Brevet FR2793599A1 — publié le 20001117

I 2793599 TRANSFORMATEUR MT/BT A ISOLEMENT SEC, A CHAMP ELECTRIQUE LINEAIREMENT REPARTI, POUR LA DISTRIBUTION DE L'ENERGIE ELECTRIQUE EN MILIEU RURAL La présente invention concerne un transformateur électrique MT/BT monophasé ou polyphasé à isolement sec destiné à une installation en intérieur ou en extérieur pour la distribution de l'énergie électrique. Contrairement aux autres appareils généralement utilisés pour la distribution de l'énergie électrique en extérieur, les transformateurs à isolement sec permettent à l'exploitant de s'affranchir des contraintes liées à la protection de l'environnement et imposées par la présence d'un diélectrique liquide tel qu'une huile minérale qui, bien que ne présentant généralement pas de toxicité particulière, implique néanmoins un moyen de rétention en cas de fuite pour éviter tout épandage accidentel qui pourrait polluer les eaux de ruissellement, la nappe phréatique, etc. Or, ce moyen de rétention est difficilement envisageable pour un transformateur destiné à une installation en extérieur, comme c'est le cas des transformateurs de distribution installés en haut de poteau par exemple. Les transformateurs MT/BT à isolement sec sont largement utilisés dans la distribution de l'énergie électrique. Néanmoins, les technologies généralement employées, d'une part ne permettent pas de réaliser des appareils à des coûts comparables à ceux des transformateurs à diélectrique liquide, notamment dans les puissances inférieures ou égales à 250kVA, et, d'autre part ne permettent pas une installation en extérieur. En conséquence, l'utilisateur d'un transformateur de type sec est contraint de placer l'appareil dans une enveloppe de protection contre les intempéries, ce qui accentue le surcoût de l'installation. En outre, les transformateurs MT/BT à isolement sec connus comportent généralement un encapsulage de l'enroulement MT à l'aide d'une résine thermodurcissable, telle qu'une résine époxyde. D'autres solutions peuvent également être envisagées: le brevet n 88 13 180 (brevet TRANSFIX) présente l'une d'elles, particulièrement adaptée à la réalisation de transformateurs de puissance utilisés en intérieur. Néanmoins, pour toutes ces technologies, le champ électrique n'est pas dirigé, ce qui d'une part, conduit à des distances diélectriques relativement importantes, et d'autre part, est incompatible avec les ambiances extérieures et polluées. Le but de l'invention est de pallier les inconvénients de l'art antérieur cité au moyen d'un transformateur à isolement sec de conception simple et de faible coût. Le transformateur selon l'invention est caractérisé par le fait qu'il comporte pour chacune de ses phases un cylindre isolant situé entre l'enroulement BT et l'enroulement MT, et en ce que ce cylindre est revêtu sur sa surface intérieure d'une couche conductrice ou semi- conductrice portée au potentiel de la terre, et sur sa surface extérieure d'une couche en matériau conducteur répartiteur linéaire de tension RLT, sur laquelle est bobiné localement l'enroulement MT. Grâce à cette structure, on réalise une isolation présentant un champ électrique ouvert mais néanmoins répartie de façon homogène dans les zones sensibles o il rayonne dans l'air ambiant. Préférentiellement, l'enroulement MT du transformateur selon l'invention présente une structure en galettes de faible largeur, constituées d'une superposition de couches de spires, et raccordées en série, de telle manière que la répartition du potentiel dans ledit enroulement soit de type axial. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, prise à titre d'exemple non limitatif, en référence aux figures annexées dans lesquelles: - La figure 1 représente une coupe verticale d'un premier mode de réalisation d'un transformateur conforme à l'invention, - la figure 2 représente une coupe verticale d'un deuxième mode de réalisation d'un transformateur conforme à l'invention, - la figure 3 représente un exemple de couplage des enroulements d'un transformateur triphasé conforme à 1'invention, - la figure 4 représente schématiquement une variante du transformateur représenté à la figure 1. - la figure 5 représente schématiquement une deuxième variante du transformateur représenté à la figure 1. La figure 1 représente un transformateur électrique MT/BT triphasé à isolement sec destiné à une installation en intérieur ou en extérieur pour la distribution de l'énergie électrique. Comme on peut le voir sur cette figure, autour d'un circuit magnétique 1, est placé un enroulement BT 2 et, positionné de manière concentrique à cet enroulement 2, un cylindre isolant 3 présentant sur sa surface intérieure une couche conductrice ou semi-conductrice 4 reliée au potentiel de la terre, et sur sa surface extérieure, une couche de matériau semi-conducteur 5 désigné RLT, dont la fonction est d'assurer une répartition linéaire de la tension sur toute la longueur du cylindre isolant. Un enroulement MT 6 est positionné directement sur la couche de matériau RLT et en recouvre la partie centrale. Cet enroulement présente la particularité d'être réalisé de manière à ce que l'évolution du potentiel entre les différentes spires qui le constituent se fasse de façon privilégiée selon le sens axial. Le cylindre isolant 3 est constitué d'un matériau à caractéristiques diélectriques élevées et obtenu par moulage, extrusion ou tout autre procédé permettant d'obtenir un cylindre exempt de vacuoles et parfaitement homogène. Ce matériau peut être un matériau thermoplastique, comme le polyéthylène utilisé dans la confection de câbles haute tension, ou encore un élastomère, silicone ou EPDM par exemple. La couche conductrice ou semi-conductrice 4 peut être obtenue par la projection d'un matériau synthétique chargé d'une poudre métallique sur le diamètre intérieur du tube isolant 3. Les matériaux semi-conducteurs dont la permittivité et la résistivité varient en fonction du champ électrique sont connus et utilisés en électrotechnique pour la réalisation d'accessoires de câbles haute tension, et plus particulièrement dans la confection des extrémités rétractables qui équipent ces câbles. Ces matériaux dits répartiteurs linéaires de tension (RLT) sont généralement constitués d'un ou plusieurs oxydes, tels que le carbure de silicium, mélangés à une résine ou un mastic. Dans la présente application, la couche 5 de matériau RLT peut être obtenu par l'enroulement d'une feuille, le bobinage d'un ruban, ou le rétreint d'un tube prémoulé sur le diamètre extérieur du cylindre isolant 3.