Brevet FR2328316A1 — publié le 19770513

La présente invention concerne un branchement de sortie monophasé, à blindage métallique, pour génératrices à haute puissance, chaque branche de phase se composant d'un conducteur intérieur rigide et d'une gaine cylindrique étanche aux gaz, concentrique à ce conducteur intérieur qu'elle entoure, conducteur qui repose sur elle par des isolateurs de support ou d'appui, ladite gaine présentant, à des intervalles appropriés, des compensateurs de dilatation du genre bague pour l'absorption des variations de longueur dues aux variations de température, et le conducteur intérieur étant raccordé par des connexions souples aux branchements réalisés pour le transformateur en couplage monobloc avec la génératrice. De tels branchements de sortie de génératrices se trouvent en vente dans le commerce. Les branchements de sortie des génératrices à haute puissance vers les transformateurs en couplage monobloc avec la génératrice sont extrêmement volumineux, en raison des tensions et courants à grande intensité qui interviennent. Ainsi, par exemple, d'après les nouvelles directives des exploitants de centrales thermiques sur le dimensionnement des branchements de sortie des génératrices, il est impératif de prévoiras en cas d'auto-refroidissement au branchement du transformateur en couplage monobloc avec la génératrice, un diamètre de 760 mm pour le conducteur et de 1500 mm pour la gaine, dans le cas d'un branchement de sortie d'une génératrice de 1700 MVA.Les transformateurs en couplage monobloc correspondant à ces puissances, et qui transforment la moyenne tension introduite en haute tension à 380/ 220 kV, sont, de façon similaire, très grands et très lourds. Le conducteur in térieur cylindrique prévu pour chaque phase est entouré d'une gaine extérieure hermétiquement étanche. Cette gaine contient de l'air comprimé sous une surpression d'environ 200 mm C. E, (colonne d'eau), par rapport à la pression extérieure, pour que l'humidité et la poussière ne puissent pas pénétrer à l'intérieur de la gaine. Le conducteur intérieur et la gaine, qui est également conduc trice de l'électricité, sont parcourus, pour chacune des phases du courant triphasé par des courants déphasée, pour maintenir à de faibles valeurs les forces de court-circuit entre les conducteurs de phases et réaliser le centrage du conducteur intérieur. A des intervalles appropriés, les gaines présentent des compensateurs de dilatation du genre soufflet ou tube ondulé, afin d'absorberles modifications de longueur de la gaine provoquées par les variations de la température ambiante, et de réduire de ce fait les tensions mécaniques qui se produisent dans le sens de l'axe du branchement de sortie. Par suite des problèmes de tolérances qui se posent, le raccordement de la sortie de la génératrice au transformateur en couplage monobloc avec celle-ci est toujours extremement difficile et demande beaucoup de temps. Ainsi, par exemple, dans le cas du raccordement à des transformateurs ayant une puissance apparente de 725 MVA, il faut compter avec des tolérances de + 50 mm environ dans le sens vertical et dans le sens horizontal. Un moyen de réaliser une compensation des tolérances est insérer, dans chaque cas particulier, des pièces intercalaires de dimensions appropriées pour le conducteur intérieur et la gaine. Il est alors cependant. inévitable d'avoir à procéder à des travaux d'adaptation ou de modernisation, qui sont longs et coûteux. Une autre méthode, pour compenser les différences de positions relatives qui se produisent lors du raccordement des branchements de sortie d'une génératrice au transformateur en couplage monobloc avec celle-ci, consiste à munir la gaine, au point de découplage, de brides agrandies, afin d'assurer une surface d'appui minimale suffisamment grande aux brides adjacentes, dont les surfaces ne se chevauchent que partiellement. Les brides à connecter sont alors pressées ou serrées l'une contre l'autre par des pinces placées de l'extérieur, car, en raison des différences de positions, les perçages pratiqués dans les brides pour recevoir les vis de jonction ne sont pas à l'alignement et il n'est donc plus possible de visser