Brevet FR2223801A1 — publié le 19741025

I1 est intéressant de réunir un appareillage sous enveloppe métallique et un transformateur par une liaison également sous enveloppe métallique pour des raisons techniques (pollution des isolateurs en particulier) et économiques et afin dteviter le parasitage radio-électrique d'une liaison non protégée. Mais ltappareillage est généralement isolé par un gaz (de llhexafluorure de soufre par exemple) sous une pression de plusieurs-bars, alors que, généralement, l'huile de la traversée du transformateur sera à une pression plus faible et que l'intérieur du transformateur sera normalement seulement à une pression de plusieurs centaines de millibars.La surface de séparation entre lthexafluorure de soufre et lthuile du transformateur peut ne comporter que des soudures sans aucun joint, mais la surface de séparation entre lthexafluorure de soufre et l'huile de la traversée comporte obligatoirement des joints. I1 faut donc qu'avant tout le dispositif de séparation permette d'éviter la pénétration du gaz comprimé dans le liquide diélectrique de la traversée, car la pénétration de gaz serait très préjudiciable à l'isolement. Or, il n'existe pas actuellement de dispositif économique assurant une étanchéité parfaite de joints séparant un liquide et un gaz à dés pressions tres différentes.On est ainsi conduit à prévoir un volume intermédiaire contenant le même liquide diélectrique que la traversée, soumis sensiblement à la pression atmosphérique et dans lequel la pénétration relativement lente de petites quantités de gaz qui seront extraites périodiquement, ne présente pas dtinconvenient. Ce volume intermédiaire sera toujours à une pression inférieure, non seulement à celle du gaz et à celle de la traversée, mais également à celle du transformateur. En cas de défaut d'étanchéité des joints entre la traversée et le volume intermédiaire ou même des soudures ou des parois séparant l'intérieur du -transformateur et le volume intermédiaire, la fuite se produira toujours dans la direction du volume intermédiaire et non en sens inverse. Le volume intermédiaire empêche ainsi pratiquement toute pénétration du gaz dans la traversée ou le transformateur et l'huile ne peut pas pénétrer dans le gaz qui est à une pression plus élevée. L'invention concerne la réalisation du volume intermédiaire ainsi que la détection et l'extraction des gaz qui ont pu y pénétrer. Elle est caractérisée en particulier par la délimitation du volume intermédiaire au moyen de deux surfaces telles que la surface interne du volume est constituée par la surface extérieure d'une traversée-condensateur et la surface externe du volume par une paroi isolante supportant la pression du gaz et dont la répartition de tension. superficielle est améliorée par la bonne répartition de tension existant sur la surface extérieure de la traversée-condensateur, grâce à la distance relativement faible qui sépare ces deux surfaces. Ces deux surf aces sont généralement, mais non nécessairement tronconiques. Selon l'invention, les gaz qui pénètrent dans le volume intermédiaire sont collectés dans une zone déterminée du volume ; lorsqu'unie certaine quantité de gaz est atteinte, les gaz peuvent être détectés puis évacués et l'installation peut être ainsi ramenée à son état initial (sans gaz) par une manoeuvre simple qui est effectuée sans démontage, mais généralement lors d'une mise hors tension de l'installation. Les figures 1 à 7 et le texte qui suit expliquent l'invention. Les figures 1, 2 et 3 sont des coupes par l'axe. La figure 1 concerne une traversée de transformateur verticale (ou inclinée). La figure 2 correspond à une variante de la partie supérieure de la traversée verticale (ou inclinée). La figure 3 est relative à une traversée de transformateur horizontale. Les figures 4 à 7 sont des variantes d'installation comportant l'utilisation des liaisons entre appareillage sous enveloppe métallique et transformateur selon l'invention. L'utilisation de traversées verticales ou inclinées nécessite- généralement des dispositions un peu plus complexes mais souvent présente des avantages pour l'installation de l'ensemble du transformateur et de l'appareillage. Sur les figures I et 3, I représente la cuve du transformateur, 2 ltenve- loppe métallique de la liaison réunissant le transformateur à l'appareillage. La traversée-condensateur