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APPAIEILS ELECTRIQ[ 3 A HAIPi' T.eiQSIiyT,
La présente invention est relative aux appareils électriques à haute tension et son objet est de perfectionner la distribution des tensions dans les enroulements de ces appareils, lors de perturbations électriques telles que les à-ooups résultant des allumages et des coupures de circuit.
La distribution des potentiels transitoires dans les enroulements haute tension, tels que ceux des transformateurs, peut être rendue fortement non linéaire par suite des faibles capacités des enroulements par rapport au sol, lesquelles sont trop faibles pour affecter sensiblernent la distribution normale ou statique des po- tentiels dans l'enroulement.
Une solution rationnelle générale consiste en une dis- position particulière des éléments; on peut, par exemple, placer les couches bobinée de l'enroulement haute tension entre les deux plaques d'un condensateur, chaque n
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extrémité de l'enroulement étant relié à la plaque adjacente du condensateur, de telle manière que la distribution de potentiel dans'l'enroulement, correspondant au champ électrostatique normal du condensateur, coïncide avec la distribution de poten- tiel correspondant au champ magnétiqve alternatif normal de l'enroulement.
En prati- que, on dispose les n éléments de l'enroulement, entre les deux plaques du conden- sateur de façon telle que la distance entre l'élément j de l'enroulement et la pla- que de condensateur adjacente au premier élément soit égale à j n fois la distance totale entre les deux plaques. Dans les cas où les plaques du condensateur s'étendent sur une longueur égale à la partie la plus large de l'enroulement et où la distance entre les plaques est moindre que les dimensions mêmes des plaques, s'il n'y a pas d'exposition excessive au potentiel de terre des extrémités ouvertes de l'enroulement, on peut obtenir de bonnes distributions des potentiels.
Cependant, si les éléments d'enroulements, par exemple les différentes couches, sont de dimensions progressive- ment décroissantes, même si chaque plaque de condensateur couvre la couche adjacente de l'enroulement, si la distance entre les plaques est plus petite que les dimensions de la plus petite plaque, si l'exposition directe au sol des extrémités de l'enroule- ment est négligeable et si le niveau général des potentiels des différentes couches est sensiblement une ligne droite, des gradients de potentiel très élevés peuvent exister aux extrémités des couches de l'enroulement, ces gradients étant dus aux poin- tes existant en certains points dans la courbe de distribution du potentiel d'impul- sion de l'enroulement, Comme il sera expliqué plus en détails plus loin.
L'objet principal de la présente invention est l'atténuation de ces pointes, afin de diminuer les gradients et tensions élevées dans l'isolement, qui résultent de ces pointer
On comprendra mieux les avantages et les caractéristiques nouvelles de l'invention en se reportant à la description suivante et aux dessins qui l'accompa- gnent dònnés simplement à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels : la figure 1 représente semi-schématiquement la coupe d'une partie d'un en- roulement à plusieurs couches bobinées et du noyau correspondant, les couches étant de longueurs progressivement décroissantes et deux plaques électrostatiques étant pla- cées aux deux extrémités de l'enroulement, la présente invention pouvant être appli- quée avec un bénéfice tout particulier à ce genre d'enroulement;
la figure 2 représente la courbe de distribution des potentiels transi- toires, dans l'enroulement de la fig.l, lorsque ce dernier est soumis à une forte impulsion électrique; cette figure illustre les pointes mentionnées plus haut;
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la fig.3 représente les lignes équipotentielles à l'une des extrémités des plaques électrostatiques de la fig,l, lorsque l'enroulement est soumis à une forte impulsion électrique, identique à celle qui a permis de tracer le diagramme de la fig,2; la fig.4 représente semi-schématiquement une partie d'un enroulement à plu- sieurs couches bobinées, appliquant le principe de la présente invention, utilisant plusieurs plaques conductrices noyées dans l'enroulement haute tension pour diminuer les pointes dans la distribution du potentiel;
les fige 5 & 6 représentent différents types de plaques, employés avec les enroulements de la fig,4; la fil-,,7 représente une méthode de correction des pointes de potentiel au moyen de condensateurs remplaçant les plaques de la fig.4; la fig.8 illustre les perfectionnements apportés par le dispositif de la fig.7; la fig.9 représente l'application de l'invention à un autre dispositif d'en- roulement; la fig.10 représente une autre adaptation de l'invention à l'enmulement de la fig.9;
la fig.ll illustre une modification de l'enroulement de la fig.9; la fig.12 représente la distribution du potentiel dans l'enroulement de la fig,9 dans des conditions différentes, sans l'emploi de moyens correctifs des dites pointes ; la fig.13 représente, en coupe partielle, un transformateur utilisant le dispositif, objet de la présente invention ; la fig.14 est, en coupe, une vue en élévation d'un des conducteurs de tra- versée extérieurs employés dans le transformateur de la fig.13; la fig.15 est, en coupe, une vue latérale en élévation d'une partie d'un transformateur muni d'une autre modification de l'invention; la fig, 16 est'une vue en plan prise le long de la ligne 16-16 de la fig,15;
la fige 17 est une vue fragmentaire de l'un des écrans et conducteur de traversées intérieur, entre deux enroulements adjacents; la fige 18 est une vue en perspective, partiellement en coupe, de l'un des écrans employés dans le transformateur des figures 15 à 17,
A la fig.1, le numéro de référence 21 représente une coupe longitudinale
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faite dans un enroulement solénoidal conique à six couches superposées, qui com- prennent les couches a-c, o-e, e-g, g-i, 1-k, et k-m, la couche a-c étant la plus extérieure et la couche k-m étant la plus intérieure.