les brides directement.Ceci suppose toutefois que les brides sont d'une conformation extrêmement stable pour absorber- " de façon non destructive, les forces qui interviennent au point de jonction entre la gaine et la bride L'agrandissement du diamètre des brides pose en outre des problèmes d'encombrement, car chaque raccordement des branchements de sortie d'une génératrice demande ainsi davantage de place. La distance entre les différentes branches de phase de la sortie d'une génératrice devrait donc être plus grande au point de raccordement du transformateur. En outre, ce mode de compensation des tolérances est également très coateux. La présente invention a donc pour objet un branchement de sortie d'une génératrice du type indiqué en préambule, qui, sans agrandissement notable du diamètre extérieur de la gaine, permette de compenser les tolérances et puisse être raccordé par un montage aisé au transformateur en couplage monobloc avec la génératrice. Ce problème est résolu selon la présente invention par le fait que, pour chaque branche de phase, la pièce terminale de la gaine qui est tournée vers le transformateur présente deux articulations orientables de tous les côtés, montées à distance, et dont chacune est constituée par un compensateur de dilatation, et par le fait que le conducteur intérieur présente, au niveau de celui des deux compensateurs de dilatation qui est le plus éloigné du transformateur, une troisième articulation permettant un pivotement de tous les côtés. o Gracie à la solution selon la présente invention, les problèmes mis en évidence plus haut sont résolus. Sans agrandissement du diamètre de la gaine au-delà des dimensions extérieures des compensateurs de dilatation et des brides normalisées, on obtient sans peine, grâce à la troisième articulation dans le conducteur intérieur et à la disposition des compensateurs de dilatation, une compensation des tolérances sur tous les cOtés pour le raccordement de la gaine au transformateur. Gr ce au compensateur de dilatation situé au niveau de la troisième articulation du conducteur intérieur, compensateur de dilatation qui, outre son élasticité axiale, permet aussi d'avoir une orientabilité de tous les côtés dans un angle limité, et grace au deuxième compensateur de dilatation, plus proche du transformateur, la pièce terminale du branchement de sortie de la génératrice, pièce qui est tournée vers le transformateur en couplage monobloc avec ladite génératrice, présente deux points de brisure potentiels, qui assurent, même en cas de tolérances verticales ou horizontales, un contact parallèle des deux brides de jonction de la gaine situées à proximité du transformateur. Le rôle d'articulation joué par les compensateurs de dilatation peut aussi être repris par d'autres articulations, orientables de tous les côtés et étanches aux gaz, par exemple des articulations composées de segments sphériques. Les brides de jonction n'ont pas besoin de présenter de surcotes en raison de la compensation des tolérances de la gaine qui se fait dans les compensateurs de dilatation, et peuvent être disposées et vissées comme des brides normalisées.Aucune gaine ne présente donc de partie qui soit fortement en saillie vers l'extérieur et qui demande de ce fait encore plus de place. A part la troisième articulation, qui peut être réalisée à un prix modique, le nouveau branchement de sortie d'une génératrice ne présente pas d'éléments nécessitant une fabrication spéciale et la mise en oeuvre de moyens importants et coateux pour le montage. Les compensateurs de dilatation, bien qu'ils aient été jusqu'ici placés à des endroits peu favorables, étaient déjà nécessaires dans les solutions classiques. Les brides de couplage situées à proximité du transformateur sont notablement plus petites et soumises à une charge plus faible que dans la méthode mentionnée au début de a présente demande de brevet, et elles sont raccordées par vissage, à peu de frais. Les moyens de montage mis en oeuvre pour raccorder au transformateur en couplage monobloc avec une génératrice le branchement de sortie de celle-ci, lequel comporte des tolérances, sont si fortement simplifiés que, par exemple, les centrales