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MESSWANDLER-BAU G.m.b.H., résidant à BAMBERG (Allemagne).
TRANSFORMATEUR A NOYAU ANNULAIRE ET A PARTIES ACTIVES PLACEES A L'INTE- RIEUR D'UNE ENVELOPPE ISOLANTE REMPLIE D'HUILE, PAR EXEMPLE A L'INTERIEUR
D'UN ISOLATEUR D'APPUI.
Pour les transformateurs d'intensité dont les parties actives sont placées à l'intérieur d'une enveloppe isolante, par exemple à l'inté- rieur d'un isolateur d'appui rempli d'huile, on en est arrivé de plus en plus à remplacer les noyaux en forme de cadre par des noyaux annulaires.
Dans les noyaux en forme de cadre, l'enroulement secondaire par exemple est réparti sur deux bras, tandis que l'enroulement primaire est logé dans une enveloppe métallique sensiblement ovale et est isolé pour la tension totale d'essai ; ou bien le noyau, maintenu à la moitié de la tension, est muni d'un bobinage emmanché réparti sur deux branches, et, formé sur cha- que branche, par un enroulement primaire ainsi que par un enroulement secon- daire isolés pour la moitié de la tension (montage en cascade).
Les noyaux annulaires possèdent, entre autre, l'avantage d'avoir un trajet dans le fer beaucoup plus court et de pouvoir être enroulés sans joints à partir de rubans. Les bobinages emmanchés nécessitent par exemple une dépense supplémentaire très importante en Ampère-tours, ce qui fait que les avantages électrostatiques du montage en cascade sont plus que compen- sés.
On a toujours réalisé les noyaux annulaires sous forme d'anneaux à deux axes en croix. Dans cette forme de réalisation l'enroulement primaire vertical et le noyau, transversal par rapport à cet enroulement et portant, par l'intermédiaire d'une bande de papier, l'enroulement secondaire, sont chacun noyés à l'intérieur d'une enveloppe métallique et leux isolement fait de bandes de papier est calculé pour environ la moitié de la tension d'es- sai.
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Dans les formes de réalisation jusqu'ici connues de transforma- teurs à noyau annulaires construits avec une enveloppe isolante, un incon- vénient particulier vient du fait que les parties actives placées essentiel- lement dans le sens de l'axe de l'enveloppe isolante, courtcircuitent de grandes portions de cette enveloppe isolante dans cette direction. En parti- culier, aussi bien le noyau de fer du transformateur que l'enroulement pri- maire de forme correspondant approximativement au contour d'un oeuf, prennent chacun une partie importante de la longueur totale de l'enveloppe isolante et nuisent ainsi à la répartition de la tension le long de la surface su- périeure de l'enveloppe isolante.
Un autre inconvénient vient du fait que l'enroulement primaire n'entoure pratiquement qu'une portion relativement faible de la périphérie du noyau annulaire, de sorte que l'on est obligé de placer dans cette zone la majeure partie de l'enroulement secondaire. Cette disposition dissymétrique du bobinage est défavorable du point de vue de la technique des mesures et exerce également une influence défavorable sur la résistance offerte aux courtcircuits. L'espace creux, rempli d'huile, de 1' enveloppe isolante est mal utilisé.
Principalement par ces raisons d'encombrement, les réalisations connues, reposant sur le principe, parfaitement adéquat en soi, du noyau an- nulaire, ne peuvent pas être utilisées par exemple pour les transformateurs combinés d'intensité et de tension dans lesquels la partie transformateur d' intensité et la partie transformateur de tension doivent être placées ensem- ble à l'intérieur d'une enveloppe isolante d'un type et d'une dimension, en particulier d'une hauteur, qui ne sont usuels que pour un seul de ces trans- formateurs.
La demanderesse a découvert qu'il était possible de réaliser de façon simple un transformateur à noyau annulaire, notamment un transfor- mateur d'intensité ou un transformateur combiné d'intensité et de tension, dans lequel les organes de transformation sont logés dans une enveloppe iso- lante commune, en plaçant horizontalement le noyau annulaire et en disposant uniformément sur toute sa périphérie l'enroulement secondaire, puis sur cet enroulement un isolement par bande, et, sur ce dernier, l'enroulement primai- re.
En réalisant et en disposant ainsi les parties actives, on utili- se complètement la section circulaire de l'enveloppe isolante. Le diamètre extérieur du transformateur d'intensité annulaire est exclusivement détermi- né par les parties actives.
