Brevet FR2914105A1 — publié le 20080926

BOBINE DE TENSION PRIMAIRE AJUSTABLE POUR TRANSFORMATEUR SEC ET TRANSFORMATEUR HT/BT LA COMPRENANT DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne de manière générale la réalisation de transformateurs de puissance pour la distribution de l'énergie électrique, monophasés ou multiphasés, du type enrobés ou 10 immergés, dans lesquels la tension primaire ou secondaire peut être modulée. En particulier, l'invention se rapporte à une bobine haute tension, souvent externe, pour une partie active d'un transformateur, réalisée sous la forme de galettes empilées dont l'orientation relative permet de modifier la tension d'entrée, ainsi qu'aux galettes adaptées 15 à cel usage. L'invention concerne également des modules de transformateur ainsi que les cellules unitaires de ces modules, formés avec un nombre variable de galettes. 20 ETAT DE LA TECHNIQUE Pour la distribution d'énergie, la tension du réseau est usuellement abaissée du niveau haute tension (entre 5 et 52 kV) à un niveau basse tension (inférieur à 1000 V) ; des transformateurs haute tension/basse tension (HT/BT) permettent cette modification, au prix 25 d'échanges thermiques importants. Classiquement, ces transformateurs utilisent des huiles minérales comme fluide isolant et caloporteur. Afin notamment de préserver l'environnement et d'éviter les risques de feu, des transformateurs dits enrobés, ou à isolation solide, ont été développés dans lesquels les 30 enroulements primaire et secondaire, concentriques, sont chacun noyés dans de la résine diélectrique de moulage. La résine assure, outre l'isolation électrique, les échanges thermiques avec l'air afin de refroidir le transformateur. Les transformateurs de puissance enrobés peuvent en outre être blindés, en particulier au niveau de la bobine HT externe,5 pour augmenter leur isolement par rapport à l'environnement. Un exemple de réalisation est donné dans le document WO 98/10446. Le procédé de réalisation des bobines est cependant lourd, et ce type de transformateur enrobé reste onéreux. En particulier, les enroulements sont fabriqués le plus souvent sur commande à partir d'un cahier des charges du client, notamment en fonction des tensions qu'il souhaite traiter et de la puissance envisagée. EXPOSE DE L'INVENTION Parmi autres avantages, l'invention vise à pallier des inconvénients des transformateurs existants en rationalisant la gamme des enroulements, notamment en réalisant des bobines qui peuvent être adaptées à des transformateurs de puissance et/ou tension primaire différentes. 15 L'invention concerne en particulier une bobine, de préférence la bobine haute tension, réalisée par superposition de galettes de puissance comprenant plusieurs sorties. Suivant la connexion entre deux galettes de puissance consécutives, il est possible d'ajuster la tension d'entrée en augmentant la puissance supportée d'entrée ; suivant le nombre de galettes, il 20 est possible d'ajuster la puissance. Sous un de ses aspects, l'invention a trait à une galette de puissance enrobée dans une résine isolante et comprenant une entrée et une pluralité de sorties accessibles, de préférence deux, de l'enroulement de spires. Avantageusement, la répartition angulaire des 25 entrée/sorties est régulière. De préférence, les entrée/sorties sont accessibles depuis chaque face de la galette grâce à la présence de surmoulages latéraux en résine dans lesquels un dispositif de connexion permet l'insertion d'un connecteur coopérant avec une autre galette. Un exemple préféré concerne deux sorties, par exemple à 6 et 7 kV, et une entrée équidistantes de 120 débouchant dans trois protubérances. 30 Sous un autre aspect, l'invention concerne une bobine composée d'une pluralité de galettes de puissance superposées et connectées entre elles en série et/ou en parallèle, l'une des10 galettes de puissance au moins, de préférence toutes, comprenant une pluralité de sorties de tensions différentes. Avantageusement, toutes les galettes de puissance sont identiques, et notamment comprennent une protubérance pour chaque entrée/sortie dans laquelle un connecteur peut être inséré pour directement les relier entre elles ; des bouchons peuvent être mis en place dans les protubérances non électriquement connectées. L'ajustement de la tension primaire est alors réalisé par le choix de la connexion (série ou parallèle) et l'orientation relative des galettes de puissance. Selon un mode de réalisation préféré, une bobine pour transformateur HT/BT selon l'invention comprend plusieurs galettes de puissance à plusieurs sorties superposées associées à deux galettes d'extrémité, chaque galette d'extrémité comprenant une borne de connexion vers l'extérieur. Les galettes de