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PERFECTIONNEMENTS RELATIFS AUX APPAREILS ELECTRIQUES ET A LEUR PROCEDE DE
REFROIDISSEMENT.
La présente invention est relative aux transformateurs, aux redresseurs, aux condensateurs, aux génératrices, aux moteurs et autres appareils électriques similaires, et plus particulièrement, au refroidissement de tels appareils par électro-convectiono
Dans de nombreux types d'appareils électriques, tels que des transformateurs, des génératrices, des moteurs, des redresseurs, des condensateurs, etc.. l'échauffement de l'appareillage en cours de fonctionnement est un facteur de limitation en ce qui concerne la capacité, le rendement et la durée.
Par voie de conséquence, on a tenté divers efforts et on a eu recours à certains moyens pour limiter l'élévation de la température au cours du fonctionnement normal de tels appareilso Toutefois, les moyens que l'on a utilisés (certains d'entre eux vont être mentionnés ci-après) ne se sont pas révélés efficaces pour pallier les limitations matérielles imposées à la capacité, au rendement et à la durée de tels appareils par l'élévation des températures causée par les pertes électriques dans de tels appareils.
Dans le cas de transformateurs à grande puissance, la puissance en kva est défintivement établie par les considérations de température et de durée d'isolemento Par suite pour obtenir une longue durée et un long rendement, il a été nécessaire de prévoir des dispositifs de refroidissement de manière que certaines conditions de températures de limitation ne soient pas dépassées.
Dans un type de transformateur donné, la quantité de chaleur qui peut être transmise des enroulements au fluide (qui est, en général, de l'huile) constitue le facteur de limitation en ce qui concerne la puissance avec une différence de température donnéeo Dans les transformateurs plus grands dans lesquels on utilise l'huile dans laquelle le noyau et les enroulements sont immergés comme isolant et pour refroidir les enroulements et le noyau, on doit dissiper cette chaleur de l'huile soit par convection naturelle et rayonnement à partir du bac, soit en plaçant des serpentins de refroidissement dans le bac et en y faisant circuler un agent réfrigérant, soit encore par circulation forcée du fluide depuis le bac jusqu'à des échan-
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geurs de chaleur et dans ces derniers.
Dans certains cas, on fait circuler l'huile dans des tubes s'étendant à l'extérieur du bac. Dans d'autres cas, on monte à l'extérieur du bac des radiateurs distincts ou autres types d'échangeurs de chaleur. Pour refroidir l'huile traversant les radiateurs, on doit avoir recours soit au refroidissement par circulation forcée d'air, soit au refroidissement par l'eauo Dans d'autres cas,,on dispose des échangeurs de chaleur à l'extérieur du transformateur et on force l'huile à circuler à travers ces échangeurs de chaleur où elle se trouve refroidie par de l'eau que l'on force également à circuler à travers les échangeurs de chaleur.
Dans le cas où l'on compte sur la convection naturelle et le rayonnement, la chaleur des enroulements est cédée lentement à l'huile du transformateur,qui monte alors dans le bac en raison de son échauffement.
L'huile chaude s'accumule au voisinage de la partie supérieure de la masse d'huile et elle s'écoule vers l'extérieur jusqu'à la surfaceplus froide du , bec où elle cède une certaine partie de sa chaleur. A la surface de refroidissement, par suite de la densité accrue, l'huile se déplace lentement vers la zone des enroulements et du noyau échauffés du transformateur, zone où elle pénètre de nouveau pour répéter ce cycle lent. Il en résulte que l'huile contenue dans les serpentins supérieurs reste plus chaude que dans les serpentins inférieurs, étant donné que l'huile qui a déjà pris la chaleur provenant des serpentins inférieurs ne peut pas prendre beaucoup de chaleur des serpentins supérieurs.
On peut obtenir un certain accroissement de la puissance en utilisant le refroidissement par circulation forcée d'air.. On peut utiliser des ventilateurs pour souffler de l'air sur le bac ou, dans le cas où l'on; utilise des radiateurs, on peut avoir recours à l'air forcé en combinaison avec ces radiateurs. De même, on peut obtenir un certain accroissement en utilisant des échangeurs de chaleur refroidis par l'eau ou par circulation forcée d'huile à travers le transformateur et les échangeurs de chaleur. On peut obtenir de cette façon, des accroissements de puissance atteignant jusqu'à 30 à 50 % pendant despériodes de temps limitées, en plus des puissances que l'on peut obtenir par rayonnement et convection naturels à partir du bac.
