Brevet FR2435843A1 — publié le 19800404

La présente invention se rapporte, d'une manière générale, aux installations de commutation et de distribution d'énergie électrique de haute tension et concerne plus particulièrement des perfectionnements apportés aux appareils de commutation à atmosphère gazeuse utilisés dans ces installations. L'augmentation de la consommation d'énergie électrique a amené à élever de plus en plus la tension des lignes de distribution, de sorte que l'on en est venu à réaliser des lignes de transport d'énergie électrique opérant sous des tensions de 500 à 800 kV. En conséquence, une sous-station électrique ou une station de commutation électrique reliée à des lignes de transport d'énergie électrique opérant à des tensions aussi élevées occupe une grande surface au sol. G'est ainsi, par exemple, qu'avec une ligne de transport de 500 kV, l'isolation impose une distance de huit mètres entre les trois phases et par rapport au terrain, compte tenu des marges de sécurité.En conséquence, il est avantageux d'utiliser un appareil de commutation à atmosphère gazeuse dans lequel les disjoncteurs, les sectionneurs, les commutateurs de mise à la terre et autres utilisés dans une sous-station électrique ou dans une station de commutation électrique, sont enfermés dans des récipients métalliques mis à la terre et où l'iso- lation est assurée au moyen d'un gaz, tel que l'hexafluorure de soufre, SH6, qui a une grande rigidité diélectrique et d'excellentes propriétés d'extinction des arcs électriques. En utilisant les appareils de commutation à atmosphère gazeuse décrits ci-dessus, il devient possible de diminuer la surface occupée par les composants d'environ 90 % et de rendre l'appareil plus compact. La distance d'isolement entre une barre de distribution et une barre d'alimentation, qui sont toutes deux connectées à l'appareil de commutation, ne peut pas etre diminuée. De plus, les isolateurs qui supportent les différentes barres de distribution doivent etre à la fois grands et longs pour assurer la distance d'isolation nécessaire entre le châssis de support et les barres de distribution. Le but de la présente invention est de fournir un appareil de commutation utilisant efficacement les propriétés des appareils de commutation à atmosphère gazeuse. L'invention a également pour but de réaliser un appareil de commutation à atmosphère gazeuse dont la structure est plus simple et qui est plus compacte,qui n'a pas besoin de poteaux ou de pylones et qui permet de diminuer la distance entre les pylones d'extrémité. Selon la présente invention, un appareil de commutation à atmosphère gazeuse comprend trois unités de commutation isolées par un gaz dont chacune comporte des disjoncteurs, des sectionneurs et des commutateurs de mise à la terre qui sont enfermés dans des récipients métalliques mis à la terre remplis avec un gaz isolant, supprimant les arcs et qui sont associés électriquement et mécaniquement les uns aux autres ; des isolateurs d'extrémité conduisant hors des unités de commutation isolées par un gaz et, des isolateurs intermédiaires conduisant à des barres de distribution divergentes qui relient lesdites unités de commutation isolées par un gaz, caractérisé en ce que les unités de commutation isolées par un gaz sont disposées physiquement en parallèle. De préférence, un isolateur d'extrémité est associé électriquement et mécaniquement à une barre de distribution divergente qui, de son côté, est reliée électriquement et mécaniquement aux unités de commutation isolées par un gaz. De préférence, l'appareil comprend une barre de distribution principale supportée par des pylones au moyen d'un isolateur, une ligne de transport d'énergie électrique supportée par des pylones au moyen d'isolateurs et une barre de distribution d'alimentation reliant ladite barre de distribution principale à l'un desdits isolateurs d'extrémité et reliant ladite ligne de transport d'énergie électrique à l'un desdits isolateurs intermédiaires. Le gaz isolant est, de préférence, un gaz électronégatif tel que l'hexafluorure de soufre et il est à une pression de l'ordre de trois à dix atmosphères. Dans le cas où l'invention est appliquée à un réseau de distribution triphasé, il convient de prévoir un groupe de trois unites de commutation pour chaque phase. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels Fig. 1 est une vue latérale d'un appareil de commutation à atmosphère gazeuse connu, Fig. 2 est une vue en plan d'une partie de l'appareil de la figure 1, en regardant dans la direction de la ligne II-II de la figure 1, Fig. 3 est un schéma de la phase " T " de l'appareil de la figure-l, Fig. 4 est un schéma de la phase "T T " d'un appareil conforme à la- présente invention, Fig. 5 est une vue en plan d'un mode de réalisation d'un appareil de commutation à atmosphère gazeuse conforme à la présente invention, Fig. 6 est une vue latérale d'un appareil de commutation à atmosphère gazeuse conforme à l'invention, dont une partie est représentée en coupe longitudinale, Fig. 7 est une vue latérale dans la direction de la ligne L-L de la figure 5, Fig. 8 est une vue latérale dans la direction de la ligne M-M de la figure 4, Fig. 9 est une vue latérale dans la direction de la ligne N-N de la figure 5. En se référant à la figure 1, on voit une installation de distribution et de commutation électrique blindée connue qui comporte trois appareils de commutation à atmosphère gazeuse 10, Il et 12 montés en série. L'appareil de commutation à atmos phère gazeuse 10 qui est rempli avec un gaz isolant, comprend un sectionneur 13 sur lequel est monté un isolateur 20 qui contient un commutateur de mise à la terre 15, et un disjoncteur 16 comportant à chaque extrémité un transformateur électrique 17. L'un des transformateurs 17 est relié au sectionneur 13, le second transformateur 17 étant relié à un autre sectionneur 18. Le sectionneur 18 est relié à un réservoir isolant 19 qui contient un commutateur de mise à la terre 15. L'appareil de commutation à atmosphère gazeuse 11 comprend un disjoncteur 16, deux sectionneurs 18 et deux transformateurs électriques 17. La construction de l'appareil 12 est identique à celle de l'appareil 10. L'appareil de commutation 11 est associé électriquement et mécaniquement aux appareils 10 et 12 par les réservoirs isolants 19. Chaque borne des appareils de commutation à atmospilère gazeuse 10 et 12 est connectée, par l'isolateur dc sortie 20 à la barre de distribution principale 22, au moyen d'une barre d'alimentation 23. Une borne de chaque isolateur intermédiaire 21 est connectée à la ligne électrique de transport 24 au moyen d'une barre d'alimentation 25. La ligne de distribution d'énergie électrique 24 et la barre d'alimentation 25 sont suspendues à des isolateurs 26 qui, de leur côté, sont suspendus à des pylones 27.Les sommets des pylones 27 sont interconnectés au moyen d'un fil de terre 28. Dans le cas d'une ligne de distribution d'énergie électrique de 500 kV, la distance B entre la barre de distribution principale 22R et l'autre barre de distribution principale 22T s'élève à 40m. La figure 2 est une vue en plan de la figure 1. I1 est à noter que la distance d'isolement A entre les trois phases s'élève à huit mètres, compte tenu des marges de sécurité. En conséquence, la surface occupée par une sousstation électrique de 500 kV dépasse 720 m2. En se référant maintenant à la figure 3, on voit le schéma d'un appareil de commutation à atmosphère gazeuse organisé selon le système de barres de distribution pour un dis- joncteur et demi. On voit que l'une des barres de distribution principales 22 est connectée à l'une des lignes de distribution 24 par un disjoncteur 16 comportant un sectionneur 13 et 18 aux deux extrémités. Les deux lignes de distribution 24 sont int-er- connectées par un disjoncteur 16 comportant un sectionneur 18 de chaque côté. Ce système est utile pour stabiliser la transmission de l'énergie électrique entre les barres de distribution principales 22 et les lignes 24. La figure 4 représente un schéma d'une soustraction électrique ou d'une station de commutation conforme à la présente invention, et que l'on voit également sur la figure 5. Toutefois, des trois phases T, S et R représentées sur la figure 5, seule la phase T sera décrite en se référant à la figure 4 car les deux autres phases S et R sont identiques. Une ligne de transport