puissance sont ainsi simplifiées et uniformisées au maximum, et il est possible, par les galettes d'extrémité, de s'adapter aux connectiques externes du client et/ou à la modularité souhaitée des transformateurs. Les galettes d'extrémité peuvent être identiques de conception, ou l'une d'entre elles peut être dotée de moyens permettant une connexion avec la borne de l'autre galette. L'une des galettes d'extrémité au moins est adaptée pour être connectée avec une autre galette (par exemple la galette d'extrémité d'une autre bobine selon l'invention), et/ou pour le raccordement client. Une bobine HT selon l'invention peut être associée à une bobine BT afin de réaliser une partie active de transformateur. Trois parties actives peuvent être associées à un circuit magnétique de façon à réaliser un module de transformation triphasée. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre illustratif et nullement 30 limitatifs, représentés dans les figures annexées.25 La figure 1 illustre schématiquement la réalisation d'un module de transformation triphasée qui peut être fabriqué avec des galettes selon l'invention. La figure 2 représente une galette selon un mode de réalisation préféré de l'invention ainsi que la connectique associée. Les figures 3A et 3B montrent l'obtention de bobines de deux tensions primaires différentes grâce aux mêmes galettes selon l'invention. l0 Les figures 4A et 4B représentent des modes de réalisation préférés de galettes d'extrémité associées à une bobine selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE 15 L'invention sera décrite en relation avec un empilement de quatre galettes de puissance identiques comprenant des sorties, en particulier à 6 et 7 kV, espacées de 120 avec une entrée à 0 V de l'enroulement. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux car, tout en ne compliquant pas de façon excessive la fabrication et la maintenance, il permet de couvrir la majorité des applications souhaitées (en particulier les transformateurs de 6, 7, 20 12, 14, 18, 21, 24, 28 kV). Il apparaîtra cependant clairement à l'homme du métier que cet exemple illustratif peut être adapté à la demande et que, notamment, d'autres choix de tensions de sortie sont envisageables, qu'un nombre différent de galettes peut être empilé, qui chacune peuvent comprendre plus de sorties si désiré, comme par exemple trois sorties espacées de 90 ,... 25 Les galettes de puissance selon l'invention sont utilisées pour la fabrication de bobines HT de transformateur qui rentrent dans la composition de transformateurs triphasés. Tel qu'illustré en figure 1, un transformateur 1 comprend trois cellules 2 de caractéristiques identiques qui sont solidarisées par des culasses. Chaque cellule 2 comprend, de façon 30 concentrique, un noyau 4 de circuit magnétique, qui est de préférence réalisé à partir de plusieurs feuilles de tôle magnétique et une partie active ; chaque partie active est composée d'une bobine BT 6, enrobée ou imprégnée de résine isolante, autour de laquelle est placée une bobine HT 8, elle aussi enrobée Selon l'invention, la bobine HT 8 est composée de plusieurs galettes de puissance 10 superposées ; en particulier, les galettes de puissance 10 sont de préférence identiques pour diminuer le nombre de références industrielles. Tel qu'usuel, une galette HT 10 est constituée de plusieurs spires conductrices et d'un système d'isolation, par exemple une résine d'enrobage et/ou d'imprégnation ; un blindage peut également être prévu. Selon l'invention, il est possible d'augmenter la puissance grâce au nombre de galettes 10 mais aussi de multiplier les valeurs des tensions primaires tolérées : au moins une galette de puissance 10, illustrée en figure 2, dispose d'une entrée et de plusieurs sorties correspondant à un nombre de spires différent, et donc à différents pas de tension. Un système de connecteurs permet de raccorder les entrées et sorties des galettes de puissance 10 en série ou en parallèle pour que la bobine 8 en résultant réponde à plusieurs tensions primaires. Afin de faciliter les connexions, il est avantageux que les entrées et sorties soient accessibles en des localisations latérales reproductibles de la galette de puissance 10, par exemple un câble de raccordement peut relier des orifices de sortie similaires à ceux présents dans l'enroulement décrit dans WO 98/10446. Cependant, selon un mode de réalisation préféré, des protubérances 12 sont réalisées, par exemple par surmoulage de la résine d'isolation 14, pour faire déboucher les conducteurs d'entrée et de sortie des galettes 10. En particulier, les protubérances 12 comprennent, à chaque extrémité, un orifice 16, muni par exemple d'une bague 18 qui est reliée aux conducteurs d'entrée et