<Desc/Clms Page number 1>
Bobine haute tension en c ouches, à répartition de tension commandée axialement des extrémités de couche,du potentiel d'extrémité au potentiel initial, en particulier pour trans- formateurs, transformateurs de mesure ou bobines de réactance
On connait déjà une bobine haute tension en couches,en particulier pour transformateurs, transformateurs de mesure ou bobines de réactance, comportant une répartition de ten- sion commandée radialement des extrémités de couche depuis le potentiel dtextrémité jusqu'au potentiel initial ;
con- nait en outre une bobine haute tension dans laquelle les
<Desc/Clms Page number 2>
couches d'enroulement s'enveloppant coaxialement sont mon- tées en série en partant de'la couche du milieu située à la haute tension, de telle manière que la tension, en cas de mise à la terre de la couche extérieure ou intérieure, va en croissant de cette dernière vers la couche médiane. La lon- gueur axiale des différentes couches d'enroulement va en diminuant à partir de la couche extérieure et de la couche intérieure vers la couche du milieu occupée par la haute tension.
En vue de protéger les extrémités, reliées directe- ment entre elles et portant le même potentiel, des couches conjuguées coaxialement elles sont recouvertes par paire au moyen de coquilles annulaires plates de sorte qu'il y a ainsi, outre la commande radiale, une certaine commande axiale de potentiel à l'intérieur de la bobine, (brevet al- lemand 337404).
Avec la commande radiale, la bobine doit avoir en con- cordance avec la différence de tension à commander, surtout en cas de tensions élevées, une certaine hauteur minima a ses extrémités libres; pour la construction d'un transfor- mateur à basse tension de court-circuit, une semblable bo- bine n'est pas avantageuse pour cette raison qu'il faut une épaisseur de bobine aussi minime que possible avec un dé- veloppement en longueur correspondant dans le sens axial,Ces deux exigences s'opposent donc l'une à l'autre.
Dans la disposition connue de bobines haute tension à cylindres coaxiaux et à commande axiale du potentiel,les contractions du champ ne sont pas évitées aux bords pénétrant dans la bobine, en forme de triangles; en effet, entre la dernière spire du cylindre plus court et la couche plus lon- gue située en-dessous ou au-dessus, il se produit une con- traction du champ ou un déplacement du champ de sorte qu'on n'est pas parvenu jusqu'à présent a régir le champ dans la disposition connue malgré que les extrémités des couches de
<Desc/Clms Page number 3>
potentiel élevé sont séparées du potentiel initial par les potentiels intermédiaires,
La présente invention part de cette constatation que les contractions mu les déplacements du champ électrique doivent être évités parce qu'ils sont à peine accessibles au calcul et que surtout les matières isolantes strati- fiées entre les différentes couches d'enroulement ne con- viennent pas pour ces sollicitations, Les déplacements du champ ou la pénétration des lignes de force l'une dans l'autre sont évités dans la bobine haute tension en couches suivant la présente invention par le fait que les poten- tiels du point de liaison de deux couches se suivant sont amenés à l'extérieur radialement à la périphérie de la bo- bine, de sorte que les extrémités des couches de haut po- tentiel sont séparées du potentiel initial dans la bobine même par les potentiels intermédiaires des sorties radia- les,
et que la commande du potentiel des extrémités libres est transportée à la périphérie de la bobine. De ce fait, par les surfaces conductrices interposées qui portent les potentiels intermédiaires, la différence de tension tota- le aux extrémités de l'enroulement en couche est subdivi- sée en tensions partielles commandées positivement et tel- lement petites qu'on peut les régir facilement.Il se forme des deux côtés de la bobine des surfaces cylindriques à po- tentiel commandé de sorte que la haute tension peut être raccordée directement, sans emploi d'un isolateur, à la couche d'entrée située à l'extérieur. Il est également possible d'une manière simple de recouvrir la périphérie extérieure de la bobine par un cylindre isolant.
Pour la sortie du potentiel des points de liaison des différentes couches, on peut employer 'également l'enroulement même par le fait que le fil à l'extrémité de la couche n'est pas ramené en arrière axialement mais enroulé radialement.Il
<Desc/Clms Page number 4>
se produit ainsi un enroulement en disque se formant sur l'extrémité de la couche. L'extrémité de l'enroulement en disque est amenée vers le bas à l'enroulement en disque, la deuxième couche est placée sur la première et à l'extrémité on établit de nouveau la bobine en disque, etc.
Le développement va être décrit à l'aide des formes de réalisation d'enroulements en couche à haute tension re- présentées aux figures.