thermiques peuvent satisfaire des demandes de puissance à fortes variations avec les transformateurs existants, l'échange des transformateurs pouvant se faire à bref délai. Il est même alors possible de raccorder le branchement de sortie de la génératrice à des transformateurs avec un écart de phases différent. Dans un mode de réalisation avantageux de la présente invention, la troisième articulation peut être un joint à rotule ou un joint de cardan à croisillon. Ces articulations permettent d'obtenir l'orientabilité sur tous les côtés que l'on recherche, à peu de frais et avec un haut degré de robustesse et de fiabilité. Il est avantageux que la troisième articulation soit shuntée par des bandes métalliques. On évite ainsi que les pièces de l'articulation ne reçoivent des courants de grande intensité. On obtient de ce fait un contact d'une qualité constante, tandis que les pièces de l'articulation sont largement déchargées du flux de courant. Il est en outre avantageux que la troisième articulation soit fixée sous isolation au conducteur intérieur. Ceci permet une séparation parfaite entre la fonction de la ligne électrique et la fonction de l'articulation. En outre, les compensateurs de dilatation peuvent être en aluminium. La conductivité électrique de la gaine se trouve ainsi assurée par leur intermédiaire. Il est avantageux que le compensateur de dilatation proche du transformateur soit en néoprène. On obtient ainsi, à cet endroit, un découplage des oscillations et des sons entre la gaine et le carter du transformateur. Il est en outre avantageux que la pièce terminale de chaque branche de phase du branchement de sortie d'une génératrice soit montée de façon orientable dans le sens radial, par un système hydraulique ou par des vis de tension et de pression, sur un support de gaine. On réalise ainsi sans peine un préajustage précis des pièces terminales du branchement de sortie de la génératrice qui sont tournées vers le transformateur en couplage monobloc avec ladite génératrice, avant de visser les brides de jonction. Dans un mode de réalisation avantageux de la présente invention, les compensateurs de dilatation correspondants des gaines voisines des différentes branches de phase sont décalés les uns par rapport aux autres dans le sens axial. Ceci permet d'économiser encore de la place, car on évite ainsi que les compensateurs de dilatation, qui dépassent en hauteur le diamètre de la gaine, ne soient en face les uns des autres. La distance entre les gaines voisines d'une phase différente est de ce fait encore réduite. La présente invention est expliquée ci-après en référence aux figures 1 à 4 du dessin annexé, à l'aide d'un exemple de réalisation du dispositif conforme à l'invention. Sur ce dessin: la figure 1 est une vue latérale du transformateur en couplage monobloc avec une génératrice et du branchement de sortie de celle-ci, partiellement en coupe. la figure 2 est une coupe axiale de la partie du conducteur intérieur munie de la troisième articulation en forme de joint de cardan à croisillon, désignée comme détail A sur la figure 1; la figure 3 est une coupe à travers le joint de cardan à croisillon, perpendiculairement à l'axe du conducteur intérieur, suivant la ligne III-III de la figure 2, et la figure 4 est une vue en direction C (figure 1) des branchements de sortie de la génératrice affectés aux trois phases. Sur la figure 1, le repère 1 désigne le carter dans lequel le transformateur en couplage monobloc avec la génératrice est logé sous blindage. Le départ haute tension du transformateur porte le repère 2. Le repère 3 désigne une branche de phase du branchement de sortie de la génératrice, dont la pièce terminale 4 est inclinée vers le bas jusqu'au carter 1 du transformateur. Comme on peut le voir sur la pièce terminale 4, représentée en coupe, d'une branche de phase du branchement de sortie de la génératrice, ce branchement se compose d'un conducteur intérieur cylindrique 5 et d'une gaine extérieure 6, concentrique au conducteur intérieur et étanche aux gaz. La pièce terminale 4, inclinée vers le bas, de chacune des branches de phase du branchement de sortie 3 de la génératrice, est soutenue par les