Les distances entre les dif- férentes couches sont accentuées sur le dessin, pour rendre ce dernier plus compré- hensible. Les différentes couches sont disposées entre deux plaques électrostatiques cylindriques- un écran 22 mis au potentiel de ligne et un écran 23 mis au potentiel de terre- adjacentes et reliées oonductivement aux extrémités respectives des enrou- lements a et m. Les deux écrans sont pourvus de discontinuités longitudinales afin de les empêcher de court-circuiter la tension normale de l'enroulement.
Les différentes couches de l'enroulement sont représentas comme étant inclinées d'un angle constant par rapport aux plaques, les pentes étant alternativement positives et négatives, as- surant ainsi, du moins dans les couches médianes b, d, f, h, j, 1, des potentiels électrostatiques dans le champ électrostatique du condensateur correspondant à une distribution sensiblement uniforme du potentiel le long des différents tours de l'en- roulement.
Les enroulements multiconcentriques représentés à la fig.1, possèdent des longueurs progressivement décroissantes lorsqu'on va vers la couche de potentiel le plus élevé, de sorte que les distances séparant les extrémités des différentes couches et le noyau adjacent sont proportionnelles aux tensions de ces couches de manière à diminuer la possibilité d'étincelles entre les extrémités des différentes couches et le noyau ou autre élément mis à la terre.
Comme l'écran 22 est mis au po- tentiel de ligne, il possède une longueur a-a' environ égale à celle de la couche ad- jacente, et la Société demanderesse a trouvé que, our une longueur a'-a beaucoup plus petite que m'-m ou k-m, les distributions des potentiels d'impulsion dans le voisina- ge des extrémités des couches, à savoir en c, e, g, 1 et k, sont fortement différentes de la distribution uniforme, comme représenté à la sur laquelle on voit que bien que les potentiels des tours milieux d, f, h, j, 1 tombent sur la courbe de dis- tribution uniforme représentée en traits pointillés, les potentiels des extrémités tombent fortement en pointes aiguës, présentant les potentiels c' au lieu de c, e' au lieu de e, g' au lieu de g, etc...
Il en résulte évidemment que les gradients de potentiel, c'est-à-dire les tensions par tour ou par unité de longueur, le long des différentes couches, sont très élevées dans le voisinage de ces points ; de même, les potentiels de l'écran mis au potentiel de ligne, sont fortement augmentês en ces poids Par exemple, on voit que la différence de potentiel entre c' et l'écran mis au poten- tiel de ligne, est environ double de celle existant entre et cet écran, de sorte que l'isolement des différents tours de l'enroulement, l'isolement entre la première
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couche et l'écran mis au potentiel de ligne ainsi que l'isolement entre des cou- ches adjacentes devraient être augmentés en complication et prix si les enroulements devaient être isolés pour supporter ces potentiels.
La figure 2 est en relation avec la figure 3 qui représente une famille de lignes équipotentielles du champ du condensateur de la figure 1. Les figures 1 & 3 sont dessinées à des échelles différentes mais en gardant approximativement les mêmes proportions; a'-a (fig.l) est égale à deux fois la distance entre les plaques 22 & 26 et m'-m est égale à deux fois et demi la distance a'-a. A la fig. 1, l'enroulement à faible tension est représente, en 24, et 25 est le noyau entouré par les enroulements faible tension et haute tension. L'écran 23, mis à la terre, s'étend au-delà de m et m' et en peut considérer l'enroulement basse tension et le noyau comme étant au poten- tiel de terre, ainsi que l'écran mis à la terre, par rapport à l'enroulement à haute tension.
Le noyau 25 peut s'étendre considérablement plus loin que 23 et 24 à ses deux extrémités ou, même si 25 ne s'étend pas si loin, les culasses placées à proxi- mité des enroulements exercent sur ces derniers un effet électrostatique similaire à celui d'une surface plane, mise à la terre et s'étendant Indéfiniment.
