Brevet FR2293040A1 — publié le 19760625

La présente invention concerne d'une manière générale les canalisations électriques à isolation gazeuse. Ainsi qu'on le sait une telle canalisation électrique comporte, dans un volume gazeux souspression, qui est confiné par une gaine étanche au gaz et qui est en général de 1 'hexafluorure de soufre, un conducteur métallique rigide le plus souvent tubulaire, disposé sensiblement axialement dans ladite gaine et relié transversalement à celle-ci, au moins de place en place, par des isolateurs de positionnement. De telles canalisations électriques à isolation gazeuse présentent de nombreux avantages vis-à-vis des conducteurs tréfilés et câblés usuellement mis en oeuvre à ce Jour pour le transport d'énergie électrique. Tout d'abord l'utilisation de canalisations électriques à isolation gazeuse est, les conditions étant égales par ailleurs, plus économique que celle de conducteurs tréfilés et câblés comparables, et ces canalisations permettent facilement la mise en oeuvre de grandes sections métalliques de conduction. De plus l'isolation thermique assurée par le volume gazeux entourant le conducteur de ces canalisations permet d'évitez le respect de limites thermiques aussi sévères que celles prévues pour les isolants organiques usuellement mis en oeuvre dans les conducteurs tréfilés et cablés classiques. En outre, et grâce aux phénomènes de convection, le volume gazeux entourant le conducteur permet un bon refroidissement de celui-ci. De surcroît ce volume gazeux possède d'excellentes propriétés diélectriques : les pertes diélectriques sont négligeables, et la permittivité est faible, ce qui conduit à une production d'énergie réactive faible et permet donc la réalisation de liaisons de grande longueur sans dispositif de compensation. Enfin, et s'agissant d'hexafluorure de soufre, le volume gazeux entourant le conducteur présente une forte rigidité diélectrique et possède donc une excellente tenue diélectrique ainsi qu'une faculté d'éteindre les décharges et arcs électriques susceptibles de prendre naissance entre le conducteur et la gaine qui l'entoure. Les canalisations à isolation gazeuse actuellement mises en oeuvre sont le plus souvent de type unipolaire et leur gaine est une gaine métallique de section circulaire. Ces gaines ont à assumer par elles-mêmes une triple fonction. Tout d'abord elles doivent être aptes à résister à la pression du volume gazeux qu'elles confinent. De plus elles doivent de préférence être à même d'assurer 1' étanchéité de ce volume gazeux. Enfin elles doivent être à meme de recueillir les courants capacitifs. C'est la raison pour laquelle ces gaines sont à ce Jour en métal bon conducteur de l'électricité et présentent une épaisseur relativement élevée conditionnée par la tenue à la pression. Or si une telle structure de gaine métallique à section circulaire confère aux canalisations à isolation gazeuse un excellent comportement mécanique et électromagnétique, ainsi qu'une bonne fiabilité, elle conduit par ailleurs à un encombrement en section notable pour le volume hors tout d'un groupe de telles canalisations disposées côte à cote, elle est très couteuse en investissement, et elle est la cause de pertes électriques élevées. En pratique l'incidence des investissements et des pertes représente généralement une fraction importante du prix de revient total de transport de l'énergie électrique concernée. De plus les pertes électriques dues aux gaines métalliques réduisent en pratique la puissance naximale susceptible d'être véhiculée par des canalisations électriques à refroidissement naturel enterrées, du fait des possibilités limitées d'évacuation de la chaleur dans le sol. I1 a également été envisagé de grouper trois conducteurs dans une gaine unique en vue de la constitution d'une structure tripolaire. Une telle structure tripolaire permet, les conditions étant égales par ailleurs, de réduire les investissements nécessaires et les pertes électriques. Zains elle possède une moins bonne fiabilité, du fait des risques de court-circuit entre conducteurs, et par ailleurs elle nécessite la mise en oeuvre d'isolateurs de positionnement capables de supporter des efforts électrodynamiques importants. Enfin bien que la section totale d'une telle structure tripolaire soit inférieure à la somme des sections de trois structures unipolaires équivalentes, une telle section totale peut cependant être excessive dans certains cas. La présente invention a d'une manière générale pour objet une disposition permettant de minimiser, voire de pallier, ces inconvénients. De