Dans le transformateur lui-même, les surfaces des serpentins de cuivre et le noyau restent fixes, de sorte que la seule façon d'accroître la dissipation de la chaleur par les procédés connus consiste à faire circuler l'huile plus rapidement. Etant donné que l'huile et les autres fluides diélectriques sont habituellement de médiocres conducteurs de la chaleur, il est difficile de transmettre la chaleur des enroulements à l'huile et de l'huile à l'air ou à l'eau avec les faibles différences de températures qui doivent, nécessairement, être utilisées lors du fonctionnement d'un tel appareil.
Or,on a constaté que, grâce à l'utilisation du refroidissement par électro-convection avec des transformateurs conformes à la présente invention, on peut augmenter sensiblement la capacité du transformateur.
Par exemple, dans le cas où l'on applique la présente invention à un transformateur pourvu d'un échangeur de chaleur refroidi par de l'eau, on peut utiliser, de façon continue, des charges de 200 % et davantage sans dépasser l'élévation de température recommandée de l'huile et du cuivre, élévation qui est provoquée par un fonctionnement normal avec une charge de 100%.
La même situation que celle que l'on vient de mentionner en ce qui concerne les transformateurs se présente dans le cas de redresseurs, de condensateurs, de moteurs, de génératrices, de câbles remplis d'huile et autre matériel électrique. La capacité, le rendement et la durée de ces derniers dépendent de l'importance de l'échauffement qui se produit en cours d'utilisation et de la possibilité de dissiper économiquement cette chaleur.
Si l'on peut réduire cette chaleur au minimum, un tel matériel fonctionne plus efficacement, il y a une durée plus longue et on peut le faire fonctionner sous des charges plus élevées sans points chauds, détérioration de l'isolant et défauts de graissage.
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Les grands moteurs et génératrices sont, en générale pourvus d'installations à circulation forcée de ventilation et de refroidissement qui y sont incorporées et au moyen desquelles on fait circuler rapidement de l'air ou du gaz refroidi dans les pièces de la machine et autour de ces der- nières, à l'endroit où la chaleur est engendrée dans le but de dissiper la chaleur engendrée et d'empêcher le matériel de trop s'échauffera On a constaté que le refroidissement par rayonnement est totalement insuffisant dans de telles unitéso Dans le cas où l'on utilise le refroidissement par air, on force l'air ambiant à circuler dans la machine soit par des ventilateurs ou des souffleurs internes ou externes, soit par une combinaison de ceux-ci, et, de cette façon,
la chaleur est évacuée de la machine. Lors du refroidissement par de l'hydrogène, de l'azote ou d'autres gaz, on utilise, en général, une installation à circulation en circuit fermé, de manière que ces agents de refroidissement plus coûteux ne soient pas perduse On fait circuler ces gaz dans des échangeurs de chaleur destinés au refroidissement et on les utilise de façon répétéeo Dans de tels cas, il est nécessaire que la machine entière et les échangeurs de chaleur constituent une installation hermétiquement fermée. Quel que soit lagent de refroidissement utilisé, il doit entraîner avec lui la chaleur provenant des enroulements de cuivre du stator et du rotor et des matières constituant le noyau magnétique.
Une situation similaire se présente en ce qui concerne les grandes turbo-génératriceso Les rotors comportent, en général, des passages se présentant sous la forme de fentes axiales ou de conduits radiaux permettant la circulation de l'air ou d'un autre gaz de refroidissemento Ces deux genres de conduits radiaux et axiaux sont également prévus à cet effet., dans le stator et dans le bac,, Une circulation assez rapide d'air ou de gaz doit avoir lieu dans un matériel de ce genre, dans le but de dissiper la chaleur engendrée par suite des pertes dans le fer et dans le cuivre de la machinée
On a constaté que grâce à l'application du refroidissement par électro-convection à un tel matériel, on peut obtenir une augmentation appréciable de la quantité de chaleur que l'on peut faire dissiper et que,
par voie de conséquence, on peut accroître le rendement,, la puissance et la durée d'un tel matériel.
On applique un courant unidirectionnel à haute tension entre deux surfaces voisines dans l'enceinte où la chaleur est engendrée, ou bien en un point accessible où la chaleur est engendrée dans le but de créer des courants de convection qui accélèrent la vitesse de transmission de la chaleur et augmentent la quantité totale de chaleur transmise pendant toute période de temps donnéeo L'élément ou surface échauffé peut constituer l'une des électrodes et la surface ou les éléments de refroidissement, l'autre électrode.. Dans une variante, l'élément ou surface échauffé peut constituer l'une des électrodes et on peut disposer une électrode distincte au voisinage de celle-ci et au voisinage de la surface de refroidissement..