Par conséquent les courbes équipotentielles de la fig.2 ont été calculées en supposant l'existence d'un écran mis à la terre, s'étendant indéfiniment aux deux extrémités, Comme l'en- roulement haute tension est en-dessous et à gauche de la ligne géométrique a-m, re- présentée en traits pointillés, de petites incorrections dans ces équipotentielles à une certaine distance de la ligne a-m, à sa droite et au-dessus d'elle, n'affectent pas sensiblement la régularité des parties de ces couches situées en-dessous et à gauche de a-m, ce qui facilite l'exposé de l'objet de la présente invention.
Si les figures 1 et 3 étaient représentées à la même échelle et la fig.3 superposée à la fig.l, le potentiel de chaque tour de l'enroulement pourrait être lu' soit directement, soit par interpolation à l'aide des courbes de la fig.3, en notant sur laquelle des équipotentielles (réelle ou interpolée) tombe le tour en question.
Les courbes équipotentielles, à leur tour, sont calculées comme suit : On prend,pour origine des coordonnées,le point 0 de l'écran relié à la terre, directe- ment opposé au point a (l'extrémité) de l'écran relié à la ligne; on prend pour abs- cisses les distances à cette origine, mesurées sur des parallèles aux écrans, ces abscisses étant positives vers la droite et négatives vers la gauche; on prend pour ordonnées les distances perpendiculaires à l'écran relié à la terre ; exprime les deux coordonnées d'un point par des fractions ou multiples de la distance entre les deux écrans;
dans ce cas, p, c'est-à-dire le potentiel de tout point (x, y), exprimé
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comme une fraction du potentiel de l'écran relié à la ligne, est donne par l'é- quation :
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x ' (1TI ) (1 - + cr c08 7V P) y = (1/#) (#p + c # sin # p) où # est un paramètre dont les variations tracent l'équipotentielle correspondant à la valeur donnée constante de p. Par exemple, pour la courbe de p - 0,5, # = 1 donne le point A1 (x - o, y = 0,61) # = o donne le point Q2 (x= 0,32, Y = 0,82).
On oomprend maintenant que les pointes sont dues au fait que les équipotentielle; s'incurvent rapidement dans le voisinage des liaisons a-m et a'-m' (fig.l) et, par con- séquent, si les lignes équipotentielles pouvaient être rendues droites et parallèles aux plaques écrans dans l'espace entouré par la ligne a'-a-m-m', la distribution du po- tentiel dans l'enroulement serait linéaire. La Société demanderesse va donc décrire ci-dessous des moyens convenables permettant d'accomplir le résultat désiré.
Une surface conductrice agit toujours comme une sutface équipotentielle et on introduit ,par conséquent, dans l'espace d'isolement de l'enroulement, des surfaces conductrices telles que des cylindres métalliques en feuilles isolantes flexibles dont les surfaces sont métallisées ou recouvertes d'une surface conductrice; ces surfaces conductrices sont introduites en certains endroits de l'enroulement, représentés à la figé4 en 26, 27, 28,29 & 30,respectivement, aux niveaux de c, e, g, i & k, et paral- lèles aux plaques écrans.
Ces cylindres conducteurs auxiliaires sont coaxiaux et cha- cun d'eux possède une discontinuité longitudinale, comme pour 22 & 23, illustrée aux fige 5 & 6, de manière à les empêcher de court-circuiter le potentiel induit électro- manêtiquement lorsque l'appareil fonctionne normalement comme transf ormateur. Le cy- lindre 26 ,au niveau de c, peut être relié au tour c de l'enroulement ou isolé de ce dernier ;
et cette idée s'applique à chacun des autres cylindres,
Les différents cylindres connecteurs devraient s'étendre, de préférence, au moins jusqu'aux liaisons a-m et a'-m',
Si ces cylindres 26 à 3C' avaient des surfaces différentes par suite des différences existant dans leur longueur et leur diamètre, ils auraient, en général, des capacités différentes, dans le cas où ils sont également espacès l'un de l'autre, de sorte qu'ils pourraient faire varier les potentiels des points b, d, f, h, j, 1 hors de la ligne droite (voir fig.2).
Dans ce cas, la pente des différentes couches de l'enroulement pourrait être changée de manière à rendre linéaire la distribution du potentiel sous l'effet de ces plaques sur le champ électrostatique; ou, ce qui est une mesure plus simple, la surface des cylindres de plus grande surface, peut être réduite
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de manière à égaliser les capacités des paires de plaques adjacentes'tout en conservant leur longueur totale apparente, de manière à atteindre au moins les liaisons a-m et a'-m' de l'enroulement, La réduction de la surface d'un cylindre peut se faire en augmentant la larur des discontinuités longitudinales ou en dé- coupant des parties médianes du cylindre, de formes différentes, comme représenté aux fibres 5 & 6.
