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TRANSFORMATEUR ELECTRIQUE POUR HAUTE TENSION
La présente invention se rapporte aux transformateurs électriques et particulièrement à ceux qui sont utilisés pour la haute tension.
Jusqu'ici, la construction de -ces appareils présentait des difficultés au point de vue de l'isolement des, enroulements entre eux ou par rapport à la masse. Ces difficultés proviennent . du manque de symétrie des parties à isoler, ce qui oblige à donner aux isolants des formes compliquées, au détriment de leurs qualités
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diélectriques. Diverses solutions ont été envisagées jusqu'ici pour remédier à cet inconvénient. On a augmentéles dimensions du circuit magnétique afin d'éloigner des enroulements les par- ties dissymétriques de ce dernier. On a également utilisé un diélectrique tel que l'huile, qui pénètre facilement entre les parties à isoler et épouse immédiatement les formes les plus complexes.
Or, la première solution conduit à des appareils très volumineux et lourds donc peu commodes, tandis que l'emploi d'huile sans permettre de réduire beaucoup les dimensions, comporte tou- jours sous grand volume de graves dangers d'incendie.
La présente invention a pour but de réaliser un transfor- mateur qui ne présente pas ces inconvénients. On se propose d'uti- liser à cet effet, au lieu du circuit magnétique fermé généralement employé, un circuit magnétique ouvert, symétrique par rapport à un axe; ce circuit magnétiq.ue supporte des enroulements que sépare un isolement constitué par un condensateur ou plutôt par le diélec- trique d'un condensateur, dont les armatures sont réunies à des points différents des enroulements. Ce diélectrique de condensa- teur assure encore l'isolement des enroulements par rapport à la masse.
L'invention sera mieux comprise en référence au dessin annexé, dans lequel : la figure 1 représente un exemple de réalisation du trans- formateur à haute tension; la figure 2 représente un schéma théorique du montage de ce transformateur; la figure 3 représente la disposition des tales formant le noyau feuilleté du transformateur; la figure 4 représente l'application de l'isolement confor- me à l'invention à l'extrémité du câble alimentant le transforma- teur; la figure 5 représente un autre exemple de réalisation d'un transformateur conforme à l'invention.
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L'appareil représenta à la figure 1 est un transformateur à haute tension ayant une borne à la terre. Le circuit magnétique ouvert A est droit et de forme cylindrique. Comme la réluctance de ce circuit est très élevée, on a prévu, à sa base, un épanouis- sement B pour la diminuer, le sommet ne pouvant comporter un épa- nouissement analogue en raison des difficultés d'isolement.
Immédiatement autour de ce circuit magnétique se trouve l'enroulement basse tension C isolé de l'enroulement haute tension E par un isolement D ayant la forme d'un cône renversé de même axe que le circuit magnétique. L'enroulement haute tension a éga- lement la forme d'un cône creux renversé de même axe que le circuit magnétique C.
L'isolement D est constitué par un condensateur contenant des armatures métalliques cylindriques M, M parallèles,, reliées chacune par leur base à un point différent N, N de l'enroulement haute tension E, afin de distribuer les différences de potentiel de l'enroulement haute tension dans l'isolement.
On comprendra mieux le rôle de cet isolement à armatures en considérant le schéma de la figure 2. En effet, la disposition, sur chaque section de l'enroulement haute tension, de condensateurs en parallèle, a pour objet, d'une part, de compenser l'augmenta- tion du courant à vide dû au circuit magnétique ouvert, la réduc- tion de ce courant étant avantageuse et, d'autre part, de faciliter la répartition sur l'enroulement des surtensions pouvant provenir de l'extérieur, telles que celles qui sont dues à la foudre, etc...
Le noyau C est formé de tôles radiales disposées par pa- quets, comme on le verra plus clairement à la figure 3 qui repré- sente une section droite de ce circuit magnétique, ,afin de réduire les pertes dans le fer par courants de Foucault.
On voit donc que la réalisation du transformateur conforme à l'invention présente de nombreux avantages, grâce à la combinai- son du circuit magnétique droit ouvert, avec un isolement à arma- tures métalliques, c'est-à-dire formé de condensateurs élémentaires.
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En effet, l'emploi d'un circuit magnétique droit facilite l'isolement de l'enroulement haute tension, en donnant au diélec- trique une forme très simple, celle d'un tube circulaire, sans qu'il soit nécessaire d'augmenter les dimensions des parties acti- ves de l'appareil. On peut donc employer un diélectrique solide, tout en obtenant un isolement parfait.
Dans le cas où l'huile pourrait étre utile, pour faciliter le refroidissement par exemple, on placerait le transformateur dans une cuve cylindrique en matière isolante, dont le diamètre ne se- rait que légèrement supérieur à celui des enroulements; on aurait ainsi un volume d'huile extrêmement réduit.
Cette disposition est particulièrement intéressante dans un transformateur pour très haute tension, car son encombrement est à peu près proportionnel à la tension, alors que dans un appa- reil à circuit magnétique fermé et à huile, l'encombrement varie à peu prés comme le cube de la tension.
La distribution progressive des différences de potentiel de l'enroulement haute tension dans l'isolement peut être étendue à des appareils voisins; elle s'applique particulièrement bien à la répartition de la tension sur la partie terminale d'un câble P pouvant alimenter le transformateur; il suffit à cet effet de réaliser la disposition de la figure 4, qui montre les liaisons possibles entre les armatures déposées sur le câble et l'enroule- ment E du transformateur,
La forme particulière du circuit magnétique présente pour les transformateurs de mesure les avantages suivants :
1 ) On peut faire embrasser à une spire une fraction seule- ment du flux global d'où facilité de réglage du rapport de trans- formation.
