<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
EERFEIONÏ#MENTS AU IEFEOIDISSEMENT DES APPAREILS ELECTRIQUES*
La présente invention concerne d'une manière générale le refroidissement des enroulements des appareils électriques au moyen d'un fluide réfrigérant et elle a plus particulièrement pour objet un dispositif perfectionné assurant la circula tion dirigée de ce fluide, ainsi que des moyens facilitant la circulation dudit fluide réfrigérante
Jusqu'ici les appareils électriques,et en particulier les transformateurs et bobines de réactance, étaient disposés dans une enveloppe ou dans une cuve remplie de fluide isolant ,tel que l'huile minérale, afin d'isoler les enroule- ments et d'en évacuer la chaleur.
<Desc/Clms Page number 2>
Dans le but d'améliorer encore le transfert de la chaleur des enroulements au fluide réfrigérant, les appareils électriques ont été munis de couloirs, traver- sant les parties des enroulements à travers lesquelles l'huile isolante doit cir- culer. La chaleur absorbée par le liquide isolant est transmise à l'atmosphère ambiante à travers les parois de la cuve ,où l'on peut prévoir des tubes exté- rieurs, pour augmenter la surface de radiation de la chaleur, et à travers lesquels l'huile peut circuler*
La présente invention a notamment pour objet un dispositif perfectionné de circulation dirigée du fluide réfrigérant sur la surface des enroulements de tels appareils électriques.
Elle a également pour objet des moyens appropriés permettant de serrer et de supporter le noyau de ces appareils électriques, ainsi que des moyens pour faciliter la circulation du fluide réfrigérant sur les enroulements.
L'invention sera d'ailleurs bien comprise on se référant à, la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent à simple titre d'exemple non limitatif et dans lesquels t
La figure 1 est une vue en perspective, partiellement on coupe, d'un trans- formateur conforme à l'invention.
La figure 8 représente schématiquement le système de circulation du fluide dans l'appareil de la figure 11.
La figure 3 représente le schéma d'une variante de construction d'un trans- formateur, munie d'un système de circulation représenté figures 1 et 2.
La figure 4 est une vue en perspective, partie en coupe et partiellement schématique d'un transformateur conforme à l'invention et muni de son système de circulation de fluide.
La figura 5 représente des courbes permettant d'expliquer les résultats thermiques obtenus selon l'Inventiont
La figure 6 est une élévation latérale, partie en coupe, d'une variante du transformateur de la figure 4.
La figure 7 est une élévation en coupe latérale d'une partie du transfor- mateur de la figure 6, montrant les conduits entre enroulements, ainsi que les dis- positifs de support des bobines et les moyens utilisés pour diriger la circulation du fluide, à 1*une des extrémités de l'appareil, la partie inférieure par exemple.
La figure 8 est une vue en perspective, partiellement en coupe, d'une par- tie de l'appareil de la figure 6, montrant la fixation inférieure du noyau et le support des bobines.
<Desc/Clms Page number 3>
La figure 9 est une vue en bout de l'extrémité supérieure de l'une des branches du noyau de l'appareil de la figure 6, montrant les dispositifs de support de la bobine.
La figure 10 est une élévation latérale en coupe, le long des lignes 10-10 de la figure 9.
'La figure 11 est une élévation latérale en coupe d'une partie du transfor- mateur suivant une variante du dispositif de circulation dirigée du fluide de la ' figure 6.
Les figures 12 et 13 représentent des variantes de la bobine et du système de conduite représenté dans les figures 6, 7, 8.
La figure 14 est une vue en perspective, partie en coupe, d'un transforma- teur, représentant une variante du dispositif de circulation dirigée du fluide des figures 6 et 11,
La ]figure 15 est une élévation latérale, partie en coupe et partiellement schématique, de la partie inférieure du transformateur de la figure 6. montrant une variante du dispositif de circulation dirigée du fluide.
La figure 16 est une élévation latérale, partie en coupe et partiellement schématique, du transformateur de la figure 6, représentant une autre variante du système de circulation dirigée du fluide.
La figure 17 est une élévation latérale en coupe, partiellement schématique du transformateur de la figure 6, montrant les dispositions relatives des enroule- ments, du système de conduits et du dispositif de support des bobines.
Dans les appareils représentés figures 1, 2 et 3, on a montré la construc- tion d'un transformateur, muni d'un dispositif perfectionné de circulation dirigée pour en refroidir les parties électriques, mais il est bien entendu que l'Inven- tion peut également être utilisée avec tous les types appropriées d'appareils élec- triques, dont la construction est prévue pour qu'il soient refroidis par une cir- aulation de fluide.
Le transformateur représenté comporte un noyau habituel, avec plusieurs en- roulements qui entourent ses diverses branohes. Des couloirs sont ménagés entre les bobines des enroulements, à travers lesquels un fluide isolant et réfrigérant peut circuler, un dispositif de fixation (ou de serrage) est prévu qui coopère avec le noyau voisin des enroulements, ce dispositif de fixation définissant une chambre ayant une ouverture voisine des conduites ou passages ménagés dans les enrou- lements, pour diriger le fluide à travers ces passages.
<Desc/Clms Page number 4>
Ce dispositif de fixation du noyau peut être disposé au voisinage de toute partie appropriée de l'enroulement, comme par exemple au voisinage de son extrémité et des dispositifs isolants sont également prévus pour isoler la fixation du noyau vis-à-vis de l'enroulement, ainsi que pour en entourer l'extrémité Ce dernier dispositif iso- lant est également muni d'un passade, qui relie une ouverture de la chambre ménagée dans le dispositif de fixation du noyau, avec les passages de l'enroulement.
