Brevet FR2448214A1 — publié le 19800829

La présente invention concerne les condensateurs de puissance, à dielectriqe céramique, et plus particulièrement les condensateurs de forme tubulaire, parmi lesquels ceux qui sont refroidis par une cirulation forcée d'un fluide. Ce type de condensateurs de puissance est très généralement utilisé sous des tensions élevées - et souvent aussi à des fréquences élevées --ce qui amène à les enrober d'une matière électriquement isolante en vue d'éviter la formation d'arcs formés entre armatures interne et externe, arcs dûs à la condensation d'humidité atmosphérique par condensation sur la surface extérieure du condensateur froid.Cet enrobage externe, qui englobe les armatures, le diélectrique et une partie des connexions, s' il évite les court-circuits, présente par contre l'inconvénient d'interdire tout contre visuel-du condensateur, et de masquer les défauts qui peuvent apparaître au cours du service, tel que par exemple une fuite de fluide réfrigérant à un raccord, une fissure dans la céramique ou la détérioration ou corrosion de l'armature externe ou d'une connexion. L'invention remédie à ces inconvénients car elle permet le contre visuel de l'état du condensateur, en conservant la protection électrique et l'isolation thermique qui sont liées, dans les condensateurs connus, à l'enrobage extérieur. De façon plus précise, l'invention consiste en une protection externe de condensateur de puissance, refroidi par un fluide, lequel circule au contact d'au moins l'une des deux armatures supportée par un corps diélectrique tubulaire en céramique, cette protection étant caractérisée en ce tutelle comporte une pluralité de zones isolantes discontinués, manchonnées par des chemises, définissant ainsi es espaces annulaires entourant le condensateur. L'invention sera mieux comprise gràee à la description.qui va suivre, laquelle s'appuie sur des figures qui représentent - figure i : un condensateur de puissance refroidi, selon l'art connu, non enrobé - figure 2 : un autre condensateur de puissance refroidi, selon l'art connu, mais doté d'un enrobage ; -- - figure 3 un condensateur de puissance doté de la protection externe selon l'invention ; - figure 4 : un type de joint d'étanchéité sur la protection externe ; - figure 5 : un autre type de joint d'étanchéité sur la protection externe - figure 6 : un perfectionnement à l'invention, en vue de contrôler l'atmosphère à l'intérieur de la protection de condensateur - figure 7 : un perfectionnement à une zone isolante de la protection selon l'invention. La figure 1 représente un condensateur de puissance selon une forme de l'art connu, ne comportant aucune protection extérieure. Le diélectrique i de ce condensateur est moulé en forme de pot, dont le fond est sphérique, et les armatures externe -2 et interne 3 sont formées par métallisation des surfaces extérieure et intérieure du diélectrique, hormis l'anneau de garde au col du diélectrique. Un bouchon 4 forme le pot : il est traversé par une tubulure d'entrée 5 du fluide de refroidissement et par une tubulure de sortie 6. Par souci de simplification, les connexions électriques avec les armatures ne sont pas représentées. Ce type de condensateur présente l'inconvénient de devoir obligatoirement fonctionner dans une position verticale bien déterminée, les connexions électriques étant en baut et le fond sphérique du pot étant en bas. En effet, il est bien connu que l'humidité atmospherique se condense sur la paroi extérieure de tout corps refroidi énergiquement, et ce condensateur est prévu pour que l'eau de condensation ruisselle à sa partie inférieure. La figure 2 représente un condensateur de puissance plus perfectionné, car il comporte une protection externe. Un corps céramique tubulaire 7 porte les deux armatures métalliques sur ses surfaces externe et interne. Ce tube est obturé à ses extrémités par deux flasques 8, dont l'une au moins est traversée par des tubulures d'entrée 9 et de sortie d'eau 10 - ou de tout autre fluide de refroidissement -. Les prises de contact électrique sont assurées par les tubulures métalliques et des colliers 11 sur l'armature interne, et par le collier de fixation 12 sur l'armature externe. L'ensemble du condensateur est noyé dans un enrobage 13 en matériau électriquement et thermiquement isolant, d'une épaisseur suffisante pour empocher