supports de gaine 7 et 8, qui sont disposés sur des poutres 9 ancrées dans le sol. Le conducteur intérieur 5 est appuyé par le support isolant 10 contre la paroi interne de la gaine 6. Le conducteur intérieur 5 de la pièce terminale 4, représentée sur la figure 1, de chaque branche de phase du branchement de sortie 3 de la génératrice présente, à peu près en son milieu, une articulation 11, qui aété désignée dans ce qui précède comme la trois sième articulation ', et qui permet d'obtenir une orientabilité de tous les côtés dans le sens radial, dans un angle limité. Les détails du point d'articulation, désigné par le repère A, du conducteur intérieur 5, font l'objet de la figure 2, qui est commentée par la suite. Au niveau de la troisième articulation 11, la gaine 6 présente un compensateur de dilatation en aluminium 12, du genre soufflet ou tube ondulé. Plusieurs compensateurs de dilatation de ce type sont répartis sur toute la longueur, non représentée ici, du branchement de sortie 3 de la génératrice. Les compensateurs de dilatation sont du type soufflet et sont compressibles dans le sens de l'axe. Ils servent à ab & rber les modifications de longueur de la gaine 6, qui se produisent par suite des variations de la température ambiante, afin d'empêcher que cette gaine ne subisse des détériorations sous l'effet des forces liées aux modifications de longueurs.Outre le fait qu'ils sont compressibles dans le sens de l'axe, les compensateurs de dilatation 12 permettent aussi d'obtenir, de par leur configuration en forme de soufflet, une certaine orientabilité ou capacité de pivotement, l'une par rapport à l'autre, des parties de la gaine qu'ils relient. Les axes des parties de la gaine reliées par un compensateur de dilatation peuvent donc faire un angle différent de 180", sans aucune détérioration des parties de la gaine ni du compensateur de dilatation. En plus du compensateur de dilatation 12, qui se trouve entre les supports de gaine 7 et 8, la gaine 6 présente un autre compen sateur de dilatation en aluminium 13, décalé par rapport au support de gaine 8, vers le carter 1 du transformateur. Ledit compensateur de dilatation 13 peut aussi être fabriqué en un matériau élastique non conducteur, par exemple du néoprène. On obtient ainsi un bon découplage des oscillations et des sons pour les deux tronçons de gaine adjacents à ce compensateur de dilatation. Le tronçon de gaine adjacent au compensateur de dilatation 13, en direction du carter 1 du transformateur, se termine par une bride 14. La bride 14 présente, à cause du rôle d'articulation joué par le compensateur de dilatation 13, une orientabilité sur tous les côtés dans le sens radial. A cette orientabilité s'ajoute une orientabilité ou capacité de pivotement de tous les côtés de l'ensemble du tronçon de gaine situé au-dessous du compensateur de dilatation 12, à cause de l'articulation 11 du conducteur intérieur 5, ainsi que du compensateur de dilatation 12~placé à son niveau sur le conducteur extérieur et qui reprend le rôle d'articulation. De ce fait, la partie 6 de la gaine, inclinée obliquement vers le bas et qui se termine dans la bride 14, présente deux points de brisure potentiels. La pièce de jonction 15, munie des deux côtés des brides 16 et 17, peut donc, même en cas de tolérances importantes entre les points de raccordement, être vissée sans mise en oeuvre de moyens importants au carter 1 du transformateur et à la bride 14 de la partie de gaine 6 inclinée obliquement vers le bas. La pièce terminale 4 étant mobile de tous les côtés, grâce aux éléments ll 12, 13, ce n'est qu'un jeu d'obtenir une position parallèle des brides 14 et 17 ainsi qu'un ajustage bien aligné des tronçons de gaine 6 eS 15 reliés à ces brides. Le raccord à brides 14, 17 est alors, dans une large mesure, libéré des forces de déformation latérales, même si l'on se trouve en présence des tolérances maximales admissibles, en raison de la conformation avantageuse de la pièce terminale 4 du branchement de sortie 3 de la génératrice. La jonction conductrice de l'électricité entre la traversée du transformateur 18 et le conducteur intérieur 5 se fait au moyen de connexions métalliques souples 19, à haut