Brevet FR2964494A1 — publié le 20120309

TRANSFORMATEUR TENSION/COURANT/ET SON PROCEDE DE FABRICATION La présente invention se rapporte à un transformateur à haute, moyenne et basse tension de mesure et de protection du type comprenant un noyau magnétique avec des enroulements primaire et secondaires, tous ceux-ci étant moulés par l'extérieur dans de la résine, avec la formation d'une enveloppe externe en une seule pièce réalisée en résine, l'objectif principal de la présente invention consistant à obtenir une forme de transformateur avec toutes les garanties de sécurité et de durabilité, en particulier, dans des conditions ambiantes de forte ou extrêmement forte humidité. En ce qui concerne le domaine technique de l'invention, les transformateurs à haute, moyenne et basse tension de ce type sont des dispositifs qui sont, en général, installés en différents points de lignes à haute ou moyenne tension d'un réseau de distribution électrique. Dans la technique antérieure, les transformateurs de mesure sont principalement utilisés afin d'assurer l'installation d'instruments, de compteurs et de relais de protection sur des circuits à moyenne ou haute tension, et leur tâche est d'isoler des circuits de mesure ou relais, autorisant ainsi une standardisation supérieure pour la construction de compteurs, d'instruments ou de relais. Le procédé de fabrication de transformateurs à haute, moyenne ou basse tension classiques, consiste à fabriquer le noyau et les enroulements et à mouler l'enveloppe externe du transformateur avec de la résine. Les raccordements primaire et secondaires sortent du noyau. Ces raccordements primaire et secondaires sont précisément ceux qui 2964494 -2 sont particulièrement susceptibles d'être souvent endommagés sous des influences externes, dégradant ainsi l'ensemble du fonctionnement du transformateur. Par conséquent, l'un des principaux inconvénients de ce type de transformateurs est leur forte susceptibilité dans des conditions et environnements humides ou dans des 5 environnements immergés, compte tenu du fait qu'ils ne sont pas suffisamment préparés afin de supporter de telles circonstances extrêmes, ce qui signifie que des transformateurs de ce type peuvent être totalement ou partiellement endommagés lorsqu'ils sont exposés de manière continue ou sporadique à de tels environnements humides. 10 En prenant en compte le fait que ces transformateurs sont installés sur différents types de terrain, en général, à l'intérieur de grandes salles destinées à assurer la protection (généralement appelées des "stations"), il est facile de comprendre que des conditions climatiques telles que pluie, inondation ou humidité peuvent provoquer l'inondation de ces stations, affectant ainsi inévitablement le fonctionnement correct du 15 ou des transformateurs contenus à l'intérieur et provoquant l'interruption des dispositifs de protection électriques de la totalité de la zone ou secteur électrique jusqu'à ce que la réparation de la panne puisse être assurée et le service électrique rétabli. La solution permettant de résoudre ce problème consistait antérieurement à isoler l'ensemble de la zone externe de la station, réalisée de manière préférentielle en béton, 20 dans laquelle les transformateurs de tension sont installés, de l'eau et de l'humidité en appliquant et en scellant un matériau ou élément d'isolation de l'eau. Toutefois, une telle solution implique des coûts très élevés nécessaires afin d'assurer l'étanchéité de la totalité de l'environnement externe de la station de transformateur. Pour toutes ces raisons, l'objectif de la présente invention est de surmonter les inconvénients associés à la technique antérieure et de créer un nouveau procédé de construction de transformateurs à basse, moyenne et haute tension pouvant supporter des conditions ambiantes de très forte humidité avec inondation potentielle, et supporter l'immersion dans de l'eau sans défaillance ni rupture. La présente invention va maintenant être décrite. Elle propose un transformateur à haute, moyenne, ou basse tension comprenant un noyau magnétique avec des enroulements primaire et secondaires et des raccordements primaire et secondaires de 2964494 -3 transformateur, avec la particularité spécifique que l'ensemble de ces éléments sont moulés dans de la résine, en étant entièrement noyés dans une masse de résine, formant ainsi