Brevet FR2511208A1 — publié le 19830211

L'invention concerne la production d'équipement élec- trotechnique et a notamment pour objet un organe de connexion de l'enroulement de haute tension d'un générateur avec la barre d'entrée. L'invention peut être appliquée k la fabrication des générateurs de forte puissance y compris les turbogénérateurs pour les centrales thermiques et nucléaires ainsi qu'à la fabrication des transformateurs de forte puissance. L'évolution rapide de l'électroénergétique moderne est caractérisée par la tendance a l'augmentation de la tension des lignes de transport d'énergie électrique, des transfor- mateurs et des générateurs ce qui aboutit en définitive à 1 ' accroissement de leur rendement et à la diminution de l'en- combrement. Toutefois, l'utilisation de hautes et très hautes ten- sions nécessite de résoudre le problème de la création d'or- ganes qui connectent différents élements électriques de haute tension entre eux; par exemple, il faut mettre au point un organe d-e passage du câble de haute tension en ligne aérien- ne ou d'un organe d'entrée du câble dans le transformateur. En cas de connexion d'un générateur de haute tension avec des dispositifs électriques extérieurs, l'un des pro- blèmes importants qu'on doit résoudre est la connexion de l' enroulement de haute tension du générateur avec la barre d' entrée qui doit être reliée avec un dispositif électrique ex- térieur, par exemple, avec un câble de haute tension. La solution à ce problème la plus proche de celle de l'invention est constituée par un organe de connexion de l' enroulement de haute tension d'tmu générateur avec une barre d'entrée (revue Electrotechnika 11 o 6 1977 G A Bsstchastnov, A.V Ivanov-Smolensky, P E N Tikitin, T M Nemeni "Générateur de haute tension" édition "Energuia" (I Moscou) cf les pages 1,2) comportant, disposés dans la partie frontale du stator du générateur, des canaux de refroidissement et des conduc- teurs isolés de l'enroulemrent du générateur couplés avec la barre d'entrée. Comme barre d'entrée, on a utilisé une barre de cui- vre, passant à l'intérieur d'un tube de cuivre et reliée Électriquement à celui-ci, le tube de cuivre se trouvant à l'intérieur d'un c 8 ne d'isolation formé à l'aide d'une en- taille dans l'isolation du corps de l'enroulement de haute tension Le tube de cuivre est utilisé pour la formation du champ électrique dans la zone d'entrée de haute tension et Tour l'amenée d'un agent frigorifique, par exemple d'une hui- le à l'enroulement de haute tension. L'enroulement de haute tension est constitué par des bobines entre les couches des spires desquelles sont formés des canaux de refroidissement à l'aide de loints spéciaux. L'huile parvient dans ces canaux à partir du tube de cuivre. L'organe connu est caractérisé par une répartition ir- régulière Jle la tension suivant la surface du cÈne d'isola- tion de l'organe de connexion de l'enroulement de haute ten- sion du générateur avec la barre d'entrée, en raison de la séparation brusque de l'isolation dans la zone de l'entrée de haute tension et de la formation d'une discontinuité dans le milieu d'isolation. La répartition irrégulière de la tension suivant la nurface du cône d'isolation de cet organe peut conduire au claquage de l'isolation aux endroits o le champ-électrique a une valeur maximale le cône d'isolation de l'organe connu destiné à supprimer le risque de claquage de l'isolation est d'un encombrement important. On s'est donc proposé de mettre au point un organe de connexion de l'enroulement de haute tension d'un générateur avec une barre d'entrée dans lequel la réalisation de l'élé- ment de haute tension et la liaison des tubes des spires som- mes de l'enroulement de haute tension du générateur dans la zone de l'entrée de haute tension permettraient de rédui- re sensiblement l'encombrement de cet organe et d'accro tre sa fiabilité de service. le problème