La fig.5 représente différentes formes et positions 26' des parties découpées hors d'un cylindre, tandis que la fig.6 représente plus claire- ment le principe d'après lequel il est préférable de découper les parties médianes des cylindres, car les parties extrêmes sont surtout utiles pour maintenir la cour- bure des surfaces équipotentielles ainsi que pour empêcher les pointes.
Par consé- quent, l'écran de la fig,6 est constitue de deux anneaux 27' possédant des disoon- tinuités longitudinales 28' et d'une bande 29' s'étendant axialement et reliant les deux anneaux 27',
Pour éviter les effets de couronne au bord de chacun des cylindres conduc- teurs, on les finit par des éléments de résistance élevée, par exemple une peinture à haute résistance appliquée sur une couche isolante en contact avec le cylindre conducteur, ces éléments s'étendant un peu plus loin que les feuilles conductrices,
Bien qu'il soit très pratique de placer les cylindres correcteurs aux ni- veaux indiqués à la fig.4, on comprend qu'ils peuvent être placés à d'autres niveau: convenables tout en étant quasi aussi efficaces.
Il n'est pas essentiel non plus de maintenir la même distance entre des paires adjacentes de cylindres; il suffit pour des couches d'enroulement de pente uniforme, de maintenir égales les surfaces effectives des cylindres, lesquelles affectent leur capacité, et de faire en sorte que les longueurs effectives de ces cylindres soient au moins égales à celle de l'enroulement, à ce niveau, Les surfaces effectives des cylindres ne doivent pas être les mêmes si la distribution des tours de l'enroulement est modifiée de façon correspondante, de manière à assurer une distribution linéaire du potentiel élec- trostatique.
Comme le but principal de ces cylindres conducteurs est de rendre axiales les lignes (ou surfaces) équipotentielles, il s'en suit que leur nombre, positions et contours peuvent varier dans de très larges limites sans altérer leur efficacité en éliminant ou diminuant fortement les pointes mentionnées précédemment, de la distribution de potentiel de l'enroulement. Da plus, comme les pointes sont plus fortes grès de l'extrémité de l'enroulement mise à la terre que près de l'extrémité reliée à la ligne, il est parfois pratique d'appliquer ces mesures correctives près de l'extrémité de l'enroulement reliée à la ligne.
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Une autre forme de l'invention, qui élimine pratiquement les pointes et redresse fortement les surfaces équipotentielles du condensateur, emploie dans se but des condensateurs appropriés reliés entre les écrans extrêmes et les diffé- rents tours de l'enroulement où ont lieu les pointes de potentiel, comme représenté à la fig.7, par les condensateurs 31 à 37, inclusivement.
Des condensateurs ont déjà été employés précédemment avec plusieurs parties d'un enroulement à haute tension; ils l'ont été dans le but de régler les niveaux de potentiel des éléments de l'enroulement quand ces derniers s'écartent fortement d'une distribution linéaire de potentiel, de sorte que les condensateurs en ques- tion ne remplissent par le résultant désiré par la Société demanderesse, L'enrou- lement peut être idéal en ce sens que les niveaux de potentiel des éléments de l'enroulement correspondent à une distribution linéaire de potentiel , mais il y a cependant des pointes aux extrémités des couches de l'enroulement.
Par conséquent l'invention n'emploie pas des condensateurs pour modifier les potentiels des dif- férentes couches dans leur ensemble, mais pour changer leur direction dans le voi- sinage immédiat des points auxquels les condensateurs sont reliés, de manière à empêcher les lignes équipotentielles de s'incurver dans le voisinage des extrémités des enroulements. Par conséquent, leurs capacités devront être très faibles par rapport aux capacités nécessaires lorsqu'on veut modifier les niveaux de potentiel des différentes couches.
La distribution de potentiel d'un enroulement du type de la figure 1,équipé avec des condensateurs correctifs de valeur convenable, comme représenté à la fig.7 est représentée par la ligne en trait plein de la fig.8. On peut voir sur ce gra- phique que le potentiel du tour c de la fig.l est augmenté de c' (fig.8) à c", e' à e", etc..., plus proche de la courbe linéaire de distribution du potentiel.
Ces points peuvent être amenés plus haut ou plus bas, comme désiré, en variant la valeur des capacités 31 à 37, comme expliqué ci-après.
Comme on le voit à la fig.8, vu du point de vue mathématique, les pointes ne sont pas entièrement atténuées par cette méthode. Cependant, on voit que leurs amplitudes et gradients peuvent être réduits suffisamment pour que la courbe de distribution des potentiels puisse être considérée comme linéaire, du point de vue pratique.
