Brevet FR2499758A1 — publié le 19820813

APPAREIL INDUCTIF REFROIDI PAR VAPORISATION La présente invention concerne d'une façon géné- rale un appareil inductif refroidi par vaporisation, et plus particulièrement une tubulure pour y distribuer un agent de refroidissement liquide diélectrique. Il est connu que des appareils électriques induc- tifs, comme des transformateurs, des bobines de réactance et similaires, peuvent être refroidis effectivement par la vaporisation d'un liquide diélectrique, comme de l'éther perfluorodibutyle ou de l'éther perfluorocycli- que, dont le point d'ébullition se situe dans la plage normale de températures de fonctionnement de l'appareil et qui, pendant le fonctionnement de ce dernier, est ame- né en contact avec sa structure produisant de la chaleur afin d'être vaporisé par la chaleur produite et la refroi- dir par conséquent, la vapeur qui en résulte étant conden- sée et appliquée à nouveau à la structure produisant de la chaleur pour répéter le cycle. Pour assurer l'efficaci- té de ce procédé de refroidissement d'un appareil induc- tif, il importe bien entendu que le liquide diélectrique soit appliqué à la structure produisant de la chaleur dans une configuration de distribution aussi uniforme que possible et les. moyens employés jusqu'à présent pour ob- tenir une distribution uniforme du liquide comprennent des systèmes de tubulures tels que ceux décrits dans les Bre- vets des Etats Unis d'Amérique No 3 201 727 et 4 129 845 par exemple. Ainsi, le Brevet des Etats Unis d'Amérique NO 3 201 727 propose d'utiliser, comme tubulurepour le liqui- de un constituant connu dans la technique des transforma- teurs sous le nom de plaque statique ou anneau statique, généralement utilisé pour assurer une distribution plus uniforme des surtensions aux bornes des enroulements à haute tension, Selon ce Brevet antérieur, la plaque stati- que doit être faite d'une matière telle que de l'acier ou de l'aluminium possédant une bonne conductibilité électri- que et également une résistance mécanique suffisante pour supporter les enroulements du transformateur, et dans laquelle sont formés un ou plusieurs canaux dans les- quels un agent de refroidissement liquide est amené et par lesquels l'agent de refroidissement liquide est ap- pliqué aux bobines ou enroulements par des orifices pré- vus dans la plaque statique, à son fond. Cette disposi- tion imposant l'utilisation d'une plaque ou d'un anneau métallique peut poser des problèmes d'isolement et d'échauffement, ces derniers résultant des courants de Foucault produisant des points chauds en plus d'être re- lativement coûteuses à fabriquer. Sous une forme différente, le Brevet des Etats Unis d'Amérique NO 4 129 845 décrit un appareil induc- tif refroidi par vaporisation comportant une structure de tubulure à part et séparée de toutes plaques ou écrans statiques. Cette structure de tubulure connue comporte une conduite, faite de préférence en tubes iso- lants, de forme irrégulière et supporté de manièresà maintenir sa forme, par plusieurs cales ou blocs isolants fixés sur la face inférieure d'un disque isolant, la con- duite étant prévue avec des ouvertures ou des orifices dirigés vers l'ensemble sous-jacent produisant de la cha- leur de l'appareil. Etant donné que tous les constituants de cette structure de tubulure, y compris sa conduite, sont en des matières isolantes comme cela a été propo- sé dans ce Brevet, les problèmes d'isolement et d'échauffe- ment mentionnés ci-dessus en regard de l'autre disposi- tion connue sont éliminés; cependant, sous la forme d'un ensemble ne remplissant qu'une fonction, à savoircelle de distributeur d'agent de refroidissement liquide, elle est encore relativement compliquée et coûteuse à fabriquer et à assembler. L'invention a donc pour objet essentiel d'élimi- ner ces inconvénients et elle concerne donc un appareil inductif refroidi parvaporisation comprenant une source de diélectrique liquide vaporisable et un ensemble d'en- roulement comprenant un enroulement électrique et une plaque statique associée avec l'enroulement et disposée au-dessus de lui; un aspect de l'invention réside dans le fait que la plaque statique consiste en une âme ri- gide d'une matière diélectrique, une couche métallique couvrant l'âme et étant connectée à l'enroulement et un revêtement isolant couvrant cettecouche métallique; dans cette âme rigide est formée au moins une conduite de circulation de fluide dont une entrée est reliée à la source, et avec plusieurs sorties traversant la pla- que statique vers sa face inférieure et dirigées vers l'enroulement. Un