Brevet FR2508718A1 — publié le 19821231

La présente invention concerne l'industrie des construc- tions électriques et a notamment pour objet un ensemble de connexion de deux câbles à couches multiples, en particulier dans un enroulement statorique d'un alternateur haute tension. L'invention peut btre utilisée notamment dans la fabrication d'alternateurs puissants, y compris les turbo- alternateurs pour les centrales thermiques et nucléaires, ainsi que pour la connexion de câbles haute tension entre eux. La tendance moderne dans la technique des courants forts est caractérisée par une élévation toujours croissante de la tension de service des dispositifs électrotechniques: des lignes de transmission, des transformateurs et des alterna- teurs, ce qui permet d'augmenter leur rendement Toutefois, l'augmentation de la tension de service pose des problèmes de connexion de ces dispositifs électrotechniques, par exemple d'un câble haute tension avec une ligne de transmis- sion ou d'un transformateur avec -an câble haute tension. En particulier, en cas d'augmentation de la tension de l'alternateur, se pose le problème de la connexion mutuelle des câbles haute tension de l'enroulement du stator dans les parties frontales de l'enroulement. La solution technique connue la plus proche de l'inven- tion est l'ensemble de connexion de deux câbles à couches multiples de l'enroulement du stator d'un alternateur haute tension, décrit dans la revue "The procoedings of the Insti- tution of electrical engineers", vol 67,no 393, 1929, London, pp 10651870, article de Ch A Parsons and I Rosen "Direct Generation of Alternating Current at High Voltages" Cet ensemble connu de connexion de deux câbles à couches multiples de l'enroulement statorique d'un alternateur haute tension, disposé dans la partie frontale dudit enroulement> comprend les zones terminales des câbles à relier entre eux, , dans lesquelles sont disposées des couches conductrices con- centriques constituées de tubes séparés l'un de l'autre par des couches isolantes L'ensemble de connexion comprend aussi des éléments de 'onction reliant électriquement entre elles les couches conductrices des câbles à connecter, la partie de chaque couche isolante qui est orientée vers les éléments de jonction ayant la forme d'un cône tronqué ter- minal isolant. Les éléments de jonction sont en cuivre et se trouvent sur des appuis isolants dans les parties frontales de la machine. Dans cet ensemble connu de connexion de deux cibles à couches multiples, la longueur des zones terminales est grande, ce qui s'explique par le fait que dans la zone de discontinuité de l'isolation, laquelle est constituée par la zone terminale, le champ électricque se répartit d'une manière tout à fait irrégulière et peut provoquer un claquage des couches isolantes Pour éviter ce danger, les couches isolantes se terminent, dans la zone terminale, par des cônes tronqués isolants dont la longueur est déterminée de façon à diminuer l'intensité du champ électrique jusqu'à une tension donnée, ce qui résulte en une grande longueur de chaque cône isolant, ladite longueur augmentant rapi- dement avec l'élévation de la tension de service nominale. De la sorte, l'ensemble connu de connexion de deux câbles à couches multiples est caractérisé par de grandes dimensions, ce qui rend difficile la fabrication de l'enroulement statorique de l'alternateur haute tension ( 110 kv, 220 kv et plus). D'autre part, l'ensemble connu de connexion de deux câbles à couches multiples de l'enroulement statorique d'un alternateur haute tension ne permet pas d'effectuer le refroidissement direct de l'enroulement du stator, c'est-à-dire d'amener à travers lui l'agent refrigérent dans l'enroulement. On s'est donc proposé de mettre au point un ensemble de connexion de deux câbles à couches multiples, notamment , dans un enroulement de stator d'alternateur haute tension, dans lequel la connexion des zones ou parties terminales des c Ables à couches multiples serait réalisée de façon à diminuer les dimensions de l'ensemble de connexion et d'assurer le refroidissement direct de l'enroulement statorique de l'alternateur haute tension. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'un ensemble de connexion de deux c Ables à couches multiples, notamment dans un enroulement statorique d'alternateur haite tension, disposé dans sa partie frontale, du type comprenant les zones terminales des c Ables à connecter entre eux, dans lesquelles se trouvent des couches conductrices disposées concentriquement et réalisées sous forme de tubes séparés l'un de l'autre par des couches isolantes, et des éléments de jonction reliant électriquement les couches conductrices des câbles à couches multiples à connecter entre eux, la partie de chaque couche isolante qui est orientée vers les éléments de jonction ayant la forme d'un cône tronqué isolant, caractérisé, suivant l'invention, en ce que chaque élément de jonction est cons- titué par un ensemble d'éléments individuels dont chacun est exécuté sous forme d'une partie de cylindre creux dé- limitée par deux génératrices, lesdits éléments individuels composant l'élément de jonction reliant les couches conductrices correspondantes desdites zones terminales étant disposés, l'un par rapport à l'autre, de sorte que l'élément de jonction ait la forme d'une surface cylindrique présen- tant des encoches entre lesdits éléments individuels disposés parallèmement à son axe, les éléments individuels de l'élément de jonction reliant les couches conductrices successives étant disposés, par rapport aux éléments individuels de l'é 16 ment de jonction reliant les couches conductrices précédentes,avec un décalage tel que les encoches de l'élément de jonction précédent se trouvent sous les éléments individuels de l'élément de jonction suivant, et en ce que sur chaque élément de jonction est engagée une douille isolante constituée par un cylindre et par un cône tronqué exécutés d'une seule pièce, de façon que ses parties soient disposées symétriquement par rapport au plan divisant l'élément de jonction en deux parties égales et parallèle à ses faces en bout, des cylindres isolants à paroi mince étant fixés dans lesdits cônes tronqués, concentriquement auxdits éléments de jonction, d'autres cylindres isolants à paroi mince étant fixés dans chaque cône tronqué terminal isolant de la zone terminale précitée, les surfaces du cône tronqué de la douille isolante et du cône tronqué terminal isolant ainsi que la surface des deux éléments de jonction voisins et des couches conductrices reliées à celles-ci et entre les- quelles est placé ledit cône tronqué isolant terminal, formant une chambre isolante dans laquelle sont placés les cylindres isolants à paroi mince, une partie de l'un de ces cylindres étant située à l'intérieur de l'autre, tandis que les surfaces de l'élément de Jonction et du tube de la couche conductrice extérieure, relié à celle-ci, les surfaces du cône tronqué isolant terminal et du cône tronqué de la douille isolante, ainsi que les surfaces des cylindres isolants à paroi mince de ces cônes tronqués, forment une enceinte isolante dans chacune desdites zones terminales, le nombre de chambres isolantes de chaque zone terminale étant inférieur d'une unité à celui des couches isolantes, et les chambres isolantes de chaque zone- terminale communiquant entre elles et avec l'enceinte isolante de cette zone terminale, ainsi qu'avec les canaux de refroidissement formés par deux tubes concentri- ques voisins connectés électriquement entre eux et formant une couche conductrice, La présente invention permet d'assurer le refroi- dissement direct des câbles à couches multiples de l'enrou- lement statorique de l'alternateur haute tension et de réduire notablement l'encombrement de l'ensemble de conne- xion grâce à l'emploi des chambres isolantes, ce qui donne la possibilité de résoudre le problème de la création d'un enroulement statorique comportant des ensembles de connexion compacts dans les parties frontales des alter- nateurs puissants, à tension au stator allant jusqu'à 500 k V. L'emploi de ces alternateurs haute tension donne la possibilité d'économiser notablement les matériaux électrotechniques grâce à la suppression des transforma- teurs élévateurs. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, avec référence Sau dessin non limitatif annexé dans lequel: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale de l'ensemble de connexion de deux c Ables à couches multiples de l'enroulement statorique d'un alternateur haute tension, suivant l'invention; la figure 2 est une vue en coupe transversale suivant II-II de la figure 1. L'ensemble de connexion de deux càblo Eà couches mul- tiples de l'enroulement du stator d'un alternateur haute tension, disposé dansla partie frontale dudit enroulement, comporte les zones ou parties terminales 1 (figure 1) respectives des câbles à couches multiples à connecter. Chaque zone terminale 1 comprend une couche conductrice 2 constituée par un conducteur cylindrique central 3 et un tube 4 entourant ce dernier, lesdits conducteurs 3 et tube 4 formant entre eux un canal de refroidissement 5. Le conducteur cylindrique central 3 peut être réalisé sous forme d'un tube. La couche conductrice suivante est exécutée sous forme d'un tube 6 et est séparée de la couche conductrice 2 par une couche isolante 7. La couche conductrice suivante est exécutée en forme de tube 8 et est séparée de la couche conductrice précé- dente par une couche isolante 9. La couche conductrice 10 est constituée par deux tubes Il et 12 formant entre eux un canal de refroidisse- ment 13 Elle est séparée de la couche conductrice 8 par une couche isolante 14 et est recouverte d'une couche isolante 15. Les couches isolantes 7, 9, 14, 15, les couches con- ductrices 2, 10 et les tubes 6, 8, disposés concentrique- ment, forment la zone terminale 1 Chaque couche isolante 7, 9, 14, 15 se termine par une surface formant un cône tronqué isolant 16 Le conducteur cylindrique central 3 et les tubes 4, 6, 8, 11 sont réalisés de façon que chaque tube successif 11, 8, 6, 4 se prolonge sur une grande longueur au-delà du tube précédent 12, 11, 8, 6, respecti- vement, en comptant à partir du tube extérieur 12 de la couche conductrice extérieure 10 Les dimensions des cônes tronqués isola ts terminaux 16, des extrémités saillantes 17 des tubes 4, 6, 8, 11, 12 et du conducteur cylindrique central 3 sont déterminés par les caractéristiques de l'enroulement considéré du stator de l'alternateur haute tension(diamètre des c&bles, nombre de couches conductrices, tension nominale, nature de l'agent frigorifique, etc). Les couches conductrices 2 des càbles à couches mul- tiples sont reliées électriquement entre elles à l'aide d'un élément de jonction 18 Une douille 19 est emmanchée sur l'élément de jonction 18. Les tubes 6 des couches conductrices suivantes des c&bles à couches multiples sont reliés électriquement entre eux à l'aide d'un élément de jonction 20 sur lequel est engagée une douille isolante 21. Les tubes 8 sont réunis entre eux par un élément de jonction 22 sur lequel est engagée une dou Jie isolante 23. Les couches conductrices 10 des câbles à couches multiples à connecter sont reliées entre elles par un élément de jonction 24 sur lequel est engagée une douille 25. Chaque douille isolante 19, 21, 23, 25 est placée de telle façon sur chaque élément de Jonction correspondant 18, 20, 22, 24 que ses parties soient disposées symétriquement par rapport au plan divisant ledit élément de jonction correspondant en deux parties égales et parallèle aux faces en bout de ce dernier. Les dimensions des douilles 19, 21, 23, 25 augmentent successivement à partir de la douille se trouvant au centre de l'ensemble de connexion des deux câbles à couches mul- tiples de l'enroulement statorique jusqu'à la douille située à la périphérie de l'enroulement. Les cônes tronqués isolants 16 orientés vers les éléments de jonction respectifs 18, 