d'énergie électrique 40 est connectée à la barre de distribution principale 42 par une boite ou un isolateur 44, des sectionneurs 18, un transformateur 17, des disjoncteurs 16, un autre transformateur 17 et un isolateur intermédiaire 45. Les commutateurs de mise à la terre 15 sont prévus aux extrémités opposées des disjoncteurs. Les commutateurs de mise à la terre sont utilisés pour mettre le circuit à la terre, aux fins de sécurité, lors de l'inspection de la sous-station ou de la station de commutation électrique. Une ligne de transport d'énergie électrique 41 est connectée à la barre de distribution principale 43 par une borne isolée 46, les sectionneurs 18, le transfoZmateur 17, les disjoncteurs 16, un autre transformateur 17 et un isolateur intermédiaire -47. La ligne de transport d'énergie électrique 41 est aussi connectée à la ligne de transport 40 de la meme façon. La figure 5 illustre un agencement spécifique des composants représentes sur la figure 4. Les appareils de commutation à atmosphère gazeuse 50, 51 et 52 sont conçus de telle sorte que les sectionneurs 18, les disjoncteurs 16, les transformateurs 17, les commutateurs de mise à la terre 15, etc ... sont enfermés dans des récipients métalliques remplis avec un gaz, le SF6 à une pression de trois à dix atmosphères. L'appareil de commutation à atmosphère gazeuse 51 est associé électriquement et mécaniquement aux appareils 50 et 52 par des barres de distribution divergentes 53. Les bornes de sortie 44 et 46 sont montées à l'extrémité des barres de distribution 53. Les isolateurs 44 et 46 sont montés aux extrémités des barres de distribution 53. Les isolateurs intermédiaires 45, 47 sont montés sur les sectionneurs 18. La structure des appareils de commutation à atmosphère gazeuse 51, 52 est identique à celle de d'appareil 50. L'isolateur d'extrémité 44 est connecté à la ligne de transport d'énergie électrique 40 par une barre de distribution 54. L'isolateur 46 est connecté à la ligne de transport 41 par une barre d'alimentation 54. L'isolateur intermédiaire 45 est connecté à la barre de distribution principale 42 par une barre d'alimentation 54. L'isolateur intermédiaire 47 est relié à-la barre de distribution principale 43 par une barre d'alimentation 54. Les lignes de transport d'énergie électrique 40, 41 et la barre d'alimentation 54 sont suspendues à des isolateurs qui, de leur côté, sont suspendus aux pylones 27. Les pylones 27 sont interconnectés, à leur sommet, par un fil de terre 28. Dans le cas d'une ligne de transport d'énergie électrique de 500 kV, en dépit du fait que la distance dtisolement entre les différentes phases s'élève à huit mètres, en incluant une certaine marge de sécurité, la distance D n'est que de vingt mètres parce que les appareils de commutation à atmosphère gazeuse 51, 52 sont placés entre les phases T et S. La distance E entre les isolateurs d'extrémité 44 et 46 s'élève à vingt mètres, en y incluant une certaine marge de sécurité. En conséquence, la surface occupée par la sous-station électrique de 500 kV n'est que d'environ 400 m2. La figure 6 représente en détail la structure de l'isolateur intermédiaire 47 de l'appareil de commutation à atmosphère gazeuse 52, par exemple. L'appareil de commutation à atmosphère gazeuse 52 est logé dans des récipients métalliques cylindriques 55, 56, 57 montés sur une base 58 au moyen de piliers 59, 60. Ces récipients sont remplis avec du SF6 à une pression de trois à dix atmosphères. Un certain nombre de disjoncteurs à atmosphère gazeuse du type à soufflage 61 sont montés, par deux, dans la première enveloppe cylindrique 55. Un organe mobile de l'un des groupes de disjoncteurs 61 est supporté dans l'enveloppe 55 par un cylindre isolant 62 et est mû et actionné au moyen d'une tige isolante (non représentée) traversant le cylindre isolant 62. La référence 63 désigne le mécanisme d'actionnement du disjoncteur. Le mécanisme 63 et la tige isolante sont associés mécaniquement et assurent l'ouverture et la fermeture du disjoncteur. La référence 64 désigne un regard ménagé dans le récipient ou l'enveloppe 55, ce regard étant hermétiquement fermé au moyen d'un couvercle 65 pourvu d'un joint 66. Une entretoise