sortie de l'enroulement de spires ; chaque orifice 16 peut recevoir un élément de connexion 20 afin de réaliser la connexion électrique avec une bobine 10 adjacente : grâce à cette géométrie, une solidarisation des bobines est également assurée. En particulier, pour le mode de réalisation présenté plus haut, chaque galette de puissance 10 se présente sous la forme d'un anneau de résine 14 dans lequel est noyé l'enroulement de spires, muni de trois protubérances 120, 121, 122 à 120 correspondant respectivement à l'entrée (0 V) de l'enroulement des spires et deux sorties de pas de tension différent, notamment 6 et 7 kV. Les trois protubérances 12 comprennent un orifice 16 à chaque extrémité dans lequel peut être inséré un dispositif de connexion 20 qui peut être conducteur, comme par exemple un bicône 22, ou isolant comme un bouchon 24. Pour réaliser une bobine 8 de transformateur, les galettes de puissance 10 sont empilées : selon l'ordonnancement des dispositifs de connexion conducteurs 22 dans les protubérances 12, différentes tensions primaires sont couvertes. Ainsi, tel qu'illustré en figure 3A, pour obtenir une bobine 30 de tension primaire 24 kV, on pourrait utiliser quatre galettes de puissance 101, 102, 103, 104 connectées en série : des bicônes 22 sont insérés entre l'entrée 12o et la sortie 121 à 6 kV de deux galettes adjacentes. Avantageusement, un dispositif 24 de type bouchon isolant est mis en place entre les protubérances 122 non utilisées, afin de stabiliser l'ensemble et d'assurer l'isolation. Tel qu'illustré en figure 3B, les quatre mêmes galettes de puissance 10, avec une orientation relative différente et une autre mise en place des connecteurs conducteurs 22 (et des éventuels bouchons isolants 24), permettent d'obtenir également une bobine 40 de tension primaire 14 kV, la sortie se faisant sur la deuxième protubérance 122 de la quatrième bobine 101 (deux ensembles de deux galettes mises en parallèle à 7 kV sont mis en série). Bien que non représenté, l'homme du métier réalisera les modifications dans l'emplacement des connecteurs de ces quatre galettes de puissance, et l'orientation résultante des galettes, pour les autres tensions possibles. De même, selon son besoin, il adaptera le nombre de galettes. Par ailleurs, suivant le nombre de pas de tension de chaque galette de puissance, pour couvrir toutes les combinaisons entre sorties, il est possible par exemple de mettre en place un nombre supérieur d'entrées, ou d'utiliser des systèmes plus complexes de connexion, ou de positionner les galettes indifféremment dans les deux sens pile et face. Afin de faciliter la mise en place de la partie active du transformateur et notamment de standardiser et stabiliser les connexions d'entrée et sortie de la bobine HT 8, il est souhaitable de réaliser en outre des galettes d'extrémité 50 isolées mises en place sur les faces d'extrémité de la bobine 30, 40. En particulier, chaque galette d'extrémité 50 comprend des protubérances 52 similaires à celles des galettes de puissance 10, dotées d'orifices, qui avantageusement ne débouchent que sur une face, dans lesquels des moyens de liaison comme les bicônes 22 et les bouchons 24 peuvent être insérés ; les orifices sont eux aussi munis d'un système permettant la conduction électrique, par exemple de nature similaire à celui des galettes de puissance 10 (bagues 18,...). Les galettes d'extrémité comprennent en outre une ou plusieurs bornes d'entrée et/ou sortie 54 permettant la connexion vers des systèmes extérieurs (câbles de raccordement, autre galette,...) ; les bornes d'amenée de courant 54 peuvent être latérales ou localisées sur une face de la galette 50. Il est possible, selon l'ordonnancement des modules de transformateur, que les galettes d'extrémité soient alors à orientation fixe. Selon un premier mode de réalisation préféré illustré en figure 4A, les deux galettes 50 d'extrémité sont identiques, simplement retournées l'une par rapport à l'autre afin de positionner l'orifice des protubérances de façon appropriée ; chaque protubérance 52 est électriquement connectée à une borne 54, qui sert d'amenée dans la galette supérieure et de sortie dans la galette inférieure. Ce système minimise le nombre de pièces et permet en outre de positionner les bornes d'entrée et de sortie selon toute orientation relative. La borne peut être doublée, avec de préférence deux entrées ou sorties latérales diamétralement opposées. Il peut être avantageux, selon un autre mode de réalisation préféré illustré en figure 4B, d'utiliser une galette d'extrémité 50', de préférence supérieure, comprenant à la fois des bornes d'entrée 54' et de sortie 56', par exemple sur la face externe de la galette 50', tel que décrit dans la