Suivant les fig. 1 et 2, on peut employer tout d'abord, pour faire sortir les potentiels des points de liaison 11 des différentes couches d'enroulements indiquées par des traits condulés, des disques métalliques 12,13 conduits radialement vers l'extérieur, fendus, rectilignes (12) ou repliés en équerre (13). L'isolement entre les différents disques 12,13 doit être choisi seulement pour la double ten sion des couches et il peut être très abondant car dans le sens axial on dispose d'une place suffisante. Une épaisseur particulière des disques radiaux 12,13 n'est pas nécessaire pour des raisons de répartition de la tension, Ils peuvent consister également en des feuillets conducteurs et s'é- tendre également suivant un angle par rapport au rayon.
La disposition peut être plus avantagea lorsque,comme le montre la fig. 3, une partie des spires nécessaires pour la bobine haute tension est enroulée radialement vers l'extérieur à l'extrémité de la couche après l'achèvement de la couche d'enroulement et ainsi le potentiel d'extré- mité de couche est créé à la périphérie de la bobine.Il se forme alors, à côté des couches d'enroulement concentriques, des bobines en disque parallèles 14 se montant alternative- ment sur les extrémités des couches.
Pour la continuation de l'enroulement, le fil 15 est coudé à partir de la péri- phérie extérieure et ramené vers le bas le long de la bobi- ne en disque 14 dè nouveau sur la périphérie de l'enroule.
<Desc/Clms Page number 5>
ment en couche, on exécute ensuite la couche suivante de l'enroulement, on enroule de nouveau à l'extrémité la bobi- ne en disque 14 et ainsi de suite, jusqu'à ce qu'on ait pla- cé dans la bobine les spires nécessaires. A chaque enroule- ment de couches est ainsi assigné un enroulement d'extré- mité en disque 14.
Cette disposition d'enroulement a l'a- vantage qu'il n'y a pas de point soudé dans l'enroulement vu que celui-ci est enroulé depuis le commencement jusqu'à la fin sous la forme d'une bobine de haute tension composée d'enroulements en couche et d'enroulements en disque.
Suivant la fig. 4 on a placé encore, entre les bobines en disque 14 des disques métalliques 13 dans la f ente des- quels le fil 15 passe vers le bas à partir de la périphérie extérieure de la bobine, Il est également possible de re- lier l'extrémité extérieure de la bobine en disque à une extrémité et le commencement de l'enroulement en couches à l'autre extrémité du disque fendu radialement 12 et de l'employer ainsi comme spire ou, lorsque le disque 12 lui- même est fendu en spirale, de l'employer comme spires. Le fil 15 peut également être placé en spirale dans la fente en spirale.
Cet espace occupé par les disques 12 peut égale- ment être mieux employé lorsqu'à la place du fil métalli- que la bobine est enroulée de l'extérieur vers l'intérieur, c'est à dire de telle façon qu'à chaque enroulement de cou- ches appartiennent une bobine en disque enroulée radiale- ment vers l'extérieur et une bobine en disque enroulée ra- dialement de l'extérieur vers l'intérieur, Par le fait que les potentiels des points de liaison situés vers le haut, séparés dans l'espace, de couches juxtaposées sont conduits à l'extérieur par des disques conducteurs ou par l'enroule- ment même, radialement jusqu'à une hauteur commune, le dia- mètre commun extérieur de l'enroulement,, on obtient la sé- paration des couches de potentiel élevé de celles de poten-
<Desc/Clms Page number 6>
tiel élevé de celles de potentiel plus bas.
seulement
Comme la bobine possède/une minime différence de tension par rapport au potentiel initial jusqu'à l'extrémité de sa première couche, elle peut, suivant les fig. 3 et 4, être enveloppée dans un corps métallique fendu 16 qui la maintient ensemble et la, protège du déchirement en cas de court-cir- cuit. Ce corps de bobine peut également' lorsqu'il entoure un noyau de fer, être utilisé comme bobine basse tension à une seule couche d'un transformateur par le fait que la tension intérieure est prise ou raccordée à droite et à gauche de la fente. On obtient ainsi une application serrée des deux enroulements et par conséquent une tension de dis- persion très minime ainsi qu'une faible tension de court- circuit.
S'il faut plus qu'une spire de tension inférieure, on peut découper le tube du corps métallique 16 en forme d'hélice et découper la bride en spirale. Un corps de bobi- ne ainsi découpé représente alors la bobine basse tension.