posé est résolu à l'aide d'un organe de connexion de l'enroulement de haute tension d'un générateur 1 1208 avec une barre d'entrée comportant, disposés dans la partie frontale du stator du générateur, des conducteurs isolés de l'enroulement de haute tension du générateur, reliés à la barre d'entrée dans la zone d'entrée de haute tension, et des canaux de refroidissement, caractérisé, en oe que les couches conductrices réalisées à l'aide de conducteurs isolés, for- ment des spires sommes de l'enroulement de haute tension du générateur sous forme de tubes, disposés concentriquement et reliés l'un à l'autre dans la zone de l'entrée de haute ten- sion par des éléments tubulaires de forme assurant le passage progressif du tube de la première spire somme de l'enroue lement de haute tension au tube de la deuxième spire somme, du tube de la deuxième spire somme au tube de la troisième spire somme et ainsi de suite jusqu'au passage du tube de l'avant-dernière spire somme au tube de la dernière spire somme de l'enroulement de haute tension du générateur, for- mant une sortie de potentiel nul, les canaux de refroidisse- ment étant ainsi divisés en canal de refroidissement central constitué par l'enceinte intérieure centrale du tube de la première spire somme de l'enroulement de haute tension du gé- nérateur, et en canaux de refroidissement périphériques, dont chacun est formé par deux tubes voisins reliés électriquement entre eux et formant une seule spire somme de l'enroulement de haute tension du générateur, la barre d'entrée possédant en outre le potentiel maximal de l'enroulement de haute ten- sion du générateur, comprenant un revêtement constitué par des couches d'isolation séparées par des écrans, dont chacun est couplé à sa spire de l'enroulement de haute tension du générateur, et étant constituée par un cylindre et un c 8 ne tronqué, l'une des bases du cylindre étant reliéeqau début de la première spire de l'enroulement de haute tension du gé- nérateur tandis que l'autre base du cylindre forme la petite base du cône tronqué, la hauteur de la couche d'isolation avec son écran se joignant à la tige d'entrée étant identi- que à celle d e la tige et chaque couche suivante d'isolation avec son écran étant disnosée au-dessous de la couche orécé- dente d'isolation d'une même valeur g, la barre d'entrée et toutes les couches d'isolation avec écrans jointes à cel- le-ci formant un élément d'entrée-de haute tension. L'application de l'invention permet de réduire notable- ment l'encombrement de l'organe de connexion de l'enroulement e haute tension du générateur avec la barre d'entrée ce qui per-met de créer des générateurs de forte puissance dans les- quels la tension du stator atteint 500 k V En-outre, grâce à l'invention, il est possible d'accroître la fiabilité de ser- vice de cet organe et du générateur dans son ensemble grâce à une meilleure répartition de la tension suivant la surface de l'élément d'entrée dé haute tension. L'invention est illustrée ci-après par un exemple con- cret de réalisation avec référence aux dessins annexés sur lesquels: la Fig 1 représente un montage électrique des spires de l'enroulement de haute tension, selon l'invention;. la Fig 2 est une coupe longitudinale de l'organe de connexion de l'enroulement de haute tension du générateur a vec la barre d'entrée d'un organe correspondant A, selon l'invention; la Fig 3 est une coupe suivant la ligne III-III de la Fig 2. La Fig 1 représente un montage électrique simplifié d'un enroulement de haute tension d'un générateur fabriqué à partir d'un câble à quatre couches, posé dans quatre rainu- res du stator du générateur La couche conductrice 1 du câ- ble se transforme en couche conductrice 2, la couche conduc- trice 2 se transforme en couche conductrice 3 et la couche 3 se transforme en couche 4 du câble Le début de la couche 1 est le début de l'enroulement de haute tension du