20, 22, 24 sont décalés l'un par rapport à l'autre de façon que chaque cône tronqué 16 successif, à partir du cône tronqué isolant 16 de la couche isolante 15 extérieure, fasse saillie vers l'élément de Jonction 18, 20, 22, 24 correspondant d'une valeur plus grande. Chacune des douilles 19, 21, 23, 25 est réalisée d'une seule pièce sous forme d'un cylindre et d'un cône tronqué 26 dans lequel est fixé un cylindre isolant à paroi mince 27 disposé concentriquement aux éléments de jonction 18,20, 22, 24. Des cylindres isolants à paroi mince 28 identiques sont fixés chacun dans chaque cône tronqué isolant 16 correspondant des zones terminales 1. Tous les éléments de jonction 18,20, 22, 24 sont reliés électriquement, par brasage,à la couche conductrice 2 correspondante, aux tubes 6, 8 et à la couche conductrice des deux zones terminales 1 Les conducteurs cylindri- ques centraux 3 sont réunis entre eux par brasage. A l'intérieur des tubes 6, 8 sont disposées, aux endroits de brasage et concentriquement auxdits tubes, des bagues isolantes 29 pour assurer une rigidité plus grande de la zone de joint au cours du brasages, et pour augmenter la résistance au claquage du côté intérieur des tubes 6,8. La surface du cène tronqué 26 de la douille isolante 19 et la surface du cône tronqué isolant terminal 16 jainsi que la surface cylindrique de l'élément de jonction 18 relié électriquement au tube 4 de la couche conductrice 2, et de l'élément de jonction 20 relié électriquement au tube 6, forment entre elles une chambre isolante 30 Dans la chambre isolante 30 sont disposés les cylindres isolants à paroi mince 27, 28 concentriquement aux éléments de jonction 18, 20, 22, 24,une partie de l'un ( 28) desdits cylindres étant placée à l'intérieur de l'autre ( 27) avec un jeu entre les deux pour le passage de l'agent réfrigé- rant. Le nombre de chambres isolantes 30 de chaque zone terminale 1 est inférieur d'une unité à celui descouches isolantes 7, 9, 14, 15. De plus, la surface de l'élément de jonction 24 et du tube 12,relié à celui-ci, de la couche conductrice exté- rieure 10, la surface du cône tronqué terminal 16 et la surface du cône tronqué 26 de la douille isolante 25, ainsi que les surfaces des cylindres isolants à paroi mince 27, 28,forment entre elles une enceinte isolante 31, à travers laquelle l'agent réfrigérant doué de propriétés isolantes (non représenté) arrive dans des canaux de refroidissement 5, 13. Il est avantageux de réaliser les douilles isolantes 19, 21, 23, 25 en enroulant un matériau isolant stratifié (ruban) et en réalisant à ses extrémités des cônes tronqués 26 Il est en outre commode de placer, au cours de l'enrou- lement, les cylindres isolants à paroi mince 27 dans les douilles isolantes 19, 21, 23, 25. Les éléments de jonction 18 (figure 2), 20, 22, 24 sont constitués par des éléments individuels 32, 33, 34, ,respectivement Le nombre d'éléments individuels 32, 33, 34, 35 de chaque élément de jonction 18, 20, 22, 24 dépend des paramètres concrets du c Able à couches multiples considéré Dans le cas considéré, les éléments de jonction 18,20, 22 sont constitués respectivement par deux éléments individuels identiques 32, 33, 34, l'élément de Jonction 24 constitué par quatre éléments individuels identiques 35. Chaque élément 32, 33, 34, 35 est exécuté sous forme d'une partie d'un cylindre creux délimité par deux généra- trices. Les éléments 32 de l'élément de jonction 18 qui relient les couches conductrices 2 sont disposés, l'un par rapport à l'autre, de façon que l'élément de jonction 18 aitla forme d'une surface cylindrique à encoches 36 entre les éléments 32 parallèles à son axe. Les éléments individuels 33, 34, 35 se trouvant dans les éléments de jonction 20, 22, 24,respectivement, sont disposés d'une manière analogue. Les éléments individuels 32 de l'élément de jonction 18 sont disposés, par rapport aux éléments 33 de l'élément de jonction 20 javec un décalage tel, que les encoches 36 de l'élément de jonction 18 soient situées