant, qu'une quantité plus réduite de matériau actif et, par conséquent, la puissance spécifique pouvant être atteinte est également plus faible. La relation entre la puissance de transformateur pouvant Stre obtenue dans le volune limité et la tension nominale du trans- formateur s'exprime en première approximation comme suit s P = C3 - C4 U o S 3. P = puissance en NVA, U = valeur efficace de la tension C3, C4 = constantes. Avec les gabarits d'espace libre en usage en Europe centrale et pour des transformateurs monophasés, on a C3 = 260C et C4 = 1,2. Cela signifie qu'à 400 kV la puis- sance limite atteint 2120 MIVA, tandis qu'à 1200 kV elle n'atteint que la valeur de 1160 MVA. Pour pouvoir éliminer les difficultés mentionnées, les fabricants de transformateurs ont mis au point de nom- breux procédés. Un des groupes de ces procédés peut être essen- tiellement caractérisé par le fait que le transformateur est fabriqué selon la forme d'exécution usuelle mais avec de plus grandes dimensions; après les essais en usine, le transfor- mateur est démonté et transporté en pièces détachées à son lieu d'utilisation, o il est remonté; de cette manière, les difficultés de transport sont éliminées. L'inconvénient de cette solution réside en ce que la sécurité d'exploitation ou fiabilité se détériore en raison de la masse plus élevée de la'construction plus grande et, en même temps, en ce que le montage à l'emplacement d'utilisation entratne une-dépense supplémentaire en coût et en temps. En raison des lacunes qui viennent d'être mentionnées, la durée de vie des matériaux isolants est raccourcie par les opéra- tions doublées de montage, de séchage et de remplissage d'huile. L'autre groupe des procédés proposés peut être caractérisé en ce que le transformateur, tout en étant égale- ment de forme usuelle mais de dimensions plus grandes, est frac- tionné en plusieurs pièces par une subdivision du noyau de fer et de la construction de la cuve du transformateur, pièces qui, pendant toute la durée du transport, sont obturées hermétique- ment. A l'emplacement d'utilisation, le transformateur est préparé plus rapidement qu'avec le premier groupe de procédés décrit, de sorte que sa durée de vie est égalemient moins raccourcie. - L'inconvénient de ce second groupe de procédés réside dans la détérioration de la sécurité d'exploitation résultant de la masse plus grande incorporée ou dans le coût supplémentaire nécessaire pour éliminer cette détérioration (meilleurs matériaux de base, adoption de technologies plus coûteuses). En outre, ce second groupe de procédés implique un séchage sous vide local et une dépense supplémentaire en coût et en temps entra née par le remplissage d'huile. L'invention a pour objet de combler les lacunes mentionnées. Ce but est atteint avec le transformateur sui- vauit l'invention, grâce au fait que celui-ci est constitué par des unités, dont les dimensions sont conditionnées par les possibilités de transport, de sorte que la sécurité d'exploitation peut être caractérisée par un niveau de fia- bilité correspondant à ces dimensions. L'une des unités des constructions de transforma- teur suivant l'invention est agencée de telle manière que l'enroulement, après le premier remplissage d'huile, forme, avec son matériau isolant liquide et avec une partie du noyau de fer, un système fermé. Les parties du noyau de fer faisant saillie à l'extérieur du système ferme au-dessus d'une plaque isolante fixe sont réalisées sous une forme fractionnée et peuvent être raccordées, par un joint bout à bout, ou par une liaison feuilletée, avec les unités formant les autres éléments du transformateur. En conséquence, l'invention vise un transformateur comportant un circuit magnétique démontable, et un noyau de fer simple muni d'un cadre entier ou d'un demi-cadre, avec un agencement suivant lequel le circuit magnétique démontable du transformateur est constitué par une culasse subdivisée en une partie inférieure et une partie supérieure et par les colonnes assemblant entre elles les parties de la culasse, tandis que les parties de culasse adaptées entre elles sont assemblées entre elles en traversant la plaque isolante non métallique de la cuve entourant les parties de la culasse et les colonnes présentes entre celles-ci. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des des- sins joints qui en représentent, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution avantageuse. Sur ces dessins s - la figure 1 représente ltassemblage du noyau de fer monophasé; - la figure 2 représente une version triphasée; - les figures 3, 4 et 5 représentent les diverses versions de l'assemblage du noyau de fer; - la figure 6 montre une solution permettant d'assurer l'étanchéité de la partie du noyau de fer qui fait saillie à l'extérieur du système fermé, et - la figure 7 représente l'obturation et l'étan- chéisation ultérieures des parties du noyau de fer montées. D'après la figure 1, on voit clairement que, si l'on choisit la forme d'exécution suivant l'invention (le transformateur inférieur), au lieu de deux unités monophasées (les deux transformateurs supérieurs), tant en ce qui concerne la dimension que les matériaux, on peut économiser une colonne d'assemblage de culasse de chacune des deux unités monophasées et la fraction correspondante en huile et en cuve. Pour la forme d'exécution triphasée, un exemple est représenté sur la figure 2. Dans les versions des figures 1 et 2, on peut obtenir, dans le prix du matériau du noyau de fer, une économie d'environ 20 ' et dans le prix de la construction d'ensemble une économie d'au moins 5 à 10. Cette économie se manifeste, avec la construction et la version traditionnelles adoptées,-par l'incorporation des quantités de matériaux isolant et conducteur usuelles, mais par une masse réduite du noyau de fer et, par conséquent, la détérioration accessoire de la sécurité d'exploitation