demande de brevet intitulée Partie active de transformateur enrobé 2.5 munie d'un système de connexion à une extrémité et transformateur HT/BT modulaire la comprenant déposée ce jour. Les deux bornes de sortie 56' sont reliées électriquement à un accès 58', par exemple latéral, qui sera relié à la borne de sortie 54 de la galette inférieure 50 ; par exemple l'accès 58' est positionné au dessus de la borne 54 de façon à utiliser une barre de liaison. Cette option permet de rendre la zone de connexion plus 30 accessible, ce qui peut être particulièrement avantageux si des modules de transformateurs sont mis en parallèle afin de réaliser un banc de transformation modulaire. Il est entendu que les différents modes de réalisation, pour les connexions et les bornes notamment, peuvent être combinés selon le cahier des charges et l'encombrement. De même, des alternatives sont possibles. L'invention permet, entre autres avantages, de : réaliser plusieurs modèles de transformateurs (puissance, tension primaire, système de connexion,...) avec peu de références industrielles ; réduire les délais et les coûts de fabrication par l'optimisation de l'outil industriel ; -réduire les délais de livraison grâce à un assemblage sur des stocks que l'on peut optimiser ; - réaliser un système permettant d'augmenter la VA locale, notamment en distribuant les pièces composant le transformateur individuellement et en les assemblant sur place ; réduire les coûts de maintenance, les bobines étant interchangeables.15 REVENDICATIONS 1. Galette de puissance (10) pour transformateur haute tension/basse tension comprenant un enroulement annulaire de spires entre une entrée et une première sortie, et un enrobage (14) de résine isolante, l'entrée et la première sortie étant accessibles depuis l'extérieur de l'enrobage (14), caractérisée par la présence d'au moins une deuxième sortie de l'enroulement correspondant à une tension différente de la première sortie, accessible depuis l'extérieur de l'enrobage (14). 2. Galette de puissance selon la revendication 1 comprenant deux sorties et une entrée séparées chacune de 120 . 3. Galette de puissance selon l'une des revendications 1 ou 2 dans laquelle l'enrobage (14) comprend des protubérances latérales (12), chaque entrée et chaque sortie étant reliées à une protubérance différente et débouchant de part et d'autre de la protubérance (12). 4. Galette de puissance selon la revendication 3 dans laquelle chaque protubérance (12) comprenant une entrée ou une sortie comprend un système conducteur (18) depuis l'enroulement de spires jusqu'à un orifice (16) dans lequel un connecteur électrique (22) peut être inséré. 5. Bobine haute tension (30, 40) pour transformateur haute tension/basse tension comprenant une superposition d'une pluralité de galettes de puissance (10) dotées d'une entrée et d'une sortie, une au moins des galettes de puissance étant définie selon l'une des revendications 1 à 4, et chaque galette de puissance (101) étant reliée à au moins une autre galette de puissance (102) par au moins un dispositif de connexion conducteur (22). 6. Bobine haute tension (30, 40) pour transformateur haute tension/basse tension comprenant une superposition d'une pluralité de galettes de puissance identiques (10) selon la revendication 4, chaque galette de puissance (10) étant reliée à au moins une 9autre galette de puissance par au moins un dispositif de connexion conducteur (22) dans l'orifice (16) d'une protubérance (12). 7.. Bobine selon la revendication 6 comprenant des bouchons isolants (24) dans les orifices (16) non reliées par des dispositifs de connexion conducteurs (22). 8. Bobine (30, 40) selon l'une des revendications 5 à 7 comprenant en outre au moins une première galette d'extrémité (50) qui comprend au moins une première borne d'entrée/sortie (54) du courant reliée électriquement à au moins un système de connexion (52) qui peut être associé à une galette de puissance (10) par un dispositif de connexion conducteur (22). 9. Bobine selon la revendication 8 comprenant en outre une deuxième galette d'extrémité (50') qui comprend deux bornes d'entrée (54') du courant reliées électriquement à au moins un système de connexion (52') qui peut être associé à une galette de puissance (10) par un dispositif de connexion conducteur (22) et deux bornes de sortie (56') associées à un accès (58') pouvant être relié à la première borne (54) de la première galette d'extrémité (50). 10. Partie active de transformateur comprenant de manière concentrique une bobine basse tension (6) et une bobine haute tension selon l'une des revendications 5 à 9. 11. Module de transformateur triphasé comprenant trois parties actives selon la revendication 10 et un circuit magnétique.25