manière plus précise, la présente invention a tout d'abot pour objet une canalisation électrique à isolation gazeuse du genre succinctement mentionné cidessus et caractérisée en ce que la gaine quelle comporte a en section un contour polygonal. De la sorte une telle gaine peut aisément être contrebutée sur l'une de ses faces au moins par une paroi de renfort, par exemple en béton, qui double ladite face indépendamment de celleci. De ce fait, la fonction de tenue mécanique à la pression étant ainsi prise en charge par des parois de renfort distinctes, la gaine de la canalisation électrique à isolation gazeuse suivant l'invention peut être constituée en un matériau de faible tenue mécanique mais étanche au gaz, par exemple en une matière synthétique, telle que polychlorure de vinyle ou autre, et ce matériau peut être mis en oeuvre sous une épaisseur avantageusement relativement faible. Le coût d'une telle gaine se trouve ainsi réduit notablement et les pertes électriques dont elle est susceptible d'être à 1' origine sont pratiquement nulles. Outre l'économie importante qui en résulte, il est possible aussi d'accroître la puissance maximale transmissible par une canalisation à refroidissement naturel comportant une telle gaine à section transversale polygonale. Bien que les isolateurs de positionnement établis entre le conducteur électrique et la gaine qui entoure ce dernier puissent Outre implantés en des points quelconques de cette gaine, cette implantation se fait suivant l'invention de préférence au droit des arêtes que comporte suivant l'invention cette gaine, ou au moins au voisinage de ces arêtes. Par suite il est possible d'utiliser avantageusement, les conditions étant égales par ailleurs, des isolateurs de positiân- nement ayant une longueur supérieure à celle normalement mise en oeuvre dans les canalisations à isolation gazeuse à gaine de section circulaire comparable, ce qui améliore, de façon notable la tenue diélectrique. De plus l'intensité du champ électrique s'annulant le long des arêtes d'une telle gaine, celles-ci constituent avantageusement des pièges pour les impuretés éventuellement en suspension dans le volume gazeux qu'elles confinent, ce qui est emcvre favorable à la tenue diélectrique. Comme par ailleurs il s'avère qu'à encombrement en section égale les canalisations électriques à isolation gazeuse à gaine de section carrée suivant l'invention ont, pour une m!me tension, un champ électrique au conducteur sensiblement égal à celui de canalisations électriques comparables à gaine de section circulaire, la géométrie prismatique de ces gaines, caractéristique des canalisations électriques à isolation gazeuse suivant l'invention, conduit à des performances diélectriques voisines ou sensiblement supérieures à celles des canalisations à gaine de section circulaire comparables connues à ce Jour. En outre et du fait que la section polygonale caractéristique de l'invention conduit à une structure prismatique, les canalisations à isolation gazeuse suivant l'invention se prêtent avantageusement à la formation d'un groupe de canalisations assemblées en faisceau compact, les canalisations de ce groupe se trouvant accolées deux à deux par l'une de leurs faces. La présente invention a encore pour obJet un tel groupe de canalisations. Par leurs faces ainsi accolées les canalisations d'un groupe de canalisations suivant l'invention se contrebutent elles-mêmes deux à deux de façon simple. Â la périphérie du faisceau qu'elles forment leurs faces correspondantes sont contrebutées suivant l'invention par unekaroi de renfort indépendante qui par exemple peut appartenir à un caniveau commun à toutes les canalisations du faisceau ou groupe concerné. Un tel caniveau peut par exemple être en béton, éventuellement armé. Bien que par ailleurs la section polygonale d'une gaine d'une canalisation électrique à isolation gazeuse suivant Rirnrention puisse entre quelconque, une telle section est de prEf6ence carrée. S'agissant dès lors de la réalisation d'une structure tripolaire, il est avantageux de disposer dans un même caniveau de section carrée appropriée quatre canalisations électrigkes à isolation gazeuse à gaine de section carrée suivant l'invention, trois de ces canalisations constituant en permanence 1e structure tripolaire recherchée, et la quatrième étant susceptible de venir à tout instant se substituer à l'une quelconque des tint$ autres en cas d'une défaillance de celles-ci. 1a présence d'une telle canalisation de secours, facilitée par la disposition suivant l'invention, confère à l'ensemble de