est du type "huile-huile". Elle comprend une partie située dans l'huile 4 du transformateur à l'intérieur de la cuve 1. Cette extrémité 3 est de dimension normale de série pour le transformateur et la tension considérés. L'autre extrémité 5 de la traversée extérieure à la cuve 1 est, pour une tension donnée, beaucoup plus courte que celle d'une traversée normale huileair. Les contours délimités par 3 et 5 comprennent la partie active des condensateurs et les isolateurs qui renferment cette dernière. La bonne répartition de tension sur la surface extérieure de 5 assure une bonne répartition des contraintes diélectriques au niveau de la paroi isolante 6 qui sépare le gaz isolant 7 de l'huile du volume intermédiaire 8 compris entre la traversée 5 et la paroi isolante 6. Ce volume est relativement faible car la distance séparant la traversée 5 de la paroi 6 est réduite.La paroi 6 est prévue pour résister à la différence entre la pression du gaz isolant 7 (généralement de plusieurs bars en service normal) et celle de l'huile 8 du volume intermédiaire qui est en service normal, sensiblement égale à la pression atmosphérique et ne dépasse pas quelques centaines de millibars dans des conditions exceptionnelles. Selon une variante non représentée, et qui nécessite une disposition un peu différente des liaisons souples décrites au paragraphe suivant, la paroi isolante 6 peut être une partie intégrante de la traversée-condensateur 5. Elle constitue alors, en quelque sorte, le prolongement de l'isolant de la surface externe de la traversé 5 qui comporte ainsi uns double enveloppe dont les deux parois 5 et 6 sont séparées par le volume intermédiaire 8. La bride 9 de la traversée 3-5, qui peut être munie d'-un circuit magnétique 10 de transformateur de courant, est fixée sur la cuve 1 du transformateur. Pour tenir compte des déplacements relatifs entre le transformateur et l'appareillage (dilatations thermiques, tassements de terrain... ) il faut assurer une liaison suffisamment souple entre les enveloppes (cuve 1 et bride 9 d'une part et enveloppe 2 de l'autre) et entre les conducteurs (partie supérieure 11 de la traversée d'une part et conducteur 12 relié à l'appareillage d'autre part). Cette liaison souple présente en outre plusieurs avantages. Elle permet un réglage mécanique facile des positions géométriques relatives du transformateur et de l'appareillage et elle réduit fortement la transmission des vibrations du transformateur vers l'appareillage.La liaison souple et étanche entre les enveloppes peut entre réalisée en un point quelconque, mais la disposition préférée est celle des figures 1 et 3. La paroi isolante conique 6 est fixée de façon étanche en 13 sur la plaque intermédiaire 14 et cette dernière est reliée à la bride 9 par un tube ondulé étanche 15, qui peut etre métallique ou isolant,-selon les dispositions choisies pour les mises à la terre des diverses enveloppes du poste. Des vérins amovibles 16 peuvent être installés pour faciliter le montage et sont ensuite enlevés lors de la mise en service. Le cône isolant 6 est fixé de façon étanche en 17 sur la pièce 18 reliée au conducteur 12 par les doigts de contact 19 protégés par un pare-effluves 20. La liaison entre les doigts de contact supérieurs 11 de la traversée et la pièce 18 est assurée de façon souple, par exemple à l'aide d'une tige conductrice 2-1 suspendue à 18 par un dispositif non représenté et en contact avec les doigts 22, eux-mêmes fixés sur la pièce 18. Les dispositions précédentes sont les mêmes pour la traversée verticale ou inclinée de la figure 1 et la traversée horizontale de la figure 3. Pour la traversée verticale de la figure 1, lorsque le gaz comprimé situé en 7 passe dans l'huile du volume intermédiaire 8, ce gaz s'élevera vers la zone supérieure 23 du volume intermédiaire. Comme le conducteur 21 et les doigts de contact 11 et 22 sont de petit diamètre, ou peuvent comporter des arêtes vives, et qu'ils risquent de se trouver dans une zone 23 pleine de gaz et non dthuile, on dispose un écran électrostatique métallique 24 destiné à obtenir un champ électrique plus homogène. Cet écran électrostatique 24 peut etre disposé à l'intérieur du cône isolant 6 (figure 1) ou à l'extérieur (variante de la figure 2). Dans ce dernier cas, on peut supprimer le pare-effluves 20 en disposant les doigts de contact 19 à l'intérieur de l'écran 