On peut également choisir la voie inverse et établir le corps de bobine suivant la fig. 5 au moyen de la bobine bas- se tension formé de fils profilés 17. Le profilage peut ê- tre analogue à celui employé dans les tuyaux souples métal- liques, de telle façon que les différentes parties du pro- fil s'engagent l'une dans l'autre. Pour la faculté de la fabrication d'un semblable corps de bobine, les spires peu- vent être enroulées sur un support 18 en matière isolante ou en un métal pourvu d'un revêtement isolant. Le support peut aussi être en forme de rateau ou de peigne pour servir d'organe d'espacement des différentes spires. Ses extrémités embrassent alors en cas de besoin à la manière de pinces les spires formant la bride de la caisse de bobine.
Le corps de bobine ainsi formé,avec le support, est plongé dans la laque isolante ou l'émail jusqu'à ce que l'isolement néces- saire pour les tensions des spires soit atteint, et jus-
<Desc/Clms Page number 7>
qu'à ce qu'il supporte la différence de tension par rapport à la première bobine en couches de tension supérieure.Ce procédé peut être continué jusqu'à ce que les intervalles soient complètement remplis et que les spires représentent avec la matière isolante un corps de bobine solide, résistant au point de vue électrique et mécanique, dans lequel la bo- bine de tension supérieure peut être légée de la manière dé- crite précédemment.
La bobine de tension supérieure est dans ce cas entou- rée de trois côtés, la haute tension est prise sur le qua- triéme côté ouvert à peu près au milieu de la périphérie extérieure et diminue vers les deux brides du corps de bobi- ne à la hauteur de la tension de couche double.Par suite de cette répartition échelonnée de la tension, on diminue éga- lement le danger de précipitation de poussière sur la péri- phérie de la bobine.
Comme on le sait, sur les pièces métal- liques nues de petites fibres et des particules de poussières se posent par suite des forces électrostatiques, se remplis- sent d'humidité et forment alors des pointes qui lors de l'arrivée d'ondes de surtension provoquent ce qu'on appelle la formation de nuages d'ions et par conséquent des perce,. ments. pour cette raison les disques métalliques radiaux 12 et 13 sont pourvus de toutes parts d'un revêtement isolant qui doit être suffisamment épais pour correspondre à la dou- ble différence de tension de couches. La spire d'entrée 19 située au milieu sur la périphérie extérieure est également pourvue d'une couche isolante de ce genre.
Lorsque la spire d'entrée 19 est rendue relativement large dans son développe- ment en longueur, les réflexions d'ondes errantes rencon- trant la bobine sont fortement aplaties par la capacité des couches de spires l'une par rapport à l'autre et des dis- ques métalliques radiaux 12 ou 13 intercalés. Pour obtenir encore une surface lisse de la bobine haute tension, tout le
<Desc/Clms Page number 8>
corps de bobine est plongé dans la laque isolante et on em- pêche ainsi la pénétration de l'humidité. L'humidité nuirait dans ce cas très peu car il ne se produit nulle part des différences de tension considérables ni des contractions de champ ou l'humidité et la précipitation de poussières et d'huile peuvent se déposer.
Il est toutefois encore possible, en particulier dans le cas d'enroulements se trouvant dans l'air, un gaz ou dans le sable et ne se trouvant en tous cas pas dans un liquide isolant, pour les appareils secs, d'entourer la périphérie de la bobine d'un tube-enveloppe isolant et de passer avec la haute tension en un point du milieu de la périphérie du tube surtout que la face périphé- rique interne du tube isolant 20 est commandée des deux côtés dans le sens axial, au point de vue du potentiel, par la bo- bine de tension supérieure se trouvant en-dessous, ceci est en particulier nécessaire lorsque le corps de bobine 16 est disposé, suivant la fige 4, sur un noyau de fer 21 et la dif- férence de tension radiale du potentiel d'extrémité par rap- port au noyau de fer se trouvant approximativement au poten- tiel initial ou,
en cas de transformateurs à courant tripha- sé, la différence de tension entre les différents enroule- ments de phase ne doit pas être absorbée par une distance d'autant plus grande ou que dans l'intervalle se trouvent disposées des tôles de commande de potentiel raccordées à des points de la bobine haute tension,
S'il s'agit de maintenir très petite cette distance, le tube-enveloppe isolant 20 peut, comme le montre la fig.4, être pourvu sur sa périphérie extérieure d'une couche métal- lique 22 et une traversée 23 peut être employée comme sortie pour la haute tension, traversée qui forme une pièce avec l'enveloppe isolante 20.
