Brevet FR2323257A1 — publié le 19770401

L'invention est relative à une installation électrique haute tension à enveloppe métallique confinant un espace interne étanche rempli d'un gaz isolant, comprenant un organe d'obturation d'un orifice ménagé dans ladite enveloppe, susceptible de s'ouvrir sous l'action d'une surpression engendrée par un amorçage interne dans ledit espace pour autoriser l'échappement du gaz isolant vers le milieu extérieur et un conducteur de mise à la terre de ladite enveloppe. Dans les installations connues du genre mentionné, le gaz isolant, sous l'effet d'un arc d'amorçage à l'intérieur de l'enveloppe s'échauffe et engendre une augmentation de pression, la surpression étant limitée par l'éclatement d'une membrane ou l'ouverture d'une soupape tarée. Le fonctionnement de ces dispositifs de sécurité ou de protection n'est pas parfaitement fiable car un laps de temps s'écoule entre l'apparition de l'arc et le dépassement d'un seuil déterminé de la surpression dans la zone de la membrane brisable. Ces systèmes assurent une simple sécurité dont la défaillance peut conduire à un éclatement de l'enveloppe. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et de réaliser une installation munie d'un dispositif de sécurité rapide et fiable. La présente invention est caractérisée par le fait qu'elle comporte de plus des moyens de réaction au passage d'un courant de défaut dans ledit conducteur de mise à la terre dû audit amorçage interne, lesdits moyens de réaction agissant sur ledit organe d'obturation pour provoquer l'ouverture de ce dernier lors dudit amorçage interne. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, lesdits moyens de réaction comportent au moins un élément conducteur en matériau fusible soumis à l'action dudit courant de défaut et agencé de manièré à provoquer l'ouverture dudit organe d'obturation, après dépassement d'un seuil prédéterminé dudit courant de défaut. L'organe d'obturation comprend une paroi, en matériau fusible, notamment d'un alliage d'étain et de plomb, mise à la terre par un conducteur approprié. Selon un développement de l'invention, la paroi est munie dans sa partie centrale d'une corne radiale dirigée vers le conducteur sous tension qui Joue le rôle d'éclateur en cas d'amor çage interne en obligeant le courant de défaut à passer dans ladite paroi. Selon un autre développement de l'invention, ledit organe d'obturation coopère avec un dispositif de verrouillage ayant un élément de déverrouillage en un matériau conducteur fusible appartenant audit conducteur de mise à la terre. Lors d'un amorçage interne, l'élément de déverrouillage fond ou se déforme et provoque l'ouverture de la paroi. Dans une variante de réalisation de l'invention, lesdits moyens de réaction comprennent un élément pyrotechnique, notamment une cartouche explosive, incorporée ou disposée au voisinage dudit organe d'obturation. Selon encore un autre mode de réalisation, lesdits moyens de réaction renferment un dispositif électromagnétique de commande dudit organe d'obturation. Ce dernier comporte un clapet monté sur l'orifice de l'enveloppe et muni d'une armature coopérant avec une bobine électromagnétique excitée par le courant de défaut. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront plus clairement de l'exposé qui va suivre de plusieurs modes de mise en oeuvre de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un tronçon d'une installation blindée, équipé d'un dispositif de sécurité selon l'invention; la figure 2 est une vue analogue illustrant un développement de l'invention; les figures 3 et 4 sont des vues partielles de la figure 1, qui montrent respectivement deux autres développements de l'invention, le conducteur sous tension n'étant pas représenté; la figure 5 est une vue analogue à celle de la figure 1, représentant un dispositif à corne radiale ménagée dans la zone centrale de la membrane brisable;; la figure 6 est une vue schématique, analogue à la figure 1, d'une variante de réalisation de l'invention, utilisant un dispositif électromagnétique de commande d'un clapet obturateur; les figures 7 et 8 représentent, à échelle agrandie, un mode de mise en oeuvre du clapet obturateur selon la figure 6, respectivement en positions de fermeture et d'ouverture; les figures 9 et 10 sont des vues en coupe qui montrent respectivement en position de fermeture et d'ouverture un dispositif de sécurité selon ltinvention à