la formation de gouttes d'eau par condensation d'humidité atmosphérique sur la surface extérieure de l'enrobage. Dans le cas du condensateur décrit en figure 1, l'armature intérieure est obligatoirement à la masse, ou au potentiel zéro, en raison du système de refroidissement dont on conçoit difficilement qu'il puisse fonctionner à haute tension, et c'est l'armature extérieure qui est portée à haute tension : or elle ruisselle d'eau de condensation, ce qui peut amener des courtcircuits ou des effluves par étincelage, soit avec les tubulures métalliques de fluide de refroidissement, soit avec le matériel environnant. Ces inconvénients sont supprimés dans le cas du condensateur décrit en figure 2, et, s'il a été bien conçu et bien réalisé, il n'y a pas à craindre que des arcs électriques contournent les extrémités du diélectriqué 7. Par contre, la gaine isolante qui adhère sur le condensateur, ne peut pas être retirée autrement gue par destruction : sa présence empêche une surveillance normale du condensateur, et dissimule les défauts qui peuvent se produire à l'usage, surtout en raison de chocs thermiques, et qui peuvent être par exemple une fissure dans le tube diélectrique, ou une fuite au niveau des joints entre le corps du condensateur et les flasques de fermeture ou encore une corrOsion ou une érosion des armatures. Le revêtement da condensateur selon l'invention pallie à tous ces inconvénients, car il isole électriquement et thermique ment l'armature externe du condensateur, et s'oppose à la formation de gouttelettes par condensation de l'humidité atmosphérique, mais cependant permet le contrôle visuel pour examen de l'état de fonctionnement du condensateur. En outre, dans le revêtement continu de l'art connu, il est difficile d'assurer une adhésion parfaite et uniforme de l'isolant, et une absence de défauts tels que bulles d'air par exemple : il s'ensuit qu'il est difficile, en exploitation, de contrôler l'existence ou non de dégradations par des effluvages préférentiels dans les zones faibles de l'isolant, au point qu'il est utile de réserver des éclateurs incorporés dans la structure de l'ensemble. Ces éclateurs ne sont plus nécessaires avec le revêtement selon l'invention, puisqu'il n'est plus continu et qu'il est transparent. La figure 3 représente un condensateur de puissance muni du dispositif de protection externe selon l'invention. Dans le seul but de faciliter la compréhension de l'invention, le dessin est simplifié et les parties qui ne sont pas indispensables aux explications ne sont pas représentées : c'est le cas des armatures externe et interne, des connexions électriques, du système de refroidissementss des connexions de fluide de refroidissement, etc ... Sur cette figure, le condensateur de puissance est essentiellement constitué par un corps céramique tubulaire 14, métallisé sur ses deux faces pour constituer les armatures externe et interne, ce tube étant fermé à ses deux extrémités par des flasques 15, dont l'étanchéité aux fluides est assurée par un joint torique. Dans le cas le plus général où-le condensateur de puissance comporte un collier de fixation mécanique 16 en son milieu, le revêtement selon l'invention est constitué par trois zones isolantes 17, 18 et 19, manchonnées par deux chemises 20 et 21. D'autres cas de figures appartiennent au domaine de l'invention, tel que par exemple la fixation mécanique du condensateur par l'une de ses extrémités : le rev & ement est alors constitué par deux zones isolantes 17 et 18 et par une unique chemise qui les manchonne toutes deux. De la même façon appartient au domaine de l'invention le cas où une pluralité de fixations mécaniques oblige à recouvrir le condensateur par une pluralité de zones isolantes manchonnées deux à deux par une pluralité de chemises. Les zones isolantes sont constituées par un matériau isolant thermiquement et électriquement, et transparent ou au moins translucide, qui peut être organique, tel que par exemple un élastomère silicone du type Rhodorsil RT V 121 ou RT V 132, ou un polymère du type polyméthacrylate de méthyle, polystyrène ou polyolefine. Mais ces zones isolantes peuvent être également constituées en un matériau minéral tel que le verre. D'un point de vue industriel, il est plus facile de couler in situ un élastomère en pate, vulcanisable, dont les propriétés d'élasticité assurent en