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La réalisation d'un isolement par enrobage à la résine (synthé- tique) coulée peut présenter certaines difficultés, spécialement lorsque les électrodes à isoler supportent de très hautes tensions. En particulier, la coulée de grosses pièces est difficile par suite du retrait à la solidi- fication de la résine et du refroidissement qui suitégalement par suite des dilatations thermiques résultant des variations de températures en ser- vice,, Il y a risque de craquelure si la dilatation thermique de la résine est supérieure à celle des métaux des électrodes. De plus, le facteur de pertes des résines coulées d'enrobage, connues jusqu'ici dans les emplois à très haute tension de serviceest si élevé qu'il est parfois difficile d'éviter le risque d'un claquage thermique.
D'autre part, les isolements constitués par des feuilles d'i- solant enroulées peuvent être facilement détérioréeso S'ils sont imprégnés à l'aide d'un liquide, l'huile par exemple, ils doivent être protégés dans un récipient contre les pertes de liquidée D'autre partils peuvent se charger de plus en plus d'humidité provenant du liquide. Mais des isole- ments convenablement choisis et constitués par des feuilles enroulées pos- sèdent de grands avantagespar exemple une rigidité diélectrique extrême- ment forte, un faible facteur de pertes, une grande souplesse, une bonne ap- titude à l'enrobement de revêtement de réglage du champ, d'enroulements de conducteurs, etc...
Suivant l'inventionon peut éviter d'une façon simple tous ces inconvénients, au moyen d'un isolement haute tension composite, qui est constitué par un montage de diélectriques en série comprenant au moins chacun une couche de la feuille de matière isolante enroulée, et une couche de la résine enveloppant cette dernière, ce montage série supportant, au moins en partie,une contrainte électrique. Dans ce montage en série des deux diélectriques, la résine d'enrobage doit constituer au moins la couche extérieure extrême, et par suite envelopper le diélectrique enroulée Ce montage combine les avantages de chacun des deux diélectriques sans avoir leurs inconvénients.
La résine coulée ne doit pas être poreuseo De plus, comme elle doit elle-même absorber une partie de la chute totale de tension, elle doit avoir une bonne qualité diélectrique. Les résines coulées particulièrement avantageuses sont celles qui sont produites par un poly-réaction, par exemple polymérisation ou polyaddition, à partir de produits initiaux qui sont liquides à la température ordinaire ou à une température plus élevée (et en particulier de produits initiaux pouvant être coulés) , et qui durcissent sans dégager de composants volatils.
Pour les enroulements isolants, et de préférence les rubans isolants, il y a lieu d'envisager, d'après l'invention, particulièrement ceux qui sont constitués par un diélectrique poreux, le papier par exemple, et qui sont imprégnés par un isolant fluide. Pour qu'on puisse utiliser convenablement la rigidité diélectrique élevée de ces enroulements, il faut que leur résistance diélectrique spécifique soit aussi élevée que possible.
On peut obtenir ce résultat avec des liquides d'imprégnation ayant une faible constante diélectrique, par exemple des huiles minérales dont la constante diélectrique est de 2,3 à 2,5,ou bien à l'aide d'hydrocarbures fluorés liquides, par exemple le tri-perfluoro-butyl-t-amine dont la constante diélectrique est de 1,86.
Les isolements feuilletés en papieront comme on le sait, une rigidité diélectrique qui peut être beaucoup plus forte que celle d'une couche de gaz comprimé de mêmes dimensions, si la pression se trouve dans un certain rapport avec l'épaisseur de la couche. La forte résistance aux ondes de tension à front raide que l'on peut obtenir ainsi est en particulier très avantageuse. Cette résistance est plus forte que celle du diélectrique gazeux correspondants) quelles que soient la pression et l'épaisseur de la couche.
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Suivant un autre point de l'invention, on obtient encore une amélioration de la rigidité diélectrique, si le diélectrique papier consti- tuant 1$enroulement 'isolant est traversé par un gaz ou un mélange gazeux.