degré de flexibilité, ce qui permet de compenser sans difficulté un éventuel défaut de parallélisme entre la suriace frontale de la traversée 18 et la surface frontale du conducteur intérieur 15, ainsi que les tolérances dans le sens axial au point de contact. Les deux supports de gaine 7 et 8, déjà mentionnés, ont une fonction et une structure différente. Le support de gaine 7, situé en haut, est un support fixe. Le support de gaine 8, placé plus près du transformateur, permet par contre à la gaine de pivoter perpendiculairement à son axe dans deux directions perpendiculaires l'une à l'autre. La force nécessaire au pivotement peut être appliquée au moyen d'un système hydraulique ou bien de vis de tension et de pression. La figure 2 représente le détail désigné par le repère A sur la figure 1. La troisième articulation, qui relie ensemble les deux tronçons du conducteur intérieur 5 et qui assure une orientabilité sur tous les côtés, est réalisée, dans cet exemple, sous la forme d'un joint de cardan à croisillon, dont la structure est rendue visible par la coupe, représentée à la figure 3, le long de la ligne d'intersection III-III de la figure 2. Deix profilés rectangulaires 20 en forme d'U, qui se font vis-à-vis avec un écart, sont montés sous isolation sur la partie supérieure du conducteur 5. Entre les deux surfaces des profilés rectangulaires 20, montées vis-a-vis en parallèle, un tube articulé 21, de section carrée, est placé de façon à pouvoir tourner autour d'un axe Al. Sur les deux surfaces libres de l'élément ou tube articulé 21 est monté un autre ensemble de deux profilés en forme de U 23, qui peuvent pivoter autour d'un axe A2, et qui sont ancrés, par leur autre extrémité, dans la partie la plus profonde du conducteur intérieur 5. On obtient ainsi une mobilité autour des deux axes Al et A2 perpendiculaires l'un à l'autre.Un joint de cardan à croisillon de ce type est de construction simple - comme on peut le voir - et peut donc être fabriqué à peu de frais. Cependant, en dépit de la modicité des moyens mis en oeuvre, on obtient une orientabilité sur tous les côtés avec un haut degré de robustesse et de fiabilité. Le joint de cardan à croisillon est isolé par rapport aux pièces du conducteur intérieur 5, pour éviter que le courant ne passe par l'intermédiaire des parties mobiles de ce joint. Le courant passe au contraire par les bandes métalliques 24 qui sont fixées à la périphérie des deux parties du conducteur intérieur et peuvent suivre sans difficulté chaque mouvement d'orientation de l'articulation. La fonction d'articulation et la fonction de conduction électrique étant séparées, on est assuré qu'il y a, de manière constante, une faible résistance de contact entre les pièces du conducteur intérieur, tandis que, pour le dimensionnement du joint de cardan à croisillon, on n'a pas à faire entrer en ligne de compte la ré - sistance au courant nécessaire sur l'articulation.En outre, il est complètement exclu qu'il y ait des problèmes de flux de charge sur les parties mobiles des articulations. A la place du joint de cardan à croisillon, on peut aussi utiliser un joint à rotule, avec les mêmes avantages. La figure 4 est une vue en direction C des pièces terminales 6 du branchement de sortie de la génératrice, pièces terminales qui correspondent à trois branches de phase placées à côté les unes des autres. Les compensateurs de dilatation 12, de construction identique et correspondant les uns aux autres, sont disposés de telle manière dans les gaines 6 que deux compensateurs de dilatation 12 voisins sont, chaque fois, décalés l'un par rapport à l'autre, dans le sens axial. Cette disposition décalée a été choisie pour les compensateurs de dilatation 13. On évite ainsi que les compensateurs de dilatation, qui font légèrement saillie au-dessus du diamètre de la gaine, ne se chevauchent mutuellement. On peut de ce fait maintenir une faible distance entre deux branchements de sortie de la génératrice voisins, car oette mesure permet dtéviter que les compensateurs de dilatation identiques 12 et 13 de chacune des branches de phase voisines ne soient mutuellement en contact. On peut voir en outre, sur la figure 4, que, pour