Dans une autre variante encore, la surface ou les éléments de refroidissement constitue l'une des électrodes et l'autre électrode est placée au voisinage de celle-ci et à proximité immédiate de la surface ou élément dont on doit dissiper la chaleur.
Sur le dessin annexé, on a représenté, seulement à titre indicatif, plusieurs modes de réalisation de la présente invention dans son application au refroidissement de transformateurso
Sur les dessins : - la figure 1 est une vue schématique représentant l'invention dans son application à un transformateur ordinaire à noyau du type à autorefroidissement et dans lequel on n'utilise aucune électrode spéciale, le carter et les enroulements en tenant lieu; - la figure 2 est une vue schématique d'un transformateur ordinaire à noyau du type à auto-refroidissement et comportant des électrodes spéciales pour permettre l'application de la présente invention; - la figure 3 est une vue similaire à la figure 2 à cette exception près que l'on a représenté des connexions différentes ;
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- la figure 4 est une vue schématique représentant l'invention dans son application à une transformateur pourvu de serpentins internes de refroidissement et sans électrodes spéciales; - la figure 5 est une vue schématique représentant l'invention dans son application à un transformateur comportant des serpentins internes de refroidissement et des électrodes distinctes; - la figure 6 est une vue schématique représentant l'invention dans son application à un transformateur comportant des électrodes spéciales et des dispositifs de refroidissement externes ;
- la figure 7 est une vue schématique représentant l'invention dans son application à un transformateur pourvu d'échangeurs de chaleur externes et dans lequel on foce l'huile à circuler à travers un échangeur de chaleur d'où l'on dissipe la chaleur au moyen d'eau, des électrodes spéciales étant utilisées à l'intérieur du transformateur et dans l'échangeur de chaleur pour permettre l'application du champ électro-statique; - la figure 8 est une vue schématique représentant l'invention dans son application à une installation utilisant à la fois des transformateurs élévateur et abaisser de tension; - la figure 9 est une vue schématique représentant l'invention dans son application à un transformateur spécial du type cuirassé; - la figure 10 est une vue schématique représentant l'invention dans son application à des câbles remplis d'huile.
Ainsi qu'on le voit d'après le dessin, on peut appliquer l'invention de diverses façons au refroidissement des transformateurs. On peut appliquer le courant unidirectionnel haute tension entre l'un des enroulements et le bac ou bien entre l'un des enroulements et les serpentins de re- froidissement, ou bien entre l'un des enroulements ou les deux et les électrodes spéciales, ou bien entre les électrodes spéciales et le bac ou le noyau ou les serpentins de refroidissemento Dans la totalité de telles adaptations, le refroidissement obtenu et la capacité sont sensiblement augmentés et ceci est vrai même si les surfaces ou éléments échauffés ne constituent pas l'une des électrodes du champ électrostatique haute tension.
Dans le cas où l'on applique du courant continu haute tension entre l'un des enroulements du transformateur et des électrodes isolées convenablement placées dans l'huile, l'huile prend un rapide mouvement de vaet-vient entre les éléments ou surfaces engendrant la chaleur et les éléments ou surfaces de refroidissement et ceci sert à dissiper la chaleur plus rapidement qu'il n'est possible de le faire par convection naturelle ou forcée de l'huile ou avec n'importe lequel des autres procédés actuellement connus pour refroidir l'huile. Dans le transformateur ordinaire, l'huile plus froide, située près du fond vient en contact avec les enroulements et se déplace verticalement vers le haut le long des enroulementso Etant donné que l'huile recueille de la chaleur au fur et à mesure qu'elle circule vers le haut,
elle séchauffe dans une telle mesure, avant d'atteindre la partie supérieure, que l'effet de refroidissement dans la partie supérieure est relativement faible. Dans le cas où l'on utilise la présente invention, il est possible d'obtenir un déplacement qui est plus proche de l'horizontale que de la verticale entre les enroulements échauffés et les électrodes chargées et également entre les électrodes chargées et la surface de refroidissemento Une action analogue se produit entre les surfaces ou éléments chargés de fa- çon opposée dans le cas où l'on nutilise aucune électrode distincte.