la totalité de l'enveloppe ou boîtier externe en une seule pièce du transformateur, de telle manière qu'au moins une partie interne des bornes des raccordements primaire 5 et secondaires correspondantes du transformateur reste entièrement noyée dans ladite masse de résine, de sorte que les surfaces de contact du raccordement primaire et du ou des raccordements secondaires avec le boîtier sont entièrement isolées de l'eau, ledit transformateur étant approprié de manière à être immergé dans de l'eau sans être endommagés jusqu'à une profondeur de 20 mètres ainsi qu'à supporter des conditions 10 dans des environnements humides à des niveaux hydrophiles extrêmement élevés. Le raccordement primaire du transformateur est agencé sur la partie supérieure du transformateur, alors que les raccordements secondaires du transformateur sont situés sur la partie inférieure. Lesdits raccordements peuvent être des connecteurs (c'est-à-dire, des bornes métalliques) ou simplement des câbles, en fonction du type de 15 transformateur. Le ou les raccordements secondaires mentionnés vont, de préférence, par paires, c'est-à-dire, qu'ils peuvent être au nombre de 2, 4, 6, etc., bien qu'il puisse aussi n'y en avoir qu'un seul. Comme cela a été mentionné précédemment, si les raccordements primaire et secondaires sont des conducteurs (c'est-à-dire, des bornes métalliques), au moins une 20 partie interne des bornes des raccordements primaire et secondaires correspondants du transformateur est entièrement noyée et piégée dans ladite masse de résine ; toutefois, selon un second mode de réalisation de l'invention, lesdits raccordements primaire et secondaires peuvent être de simple câble, de telle sorte qu'une partie desdits câbles est complètement noyée et piégée dans ladite masse de résine, de telle sorte que les surfaces 25 de contact des câbles correspondants ensemble avec le boîtier en une pièce sont entièrement isolés de l'eau. Ladite couche de résine qui forme le boîtier externe du transformateur est fabriquée selon la technologie de moulage en résine. Si les raccordements sont réalisés par l'intermédiaire de connecteurs, lesdits connecteurs sont placés à la position 30 appropriée à l'intérieur de l'insert de moulage avant l'opération de moulage de la résine, de telle sorte que la résine est versée sur ledit connecteur, et ce dernier reste 2964494 -4 partiellement noyé à l'intérieur de la masse de résine avec sa partie avant. Précisément, ladite partie avant est celle qui est utilisée afin d'assurer le raccordement à un connecteur externe. Le type de résine utilisée pour le moulage du boîtier externe en une seule pièce 5 est, de préférence, une résine du type époxy, qui présente d'excellentes propriétés d'isolation électrique, bien que, en variante, d'autres résines avec des propriétés équivalentes puissent aussi être utilisées. L'épaisseur de paroi de la masse de résine jusqu'à l'enroulement est une fonction de la tension d'isolation requise sur chaque type de transformateur et peut s'étendre, par 10 exemple, de quelques millimètres à quelques centimètres. En variante, ce boîtier de résine peut être revêtu sur l'extérieur d'une couche métallisée, appropriée de manière à empêcher les effets néfastes sous des influences externes, qui agit sur le transformateur au cours de sa durée de vie et agit aussi comme une masse et sert ainsi d'isolateur électrique. 15 Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, ledit boîtier de résine peut être revêtu sur l'extérieur d'une couche de silicone ou d'un matériau similaire, dans le but d'assurer un degré supérieur d'isolation contre l'eau. Selon un troisième mode de réalisation de l'invention, ledit boîtier de résine peut être revêtu sur l'extérieur d'une couche métallisée, et ladite couche peut être revêtue sur 20 l'extérieur d'une seconde couche de silicone, dans le but d'assurer une double isolation ou protection contre des influences externes et contre l'eau, c'est-à-dire d'assurer un degré supérieur d'isolation à l'eau. Les deux couches (couche métallisée et couche de silicone) sont appliquées par des procédés de pulvérisation ou d'autres procédés de peinture équivalents. 