isolante 67 en forme de disque est supportée par le pourtour extérieur 67A et est emprisonnée hermétiquement entre une bordure 56A prévue à l'une des extrémités du récipient 56 et une bordure 57A prévue à l'autre extrémité du récipient 57. La bordure 56B prévue à l'autre extrémité du récipient 56 est reliée hermétiquement à une bordure 55B prévue à l'une des extrémités du récipient 55. Une autre entretoise isolante en forme de disque 67 est également supportée par le pourtour exterieur 67A et est hermétiquement enprisonnée entre'une bordure 57B prévue à l'autre extrémité du récipient 57 et une bordure 70A de l'une des extrémités du récipient 70.De plus, un conducteur 72 est prévu à la partie centrale de l'entretoise 67, l'une des extrémités de ce conducteur étant connectée au disjoncteur 61 au moyen d'un élément conducteur 73, tandis que son autre extrémité est reliée, au moyen d'un tube 73, aux sectionneurs 13 qui seront décrits plus loin. Les entretoises 67 séparent respectivement le récipient 57 des récipients 55 et 56 et du récipient-70, d'une manière étanche aux gaz. Le côté gauche du disjoncteur 61 est connecté au sectionneur 18. Des sectionneurs 74 sont enfermés dans des récipients métalliques cylindriques. Le sectionneur 74 comprend un contact fixe 74A, monté à l'une des extrémités d'un conducteur 75 supporté dans une entretoise isolante en forme de disque 67 et un contact mobile 74B. Le contact mobile 74B est en contact avec et est supporté par un organe conducteur 76 comportant un contact collectif (non représenté). L'organe conducteur 76 est supporté par l'entretoise isolante 67 au moyen d'un conducteur. Le conducteur mobile 74B est adapté à être mû et actionné dans la direction de la fleche " P " représentée sur le dessin au moyen d'un mécanisme d'actionnement 78 monté sur la surface extérieure du récipient 70, par l'intermédiaire d'une tige isolante 79. Une ouverture 80 a été ménagée dans le boîtier du mécanisme d'actionnement pour permettre d'inspecter celui-ci, cette ouverture étant fermée hermétiquement par un couvercle 81. Un levier d'actionnement 82 est mû et actionné par le mécanisme 78. Un commutateur de mise à la terre 15 est monté sur le récipient 70 et son contact 82 est arrangé pour se fermer quand l'organe conducteur 76 est ouvert. Le contact de terre 82 est mû et actionné au moyen d'un mécanisme 83. Une barre de distribution 84, isolée par une atmosphère gazeuse, comprend un récipient métallique cylindrique 57 et un organe conducteur 73 disposé concentriquement dans le récipient 57. La barre de distribution 84 est entourée concentriquement par le transformateur de courant 17. Le transformateur 17 comprend une bobine 90 et un couvercle 91 qui renferme la bobine 90 et qui est montée sur un pilier de support 92. L'extrémité inférieure d'un conducteur central 93, qui s'étend dans l'isolateur intermédiaire 47, est reliée au conducteur 75 qui traverse l'entretoise en forme de disque 67. Le conducteur 75 est logé dans le récipient 70 et est relié électriquement et mCcaniquement au contact fixe 74A du sectionneur 74. La référence 94 désigne un écran circulaire entourant concentriquement la base de l'isolateur 47. Un isolateur en forme de disque 67 est supporté et est relié hermétiquement au pourtour extérieur 67A de la partie comprise entre une bordure 70B prévue à l'une des extrémités du récipient 70 et une autre bordure 95A prévue à l'une des extrémités du récipient 95. Le récipient 95 est interposé entre l'isolateur 47 et le récipient métallique cylindrique 70. On améliore les caractéristiques d'isolation du disjoncteur 16 en utilisant dans le récipient 55 une pression de gaz plus élevée que dans le récipient 57 ou 70. Il convient de noter que si dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, on utilise un isolateur 47 à atmosphère gazeuse, il entre également dans le cadre de l'invention d'utiliser des isolateurs remplis d'huile, en particulier, des isolateurs à huile du type " à condensateur Il ressort de ce qui précède que l'utilisation d'un appareil de commutation à atmosphère gazeuse contribue à stabiliser la transmission de l'énergie électrique entre les barres de distribution principales 