Dans cette façon de faireil est avantageux, dans certains cas, de maintenir le gaz à une pression assez forte pour que la rigidité diélectrique de l'isolent en papier imprégné de gaz comprimé soit supérieure à celle du même isolant en papier imprégné à l'air dans des conditions identiques de pression et de température.
Pour remplir ce rôle d'imprégnation, on peut recommander des halogènes gazeuxsoit seuls, soit comme composants d'un mélange gazeux. On peut également employer d'autres gaz, par exemple l'air comprimé, l'azote, le gaz carbonique sous pression ou à la pression ordinaire,des gaz nobles, des mélanges d'air et de gaz contenant du chlore et du fluor, du chlorophénylindane, comprimé ou à la pression ordinaireo Les pressions de gaz envisagées dans la pratique sont comprises entre 1 et environ 25 at.
Pour fabriquer un enroulement de papier imprégné au gaz, il est avantageux de fixer tout d'abord l'isolant enroulé, puis de couler et solidifier sous vide la couche de résine synthétique isolante, après quoi on charge l'appareil avec le gaz ou le mélange gazeuxo Cette dernière opéra tion peut se faire par exemple au moyen d'une soupape coulée dans la paroi d'une résine couléereliée avec un réservoir de gaz sous pression et obturée en fin de coulée, le cas échéante Le chargement avec le gaz sous pression peut se faire par exemple au moyen d'une petite plaque de caoutchouc qui est coulée dans la paroi de résine synthétique, et qui,pendant le remplissage de l'appareil qui se trouve en dépression, est traversée par une aiguille creuse reliée au réservoir de gaz sous pression.
On peut ensuite boucher l'ouverture de remplissage et la plaque de caoutchouc par une coulée de cette même résine synthétiqueo
Pour fabriquer un isolement d'après le procédé suivant l'invention, on a avantage à appliquer d'abord l'enroulement, à installer ensuite l'objet dans un moule, puis à couler la matière première de la résine; après durcissement de l'enveloppe en résine, on sèche sous vide l'isolant enroulé, ce qui oblige parfois à aménager des ouvertures correspondantes dans l'enveloppe de résinée Finalement, on procède à l'imprégnation.
Le danger dincendie est plus grand dans des circonstances identiques, avec des isolants liquides qu'avec des isolants solideso On le réduit au minimum par l'enceinte que constitue le solide en résine synthétique. Mais pour que ce risque n'apparaisse pas, même dans le cas -d'une explosion de l'enveloppe en résine par exemple , on utilise des isolants liquides qui sont incombustibles ou au moins aussi résistants à la chaleur que la résine coulée elle-mêmeCette condition est satisfaite par exemple par quelques esters fluorés, des fluoroamines et des fluoro-silicones. Pour éviter une explosion de l'enveloppe en résine coulée même dans le cas d'un échauffement excessif pouvant se produire en service,
l'invention prévoit l'emploi de produits liquides dont le point d'ébullition est aussi élevé que possible, et de préférence supérieur à 150 ,par exemple la tri-per -
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fluorohexyl-t-amine ou la triperflucrobutyl-t-amineo
Si l'on emploie des résines coulées fortement thermo-résistan- tes pour constituer des isolements particulièrement résistants à la chaleur, il est bon que l'isolant enroulé soit constitué lui-même par un produit thermc-résistant, par exemple par un ruban d'amiante ou par un ruban de fibre de verreo Cela est particulièrement recommandé lorsque de tels isolements contiennent des enroulements de conducteurs qui peuvent être échauf- fés par le courant normale
Suivant l'invention, les matières thermo-plastiques non poreuses, par exemple le polystyrol,
employé le plus souvent en rubans ou en feuilles et connu sous les désignations commerciales Styroflex, Polyéthy-
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lène, teflon, Kel-F, ainsi que le chlorure de polyvinyle, le chlorure de po- lyvinylidène etcooo conviennent dans certains cas pour constituer les en- roulementsisolants par exemple lorsque la fréquence du courant est élevéeo
La faible résistance à la chaleur de certains de ces corps n'exclut pas leur emploi,car il existe également des résines coulées d'enrobage à basse tem- pérature de prise.