autre aspect de l'invention réside dans le fait que la plaque statique est enfermée dans un sac d'une matière souple de manière à former une tubulure comprenant un dispositif d'entrée de fluide relié à la source, ce sac comprenant plusieurssorties de fluide qui y sont formées au-dessous de la plaque statiqueet au- dessus de l'enrotlement; le sac est suffisamment libre et sur-dimensionné par rapport à la plaque statique pour former des espaces de circulation de fluide définis en- tre la plaque et le sac, et permettant le passage du fluide entre le dispositif d'entrée et les sorties. te dispositif d'entrée de fluide peut être formé dans le sac lui-même ou peut conisister en au moins une conduite de passage de fluide formée dans la plaque statique et communiquant avec l'intérieur du sac. Il faut remarquer que les deux dispositions ci- dessus, selon l'invention, combinent lesfonctions d'une plaque statique et d'une tubulure de distribution d'agent de refroidissement, d'une manière avantageuse, éliminant les inconvénients des dispositions classiques mentionnées initialement. Le mode de réalisation compor- tant un sac sur-dimensionné, monté avec jeu, offre des avantages supplémentaires en ce que le liquide dans les espaces de circulation de fluide définis au-dessous de la plaque statique, entre cette dernière etle sac, amé- liore la rigidité diélectrique ainsi que la capacité entre la plaque statique et la section d'extrémité voi- sine de l'enroulement, la constante diélectrique des li- quides étant 2,3 comparativement à 1 pour un gaz. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront au cours de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se ré- férant aux dessins annexés sur lesquels: La Figure 1 est une coupe verticale d'un ensem- ble de noyau et d'enroulement d'un transformateur re- froidi par vaporisation, isolé par gaz, suivant la ligne I-I de la Fig. 2, la Figure 2 est une coupe horizontale de l'en- semble de noyau et d'enroulement, la Figure 3 est une coupe partielle à plus grande échelle suivant la ligne III-III de la Figure 1, la Figure 4 est une coupe verticale suivant la ligne IV-IV de la Fig. 8, la Figure 5 est une coupe verticale suivant la ligne V-V de la Fig. 8, la Figure 6 est une coupe verticale d'un autre mode de réalisation similaire à celui de la figure 4, mais sans le sac, la Figure 7 est une coupe verticale similaire à celle de la Fig. 5, maissans le sac, la Figure 8 est une coupe verticale suivant la ligne VIII-VIII de la Fig. 2, la Figure 9 est une coupe verticale d'un autre mode de réalisation combinant des caractéristiques des Fig. 4 et 6, et la Figure 10 est une coupe verticale suivant la ligne X-X de la Fig. 9, Pour se reporter maintenant aux figures, la struc- ture illustrée sur la figure 1 comporte des bobines plates 10 empilées entourant un noyau 12 d'un matériau magnétique. Les bobines empilées 10 sont supportées par des cales isolantes 14 qui, à leur tour sont supportées par un cadre d'extrémité 16. Au-dessus des bobines 10 sont prévues plusieurs cales radiales 18 et une bague de pression 20, tous mattenus sous compression par un ca- dre d'extrémité supérieur 22. Les bobins 10 sont enrou- lées et interconnectées de manière à former un enroule- ment 26 à-haute tension. Des bobines plates 24 similai- res sont enroulées et interconnectées pour former un en- roulement à basse tension. Entre les cales 18 et les bobines plates supérieu- res 24, 26 se trouve un dispositif à tubulures comprenant une âme intérieure 28 rigide (Fig. 4 et 5), une plaque ou feuille statique 30, un revêtement isolant 32 et un sac 34. L'âme 29 et le revêtement 32 ont des bords ar- rondis et forment un blindage évitant des amorçages à haute tension qui pourraient autrement se produire dans l'appareil à haute tension. L'âme 28 est faite d'une ma- tière diélectrique, par exempledes feuilles de carton comprimé, ou d'une matière diffusée sous le nom de mar- que Micarte par Westinghouse Electrîc Company. La plaque statique 30 est une tôle métallique qui s'étend tout autour et qui enferme l'âme 28. Le revêtement isolant32 est fait d'une matière diélectrique, par exemple du papier aramide ou du pa- pier crêpé, et il enferme complètement l'ensemble de l'âme et de la plaque statique. L'ensemble de l'âme 28. de la plaque statique 30 et du revêtement isolant 32 forme un anneau rigide qui est continu, sauf pour un in- tervalle 36 (Fig. 2) et il est complètement enfermé dans le sac 34 qui est une pièce en forme de vessie tubulaire continue en une matière souple appropriée, parexemple un élastomère ou similaire compatible avec