On peut faire en sorte que la distance de déplacement soit tout à fait courbe de manière à obtenir une rapide transmission de chaleuro
Il est désirable, lors de l'application de la présente invention aussi bien à un transformateur qu'à un autre appareil, de réduire à des distances relativement courtes l'écartement entre les surfaces chargées de façon opposée., de manière que l'huile n'ait à se déplacer horizontalement que sur une courte distance pour passer des enroulements échauffés aux surfa-
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ces de ref@o@dissement. De cette façon!, réchauffement excessif des sections supérieures des enroulements, comparativement aux sections inférieures,
se trouve diminué parce que la chaleur se transmet à peu près horizontalement et avec une grande rapidité vers les surfaces de refroidissement plutôt que cumulativement et lentement vers le haut le long de l'axe vertical des surfaces échauffées des enroulements. Comme indiqué, les serpentins de refroidissement ou les surfaces de refroidissement elles-mêmes, ou bien les enroulements du transformateur peuvent servir d'électrodes isolées entre lesquelles existe une différence de potentiel en courant continu. Si les serpentins de refroidissement comportent des arêtes vives, elles accélèrent l'éloignement de l'huile chargée électro-statiquement et l'on obtient encore d'autres résultats améliorés.
Si les enroulements de cuivre ou les serpentins de refroidissement utilisés sont lisses et arrondis et si l'on utilise des électrodes distinctes, il est désirable que les arêtes soient relativement minces parce que l'on peut obtenir un déplacement plus rapide de l'huile, étant donné que les arêtes ou surfaces plus minces donnent un champ électrostatique beaucoup plus dirigé entre les électrodes et les surfaces voisineso L'action obtenue est proportionnelle au gradient de potentielo
S'il se présente des potentiels de courant alternatif entre les enroulements et le bac du transformateur, ce qui est en général le cas, les potentiels électrostatiques de courant continu haute tension utilisés lors de la mise en oeuvre de la présente invention se superposent.
Dans des essais que l'on a conduits sur un transformateur de 10 kwa (l'écartement séparant les électrodes de la section la plus proche de l'enroulement, était approximativement de 12,7 mm. et l'écartement séparant les électrodes des serpentins refroidis par l'eau avait environ la même valeur), un potentiel de courant continu de 20 kilovolts pout produire l'électro-convection désirée avait pour résultat de maintenir la température de l'huile à une valeur relativement basse sous une charge de 25 kva, tandis que ce transformateur, dans des conditions de fonctionnement normales, avait une puissance ne dépassant pas 12,5 kva avec une température d'huile quelque peu plus élevée.
Ainsi, la capacité de ce transformateur se trouvait accrue de 100 % et la température de l'huile était maintenue, de façon appréciable, au-dessous de la température permissibleo
On a constaté que, dans le cas où l'on applique à l'appareil un courant continu à haute tension de la manière décrite, l'huile en contact avec l'électrode chargée électrostatiquement est non seulement repoussée rapidement par l'électrode, mais est encore attirée par toute surface de polarité électrostatique opposée située dans son voisinage et vient en contact intime'avec cette surface dans le but de céder sa charge électrostatique et sa chaleur à l'agent de refroidissemento Elle se neutralise et acquiert une charge de polarité opposée, puis elle est de nouveau attirée par l'électrode d'origine avec laquelle elle était en contact,
et retourne vers celle-cio Ce cycle se répète rapidement et il se produit une rapide transmission de chaleur de la surface échauffée à la surface plus froide.
L'importance et l'efficacité de ce déplacement dépendent de la tension du champ électrostatique, de 1'écartement des électrodes (qui peuvent être constituées par les enroulements, le bac, les tubes de refroidissement, le noyau ou des électrodes spéciales), de la forme des électrodes et de la viscosité de l'huileo L'un des facteurs de limitation en ce qui concerne la tension du champ électrostatique est la disparition du pouvoir isolant de l'huileo La source d'énergie à haute tension doit avoir de telles caractéristiques de réglage que peu d'énergie se trouve dissipée lorsqu'il se produit cet inconvénient et s'il se produit.
Ceci est une protection contre l'inflam- mation de l'huileo Bien entendu, très peu d'énergie est nécessaire pour ce champ électrostatique, étant donné que l'on peut obtenir l'action de convection avec des valeurs de courant extrêmement faibleso On a obtenu de bons résultats avec des potentiels de l'ordre de un dixième ou de la moitié du potentiel de jaillissement d'arc ou de rupture, en assurant ainsi un grand facteur de sécurité contre la formation d'arco La consommation de courant est
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de l'ordre de 50 microampères pour le transformateur de 25 kva mentionné cidessus. En règle générale, si les écartements entre les électrodes et les surfaces échauffées et froides sont faibles, des tensions basses donneront des résultats satisfaisants.
