Brevet FR2575816A1 — publié le 19860711

Actuellement, les cuves de transformateurs sont équipées de dispositifs pour refroidir le diélectrique liquide qu'elles contiennent et qui sert à véhiculer la chaleur dégagée par les bobinages sous tension. Si pour les transformateurs de petite puissance de simples panneaux à ondes c'est-à-dire munis d'ailettes ou de quelques radiateurs plats accolés à la cu- ve suffisent, il en va differemment pour les transformateurs de puissance car la dissipation calorifique augmente dans des proportions telles que les dispo- sitifs actuels qui sont constitués par une multiplication des radiateurs plats ne suffisent plus ou limitent rapidement les surpuissances possibles pour ab- sorber les pointes que peut supporter le transformateur. De toute façon, la multiplication de ces radiateurs n'aboutit pas à une augmentation proportion- nelle de la dissipation car leur rendement unitaire frigorifique diminue avec leur nombre. Cela oblige à augmenter le volume du diélectrique pour avoir un tampon thermique important mais cela augmente également le prix du transforma- teur, les diélectriques modernes étant de plus en plus chers. Tous les perfectionnements et les améliorations sur les radiateurs plats n'ont pas apporté de solution réelle. Des ventilateurs aériens sont souvent adjoints mais ils ne travaillent pas dans des conditions optimales de rendement à cause de la conception des batte- ries de radiateurs. Un second type de procédé consiste à faire passer le dié- lectrique à travers un radiateur du même genre que ceux utilisés pour les au- tomobiles avec des ventilateurs mais le risque d'obturation des canalisations est grand, ce qui oblige à augmenter leur section et donc à réduire la capaci- té par unité de volume du radiateur et le volume du diélectrique. La présente invention évite ces difficultés et élargit considérablement le do- maine d'application actuel en obtenant une efficacité beaucoup plus importante du système de refroidissement, permettant une réduction sensible du volume du diélectrique nécessaire. Cette invention consiste à utiliser un panneau à ondes circulaires (fig.l; 1) constitué d'ailettes (2) disposées radialement autour d'un cylindre (3) cen- tral. Nous n'insisterons pas sur le mode opératoire de fabrication de ces élé- ments qui relève de techniques connues (pliage, soudure). Cet ensemble d'ailettes est prolongé par deux cylindres (4) soudés munis du dispositif de raccordement à la cuve tels que des brides (5). Dans ce cylin- dre (3) délimité intérieurement par les ailettes (2), est disposÉeune torpille (6) ajustée et terminée par deux ogives (7). Cette torpille est d'une longueur inférieure aux ailettes de façon à ménager deux passages circulaires (8) en communication avec chaque ailette. Ce dispositif oblige le fluide de refroidi- ssement à passer obligatoirement par toutes les ailettes et cela uniformément (flèche pointillée, fig.2) puisque le dispositif est concentrique par rapport 2 2575816 à l'axe du cylindre central (3). On obtient ainsi une circulation forcée qui permet à toutes les ailettes d'avoir le même rendement maximum frigorifique la vitesse du fluide étant la même dans toutes les ailettes et la totalité de surface des ailettes étant en contact avec le fluide et l'air. (flèche blanche fig.l). Un tel dispositif sera généralement disposé verticalement. Pour augmenter encore ce rendement, il est possible de réaliser ce radiateur axial avec des matériaux à très grand pouvoir calorifique comme l'aluminium, l'augmentation de prix qui en résulte étant limitée au seul élément décrit ci-dessus. Ce' dispositif permet également l'utilisation de moyens mécaniques permettant la multiplication de la dissipation calorifique et cela avec de très faibles puissances mises en jeu. Un premier moyen consiste à introduire le radiateur (1) dans une gaine (10) disposée autour des ailettes de façon à créer un conduit (11) à l'intérieur duquel se trouve le radiateur. Un ventilateur (12) disposé à l'extrémité infé- rieure de ce conduit crééra un violent courant d'air à l'intérieur du conduit refroidissant énergiquement les ailettes et, par conductibilité, le fluide qui y circule. Le rendement d'un tel dipositif est maximum puisque la totalité de l'air propulsé par le ventilateur traverse le conduit et refroidit le disposi- tif. Une variante de ce dernier dispositif consiste à donner aux extrémités (13) des ailettes une forme générale en T pour que cette partie constitue di- rectement la 'gaine (10), augmentant d'autant la surface d'échange avec l'air (fig. 4). Le second dispositif consiste à placer au-dessus du niveau du diélectrique(23) et entre le radiateur et la cuve (14) une pompe (15) qui imprimera au fluide une vitesse, accélérant sa circulation à l'intérieur du radiateur, augmentant grandement le volume qui traverse en un temps donné le radiateur et donc les échanges thermiques. On comprendra aisément qu'un tel dispositif permet des rendements très supérieurs à ceux obtenus actuellement Il s'en suit que le vo- lume du diélectrique nécessaire peut être largement diminué puisque le volume traversant pour ce temps donné les radiateurs est augmenté et qu'un volume donné traversera beaucoup plus souvent les radiateurs que par convection comme actuellenent et qu'il sera plus énergiquement refroidi. Ces radiateurs seront d'une longueur déterminée pour des raisons de facilité de fabrication et de transport mais il est possible de les accoupler pour constituer une colonne de radiateurs de hauteur ou de capacité requise (fig.6). Cette possibilité offerte par la conception axiale des radiateurs permet une bien plus grande souplesse dans l'étude du dispositif de réfrigération nécessaire pour un transformateur donné. la section du radiateur est de forme géométrique quel- conque, par exemple ronde (fig.l) ou carrée (fig.5). A l'extrémité de chaque ailette, on peut en écraser une partie (24) pour donner une forme oblique au flux du fluide de refroidissement, facilitant sa circulation par suppres- sion des deux angles morts. Ces parties écrasées peuvent être pliées (fig. 3) pour faciliter le passage de l'air de refroidissement pulsé par le ventilateur, Un avantage essentiel du procédé, compte tenu de la possibilité d'augmenter considérablement la capacité de refroidissement, consiste à pouvoir utiliser le transformateur en surpuissance, par exemple au moment de pointes de consom- mation, puisque l'augmentation de dissipation calorifique pourra être absorbée par le système de refroidissement sans danger pour les bobinages normalement refroidis. On comprendra facilement l'incidence sur le prix d'un transformateur ainsi équipé pour une puissance donnée puisque l'on ne tient plus compte des puis- sances instantanées qui peuvent dépasser de 25 à 30 pour cent la puissance no- minale mais d'une puissance moyenne. En équipant les cylindres (4 et 4a) de raccordement des radiateurs à la cuve de vannes, il est possible de monter ces éléments sur place après transport du transformateur mais surtout de pouvoir les retirer pour réparation ou chan- gement de capacité calorifique en heures creuses sans arrêter l'utilisation du transformateur. Il est évident que le dispositif décrit présente une souplesse exceptionnelle, ce qui permet de l'adapter très exactement aux conditions climatiques ou d'utilisation ou même de le modifier sans arrêt du transformateur. Un dispo- sitif de commande automatique de ces vannes ainsi que des ventilateurs et de la pompe permet une autorégulation de la température des bobinages. La torpille (6) obturant partiellement le cylindre (3) est remplie d'un maté- riau étanche (9) au fluide tel que du liege (9), ce qui évite que la torpille ne soit remplie du fluide inutile puisque statique et donc non refroidi. Seuls les vides existant entre les morceaux de liège seront occupés par le fluide, la torpille n'étant volontairement pas étanche. Ce vide ne représente environ que lO pour cent du volume total de la torpille. Les diélectriques liquides modernes utilisés comme réfrigérants sont chers qu'ils soient minéraux ou chimiques. De nombreuses tentatives pour réduire le volume laissé à ces diélectriques à l'intérieur de la cuve n'ont donné aucun résultat car il s'agissait de corps creux présentant le risque de se remplir, provoquant la baisse du niveau du diélectrique et la destruction rapide du transformateur. La solution présentée consiste à utiliser un matériau vraiment étanche et com- patible avec les diélectriques, résistant aux températures d'utilisation et d'un coût inférieur à celui du diélectrique remplacé. Le liège est un de ces matériaux et, utilisé aggloméré à la vapeur, il se présente sous forme de vo- lumes de formes diverses (16) (17), celles des moules o il a été aggloméré. Pour éviter qu'il ne se désagrège même partiellement et que des particules de liège ne viennent obturer certains canaux de refroidissement, il est revêtu d'une enveloppe (18). Cette enveloppe peut être constituée par un tissu fin, une gaine thermo-rétractable, un vernis ou un enduit projeté, toutes solutions connues. Cette enveloppe ne doit pas être étanche au diélectrique de façon à permettre, lors du remplissage sous vide ou par gravité, que les vides demeu- rés entre les grains de liege au moment de son agglomération soient comblés par le diélectrique de façon à obtenir un corps saturé et donc ayant un volume stable et