Brevet FR2654249A1 — publié le 19910510

La durée de vie d'un transformateur dépend grandement du séchage, du diélectrique dans lequel ses bobinages sont immergés et de celui de ses isolants solides qui de plus ne doivent pas avoir souffert du chauffage auquel ils ont été soumis pour être séchés De même, aucune trace d'air ne doit subsister ou être piégée pendant le remplissage-imprégnationpolymérisation. Pour les transformateurs immergés, ces opérations se font en deux temps: d'abord, un séchage dans une étuve chauffée à air ou au kérosène pendant une durée dépendant de l'importance du transformateur mais qui est tou- jours supérieure à plusieurs heures pour atteindre plusieurs jours. Avec l'augmentation de la production dans le monde, les installations de séchage sous vide ont éte abandonnées car trop coûteuses par rapport à celles de séchage par air chaud Seul le remplissage se fait sous vide dans de petits autoclaves ne contenant que quelques appareils mais la qualité et la rapidité du séchage sous vide sont reconnues et regrettées. Des méthodes de chauffage par basse fréquence sous vide existent mais comme pour le système précédent, leur coût ne leur a pas permis de se géneraliser. Pour les transformateurs de puissance qui ont des cuves pouvant supporter le vide, ces deux opérations se font directement dans la cuve fermée ou soudée Le séchage se fait par une succession de chauffages suivis de mises sous vide, cela durant plusieurs jours Le remplissage sous vide suit le séchage. De nombreux petits fabricants ou réparateurs ne possèdent pas d'installation de remplissage sous vide à cause de leur prix très elevé pour leur capacité. Aucune des méthodes ou installations employées n'est vraiment pilotable et contrôlable et les fabricants continuent à tenir compte d'un facteur de securité important, déterminé par l'expérience, entraînant des coûts de fabrication supérieurs à ceux que l'on pourrait souhaiter, surtout dans le tiers monde, là o les besoins sont plus grands. Le procédé objet de l'invention apporte une solution fiable et économique quel que soit le type ou l'importance des fabrications. La figure 1 montre une installation individuelle avec une fausse cuve supportant le vide (l A)dans laquelle l'on introduit les parties actives ( 2) à sécher-imprégner avec les matériels assurant les opérations et leur contrôle: génerateur ( 9), armoire de commande ( 4) et de contrôle, réservoir d'huile ( 5), pompe à vide ( 7) La figure 2 montre le procédé appliqué à une grosse production avec un autoclave (A)complet remplaçant la fausse cuve et pouvant contenir le nombre d'appareils désiré, les parties actives ( 2) déjà dans leur cuve ( 1), reliées au générateur ( 9) et à l'armoire de commande et de contrôle ( 4), la cuve au réservoir d'huile ( 5) Un dispositif de sechage de l'huile ( 6) peut y être adjoint ainsi que des moyens d'enregistrement des résultats ( 3). La figure 3 montre le procédé appliqué à un gros transformateur de puissance avec sa cuve (lc), le générateur ( 9), l'armoire de contrôle et de commande ( 4), le réservoir d'huile ( 5), la pompe à vide ( 7) et le moyen d'enregistrement ( 3) etc. La figure 4 montre une application particulière à l'encapsulage-polyméri- sation de bobinages ( 8) par le même procédé de chauffage par haute'fréquence des bobinages pour apporter la chaleur nécessaire à la polymérisation sous vide de la résine. La figure 5 représente le dispositif de séchage de l'huile dans l'autoclave (A) avec la goulotte ( 16), le panneau constitué par le tissus ( 17) et la gouttière ( 19) qui recueille l'huile ( 5 h), le réservoir d'huile ( 5) et la pompe de circulation ( 20) avec les canalisacions étanches ( 18) pour le recyclage. Le procédé objet de la présente invention consiste à provoquer le chauffage nécessaire au séchage des parties actives ( 2) en faisant circuler généra- lement dans les bobinages primaires un courant de haute fréquence pour obtenir des pertes par effet Joule produit par un générateur ( 9). La fréquence et l'intensité sont déterminées pour chaque