- Selon un mode préféré de réalisation de l'invention illustré par la figure 1, l'enroulement MT 6 est constitué de galettes 7 de faible largeur, reliées entre elles en série. Chacune de ces galettes est constituée de couches de spires 9 superposées, réalisées à partir d'un fil en matériau conducteur 8 de section circulaire revêtu d'un vernis isolant. Selon un autre mode de réalisation présenté à la figure 2, l'enroulement MT est obtenu à l'aide d'un ruban en matériau conducteur nu de section rectangulaire, le matériau utilisé étant choisi pour sa ductilité. Ce ruban conducteur 10 est bobiné sur champ et associé à un film isolant 11 de faible épaisseur. Comme on peut le voir sur la figure 1, l'allure du champ électrique résultant de ce mode de conception correspond au cas d'un transformateur triphasé dont les enroulements MT 6 sont couplés en triangle, comme cela est présenté sur la figure 3. Ainsi, on constate que le champ électrique radial situé entre l'enroulement MT 6 et l'enroulement BT 2 est intégralement contenu dans le cylindre isolant 3, entre la couche 4 reliée au potentiel de la terre et la couche RLT 5. Le champ axial se répartit d'une part sur toute la longueur axiale de l'enroulement MT 6, et d'autre part au niveau des extrémités du cylindre isolant 3 non recouvertes par l'enroulement MT 6, mais néanmoins recouvertes de la couche 5 de matériau RLT. Dans ces trois zones, le champ électrique rayonnant dans l'air est réparti de manière homogène et reste suffisamment réduit pour exclure tout risque de décharges partielles ou de contournement par un arc électrique. Pour améliorer la tenue du transformateur vis à vis des agressions climatiques, ce dernier est entièrement revêtu d'une couche 12 en matériau synthétique présentant une bonne résistance aux rayons ultraviolets, au cheminement électrique, et aux contraintes électriques transversales qui pourraient conduire à une perforation dudit revêtement. Celui-ci peut être obtenu par exemple par trempage du transformateur dans un bain, ou par projection au pistolet pneumatique, d'un matériau synthétique présentant les caractéristiques souhaitées. De cette manière est également assurée la protection contre la corrosion des parties mécaniques et le remplissage des interstices existants entre les différentes parties de l'appareil. La figure 4 présente le transformateur décrit en figure 1 et muni de son revêtement 12. La figure 5 présente une variante dont l'intérêt est d'allonger la distance de cheminement dans les zones o le champ électrique rayonnant dans l'air est le plus dense, et qui correspondent aux extrémités du cylindre isolant non recouvert par l'enroulement MT. Dans ce but, des anneaux 13 en matériau isolant sont répartis régulièrement sur le cylindre isolant (13). Le revêtement 12 appliqué à l'ensemble du transformateur étanche la zone de contact entre les anneaux 13 et la couche 5 de matériau RLT et réalise ainsi des jupes identiques à celles que comporterait un isolateur électrique. REVENDICATIONS 1. Transformateur électrique MT/BT mono ou polyphasé, à isolement de type sec, destiné à une installation en intérieur ou en extérieur, caractérisé par le fait qu'il comporte pour chacune de ses phases un cylindre isolant (3) situé entre l'enroulement BT (2) et l'enroulement MT (6), et en ce que ce cylindre (3) est revêtu sur sa surface intérieure d'une couche conductrice ou semi- conductrice (4) portée au potentiel de la terre, et sur sa surface extérieure d'une couche en matériau semi- conducteur répartiteur linéaire de tension (5) sur laquelle est bobiné localement l'enroulement MT (2). 2. Transformateur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que l'enroulement MT (6) présente une structure en galettes de faible largeur, constituées d'une superposition de couches de spires (9), et raccordées en série, de telle manière que la répartition du potentiel dans ledit enroulement (6) soit de type axial. 3. Transformateur conforme à la revendication 1, caractérisé par le fait que l'enroulement MT (6) est constitué par le bobinage sur champ d'un ruban (10) de conducteur en association avec un film de matériau isolant (11), de telle manière que la répartition du potentiel dans ledit enroulement soit de type axial. 4. Transformateur conforme à la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte un revêtement (12) uniforme constitué par une couche en matériau synthétique présentant des caractéristiques électriques et physiques adéquates pour une utilisation en extérieur, ce revêtement (12) pouvant être obtenu par trempage ou par projection. 5. Transformateur conforme à la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il comporte, de part et d'autre de l'enroulement MT, des anneaux (13) en matériau isolant constituant des jupes destinées à allonger les distances de cheminement électrique entre l'enroulement MT (6) et les parties liées au potentiel de masse dudit transformateur, lesdites jupes étant situées sur le cylindre isolant (3) revêtu de la couche en matériau semi-conducteur répartiteur linéaire de tension et étant recouvertes du revêtement isolant (12) appliqué sur l'ensemble du transformateur.