Des dis- positifs de fixation analogues pour le noyau peuvent être prévus aux deux extrémités de l'enroulement, ces dispositifs étant à leur tour reliés à un radiateur ou réfri- gérant externe* On peut également prévoir une pompe pour faire circuler le fluide à travers ce système fermé, comprenant les chambres du dispositif de fixation du noyau et les conduites à, travers les enroulements. Afin de faire également circuler le fluide dans l'espace à l'intérieur de la cuve du transformateur et entourant les bobines) les passages des enroulements peuvent être reliés à cet espace de toute ma- nière appropriée, comme par exemple par des dispositifs de communication convenables.
En se reportant plus particulièrement à la figure 1, on voit que le %tans- formateur comporte un noyau habituel 10, avec ses deux traverses 11 et 12, ainsi que plusieurs branchea 13 pour le bobinage. Un bobinage entoure chacune des branches 13 et comporte une bobine 14 à basse tension et une bobine 15 à haute tension. Le noyau et les bobines sont enfermés dans une cuve appropriée 16, qui est remplie d'un flui- de approprié isolant et refroidissant.. Afin de refroidir la partie électrique, les enroulements entourant chaque branche sont munis de tout type de couloirs ou de pas- sages approprié, à travers lesquels le fluide isolant peut circuler.
Dans l'appareil représenté figure 1, un couloir 17 est ménagé entre la sur- face interne de l'enroulement 14 et un cylindre 18 qui entoure la branche 13. Ce couloir 17 peut être ménagé de toute manière appropriée comme, par exemple, en pla- çant axialement des entretoises entre l'enroulement 14 et le cylindre 18. Un autre couloir axial 19 est ménage entre la surface externe de l'enroulement 14 et un cylin- dre concentrique 20 sur lequel est bobiné l'enroulement 15. On peut prévoir des con- duites radiales 22-22' à. l'intérieur de la cuve 16, afin de relier les couloirs 17 et 19 avec l'espace entourant les enroulements 14.
Ces conduites 22-22t peuvent être ménagées de toute manière appropriée, comme par exemple en disposant des rondelles 23 entre certaines parties des enroulements 14 et 15, et en prévoyant des entretoises 24 entre les rondelles 23.
Afin de créer un dispositif perfectionné pour diriger le liquide isolant réfrigérant autour du bobinage et à travers les couloirs disposés entre les
<Desc/Clms Page number 5>
enroulements concentriques, on a prévu un dispositif de fixation ou de serrage 26, au voisinage des dites parties appropriées des enroulements, comme, par exemple, à une de leurs extrémités. Le dispositif,de serrage de la figure 1 est prévu à oha- que extrémité du noyau et est constitué par deux pièces 27 en forme de U, qui coo- pèrent avec des parois 28, pour former une sorte de chambre creuse 29 à l'intérieur de chacune des pièces en U de la fixation 26.
Ces pièces 27 en U sont fixées sur les côtés des traverses 11 et 12 du noyau, au voisinage des extrémités des enroule- ments, par des montants latéraux 30 et des boulons 31 qui traversent les pièces 27 en U et pénètrent dans les ouvertures prévues à cet effet dans les traverses du noyau. Des couvercles amovibles 32 sont prévus dans les parois 28, au voisinage des boulons, de manière à ménager un accès vers ces boulons 31, lorsque les pièces 27 en U ont été montées, conne on le voit figure 1. On peut prévoir des ouvertures 33 aux extrémités des pièces 27, afin de pouvoir les soulever.
Pour relier les chambres 29 avec les couloirs ménagés entre les enroulements concentriques, on a prévu des ouvertures 34 au voisinage des extrémités des bobina- ges. Un dispositif isolant 35 est également prévu entre la fixation du noyau et les extrémités des enroulements 14 et 15, pour entourer les extrémités des enroule- ments et pour les isoler du noyau. Un passage 36 dans ce dispositif Isolant est également relié à l'ouverture 34, pour établir une connexion pour le fluide entre les couloirs situés entre les enroulements et la chambre 29.
Ce dispositif isolant peut être de tout type approprié et, dans l'exemple représenté, il est constitué par plusieurs rondelles 37, la rondelle interne étant un peu espacée de l'extrémité de l'enroulement 14, afin de constituer un passage radial 38 qui communique avec les couloirs axiaux. Les bobines terminales de l'enroulement 15 haute tension sont en outre, isolées de la fixation voisine du noyau par les rebords 40 du cylindre isolant 20, Plusieurs rondelles Isolantes 41 peuvent aussi être disposées au voi- sinage du rebord 40, de manière à constituer des barrières isolantes d'épaisseur voulue.
Ces rondelles 41 sont également espacées des surfaces voisines des ron- dellea 37 et de l'enroulement 15, de manière à constituer des passages radiaux. une rondelle 43 est également prévue, espacée des extrémités externes du rebord 40 et des rondelles 41, de manière à constituer un passage qui communique avec le couloir 38. Un cylindre externe 45 peut également entourer l'enroulement 15 haute tension, et il en est séparé de manière à ménager ainsi un autre passage 46 qui se raccorde avec le passage radial 38.
On peut faire circuler le fluide du transformateur à travers les cham-
<Desc/Clms Page number 6>
-bras définies par les pièces de fixation du noyau et les couloirs des enroulements qui se raccordent de manière appropriée et, dans l'appareil représenté figure 1, on a prévu une conduite 50 reliée à une ouverture appropriée dans la partie latérale de l'une des pièces de serrage du noyau. Une conduite similaire 51 peut être prévue
EMI6.1
dans l'une de ces pièces de serrage, à l'autre extrémité de l'enroulément. Les son- duites 50, 51 peuvent être en toute matière appropriée, telle que des tubes souples.
Les deux chambres voisines 29 peuvent également être reliées ensemble de toute ma-
EMI6.2
nière appropriée, comme par exemple par des tubes souples fF Comme on le voit figure 2, le tube 50 peut être relié à tout système de circulation approprié, com-
EMI6.3
prenant par exemple une pompe 63 et un tube 54, et un radiateur extérieur 55p relié à son tour à la conduite 51 au moyen d'un tube 56.