Pour que des feuilles de ces matières non poreuses n'em- prisonnent pas de l'air entre spires, après enroulement, on peut les emplo- yer après les avoir mouillées à l'aide d'un diélectrique liquide; on peut employer par exemple le polystyrol mouillé par une huile minérale.
Un autre isolant qu'on peut employer en enroulements et qui est avantageux dans certains cas, consiste en une bande souple et riche en mica,. par exemple celle qui est connue sous les désignations commerciales Micani- te et Micafolium, la Micanite peut alors être soupleo
On peut employer avantageusement la combinaison isolante suivant l'invention quand il est désirable de régler ou orienter le champ au moyen de couches intermédiaires conductrices,ou d'installer des enroulements de conducteurs tels que les enroulements primaires de transformateurs de ten- siono Au moment de l'enroulement, il est facile d'enrouler également des couches intermédiaires conductrices, par une méthode déjà connue,par exem- ple sous la forme de feuilles métalliques.
Dans cette façon de faire, les extrémités des couches intermédiaires régulatrices du champ sont placées à l'intérieur de l'enroulement isolant (par exemples papier).
Les isolements stratifiés ont l'avantage d'avoir une rigidité diélectrique très forte perpendiculairement aux stratifications. Mais ils ont l'inconvénient d'avoir une rigidité diélectrique beaucoup plus faible parallèlement aux stratifications. Il existe des gradients considérables du champ électrique sur les bords de ces couches intermédiaires capacitives, et ce gradient est particulièrement fort dans le sens parallèle aux stratifications.
D'après le procédé selon l'invention, on peut supprimer très simplement cet inconvénient en enrobant les extrémités des couches intermédiaires régulatrices du champ dans la couche enveloppe de résine couléeo Cela permet également de munir les extrémités d'un bourrelet qui réduit le gardient du champo Ce bourrelet est enrobé dans la résine couléeo
L'isolement proposé par l'invention est également applicable aux traversées à condensateurs dont une extrémité est dans l'huile lorsque les couches intermédiaires régulatrices du champ atteignent la surface extérieure conique située dans l'huile, et sont assez serrées radialement pour pouvoir supporter un gradient de contournement très élevéoSuivant l'invention,on peut réaliser un réglage très précis de ce genre,
en plaçant correctement les couches intermédiaires les unes par rapport aux autres, grâce au diélectrique enroulé 9 et en les'prolongeant jusqu'à la surface à travers la couche enveloppe de résine couléeo
Pour économiser des quantités appréciables de ces coûteux diélectriques liquides dans l'imprégnation du diélectrique stratifié, il est avantageux que dans les traversées le diélectrique stratifié ne soit prolongé en direction axiale que dans la mesure où cela est nécessité par l'intensité du champ.
Lorsqu'on doit installer des enroulements de conducteurs, par exemple dans les transformateurs de tension ou de courant, on peut parfois réserver avantageusement un espace libre entre l'isolant enroulé et l'enveloppe isolante en résine coulée, pour recevoir ces enroulements de conducteurs.
Des solides allongés et en particulier les longues traversées, peuvent provoquer des difficultés du fait que l'enveloppe de résine se déchire par suite du retrait au durcissement et au refroidissement. C'est pourquoi l'invention prévoit une zone faible,de préférence une gorge ou cannelure, située de préférence dans la zone où-l'enveloppe en résine est faiblement contrainte au point de vue électrique. Grâce à cette zone faible, la
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séparation produite par les tensions de retrait au cours du refroidissement se trouve à l'endroit désiré. Ensuite on comble ce vide par un coulée supplémentaire au cours d'une opération spéciale.
On peut également réaliser des solides longs, par exemple des traversées dans lesquelles les deux extrémités sont coulées individuellement, la partie centrale de la traversée étant constituée par un tube métal- lique.
D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description effectuée à l'aide des dessins joints, dans lesquels*.