42 et 43 et les lignes de transport d'énergie électrique 40 et 41. C'est ainsi, par exemple, que dans le cas d'une rupture de la barre de distribution principale 42, l'appareil de commutation à atmosphère gazeuse 50 (figure 5) s'ouvre, de sorte que l'énergie électrique est transmise par la ligne de distribution principale 43 aux lignes de transport 40 et 41.De même, en cas d'interruption de la ligne de distribution principale 43, l'appareil de commutatlon à atmosphère gazeuse 52 (figures 5 et 6) s'ouvre de sorte que l'énergie électrique continue à être transmise par la barre de distribution principale 43 aux lignes de transport 40 et 41. Quand les deux barres de distribution 42 et 43 sont défaillantes, les appareils de commutation â atmosphère gazeuse 50 et 52 sont déconnectés et, de ce fait, les deux lignes de transport d'énergie électrique 40 et 41 sont reliées ensemble, Dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, il n'a pas été fait mention de certains organes traditionnels, tels que les appareils de mesure de tension, les éclateurs, etc ont été supprimés. Toutefois, il est bien évident que ces composants doivent autre prévus, de lamanièrehabituelle, dans les systèmes de distribution d'énergie électrique blindée. Bien entendu, l'invention n' est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit. On pourra y apporter de nombreuses modifications de détail, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 10 - Appareil de commutation à atmosphère gazeuse qui comprend trois unités de commutation isolées par un gaz dont chacune comporte des disjoncteurs (16), des sectionneurs (18) et des commutateurs de mise à la terre (15) qui sont enfermés dans des récipients métalliques mis à la terre remplis avec un gaz isolant, supprimant les arcs et qui sont associés électriquement et mécaniquement les uns aux autres ; des isolateurs d'extrémité (44,46) conduisant hqrs des unites de commutation isolées par un gaz et des isolateurs intermédiaires (45, 47) conduisant à des barres de distribution divergentes (53) qui relient lesdites unités de commutation isolées par un gaz, caractérisé en ce que les unités de commutation isolées par un gaz (50, 51, 52) sont disposées physiquement en parallèle. 20 - Appareil de commutation à atmosphère gazeuse, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il ccmprend un isolateur d'extrémité (44) relié électriquement et mécaniquement à une barre de distribution divergente (54) qui, de son côté, est reliée électriquement et mécaniquement aux unités de commutation isolées par un gaz. 30 - Appareil de commutationselon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend une barre de distribution principale qui est supportée, au moyen d'un isolateur, par des poteaux ou des pylones, une ligne de transport d'énergie électrique supportée, au moyen d'isolateurs, par des poteaux ou des pylones, et une barre d'alimentation reliant ladite barre de distribution principale à l'un desdits isolateurs d'extrémité et qui relie ladite ligne de transport d'énergie électrique à l'un desdits isolateurs intermédiaires. 40 - Appareil de commutation à atmosphère gazeuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le gaz isolant est un gaz électronégatif tel que lthexa- fluorure de soufre et dont la pression est de l'ordre de trois à dix atmosphères. 50 - Appareil de commutation à atmosphère gazeuse selon l'une quelconque des revendications precédentes, caractérisé en ce que, dans un réseau électrique triphasé, un groupe de trois unités de commutation est prcu pour chacune des trois phases. 60 - Appareil de comiiutation à atmosphère gazeuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérise en ce que les disjoncteurs et les sectionneurs sont logés dans des récipients séparés qui sont isolés les uns des autres par des cloisons hermétiques. 70 - Appareil de commutation R atmosphère gazeuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'une barre de distribution isolée par un gaz qui relie l'isolateur d'extrémité à l'unité de commutation isolée par un gaz comporte à ses extrémités opposées des entretoises isolantes, lesquelles sont.hermetiquement scellées afin d'empêcher le gaz de s'échapper.