En supposant quo la pompe se décharge vers le tube 54, le fluide circule dans les chambres 29, reliées au tube
EMI6.4
bzz Le liquide circule alors à travers les diverses ouvertures 34, pour trayerser les couloirs radiaux 38* Il fluide traverse alors les différents couloirs axiaux, sort par les passages radiaux 22 ot circule dans l'espace entourant les 'bobinent et à l'intérieur de la ouve 76b Le fluide pénètre alors dans leo passages 22' et od fé- cule dans les conduites axiales voisines qui, à leur tour, débouchent dans la cham- bre 29 l'autre extrémité du transformateur.), Le fluide sort par les tubes 51 et par le tube 56 vers le radiateur 55, où il abandonne sa chaleur.
Des ouverturee 57 peuvent être pratiquées dans le cylindre interne 18, de telle sorte que le fluide
EMI6.5
isolant peut circuler autour des tôles du noyau6 Dans la figure 3, on a représenté une variante de la construction des fi-
EMI6.6
gures 1 et 2, comportant plusieurs bobines plates 60, qui entourent un cylindre 61 et en sont espacées de manière à ménager des passages axiaux 62. Les bobines plates
EMI6.7
60 sont espacées l'une de l'autre de manière habituelle, de façon à ménager plusieuB eassages radiaux 63 entre elles. L'enroulement haute tension est disposé de la même manière, avec plusieurs bobines plates 64 ménageant des passages radiaux 65.
Un cylindre 66 est prévu entre les enroulements haute et basse tension, avec deux cy- lindres 67 et 68 concentriques au cylindre 66, comme représenté figure 3, et séparés
EMI6.8
de lui, afin de ménager deo passages axiaux 69 et '7# Les cylindres 67 et 68 oom- portent plusieurs ouvertures 71 au voisinage des passages 63 et 8', de manière z établir une connexion entre les passages axiaux 69, 70 et les passages radiaux si- tues entre les bobines plates de 1'enroulement* Le fluide isolant circule alors à travers tous ces passages et une pièce de fixation du noyau analogue à celle de la figure 1, comportant une chambre 72,
qui communique avec les passages 69
<Desc/Clms Page number 7>
et 70 par une ouverture 73. Le fluide peut être évacué des enroulements par une ouverture 74, dans une cuve 75, car les extrémités des passages d'un enroulement, en face de la pièce de fixation du noyau, débouchent librement dans la cuve* Le flui- de peut alors passer à travers un radiateur analogue au radiateur 55 de la figure 2 et il retourne ensuite à la chambre 72 du cote de l'autre pièce de fixation du noyau.
Il est bien entendu que l'on peut prévoir des combinaisons de circulation autres que celles qui ont été décrites ci-dessus. C'est ainsi que, dans l'appareil des figures 1, 2, on peut n'utiliser qu'une pièce de fixation du noyau, à l'une de ses extrémités, l'autre extrémité des couloirs des enroulements étant ouverte et communiquant avec la cuve, comme représenté figure 3. Le fluide passe alors à tra- vers une ouverture telle que 74, pour pénétrer dans la cuve.
De même dans l'appareil représenté figures 1 et 2, le fluide peut circuler dans les fixations du noyau, aux deux extrémités, de telle sorte qu'il traverse les passages axiaux, pour sortir par les passages radiaux dans l'espace compris à l'in- térieur de la cave 16, où le fluide peut traverser un passage tel que 74 et circu- ler ensuite dans un radiateur, pour revenir aux chambres telles que 29. En outre, toutes ces directions de circulation peuvent être renversées, en changeant simple- ment la direction de la circulation du fluide à travers la pompe.
Dans le cas de certains appareils électriques, tels que les transformateurs à circulation forcée du fluide réfrigérant, on avait l'habitude jusqu'ici de cons- truire des ouves de transformateurs présentant des tubes verticaux de refroidisse- ment, retins à la partie supérieure et à la partie Inférieure du transformateur et d'utiliser les courants de oonvexion pour faire circuler le fluide sur le trans- formateur et dans les tubes refroidisseurs, de façon à maintenir la température en- dessous d'une valeur maximum choisie, ou pour obliger le fluide réfrigérant à cir- ouler à travers les différentes parties de l'appareil.
Avec le développement des constructions électriques, s'est présenté le problème consistant à produire des appareils pratiques, économiques et de bon rendement, qui ne sont pas seulement pré- vus pour un refroidissement à circulation forcée, mais qui ont également un coeffi- oient de remplissage élevé, ainsi qu'une construction générale présentant une cer- taine harmonie entre les diverses considérations électriques, mécaniques et ther- miques.
Le dispositif qui va maintenant être décrit est destiné à faciliter la circulation du fluide réfrigérant dans l'appareil, tout en permettant une
<Desc/Clms Page number 8>
économie dans la construction de ce dernier, en réduisant notablement, en particu- lier, ses dimensions, par rapport aux appareils anciens de même puissance* On uti- lise ,dans ce but, un système de conduite dans lesquels le fluide réfrigérant est oblige de circuler, pour évacuer la chaleur des enroulements à une vitesse relative- ment élevée. Ce dispositif comporte notamment une ouve qui permet au liquide iso- lant de circuler d'une manière continue et perfectionnée entre un orifice d'arrivée de la cuve du transformateur et une ouverture de sortie. On a également prévu un dispositif perfectionné de serrage du noyau et des bobines dans le transformateur en question.
Dans les dispositifs qui ont été représentés dans les figures 4 à 17 inclu- se, on a prévu une disposition perfectionnée pour diriger la circulation du liquide Isolant et refroidissant sur l'ensemble des enroulements, ou sur une partie de leur surface. afin d'en évacuer la chaleur; bien que la présente invention s'applique avec efficacité aux transformateurs, il doit être bien entendu qu'elle peut s'appli- quer à tout autre type approprié d'appareils électriques. On a également décrit cette partie de l'invention on se référant à un transformateur à cuve fermée, mais il est bien précisa que les caractéristiques de l'invention peuvent être utilisées avec d'autres types d'appareils, comme par exemple les transformateurs à refroidie- sement par l'air et ayant une cuve ouverte.