générateur et l'extrémité de la couche 4 fait fonction de sortie au po- tentiel nul. La Fig 2 illustre-une réalisation constructive de 17 organe A représenté sur la Fig 1 La couche conductrice t est disposée au centre du câble et forme la première spire somme sous forme d'un tube 5 avec un canal de refroidisse- ment central 6. Par spire somme, on entend un ensemble de toutes les spires formées par le tube d'une couche donnée Ainsi, par exemple, sur la Fig 1, le tube de la couche conductrice 1 forme une spire somme constituée par deux spires reliées en série, posées dans quatre rainures du stator du générateur. (Les secteurs ab correspondent aux rainures du stator sur la Fig 1) La couche conductrice 2 forme la deuxième spire somme du tube 7, disposé concentriquement par rapport au tu- be 5 et séparé de celui-ci par une couche d'isolation 8. La couche conductrice 3 forme la troisième spire somme sous forme d'un tube 9 disposé concentriquement par rapport aux tubes 5,7 et séparé du tube 7 par une couche d'isolation 10 La couche conductrice 4 forme la quatrième spire sous forme de deux tubes 11,12 voisins disposés concentriquement l'un à l'autre et aux tubes 5, 7, 9 Le tube 11 est séparé du tube 9 par une couche d'isolation 13 Les tubes 11 et 12 sont reliés électriquement entre eux par des barres 14. L'enceinte formée entre les tubes 11 et 12 forme un ca- nal périphérique de refroidissement 15. Dans la zone d'entrée de haute tension qui comprend à l'organe 1 sur la Fig 1, les tubes 5, 7, 9, 11, 12 (Fig 2) disposés concentriquement sont reliés l'un à l'autre par des éléments tubulaires 16 façonnés qui assurent le passage progressif du tube 6 de la première spire au tube 7 de la deuxième spire, la transformation du tube 7 de la deuxième spire en tube 9 de la troisième spire, la transformation du tube 9 de la troisième spire en tubes 11,12 de la quatrième spire formant la sortie de potentiel nul. La barre d'entrée 17 se trouve au potentiel maximal de l'enroulement de haute tension du générateur et comporte un revêtement constitué par des couches d'isolation 8, 10, 13 et une couche d'isolation extérieure 18 Dans la zone entou- rant la barre d'entrée 17, les couches 8, 10, 13 sont sépa- rées par les écrans 19 tandis que la couche 18 d'isolation e:térieure est couverte d'un écran 20 dans cette même zone. La barre d'entrée 17 est composée d'une barre de cuivre reliant le début du tube de la première spire somme à la bar- re de cuivre du dispositif extérieur. Chaque écran 19 est couplé avec sa spire de l'enroule- xent de haute tension du générateur. La barre d'entrée 17 est constituée par un cylindre 21 eti un cône tronqué 22, l'une des bases du cylindre 21 étant reliée au début te la première spire de l'enroulement de hau- te tension du générateur tandis que l'autre base du cylindre 21 forme la petite base du c 8 ne tronqué 22. La hauteur de la couche d'isolation 8, avec son écran 19, adhérant à la barre d'entrée 17 est égale à celle de la- dite barre alors que chaque couche d'isolation 10, 13 suivan- te et la couche d'isolation extérieure 18 avec son écran 19 et 20, est disposée au-dessous de la couche d'isolation pré- cédente à une distance identique S, la barre d'entrée 17 et toutes les couches d'isolation 8, 10, 13 avec les écrans 19, qui adhérent à la barre et la couche 18 d'isolation exté- rieure 18 avec l'écran 20, forment un élément d'entrée de haute tension 23. La Fig 3 représente une coupe suivant la ligne III-III sur la Fig 2 qui explique la conception du câble à quatre couches de l'enroulement de haute tension. Dans le c 8 ne d'isolation de l'organe connu de connexion de l'enroulement de haute tension du générateur avec la barre d'entrée, les conditions de travail de l'isolation sont-très difficiles car le champ électrique créé près des bords des Éléments conducteurs se trouvant sous un haut potentiel est extrêmement irrégulier et peut provoquer le