Cela se comprendra aisément si l'on souligne le fait que les pointes c", e", etc.., ont une existence purement mathématique en ce sens qu'elles peuvent être réalisées seulement pour des impulsions à fronts approximativement rectangu- laires et qu'elles sont presque complètement atténuées en pratique lors de l'appli-
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-cation d'impulsions à pente raide appliquées aux transformateurs à haute tension,
Par suite de la forme mathématique compliquée de la distribution théori- que du potentiel de la fig.8, il est quasi impossible de développer une formule ma- thémaique précise pour déterminer les condensateurs correctifs de la fig.71 la so- ciétê demanderesse a trouvé que l'on peut déterminer facilement, par essais,
des va- leurs approximatives de ces capacités,convenant à la construction des transformateurs' commerciaux, à l'aide d'un tableau calculateur dont différentes formes sont utilisées de manière extensive dans l'industrie électrique pour établir et résoudre les caracté- ristiques des circuits électriques. Le circuit électrostatique de l'enroulement en question serait établi sur un tel tableau en valeurs des résistances des différents éléments, les potentiels des points étudiés étant déterminés et les impédances correc- -tives étant introduites et modifiées par des essais pour éliminer pratiquement les pointes sans altérer sensiblement les potentiels des différentes éléments de l'enrou- lement.
La fig.9 représente l'application de l'invention à un autre type 'd'enrouler ment, les moyens de correction utilisés étant différents. Dans cet enroulement, le premier tour d'une couche, par exemple c, et le dernier tour de la couche précédente, c1, ne sont pas adjacents mais aux extrémités opposées de l'enroulement et sont reliés l'un à l'autre au moyen d'un conducteur de traversée 41 ; de même, les autres paires de couches adjacentes sont reliées par des conducteurs de traversée 42, 43, 44 & 45.
La distribution du potentiel dans un tel enroulement est similaire à celle de la fig.l avec des pointes bien marquées. On aurait pu introduire ici des condensateurs correc- tifs, de la même manière qu'à la fig.7., Des moyens capacitifsde correction diffé- rents sont cependant utilisés ici; ils sont illustrés à la fig.9 comme comprenant des écrans conducteurs 46 à 50, inclusivement, entourant respectivement les conduc- teurs de traversée 41 à 45, inclusivement; ces écrans sont isolés des dits conducteurs et reliés aux tours a, c1, el, g1, i1, & kl, lesquels sont normalement à des poten- tiels plus élevés que les conducteurs de traversée correspondants.
L'écran 46 étant normalement à un potentiel plus élevé que le conducteur 41, élève le potentiel de ce dernier et, de là, les potentiels des tours c et c1 de l'enroulement, par induction électrique. Des commentaires similaires s'appliquent aux autres éorans.
Dans ces enroulements, dans lesquels la cônicité des couches est modérée par rapport à la longueur a'-a de l'écran relié à la ligne, un écran tubulaire simple tel que les écrans 46 à 50 couvrant une partie des conducteurs de traversées 41 à 55, exerce un effet correctif suffisant ; lorsque ces capacités sont trouvées insuffisante$
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elles peuvent être accrues par l'utilisation de bandes larges pour ces conduc- teurs de traversée 41 à 45, ou par l'utilisation de plusieurs bandes et écrans, afin d'arriver au résultat désiré.
Si les liaisons entre couches, au lieu d'être faites par des conducteurs de traversée logés entre les couches reliées, sont faites à l'extérieur de l'enroule- ment, par des conducteurs de traversée extérieurs 51 à 55, comme représenté à la fig.10, les condensateurs correctifs de la fig.7,ou les écrans de la fig.9,. peuvent être employés; des écrans 56 à 60 sont représentés à la fig.10.
En appliquant des écrans ou autres moyens capacitifsaux conducteurs de tra- versée extérieurs, il n'est pas suffisant de compenser leur capacité par rapport au sol de manière à obtenir le potentiel désiré des conducteurs de traversée isolés de leurs enroulements respectifs, car alors, ces moyens capacitifs ne seraient pas ca- pables de faire disparaître les pointes des couches de l'enroulement auxquelles ils sont reliés. Les capacités associées aux conducteurs de traversée doivent être suf- fisamment élevées pour donner lieu à des atténuations sensibles de ces pointes, mais cependant pas assez élevées pour modifier les potentiels moyens des différentes cou- ches.
A la fig.ll, les différentes couches de l'enroulement sont toutes parallèles; le dernier tour de la première couche (la couche du bas) est relié au premier tour de la seconde couche se trouvant du même côté de l'enroulement que le dernier tour de la première couche; le dernier tour de la seconde couche est relié au premier tour de la troisième couche, le premier tour de la troisième couche se trouvant du même coté de l'enroulement que le dernier tour de la seccnde couche, etc... Les écrans reliés à la ligne et à la terre sont aussi représentés comme étant parallèles aux couches de l'enroulement.