En se reportant à la figure 4, on a représenté un transformateur et un sys- terne de circulation de fluide comprenant une cuve 120, un noyau 121 et des branches 122 et 125 pour les enroulements,, Ceux-ci comportent un enroulement basse tension 124 et un enroulement haute tension 125, qui entourent chacun les deux branches; un liquide isolant approprié est prévu dans la cuve !huile minérale ou un hydrocarbure chloré approprié. Afin de forcer le liquide à circuler à travers la cuve du trane- formateur, on a prévu une pompe 126 de tout type convenable dont l'entre est reliée à une ouverture 127 de la cuve par une conduite 128.
Cette pompe 126 débite dans le distributeur 129 d'un radiateur 130, la sortie de ce dernier étant reliée à une ou- verture 131 de la cuve par un tube 132. Une chambre d'expansion 133 est prévue et elle est reliée à la partie supérieure de la cuve 120 par un tube 134, de manière que le fluide puisse y circuler.
Comme on l'a dit plus haut, on a déjà constaté que le rendement thermique d'un appareil électrique, tel qu'un transformateur,est amélioré si l'on oblige le fluide diélectrique à circuler dans le transformateur, en vue d'augmenter la
<Desc/Clms Page number 9>
vitesse de transfert de la chaleur entre ce transformateur et le fluide.
La Société demanderesse a trouvé toutefois que, lorsque ce fluide est dirigé à travers les en- roulements en suivant la méthode qui va être décrite ci-dessous, on augmente d'une façon inattendue le rendement du transformateur en question,
Sur la figure 5, on a représenté cette amélioration inattendue en repérant les températures respectives des diverses parties du transformateur perfectionné se- lon l'invention, en comparaison avec les mêmes valeurs concernant les transformateuB construits auparavant. On a représenté en abscisses les distances à partir du fond du transformateur vers le haut de cet appareil et on a porté en ordonnées l'augmen- tation de température par rapport à la température ambiante.
Les lignes en pointil- lé représentent les températures de l'ancienne construction, tandis que les lignes en traits pleins indiquent les températures dans un appareil construit selon l'in- vention et ayant sensiblement la même puissance en KVA. La courbe 135 représente la température du cuivre à partir du bas de l'enroulement vers le haut, tandis que la courbe 136 représente la température à l'extérieur de l'isolant des bobines d'un - transformateur habituel. La courbe 137 représente la température du fluide dans la cuve entourant les enroulements, dans un transformateur habituel, tandis que la courbe 138 représente la température du radiateur4, les températures relatives d'un transformateur de même puissance, mais cons- truit selon l'invention, sont représentées par les traits pleins.
La'courbe 139 représente la température du cuivre, la courbe 140, la température à l'extérieur de l'isolant, la courbe 141 représentant la température du fluide diélectrique dans le radiateur, quand le fluide à circulation forcée est dirigé entse les enroulements conformément aux caractéristiques de la présente invention. On voit qu'avec le transformateur conforme à l'invention, non seulement la température moyenne des di- verses parties du transformateur et du point chaud des enroulements est abaissée par rapport à celle des appareils anciens de même puissance, mais, en outre, les variations de température entre le bas et le haut du transformateur sont beaucoup plus faibles dans la présente construction que dans les constructions antérieures.
On peut également remarquer que ce résultat est obtenu avec des températures moyen- nes plus faibles du radiateur.
Les enroulements à travers lesquels le fluide est obligé de passer compor- tent le bobinage basse tension 124, constitué par des enroulements concentriques
143 et 144, qui entourent la branche 182, comme on le voit clairement figures 6 et 7. Chacun des enroulements peut comporter plusieurs bobines 145 disposées
<Desc/Clms Page number 10>
axialement, de construction appropriée, et comportant para exemple plusieurs spires concentriques, ou disposées radialement, avec un Isolant 145' prévu entre surfaces adjacentes. Les enroulements sont espacés par des entretoises appropriées, de ma- nière à ménager un couloir axial 146, et en faisant circuler le fluide réfrigérant dans ce couloir,
ce fluide circule seulement sur la surface axiale externe de la spire externe de chaque bobine afin d'en absorber la chaleur., Les enroulements peu- vent être bobinés autour du cylindre isolant 147, qui entoure la branche 122. Un cylindre isolant 148 entoure l'enroulement basse tension et en est séparé de manière à ménager un couloir 149. Autour du cylindre 148, on peut disposer l'enroulement haute tension 125 de construction appropriée, et constitué, par exemple, par deux boinages concentriques 150, 151, le bobinage 150 étant enroulé sur le cylindre 148 et le bobinage 151 étant enroulé aur un cylindre concentrique 152.
L'enroulement 150 est espace du cylindre 152 par des entretoises appropriées de manière à ménager un couloir axial 153, entre les enroulements haute tension 150 et 151. Ces derniers peuvent être, par exemple, constitués par plusieurs bobines 154 et 155 disposées axialement, les bobines 155 étant bobinées à partir de l'inté- rieur vers l'extérieur dans une entretoise en forme d'U, et les bobines voisines 154 étant bobinées partir de l'intérieur vers l'extérieur et étant alors retour- nées, de telle sorte que les spires progressent vers l'Intérieur à. partir de l'ex- térieur.
On dispose un écran approprié haute tension 156 autour de l'enroulement haute tension, cet écran étant supportë par un cylindre 157 qui peut Atre espacé de l'enroulement haute tension extérieur, de manière à ménager un couloir axial addi- tionnel 158.