Pour des écartements plus grands, des tensions plus élevées sont nécessaires pour obtenir une transmission de chaleur plus efficace. On a constaté qu'une tension de courant continu de 15.000 volts produit un déplacement rapide dans une masse d'huile et une égalisation efficace de la chaleur si des électrodes pointues, de faible courbure ou plates sont écartées d'environ 25, 4 mm ou moins d'avec des surfaces courbes ou plates plus grandes de polarité opposée.
Dans des transformateurs de très grandes dimensions où la chaleur pose un problème extrêmement sérieux et où il est difficile d'obtenir un contact entre l'huile et une surface suffisamment grande des enroulements et du noyau, on peut avoir recours à divers artifices avec ce type de transformateur dans le but d'amener une quantité d'huile plus grande en contact avec le noyau et les enroulements. Par exemple, on peut utiliser des conduits horizontaux à huile entre les enroulements en plusieurs pièces.
De même, on peut utiliser des conduits verticaux d'intercommunication à l'intérieur, entre le noyau et les serpentins et entre les serpentins et le bac ou les surfaces de refroidissement. On peut appliquer la présente invention à de tels transformateurs de la manière décrite et représentée sur le dessin, et obtenir des résultats améliorés, mais, en outre, on peut utiliser d'autres moyens pour accélérer le déplacement de l'huile au voisinage de toutes les parties du noyau et des enroulementso Par exemple, on peut disposer des électrodes supplémentaires avec ou sans arêtes vives dans des conduits d'huile alternés dans le but d'accélérer la transmission de chaleur.
Dans toute installation, il est désirable que le plus possible de la surface des enroulements soit exposé à l'huile ou autre fluide, car ceci donne de plus grandes surfaces sur lesquelles le champ électrostatique peut agir pour permettre d'obtenir une plus grande circulation du fluide.
L'une des raisons pour laquelle on a obtenu un transfert de chaleur plusieurs fois plus rapide pour la même différence de température et sur la même surface d'utilisation du champ électrostatique, est qu'il existe une transmission immédiate de chaleur de la surface chauffée au liquide lors de l'application du courant continu à haute tension. Dans le cas ou l'on n'utilise pas une telle tension, il se produit une transmission limitée de la chaleur à la surface plus froide jusqu'à ce que le liquide se soit échauffé dans une mesure telle qu'il se dilate, devienne plus léger et remonte dans le transformateur.
Par suite des forces électrostatiques de répulsion et d'attraction entre les surfaces et les particules d'huile, lorsqu'elles se trouvent soumises à un gradient ou champ de potentiel de courant continu, l'huile se déplace immédiatement qu'elle soit plus chaude, plus froide, ou à la même température.,
Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, on a appliqué l'invention à un transformateur ordinaire à noyau du type à autorefroidissement et dans lequel on n'utilise aucune électrode spéciale. Dans ce mode de réalisation, les enroulements 2 à haute tension sont reliés à la source 3 de courant continu à haute tension.
Les enroulements 2 à haute tension et les enroulements 4 à basse tension sont, bien entendu, tous deux disposés autour des jambes du noyau 5 et sont écartés l'un de l'autre par plusieurs bandes 21 en bois ou matière analogue, espacées autour des bobines.
L'un des côtés du champ électrostatique est relié au bac 6, qui est écarté des enroulements et qui constitue l'espace contenant l'huile 7 ou un autre fluide diélectriqueo Le bac peut être mis à la terre, comme indiqué en G. En cours de fonctionnements, une tension élevée appropriée est envoyée de la manière que l'on vient de décrire et un champ électrostatique se crée entre le bac et les enroulements à haute tension.
Ce champ provoque un rapide vaet-vient des particules d'huile entre les surfaces engendrant la chaleur (c'est-à-dire les enroulements) et la surface plus froide (c'est-à-dire le bac) d'où il s'ensuit que la chaleur est évacuée des enroulements du noyau beaucoup plus rapidement qu'il est possible de le faire par convection naturel-
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le ou forcée de l'huile. Les particules d'huile se déplacent suivant un court trajet direct plus proche de l'horizontale que de la verticale, entre les enroulements échauffés et le bac, de manière à provoquer ce refroidissement.