membrane maintenue par des entretoises fusibles. La figure 1 montre une installation électrique blindée 10 haute tension à enveloppe 12 métallique tubulaire, en acier ou en aluminium, délimitant un espace interne étanche rempli de gaz isolant, notamment de l'hexafluorure de soufre. Un conducteur 14 électrique, notamment une barre omnibus, disposé dans l'axe de l'enveloppe 10 est porté par des isolateurs supports 16, 18 en forme de disques divisant l'enveloppe 12 en plusieurs tronçons 20, 22, 24 isolés électriquement les uns par rapport aux autres et correspondant chacun à un compartiment étanche 26, 28, 30 respectivement. Chacun des compartiments 26, 28, 30 est équipé d'un dispositif de sécurité à organe d 'obturation, notamment d'une membrane de sécurité, susceptible de s'ouvrir lors dtun amorçage interne, de manière à permettre l'échappement du gaz isolant vers le milieu extérieur.Pour des raisons de clarté de l'exposé, seul l'organe d'obturation 32 associé au compartiment 28 sera décrit, les autres étant tous identiques. Le compartiment 28 comporte un orifice 34 ménagé dans le tronçon 22 de l'enveloppe et fermé en fonctionnement normal de l'installation électrique par l'organe d'obturation 32. Ce dernier comprend une paroi ou membrane 36 de rupture, en matériau conducteur de l'électricité, assuJettie à une bride 38 délimitant ltori- fice 34 avec interposition d'un anneau. 40 isolant. Une électrode 42 est agencée à l'intérieur du compartiment 28 et relie électriquement le tronçon 22 à la surface interne de la membrane 36. La mise à la terre du tronçon 22 est réalisée par un conducteur 44 connecté à la surface externe de la membrane 36, et coopérant avec un détecteur 46, notamment un transformateur de courant, branché à un relais 48 de signalisation ou d'alarme.Le matériau conducteur de la membrane 36 de rupture est un alliage, notamment dtétain et de plomb, ayant un point de fusion inférieur à celui du matériau de ltenveloppe 12 et déterminé en fonction de la température interne du compartiment 28, des pertes par effet Joule dans la membrane dues au passage du courant de fuite vers la terre et de la chaleur de l'arc de défaut. Le fonctionnement du dispositif de sécurité est le suivant Lors d'un amorçage interne, provoqué par un défaut d'isolement dans le compartiment 28, un are 50 est tiré entre le conducteur 14 et le tronçon 22 de l'enveloppe métallique. La mise à la terre du tronçon 22 est effectuée par la membrane 36, et le courant de défaut vers la terre parcourt successivement le tron çon 22, ltélectrode 42, la membrane 36 et le conducteur 44 de mise à la terre. Les pertes par effet Joule dans la membrane 36 traversée par le courant de défaut provoquent la fusion de la membrane et l'échappement du gaz isolant vers le milieu extérieur. Le relais 48 de signalisationdonne l'alarme par détection du courant de défaut dans le conducteur 44 de mise à la terre.On choisit le matériau de la membrane 36 de telle manière que la fusion due au passage du courant de défaut, intervienne avant la rupture provoquée-par la surpression du gaz isolant engendrée par'l'amorçage interne. Pour un alliage d'étain et de plomb la membrane 36 est ainsi détruite par effet Joule et non par effet de surpression. Selon une variante de réalisation (non représentée), les tronçons 20, 22, 24 ne sont pas isolés les uns des autres, mais réunis par des éléments conducteurs. Un seul organe d'obturation 32 est alors nécessaire, et la mise à la terre de l'ensemble des tronçons est réalisée par la membrane 36. Les isolateurs supports 16, 18 comportent dans ce cas des lumières de communication du compartiment 28 équipé de l'organe obturateur avec les compartiments adJacents. Sur les figures 2 à 10 suivantes, les mêmes repères sont employés pour désigner des pièces analogues ou identiques à celles représentées à la figure 1, et pour des raisons declarté de l'exposé, ces pièces ne seront plus décrites en détail par la suite. Dans ltexemple de réalisation selon la figure 2, l'anneau isolant 40 est supprimé, et la membrane 36 conductrice mise à la terre par le conducteur 44, est fixée directement sur la bride 38 de orifice 34. Un écran 54 annulaire, en matériau condueteur, entoure le conducteur 14 et est agencé au voisinage de l'iso- lateur support 56 de forme tronconique de façon à constituer une zone d'amorçage préférentiel. L'écran 54 est séparé du tronçon 22 par un anneau isolant 58, et est connecté