Autour de la branche 123 (figure 6) on a également prévu un enroulement basse tension constitué par deux enroulements concentriques 168 et 161 et un en- roulement haute tension, constitué par les enroulements 162 et 163. Ces enroule- ments peuvent être également munis de couloirs de circulation analogues à ceux qui ont été décrits à propos des enroulements qui entourent la branche 122. Les con- nexions entre les divers enroulements concentriques haute et basse tension seront décrites plus loin, à propos de la figure 17.
Afin de diriger le fluide isolant qui entre dans la cuve par l'ouverture 131 vers les couloirs ménagés dans les enroulements qui entourent la branche 122, on dispose une sorte de barrière 165 qui empchent le fluide de monter dans la cuve par l'espace compris entre l'écran et la cuve. Cette barrière peut être de toute construction appropriée, et on l'a par exemple l'représentée sur le dessien
<Desc/Clms Page number 11>
comme ayant la forme d'un diaphragme qui peut faire partie du dispositif de serrage 166 du transformateur.
Comme on le voit facilement figure 8, cette fixation 166 comporte deux barres espacées 167 et 168, entre lesquelles sont maintenues les ex- trémités inférieures de tôles qui constituent les branches 122 et 123, Comme le transformateur représenté comporte deux branches pour les enroulements, le disposi- tif de serrage est prévu pour maintenir les extrémités des tôles des deux branches en question. Toutefois, l'invention peut s'appliquer au cas où le transformateur aurait un tout autre nombre approprie de branches. Les tôles qui constituent les traverses sont également maintenues entre les barres 167 et 168.
Des cloisons 169 sont disposées au niveau de la partie centrale des barres 167 et 168, de telle sor- te que l'écran radial 165 et les parois axiales 169 constituent, avec les surfaces correspondantes de la cuve, plusieurs chambres 170 et 171. Une paroi analogue à oelle représentée figure 8, est prévue du côté opposé, Ces chambres 170 et 171 sont reliées aux passages qui entourent les branches 122 et 123 respectivement et cette disposition va être expliquée dans ce qui suit.
Comme on le voit figure 8, afin de supporter les enroulements, le diaphrag- me 165 s'étend sous les branches 122 et 123 et comporte plusieurs parties annulaires
172, entre lesquelles on a prévu des ouvertures qui communiquent avec les divers couloirs ménagés entre les enroulements. Tous les couloirs qui entourent les bran- ches 122 et 123 communiquent avec un passage ou un compartiment 173, qui se trouve au-dessus de la barrière 166 (figure 6), après avoir traversé les passages radiaux 174 ménagés dans les éléments isolants des extrémités du bobinage. Cette isolation terminale sera décrite plus loin à propos de la figure 17.
Lorsque la pompe 126 fonctionne, la circulation du fluide, représentée par les flèches de la figure 6, s'établit comme suit : t le fluide pénètre par l'ouver- ture 131 et en raison de la barrière 165 et des parois 169, il est dirigé vers le haut, à travers les divers passages ménagés dans les enroulements haute et basse tension qui entourent la branche 122. Le fluide traverse alors les conduits 174 de cette branche 122, pénètre dans le compartiment 173, puis traverse les passages
174' de la branche 123 et circule dans les passages ménagés entre les enroulements de la branche 123. Le fluide pénètre alors dans la chambre 171 et sort par une ou- verture 127, pour se diriger vers la pompe et le radiateur 130.
Avec une telle construction, tout le fluide traverse en série les groupes de conduits qui en- tourent les branches 122 et 123, qui portent les enroulements. De cette ma-
<Desc/Clms Page number 12>
-niera, le fluide à circulation forcée traverse les conduits à une vitesse 'beaucoup plus rapide que si la même quantité de fluide traversait en parallèle les groupes de passages entourant les branches du transformateur.
Avec une telle construction, le fluide traverse les conduits à une vitesse maxima pour une quantité totale donnée de fluide, de telle sorte que l'augmentation de température dans les enroulements est maintenue à une valeur minima, puisque la chaleur transférée d'une surface ohau- de à un fluide en circulation augmente avec l'auentation de vitesse de la cirou- lation de ce fluide* Afin d'obtenir des ,joints relativement étanches entre les surfaces coopéran- tes du diaphragme 165, des parois 169 et de la cuve, on dispose une garniture ap- propriée dont l'efficacité s'obtient simplement par l'abaissement de l'ensemble du transformateur et la mise en place des barres de serrage 167 et 168 dans la cuve 120.
Comme on peut le voir figure 7, une telle garniture, constituant joint étan- che entre la périphérie de l'écran 165 et la surface voisine de la cuve 120, est constituée par'une pièce comportant un épaulement 175 dirigé vers l'intérieur du transformateur et une partie 176 à angle droit dirigée vers le bout. Sur cet élément on a disposé une pièce creuse 177 en matière isolante appropriée, à l'Intérieur de laquelle on a disposé un ressort boudins 178 dont la section circulaire s'appuie sur toutes les faces de la pièce 177.
De cette façon, lorsque l'ensemble du trans- formateur est abaissé dans la cuve 120, cette pièce 177 a une position telle par rapport au fond 179 de la cuve que, lorsque l'ensemble du transformateur est sali- dement fixé au fond par les pièces 167 et 168, la pièce isolante 177 est comprimée légèrement contre la partie 175, ce qui comprime le ressort 178 et constitue un joint relativement étanche entre la pièce 177 d'une part, et les surfaces coopéran- tes de l'écran 165 et de la pièce 175 d'autre part.
Un joint relativement étanche peut être prévu entre les parois 169 et une partie coopérante 180 qui se prolonge à l'intérieur de la paroi de la cuve, vers la paroi 169, ce joint peut être constitué par une pièce creuse 181 qui forme partie intégrante avec la partie 180 de la paroi latérale. Une garniture 182 est mainte- nue dans la pièce en U 181 et une plaque 183 est maintenue par cette'' pièce en U 181 contre la garniture 162.
