Comme dans tous les transformateurs électriques, les spires de bobinage utilisées en traction ferroviaire nécessitent une isolation qui empêche la création d’arcs électriques.

Les deux méthodes qui existent pour combler l'intervalle entre les spires de bobinages sont :

1. Isolation par circulation d'un fluide

2. Isolation par ajout d'un matériau séparateur

 

Tout savoir sur les matériaux isolants thermiques et électriques appliqués au  ferroviaire

 

Comment isoler électriquement un transformateur de traction ferroviaire ?

 

Il est nécessaire de créer un intervalle de séparation entre les spires de bobinage pour deux raisons :

  • permettre la circulation d’un liquide de refroidissement ;
  • assurer la fonction d’isolation électrique ;

 

Ainsi, selon les contraintes de tension, de température ou de volume du transformateur, on utilisera l’une ou l’autre méthode décrite ci-dessous.

 

Isolation par circulation d’un fluide

 

Lorsqu’un besoin d’évacuer la chaleur entre les spires de bobinage est identifié, des fluides caloporteurs sont utilisés. En circulant dans l’intervalle entre les spires, ils assurent à la fois une fonction diélectrique et de transfert thermique. Néanmoins, on ne choisit pas n’importe quel fluide, car celui-ci doit être :

 

  • un excellent isolant électrique ;
  • non inflammable (point éclair élevé) et conforme à la norme EN 45 545 ;
  • bon conducteur thermique ;

 

Les huiles base ester sont ainsi de bons candidats, car elles répondent à l’ensemble de ces critères, contrairement aux huiles minérales qui sont source de risques d’incendie.

 

Isolation par ajout d’un matériau séparateur

 

Dans les cas où l’échauffement du transformateur reste modéré, un isolant diélectrique sous forme de film, de vernis, ou de matériau massif peut être utilisé.

 

L’isolant est bien entendu choisi en fonction de ses performances diélectriques. Plus la tension sera élevée, plus le matériau devra être isolant pour une épaisseur donnée.

 

Comment choisir le matériau d’isolation adapté pour un transformateur ferroviaire ?

 

Comme c’est souvent le cas, le choix des matériaux d’isolation est tout autant conditionné par la température et le volume disponible que par la performance diélectrique.

 

Température de fonctionnement du transformateur

 

Dans le cas d’une isolation par matériau séparateur, la température de fonctionnement du transformateur est l’un des principaux critères qui orientent le choix du matériau. Ainsi, lorsque le transformateur chauffe modérément, un papier cellulosique imprégné d’huile constitue une solution d’isolation adéquate.

 

Néanmoins, en cas de risque d’échauffement, l’utilisation d’isolants résistants à haute température, comme le Nomex® ou le Kapton® est à privilégier.

 

Encombrement et distance de l’intervalle

 

L’intervalle d’isolation varie entre 3 et 10 millimètres selon qu’il s’agisse de la bobine primaire ou secondaire. En effet, dans une chaîne de traction, le rôle du transformateur est d’adapter la tension et l’intensité du courant provenant de la caténaire afin de faire fonctionner le moteur électrique.

 

Comment diminuer l’intervalle et gagner en encombrement ?

La distance nécessaire entre les spires est proportionnelle à la tension employée et dépend du caractère diélectrique du matériau. En choisissant des films haute performance comme le Nokamex Triplex, on peut ainsi réduire cet intervalle et diminuer la taille des transformateurs.

 

La résistance aux vibrations

 

Un autre critère, spécifique au ferroviaire est à prendre en compte dans l’isolation de la chaîne de traction : la tenue aux vibrations.

Tout comme le matériel roulant, les transformateurs sont soumis à de fortes contraintes vibratoires, ce qui peut nécessiter l’utilisation de vernis diélectriques assurant également cette fonction.

 

Exemple : procédé VPI

 

Les moteurs des chaînes de traction peuvent être imprégnés de silicone par un procédé appelé VPI (Vacuum, Pressure, Impregnation). Ceci permet à la fois de renforcer l’isolation électrique et de réduire les vibrations.

 

Conclusion

 

L’intervalle entre les spires de bobinage dans une chaîne de traction ferroviaire assure principalement un rôle d’isolation électrique. Il peut être comblé par des matériaux diélectriques solides haute performance ou par des huiles servant également au refroidissement des spires.

 

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