Il est désirable que l'écartement entre les surfaces chaudes et froides, c'est-à-dire entre les enroulements et le bac respectivement, soit aussi faible que possible, de manière que le déplacement des particules chargées se trouve maintenu au minimum. On a constaté qu'un écartement de 25,4 ou moins est désirable dans le but de permettre l'utilisation de tensions plus basseso On a constaté que dans le cas où l'écartement est approximativement de 12,7 mm, une tension de courant continu de 20.000 volts pour permettre d'obtenir 1-'électro-convection, donne des résultats désirables.
Sur la figure 2, on a représenté schématiquement un transformateur courant à noyau du type à auto-refroidissement auquel on a appliqué des électrodes spéciales appropriées. Dans ce mode de réalisation, comme dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, l'un des côtés de la source 3 de courant continu à haute tension est relié à l'enroulement à haute tension du transformateur (et superposé) cet enroulement). L'autre côté de la source de courant continu à haute tension est reliéà chacune de plusieurs électrodes 8 disposées autour du noyau et des enroulements, entre les enroulements et le bas.
On peut utiliser n'importe quel nombre de ces électrodes 80 On peut monter lesdites électrodes de toute manière appropriée, mais, comme représenté sur la figure 2, elles sont supportées sur des blocs isolés 9 qui, à leur tour, sont fixés aux enroulements. Ces électrodes 8 sont, de préférence, écartées approximativement d'une distance égale entre les enroulements et le bac, bien que, naturellement, ceci ne soit pas essentielo
Dans ce mode de réalisation, le champ électrostatique est crée entre les électrodes 8 et les enroulements à haute tension, les particules d'huile se chargent,
elles se déplacent entre l'électrode et l'enroulement haute tension et elles accélèrent sensiblement la vitesse à laquelle la chaleur est transmise des enroulements à l'huile et de l'huile au bac environnanto
Le mode de réalisation représenté sur la figure 3 est sensiblement le même que celui représenté sur la figure 2 avec cette différence que l'enroulement haute tension est relié à l'autre côté de la source 3 de courant continu haute tensiono Le bac est également relié au même côté de cette dernièreo Les électrodes 8 sont reliées à l'autre côté de la source de courant continu haute tensiono
Sur la figure 4, on a représenté un transformateur ordinaire à noyau muni de serpentins internes de refroidissement et sans électrodes spéciales.
Comme représenté, l'enroulement 2 haute tension est relié àl'un des côtés de la source 3 de courant continu haute tensiono Les serpentins de refroidissement 10 à travers lesquels on fait circuler l'eau ou un autre fluide approprié pour absorber la chaleur de l'huile sont reliés à l'autre côté de la source de courant continu haute tension. Les serpentins sont reliés à un conduit d'entrée 11 et à un conduit de sortie 12.
Le champ électrostatique crée par la source de courant continu haute tension permet d'obtenir l'électro-convection mentionnée ci-dessus et améliore la vitesse de refroidissement dans une mesure telle que le transformateur p eut être chargé jusqu'à 200 ou 300 %, de sa capacité nominale normaleo Les particules d'huile chargées vont et viennent horizontalement entre les enroulements et les serpentins de refroidissement;
elles cèdent rapidement leur chaleur aux serpentins de refroidissement et sont ensuite repoussées vers l'enroulement à haute tension où elles recueillent de nouveau de la chaleur qu'elles transmettent aux serpentins de refroidissemento Bien que, comme représenté, l'enroulement haute tension soit relié au côté positif de la source de courant continu haute tension, on obtient des résultats entièrement satisfaisants en reliant les serpentins de refroidissement 10 au côté positif de la source de
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courant continu haute tension et le côté négatif aux enroulements-.
Sur la figure 5, on a représenté un transformateur du type à noyau pourvu de serpentins internes de refroidissement et d'électrodes distincteso Dans ce mode de réalisation, les serpentins de refroidissement 10 s'étendent complètement autour de la surface intérieure du bac, entre le bac et les enroulements et le noyau. Les électrodes 8 sont, de préférence, disposées approximativement à mi-distance entre les serpentins de refroidissement et les enroulements du transformateur, bien que ceci ne soit évidemment pas essentiel, étant donné que l'on peut utiliser tout écartement approprié. On peut prévoir tout nombre approprié d'électrodes.
Comme représenté, les électrodes sont reliées à l'un des côtés de la source 3 de courant continu haute tension et les serpentins de refroidissement 30 et les enroulements 2 du transformateur sont reliés à la masse ou à l'autre côté de cette source.