La plaque 183 est prévue pour pouvoir se déplacer d'une manière limitée, en s'éloignant ou en se rapprochant de la pièce 181, de telle sor- te que, lorsque la plaque coopérante 184, qui fait partie Intégrante de la paroi 169, appuie contre la plaque 183, il se forme un joint relativement étanche
<Desc/Clms Page number 13>
entre les plaques 183 et 184, en raison de l'élasticité de la matière de la garni- ture 182.
Pour fixer le noyau et supporter les enroulements à la partie supérieure du transformateur, on a prévu deux pièces de serrage 190 et 191 (figure 9), placées de chaque cote des tôles formant la traverse 192, au-dessus de la branche 122. Les tôles 192 sont fixées rigidement ensemble par des boulons 193 (figure 10) qui tra- versent des ouvertures alignées dans les tôles 192 et sont munis 4'écrous 194 à cha- que extrémité, pour serrer solidement les dites tôles, les pièces de serrage 190 et 191 peuvent être alors pressées vers le bas, contre les extrémités supérieures des enroulements, de manière à fixer ces enroulements entre les couronnes 178 à la partie inférieure des bobines et les couronnes 195 qui sont fixées rigidement aux pièces 190 et 191, par l'intermédiaire de pièces transversales 196,
Les pièces de serrage 190, 191 possèdent des encoches allongées 197 (figures 6 et 10) qui laissent passer les boulons 194, en permettant de légers mouvements aux plaques 190, 191, après que les boulons et les écrous ont été serrées Ces pièces 190 et 191 sont maintenues en position en Insérant des cales 194' entre les écrous et les surfaces supérieure et inférieure des encoches 197.
Des plaques 198 sont disposées pour re- couvrir alors les encoches 197, ces plaques ayant des ouvertures permettant le pas- sage des extrémités des boulons 193* Afin de maintenir en place les cales 191' et de fixer les plaques 190 et 191 d'une manière rigide contre les extrémités supérieu- res des enroulements, des écrous 199 sont serrés à fond sur les prolongements des boulons 193, ces écrous venant se serrer contre les plaques 198,
Pour supporter la partie des bobines qui se trouve sous la traverse 192, on a prévu (figure 6) une plaque 200 qui s'appuie sur les extrémités des enroule- ments. Cette plaque 200 oomporte une languette verticale 201, qui se prolonge vers le haut à travers une encoche 203 (figure 9), prévue dans les tôles de la traverse 192.
Uhe barre transversale 204 s'appuie contre la surface supérieure de cette lan- guette 201. Pour presser la barre 204 vers les enroulements et forcer ainsi la languette 201 et sa plaque support 200 contre les enroulements, on a prévu des blocs 205 rigidement fixés aux pièces de serrage 190 et 191. Les blocs 205 et la barre 204 ont des ouvertures en faces les unes des autres pour recevoir des boulons 206.
Des écrous 207 sont alors vissés sur les extrémités des boulons 206 et ont voit ainsi que les deux extrémités de la barre transversale 204 sont sollicitées vers le bas sur les extrémités des enroulements, ce qui oblige la pièce 200 à s'appuyer sur oeux-ai, Un-dispositif de fixation et de support est également prévu
<Desc/Clms Page number 14>
de maniera analogue pour la branche 123.
Dans la figure 11, on a représenté une variante du dispositif ci-dessus en vue de diriger la circulation du fluide isolant et réfrigérant vers les divers oonduits ménagés entre les enroulements. Plusieurs enroulements concentriques 210 aont espacés par des entretoises 211 afin de ménager des conduite axiaux 212.
A l'extrémité des enroulements, ch aa prévu des conduits radiaux communiquant avec les conduits axiaux* Ces conduits radiaux peuvent être formés de toute manéè- re appropriée, comme par exemple en fendant les extrémités 213 des entretoises 211, qui permettent de constituer les conduits axiaux 212.
Après avoir fendu les ex- trémités 213, celles-ci sont repliées, de manière à former des conduits entre des isolants appropriés 214 qui peuvent être constitués par les rebords terminaux des cylindres sur lesquels les enroulements sont bobinés. Le fluide diélectrique peut alors pénétrer dans la cuve 215 par une ouverture 216 et, pour diriger le fluide dans les conduits axiaux, on dispose une barrière 217 qui coopère avec un cylindre isolant 218 pour empêcher le fluide de circuler dans l'espace compris entre 1 écran électrostatique 219 et la cuve. Le cylindre 218 peut, par conséquent, constituer une partie de l'écran isolant 219. Un autre cylindre 220 peut être disposé à l'in- térieur de l'écran 219,
ce cylindre étant sépara de la surface extérieure de l'en- roulement 210 de manière à ménager un passage entre cette surface extérieure de l'enroulement et l'écran électrostatique 219.
Dans la figure 12 on a représenté un enroulement en bobines places compor- tant plusieurs spires 221, espacées axialement entre des cylindres con centriques 222 et 223. Pour que le fluide ,qui circule entre les enroulements, puisse venir en contact avec la plus grande partie de leur surface, on constitue un chemin en zig-zag, au moyen dtentretoises 224, disposées entre chaque bobine 221 et le cy- lindre 223. Des entretoises 225 sont également disposées entre le cylindre 222 et les enroulements voisins de ceux qui sont espacés par les entretoises 224* On peut réaliser d'une autre manière ce trajet en zig-zag (figure 13) au moyen de ron- dalles 226 qui se prolongent à l'intérieur du cylindre 227, entre les bobines 228.
Des rondelles analogues 229 se prolongent vers l'intérieur à partir du cylindre 230, du côté des faces opposées des bobines 228, par rapport aux rondelles 226.
Dans la figure 14, on a représenté un dispositif permettant de contrôler la vitesse de circulation d'un fluide Isolant dans les conduits en parallèle,. On a prévu, dans ce but, des passages 231 autour de l'un des enroulements, (tel que par exemple l'enroulement basse tension 232,ainsi que des passages 233
<Desc/Clms Page number 15>
autour de l'autre enroulement, celui-ci à haute tension 234. Un fluide isolant peut circuler à travers les systèmes séparés de conduits à partir d'une source commune de fluide, connectée par un tube 235, Une branche 236 du tube communique avec la partie Inférieure des conduits 233, tandis qu'un autre tube 257 communique avec la partie inférieure des conduits 231 autour de l'enroulement basse tension.