On obtient en même temps une répartition très uniforme de la ten- sion à l'intérieur du transformateur. Ceci permet, pour une même sécurité de tension, une construction ramassée, plus légère, mécaniquement plus résistante et plus économique. On peut réaliser avantageusement le noyau annulaire sous forme d'un ruban, ce qui supprime ou diminue fortement l'influence des joints et permet même d'utiliser des matériaux laminés qui n'ont une perméabilité prédominante que dans le sens du laminage.
Comme on l'a également trouvé, il est recommandé de constituer l'enroulement primaire sous forme d'un anneau creux. On peut, dans cet enrou- lement comme dans l'enroulement secondaire, renoncer à une enveloppe métal- lique. Il est pourtant avantageux de munir l'enroulement secondaire d'une couche conductrice, de préférence mince, et de la mettre à un potentiel voisin du potentiel de l'enroulement secondaire, par exemple au potentiel de la terre, et également de déposer sur l'isolement enveloppant l'enroule- ment secondaire une couche conductrice mise au potentiel de l'enroulement primaire.
La forme arrondie que présente, même en coupe transversale, le noyau y compris l'enroulement secondaire, permet de réaliser l'isolement par pose de bandes de papier en utilisant des machines enrouleuses de pa- pier.
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Les sorties de l'enroulement secondaire menant aux bornes de connexion du secondaire sont avantageusement placées à l'intérieur d'un tube métallique ou d'un tube en substance isolante muni d'une mince couche conductrice, de préférence dans le sens perpendiculaire au plan du noyau annulaire. Le tube entourant les conducteurs de sortie et le coin formé contre le noyau angulaire sur lequel est bobiné l'enroulement secondaire sont eux aussi de préférence isolés par rapport à l'enroulement primaire.
Pour pouvoir rester maître de très hautes tensions d'essai,il est avantageux, comme on l'a également trouvé, de prévoir dans l'isolement du tube renfermant les conducteurs de sortie, des couches conductrices éta- gées dans le sens de l'axe de ce tube, permettant ainsi d'obtenir sur la surface sensiblement conique de cet isolement une répartition linéaire de la tension. Au cas où, pour pouvoir rester maître de très hautes tensions, il serait également nécessaire de munir des couches conductrices intermé- diaires l'isolement proprement dit de l'anneau creux du noyau;annulaire bo- biné avec l'enroulement secondaire, on peut réunir ces couches intermédiaires aux couches intermédiaires du tube renfermant les conducteurs de sortie; ces couches peuvent aussi se continuer les unes par les autres.
L'enroulement primaire est avantageusement réalisé par des con- ducteurs, par exemple des torons, disposés en gradin selon l'intensité du courant, de manière à éventuellement économiser encore ainsi de la place.
Il est très avantageux d'insérer dans l'enroulement primaire des organes d'appui, de préférence un anneau de montage, dans lequel sont vissés ou soudés des boulons dirigés vers le haut assurant la fixation des parties actives du transformateur sur le fond du conservateur d'huile, Le conservateur d'huile porte alors les parties actives.
On a ainsi aa surplus la possibilité très avantageuse de réunir les parties actives au conservateur d'huile ou au dispositif de commuta- tion, lequel peut être placé sur le conservateur d'huile ou à l'intérieur de celui-ci, en réalisant un seul bloc prêt à être monté et démonté d'une seule pièce. Les parties actives sont dans ce cas montées complètement avec le dispositif de commutation et/ou le conservateur d'huile et sont intro- duites en bloc à l'intérieur de l'enveloppe isolante, de sorte qu'il n'y a plus alors qu'à réaliser les raccordements aux bornes secondaires.
Il est cependant possible d'appuyer et de fixer les'parties ac- tives sur le fond du transformateur, par exemple sur le socle, de préférence par des tubes isolants, ou des baguettes isolantes. La disposition horizon- tale adoptée pour les parties actives offre alors, par suite des surfaces relativement importantes, des possibilités très aisées de mise en place et de fixation des organes,d'appui,
Lorsqu'on appuie de cette façon les parties actives sur le fond du transformateur il est au surplus recommandé de munir les extrémités de l'enroulement primaire, de préférence commutable, de boulons de raccordement qui, lors du montage de l'enveloppe isolante et du conservateur d'huile, sont enfilés avec isolement à travers le fond du conservateur.