La figure 1 représente un transformateur de courant haute ten- siono
La figure 2 représente un transformateur de courant de constitution analogue,
La figure 3 représente un transformateur de courant en forme de barrée
La figure 4 représente une vue latérale avec coupe partielle d'un transformateur de courant de traversée en forme de barre comportant deux circuits secondaires.
La figure 5 représente une coupe de l'extrémité supérieure du transformateur de la figure .
La figure 6 représente un transformateur de courant en forme de barre à enroulement isolant en papier imprégné par un gaz.
Le noyau annulaire magnétique 1 est traversé par le tube 3 Celui-ci convient l'enroulement primaire, et se raccorde à une colonne tubulaire 2 qui sert de passage à l'arrivée et au départ du courant. L'enroulement secondaire 4 entoure le noyau 1.
L'enroulement primaire est enveloppé d'abord dans l'isolant 5 en papier, qui se prolonge autour de la colonne.. Cette partie de l'isolant en papier contient des couches intermédiaires de réglage de potentiel 6 qui sont co-axiales à la colonne et sont limitées inférieurement en 7. L'isolant en ruban de paier se trouve à l'intérieur de l'isolant en résine coulée 8 qui supporte les écrans de protection 9,, (en porcelaine, par exemple), ceux-ci étant surmontés par un couvercle 10.
Dans la région du noyau, l'isolement en résine coulée est recouvert d'une couche extérieure conductrice 11 constituant une prise de terreo
Le transformateur de courant de la :figure 2 est constitué de fa- çon analogueo Il diffèrepar exemple par l'isolement de la tige 2.L'isolement en papier prend ici la forme d'écrans 12 L'espace compris entre l'enveloppe céramique isolante 9' et lisolant en papier est rempli par un isolant liquideo
Dais le transformateur en forme de barre d'intensité de la figure 3 le noyau de fer 1 est traversé par le conducteur primaire 2 et est entouré par l'enroulement secondaire 4,qui conduit aux bornes de sortie 13. L'isolant en papier 5 entoure le conducteur primaire 2 en forme de barre.
Le solide 8 en résine synthétique, qui enveloppe le toutne subit une contrainte électrique que dans les deux pièces coniques des extrémitéso Dans ces deux régions, l'enroulement secondaire qui entoure le noyau magnétique, touche directement le solide en papiero Un organe de dilatation 14 est placé entre une extrémité de l'isolant en papier 5, et le solide en résine coulée 80 Si l'on remplace le noyau magnétique par une bride de prise de terre, l'appareil décrit peut servir de traversée haute tension.
D'après les figures 4 et 5 le conducteur haute tension 15 est entouré par l'isolant en papier imprégné 16 avec couches intermédiaires de réglage 17 formant condensateur.
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Cet isolement est entouré dans lapartie médiane par un tube mé- tallique 18, et aux extrémités par un isolement en résine synthétique 19' appliqué par couléeo Le tube métallique 18 est entouré par des noyaux fer- ro-magnétiques 20, 21 qui portent les enroulements secondaires 22 et 23 du transformateur de courante Une plaque 24 sert de fixation. Il est avantageux que la partie de l'enveloppe métallique qui est entourée par de la résine coulée porte des gorges extérieures 25 pour améliorer la liaison mécanique et l'étanchéitéo
On a également constaté qu'il est avantageux de faire supporter à l'enroulement isolant une pression radiale supérieure à la pression, que l'on peut atteindre par l'enroulement lui-même.
On augmente ainsi la rigidi- té diélectrique axiale de l'enroulement isolante L'enveloppe des enroule- ments isolants est constituée d'après les figures, de façon que la pression radiale satisfasse à cette conditiono On augmente également les rigidités diélectriques radiale et axiale en faisant supporter au liquide d'imprégna- tion une pression supérieure à la pression atmosphérique.,
Les deux dispositions précitées, qui ont pour but d'accroître la rigidité diélectriquepeuvent etre appliquées simultanément, ce qui a pour effet d'augmenter encore cette rigidité diélectrique.