l'agent de refroi- dissement liquide utilisé. Etant donné qu'il est souple, le sac se déforme sous l'effet de toute force qui lui est appliquée par l'intérieur ou par l'ex- térieur et il constitue donc un moyen extrêmement satis- faisant pour distribuer l'agent de refroidissement diélec- trique sur les bobines plates empilées comme cela sera ex- pliqué ci-après. Le sac 34 comporte une entrée de fluide 38 (Figure 3) formée par une partie tubulaire, tournée vers l'extérieur, solidaire du sac et agencée pour recevoir un dispositif d'alimentation en fluide, par exemple un tube d'entrée 40 relié à une source d'agent de refroi- dissement diélectrique, comme du fluorocarboneou uu per- chloréthylène. La partie d'extrémité intérieure du tube pénètre dans l'intervalle 36 entre les extrémités op- posées de l'ensemble annulaire 28, 30, 32 et elle com- porte plusieurs ouvertures 42 pour délivrer de l'agent de refroidissement dans le sac 34 comme l'indiquent les flèches 44. Des broches 46 (Fig. 3) sur la partie d'ex- trémité intérieure du tube d'entrée 40 pénètrent dans les extrémités opposées du revêtement 32 pour maintenir le tube 40 en position. Des assemblages étanches aux liqui- des comprenant des collages 48, 50 sont formés entre l'entrée de fluide 38, le sac 34 et le tube 40. Comme le montre la Figure 1, l'ensemble de tubu- lure comprenant l'âme 28, la plaque statique 30, le revê- tement 32 et le sac souple 34 est.disposé entre des cales radiales 52, 54 traversant l'ensemble de noyau et de bo- bines, comme les rayons d'une roue, comme cela apparait mieux sur la Fig. 2. L'ensemble de tubulure repose sur les cales (voir Figure 8) de sorte que les espaces entre ces dernières restent au-dessous de l'ensemble de tubu- lure. Aux endroits o l'ensemble repose sur les cales 54, le sac 34 est maintenu contre la surface inférieure du re- vêtement isolant 32, comme en 34a (Figure 8) tandis qu'il fléchit dans leseespaces entre les cales 54, comme en 34b. Au moins les parties du sac entre -les cales 54 comportent des sorties 56 (Fig. 4,5-et 8) formées par des ouvertures dans le sac 34 ou par des buses de pulvérisation introdui- tes dans ces ouvertures, et par lesquelles l'agent de refroidissement liquide introduit dans le sac par le tube 40 s'écoule sur les enroulements sous-jacents, se distri- buant de lui-même sur les surfaces des bobines et descen- dant par gravité sur les autres bobines au-dessous. Aux endroits o les parties 34b du sac s'affais- sent entre les cales 54 (Fig. 4), le sac forme un espace de conduite 58 entre lui-même et la surface intérieure du revêtement 32, espace par lequel le fluide est conduit vers les sorties 56. En outre, aux endroits o le sac est maintenu entre les cales radiales 54, il se gonfle radiale- ment vers l'intérieur et l'extérieur comme le montre la Figure 5 en 34c et 34d, formant des espaces de con- duite 60, 62 qui communiquent avec les espaces 58 for- més par les parties affaissées du sac 34b. Ainsi, le sac souple 34 forme une conduite pour faire passer le liquide diélectrique de refroidissement introduit par le tube d'entrée 40 vers les sorties 56, améliorant ain- si la distribution du liquide de refroidissement sur les enroulements oules bobines (Fig. 2) pendant le fonction- nement du transformateur. Un autre mode de réalisation de l'invention est représenté sur les figures 6 et 7, sur lesquelles des parties correspondantes à celles du précédent mode de réalisation sont désignée par les mêmes références numériques. Dans ce mode de réalisation, l'ensemble de tubulure ne comporte pas de sac souple comme le sac 34 du précédent mode de réalisation. En place, l'âme rigide intérieure 28 comporte des conduites à fluide 64 et 66 qui y sont formées concentriquement, avec des sorties de fluide 68 similaires aux sorties 56 desfigures 4 et 8, et communiquant avec les espaces entre les cales radiales 54, et avec également des entrées de fluide, comme les orifices 70, 72 qui sont branchés de façon ap- propriée sur le tube d'entrée 40. Sauf pour l'absence du sac 34 et pour les passages de circulation 64, 66, 68 , 72, cette disposition pour délivrer et distribuer un agent de refroidissement diélectriqueest similaire à celle du précédent mode de réalisation sous tousles autres aspects. Un autre mode encore de réalisation de l'in- vention est représenté sur lesfigures 9et 10 sur les- quelles également les parties qui correspondent à celles des précédents modes de réalisation sont désignées par les mêmes références numériques. Ce mode de réalisation combine les caractéristique des deux précédents modes de réalisation en ce que