Brevet FR2567313A1 — publié le 19860110

Procédé de réalisation d'une obturation étanche au vide et à l'huile en construction de transformateurs ainsi qu'obturation réalisée d'après ce procédé Les obturations en construction detransformateurs sont destinées à la réalisation d'une connexion de conduc- teur et au blindage de cette connexion en conformité avec le champ. Elles se composent en général d'une électrode-écran et d'un élément isolant de fixation cor- respondant à la forme de l'obturation. Il est nécessaire, pour pouvoir transporter de grands transformateurs, de démonter les isolateurs de traversée ou les connexions de câbles haute tension (qui sont reliés aux obturations mentionnées). Il est par ailleurs aussi souvent nécessaire d'échanger les isola- teurs de traversée ou les connexions de câbles lors des modifications ou des défectuosités. Il a été néces- saire de mettre au point des obturations dites en pot étanche pour pouvoir procéder à ces démontages ou ces échanges sans vidanger l'huile isolante se trouvant à l'intérieur de la cuve. Ces obturations séparent l'huile entre le transformateur et l'isolateur de traversée (ou la connexion de câble) afin que l'huile puisse demeurer dans la cuve lors des travaux de démontage et d'échange effectués sur les isolateurs de traversée et les con- nexions de câbles. L'élément isolant de fixation correspondant à la forme de l'obturation et supportant l'électrode-écran consiste dans les obturations en pot étanche selon l'art antérieur en une planche structurée pour trans- formateur (consulter la revue Scientia Electrica, volume , cahier 3, pages 1 à 120, année 1979 sur la question de la réalisation, des caractéristiques électriques et mécaniques ainsi que des possibilités d'application des planches structurées pour transformateurs ou "Transformer-board"). Lors de la mise sous vide de la chambre de l'isolateur de traversée, il se produit dans les obtura- tions en pot étanche une petite infiltration d'huile à travers les pores de la planche structurée pour transforma- teur du côté de la cuve vers l'extérieur. De même, la perméabilité au gaz des planches structurées pour trans- formateursa l'inconvénient qu'il peut se former de fortes concentrations gazeuses capables de mettre en danger la fiabilité à l'intérieur de la chambre de l'isolateur de traversée de l'obturation en pot étanche à la tempéra- ture de service du transformateur. Par ailleurs, ces planches structurées ne résistent pas aux efforts méca- niques. Il existe par ailleurs dans la technique anté- rieure des obturations en résine synthétique qui, toute- fois ne peuvent être produites qu'en un type normalisé par série de tensions en raison de la technologie de leur fabrication, alors qu'il n'est pas possible de les pro- duire avec des modifications de cotes et de positions de montage en raison de leur prix de revient. Les obtura- tions en résine synthétique soulèvent par ailleurs de grands problèmes aux très hautes tensions pour des raisons électriques, car il est difficile, en technique de coulée sous vide, d'éviter totalement la formation de bulles de gaz. Un autre inconvénient réside dans la limitation de la possibilité de charge électrique surfacique des résines synthétiques dans l'huile en raison de leur constante diélectrique élevée. L'invention a pour objet un procédé avantageux permettant la réalisation d'une obturation étanche au vide et à l'huile en construction des transformateurs et en particulier autorisant également la fabrication de connexions pour les cotes et les positions de montage les plus différentes sans élévation notable de la com- plexité technologique de production. Le procédé conforme à l'invention se caractérise par la succession suivante d'opérations: a) une première couche de planche structurée pour transformateur enveloppe l'électrode-écran au moins sur la majeure partie de sa longueur; b) ensuite, une seconde couche de planche structurée pour transformateur correspondant à la forme souhaitée de l'élément de fixation est posée de manière qu'elle recouvre partiellement la première couche; c) après séchage sous vide, les deux couches de planches structurées pour transformateurs sont impré- gnées sous vide de résine résistant à l'huile isolante, à viscosité faible à moyenne et durcissant à basse température