Bien que cette disposition des couches de l'enroule- ment et des écrans diffère considrablement de l'idéal du point de vue distribution des potentiels, elle est beaucoup utilisée par suite de la grande facilité qu'elle présente de constituer l'enroulement par des couches placées l'une après l'autre vers l'arrière et vers l'avant, sans provoquer la cassure du conducteur, chacune des couches étant un solenoîde de diamètre constant et les écrans reliés à la ligne et à la terre étant facilement construits sous forme de cylindre sans nécessiter l'utili- sation d'un isolement conique entre les écrans et les couches conductrices adjacent La distribution des potentiels dans un tel enroulement, pour une onde d'impulsion à pente raide, toutes les couches étant déconnectées l'une de l'autre,
est représentée à la fig.12 par la ligne en traits pointillés 61, et, lorsque les couches sont re-
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-liées ensemble, par la ligne en traits pleins 62, On voit que la courbe de distribution des potentiels pour cette disposition présente également des pointes indésirables, bien que la courbe générale puisse être considérée .d'autre part, comme acceptable pour les transformateurs à basse tension et pour d'autres fins moins im- portantes, où des moyens particuliers ne sont pas nécessaires pour faire varier le potentiel moyen des éléments de l'enroulement,
Les pointes de potentiel peuvent être corrigées, dans ce cas, par des moyens capacitifsanalogues à ceux employés dans les dispositifs des figures 7,9 & 10;
mais, pour illustrer des moyens équivalents différents, des éléments 63 à 69 à haute résistance ont été représentés à la fig.ll. Les valeurs optima de ces résistances peuvent aussi être déterminées par des essais, avec l'aide d'un tableau calculateur.
Les résistances peuvent être placées de toute manière convenable.
La fig.13 représente un transformateur utilisant le dispositif de la pré- sente invention, la cuve 80 étant partiellement brisée de manière à montrer une partie d'une extrémité d'une des branches d'enroulement. Ce transformateur comprend deux branches d'enroulement, mais il est évident qu'un nombre quelconque de branches peut être employé. Chacune d'elles comprend un noyau 81 autour duquel est enroulé un en- roulement basse-tension 82, isolé convenablement du noyau par l'isolant 83.
Autour de l'enroulement à basse tensicn est placé l'enroulement à haute tension du type multiconcentrique, comprenant un certain nombre de couches 83 à 88 inclusivement, les différentes couches constituant l'enroulement ayant des dimensions graduellement dé- croissantes de manière à ce qu'une distance progressivement plus grande soit laissée entre les extrémités des différentes couches et le noyau qui l'entoure, puisque la tension de ces couches croit. La couche 88 est reliée à la ligne par un conducteur convenable et un écran 89 est prévu contre la coucha 88, cet écran étant également mis au potentiel de ligne. L'écran 89 peut être de tout type convenable; il peut par exemple, être constitué par un cylindre conducteur entouré d'un isolant 90.
Un écran 91, mis à la terre, est également prévu entre l'enroulement 82 à basse tension et la couche adjacente 83 de l'enroulement à haute tension, des isolements convenables existant entre l'écran mis à la terre et la couche 83 et entre l'écran mis à la terre et l'enroulement 82 à basse tension. Dans certaines installations, l'écran 91 mis à la terre peut être omis, l'enroulement 82 à basse tension agissant comme un écran mis à la terre, en ce qui concerne la distribution élestrostatique des tensions.
Comme il a été dit précédemment, dans un transformateur analogue à celui de la fig.13, possédant un enroulement multiconcentrique dont les couches sont de
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dimensions progressivement décroissantes, ainsi que des écrans conventionnels, des pointes apparaissent dans la distribution des tensions aux extrémités des couches de l'enroulement, quand un à-coup de haute tension traverse le transforma- teur. L'invention prévoit donc des moyens convenables pour changer la direction des lignes équipotentielles aux extrémités des couches, de manière à ce que ces lignes ne s'incurvent pas au voisinage des extrémités des dites couches ; ces moyens comprennent une capacité convenable reliée aux extrémités des couches de l'enroule- ment par le conducteur de traversée extérieur 92.
Comme on le voit plus clairement à la fig.14, le conducteur de traversée extérieur comprend un conducteur 93 recou- vert de plusieurs couches convenables ainsi que d'un isolant 94. Pour obtenir la capacité voulue, un écran conducteur 95 entoure le conducteur de traversée 93, cet écran 95 étant isolé par plusieurs enveloppes constituées par des bandes dtune subs- tance isolante convenable, par exemple du papier crêpé 96. Pour éviter l'effet de couronne aux extrémités de l'écran 95, un conducteur arrondi 97 est prévu et le ruban isolant 96, étant plus long que l'écran 95, est plié comme représenté en 98, de manière à former un isolement convenable autour des extrémités de l'écran 95.