Pour réaliser la fermeture assurant l'étanchéité entre l'envelop- pe isolante et le socle et/ou entre l'enveloppe isolante et le conservateur d'huile,on a intérêt à prévoir, dans la chambre occupée par l'huile, des baguettes de papier dur soumises à une traction et fixées sur le socle ou sur la face inférieure du conservateur d'huile. On place alors avantageuse- ment l'enroulement primaire de manière à ce que cet enroulement recouvre sans interruption tout autour du noyau la périphérie intérieure de l'isole- ment qui le maintient mais constitue sur la périphérie extérieure de l'iso- lement des secteurs présentant entre eux des espacements dans lesquels sont placées les baguettes de traction en papier dur.
Cette introduction, dans l'espace occupé par les parties actives, de baguettes de traction de papier dur contribue également, d'une façon simple, à limiter à la valeur la plus
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faible le diamètre de l'enveloppe isolante.
Le fait que ce sont les baguettes de papier dur qui assurent la fermeture étanche permet de supprimer les cames habituellement utilisées sur le bord extérieur de l'enveloppe isolante, grâce à quoi les diamètres du socle et du conservateur d'huile peuvent être maintenus plus faibles.
Le transformateur conforme à l'invention est approprié pour les buts les plus divers, il peut en particulier servir comme transformateur d'intensité ou comme la partie transformateur d'intensité d'un transforma- teur combiné d'intensité et de tension rempli soit d'huile, soit d'une sub- stance compacte, de préférence de résine artificielle. Dans le cas d'un rem- plissage par une substance compacte, par exemple par de la résine artificiel- le, on peut remplacer les baguettes supports ou porteuses des parties acti- ves horizontales par un remplissage de soutien.
Dans un transformateur combiné d'intensité et de tension, il est recommandé de donner aux parties actives du transformateur d'intensité la configuration indiquée par l'invention et de les placer horizontalement, de préférence à la partie supérieure de l'enveloppe isolante, les parties ac- tives du transformateur de tension étant logées près du fond ou au fond du transformateur, de préférence de manière à ce que le noyau en forme de cadre placé dans le sens de la hauteur ne comporte les parties actives du transfor- mateur de tension que sur le bras supérieur horizontal.
La description ci-après faite à titre d'exemple précise à l'aide des dessins annexés d'autres caractéristiques de l'invention.
La figure 1 représente une coupe longitudinale d'un transfor- mateur d'intensité conforme à l'invention.
La figure 2 est une variante de réalisation du transformateur suivant la figure 1.
La figure 3 représente une coupe longitudinale d'un transforma, - teur combiné d'intensité et de tension dans laquelle on n'a représenté en détail que le transformateur d'intensité.
La figure 4 est une coupe longitudinale d'un noyau annulaire avec sortie isolante, l'isolement du tube de sortie comportant des couches conductrices.
Les organes identiques sont représentés par les mêmes chiffres de référence.
Le corps isolant 4 à ailettes, fait par exemple en porcelaine, est fixé d'une manière amovible sur le socle 1 au moyen de vis 2, 3 par 1, intermédiaire d'un anneau d'étanchéité non représenté. Sur le bord supérieur 5 de ce corps isolant est placé, par l'intermédiaire d'un anneau d'étanchéi- té 6, le conservateur d'huile 7 fermé par un couvercle 8 et portant dans ses parois latérales les traversées 9 et 10 sur lesquelles on peut raccorder intérieurement différentes bornes de commutation, par exemple 11, 12, 13 reliées à l'enroulement primaire du transformateur.
Sur le fond 14, fond qui repose sur le bord 15, légèrement en saillie vers l'intérieur, du con- servateur d'huile 7, sont fixés d'une manière amovible, au moyen.des vis 18, 19, les bras 16,17 d'un équerre ; autres bras 20, 21 sont réunis de ma- nière amovible aux traversées 9 ou 10, de sorte que le fond 14 est maintenu par les traversées dans une position prédéterminée.
Au-dessous du fond et dans l'espace creux 22 de l'enveloppe iso- lante 4 sont logées les parties actives du transformateur conforme à l'in- vention. Le noyau de fer 23 placé horizontalement porte l'enroulement secon- daire 24 dont les sorties sont guidées vers l'extérieur par la traversée isolante 25. Au-dessus de la bande de papier '26 est placé l'enroulement pri- maire 27 en forme d'anneau creux, réuni par des conducteurs de raccordement, par exemple 28, 29 aux bornes de raccordement 11 ou 13. On peut par suite
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commuter l'enroulement primaire de la manière connue.