liée à l'augmentation de masse (détérioration par laquelle les accroissements de puissance spécifique peuvent en général être caractérisés) peut être évitée. Dans le transformateur suivant l'invention, le remplissage d'huile à exécuter au lieu d'utilisation devient superflu car, aux emplacements o les deux unités sont assemblées, la cuve est obturée au moyen d'une plaque élec- triquement isolante et assurant une fermeture étanche à l'huile. Les bouts du noyau de fer font saillie vers l'exté- rieur au-dessus de la plaque isolante et, par conséquent, peuvent être raccordés à l'unité associée suivante. Au point de raccordement, la construction de la culasse est assemblée bout à bout pour faciliter le montage du noyau de fer. Sur la figure 3 est représenté un exemple de joint bout à bout, dans lequel on peut voir un joint bout à bout en forme de coin. L'avantage de cette solution se manifeste alors du montage sur place par une plus grande fa- cilité d'adaptation.Un autre avantage du joint bout à bout en forme de coin réside en ce que l'excitation affectant l'en- trefer du joint et l'action de force entre les surfaces sont amoindries, de sorte qu'on peut obtenir une structure n'en- gendrant que peu de vibration et de bruit. L'excitation né- cessaire est, dans un joint bout à bout perpendiculaire s -B m = -- 8 XUO et dans un joint bout à bout sous l'angle î (figure 3) s B. sin O J e = -- Q--- e O >uo Dans les équations ci-dessus, on a i B. = induction de la culasse, jO = perméabilité de l'air, Cr = entrefer moyen qui, lors de l'utilisation de technolo- gies identiques, présente la m9me valeur, qu'il s'agisse d'un joint bout à bout oblique ou perpendi- culaire. L'action de force magnétique apparaissant à l'emplacement de l'entrefer est, dans le cas d'un joint bout à bout perpendiculaire: P =21 B1 AJ et, dans le cas d'un joint bout à bout en forme de coin t é 2 -A sin î (dans ces équations A désigne la section droite du fer de la culasse). L'action génératrice de vibration et de bruit des forces ferromagnétiques relativement grandes entrant en jeu peut encore 8tre tempérée par la construction de noyau de fer encadrée connue en soi. Dans de telles cons- tructions, les flux présents dans les divers cadres présen- tent des positions de phase différentes et la résultante des actions de force entrant en jeu est en outre plus faible. Sur la figure 4 est représenté le joint bout à bout oblique de la construction encadrée et, sur la figure , le joint bout à bout en forme de peigne de cette cons- truction. Sur la figure 6, on a montré une solution avan- tageuse pour l'étanchéisation de la partie du noyau de fer faisant saillie hors du système fermé. Comme on peut le voir sur cette figure, la partie 2 du noyau de fer fait saillie au-dessus de la plaque isolante 1. Le joint d'étan- chéité 3 est comprimé par le cadre 4, de sorte que, pen- dant le montage, l'huile ne peut suinter vers l'extérieur que par l'intermédiaire du noyau de fer, de sorte que la fuite peut encore 8tre réduite par l'utilisation de la technique de collage usuelle dans les noyaux de fer feuil- letés. L'obturation herrmti.que 5 élimine complètement l'técoulement d'huile pendant le transport. Après achèvement du montage, le noyau de fer traversant la plaque isolante 1 (figure 7) avec le joint d'étanchéité 3 et le cadre pres- seur 4 (pour maintenir la propreté des parties actives) conserve la mtme étanchéisation. Après l'assemblage, la plaque d'obturation 5 isole de l'atmosphère l'espace conte- nant les parties du noyau de fer assemblées entre elles, tandis que ledit espace, pour améliorer l'effet de refroi- dissement, est ultérieurement rempli d'huile. Sur la figure 7.la cuve est désignée par 6 et la partie formant couvercle par 7. La solution suivant ltinvention offre la possi- bilité, soit de réaliser une unité monophasée de puissance relativement élevée à partir de plusieurs unités de puissance plus faible, soit de construire un transformateur triphasé à partir d'unités monophasées. L'avantage économique de cette solution se manifeste par la réduction d'espace et du nombre d'éléments structurels, tandis que l'avantage technique réside dans le maintien de la sécurité.d'exploita- tion plus élevée caractérisant les petits éléments et dans la réduction des difficultés pendant le transport; de cette manière, il est possible de réaliser des transformateurs d'une puissance de l'ordre du GVA en une seule unité. REVENT)ICATI ONS 1. Transformateur à circuit magnétique démonta- ble, comportant un noyau de fer simple muni d'un demi-cadre ou d'un cadre entier, ledit transformateur étant caractérisé en ce que son circuit magnétique démontable est constitué par une culasse subdivisée.en une partie inférieure et une partie supérieure, et par les colonnes assemblant entre elles les parties de la culasse, tandis que les parties de la cu- lasse adaptées entre elles sont raccordées entre elles en traversant une plaque isolante (1) de la cuve (6, 7) entourant les parties de la culasse et les colonnes présentes entre celles-ci. 2. Transformateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces de culasse du circuit magnétique démontable sont raccordées entre elles au moyen d'un joint bout à bout en forme de coin ou de peigne. 3. Transformateur suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les parties de la culasse adaptées entre elles traversent d'une manière étanchéisée la plaque d'obturation non métallique (5). 4. Transformateur suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'après le transport effectué à l'état démonté, il est prévu, dans un état de montage, entre les parties de la culasse adaptées entre elles et l'atmosphère, une obturation étanchéisée. 5. Transformateur suivant l'une des revendications i à A, caractérisé en ce que l'espace contenant les parties de la culasse adaptées entre elles est rempli d'huile de refroidissement.