Pour relier l'écran 95 aux extrémités de l'une des couches adjacentes , comme repré- senté clairement aux figures 9 et 10, un conducteur 99 est relié électriquement à l'écran 95. Un isolant 100 est prévu autour du conducteur 99. Les dimensions de l'écran 95 ,par rapport à celles du conducteur 93,et la distance entre le conduc- teur 93 et l'écran 95 doivent être telles qu'elles correspondent à la capacité dé- sirée, de manière à faire disparaître ou du mois à diminuer fortement les pointes aux extrémités des couches de l'enroulement, comme il a été expliqué précédemment.
La fig.15 représente un autre type de transformateur qui utilise l'un des dispositifs, objets de la présente invention, ce type de transformateur comprenant plusieurs couches concentriques 110, 111 & 112. Un nombre quelconque de couches concentriques peut évidemment être utilisé et ce',; couches peuvent avoir toute lon- gueur convenable; la disposition de la fig.15 utilise trois couches, lesquelles ont des dimensions progressivement décroissantes au fur et à mesure que l'on se rappro- che de la couche extérieure 112.
Il est évident que la couche la plus extérieure sera entourée par un écran relié à la ligne similaire à l'écran 89 et qu'un écran convenable à basse tension, tel qu'un enroulement à basse tension ou un écran à basse tension similaire à l'écran 91, peut être prévu autour de la couche intérieu- re 11C.
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Pour éviter les pointes susceptibles de se développer aux extrémités des couches, des moyens sont utilisés oomprenant un écran 113 adjacent aux couches con- ductrices 110 & 111, et un écran 114 adjacent aux/ou placé entre les couches conduc- trices 111 & 112. L'écran employé peut être de n'importe quel type et, comme il est représenté en perspective à la fig.18, comprend un élément conducteur en une substan- ce convenable, par exemple une feuille métallique mince possédant un diamètre conve- nable pour entourer la couche immédiatement intérieure. L'écran possède également une discontinuité axiale 115 de manière à ce qu'il ne donne pas lieu à un courant de court-circuit, comme un enroulement.
Dans ce but, un isolant 116 est place entre les extrémités qui se recouvrent. Les écrans sont également munis d'anneaux conducteurs 117, placés aux deux extrémités, de manière à constituer un bord doux aux extrémités et, par conséquent, à diminuer l'effet de couronne en ces points. Les extrémités des anneaux sont en relation télescopique avec l'isolant 118, entre les extrémités adjacentes, afin d'assurer l'effet écran sur toute la périphérie.
Pour supporter les écrans ainsi que pour assurer une couche d'isolant con- venable entre les couches adjacentes, l'isolant entre ces différentes couches, par exemple 110 & 111, est formé de couches de dimensions progressivement décroissantes comme indiqué en 120. Après que ces couches 120 ont été disposées de manière à ce qu'il y ait un minimum d'isolement à l'extrémité 121 et un maximum d'isolement à l'extrémité 122, l'écran conducteur 113 peut être placé autour de ces couches 120.
L'écran 113, constitué en une substance relativement minoe,est suffisamment flexible pour pouvoir envelopper la couche isolante et présenter le même contour que la sur- face extérieure de ce dernier, Après que l'écran 113 et les éléments 117 ont été places, une seconde couche d'isolant 123 peut être appliquée, cette seconde étant de construction opposée à 120. On notera sur la figure que les couches d'isolant qui sont formées de plusieurs feuilles, comprennent à une extrémité les parties 124.
Ces extrémités 124 sont des extensions approximativement intégrales des couches de papier formant l'isolement et, après que ce dernier a été disposé, elles peuvent être courbées de toute manière convenable, par exemple en pratiquant des fentes aux extrémités du papier, de telle manière que les parties 124 constituent des portions à angle droit.
Pour constituer un conducteur de traversée entre les extrémités opposées des couches conductrices adjacentes, c'est-à-dire,par exemple, les couches 110 & 111, on emploie, comme représenté à la fig.15, un conducteur intérieur 125 comprenant un nombre convenable de rubans conducteurs posés l'un sur l'autre, la liaison électrique
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à une extrémité 126 avec l'extrémité de la couche conductrice 110 étant fai- te par les éléments angulaires 127. Les extrémités opposées du conducteur de tra- versée intérieur 125 sont munis d'extrémités 128 s'étendant angulairement, faisant la liaison avec l'extrémité de la couche conductrice 111, opposée à l'extrémité 127.