claquage de l'i- solation Dans le but d'égaliser la tension suivant le cône d'isolation, il est nécessaire d'augmenter sensiblement ses dimensions Dans ce cas, on doit compliquer aussi la géomé- trie de sa surface pour assurer les valeurs requises de l'in- tensité du champ électrique Cette circonstance devient par- ticulièrement évidente pour des valeurs de la tension égales à 220 et à 500 k V. Dans la conception proposée de l'organe de connexion de l'enroulement du générateur avec la barre d Ventrée, cha- que écran 19 et 20 (Fig 2) de l'élément d'entrée de haute tension 23 est relié électriquemrent à sa spire somme de l'en- roulement de haute tension, ce qui permet d'imposer la diffé- rence de potentiel entre les écrans 19, 20 de l:élément d'en- trée de haute tension 2 3 Cela donne la possibilité cd'imrpo- ser une valeur C minimale déterminée en partant de la ré- sistance électrique de l'isolation pour une différence de potentiel donnée entre les écrans voisins 19 et 20. Ayant réalisé un enroulement de haute tension pour gé- nérateur à partir d'un cable multicouche et ayant relié cha- que écran 19, 20 (Fig 2) de l'élément d'entrée de haute ten- sion 17 à sa couche conductrice 1, 2, 3, 4 (Fig 1) du câble, on a assuré une différence identique des potentiels sur les écrans 19, 20 (Fig 2). L'invention permet de créer des générateurs de forte puissance avec des tensions sur leur enroulement statorique pouvant atteindre 500 k V. Revendication Organe de connexion de l'enroulement de haute tension d'un générateur avec une barre d'entrée comportant, disposés dans la partie frontale du stator du générateur, des conduc- teurs isolés de l'enroulement de haute tension du générateur reliés à la barre d'entrée dans la zone de l'entrée de haute tension, et des canaux de refroidissement, caractérisé en ce que les couches conductrices ( 5,7, 9,11,12) réalisées à l'aide de conducteurs isolés, forment les spires sommes de l'enrou- lement de haute tension du générateur sous forme de tubes disposés concentriquement et reliés l'un à l'autre dans la zone d'entrée de haute tension par des éléments tubulaires façonnés ( 16) assurant la transformation progressive du tube ( 5) de la première spire somme de l'enroulement de haute ten- sion au tube ( 7) de la deuxième spire somme et ainsi de suite jusqu'à la transformation du tube ( 9) de l'avant-dernière spire somme en tube ( 11, 12) de la dernière spire somme de l' enroulement de haute tension du générateur, celle-ci formant la sortie de potentiel nul, les canaux de refroidissement étant partagés en canal de refroidissement central, consti- tué par l'enceinte intérieure centrale ( 6) du tube ( 5) de la première spire, et en canaux périphériques de refroidisse- ment, dont chacun est formé par deux tubes voisins ( 11,12) reliés électriquement entre eux et formant une seule spire somme de l'enroulement de haute tension du générateur, la barre d'entrée ( 17) ayant le potentiel maximal de l'enroule- ment de haute tension du générateur comportant un revêtement constitué par des couches d'isolation ( 8,10,13) séparées par des écrans ( 19) dont chacun est relié à sa spire somme de l'enroulement du générateur et étant constituée par un cylin- dre ( 21) et un cône tronqu ( 22), l'une des bases du cylindre tant couplée au début de la première spire ( 5) de l'enroule- ment de haute tension du générateur tandis que l'autre base du cylindre forme la partie base du cône-tronqué ( 22), la hauteur de la couche d'isolation ( 8) avec son écran ( 19) qui touche la barre d'entrée étant égale à la hauteur de celle-ci 251120 n tandis nue chaque couche d'isolation suivante ( 10,13) avec son écran ( 19) est disposée au-dessous de la couche d'isola- tion à une même distance S, la barre d'entrée ( 17) et tou- tes les couches d'isolation ( 8, 10, 13) avec les écrans ( 19) qiui sont associées à celle-ci formant un élément d'entrée de haute tension.