ces canalisations une grande fiabilité. En bref les canalisations électriques à isolation gazeuse suivant l'invention présentent de nombreux avantages vis-à-vis des canalisations électriques comparables connues à ce Jour : meilleur comportement diélectrique, aussi bien dans le volume gazeux qu' elles comportent qu'au niveau des isolateurs de positionnement économie d'investissements, du fait de la mise en oeuvre d'une matière synthétique pour la constitution des gaines j cette matière synthétique étant de surcroît mise en oeuvre sous une faible épaisseur ; suppression des pertes dans les gaines ; accroissement des puissances maximales transmissibles par des canalisations à refroidissement naturel du fait de la suppression des pertes dans les gaines ; économie sur les frais d'installations'et d'investissement ; disponibilité accrue en raison d'une bonne tenue diélectrique de la protection assurée par les parois de renfort à 1' égard d'éventuelles agressions externes, et de l'existence d'une canalisation de secours favorisée par la géométrie prismatique des gaines ; bonne sécurité du fait de la possibilit8de mettre en oeuvre également un conducteur de neutre, véhicule d'éventuels courants de court-circuit, la présence d'un tel conducteur de neutre se trouvant également facilitée par la géométrie prismatique des gaines suivant l'invention. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence au dessin schématique annexé dont la figure unique est une vue en coupe transversale d'un groupe de canalisations à isolation gazeuse suivant l'invention. Cette figure unique illustre à titre d'exemple l'application de l'invention à la constitution d'un faisceau de quatre canalisations unipolaires à isolation gazeuse 10, trois de ces quatre canalisations correspondant chacune à l'une des phases d'un système triphasé et la quatrième de ces canalisations constituant une canalisation de secours susceptible de se substituer à l'une quelconque des trois précédentes. Chacune des canalisations 10 comporte, de manière classique, dans un volume gazeux BOUS pression 11 confiné par une gaine étanche au gaz 12, un conducteur métallique 13 disposé sensiblement axialement dans ladite gaine 12 et relié transversalement à celleci, au moins de place en place, par des isolateurs de positionnement 14. Dans l'exemple représenté le conducteur 13 est tubulaire et présente une section circulaire ; d'autres sections peuvent bien entendu tre envisagées et par exemple des sections polygonales. Un tel conducteur peut de manière usuelle entre réalisé en un métal bon conducteur de l'électricité, par exemple en aluminium. On peut également envisager de réaliser un tel conducteur, au moins de façon partielle, en sodium. Quoi qu'il en soit un tel conducteur 13 est effectué par tronçons, suivant des techniques usuelles en la matière, et l'assemblage successif bout à bout de ces tronçons peut être effectué par soudure, ou par embossage avec contact mobile. La liaison électrique de ces tronçons peut en variante être assurée par des tresses métalliques, un léger jeu étant laissé entre deux tronçons successifs, ce qui est favorable à la tenue mécanique de l'ensemble, compte tenu des dilatations thermiques susceptibles de se développer. Ces diverses techniques sont. bien connues par elles-mêmes et ne seront donc pas détaillées ici. De manière usuelle le gaz sous pression présent dans le volume 11 est de préférence de l'hexafluorure de soufre. Suivant l'invention la gaine 12 a en section un contour polygonal. Dans exemple représenté la section de cette gaine 12 est carrée. Une telle gaine est constituée en une matière qui n'est au plus que faiblement conductrice de l'électricité sur sa face interne, ou dans toute sa masse. Par exemple une telle gaine 12 peut etre réalisée en matière synthétique du type polychlorure de vinyle ou autre, une métallisation de la face interne de cette gaine étant prévue pour la rendre conductrice à ce niveau, ou une dispersion de métal ou de matériau semi-conducteur étant prévue dans l'ensemble de cette matière pour rendre la gaine conductrice dans sa masse. Outre sa fonction d'étanchéité au gaz une telle gaine 12 doit en effet délimiter la zone soumise au champ électrique due au conducteur 13 et recueillir les courants capacitifs. hais elle n'a aucune tenue mécanique à assurer et son épais seur peut entre relativement faible. En effet, suivant l'invention sur l'une de ses faces-au moins une telle gaine 12 est contrebutée par une paroi de renfort, qui double ladite face indépendamment de celle-ci. En pratique, et s'agissant dans