L'enroulement primaire est rigidement relié aux tiges 30, 31,
32 assurant la suspension amovible des parties actives du transformateur sur le fond 14 du conservateur.
La variante de réalisation représentée à la figure 2 ne se dis- tingue du transformateur de la figure 1 que par le fait qu'ici les parties actives du transformateur ne sont pas suspendues sur le fond 14 du conser- vateur mais dont au contraire placées sur un fond intermédiaire en matière isolante 33 fixé de son coté par des goupilles 34 en substance isolante sur les baguettes en substance isolante 35.
Ces baguettes 35 sont fixées d'un coté sur le socle 1 par les vis 36 et sont tendues de l'autre côté par les boulons 30 et les écrous 37 de sorte que ces baguettes, soumises à une traction, procurent la pression assurant l'étanchéité de l'anneau d'étanchéité 38 entre le socle \ et l'en- veloppe isolante 4.
Dans l'exemple représenté sur la figure 2 les baguettes isolantes 35 se trouvent dans une zone extérieure à l'enroulement primaire 27
Mais il est possible, conformément à l'invention, de placer 1' enroulement primaire 27 de manière a ce que cet enroulement recouvre sans interruption tout autour du noyau 23 ou de la bande de substance isolante 26 placée sur l'enroulement secondaire 24 la périphérie intérieure de l'isole- ment qui le maintient, mais constitue sur la périphérie extérieure de l'i- solement, des secteurs présentant entre eux des espacements dans lesquels sont placées les baguettes de traction 35 en papier dur. Les baguettes de papier dur assurent en même temps une fixation de l'enroulement primaire 27 sur la périphérie extérieure de manière à augmenter la résistance de cet enroulement aux courtcircuits.
Dans le transformateur combiné d'intensité et de tension repré- senté sur la figure 3, le noyau 40, en forme de cadre, du transformateur de tension repose sur le socle déplaable 41. Les parties actives du trans- formateur de tension sont placées sur la branche supérieure horizontale du noyau . L'enroulement à haute tension 42 est représenté par son contour.
La traversée 44 de l'enroulement à haute tension est réalisée de manière identique à la traversée 45, appuyée sur une cornière 57 sur le noyau de fer 40, de la partie transformateur d'intensité, partie placée vers le haut à l'intérieur de l'enveloppe isolante 43.
Cette partie transformateur d'intensité se compose du noyau 46 sur lequel est monté l'enroulement secondaire 47 et son enveloppe isolante 48 sur laquelle est placé l'enroulement primaire 49 dont une sortie est guidée par exemple sur la borne 50. Les bornes 51 et 52 sont réunies aux tra- versées 53 et 54 dans le conservateur d'huile 55 fermé par le couvercle 56.
Les parties actives du transformateur d'intensité, à savoir le noyau 46 avec l'enroulement secondaire 47 et l'isolement 48, l'enroulement primaire 49 et la traversée 45 prennent appui sur un dispositif nonreprésen- té sur la figure 3. Ce dispositif peut soit s'appuyer par des baguettes iso- lantes sur le socle 41. soit être fixé sur le conservateur d'huile 55 par des parties constructives appropriées constituées aussi en un matériau conducteur.
La figure 4 représente schématiquement, à titre d'exemple, la mise en place de telles couches de revêtement du conservateur dans une tra- versée isolée par bandes. Le noyau de fer 46 porte l'enroulement secondaire 47 et la bande isolante de papier 48.
Les arrivées à l'enroulement secondaire 48 sont guidées dans un tube métallique ou dans un tube 58 en matière isolante muni d'une couche con- ductrice. Ce tube constitue l'âme de l'isolement par bandes de la traversée, laquelle renferme les couches conductrices 59-64 disposées de manière à ce
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. que leur capacité mutuelle et leur perditance permettent d'obtenir le long de la traversée en gradins une répartition aussi linéaire que possible de la tension.
La traversée 45 est placée dans le sens de la longueur car elle doit amener le potentiel de la terre dans l'espace occupé par la partie transformateur de tension. La bande de papier de cette traversée est dis- posée de manière à ce que la haute tension soit répartie aussi uniformément que possible sur la longueur de cette traversée. On enroule avantageusement sur les enroulements de papier de la traversée 45 des armatures de condensa- teurs judicieusement dimensionnées.