l'ensemble de tubulure comporte à la fois un sac souple 34 et des conduites 64, 66 avec des sorties 68. Un liquide de refroidissement diélectri- que est délivré par les sorties 68 dans le sac 34, à par- tir duquel il passe par les dispositifs de sortie 56 sur les bobines 24,26 de la manière décrite ci-dessus. Dans chacun des modes de réalisation décrits ci-dessus, l'écran ou plaque statique 30 est connecté électriquement à l'une des bobines, par exemple la bo- bine 26, par un conducteur 74. De plus, dans chaque mode de réalisation, les couches successives des bobines pla- tes 26 à haute tension sont interconnectées par un con- ducteur 76 et les bobines à basse tension 24 sont inter- connectées par un conducteur 78, de la manière habituelle. En résumé, l'invention concerne donc un dispo- sitif qui assure le blindage à la terre, la distribution d'un liquide, l'isolement, la capacité et le support mé- canique des bobines. Les modes de réalisation décrits impliquent la formation d'un blindage entourant la pla- que statique à l'intérieur d'une pièce tubulaire oud'un sac surdimensionné, qui est perforé aux endroits voulus pour distribuer un diélectrique liquide sur les enroule- ments. Si cela est souhaité, d'autres tubulures ou distri- butions peuvent être prévues en utilisant des conduites internes dans l'âme de la plaque statique. REVENDICATIONS l - Appareil inductif refroidi par vaporisation, comprenant une source d'un diélectrique liquide vapori- sable et un ensemble d'enroulement, constitué par un en- roulement électrique et une plaque statique associée avec l'enroulement diposée au-dessus,appareil caracté- risé en ce que ladite plaque statique (28, 30, 32) est enfermée dans un sac souple (34) formant avec la plaque une tubulure délivrantdu diélectrique liquide de ladite source (40) à l'enroulement, ladite tubulure comportant un dispositif d'entrée de fluide (38; 64-72) branché sur ladite source et ledit sac comportant plusieurs sorties de fluide (56)forméesau-dessous de la plaque, ce sac étant suffisamment ajusté avec jeu et sur-dimensionné par rapport à la configuration en section transversale de la plaque pour définir des espaces de circulation de fluide (58, 60, 62) entre la plaque et le sac, ces es- paces de circulation de fluide établissent une communica- tion pour les fluides entre ledit dispositif d'entrée et lesdites sorties (Figures 1 - 5, 8 et figures 9, 10). 2 - Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que ledit dispositif d'entrée de fluide (38) est formé dans le sac (34), (Figures 1 - 5, 8). 3 - Appareil selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que ledit dispositif d'entréede fluide est formé dans ladite plaque statique (28, 30, 32), ce dispositif d'entrée de fluide comprenant au moins une entrée (70 ou 72), et une conduite (64ou 66) s'étendant de l'entrée, à travers la plaque statique et communiquant, par des sorties (68) avec l'intérieur du sac (Fig. 9'et 10). 4 - Appareil selon la revendication 3, caractéri- sé en ce que ladite plaque statique comporte une âme ri- gide (28) de matière diélectrique, une couche métallique (30) sur ladite âme connectée électriquement à l'enroule- ment, et un isolant (32) couvrant la couche métallique, ladite conduite ou lesdites conduites (64, 66) étant formées dans ladite âme rigide. - Appareil selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite tubu- lure (28 - 34) est supportée sur des cales radiales (54) faisant partie dudit ensemble d'enroulement, ledit sac (34) s'affaissant dans des régions (34b) entre les cales radiales et se gonflant radialement vers l'extérieur dans les régions (34a) du support formées par lesdites cales de manière à former lesdites espaces de circula- tion de fluide (58, 60, 62) qui sont reliés entre eux. 6 - Appareil inductif refroidi par vaporisation, comprenant une source de diélectrique liquide vaporisa- ble et un ensemble d'enroulement comprenant un enroule- ment électrique et une plaque statique associée avec l'en- roulement et disposéeau-dessus, appareil caractérisé en ce que ladite plaque statique comporte une âme rigide (28) de matière diélectrique, une couche métallique (30) sur ladite âme connectée électriquement (74) à l'enrou- lement et un isolant (32) couvrant la couche métallique, au moins une conduite de circulation de fluide (64,ou 64) étant forméedans ladite âme et comprenant une entrée (70) ou 72) reliée à ladite source (40.) et plusieurs sorties (68) s'étendant de ladite conduite ou desdites conduites vers la face inférieure de la plaque statique, et diri- gées vers ledit enroulement (figures 6 et 7).