neutre. Le niveau du diélectrique dans la cuve est donc maintenu. Ces éléments seront disposés entre les bobinages et la cuve. Comme ils sont massifs, ils ne sont pas bons conducteurs de chaleur, aussi, doit-on éviter qu'ils ne touchent cette cuve car ils, réduiraient considérablement la surface de cette cuve qui participe au refroidissement général. Pour cela, de petits bossages (19) seront régulièrement répartis sur les faces de ces éléments si- tuées vers les parois de la cuve (20). Les ponts thermiques seront ainsi ré- duits au maximum. Des moyens de fixation connus tels que patte ou bride seront surmoulés au moment de l'agglomération ou du revêtement pour maintenir en pla- ce ces éléments qui, de très faible densité (de l'ordre de 0,18) se retrouve- raient anarchiquement au sommet de la cuve. Cela est important car il sera donné à ces éléments des formes simples mais orientant la circulation du di- électrique vers les points à refroidir de façon à optimiser ce refroidissement. L'adoption de tels éléments est rendue possible par les possibilités d'augmen- tation du pouvoir réfrigérant des radiateurs radiaux décrits plus haut car la réduction du volume du diélectrique (21) de refroidissement pour une capacité identique ne peut être obtenue que par une augmentation de rendement des ra- diateurs ou une plus grande vitesse de passage dans ces radiateurs, ce qui est le cas pour la présente invention. REVENDICATIONS 1.- Cuve de transformateur à refroidissement par ventilation naturelle ou méca- nique caractérisée par le fait que le refroidissement se fait à l'aide de ra- diateurs radiaux et concentriques et que la contenance de la cuve est réduite par des éléments étanches pleins. 2.- Cuve de transformateur suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que le refroidissement du diélectrique est assuré par des radiateurs (1) cons- titués par un cylindre central (3) autour duquel sont disposes radialement des ailettes (2) communiquant avec ce cylindre central par ses deux extrémités (8), la partie centrale étant occupée par une torpille (6) terminée par deux ogives de telle façon que le diélectrique qui parcourt le radiateur passe intégrale- ment et régulièrement dans chaque ailette. 3.- Cuve de transformateur suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que le radiateur est placé dans une gaine (10) de façon à constituer un conduit (11) à travers lequel un ventilateur (12) pulse de l'air à grande vitesse, la totalité de cet air servant à refroidir les ailettes du radiateur placé dans le conduit, le dispositif étant circulaire et concentrique, une forme parti- culière en T pouvant être donné à ces ailettes leur permettant de remplacer la gaine (10). 4.- Cuve de transformateur suivant la revendication 1. caractérisée par le fait que dans le cylindre (4) précédant les ailettes et amenant de la cuve le di- électrique, est disposée une pompe (15) destinée à imprimer à ce diélectrique une plus grande vitesse pour augmenter les échanges thermiques, la totalité du diélectrique passant uniformément et intégralement par les ailettes, le sens de circulation du diélectrique étant opposé à celui de l'air. 5.- Cuve de transformateur suivant la revendication 1 caractérisée par le fait que pour réduire le volume du diélectrique, il est utilisé des éléments consti- tués par une enveloppe poreuse (18) emprisonnant un matériau (9) lui-même étan- che tel que du liege aggloméré, éléments munis des moyens de fixation nécessai- res et dont la forme et la position permettent de faciliter la circulation du diélectrique à l'intérieur de la cuve pour optimiser sa fonction réfrigérante, la porosité de l'enveloppe permettant lors du remplissage initial l'imprégna- tion des vides subsistant entre les particules de liege au moment de son mou- lage, un cas particulier étant constitué par la torpille (6) occupant la partie centrale du radiateur et remplie du même matériau. 6.- Cuve de transformateur suivant la revendication 1 caractérisée par le fait que les deux extrémités (24) des ailettes du radiateur sont écrasées suivant une oblique ou une courbe pour faciliter la circulation du diélectrique en sup- primant deux angles morts, les parties ainsi écrasées servant à la dissipation thermique et pouvant être pliées suivant un angle pour faciliter le passage de l'air propulsé par le ventilateur. 7.- Cuve de transformateur suivant la revendication 1 caractérisée par le fait que pour obtenir une hauteur ou une capacité frigorifique déterminée, les ra- diateurs peuvent être empilés bout à bout et rendus amovibles sans arrêt du transformateur en disposant dans le conduit (4) menant à la cuve et dans le conduit récepteur de la cuve (42) deux vannes.