24. La disposition de la figure 1 (écran métallique exactement adapté à l'isolateur ou métallisation en 24 du cône 6 est de réalisation plus difficile que celle de la figure 2, mais elle conduit généralement à un diamètre plus réduit. Les gaz accumulés en 23 sont (dans les deux variantes des figures 1 et 2) évacués par le tube isolant 25, le conduit 26 qui traverse la bride 14 et la vanne de purge 27. Il faut compenser la dilatation thermique de l'huile du volume intermédiaire 8. Cette opération, qui est facilitée par la faible valeur du volume 8, est réalisée à l'aide du conduit 28 qui traverse la bride 14 et est reliée à un réservoir de dilatation rigide 29. Dans ce dernier, l'expansion de l'huile du volume intermédiaire 8 est permise par écrasement d'un ou plusieurs volumes déformables 30, 31 dont l'intérieur est mis à la pression atmosphérique par les conduits 32, 33. Tant que les volumes déformables 30 et 31 ne sont pas réduits à zéro par la dilatation de l'huile, la pression qui règne dans le volume intermédiaire 8 et dans le réservoir 29 est sensiblement égale à la pression atmosphérique. Mais, s'il existe un défaut a'étanchéité entre l'espace 7 sous pression de gaz et le volume intermédiaire 8, c'est le gaz de l'espace 7 qui pénètrera dans le volume 8 puisque sa pression est plus élevée. Le gaz s'accumulera dans la zone supérieure 23 du cône isolant 6, prendra la place de lthuile, refoulera cette dernière vers le réservoir 29 et provoquera l'écrasement des volumes déformables 30 et 31. Lorsque les volumes intérieurs de 30 et 31 seront réduits à zéro, la pression augmentera à la partie supérieure 23 du cône isolant 6.On détectera la présence de gaz par l'accroissement de la pression en 23 mesurée par un manomètre à contacts ou à lecture directe 34 monté sur le réservoir 29. L'augmentation de pression admise est, en pratique, généralement relativement faible, et, à titre indicatif, est la plupart du temps de l'ordre de quelques dizaines à quelques centaines de millibars. Lorsque le manomètre fonctionne ou signale l'accroissement de pression, on purge l'espace 23 grâce à la vanne 27, et si nécessaire, on peut rajouter de l'huile par le conduit et la vanne 35. Une certaine quantité de gaz a pu se dissoudre dans l'huile ; s'il s'agit d'hexafluorure de soufre, le coefficient de solubilité en fonction de la température de ce gaz dans l'huile est négatif, et l'augmentation de la température en service réduit la quantité de gaz dissoute dans l'huile. La disposition précédente comportant une expansion élastique mais étanche où une disposition analogue pour détecter la présence de gaz est très souhaitable pour les traversées verticales ou inclinées, surtout pour les plus hautes tensions, car le gaz s'accumule au sommet du cône isolant 6 en un point où les contraintes électriques sont élevées. Pour éviter des contraintes anormales dues à des accumulations de gaz à l'extérieur de l'écran 24 de la figure 1, on prévoit de petits orifices 36 évitant que le gaz ne forme de petites poches entre l'écran 24 et le cône isolant 6. Lorsque la traversée est horizontale, on peut adopter également un réservoir d'expansion étanche 29. Mais, dans cette disposition, le tube isolant 25 et le conduit 26 de la figure 1 sont supprimés car le gaz ne s'accumule plus à l'extré- mité du cône isolant 6, mais à la partie supérieure du réservoir 29 qui est alors disposé au-dessus de la traversée. Le réservoir étanche 29 contient toujours des volumes déformables 30 et 31 mis à la pression atmosphérique par les conduits 32 et 33, mais la purge du gaz s'effectue directement par la vanne 38 placée à la partie supérieure du réservoir 29 et pouvant remplacer la vanne 35 pour faire le plein d'huile. On peut également dans ce cas, remplacer le manomètre 34 par un niveau visible 39 qui permet de déterminer le volume de gaz 37 lorsque celui-ci devient important. Lorsque la traversée est horizontale, en variante non représentée, on peut utiliser un petit réservoir de compensation 29 non étanche et l'on ne prévoit ni les volumes déformables 30 et 31, ni leurs conduits de mise à l'atmosphère 32 et 33, ni le manomètre 34 > ni vanne 38, ni le niveau 39. Le réservoir 29 est simplement relié à l'atmosphère par l'intermédiaire d'un conduit contenant un assécheur et le gaz dû aux fuites se dégage vers l'atmosphère à travers l'assé- cheur. Cette