La couche métallique 22 se rend dans ce cas jusque dans la gorge creuse inférieure de la saillie 24 de la traversée 23, de sorte que les potentiels amenés
<Desc/Clms Page number 9>
à l'extérieur de la bobine à tension supérieure se trouvent perpendiculairement à la métallisation 22 qui est approxima.. tivement au potentiel initial et qu'on évite par conséquent ici également les contractions de champ.
Pour ne pas devoir exécuter la longueur de la traver- sée pour toute la différence de tension de la haute tension par rapport à la terre, la métallisation 22 sur l'enveloppe peut être subdivisée autour de la traversée 23 en plusieurs anneaux concentriques. Ces anneaux métalliques peuvent alors être raccordés encore à travers l'enveloppe 20 aux potentiels de haute tension conjugués.
Sur la bobine de tension supérieure 25 on peut, suivant la présente invention, comme le montre la fig. 6, enrouler une seconde bobine haute tension 26 placée concentriquement de façon symétrique telle que les parties d'enroulement sor- tant, de même potentiel, se font vis à vis au point de sépa- ration 27. Que les deux enroulements soient montés en paral- lèle, suivant les fig. 6 et 7, ou en série suivant la fig.8, il se forme toujours â la surface de contact une fente diri- gée axialement avec commande axiale de potentiel et pour cette raison, ici également, les contractions de champ sont évitées. Pour monter toutefois en série les deux enroule- ments suivant la fig. 8, les sections d'enroulement opposées symétriquement appartenant l'une à l'autre sont reliées en- semble ou accolées métalliquement.
Dans les deux cas on éta- blit d'abord l'enroulement 25 et autour de celui-ci l'enrou- lement extérieur 26 est placé dans l'ordre de succession renversé, on commence a enrouler en faisant suite à la cou- che la plus interne 19, la bobine en disque 28, à établir ensuite l'enroulement en couche 29, on descend avec le dis- que métallique 30 ou le fil métallique et l'on enroule dans le cas du montage en parallèle l'enroulement en disque sui- vant 31 et ainsi de suite, et dans le cas du montage en sé-
<Desc/Clms Page number 10>
rie on opère exactement de la même manière sauf qu'on coupe les spires de l'un, 25, comme de l'autre, 26, des enroule- ments au point d'inversion et qu'on les relie entre eux au point de séparation 27.
La spire 19 portant le potentiel d'extrémité ou de haute tension se trouve approximativement au milieu des deux en- roulements 25, 26 et doit être amenée à l'extérieur pour le raccordement. Ceci est possible d'une manière très simple avec une traversée 32 relativement petite car on peut la réa- liser avec des armatures de potentiel 33, commandées de for- ce par les couches d'enroulement, pour permettre un bobinage commode du second enroulement 26, on a disposé un anneau isolant sur la spire d'entrée 9, anneau dont la section transversale correspond à la section transversale de la par- tie inférieure de la traversée 32 à loger dans l'enroulement 26.
Par des ouvertures appropriées dans l'anneau isolant 34, on fait passer les liaisons de couche interrompues par celui- ci et on continue à les enrouler de l'autre côté, Pour com- mander également de force la répartition du potentiel de cet anneau 34 de l'intérieur vers l'extérieur, on peut-placer des anneaux métalliques qui sont reliés conductivement ou capacitivement aux couches conjuguées. Les anneaux métalli- ques fendus insérés peuvent en outre être raccordés comme spires. La traversée 32 peut, comme on l'a indiqué à la fig.7 par la flèche de haute tension, se trouver également dans le sens de la longueur de la fente 27.
Comme les enroulements 25,26 portent sur toute leur périphérie seulement une tension relativement minime par rap- port au potentiel initial, ils peuvent être entourés d'un logement métallique 35 fendu radialement. La bobine b asse tension 36 se trouve sur le noyau de fer 21.
Le logement métallique 35 fermé de to tes parts peut toutefois aussi former de son côté la bobinie basse tension.
<Desc/Clms Page number 11>
Les quatre poide parois latérales du logement sont alors, moyennant un isolement approprié, montées en série, par pai- re ou toutes les quatre. On peut en outre pour augmenter les spires de basse tension découper en hélice les parties de tube, comme on l'a déjà mentionné et découper en spirale les brides du logement ou du corps de bobine, comme dans ce cas un enroulement entoure complètement l'autre, la tension de dispersion et par conséquent aussi la tension de court- circuit d'un semblable transformateur atteint un minimum.