type de transfor- mateur soit par un abaque, soit par un automate. Le chauffage commence donc depuis l'intérieur des bobinages( 8) et se diffuse par contact vers l'extérieur (secondaire) ( 8 a) et vers l'intérieur (noyau magnétique) ( 1 O) Ce chauffage se faisant dans le vide, pratiquement toutes les pertes par rayonnement sont supprimées d'o un gain important d'énergie et les trois bobinages étant reliés à des appareils de contrôle tels que thermostat ( 11) et mÉghomâtre ( 12), il est possible de piloter la température pour qu'à aucun moment elle ne dépasse la température limite des isolants solides (classe B 1050 C par exemple). L'état du séchage est de son côté contrôlé par le méghomètre qui indique la résistance d'isolement ce qui permet de suivre ce séchage mais surtout de l'arrêter dés qu'il est suffisant, c'est-à-dire que la résistance d'isolement a atteint une valeur stable. C'est alors que, soit l'automate, soit un contrôleur averti par un signal arrête le chauffage et déclenche le remplissage en mettant le réservoir d'huile ( 5) en communication avec la cuve ( 1) par manoeuvre de la vanne ( 13) du transformateur Les parties actives sont à environ 1000 C, l'impré- gnation est très bonne puisque les isolants sont dilatés et la fluidité de l'huile augmentée en se chauffant par conductibilité ou parce-qu'elle a été elle-même chauffée comme expliqué plus bas Un niveau taré ( 14) dont est équipé la-canne ( 15) permet de mettre sous une pression déterminée par les températures bobinages-huile et calculée par l'automate l'huile à l'intérieur de la cuve. Bien entendu, la résistance d'isolement continue à être mesurée pendant l'opération de remplissage pour être certain en particulier qu'aucune bulle n'est restée prisonnière. Contre une ou plusieurs parois de l'autoclave est disposé un sécheur d'huile qui se compose d'une goulotte ( 16) par o arrive l'huile et qui ruisselle de chaque côté d'un panneau constitué par un tissus ou fin grillage ( 17), offrant ainsi une surface d'échange pratiquement double de celle du panneau sous une faible épaisseur (fente de la goulotte). A la partie inférieure du panneau est disposé une gouttière ( 19) recueillant l'huile d'o elle est dirigée vers la partie inférieure d'un réservoir ) pour y être pompée ( 20), soit pour être à nouveau traitée, soit remplir les cuves La résistance d'isolement de l'huile est mesurée en permanence dans la gouttière pour que le traitement soit arrêté lorsque la valeur désirée est atteinte Puisque cette opération se fait en temps masqué, il est possible de la continuer jusqu'au moment du remplissage. Il est également possible de chauffer le panneau puisqu'aucun apport de chaleur ne se fera par rayonnement, le tout étant sous vide, pour faciliter le séchage. Dans le cas d'utilisation de fausse cuve (fig l), c'est le couvercle ( 2 d du transformateur auquel est suspendue la partie active ( 2 X qui sert de couvercle Le fond ( 21) de cette fausse cuve est relié par l'intermédiaire d'une vanne trois voies ( 13) à la pompe à vide ( 7) et au réservoir d'huile ( 5) Le déroulement du procédé est identique mais après avoir rempli la fausse cuve et imprégné les bobinages (contrôle, résistance d'isolement), on la vide et les parties actives sont introduites dans leur cuve placée à proximité, une goulotte empêchant les gouttes d'huile de tomber par terre. Aprés fixation du couvercle, l'on procède au complément de remplissage à travers un petit réservoir ( 22) qui est fixé sur l'orifice de remplissage et qui permet de contrôler visuellement que le niveau reste stable et qu'aucune bulle ne sorte de la cuve Les bornes du transformateur sont restées connectées aux appareils de mesure pour contrôler la résistance d'isolement Le vide n'est interrompu que lorsque cette résistance est correcte. Les volumes d'huile concernes étant faibles, il est possible d'équiper une ou deux parois de la fausse cuve du sécheur d'huile ( 6) décrit plus haut. Avec ce procédé, le chauffage et séchage sont extrêmement rapides et le 26 temps nécessaire divisé par cinq