Des valves 238 et 239 sont placées respectivement sur les tubes 236 et 237 et, en faisant varier le réglage de ces valves, on peut contrôler la quantité de liquide qui circule dans ce système de conduits en parallèle.
Dans les appareils qui ont été décrits ci-dessus, on a placé des barrières ou des $crans, entre les extrémités inférieures des enroulements et la cuve, ou bien un écran pour diriger la circulation du fluide isolant à travers les conduits et l'empêcher de passer dans l'espace compris entre l'extérieur des enroulements ou un écran électrostatique, et l'intérieur de la cuve.
Avec une telle construc- %ion, on peut évacuer la quantité maximum de chaleur hors des enroulements, le flui- de étant en circulation forcée à travers les conduits* Toutefois, afin de permet- tre au fluide isolant de la cuve de circuler par suite des courants naturels de con vexion, comme par exemple pendant les instants de charge réduite, ou lorsque la pression qui force le fluide diélectrique à circuler dans le transformateur fait défaut, on prévoit un écran 241 (fig.15) muni d'une ouverture 240, qui peut être ouverte ou fermée. Cette figure 15 représente quelque peu schématiquement une construction analogue à celle des figures 6,7, 8, cet écran 241 jouant le même rôle que le diaphragme 165.
Comme la plaque 169 divise la partie inférieure de la cuve en deux chambres 170 et 171, le diaphragme 241 est muni d'une ouverture 242 qui peut également se fermer et qui communique aveo la chambre 171. L'ouvesture 240 peut être maintenue dans toute condition appropriée, par exemple normalement fermée par la valve 243, dont le fonctionnement peut être contrôlé de toute manière appropriée, étant par exemple maintenu contre la surface Inférieure de l'ouverture 240 par le courant de fluide qui entre dans la cuve, en agissant sur une valve pilote 244. Les valves 243 et 244 peuvent tourner autour d'un axe 245, et lorsque aucun fluide n'arrive par le tube 131, l'ensemble des deux valves 243 et 244 tombe en raison de leur poids (position en pointillé), ce qui entraîne l'ouverture de 240.
Le fluide de la ouve peut alors circuler comme indiqué par les flèches en pointillé, en montrant par les conduits entre enroulements et en redescendant par l'espace compris entre les enroulements et la cuve, les flèches en traits
<Desc/Clms Page number 16>
pleins représentant la circulation lorsque la pompe fonctionne normalement. Comme le fluide mort par une conduite 127, on dispose un système de valves analogues aux précédentes et comportant une valve 246, qui coopère avec la partie supérieure de l'ouverture 242, dont le fonctionnement est contrôlé de toute manière appropriée, comme par exemple par une valve pilote 247, maintenue dans la position représentée en traits pleins @figure 15, par le courant du fluide qui sort.
Lorsque la circu- lation forcée du fluide isolant cesse, la valve 246 , en raison d'une force appro- priée qui la sollicite, comme par exemple celle d'un contrepoido 247', pivote au- tour d'un axe 248 et soulève ainsi la valve 246, ce qui ouvre l'ouverture 242. De cette manière, le fluide isolant peut circuler comme indiqué par les flèches en pointillé, en montant par les conduits entre enroulements et en sortant per l'espace compris entre les enroulements et la cuve, les flèches en traits pleins montrant la direction de la circulation du fluide lors du fonctionnement de la pompe,
Dans la figure 16, on a représenté un autre dispositif d'ouvertures 249 et 250 dans un diaphragme 251, les deux ouvertures se trouvant de chaque cote de la paroi 169.
Lorsque la circulation forcée du liquide isolant cesse, le fonctionne- ment ultérieur du transformateur provoque une élévation de température, en partie+ lier dans les parties supérieures de la cuve. On a donc prévu un élément bimétalli- que 252, fixé à une tige 253. Celle-ci est reliée à des valves 254 et 255 au moyen d'un mécanisme articulé 256, L'élément bimétallique est fixé à la tige 253, de tel- le sorte que, l'orsqu'il s'échauffe, il se déforme et oblige le mécanisme articulé à prendre la position représentée en pointillé figure 16, ce qui ouvre les deux ouvertures 249 et 250.
Le fluide peut alors circuler auivant les courants naturels de convexion, comme indiqué par les flèches en pointillé.
Dans l'appareil qui vient d'être décrit), on a cherché à réaliser une cer- taine harmonie de construction entre ses divers éléments. On veut dire par là que les perfectionnements mécaniques de la construction contribuent également à l'amélioration des rendements thermique et électrique de l'ensemble du transforma- teur. Ceci peut se voir clairement à l'examen de la figure 17 qui représente, quel- que peu schématiquement, les enroulements isolés du transformateur des fig. 6 à 10.
L'enroulement basse tension 160 est muni d'un isolement 260 à chacune de ses extrémités, ces isolements ayant des épaisseurs analogues, comme représenté par la lettre a. La partie Inférieure de l'enroulement 161 possède aussi un isolement 260 et la partie supérieure de cet enroulement B T possède un isolement consti- tué par une rondelle 261 et des entretoises 262, ménageant des conduits ra-
<Desc/Clms Page number 17>
-diaux 174 qui communiquent avec thés conduits axiaux, ménagea entre les enroule- ments 160 et 161.
L'épaisseur totale de la rondelle 261 et des entretoises 262 est aussi égale à a, Comme les bobines supérieure et inférieure des enroulements basse tension 160 et 161 sont reliées ensemble, respectivement, par des barres de oonnexion 263 et 263', l'isolement de la partie inférieure et de la partie supé- rieure des deux enroulements peut avoir la même épaisseur a .