25 Un raccordement de terre peut aussi être disponible et agencé à proximité du raccordement secondaire. En variante, le noyau magnétique avec les enroulements primaire et secondaires peuvent initialement être placés à l'intérieur d'un boîtier en matière plastique, agencé autour de l'ensemble du noyau du transformateur ou d'une partie de celui-ci, qui sert de 30 support pour certains éléments auxiliaires. Ceci est suivi par le moulage de ceux-ci à l'intérieur de l'insert de moulage en résine, qui, lors du durcissement, forme le boîtier de - 5 résine externe en une seule pièce. Avantageusement, il a été mis en évidence au cours d'un test empirique que ce transformateur peut être immergé dans l'eau jusqu'à une profondeur de 20 mètres sans subir de dommages et qu'il peut aussi supporter les conditions d'environnements humides à des niveaux hydrophiles extrêmement élevés. Il va sans dire que la configuration externe de l'enveloppe de transformateur peut varier en fonction des spécifications de transformateur dans chaque cas, la préférence étant donnée à une configuration externe sensiblement prismatique. Le procédé de construction du transformateur décrit par la présente invention 10 comprend principalement les étapes de : - raccordement des câbles des différents éléments auxiliaires, tels que le connecteur primaire et le connecteur secondaire, sur l'enroulement et ensuite montage de l'ensemble complet sur le noyau, - mise en place de cet ensemble assemblé à l'intérieur d'un moule, fermeture du 15 moule et coulée de la masse de la résine à l'intérieur, - en variante, revêtement du boîtier de résine sur l'extérieur par une couche métallisée ou de silicone, et - aussi en variante, revêtement de ladite couche métallisée sur l'extérieur par une autre couche de silicone. 20 De préférence, l'opération de moulage de la masse de résine est réalisée sous vide. Les figures vont ensuite être décrites ci-dessous. La figure 1 est une vue de face en perspective de la partie externe du transformateur selon la présente invention. La figure 2 est une vue de face en coupe transversale du transformateur montré 25 sur la figure 1. La figure 3 est une vue de côté en coupe transversale du transformateur montré sur la figure 1. La figure 4 est une vue de face en coupe transversale du transformateur, qui représente le deuxième mode de réalisation préféré de la présente invention. 30 Les principaux éléments vont maintenant être décrits de manière détaillée, tous étant affectés d'une référence numérique sur les figures annexées ; (10) transformateur, -6 (11) masse de résine, (12) revêtement externe métallique ou de silicone, (13) noyau magnétique, (14) enroulements, (15) couvercle du connecteur primaire (16), (16) connecteur primaire, (16') câble primaire, (18) connecteurs secondaires, (18') câbles secondaires, (19) base de montage, (20) ouvertures pour le moyen d'ancrage, (21) câble du circuit primaire, (22) câble du circuit secondaire. L'un des modes de réalisation de l'invention va maintenant être décrit. Dans l'un des modes de réalisation préférés de l'invention, comme on peut le voir d'après la figure 1, le transformateur (10) montré se réfère à un transformateur de mesure de tension moyenne isolé, unipolaire et monophasé pour 50-60 Hz, qui comprend un noyau magnétique (13) avec des enroulements primaire et secondaires (14) et un raccordement primaire (16) et deux secondaires (18), qui sont tous reçus dans un boîtier externe réalisé en une masse de résine (11), qui est moulé autour desdits composants (13, 14, 16, 18) à l'intérieur d'un moule (non montré sur les figures), de telle sorte qu'une partie des bornes métalliques des raccordements primaire (16) et secondaires (18) du transformateur (10) sont noyées à l'intérieur de ladite masse de résine (11). Dans le cas spécifique des modes de réalisation des figures 1 à 3, le raccordement primaire du transformateur (10) constitué par un connecteur (16) est agencé sur la partie centrale supérieure du transformateur (10) et est partiellement recouvert par la masse de résine (11) qui enrobe une partie supérieure de la configuration sensiblement cylindrique à partir de laquelle une partie de la borne primaire est en saillie. La configuration externe du raccordement primaire (16) peut aussi présenter d'autres formes : par exemple, tronconique ou autres. Dans le cas spécifique du mode de réalisation des figures 1 à 3, les raccordements secondaires du transformateur (10) consistant en une paire de raccordements (18) sont situés sur la partie inférieure de l'une des parois latérales du