à sept par rapport aux méthodes tradi- tionnelles D'autre part, le volume de vide est très faible puisque la fausse cuve est prévue pour un seul appareil Il est avantageux de les faire au fur et à mesure des besoins et d'en avoir une série de diverses tailles, leur construction étant très simple et adaptable à l'installation de vide, de chauffage et de contrôle. Dans le cas de fabrications importantes disposant d'étuves pour le séchage et d'autoclaves à vide pour le remplissage, il est possible d'équiper ces autoclaves (A) pour y faire la totalité des opérations de séchageremplissage. Ces opérations étant toutefois plus longues que le seul remplissage, il faut donc prévoir un second autoclave Mais le gain de temps est tel qu'un second autoclave suffit géneralement, ce qui réduit considérablement le- coût de l'investissement puisqu'une partie importante est récupérable. C'est également le cas pour les transformateurs de puissance (fig 3) car seuls le générateur de fréquence et l'armoire de commande et de contrôle b- sont à fournir, tous les autres éléments nécessaires existant déjà: pompe à vide, réservoir d'huile etc Dans le cas de transformateurs enrobés, le procédé peut être utilisé pour polymériser les résines époxy sous vide Il est dans ce cas possible d'agir sur la façon de polymériser donc sur les tensions qui se développent pendant la phase de polymérisation. Lorsque l'on doit faire la polymérisation sous vide, ce sont les moules qui sont chauffés Indépendament du fait que leur fabrication est plus. compliquée, la polymérisation donc la solidification se fait de l'extérieur vers l'intérieur et ce sont les bobinages qui supportent toutes les contraintes contrairement au procédé breveté Plus généralement, le moule rempli sous vide est placé dans une étuve o la totalité de la résine est polymérisée en masse avec des parties faibles constituées par les ponts de support et de centrage qui bien qu'en même matière présentent des interfaces faci- litant les cheminements et les microfissures Avec le présent procédé, les bobinages à encapsuler (fig 4) sont introduits dans leurs moules ( 27 suspendus par des sangles isolantes ( 23), les connections pour le commutateur ( 24) aident à immobiliser et centrer le bobinage bien que les sangles judi- cieusement disposées y suffisent. Le bobinage est relie au générateur ( 9) et lorsque l'autoclave est fermé, la pompe à vide ( 7) est mise en marche Aprés séchage contrôlé par la résistance d'isolement et en maintenant le vide, il est laissé couler le long des parois du moule la résine '25) avec un débit tel que sa prise se fasse sous une faible épaisseur et horizontalement De cette façon, jamais de volumes importants ne seront en phase de polymérisation Un autre avantage du procédé est que lorsqu'une partie importante du bobinage est déjà encapsulée( 26),il est possible par une opération mécanique simple télé- commandée de couper ou laisser tomber dans le moule les sangles qui seront à leur tour encapsulées. Il est ainsi possible d'obtenir un bobinage encapsulé sans aucun pont méca- nique avec l'extérieur qui crée toujours des risques de cheminements et obligent à considérablement augmenter les épaisseurs de résine surtout dans la partie inférieure mais aussi le long des parois verticales. Ainsi, ce procédé peut être adapté d'une façon très souple à tous les fabri- cants de transformateurs quelle que soit leur taille, leur gamme et capacité de production dans des conditions économiques pour améliorer leur qualité et envisager le "zéro défaut". -6- REVENDICATIONS 1) Procédé de séchage-imprégnation-polymérisation contrôlés caractérisé par le fait que les paramètres significatifs sont mesurés, enregistrés et traités pour assurer le contrôle, le pilotage et le déroulement du procédé, les appareils étant enfermés dans une enceinte o est maintenu un vide poussé tout en étant reliés à un générateur de fréquence et un réservoir d'huile et de résine. 