d) après durcissement de la résine, chacun des côtés extérieurs à découvert de la couche imprégnée est revêtu d'au moins une couche d'isolant. D'autres particularités avantageuses de l'inven- tion font l'objet des sous-revendications. Dans l'obturation étanche au vide et à l'huile et réalisée d'après le procédé de l'invention, les couches de planches structurées pour transformateurs, qui sont-, imprégnées de résine, forment une séparation étanche au vide et à l'huile des espaces se trouvant sur les différents côtés de cette obturation. Les couches supplé- mentaires d'isolant prévues sur les côtés extérieurs à découvert de la couche imprégnée garantissent avec cette dernière la résistance mécanique et électrique nécessaire. Les obturations réalisées d'après le procédé de l'invention supportent une différence de pression d'au moins 1,5 bar de l'intérieur vers l'extérieur ainsi que de l'extérieur vers l'intérieur. Il en résulte l'avan- tage qu'il ne faut plus évacuer que la chambre de l'isola- teur de traversée ou de la connexion de câble pour effec- tuer le remplissage de l'huile isolante, ce qu'il est possible de faire avec un jeu de pompes relativement peu important. Les obturations forment ainsi une très bonne barrière contre l'échange d'huile et de gaz entre les espaces remplis d'huile et devant être séparés. Les obturations réalisées d'après le procédé de l'invention peuvent par ailleurs être imprégnées d'huile et peuvent donc être aussi utilisées aux très hautes tensions sous le niveau admissible de décharge partielle. Même les couches de planches structurées pour transformateurs, qui sont imprégnées de résine, peu- vent être imprégnées d'huile, car les cavités situées entre les fibres de la planche structurée pour trans- formateur sont obturées par la résine et empêchent ainsi le passage de gaz et d'huile, tandis que les fibres elles-mêmes ne sont pas imprégnées d'huile, mais s'imbibent totalement d'huile. La faible constante diélectrique de la résine utilisée pour l'imprégnation donne des valeurs analogues du diélectrique mixte: planche structurée pour trans- formateur/résine que planche structurée pour transfor- mateur/huile. Le procédé selon l'invention permet de réaliser des obturations convenant jusqu!à de très hautes tensions, des solutions optimales pouvant être offertes sans grande' augmentation de la complexité technique pour de nombreuses cotes et positions de montage. Quelques exemples de réalisation de l'invention vont être décrits en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une représentation schématique illustrant le montage d'une obturation réalisée d'après le procédé de l'invention; la figure 2 est une coupe axiale d'une obturation selon l'invention; et les figures 3 à 6 sont des représentations schématiques de quelques variantes de réalisation d'obtu- rations. La figure 1 illustre la mise en oeuvre d'une obturation 1 réalisée d'après le procédé de l'invention et montée sur un transformateur 2 dont l'enroulement porte la référence 3. L'obturation 1, dont les détails vont être décrits en regard de la figure 2, est destinée à connecter la fin de l'enroulement 4 avec un isolateur de traversée --5. La traversée 5 est supportée par un dôme 6 qui enveloppe une chambre 7. Une pression d'environ 0,3 bar d'une colonne d'huile règne en service dans la cuve 8 et une pression d'une colonne d'huile qui est au maximum de 0,2 bar règne la chambre 7 de la traversée. Lorsque la chambre 7 est mise sous vide ou lorsqu'un vide est établi dans la cuve 8, l'obturation subit une charge de pression supplémentaire. L'obturation 1 doit donc être étanche au vide et à l'huile sous cette charge. L'obturation 1 illustrée en détail sur la figure 2 se compose essentiellement d'une électrode-écran 9 de cuivre et d'un élément isolant 10 de fixation, dont la structure est la suivante: une première couche 11 de planche structurée pour transformateur entoure l'électrode-écran 9 et se prolonge pratiquement sur la totalité de la longueur de cette dernière. Cette première couche 11 de planche structurée est imprégnée de résine. Une seconde couche 12 de planche structurée pour transformateur, qui est également imprégnée de résine, recouvre partiellement la première couche 11 et se prolonge par ailleurs en trémie vers l'extérieur en une bride 13. Une