sous les éléments individuels 33 de l'élément de jonction 20. Les éléments individuels 33, 34, 35 des éléments de Jonction 20, 22, 24 sont disposés, l'un par rapport à l'autre, avec un décalage analogue. Les trois chambres isolantes 30 (figure 1) communiquent entre elles et avec l'enceinte isolante 31 et les canaux 5,13 de refroidissement de l'une des zones terminales 1, les trois autres chambres isolantes 30, séparées des chambres précédentes par les douilles isolantes 19, 21, 23, étant reliées entre elles, à l'enceinte isolante 31 et aux canaux de refroidissement 5, 13 analoguede l'autre zone de terminale 1. Dans l'ensemble considéré de connexion de deux càbles à couches multiples de l'enroulement statorique d'un al- ternateur haute tension, l'agent réfrigérent arrive dans les canaux de refroidissement 5 à travers l'enceinte isolante 31, les encoches 36 de l'élément de connexion 24 et les chambres isolantes 30 successives et les encoches 36 des éléments de jonction 22, 20, 18 L'agent réfrigérant (par exemple l'huile pour c Ables) possède des propriétés isolantes L'amenée de l'agent réfrigérent dans le canal de refroidissement 13 se fait à travers l'enceinte isolante 31 et les encoches 36 de l'élément de jonction 24. La construction de l'ensemble de connexion, objet de l'inventionpermet d'effectuer le refroidissement direct de l'enroulement du stator, c'est-àdire d'effectuer 1 l'amenée de l'agent refrigérant à l'enroulement du stator directement à travers ledit ensemble de connexion. Dans l'ensemble proposé pour la connexion de deux càbles à couches multiples de l'enroulement statorique d'un alternateur haute tension, les cônes tronqués isolants 16 des zones terminales 1 ont une faible lon- gueur grâce à la présence des cylindres isolants à paroi mince 28 jouant le rôle de barrières d'isolement et élimi- nant le risquede contournement électrique suivant la surface des cônes tronqués isolants 16 Les surfaces des cônes tronqués isolants 26 des douilles isolantes 19, 21, 23, 25 sont protégées de la même manière contre les contournements par les cylindres isolants à paroi mince 27. Les cylindres isolants à paroi mince 27 et 28 sont disposés dans la chambre isolante 30 de sorte qu'une partie de l'un deux se trouve à l'intérieur de l'autre. Ceci exclut le risque de percement du fluide isolant (agent réfrigérant) entre les éléments de jonction voisins 18,20,22,24. Le fait que les éléments de jonction 18, 20, 22, 24 soient constitués d'éléments individuels concentriques 32, 33, 34, 35 disposés de sorte que les encoches 36 de chaque élément 18, 20, 22, 24 se trouvent sous les éléments 33, 34, 35 de chaque élément de Jonction successif , 22, 24, permet de conserver dans l'espace entre les zones terminales la configuration générale du champ électrique propre aux c Ables à couches multiples, c'est-à- dire la disposition concentrique des couches conductrices 2, 10 et des tubes 6, 8, séparés par les couches isolantes 7, 9, 14, 15, ce qui assure la création, dans cet espace, d'un champ électrique légèrement non uniforme Cela permet de choisir une valeur relativement faible pour la distance radiale entre les éléments de jonction voisins 18, 20, 22, 24, d'améliorer les conditions de fonctionnement de l'isolation des cônes tronqués 16 et 26 et, par conséquent, de réduire leurs dimensions Il ressort de ce qui précède, que l'ensemble de connexion de deux câbles à couches multiples de l'enroulement statorique d'un alternateur haute tension est constitué essentiellement par un ensemble de chambres isolantes 30 compactes, reliées entre elles, à l'enceinte isolante 31 et aux canaux 5, 13 et formées par les surfaces des éléments faisant partie de l'ensemble de connexion avec cylindres isolants à paroi mince 27, 28 qui ont une résistance au claquage suffisam- ment élevée et assurent l'amenée de l'agent réfrigérant aux canaux de refroiddssement 5, 13 des câbles de l'enroulement du stator. De la sorte, la présente invention permet d'assurer le refroidissement