l'exemple représenté d'un faisceau ou groupe de quatre canalisations à gaine de section carrée, les canalisations de ce groupe sont accolées deux à deux par l'une de leurs faces dans un caniveau 15 commun à toutes ces canalisations, et entre deux faces accolées de deux canalisations ainsi adjacentes est interposé un écran de protection incombustible 16, l'ensemble des écrans 16 étant ainsi disposé en croix entre les quatre canalisations. En outre une dalle de fermeture 17 est rapportée sur le caniveau 15. Ainsi la gaine 12 de chaque canalisation 10 a chacune de ses faces contrebutée par une paroi de renfort qui est soit la dalle de fermeture 17, soit une paroi ou le fond du caniveau 15, soit un écran de protection incombustible 16, ce dernier se trouvant lui-meme contrebuté par l'autre canalisation 10 qu'il sépare de la première. Une gaine 12 suivant l'invention peut Outre réalisée en grande série par tronçons successifs. De tels tronçons peuvent, comme il est usuel dans cette technique, être successivement assemblés bout à bout par soudage, collage, embattage ou boulonnage par exemple, des organes aptes à absorber les dilatations thermiques pouvant éventuellement entre prévus. De telles dispositions sont bien connues par elles-mêmes et ne seront donc pas décrites en détail ici. Le caniveau 15 et la dalle 17 qui le ferme peuvent être réalisés en béton, éventuellement armé. Ils peuvent également être préfabriqués en usine par tronçons, ces tronçons pouvant ensuite être assemblés successivement bout à bout par exemple par boulonnage. Quoi qu'il en soit le caniveau 15 et la dalle 17 qui le ferme embrassent évidemment d'aussi près que possible le contour périphérique du faisceau ou groupe constitué par les canalisations 10 qu'ils enferment. Un tel caniveau 15 est enfoui dans le sol 18. l'es isolateurs de positionnement 14 sont usuels dans cette technique. Ils ne seront donc pas décrits en détail ici. I1 sera seulement fait observer que suivant l'invention ces isolateurs de positionnement se raccordent à la gaine 12 correspondante au droit des arêtes de celle-ci. S'agissant d'une gaine à section carrée comme représenté ces isolateurs de positionnement s'étendent donc suivant les diagonales de ces sections. Par suite ils ont une longueur supérieure à celle d'isolateurs de positionnement comparables qui seraient mis en oeuvre dans une gaine à section circulaire inscrite dans la section carrée de la gaine 12 suivant 11 invention, le rapport de ces longueurs étant égal à la racine carrée de deux. D'une manière plus générale les isolateurs de positionnement sont de préférence, dans une gaine à section polygonale suivant 1t invention, raccordés à cette gaine au droit des arêtes decelle-ci ou au moins au voisinage de ces arêtes, afin de profiter de la présence de ces arêtes pour donner à ces ;isolateurs de positionnement une longueur maximale. Comme précisé ci-dessus les écrans de protection 16 sont en matériau incombustible, ce qui a pour effet d'empêcher la propagation d'un éventuel défaut d'une canalisation vers les canalisations voisines. De préférence, et tel que représenté, ces écrans de protection 16 ménagent entre eux, au centre de la croix qu'ils forment, un volume libre 19 apte à servir de logement à uconducteur de neutre 20. Ce conducteur de neutre 20 est destiné à véhiculer les éventuels courants de court-circuit ; il peut avantageusement être muni d'un revêtement protecteur à l'égard de la corrosion. Ce conducteur de neutre, qui est dans l'axe du groupe de canalisations 10 concernées, n'est le siège que de pertes négligeables en service normal. De préférence la gaine 12 de chaque canalisation 10 est de place en place reliée par une connexion électrique au conducteur de neutre 19 (non représentée). Ceci permet de fixer le potentiel de ces gaines au voisinage de celui du sol. Un éventuel court-circuit consécutif à un amorçage entre le conducteur 13 et la gaine 12 d'une canalisation 10 entrasse l'él6- vation du potentiel de cette gaine ; un second amorçage se produit alors entre cette gaine 12 et le conducteur de neutre 20, ce qui ramène le potentiel de cette gaine à sa valeur initiale. Bes calculs montrent que le champ électrique sur le conducteur 13 est minimal et sensiblement constant en amplitude lorsque le rapport existant entre le rayon du conducteur 13 et le demic8té de la section carrée de la gaine 12 qui l'entoure est égal à 0,4 ou voisin de cette valeur. De préférence une canalisation 10 à section carrée selon 1' Invention sera établie de manière à ce qu'un tel rapport soit res pecté. La capacité