autre couche 14 formée d'une planche structurée pour transformateur, mais qui n'est pas impré- gnée, se trouve sur le côté extérieur à découvert de la couche imprégnée 12. Une couche 15 non imprégnée de planche structurée est par ailleurs prévue sur le côté extérieur à découvert de la couche 11 et enveloppe aussi l'électrode-écran 9. Un élément d'isolant 16 conformé en trémie ("trémie d'absorption de la poussée") est prévu sur le côté intérieur à découvert de la couche imprégnée 12 de planche structurée. Finalement, un anneau 17 ainsi qu'un anneau 18 se trouvent sur le côté intérieur ainsi que sur le côté extérieur de la bride 13. Les couches 11 et 12 de planches structurées, imprégnées de résine, ont une épaisseur de 3 à 5 mm, de même que les couches 14 et 15 de planches structurées non imprégnées. L'épaisseur de l'élément d'isolant 16 en trémie est comprise de préférence entre 4 et 8 mm. Les anneaux 17, 18 de la bride peuvent avoir une épaisseur comprise entre 3 et 8 mm (les cotes mentionnées ci-dessus sont valables pour une obturation dont le diamètre exté- rieur de la bride est de 420 mm et dont la longueur totale est d'environ 400 mm). La réalisation de l'obturation représentée sur la figure 2 s'effectue d'après le procédé suivant, conforme à l'invention: Après la réalisation de l'électrode-écran 9 de cuivre et son enveloppement par une première couche 11 de planche structurée pour transformateur, une seconde couche 12 formée d'une planche structurée est réalisée au moule de manière que sa conformation corresponde à la moyenne de la répartition du champ électrique. La phase suivante consiste en un chauffage au four à circu- lation d'air jusqu'à ce que la stabilité de forme soit atteinte. Finalement, la pièce est dégagée du moule. Ensuite a lieu un séchage dans une armoire sous vide à C jusqu'à ce que l'humidité finale soit inférieure à 0,1 % et que le vide final atteigne 0,1 mbar. A la fin de ce séchage, la pièce est immergée dans une cuve d'imprégnation sous vide et à froid (à une température inférieure à 20 C) dans une résine spé- ciale, à viscosité faible à moyenne, résistant à l'huile et durcissant à basse température, l'imprégnation se poursuivant pendant au moins 12 h sous pression normale. Après égouttement de la résine et nettoyage de l'obtura- tion pour éliminer l'excès de résine, le durcissement a lieu au four à circulation d'air à 130 C. Ensuite, la couche imprégnée (se composant des épaisseurs 11 et 12) est enveloppée encore une fois de planches structurées pour transformateurs (couches 14 et 15) afin d'élever la résistance mécanique et la soli- dité électrique. Avant fixation par collage des anneaux 17 et 18 de la bride, un élément d'isolant 16 en forme de trémie (trémie d'absorption de la poussée) est mis en place, la bride lui assurant un appui complémentaire. Ensuite, la bride est imprégnée de la manière décrite plus haut par de la résine afin d'empêcher également en cet emplacement le passage d'huile et de gaz. La résine à faible jusqu'à moyenne viscosité pouvant être utilisée pour l'imprégnation de la planche structurée pour transformateur est celle employée pour les pièces isolantes pour haute tension, par exemple pour les traversées ou certains éléments de commutateur. Par exemple l'araldite, qui est une résine de coulée, vendue par la société Ciba-Geigy sous la désignation CY225 et contenant un durcisseur HY225 (sans charge) convient particulièrement bien. L'araldite CY225 est une résine époxy modifiée à base de bisphénol A, ne contenant aucun solvant et dont la viscosité est moyenne à température ambiante. Les obturations réalisées de la manière men- tionnée, c'est-à-dire à éléments interposes entre des couches extérieures, peuvent se réaliser dans les formes les plus diverses d'après le procédé de l'invention. Les figures 3 à 6 illustrent quelques variantes dans lesquelles, pour simplifier, seuls les électrodes-écran 9a à 9d et les éléments de fixation 10a à 10Od sont repré- sentés, la structure particulière de cet élément et des différentes couches qui le constituent n'étant pas illustrée. La structure et la réalisation des exemples de réalisation des figures 3 à 6 correspondent à celles de l'exemple de réalisation selon la figure 2. Comme dans le mode de réalisation de la figure 2, la structure de l'isolation