On peut voir, particulièrement sur les figures 16 & 17, que les anneaux 117 sont munis d'ouvertures ou chemins de passage 130 d'une largeur convenable par rapport aux conducteurs de traversée intérieurs 125. Par conséquent, le conducteur de tra- versée Intérieur, ainsi que l'écran conducteur, sont places entre les couches adja- centes 110 & 111 d'une manière telle que l'épaisseur de la couche isolante soit pro- portionnelle à la tension normale entre les couches conductrices le long d'un plan radial. De plus, cette construction perfectionnée présente une manière simple de placer à la fois l'écran et le conducteur de traversée intérieur dans la couche iso- lante de dimensions graduellement décroissantes.
Puisque le conducteur de traversée et la surface extérieure de l'écran sont contigus, ils doivent être tous deux au même potentiel,
Comme montré aux figures 15 et 16, l'épaisseur radiale du conducteur de tra- versée intérieur 125 est plus grande que l'écran 113w lequel est relativement mince, De manière à remplir l'espace entre les anneaux 117, excepté l'espace pris par le conducteur de traversée intérieur 125, on emploie une couche isolante 131 comprenant un nombre convenable de couches de papier, de manière à obtenir l'épaisseur désirée*
Il est évident que l'écran 114 et le conducteur de traversée intérieur 135 reliant les couches 111 et 112, sont équipés d'une manière analogue à l'écran 113 et au conducteur de traversée intérieur 125.
De plus, dans la disposition représentée aux figures 15 à 18, spécialement désignée pour des tensions relativement élevées, les couches adjacentes ont une longueur axiale relativement plus grande que leur épaisseur radiale (voir surtout fig.15). Cependant, dans le but de faciliter la compréhension, la longueur des couches conductrices a été représentée comme étant re lativement petite, de manière à accentuer la conicité. Dans un tel enroulement dont la longueur axiale est plusieurs fois plus grande que l'épaisseur, les diffé- rents écrans ont sensiblement la même longueur axiale que les couches conductrices adjacentes, de sorte que les lignes de force équipotentielles ne s'incurveront pas au voisinage des extrémités des différentes couches conductrices.
Pour qu'une gamme étendue de tensions puisse être obtenue avec la disposi- tion de la fig.5, des conducteurs terminaux convenables sont reliés à tout nombre convenable de couches en plus de la première et de la dernière couche conductrice.
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Par conséquent, un conducteur de ligne 136 est relié à une extrémité de la cou- che conductrice extérieure 112 et un conducteur à basse tension 137 est relié à une extrémité de la couche conductrice intérieure 110. On voit aussi qu'un conducteur 138 est relié à une extrémité de la couche conductrice 111. Lorsqu'un tel transfor- mateur est 'relié par ces différents conducteurs aux lignes aériennes, des à-coups de haute tension vont pénétrer dans l'enroulement de transformateur par l'un quelconque de ces conducteurs. Par conséquent, le dispositif d'écrans électrostatiques placé entre les couches conductrices adjacentes, empêche non seulement la formation de pointes mais aussi répartit tout à-coup de haute tension qui pénètre dans le trans- formateur par l'un de ses conducteurs terminaux 138, par exemple.
Il est évident que, lorsque plus de trois couches conductrices à haute tension sont prévues, cha- cune d'elles sera munie d'un conducteur terminal similaire à 138, ainsi que d'écrans conducteurs identiques à ceux décrits précédemment.
La présente invention a donc présenté des dispositifs perfectionnés pour éliminer les pointes présentes dans la distribution des tensions aux extrémités des enroulements constitués de couches de dimensions progressivement décroissantes, lors de l'application d'un à-coup de haute tession à l'enroulement. Ces dispositifs com- prennent des feuilles conductrices de dimensions convenables entre des couches de dimensions décroissantes de capacités et de résistances convenables, reliées entre les extrémités des couches. D'autres moyens sont également employés dans le même but, lesquels sont reliés aux extrémités des enroulements comprenant des couches de dimensions progressivement décroissantes.
La présente invention a présenté égale- ment un dispositif d'écrans qui, non seulement atténue les pointes, mais aussi ré- partit convenablement les à-coups électrostatiques et empêche l'application des fortes impulsions aux enroulements où différentes bornes sont prévues sur les cou- ches conductriges entre les extrémités haute et basse tension de l'enroulement.
Bien qu'on ait représenté et décrit plusieurs formes de réalisation de l'in- vention, il est évident qu'on ne désire pas se limiter à ces formes particulières, données simplement à titre d'exemples et sans aucun caractère restrictif et que, par conséquent, toutes les variantes ayant même principe et même objet que les disposi- tions indiquées ci-dessus, rentreraient comme elles dans le cadre de l'invention.