Brevet FR2202357A1 — publié le 19740503

La présente invention concerne les disjoncteurs destinés à la protection coté basse tension, des transformateurs de distribution 61ee- trique de diverses puissances,- et en particulier de ceux utilisés dans les réseaux ruraux Dans les disjoncteurs connus pour cette utilisation, le dOclen- chement sur défauts a été réalisé jusqu'à présent par tois solutions Déclenchement magnétique associé ou non à une sonde thermique Déclenchement nagnéto-thermique Déclenchement thermique. Les douz premières solutions ont été abandonnées pour diverses raisons et pratiquement, seule la troisième est utilisée actuellement. Dans cette troisième solution, le bloc déclencheur thermique est essentiellement réalisé par un jeu de bilames fonctionnant dans 1' air et commandant le déclenchement de la serrure du disjoncteur quand elles sont traversées par une intensité anormale en faisant en général pivoter une barrette de déclenchement. Cette solution donne satisfaction sur le plan général parce qu' elle permet d'éviter le déclenchement du disjoncteur sur défauts fu gitifs, du fait de 11 inertie des bilames, mais elle a comme contrepartie, l'inadaptation des courbes de fonctionnement des bilames par rapport au temps; courbes qui ne sont pas celles souhaitables en fonction des tenues et protection des transformateurs. Pour ne prendre que quelques exemples de fonctionnement à température ambiante 2 le déclenchement répétitif le plus long d'une bilame dans l'air est de l'ordre de 10 minutes, un transformateur sous surintensité de ?O à 50 % peut supporter plusieurs heures de fonctionnement sans réduction de sa durée de vie. Pour mieux positionner la question, on peut étudier par exemple le cas d'un transformateur de distribution sous 20 % de surcharge tenue indéfinie sans détérioration sous 30 % de surcharge tenue 7 heures sans détérioration sous 50 % de surcharge tenue 3 heures sans détérioration. Ces temps étant à comparer à celui de 10 minutes maximum pour une bilame dont la courbe des temps de fonctionnement est obligatoirement en raison inverse de la surintensité, L'utilisateur se trouve donc, en simplifiant le problème devant deux solutions 1ère solution s il protége son transformateur contre toute détério ration en faisant déclencher le disjoncteur en 10 minutes sous 20 % de surcharge, mais sous les surcharges fréquentes de 50 , il dé clenchera en quelques secondes, ce qui créera de nombreuses coupures chez les abonnés, et indépendamment de leur mécontentement, une perte de vente d'électricité et d'énormes frais pour remettre en service continuellement après déclenchement. ou il faut employer une 2ème solution t il admet le risque de détérioration sur des surcharges inférieures à 50 % et fait déclencher son disjoncteur en 10 minutes sous 50 %. Dans ce cas, il y aura moins d'interventions sur le réseau, mais un certain nombre de transformateurs sera détérioré par surcharges faibles, en général provoquées en distribution rurale par dee conducteurs emmêlés d grande distance du poste, aveo amplification du phénomène quand la température extérieure est plus élevée. Ces exemple ne sont en réalité qu'une simpliiication du pro blème, car les conditions de fonctionnement, notamment avec application d'une surcharge après charge préalable et 11 influence de la température extérieure, le complique terriblement et toujours dans le sens défavorable, soit à l'exploitation, soit & la tenue du transformateur. Pour remédier à ces inconvénients, on a équipé pendant un certain temps les transformateurs de sondes thermiques, en plus de déclencheurs magnétiques, mais elles ont présenté également d'énormes inconvénients qui les ont fait abandonner, car, plongées dans l'hui- le des transformateurs, elles ne mesuraient que la température moyenne de l'huile et non celle des bobinages, ce qui provoquait la détérioration des transformateurs, en particulier sur surcharges mo nophasées par défauts à la terre. La présente invention est destinée à éviter ces inconvénients Le problème de la protection des transformateurs peut en théorie, se résumer assez facilement s 1 - un transformateur ne sera jamais détérioré si les isolants de chacun de ses bobinages ne peuvent atteindre une température dangereuse. 20- les conditions d'exploitation seront optimisées au maximum si le déclenchement du disjoncteur de protection a lieu juste avant que les bobinages du transformateur atteignent leur température dange rieuse. En théorie, il suffit donc de réaliser un dispositif dont les courbes de température soient en permanence égales ou parallèles à celles des bobinages de transformateurs, quels que soient les régimes de fonctionnement. Ce dispositif doit comporter un organe permettant d'ouvrir la serrure du disJoncteur lorsque la température limite prédéterminée est atteinte. De cette façon, le transformateur ne sera éliminé du roseau qu'à sa limite de détérioration, mais il ne sera pas éliminé avant qu'il ait atteint cette limite. Pour fixer des chiffres, le dispositif objet de l'invention permet efficacement de protéger un trnsformateur en ne déclenchant pas sous 20 % de surcharge, mais en déclenchant par exemple, en 2 heures sous 50 O , le disjoncteur objet de l'invention