2) Procédé de séchage-imprégnation-polymérisation contrôlés caractérisé suivant la revendication 1 par le fait que le sechage est obtenu par chauffage des bobinages en les reliant aux bornes du générateur dont la fréquence, l'intensité et la tension sont définis par rapport à l'appa- reil à traiter pour avoir le meilleur chauffage, ce générateur pouvant être relié à plusieurs appareils identiques ou différents. 3) Procédé de séchage-imprégnation-polymérisation contrôlés caractérisé suivant la revendication 1 par le fait que le contrôle et le pilotage du séchage sont obtenus en mesurant et traitant la résistance d'isolement des bobinages, en permanence ou alternativement avec le chauffage dans le cas o un seul branchement est possible et la superposition de deux courants impossible, ainsi que la température interne des bobinages de telle façon que le séchage puisse être arrêté dés que les conditions sont remplies et l'opération suivante déclanchée en mettant le réservoir d'huile en communication avec l'appareil à imprégner automatiquement ou manuellement par un contrôleur averti par un signal. 4) Procédé de séchage-imprégnation-polymérisation contrôlés caractérisé suivant la revendication 1 par le fait que le contrôle et le pilotage de l'imprégnation des parties encore chaudes et dilatées est obtenu en mesurant et traitant la résistance d'isolement des bobinages imprégnés ainsi que les informations transmises par un niveau taré de précision de telle façon que cette imprégnation soit arrêtée dés que le remplissage intégral est réalisé, que les dégagements gazeux ont cessé et que la pression initiale devant exister dans la cuve, déterminée en prenant en compte les températures bobinages-huile, soit atteinte. ) Procédé de séchage-imprégnation-polymérisation contrôlés caractérisé suivant la revendication 1 par le fait que lorsque l'imprégnation est remplacée par un encapsulage dans une résine polymérisable, cette polyméri- risation est obtenue en maintenant le chauffage après le séchage et en laissant couler dans le moule la résine suivant un débit contrôlé de façon à ce que la polymérisation ne se fasse que sous une faible épaisseur et horizontalement pour réduire les tensions internes, les bobinages étant suspendus dans le moule par des sangles tissées isolantes -7- qui seront coupées ou lâchées lorsque la hauteur des bobinages encapsulés dans la résine polymérisée sera suffisante pour assurer leur maintien dans le moule, supprimant ainsi toute pièce de maintien qui provoque des affaiblissements de l'encapsulage et des risques de cheminements. 6) Procédé de séchage-imprégnation-polymérisation contrôlés caractérisé suivant la revendication 1 par le fait que le séchage de l'huile devant servir à l'imprégnation est obtenu en la faisant ruisseler de chaque côté d'un panneau vertical, disposé à l'intérieur de l'enceinte o est entretenu le vide, constitué par un tissu ou un fin grillage offrant ainsi une double surface d'échange sous une très faible épaisseur, une pompe et un réservoir permettant de retraiter autant que nécessaire l'huile jusqu'à ce que la mesure de sa résistance d'isolement mesurée à la partie inférieure du panneau ait atteint la valeur requise. 7) Procédé de séchage-imprégnation-polymérisation contrôlés caractérise suivant la revendication 1 par le fait que lorsque la cuve du transformateur à traiter peut supporter le vide comme cela est le cas pour les transfor- mateurs de puissance, l'on utilise cette cuve comme enceinte o est maintenu le vide, le procédé étant utilisé en reliant directement les bornes du transformateur au générateur de fréquence et à l'armoire de contrôle-commande. 8) Procédé de séchage-imprégnation-polymérisation contrôlés caractérisé suivant la revendication 1 par le fait que l'enceinte dans laquelle l'on fait le vide peut être une fausse cuve lorsqu'il ne faut traiter qu'un appareil à la fois, ce qui est le cas de nombreux réparateurs ou bobineurs, le couvercle de l'appareil pouvant servir de couvercle à cette fausse cuve, plusieurs pouvant être utilisée simultanément, et le dispositif de séchage de l'huile être disposé à l'intérieur prés d'une paroi verticale.