disposition est un peu plus simple, mais le réservoir 29 étanche assure généralement une protection un peu meilleure de l'huile contre l'humidité. Les figures 4 à 7 représentent des dispositions d'installation qui permettent de réaliser les liaisons selon l'invention. Sur les figures 4 et 5, les traversées 40 et 41 du transformateur 42 sont horizontales. Sur la figure 4, les canalisations à haute tension sous enveloppe métallique 43 et 44 partent aussi horizontalement et restent situées au-dessus du sol. Sur la figure 5, les canalisations 43 et 44 descendent et comportent un parcours souterrain 45, 46. Sur les figures 6 et 7 les traversées 40 et 41 sont verticales et les canalisations à haute tension sous enveloppe métallique peuvent, soit partir horizontalement (figure 6), soit descendre verticalement en longeant la cuve du transformateur (figure 7), Selon l'invention, dans cette dernière disposition, on peut adosser l'appareillage sous enveloppe métallique 47 contre la cuve du transformateur 42, ce qui réduit l'encombrement du poste. D'une façon générale, la traversée horizontale permet de simplifier les organes complémentaires comme on l'a vu précédemment. Par contre, la traversée verticale permet, dans certaines installations, de réduire l'encombrement, et permet souvent d'effectuer plus simplement l'essai diélectrique du transformateur, car alors les traversées sont dans la position normale des traversées courantes, menageant plus aisément les distances voulues entre les pièces sous tension et le sol. REVENDICATIONS 1/ Liaison entre appareillage sous enveloppe métallique isolé par un gaz sous pression et transformateur isolé par un liquide diélectrique, caractérisée par le fait qu'elle comporte un volume intermédiaire de dimensions relativement réduites, rempli du meme liquide diélectrique que le transformateur et délimité par deux surfaces telles que la surface interne est constituée par la surface extérieure d'une traversée condensateur et la surface externe par une paroi isolante supportant la pression du gaz et dont la répartition de tension superficielle est améliorée par la bonne répartition de tension existant sur la surface extérieure de la traversée-condensateur, grâce à la distance relativement faible qui sépare ces deux surfaces. 2/ Liaison électrique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la seconde paroi qui, avec la surface externe de la traversée-condensateur, délimite le volume intermédiaire, fait partie intégrante de la traversée. 3/ Liaison électrique selon la revendication 1, dans laquelle la traversée est verticale ou inclinée caractérisée par le fait que à la partie supérieure de la paroi isolante est constitué un volume collecteur du gaz provenant des fuites, les pièces conductrices intérieures à ce volume étant protégées de l'effet couronne par un écran électrostatique. 4/ Liaison électrique selon la revendication 3, caractérisée par le fait que les gaz rassemblés dans ledit volume collecteur peuvent être évacués vers l'extérieur à l'aide d'un tube isolant traversant le volume intermédiaire et d'un robinet de purge. 5/ Liaison électrique selon la revendication 1 caractérisée par le fait que les dilatations thermiques du liquide diélectrique du volume intermédiaire sont absorbées dans un réservoir extérieur relié au volume intermédiaire et comprenant un ou plusieurs volumes déformables dont l'intérieur est à la pression atmosphérique. 6/ Liaison électrique selon la revendication 5, caractérisée par le fait que l'apparition dans le volume intermédiaire de gaz dus à des fuites est détectée par la pression régnant dans le réservoir extérieur et le volume intermédiaire. 7/ Liaison électrique selon la revendication 1, dans laquelle la traversée est horizontale caractérlsée par le fait que le volume intermédiaire est relié à un réservoir extérieur situé au-dessus de la traversée et dont l'intérieur est relié à la pression atmosphérique par l'intermédiaire d'un assécheur d'air. 8/ Applications des liaisons électriques selon la revendication 1, aux interconnexions d'un transformateur avec un appareillage haute tension par l'intermédiaire de canalisations à haute tension sous enveloppe métallique, caractérisées par le fait que les canalisations et l'appareillage à haute tension sous enveloppe métallique sont adossés au transformateur comportant des traversées verticales.