outre une protection du condensateur contre les chocs. Nais, il peut également être plus économique de rapporter des pièces moulées par ailleurs, en polycléfine ou en verre , et de les coller sur le condensateur au moyen de tout produit qui assure à la fois une fixation mécanique et une étanchéité aux fluides ; les élastomères silicones constituent d'excellentes colles. Dans le cas où un matériau rigide - polyoléfine ou verre par exemple - rapporté par collage, est choisi pour l'exécution du revttement de condensateur, il convient de réserver un orifice 22 à travers l'une des zones isolantes 18, pour le passage des tubulures de fluide de refoidissement et la connexion électrique interne. Cet orifice peut avantageusement être ultérieurement bouché avec un produit de surmoulage par coulée. La ou les chemises du revêtement selon l'invention sont également en un matériau électriquement et thermiquement isolant, qui remplit la fonction de barrière à l'humidité atmosphérique, et empêche la formation de gouttes d'eau sur l'armature externe du condensateur. Ce matériau peut Aetre opaque à la lumière, mais c'est un avantage de l'invention qu'il soit transparent aux longueurs d'ondes visibles, car cette transparence permet la surveillance du condensateur. Ainsi, les chemises sont préférentiellement en verre trempé, tel que le pyrex, ou en matériau organique transparent tels les polycarbonate, polyméthacrylate de méthyle, polystyrène ou autres produIts désignés par le terme générique de "verres organiques. Le revêtement constitué autour du condensateur par les zones isolantes 17, 18 et 19 et les chemises 20 et 21 constitue une enceinte close, dont la nature des matériaux forme une barrière thermique autour du condensateur refroidi, isolé par les espaces annulaires 23, mais permet cependant le contrôle visuel des joints, de l'étanchéité, de l'intégrité de la céramique, grâce à sa transparence. L'efficacité des espaces annulaires 23 est renforcée si le joint entre les zones isolantes et les chemises est étanche aux fluides. Ce joint remplit d'ailleurs une double fonction, car il assure la fixation mécanique des chemises. Plusieurs solutions sont possibles. Si les zones isolantes sont moulées en élastomères, il est avantageux de prévoir dans le moule de coulée des ondulations ou des striures, telles que représentées sur la figure 9, ces ondulations étant formées dans un plan perpendiculaire à l'axe principal du condensateur. Leur élasticité permet de manchonner à force une chemise, et leur succession assure une bonne étanchéité. La figure 4 représente le joint entre une zone isolante 18 et une chemise 21, dans le cas où la zone isolante est constituée par un matériau non élastomère, tel que polyolefine ou verre minéral. Dans ce cas, il est avantageux de prévoir que la zone isolante 18 est munie, dès le moule de fabrication, d'une gorge qui maintient en place un joint torique 24. Les caoutchoucs synthétiques à base de néoprène sont recommandés pour leurs qualités d'élasticité et d'étanchéité, pour ce type de joint torique. La figure 5 représente un cas beaucoup plus général, valable avec tous types de matériaux, où la chemise 21 est fixée de façon étanche sur une zone isolante 18 au moyen d'un joint de colle 25. L'atmosphère entourant le condensateur, à l'intérieur des espaces annulaires 23, peut être surveillée et contrôlée de di-verses façons. Elle peut entre simplement surveillée au moyen d'indicateurs colorés, déposés en une couche sur l'armature sterne du condensateur, ou introduits dans l'espace annulaire sous forme d'une pastille ou d'un petit sachet zone le changement de couleur de l'indicateur coloré indique qu' un incident s'est produit, et que de l'humidité s'est introduite dans l'espace annulaire. La surveillance du degré hygrométrique à l'intérieur de la protection peut également astre effectuée par des moyens électriques connus par ailleurs, tels que par exemple une mesure de résistance au moyen d'une sonde comportant de l'alumine ou tout autre produit qui absorbe l'humidité. Une telle surveillance électrique est avantageusement reliée à un système d'alarme. Mais cette aXrsphère peut également être contrôlée en disposant à l'intérieur deseas annulaires des produits hygroscopique, de préemecolorés, tels que le gel de silice qui vire du bleu au rose lorsqu'il est humide De tels produits, en