consiste en trois zones différentes dans les exemples de réalisation -des figures 3 à 6 dans la zone I, une couche 15 de planche structurée pour transformateur, qui n'est pas imprégnée, fait suite à une couche 11 de planche structurée iden- tique, mais imprégnée de resine. Dans la zone II, deux couches 11 et 12 de planches structurées, imprégnées de résine, sont super- posées; au-dessus de ces dernières se trouve une couche 12 non imprégnée de planche structurée pour transfor- mateur. Finalement, la zone III est formée d'une construc- tion en sandwich dans laquelle une couche 12 imprégnée de résine est placée entre un élément interne 16 d'isolant et une couche extérieure 14 de planche structurée pour transformateur qui n'est pas imprégnée non plus. L'obturation en V représentée sur la figure 3 convient essentiellement à des tensions pouvant atteindre kV. La forme courte en V représentée sur la figure 4 est utilisable pour des tensions pouvant atteindre 220kV. La longue forme en U (à gauche, en traits pleins) ainsi que la longue forme en V (à droite, en traits pleins) qui représentent deux variantes sur la figure 5 conviennent à des tensions pouvant atteindre 750 kV. Finalement, la forme en W représentée sur la figure 6 peut être utilisée jusqu'aux tensions de service les plus élevées (dépassant 1000 kV). REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'une obturation étanche au vide et à l'huile en construction de trans- formateurs, une électrode-écran (9) étant munie d'un élément isolant de fixation (10), caractérisé par la succession suivante d'opé- rations: a) l'électrode-écran (9) est enveloppée d'une première couche (11) de planche structurée pour transfor- mateur au moins sur la majeur partie de sa longueur; b) ensuite, une seconde couche (12) de planche structurée pour transformateur, dont la forme corres- pond à celle souhaitée de l'élément de fixation (14), est placée de manière qu'elle recouvre partiellement la première couche (11); c) après séchage sous vide, les deux couches (11, 12) de planches structurées pour transformateurs sont imprégnées sous vide d'une résine résistant à l'huile, à basse jusqu'à moyenne viscosité et durcissant à basse température; d) apres le durcissement de la résine, l'épais- seur imprégnée (11, 12) est revêtue sur chacun des côtés extérieurs à découvert d'au moins une couche d'isolant (14, 15, 16). 2. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que, après dépôt d'une couche d'isolant (14, , 16) sur chacun des côtés extérieurs à découvert de l'épaisseur imprégnée (11, 12), des anneaux (17, 18) sont placées sur les deux côtés de la partie (13) de l'élément de fixation (10) qui forme bride. 3. Procédé selon la revendication 2, caracté- risé en ce qu'après mise en place des anneaux (17, 18) sur la bride (13), -celle-ci est imprégnée d'une résine résistant à l'huile, à basse jusqu'à moyenne viscosité et durcissant à basse température. 4. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le séchage des première et seconde couches lo (11, 12) de planches structurées pour transformateurs est effectué tout d'abord au four à circulation d'air jusqu'à ce que la stabilité de forme soit atteinte et ensuite un séchage sous vide est effectué de préférence à une température comprise entre 100 et 110 C. 5. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les deux couches (11, 12) de planches structurées pour transformateurs sont immergées sous vide dans de la résine à une température comprise entre 10 et 20 C et continuent ensuite de subir l'imprégnation pendant au moins 12 heures à pression normale. 6. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le durcissement de la résine est effectué au four à circulation d'air à. une température comprise entre 110 et 150 C, de préférence entre 120 et 140 C. 7. Obturation réalisée d'après le procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce que les première et seconde couches (11, 12) de planches struc- turées pour transformateurs ont chacune une épaisseur de 3 à 5 mm. 8. Obturation selon la revendication 7, caracté- risée en ce que la couche d'isolant placée sur le côté intérieur à découvert de la seconde couche imprégnée (12) est formée d'un élément d'isolant (16) de forme en trémie ou annulaire et dont l'épaisseur est comprise entre 4 et 8 mm.