à la surface interne de la membrane 36 par une électrode 60. Lors d'un défaut interne, l'arc 62 s'amorce entre le conducteur 14 et l'écran 54, et le courant de défaut vers la terre parcourt l'électrode 60, la membrane 36 et le conducteur 44.La suite du fonctionnement est identique à celle décrite précédemment. En se référant à la figure 3, on voit qu'une électrode 66, reliant électriquement le tronçon 22 et la membrane 36 de la manière susmentionnée, est disposée à l'extérieur de l'enveloppe 12. Cette disposition permet un réglage du point de contact de ltélectrode 66 avec la membrane 36 et un choix de la meilleure caractéristique de rupture de la membrane. La figure 4 présente une solution simplifiée éliminant l'électrode interne, et consistant à monter directement la membrane 36 mise à la terre par le conducteur 44 sur la bride 38 du tronçon 22 de l'enveloppe. Dans la variante illustrée par la figure 5, la membrane 70 de rupture de l'organe d'obturation de l'enveloppe 12 est montée sur le rebord 72 encadrant l'orifice 34 avec interposition d'un Joint 74 d'étanchéité. La membrane 70, en alliage d'étain et de plomb, est munie d'une corne 76 centrale de longueur appropriée, faisant saillie à l'intérieur de l'enveloppe 12 et dirigée radialement vers le conducteur 14 entouré d'un manchon 78. La distance de séparation de l'extrémité libre de la corne 76 et du manchon 78 conducteur est inférieure à celle ménagée entre l'enveloppe 12 et le conducteur 14. En cas de défaut d'isolement dans l'espace interne de l'enveloppe 12, la corne 76 sert d'éclateur de protection, et un arc 80 est amorcé entre le manchon 78 et l'extrémité libre de la corne.Le courant de défaut circule obligatoirement dans la membrane 70, et la mise à la terre de l'enveloppe 12 peut être réalisée en un endroit quelconque de l'enveloppe par un chable 82. La membrane de rupture formant l'organe d'obturation peut être remplacée par un clapet de sécurité et dans ltexemple illustré par la figure 6 ce clapet est équipé d'une commande électromagnétique pilotée par le courant de fuite vers la terre. En fonctionnement normal de l'installation, l'orifice 34 du tronçon 22 est obturé par un capet 84 maintenu en position de fermeture par un ressort d'appui 86. En cas de défaut interne, un arc 50 est amorcé entre le conducteur 14 et le tronçon 22. Le courant de fuite vers la terre est détecté par un transformateur de courant 46 entourant un câble 88 de mise à la terre du tronçon 22.Un relais 90, branché aux bornes du transformateur de courant 46, est excité par le courant de fuite, et envoie un signal de commande, amplifié dans un amplificateur 92, dans une bobine électromagné tique 94 provoquant l'ouverture du clapet 84 et l'échappement du gaz isolant du compartiment 28 vers l'extérieur. Les figures 7 et 8 illustrent un mode de réalisation du clapet 84 de la figure 6, respectivement montré en position de fermeture et d'ouverture. Le clapet comporte un disque 96 d'obturation de l'orifice 34, maintenu en appui par un ressort de compression 86 contre un siège 98 annulaire, ménagé dans la bride 100, avec interposition d'un joint d'étanchéité 102. La bride 100 se prolonge vers l'extérieur par une extension 104 tubulaire pourvue de trous 106 d'échappement, et formant avec un couvercle 108 une enceinte 110 annulaire adaptée au logement de la bobine 94 de commande du clapet. Une armature 112 assujettie au disque 96 coopère avec la bobine 94, de manière à être attirée vers le bas lors de l'excitation de la bobine par le relais 90, et autorisant ainsi l'évacuation du gaz isolant par les trous d'échappement 106.L'ouverture du clapet peut également résulter de la surpression à l'intérieur du compartiment 28, mais les caractéristiques du relais 90 de détection du courant de défaut sont telles que l'ouverture du clapet par la bobine 94 intervient avant la réaction de la surpression. I1 peut être difficile de concilier les impératifs de fusion à une température prédéterminée et de rupture à une surpression donnée, imposés à la membrane de sécurité et dans l'exemple illustré par les figures 9 et 10 ces fonctions sont séparées. L'organe d'obturation de l'orifice 34, constitué par une membrane 110, est maintenu contre la bride 38, pourvue d'un joint d'étanchéité 112, par l'intermédiaire d'entretoises 118 prenant appui sur une plaque 114, fixée sur la bride 38 au moyen de boulons 116 isolants. La membrane 110 et la plaque 114 