fixant l'eau, maintiennent une atmosphère sèche. La figure 6 représente un perfectionnement à l'invention, en ce que les chemises sont dotées de tubulures d'entrées et de sortie. Le condensateur de puissance est visible, sur cette figure, à travers les zones isolantes 17, 18 et 19, et surtout à travers les chemises 20 et 21. Ces dernières comportent un ou plusieurs orifices en forme de tubulures 26, 27, 28 et 29. Une seule tubulure par chemise permet de faire un vide primaire entre condensateur et chemise, mais une pluralité de tubulures présente des avantages : avec une entrée et une sortie, pour chaque chemise, il est possible de purger l'espace annulaire 23, et d'y envoyer un gaz sec, ou un gaz mauvais conducteur de la chaleur. Si deux ou plusieurs tubulures sont montées en série, comme cela est représenté en figure 6 pour les tubulures 27 et 28, il devient possible de fonctionner en dynamique, en maintenant un faible débit de gaz sec dans les espaces annulaires 23, ce débit gazeux ayant en outre l'avantage d'entraîner avec lui les frigories dégagées par le corps du condensateur refroidi. Les tubulures sont, dans le cas d'un fonctionnement stati oue, munies de moyens d'obturation hermétique, non représentés sur la figure 6. Un cas particulier mais très intéressant de fonctonnement du condensateur muni du revêtement selon l'invention est celui où le refroidissement a lieu sur l'armature externe. Il a été dit précédemment que les condensateurs de puissance fonctionnent très généralement avec un refroidissement intérieur, sur l'armature interne. La sécurité oblige dans ce cas à maintenir l'armature interne, qui est au potentiel du système de refroidisserment, à un potentiel zéro. L'armature externe est portée à un potentiel qui peut atteindre 25 à 30 kilovolts,et les dangers proviennent de la condensation d'eau atmosphérique, sur la surface externe du condensateur, à proximité de la connexion électrique portée à haute tension. Le revêtement selon l'invention présente l'avantage technique que les polarités des armatures peuvent être inversées, l'armature interne étant portée au potentiel élevé, et l'armature externe au potentiel zéro, avec circulation de fluide de refroidissement dans le ou les espaces annulaires 23, et non plus à l'intérieur du corps tubulaire 14. Les bouchons constitués par les zones isolantes 17 et 18 maintiennent l'intérieur du corps tubulaire hors condensation d'eau, sous la seule réserve que le condensateur ait été réalisé en prenant soin de purger son volume interne au moyen d'un gaz sec. Une telle utilisation du revêtement de condensateur selon l'invention réintroduit, si les chemises 20 et 21 ne-sont pas suffisamment épaisses, le problème de la condensation d'eau atmosphèrique sur la surface externe du dispositif.Mais cette condensation n'est plus dramatique l'électrode externe et le collier de fixation 16 sont au potenzéro, de même que le système et le fluide de refroidissement, et un ruissellement éventuel ne présente plus de risques d'effluves ou d'arcs à haute tension. L'électrode interne est sèche, comme il a été déjà dit, et sa connexion extérieule,à haute tension, peut avantageusement être encore mieux isolée en adoptant une configuration différente pour l'une au moins des zones isolantes d1extrémité 17 ou 18, celle que traverse la connexion. La figure 7 représente un profil préféré pour cette zone isolante. L'extrémité du corps de condensateur 14 est manehonnée par une chemise 20, et l'étanchéité assurée par une zone isolante 17, laquelle comporte > venue de fabrication ou de coulée en moule, une pluralité de reliefs en saillie 30, formant l'équivalent d'un isolateur en pile d'assiettes, bien connu dans le domaine des lignes de transport d'énergie à haute tension. Cette forme réunit le double avantage d'interrompre le cheminement de l'eau, par capillarité, et d'allonger la distance superficielle entre l'armature externe et la connexion 31 de l'armature interne, Ce type de zone isolante peut avantageusement être utilisé aux deux extrémités du condensateur.Si le condensateur fonctionne en position verticale, il est préférable que le profil donné au zones isolantes soit en forme de parapluie, qui interrompt la pellicule d'eau de condensation, tandis qu'un profil en cuvette - compte tenu de la gravité terrestre - serait au contraire néfaste. En outre, si le fluide