linéique d'une telle canalisation est alors voisine de 60 picofarads/mètre. Bien entendu la présente invention ne se limite pas à la forme de mise en oeuvre décrite et représentée, mais englobe toute variante d'exécution, notamment en ce qui concerne la section polygonale de gaine adoptée, et/ou le nombre de canalisations éventuellement rassemblées au sein d'un même faisceau, et/ou les rapports des dimensions transversales des divers composants de chacune de ces canalisations. En particulier, pour la réalisation d'une structure monopoles re, une seule canalisation 10 suivant l'invention peut entre disposée à l'intérieur d'un caniveau approprié. Comme précisé ci-dessus les conducteurs et les gaines des canalisations suivant l'invention se prêtent avantageusement à une fabrication ou une préfabrication en usine, pour un montage sur les lieux mêmes d'utilisation. I1 en est de mQme pour le caniveau associé, ce qui permet de réduire les durées d'installation de l'ensemble. Mais conducteurs, isolateurs et gaine de ces canalisations peuvent en variante ttre assemblés en usine, dans les conditions optimales de propreté, et obturés Jusqu'à l'instant de leur installation sur les lieux d'utilisation concernés ; on peut ainsi en réduire la pollution au minimum. REVENDICkTIoNS 1. Canalisation électrique à isolation gazeuse, du genre com portant, dans un volume gazeux sous pression confiné par une gaine étanche aux gaz, un conducteur métallique disposé sensiblement axialement dans ladite gaine et relié transversalement à celle-ci, au moins de place en place, par des isolateurs de positionnement, une telle canalisation électrique caractérisée en ce que ladite gaine a en section un contour polygonal. 2. Canalisation électrique suivant la revendication 1, caractérisée en ce que, sur l'une de ses faces au moins, la gaine est contrebutée par une paroi de renfort, par exemple en béton, qui double ladite face indépendamment de celle-ci. 3. Canalisation électrique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que cette paroi de renfort appartient à un caniveau dans lequel est disposée ladite canalisation. 4. Canalisation électrique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la gaine est en une matière qui n'est au plus que faiblement conductrice de l'électricité. 5. Canalisation électrique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la gaine n'est conductrice de l'électricité que sur sa face interne. 6. Canalisation électrique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la gaine est en matière synthétique. 7. Canalisation électrique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les isolateurs de positionnement se raccordent à la gaine au droit des arêtes de celle-ci ou au moins au voisinage de ces aretes. 8. Canalisation électrique suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la gaine a une section carrée. 9. Canalisation électrique suivant la revendication 8, caractérisée en ce que, le conducteur ayant une section circulaire, le rayon de cette section et le demi-cté de la section de la gaine sont dans un rapport voisin de 0,4. 10. Groupe de canalisations électriqpes conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les canalisations de ce groupe sont accolées deux à deux par l'une de leurs faces dans un caniveau commun à toutes ces canalisations. 11. Groupe de canalisations électriques suivant la revendica tion lo, caractérisé en ce que le caniveau contenant les canalisations électriques est fermé par une dalle. 12. Groupe de canalisations électriques suivant l'une quelconque des revendications 10, 11, caractérisé en ce qu'entre deux faces accolées de deux canalisations adjacentes un écran de protes tion incombustible est interposé. 13. Groupe de canalisations électriques suivant l'une quelconque des revendications lo à 12, caractérisé en ce que, pour un système tripolaire, il y a quatre canalisations électriques à gaine de section carrée identique. 14. Groupe de canalisations électriques suivant les revendications 12, 13 prises conjointement, caractérisé en ce que les écrans de protection sont disposés en croix entre les quatre canalisations. 15. Groupe de canalisations électriques suivant la revendication 14, caractérisé en ce que les écrans de protection ménagent entre eux un volume libre au centre de la croix qu'ils forment pour logement d'un conducteur de neutre. 16. Groupe de canalisations électriques suivant la revendication 15, caractérisé en ce que la gaine de chacune desdites canalisations est de place en place reliée par une connexion électrique au conducteur de neutre.