On peut également relier le bac 4 à la masse. Dans ce mode de réalisation, comme dans les autres modes de réalisation décrits, en appliquant à l'appareil un champ électrostatique de courant continu haute tension, les particules de l'huile se chargent, vont et viennent entre les surfaces chargées de façon opposée, ce qui oblige les particules d'huile 7 à prélever la chaleur provenant des enroulements échauffés et à la transmettre aux surfaces plus froides qui repoussent les particules et les obligent à reculer et à venir de nouveau en contact avec la surface échauffée de l'enroulement où elles sont ensuite repoussées vers les surfaces plus froides. L'écartement entre les électrodes 8 et les serpentins 10 de refroidissement et les enroulements dont on doit prélever la chaleur est, de préférence, maintenu au minimum.
On a obtenu d'excellents résultats avec des tensions relativement basses et avec un écartement de 9,52 mm entre les électrodes et les enroulements et entre les électrodes et les serpentins ou tubes de refroidissement.
Comme indiqué, on peut appliquer la présente invention à des transformateurs comportant des échangeurs de chaleur externes. Sur la figure 6, on a représenté une vue schématique d'un transformateur du type à noyau pourvu d'un échangeur de chaleur externe. Dans ce mode de réalisation, les électrodes 8 sont reliées à l'un des côtés de la source 3 de courant continu à haute tension. Les enroulements haute tension 2 sont reliés à l'autre côté de la source 3 de courant continu haute tension. L'huile 7 recueille la chaleur provenant des enroulements et du noyau elle circule dans un conduit de sortie 13 pour se rendre à un échangeur de chaleur 14 et, par un conduit d'entrée 15, revient à la masse d'huile principale contenue dans le transformateur.
En raison du fait qu'une certaine convection naturelle a lieu et que l'huile plus chaude se déplace vers la partie supérieure du transformateur, l'huile quitte la partie supérieure du réservoir et, après avoir traversé les échangeurs de chaleur, revient près du fond de ce dernier. Lorsqu'elle traverse les échangeurs de chaleur,la chaleur est prélevée de l'huile par l'eau de refroidissement qui circule également dans l'échangeur de chaleur de toute manière appropriée., A cet effet, on peut utiliser une pompe 16. Dans ce mode de réalisation, par suite de l'application du champ électrostatique entre les électrodes et les enroulements, les particules d'huile extraient rapidement la chaleur des enroulements et l'huile circule alors à travers les échangeurs de chaleur, se refroidit et retourne au réservoir..
Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 7, l'huile ou autre fluide contenu dans le transformateur traverse un échangeur de chaleur. Elle quitte le transformateur par le conduit de sortie 13, qui est disposé de manière à prélever l'huile de la partie supérieure du transformateur, et est ramenée à la partie inférieure du transformateur par le conduit d'admission 15. On utilise une pompe 16 pour établir la circulation nécessaire. L'huile circule à travers l'échangeur de chaleur 14 où elle passe sur un réfrigérant 17 à travers lequel on fait passer de l'eau ou un autre fluide de refroidissement..
L'eau entre dans le réfrigérant 17 par un conduit d'admission 18 et en sort par le conduit de sortie 19. Des électrodes 20 sont disposées entre le réfrigérant 17 et la paroi extérieure de l'échangeur de chaleur et ces électrodes sont reliées ensemble et sont reliées à l'un des côtés de la source de courant continu à haute tension. Le bac de l'échangeur de cha-
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leur et également le bac du réfrigérant sont reliés à la terre ou à l'autre côté de la source de courant continu haute tension et, par voie de conséquence, l'huile, au cours de son passage à travers l'échangeur de chaleur, est soumise à l'action du champ électrostatique.. L'action qui a lieu ici, est, bien entendu, analogue à celle qui a lieu dans le transformateur.
La source de courant continu haute tension est reliée de façon similaire aux électrodes 8 du transformateur et également au bac du transformateur. A la'fois dans l'échangeur de chaleur et dans le transformateur du mode de réalisation représenté sur la figure 7, les électrodes individuelles sont reliées ensemble à l'intérieur de l'échangeur de chaleur ou du transformateur et un conducteur unique est branché et relié à la source de courant.
Ceci est également vrai en ce qui concerne les autres modes de réalisation décrits jusqu'ici, dans lesquels on utilise des électrodes spéciales.