est classique dans tous ses organes, c'est-à-dire qutil eut être installé dans un coffret, une armoire ou contre un transformateur, mais la particularité objet de l'invention est son bloc déclencheur permettant d'obtenir l'amélioration de fonctionnement exposée précédemment. Le disjoncteur se comFose donc de contacts de coupure avec chambres, situés de préférence à la partie inférieure et dont les mouvements de fermeture et d'ouverture sont commandés par un mécanisme classique positionné au-dessus de l'axe de rotation des contacts mobiles.Ce mécanisme peut être actionne manuellement mais peut également etre ouvert par le déclencheur, plus particulièrement objet de l'invention. Ce déclencheur comporte une cuve étanche à 3 compartiments qui peut être isolante thermiquement et électriquement. Cette cuve contient un liquide isint qui peut être une huile, une glycérine, un silicone ou un autre liquide adapté au but recherché. Dans chacun des compartiments, se trouve fixée une bileme qui est traversée par le courant monophasé à centroler. Ces bilames sont entièrement dans le liquide et commandent une barrette de déclenchement qui, par l'intermédiaire d'un système à accumulation d'énergie par ressort, permet à un organe de percussion, de déclencher la serrure du disjoncteur quand certaines conditions préalablement déterminées sont rem- plies. L'ensemble des constituants du déclencheur est étudié pour réaliser une "image thermique" des bobinages du transformateur. Sa forme, ses conditions d'isolement thermique par rapport à l'extérieur, son fluide de remplissage, la quantité de ce fluide, la. forme des bilames et leur position relative par rapport au fluide et aux parois d la cuve sont calculés de telle sorte que les températures atteintes par chacune des bilames soient égales ou parallèles à la température atteinte par chacun des bobinages correspondant du transDorma- teur et donc meme en cas de défaut onophasé à la terre. Par exemple, si l'on désire que les bobinages du transformateur compte tenu des isolants utilisés ne dépassent pas 1400 on réalisera le déclencheur de façon telle que chaque bilame atteigne à tout instant une température égale à celle du bobinage de la phase qu'elle protége ou tout au moins une température à écart constant avec celle atteinte par le bobinage. En conclusion, le disjoncteur équipé de ce déclencheur permet donc bien une protection pratiquement parfaite du transformateur puisque, quel que soit le régime de fonctionnement qui est im-osé au transformateur, la bilame correspondant à chacun de ses bobinages sera à une température parallèle prédéterminée et quand la température du bobinage du transformateur atteindra sa limite de tenue, la bilame atteindra elle aussi, sa limite et provoquera l'ouverture du disjoncteur, donc assurera la protection du transformateur. Les dessins annexés, illustrent à titre d'exemple, un mode de rialisation du disjoncteur équipé du déclencheur objet de la présen- te invention. Tel qu'il est représenté dans la figure 1, le disjoncteur équipé d'un socle isolant (1) comporte des bornes de sortie (2), des contacts fixes (3) équipés de chambre de coupure (4) et de contacts mobiles (5). Ces contacts mobiles sont fixés sur un axe mobile (6) commandé par une serrure (7) et sont reliés par tresses à des contacts arrière (8). Relié sur les 3 phases, le bloc déclencheur (9) possède 3 compartiments isolés, chaque compartiment comportant une bilame (10), et l'ensemble des 3 bilames commandant le fonctionnement d'une barrette d déclenchement (11) munie d'une serrure annexe (12) attelée sur un axe (13) dont l'extrémité est munie d'un bras de percuteur (14) qui peut provoquer l'ouverture de la serrure du disjoncteur (7) par action sur le levier de déclenchement (15). A l'intérieur des compartiments se trouve un liquide (16) dont le niveau a té judicieusement choisi pour obtenir l'inertie thermique recherchée. Les bilames (10) sont intercalées dans le circuit entre les contacts (8) et les contacts~(17) alors qu'un contact annexe (ils) est relié à l'entrée de chacune des bilames. Des connexions B1/B2 (19) permettent de réaliser dans le disjoncteur les raccordements nécessaires au ehangement de tension du transformateur, en utilisant automatiquement en B1 les shunts (20) comme décrit en détail dans un brevet précédent sous le n 7.206.976. Les détails du déclencheur sont explicités dans la figure 2, où l'on retrouve le boitier (9) à 3 compartiments, et dans chaque compartiment, le cirouit bilame aveo son contact d'entrée (8) sur lequel est fixée la branche d'entrée de la bilame en U (10) et dont la branche de sortie est fixée sur le contact de sortie (17). En parallèle avec le circuit bilames, est situé le circuit shunt de bilame avec le contact d'entrée (18), le shunt (20) et la oonnexion B1/B2 (19). Â l'intérieur du boitier (9) se trouve placée, comindée par les bilames (10) la barrette de déclenchement (11) soumise à son ressort (21). Cette barrette isolante est commandée par les bilames au moyen des vis réglables (22). Cette barrette possède également un accrochage (23) qui, avec une pièce spéciale de l'axe déclencheur (13), soumis lui aussi à un ressort forme une serrure de déclenche- ment incluse dans