de refroidissement est soit un gaz, soit un liquide organique à haute rigidité diélectrique, il est possible de refroidir le condensateur de puissance par un double effet intérieur et extérieur, en faisant circuler le fluide de refroidissement à l'intérieur du condensateur et dans les espaces annulaires de la protection extérieure. Refroidir le condensateur par deux circuits de fluides, indépendants et fonctionnant en parallèle, ou par un seul circuit qui refroidit en série les deux armatures, est une question qui relève essentiellement de la tension de service du condensateur et de la rigidité diélectrique du fluide de refroidissement, en regard de cette tension de service. Les deux cas sont applicables. REVENDICATIONS 1. Protection externe de condensateur de puissance refroidi par un fluide, lequel circule au contact d'au moins l'une des deux armatures supportées par un corps diélectrique tubulaire en céramique, cette protection étant caractérisée en ce qu'elle comporte une pluralité de zones isolantes discontinues (17, 18, 19) manchonnées par des chemises (20, 21), définissant ainsi des espaces annulaires (23) entourant le corps tubulaire. 2. Protection externe de condensateur selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau dans lequel sont réalisées au moins les chemises est un isolant thermique et électrique, perméable au rayonnement visible. 3. Protection externe de condensateur selon la revendication 2, caractérisée en ce que les zones isolantes et les chemises sont réalisées en verres organiques parmi : elastomères silicones, polyméthacrylate de méthyle, polycarbonates, polystyrène, póly- chlorure de vinyle "cristal", polyolefines. 4. Protection externe de condensateur selon la revendication 2, caractérisée en ce que les zones isolantes et les chemises sont réalisées en verres minéraux. 5. Protection externe de condensateur selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'étanchéité entre zones isolantes et chemises est assurée par un profil strié sur la surface extérieure des zones isolantes, les stries étant dans un plan perpendiculaire à l'axe principal du condensateur. 6. Protection externe de condensateur selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'étanchéité entre zones isolantes et chemises est assurée par un joint torique, maintenu par une rainure dans la zone isolante sur laquelle il s'appuie. 7. Protection externe de condensateur selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que l'étanchéité entre zones isolantes et chemises est assurée par collage. 8. Protection externe de condensateur selon la revendication 1, caractérisée en ce que les chemises comportent au moins un orifice en forme de tubulure (26, 27) permettant le contrôle de l'atmosphère à l'intérieur de l'espace annulaire (23). 9. Protection externe de condensateur selon la revendication 8, caractérisée en ce que les orifices dans les chemises sont utilisés pour une circulation de fluide de refroidissement, à l'intérieur des espaces annulaires. 10. Protection externe de condensateur selon la revendication 1, caractérisée en ce que des moyens de contre de l'humi- dité dans les espaces annulaires sont disposés à l'intérieur de ces espaces. 11. Protection externe de condensateur selon la revendication 10, caractérisée en ce que ces moyens sont des indicateurs colorés chimiques. 12. Protection externe de condensateur selon la revendication 10, caractérisée en ce que ces moyens sont des moyens électriques reliés à des dispositifs de mesure ou d'alarme. 13. Protection externe de condensateur selon la revendication 10, caractérisée en ce que ces moyens sont des substances hygroscopiques. 14. Protection externe de condensateur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'une au moins des zones isolantes d'extrémité du condensateur comporte des reliefs en saillie, du type "isolateur en pile d'assiettes. 15. Protection externe de condensateur selon les revendications 1 et 9, caractérisée en ce que un refroidissement à double effet du condensateur est obtenu au moyen d'une circulation d'un fluide à haute rigidité diélectrique à l'intérieur du condensateur et à l'intérieur des espaces annulaires de la protection externe. 16. Condensateur de puissance, refroidi par fluide, caractérisé en ce qu'il comporte une protection externe selon l'une quelconque des revendications 1 à 15.