transformateur (10). Lesdits raccordements secondaires peuvent aussi être agencés dans d'autres parties de la zone inférieure du transformateur. Comme avec le connecteur primaire (16), les deux parties les plus à l'intérieur des bornes métalliques (18a) des deux connecteurs secondaires (18) sont noyées à l'intérieur de la masse de résine (11). Dans le cas le cas spécifique du second mode de réalisation correspondant à la 2964494 -7 figure 4, le raccordement primaire (16) du transformateur (10) consiste en un simple câble unique (16') qui est agencé à la sortie de la partie supérieure centrale du transformateur (10) et est partiellement recouvert par la masse de résine (11), qui enrobe une partie supérieure de la configuration sensiblement cylindrique, de telle sorte que la 5 partie externe du câble (16') est en saillie, afin de pouvoir être raccordée. En ce qui concerne les raccordements secondaires du transformateur (10), ils consistent chacun en des câbles (18'), qui sont complètement noyés dans la masse de résine (11) qui forme le boîtier, de telle sorte qu'il n'est laissé aucune ouverture à travers laquelle l'eau peut s'écouler vers l'intérieur du transformateur (10). 10 Après avoir décrit suffisamment la présente invention en se référant aux dessins annexés, il va s'en dire que des modifications quelconques qui semblent appropriées peuvent être faites sur l'invention, tant que les aspects essentiels de la présente invention ne sont pas modifiés. REVENDICATIONS1. Transformateur tension/courant (10) du type transformateur de mesure et de protection à haute, moyenne ou basse tension comprenant un noyau magnétique (13) avec des enroulements primaire et secondaires (14) et des raccordements primaire (16) et secondaires (18), caractérisé en ce que l'ensemble du noyau magnétique avec les enroulements primaire et secondaires et les raccordements primaire et secondaires est moulé dans de la résine, étant ainsi entièrement noyé dans une masse de résine (11), qui forme la totalité de l'enveloppe externe ou boîtier en une pièce du transformateur, de telle manière qu'au moins une partie interne des bornes des raccordements primaire et secondaires correspondantes du transformateur est entièrement noyée dans ladite masse de résine, de sorte que les surfaces de contact du raccordement primaire et du ou des raccordements secondaires avec le boîtier sont entièrement isolées de l'eau, ledit transformateur étant approprié à être immergé dans l'eau sans être endommagé jusqu'à une profondeur de 20 mètres ainsi qu'à supporter des conditions d'environnements humides à des niveaux hydrophiles extrêmement élevés. 2. Transformateur tension/courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le type de résine utilisé afin de mouler le boîtier externe est un résine du type 20 époxy. 3. Transformateur tension/courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit boîtier de résine peut être revêtu sur l'extérieur d'une couche métallisée (12), appropriée de manière à empêcher des effets néfastes sous des influences externes, qui agit sur le transformateur au cours de sa durée de vie et agit comme une masse et sert 25 ainsi d'isolateur électrique. 4. Transformateur tension/courant selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite couche métallisée peut être revêtue sur l'extérieur d'une autre couche de silicone (12), dans le but d'assurer une isolation supplémentaire contre l'eau. 5. Transformateur tension/courant selon la revendication 1, caractérisé en 30 ce que le boîtier de résine peut être revêtu sur I'extérieur d'une couche de silicone ou d'un matériau similaire, dans le but d'assurer un degré supérieur d'isolation à l'eau.- 9 6. Procédé de fabrication du transformateur tension/courant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: - raccordement des câbles (16', 18') des différents éléments auxiliaires, tels que le 5 connecteur primaire (16) et le connecteur secondaire (18), sur l'enroulement puis montage de l'ensemble complet sur le noyau (13), - mise en place de cet ensemble assemblé à l'intérieur d'un moule, fermeture du moule et coulée de la masse de résine à l'intérieur, - en variante, revêtement du boîtier de résine sur l'extérieur par une couche 10 métallisée ou de silicone (12), et - aussi en variante, revêtement de ladite couche métallisée sur l'extérieur par une autre couche de silicone.