La bobine de tension supérieure 25,26 est alors entou- rée par la forte bobine basse tension de sorte que les for- ces de court-circuit se produisant sont absorbées par celui- ci.Tout le bloc de bobines peut encore être entouré de ban- dages pour éviter un déchirement des bobines. Il peut égale- ment être supporté radialement et axialement par la fixation du noyau, ce qui est d'autant plus facile dans ce cas que l'on ne doit pas tenir compte d'une détérioration éventuelle de l'enroulement de tension supérieure qui est sensible.Par suite de la tension de court-circuit minime et de la minime dispersion, les pertes par courants tourbillonnants attei- gnent un minimum.
Dans les petits appareils et les appareils moyens, on peut en cas de non emploi d'enveloppes, faire dépasser les disques de potentiel 12,13 fendus radialement ou les enroule- ments en disque 14 au-del à de la périphérie de l'enroule- ment de sorte qu'on crée ainsi une surface artificiellement augmentée comme surface de refroidissement.
Dans le cas de grandes quantités de chaleur à évacuer, par exemple dans le cas detransformateurs de puissance, le refroidissement naturel ne suffit toutefois plus. on peut ici, comme le montre la fig'. 9, refouler à travers les dis- ques de potentiel 12 ou 13, montés en série par des liai- sons tubulaires isolantes 36 et faits creux. de l'air com-
<Desc/Clms Page number 12>
primé ou un autre agent isolant liquide ou gazeux à tempéra- ture normale ou refroidi, comme dans la plupart des cas on doit travailler avec une pression initiale élevée, le froid de la détente est employé ici également pour l'évacuation de la chaleur;
Les disques creux 12 ou 13, fendus, situés comme pro- longement des bobines en couche entre les bobines en dis- que 14 conduites vers l'extérieur absorbent alors la cha- leur de ces bobines, qui est amenée à celles-ci de l'enrou- lement même. Le sens d'écoulement de l'agent réfrigérant est avantageusement choisi de telle façon qu'il s'écoule en conformité avec la tension croissante de l'enroulement, de droite (tubulure de raccord 37) et de gauche vers l'inté- rieur, vers la spire d'entrée creuse 19. A la spire d'en- trée creuse on donne approximativement une longueur corres- pondant aux enroulements en couches pour qu'elle puisse transporter à l'extérieur la chaleur des spires en couches.
A cette spire est prévue l'ouverture de sortie 38 pour l'a- gent réfrigérant dont le tuyau 39 peut également, lorsqu'il est fait en métal, servir en même temps de raccordement de haute tension. Le tuyau passe dans le cas de l'enveloppe- ment au moyen d'une chemise isolante 20 à travers l'isola- teur de traversée 23 ou 32. Pour éviter un sifflement un cas de vitesse de sortie élevée de l'air de refroidisse- ment sortant librement, l'ouverture s'élargit avantageuse- ment en un entonnoir de réalisation connue.
Si cette évacuation de chaleur ne suffit pas encore, le corps de bobine 16 est également creux ou bien des tuyaux encastrés entre les différentes couches d'enroulement ou raccordés comme spires peuvent 'être parcourus par le flui- de de refroidissement ou intercalés dans le courant de re- froidissement. On peut finalement, lorsque la bobine basse tension forme le corps de bobine, comme le montre la fig.5,
<Desc/Clms Page number 13>
faire cet enroulement creux et évacuer ainsi la chaleur qui a pris naissance dans la bobine de tension inférieure et une partie de la chaleur de la bobine de haute tension se trou- vant au-dessus.
Au point de vue du courant d'air, toutes les spires de basse tension peuvent en outre être montées en série ou bien une partie de celles-ci peut être montée en parallèle en vue d'une petite différence de température entre l'entrée et la sortie du fluide de refroidissement.
Si la bobine de haute tension établie suivant la présen- te invention ou le noyau de fer qui la porte est monté avec isolement,on peut raccorder à la couche d'entrée 19 le po- tentiel initial ou la terre et à la couche d'enroulement la plus intérieure la haute tension. La tension se répartit alors de la manière inverse de celle décrite à l'aide des figures.
Revendications.
1 Bobine haute tension en couches, à répartition de tension commandée axialement des extrémités des couches du poten- tiel d'extrémité au potentiel initial, en particulier pour transformateurs, transformateurs de mesure ou bobines de réactance, caractérisée en ce que les potentiels du point de liaison de deux couches successives sont amenés à l'exté- rieur radialement à la périphérie de la bobine.