De cette façon, on ménage à la partie supérieure de l'enroulement 161 une distance d'isolement ana- logue à la distance a, mais l'épaisseur de l'isolement comporte l'ésolement solide 262 et un autre isolement constitue par les conduits oontenant un fluide diélectri- que et comportant des entretoises, De cette manière, pour réaliser une symétrie magnétique, les extrémités inférieure et supérieure des deux enroulements basse tension ont la même épaisseur d'isolement, et la partie supérieure de l'enroulement extérieur 161 possède un isolement constitué en partie par des conduite appropriée.
L'enroulement intérieur haute tension 162 possède également un enroulement 260, constitué par une rondelle disposée entre sa partie inférieure et la pièce de fixation inférieure du noyau, L'isolement de la partie supérieure comporte les rondelles 262, le rebord terminal 264 du cylindre sur lequel l'enroulement 162 est bobiné et un isolement 265, La somme des épaisseurs de ces divers isolements à la partie supérieure de l'enroulement 162 est aussi égale à a.L'enroulement hau- te tension extérieur 163 possède à sa partie inférieure un isolement 266 de valeur égale à b.
Pour déterminer l'épaisseur nécessaire d'isolement à la partie supé- rieure et à la partie Inférieure de chaque enroulement, pour toute tension donnée, la quantité d'isolement nécessaire peut être calculée, en tenant compte de la ré- sistance diélectrique par unité de longueur axiale de l'isolant devant être utilisé à chacune des deux extrémités. L'extrémité qui nécessite la plus grande épaisseur d'isolement peut alors servir de mesure pour l'épaisseur d'isolement à l'autre ex- trémité. L'extrémité supérieure de l'enroulement 163 est isolée de la fixation su- périeure du noyau par un isolement constitué par une rondelle 267, par des entre- toises 268, constituant un conduit radial qui est relié aux conduite axiaux, et par les rebords 264 et 269 des cylindres d'enroulement.
La somme de ces épaisseurs est également égale à ±, de manière à contribuer à la symétrie magnétique du transfér- mateur. Toutefois, l'épaisseur de l'isolement aux extrémités de l'enroulement 163 est plus grande que l'épaisseur a, puisque la bobine supérieure de l'enroulement 162 est reliée à la partie inférieure de l'enroulement 163, de telle sorte que l'extrémité supérieure de l'enroulement 163 est à une tension plus élevée
<Desc/Clms Page number 18>
que celle de l'extrémité supérieure de l'enroulement 162. Cette connexion peut être réalisée par une barrette 270. L'extrémité inférieure de l'enroulement 162 peut être reliée au sol par un conducteur 271.
On voit que, pour les deux enroulements 162 et 163, les extrémités supé- rieures des enroulements sont respectivement à une tension supérieure à celle de leurs extrémités inférieures. Toutefois) l'isolement multiple de la partio supé- rieure possède une résistance diélectrique plus élevée par unité de longueur axiale que l'isolement de la partie inférieure), en raison de la plus grande longueur pour les fuites, et de ce qu'une partie de cette longueur est constituée par les arétes des rebords isolants.
Dans la construction de la figure 17, l'extrémité supérieure de l'enroule- ment 163 est reliée à l'extrémité inférieure de l'enroulement intérieur Mute ten- sion 150, autour de la branche 122, au moyen d'une barrette 272, L'extrémité supé- rleure de l'enroulement 150 est reliée à l'extrémité Inférieure de l'enroulement 151 par une barrette 273, et l'extrémité supérieure de l'enroulement 151 peut être re- liée à une ligne haute tension appropriée.
L'isolement de la partie inférieure de l'enroulement 150 est constitué par une rondelle 274, et l'isolement de la partie supérieure de l'enroulement 150 est constitué par une rondelle isolante 275 et par un rebord 176, qui fait partie intégrante du cylindre 148 sur lequel l'enroulement 150 est bobiné. Des entretoises 277 sont prévues pour constituer des-conduite 174 qui communiquent avec les conduits entourant les enroulements basse tension 143,144.
Corme l'extrémité supérieure de l'enroulement 150 est à une tension relativement plus élevée que l'extrémité inférieure de cet enroulement, et que la partie supé- rieure de l'enroulement 163, l'épaisseur de l'isolement représenté par la lettre a sera plus grande que b. Toutefois, par symétrie magnétique, l'épaisseur de l'iso- lement 274 est égale aussi à @. L'extrémité inférieure de l'enroulement 151 possède un isolement approprié 278 et son extrémité supérieure un isolement constitué par une rondelle 279, par les rebords 276 et 281 des cylindres sur lesquels les enrou- lements 150 et 151 sont bobinés, ainsi que par des entretoises 277 disposées entre ces rebords,
afin de constituer les conduits 174. Comme l'extrémité supérieure de l'enroulement 151 est à une tension plus élevée que l'extrémité supérieure de l'em- roulement 150, l'épaisseur de l'isolement d sera plus grande ue c. Toutefois, par symétrie magnétique. l'épaisseur de l'isolement 278 sera aussi égale à d. L'isole- ment autour des enroulements basse tension 143 et 144 est égal'aussi à c. cette épaisseur étant celle de l'isolement de l'enroulement voisin haute ten-
<Desc/Clms Page number 19>
-sion, de manière à poursuivre la symétrie magnétique et à tenir compte des forces qui ont tendance à causer des court-circuits.
Les extrémités supérieure et infé- rieure des enroulements basse tension 143 et 144 peuvent être connectées ensemble par des barrettes 262 et 283 respectivement, et les barrettes 283 et 263' des en- roulements basse tension autour de chaque branche peuvent être reliées ensemble par un conducteur 284. Les extrémités supérieures des paires d'enroulements 143 - 144 et 160 - 161, peuvent être réunies à des lignes extérieures appropriées, par des conducteurs 285 et 286, respectivement.