obtenir une orientabilité ou capacité de pivotement optimale des pièces terminales 4 4 du branchement de sortie de la génératrice autour du centre de rotation 25, il faut disposer le joint de cardan à croisillon 11 de telle manière que son centre de rotation soit au milieu de la longueur des compensateurs de dilatation 12. En résumé, on peut constater que, grâce au branchement de sortie de génératrice selon la présente invention, une solution simple et économique a été trouvée au problème,qui se posait depuis longtemps, de la compensation des tolérances pour le raccordement des branchements de sortie des génératrices au carter des transformateurs en couplage monobloc avec lesdites généiatrices, Les pièces terminales d'un branchement de sortie de génératrice de ce type sont orientables de tous les côtés grâce à l'articulation prévue sur le conducteur intérieur ainsi que gracie aux deux compensateurs de dilatation disposés de façon appropriée. Les différences de positions qui interviennent, dans la zone de tolérance, entre les branchements au transformateur et le branchement de sortie de la génératrice, peuvent de ce fait être compensées sans qu'il soit~nécessaire de prévoir des constructions spéciales pour les brides ni des moyens de fixation, et sans que le raccord à brides simplifié n'ait à subir de grandes forces de rappel. Revendications 1. Branchement de sortie monophasé, à blindage métallique, pour génératrices à haute puissance, chaque branche de phase se composant d'un conducteur intérieur rigide et d'une gaine cylindrique étanche aux gaz, concentrique à ce conducteur intérieur qu'elle entoure, conducteur qui repose sur elle par des isolateurs de support ou d'appui, ladite gaine présentant, à des intervalles appropriés, des compensateurs de dilatation du genre bague pour l'absorption des variations de longueur dues aux variantions de température, et le conducteur intérieur étant raccordé par des connexions souples aux branchements réalisés pour le transformateur en couplage monobloc avec la génératrice, caract érisé en ce que, pour chaque branche de phase, la pièce terminale (4) de la gaine (6) qui est tournée vers le transformateur (1) présente deux articulations orientables de tous les côtés, montées à distance, et dont chacune est constituée par un compensateur de dilatation (12, 13), et en ce que le conducteur intérieur (5) présente, au niveau de celui (12) des deux compensateurs de dilatation (12, 13) qui est le plus éloigné du transformateur, une troisième articulation (11) permettant un pivotement de tous les côtés. 2. Branchement de sortie d'une génératrice selon la revendication 1, caractérisé en ce que la troisième articulation (11) est un joint à rotule. 3. Branchement de sortie d'une génératrice selon la revendication 1, caractérisé en ce que la troisième articulation (11) est un joint de cardan à croisillon (21, 22, 23). 4. Branchement de sortie d'une génératrice selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la troisième articulation (11) est shuntée par des bandes métalliques (24). 5. Branchement de sortie d'une génératrice selon la revendication 4, caractérisé en ce que la troisième articulation (11) est fixée sous isolation au conducteur intérieur (5). 6. Branchement de sortie d'une génératrice selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les compensateurs de dilatation (12, 13) sont en aluminium. 7. Branchement de sortie d'une génératrice selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le compensateur de dilatation (13) proche du transformateur est en néoprène. 8. Branchement de sortie d'une génératrice selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la pièce terminale (4) de chaque branche de phase du branchement de sortie (3) d'une génératrice est montée de façon orientable dans le sens radial, par un système hydraulique ou par des vis de tension et de pression, sur un support de gaine (8). 9. Branchement de sortie d'une génératrice selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les compensateurs de dilatation (12, 13) correspondants des gaines voisines (6) des différentes branches de phase, sont décalés les uns par rapport aux autres dans le sens axial.