le boitier. Sur cet axe (9) est calé un bras de percuteur (14) qui vient attaquer le levier de déclenchement (15) de la serrure générale du disjoncteur (7). Â l'intérieur du boitier se trouve un liquide (16) adapté aux différentes conditions de fonctionnement, tenue en température, évaporation, stabilité, conductibilité thermique, isolement thermique, volume etc..., de façon à réaliser le fonctionnement souhaitable des bilames, compte tenu de leur environnement. Pour réaliser une "image thermiques aussi proche que possible de celle du transformateur, le boitier (9) en matière isolante est lui-même entouré d'un deuxième boitier (24), de façon à créer entre (9) et (24) un espace isolant réalisé soit par de l'air emprisonné, soit par un isolant alvéolaire toujours adapté au but recher- ché. Réalisé comme décrit, le déclencheur peut se résumer en un boitier étanche à 3 compartiments isolés les uns des autres et de l'extérieur. Â l'intérieur de chaque compartiment, un liquide, de volume et de qualité bien déterminée fonction des caractéristiques recherchées. Dans ce liquide, et dans chaque compartiment, une bilame traversée par le courant à controler. Les déflexions de cette bilame étant utilisées pour déclencher une serrure interne commandant une percussion sur la serrure du disjoncteur, cette serrure interne étant à réarmement indépendant lors d'une manoeuvre de réarmement du disjoncteur. Les caractéristiques individuelles du boitier, matière, mais seur, isolement thermique, capot; celles du liquide, volume, qualité, viscosité, conductibilité thermique, ont évidemment leur répercussion sur la courbe de déflexion des bilames en fonction du temps. Ces caractéristiques sont étudiées et combinées pour obtenir de la part de ces bilames une courbe de montée en température et donc en déflexion qui soit semblable sinon identique à la courbe de montée en température des bobinages du transformateur à protégér. Âvec cette solution, il est possible d'obtenir le résultat re cherché. in eifet î le transformateur, du fait de sa constitution interne, culasse magnétique, bobinage, huile de refroidissement, a une certaine inertie thermique, et les bobinages sous une intensité quelconque mettent un certain temps à atteindre la température d'équilibre. Ce temps peut être de plusieurs heure pour les intensités représentant 20 à 100 % de surcharge suivant les températures extérieures. L'ensemble boitier, liquide, de par leur constitution et leur particularité et inertie thermique, font que les bilames incluses ont une montée an température, donc en déflexion équivalente et parallèle à celles des températures des bobinages de transformateur. Â l'inverse, les bilames dans l'air ont une montée en température très rapide et ne peuvent donc du fait de leur faible inertie thermique, avoir des courbes de montée en température analogues à celles des transformateurs. On constate d'autre part, que l'inertie thermique de l'ensemble boitier, liquide et bilame est négligeable dans le OU d'intensités élevées, ce qui assure donc une protection efficace du transformateur sur court-circuit. Le disjoncteur, équipé du déclencheur objet d 4 'invention peut Entre utilisé dans tous les cas où l'on désire protéger effilement un transformateur vis à vis des courants de surcharg.s, tout en éliminant au maximum les interventions sur le réseau, par suite de dé clenehements trop rapides sur ces courants qui sont le handicap des disjoncteurs équipés de déclencheurs à bilames dans l'air. Ces disjoncteurs peuvent Stre utilisés à condition que l'on sdzp- te leur inertie thermique à celle des transformateurs qu'ils ont à protéger, aussi bien dans des cabines avec tableaux, coffrets ou armoires, qu'en solution suspendue sur poteaux extérieurs, er coffrets séparés, accolés, ou intégrés aux transformateurs. R E V E N D I C A T I O N S 1. - Disjoncteur basse tension our protection de tranzformateur caractérisé en ce qu'il comporte un déclencheur constitué par un beitier étanche, inolé, rempli partiellement d'un liquide adapté huile de silicones par exemple, dans lequel fonctionnent des bilazes commamdant la serrure du disjoncteur. 2. - disjoncteur celon la revendica tion 1, carsctérisé par le ait que la forme du boitier, son volume et l'isolement de ses parois sont choisis de façon telle que la température des bilames soit en permanence proportionnelle ou @gale à la température des points chauds des bobinages du transformateur. 3. - Bisjoncteur selon les revendications 1 et 2, caractérisé p r le fait que le "liquide-Déclencheur" est choisi de façon telle que la température des bilames soit en permanence proportionnelle ou égale e la température des points chauds des bobinages du trans- formateur. 4.- Disjoncteur selon les revendications 1, , et 3, caractéri- sé par le fait que les caractéristiques des bilames et leur forme sont choisies de façon telle que leur température soit en permanen- ce proportionnelle ou égale à la température des points cl-suds des bobinages du transformateur. 5. - Déclencheur selon les revendications 1, , 3 et 4, caractérisé par le fait qu'il peut commander le disjoncteur soit directement niCcaniquement, soit électriquement à distance par l'intermédiai- re d'une bobine à mission.