sont en un matériau conducteur, notamment en acier ou aluminium, et sont reliées électriquement entre elles par les entretoises 118 en un matériau conducteur fusible. La plaque 114 d'appui est maintenue au potentiel de la terre par un câble 44 de liaison. Lors d'un amorçage interne, le courant de défaut passe successivement dans le tronçon 22, la paroi 110, les entretoises 118, la plaque 114 et le câble 44 de mise à la terre. Les entretoises 118 fondent ou se déforment après dépassement d'un seuil déterminé du courant de défaut, et autorisent l'ouverture de la membrane 110 (voir figure 10). Le temps d'ouverture de la membrane 110 est réglable en changeant le nombre et la nature des entretoises 118. L'invention n'est bien entendu nullement limitée aux modes de mise en oeuvre plus particulièrement décrits et représentés aux dessins annexés, mais elle s'étend bien au contraire à toute variante restant dans le cadre des équivalences mécaniques ét électriques, notamment celle dans laquelle les moyens de réaction au passage du courant de fuite vers la terre comporteraient une cartouche explosive agencée au voisinage de l'organe d'obturation et autorisant un échappement immédiat du gaz isolant dès î1ap- parition dtun seuil déterminé du courant de défaut. REVENDICATIONS 1. Installation électrique haute tension à enveloppe métallique confinant un espace interne étanche rempli d'un gaz isolant, comprenant un organe d'obturation d'un orifice ménagé dans ladite enveloppe, susceptible de s'ouvrir sous l'action d'une surpression engendrée par un amorçage interne dans ledit espace, pour autoriser ltéchappement du gaz isolant vers le milieu extérieur et un conducteur de mise à la terre de ladite enveloppe, caractérisée par le. fait qu'elle comporte de plus des moyens de réaction au passage d'un courant de défaut dans ledit conducteur de mise à la terre dû audit amorçage interne, lesdits moyens de réaction agissant sur ledit organe d'obturation pour provoquer l'ou- verture de ce dernier lors dudit amorçage interne. 2. Installation électrique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que lesdits moyens de réaction comportent au moins un élément conducteur, en matériau fusible soumis à l'action dudit courant de défaut et agencé de manière à provoquer l'ouverture dudit organe d'obturation, après dépassement d'un seuil prédéterminé dudit courant de défaut. 3. Installation électrique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que lesdits moyens de réaction comprennent un élément pyrotechnique disposé au voisinage dudit organe d'obturation. 4... Installation électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait qu'au moins une partie dudit organe d'obturation en matériau conducteur appartient audit conducteur de mise à la terre de ladite enveloppe. 5. Installation électrique selon la revendication 1, 2 ou 4, caractérisée par le fait que ledit organe d'obturation comprend une paroi en matériau conducteur fusible mise à la terre. 6. Installation électrique selon la revendication 1, 2 ou 4, caractérisée par le fait que ledit organe d'obturation coopère avec un dispositif de verrouillage ayant un élément de déverrouillage en un matériau conducteur fusible appartenant audit conducteur de mise à la terre. 7. Installation électrique selon la revendication 2, 4 ou 5, caractérisée par le fait que ledit organe d'obturation comporte une membrane en matériau fusible assujettie à l'enveloppe de façon à obturer ledit orifice et présentant une partie faisant saillie à lXintérieur de 11enveloppe en direction de la partie sous tension de manière à constituer une zone d'amorçage préférentiel et de jouer le rôle d'éclateur en cas d'amorçage interne. 8. Installation électrique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que lesdits moyens de réaction sont agencés pour devenir actifs avant 11 ouverture de l'organe d'obturation sous l'action de ladite surpression à l'intérieur dudit espace. 9. Installation électrique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que lesdits moyens de réaction comportent un dispositif électromagnétique de commande d'ouverture dudit organe d'obturation. 10. Installation électrique selon la revendication 9, caractérisée par le fait que ledit organe d'obturation comprend un clapet sollicité en position d'obturation dudit orifice et solidaire d'une armature coopérant avec une bobine électromagnétique excitée par ledit courant de défaut.