2 ) On peut également agir sur la phase de la tension induite en modifiant la position de l'enroulement induit par rapport à l'enroulement inducteur; cette modification peut ne porter que sur une ou plusieurs spires de l'enroulement.
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Enfin, les caractéristiques de cet appareil comme trans- formateur de mesure sont les suivantes :
1 ) Son courant à vide est faible;
2 ) Sa puissance de précision est élevée.
En effet, la valeur du courant à vide est influencée favo- rablement : a) par l'épanouissement de la base du circuit magnétique; b) par la disposition des tôles du noyau, suivant la figu- re 3; c) par la présence des condensateurs formés par les armatu- res réparties dans le diélectrique et agissant suivant le schéma représenté par la figure 2.
Quant au régime de précision, le calcul habituel des transformateurs de mesures montre qu'il peut être de l'ordre de plusieurs centaines de VA, classe 0,2 du V.D.E. pour un appareil type 220 Kilovolts.
Ces considérations montrent, d'une part, que cet appareil possède, outre ses avantages propres, tous ceux des appareils à circuit magnétique fermé ; d'autre part, il n'a aucun des inconvé- nients des appareils à circuit magnétique ouvert, dans lesquels la puissance de précision ne peut être qu'une fraction très faible de la puissance apparente absorbée à vide; ces derniers ayant, soit une puissance de précision très faible, soit un courant à vide très élevé. décrite
Dans la disposition/ci-dessus, l'enveloppe isolante est ouverte du coté de la haute tension et, pour obtenir une distance explosive suffisante, la partie de l'enveloppe isolante qui dépas- se l'extrémité du noyau de fer doit être prolongée de façon .nota- ble.
Il peut y avoir intérêt, particulièrement dans le cas des très hautes tensions, à réduire cet encombrement dans la direction du noyau pour faciliter la construction, le transport et le montage.
On peut obtenir ce résultat par une disposition particulière, selon laquelle on ferme l'enveloppe isolante du coté de la haute tension
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en lui faisant entourer l'extrémité libre du noyau. Lorsque l'en- veloppe isolante est constituée par des bandes de papier enroulées cylindriquement et comportant des feuilles conduétrices interposées, les couches de papier peuvent être pliées aux extrémités libres vers l'intérieur et' l'enveloppe isolante peut être fermée sur sa face supérieure par des plaques isolantes. Il est avantageux de munir aussi ces plaques de feuilles conductrices interposées, com- muniquant électriquement avec les feuilles conductrices cylindriques.
La figure 5, qui montre un exemple de réalisation de ce genre, est une vue dont la moitié droite en élévation montre les parties extérieures du transformateur, tandis que la moitié gauche, en coups verticale, montre l'enveloppe isolante et les bobinages.
Le noyau de fer magnétique 2 est fixé sur une base en fer 1 ayant pour but de diminuer la réluctance du circuit magnétique des li- gnes de force, et cette fixation est réalisée au moyen d'un axe traversant le noyau, d'un disque supérieur 3 et d'une vis 4. Le noyau 2 porte un enroulement de basse tension 5 qui est cylindrique et entoure le noyau sur presque toute sa hauteur ; enroulement repose sur le disque isolant 6, sur lequel repose également l'en- veloppe isolante 7, composée des couches de papier 9, entourant le tube isolant 8.
Ces couches 9 sont obtenues par l'enroulement des bandes de papier simples, avec interposition de feuilles métalliques, indi- quées sur la figure en trait interrompu, L'épaisseur de la gaine isolante croit de bas en haut et cet élargissement correspond au nombre croissant des couches de papier, de sorte que la surface 10 avec son enroulement haute tension présente une forme conique éva- sée vers le haut. A leur extrémité supérieure, les couches de pa- pier sont repliées une à une, vers l'intérieur et le bord de la première couche 9 qui suit le tube isolant 8 est appliqué contre le couvercle 11 de ce tube.
Sur cette partie repliée, repose un disque en papier 12 comportant une feuille métallique indiquée en
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trait interrompu et reliée électriquement à la feuille métalli- que qui enveloppe la couche de papier 9 et qui, d'autre part, communique avec l'extrémité de la première fraction (à partir du bas) de l'enroulement haute tension 10. Le commencement de cette f raction d'enroulement est relié électriquement au noyau mis à la terre, par l'intermédiaire de la couche métallique dont est recou- ve rt le cylindre isolant 8.
Sur la première plaque de papier 12 vient s'appuyer le bord de la couche cylindrique suivante 9, sur laquelle est appli- quée une nouvelle plaque 12' etc..., les feuilles métalliques formant toujours des enveloppes conductrices fermées, comme l'in- dique la figure,
Pour des tensions notables, il est bon d'installer le tout dans une cuve remplie d'huile. Des trous ménagés dans les disques 12, 12' rendent alors possible la circulation d'huile; ces trous sont de préférence décalés les uns par rapport aux autres, de fa- çon par exemple qu'ils se trouvent alternativement à gauche,(pla- ques 12) et à droite (plaques 12' ).'
Avec cette construction, la hauteur totale du dispositif ne dépasse pas de beaucoup celle qu'exige la hauteur de l'enrou- lement haute tension.
En outre, les couches métalliques jouent, comme dans le dispositif décrit en référence aux figures 1 à 4, le rôle des oondensateurs pour la répartition du potentiel et la compensation des courants déwattés,
REVENDICATIONS
1) Transformateur électrique pour haute tension, particu- lièrement approprié aux très hautes tensions, comportant un cir- cuit magnétique ouvert symétrique par rapport à un axe et portant des enroulements concentriques, caractérisé par la combinaison des éléments suivants : a) le circuit magnétique a la forme d'un cylindre allongé, avec un épanouissementà la base pour diminue r la réluctance de
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