Sur la figure 8, on a représenté un autre mode de réalisation de l'inventiono Sur cette figure, on a représenté de quelle façon on peut appliquer l'invention à une installation comportant à la fois des transformateurs élévateur et abaisseur de tension. Ainsi qu'on l'a représenté, on peut relier la source de courant continu haute tension à l'enroulements haute tension de l'un des transformateurs et au bac du transformateur, qui est également mis à la terre, et cette source unique suffira alors à appliquer la haute tension aux deux transformateurs et à n'importe quels autres transformateurs que l'on peut relié à la ligne.
Sur la figure 9, on a représenté l'invention dans son applica- tion à un transformateur cuirassé d'un type nouveau. Dans ce mode de réalisa- tion, l'enroulement haute tension 2 est formé de rubans 22 de fil de cuivre plat, les spires étant espacées les unes des autres par un isolant 23. Comme représenté, il existe deux de ces bobines de fil métallique plat qui sont reliées ensemble par un cavalier 24. Ces enroulements s'étendent autour de la jambe centrale du noyau 5. L'enroulement 4 basse tension se compose d'un tube enroulé situé au voisinage de l'enroulement primaire mais isolé de ce dernier de façon appropriée. On peut faire circuler de l'eau ou autre fluide approprié pour permettre le refroidissement, dans l'enroulement basse tension,ce fluide passant dans l'extrémité 25 du conduit d'admission et sortant par le conduit de sortie 26.
L'enroulement haute tension est relié à l'un des côtés de la source de courant unidirectionnel haute tension et l'autre côté de la source est relié à la terre ou à l'enroulement basse tension.
Si l'enroulement haute tension est relié à la terre, on reliera également à la terre l'enroulement basse tensiono De même, on peut relier le bac à la terre. Grâce à cette organisation, le champ électrostatique est créé d'une part entre l'enroulement haute tension et d'autre part, entre le bac et l'enroulement basse tension. Grâce au.fait qu'un bord de chaque spire de l'enroulement haute tension n'est pas recouvert par l'isolant et est exposé à l'enroulement refroidi basse tension et que le champ existe entre ces enroulements, on obtient un rapide refroidissement. Si on le désire, l'enroulement haute tension et l'enroulement basse tension peuvent tous deux être du type à fil métallique plat et un serpentin de refroidissement peut être disposé entre eux, dans ce cas, on applique le champ électrostatique entre les enroulements et le serpentin.
Il est évident pour les techniciens que, si on le désire, on peut refroidir le noyau du transformateur et le relier à l'un des côtés de la source de courant unidirectionnel haute tension, l'autre côté étant relié au bac, ou aux électrodes, ou aux serpentins de refroidissement ou encore aux enroulements.
Dans n'importe lequel des modes de réalisation décrits ci-dessus, si on le désire, on peut placer les électrodes ou les serpentins de refroidissement près du fond du bac, au voisinage du noyau et des enroulements. Dans ce cas, la circulation des particules d'huile chauffée se fait verticalement, les particules chauffées se déplaçant vers le bas dans un sens opposé à la circulation de convection normale provoquée par l'échauffement de l'huile. De même, si on le désire, on peut placer les électrodes ou les serpentins de refroidissement au voisinage de la partie supérieure @
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bac; dans ce cas, la convection naturelle est sensiblement accélérée d'où il s'ensuit que le transformateur est notablement refroidi.
Les électrodes peuvent être disposées de toute façon apprcpriée et, en fait, on peut utiliser à la fois des électrodes cu des serpentins de refroidissement supérieurs et inférieurs avec ou sans électrodes autour des côtés du bac.
On a constaté qu'avec n'importe lequel de ces modes de réalisation, il est possible d'accroître notablement la vitesse de dissipation de la chaleur dans le transformateur et que, par suite, la capacité du transformateur peut s'accroîte d'au moins 150 %. Grâce à l'utilisation de la présente invention, on a fait fonctionner des transformateurs sous une charge de 250 % pendant des périodes de temps prolongées sans que les températures règnant dans le transformateur soient aussi élevées qu'elles le seraient normalement avec une charge de 100 % seulemento .Sur la figure 10, on a représenté l'invention dans son application à un conduit 30 rempli d'huile et comportant plusieurs conducteurs 31.
Le conduit 30 est relié à l'un des côtés de la source 3 de courant unidirectionnel haute tension. L'autre côté de cette source est reliée à l'un des conducteurs et il se crée un champ électrostatique entre le conducteur et l'enveloppe. Le champ réduit notablement la température des conducteurs et a pour conséquence un accroissement de la charge que peuvent transporter les conducteurs sans échauffement anormale
REVENDICATIONS.