direct des câbles à couches multiples et de réduire l'encombrement de l'ensemble de connexion des câbles à couches multiples Cela donne la possibilité de fabriquer un enroulement de stator à ensembles de connexion compacts dans les parties frontales de l'enroulement de l'alternateur haute tension, et d'économiser considérable- ment les matériaux électrotechniques grâce à l'absence de transformateurs élévateurs. R E V E N D I C A T I 0 N Ensemble de connexion de deux c Ables à couches mul- tiplesnotamment dans l'enroulement statorique d'un-alter- nateur haute tension, ledit ensemble étant disposé dans sa partie frontale et comprenant les zones terminales respectives des c Ables à couches multiples à connecter, zones dans lesquelles sont placées des couches conductrices disposées concentriquement et se présentant sous forme de tubesséparés l'un de l'autre par des couches isolantes, et des éléments de jonction reliant électriquement entre elles les couches conductrices des câbles à couches mul- tiples à connecter, la partie de chaque couche isolante qui est orientée vers les éléments de jonction étant réalisésous forme d'un cône tronqué isolant terminal, caractérisé en ce que chaque élément de jonction est cons- titué d'un ensemble individuel d'éléments exécutés chacun sous forme d'une partie de cylindre creux délimitée par deux génératrices, les éléments individuels de l'élément de jonction reliant les couches conductrices ( 2) correspon- dantes des zones terminales ( 1) des câbles étant disposés, l'un par rapport à l'autre, de sorte que l'élément de jonction ait la forme d'une surface cylindrique présentant des encoches entre lesdits éléments individuels disposés parallèlement à son axeet les éléments individuels de chaque é 6 nent de jonction reliant les couches conductrices successives étant disposés, par rapport aux éléments individuels des éléments de jonction reliant les couches conductrices précédentes,avec un décalage tel que les encoches ( 16) de chacun desdits éléments de jonction précédentsse situent sous les éléments individuels de l'élément de jonction-suivant, tandis que sur chaque élément de jonction est engagée une douille isolante ( 19, 21, 23, 25, constituée par un cylindre et des cônes tron- qués et fabriquée d'une seule pièce de façon que ses parties soient disposées symétriquement par rapport au plan , divisant l'élément de jonction en deux parties égales et parallèle à ses faces en bout, des cylindres isolants à paroi mince ( 27) étant fixés dans les cônes tronqués ( 26) concentriquement aux éléments de jonction ( 18, 20, 22, 24) et d'autres cylindres isolants à paroi mince ( 27) étant fixés dans chaque cône tronqué isolant ( 16) de la zone terminale ( 1), les surfaces du cône tronqué ( 26) de la douille isolante et du cône tronqué isolant terminal ( 16) et les surfaces des deux éléments de jonction voisins et des couches conductrices reliées à elles et entre les- quelles se trouve ce cône tronqué isolant terminal, formant entre elles une chambre isolante 30 dans laquelle se trouvent les cylindres isolants à paroi mince, une partie de l'un de ces cylindres étant disposée à l'intérieur de l'autre, la surface de l'élément de jonction et du tube, relié à celui-ci, de la couche conductrice extérieure, la surface du cône tronqué isolant terminal et du cône tronqué de la douille isolante, ainsi que les surfaces des cylindree isolants à paroi mince de ces cônes tronqués formant entre elles une enceinte isolante ( 31) dans chacune desdites zones terminales, le nombre de chambres isolantes ( 30) de chaque zone terminale ( 1) étant inférieur d'une unité à celui des couches isolantes, les chambres isolantes ( 30) de chacune desdites zones terminales communiquant entre elles et avec l'enceinte isolante ( 31) de la zone terminale ( 1) * correspondante, ainsi qu'avec les canaux de refroidissement ( 5,13) formés Entre chapede OE tube concentriques voisins reliés électriquement entre eux et formant une couche conductrice.