Brevet FR2472861A1 — publié le 19810703

L'invention est relative à un dispositif de sécurité contre les effets des arcs électriques susceptibles de se développer dans une installation électrique comportant un conducteur électrique à l'intérieur d'une enveloppe métallique sous pression de gaz diélectrique. Dans de telles installations électriques à haute tension, un arc de défaut de grande intensité, par exemple plusieurs dizaines de milliers d'ampères pendant quelques dixièmes de secondes, développe par échauffement à l'intérieur de l'enveloppe une pression importante dont on peut éviter les effets destructeurs par des soupapes de sécurité ou des membranes. Sous l'effet de la montée de pression du gaz consé- cutif à cet échauffement en certains endroits, et en particulier à proximité des isolateurs lorsque l'arc les atteint, il a tendance à se stabiliser. La chaleur du pied d'arc affaiblit alors localement l'enveloppe par fusion. Ce phénomène conjugué à la pression, peut conduire à la perforation de l'enveloppe. Pour éviter cela, il est connu par exemple par le brevet français n0 2 217 839 de prévoir, aux endroits de fixation de l'arc, des électrodes en matériaux résistants à l'arc non soumis à la pression protégeant ainsi l'enveloppe. Un autre moyen consiste à faire tourner l'arc rapidement de façon à réduire les échauffements locaux. On consultera sur ce point le brevet français n0 2 403 669 qui utilise le champ magnétique créé par une ou plusieurs spires isolées électriquement sauf en une seule extrémité qui est reliée à l'enveloppe dans une zone o le déplacement de l'arc est empêché. Ces protections conduisent cependant à des dispositifs encombrants donc obtenus au détriment du diamètre ou en accroissant la contrainte diélectrique au niveau de l'isolateur. L'invention a pour but un dispositif de réalisation simple et d'encombrement réduit qui crée une barrière infranchissable par l'arc et le rende instable pour empêcher la formation d'un trou dans l'enveloppe. L'invention a pour objet un dispositif de sécurité contre les effets des arcs électriques dans une installation sous enveloppe métallique remplie de gaz diélectrique sous pression et comportant un conducteur central coaxial, ladite enveloppe et ledit conducteur -2 - étant maintenus entre eux par un isolateur transversal, caractérisé en ce qu'une électrode tubulaire située à proximité de l'enveloppe et de l'isolateur et en amont de celui-ci par rappport au sens de transmission de la puissance est relié électriquement à l'enveloppe par des conducteurs disposés en un nombre de points répartis sur sa périphérie. Selon une caractéristique, une deuxième électrode tubulaire située à proximité du conducteur central et de l'isolateur et en amont de celui-ci par rapport au sens de transmission de la puissance est reliée électriquement au conducteur central par des conducteurs en un nombre réduit de points répartis sur sa périphérie. Une électrode tubulaire peut être réalisée à partir d'un profilé plat à chants arrondis dont la largeur est inférieure à 20% du rayon de courbure de l'enveloppe. Selon une disposition, une bague tubulaire interposée entre l'un desdits éléments et l'électrode annulaire associée est en matériau isolant thermiquement et électriquement ladite électrode. La bague peut être constituée par des éléments à recouvrements emboîtés l'un dans l'autre. Une électrode tubulaire peut être constituée par des portions radiales de tubes reliées galvaniquement à l'un desdits éléments. Selon une autre caractéristique, une électrode auxiliaire en forme d'hélice est interposée entre l'électrode et l'élément associé du côté de l'électrode opposé à l'isolateur. Les caractéristiques et avantages du dispositif ressortiront de la description de modes de réalisation donnés à titre d'exemple et illustrés dans les dessins. La figure 1 est une vue schématique en coupe partielle d'une installation comportant un dispositif selon l'invention. La figure 2 est une vue schématique partielle à plus grande échelle du dispositif selon l'invention de la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe de l'installation selon III de la figure 2. La figure 4 est une vue en coupe partielle selon IV-IV de la figure 3. La figure 5 est une vue en coupe partielle à plus grande échelle 2-472861 - 3 - du raccordement des conducteurs de l'installation avec une variante de réalisation du dispositif. Dans les figures 1 à 4, on a désigné par 1 et 2 des conducteurs disposés coaxialement dans des enveloppes métalliques 4 et 5 remplies de gaz diélectrique tel que de l'hexafluorure de soufre. Les extrémités adjacentes des enveloppes 4 et 5 comportent des brides de raccordement 6 et 7 boulonnées entre elles. Les conducteurs 1 et 2 sont reliés entre eux par l'intermédiaire d'un raccord 3- et maintenus à l'intérieur des enveloppes 4 et 5 par un isolateur conique 8 dont le talon 80 est serré entre les brides 6 et 7. A proximité des enveloppes 5 et 4 et de l'isolateur 8 on a disposé de part et d'autre des électrodes tubulaires 9 et 9' à bords arrondis. Les électrodes 9 et 9' sont maintenues concentriquement - aux enveloppes 5 et 4 par des demi-bagues, telles que 10 et 11 inter- posées entre les électrodes 9 et 9' et les enveloppes 5 et 4, et de même diamètre extérieur que le diamètre intérieur des enveloppes. Les demi-bagues 10 et 11, qui sont en matériau isolant élec- triquement et thermiquement, sont assemblées entre elles, par exemple, par collage, serrage ou vissage. Les électrodes 9 et 9' sont reliées aux enveloppes 5 et 4 par des conducteurs tels que 12 et 12' en un nombre réduit de points régulièrement répartis sur la périphérie des enveloppes. Dans les exemples représentés dans les figures le nombre de conducteurs est de trois conducteurs répartis à 120 degrés les uns des autres autour de l'enveloppe et disposés entre l'électrode 9 et l'isolateur 8. Le fonctionnement du dispositif est le suivant. La transmission de la puissance dans l'installation s'effectuant dans le sens de la flèche 16, l'apparition d'un arc 15 entre l'enveloppe 5 et le conducteur 2 crée une boucle qui fait déplacer très rapidement l'arc de la droite vers la gauche sous l'effet des forces de Lorentz. En présence de l'électrode 9 située sur son trajet, l'arc s'y accroche et le courant s'écoule de façon généralement dissymétrique vers l'enveloppe 5, par les conducteurs 12. Ceux-ci forment avec l'arc des boucles qui l'empêchent de dépasser la barrière électrique constituée par l'électrode 9 et le déstabilise du fait de la répartition dissymétrique du courant. Le pied de l'arc reste donc sur l'électrode 9 -4 - dont il fait rapidement le tour en évitant ainsi un échauffement local prohibitif. De plus, la chaleur dissipée sur l'électrode 9 n'est pas transmise à l'enveloppe 5, protégée qu'elle est par l'iso- lation thermique des bagues 10 et 11. Si dans l'installation le passage de la puissance se fait en sens inverse de la flèche 16, l'arc se dirigera de gauche à droite et atteindra l'électrode proche de l'iso- lateur qui se trouvera à son aval. Si le sens de la puissance est indifférent, comme dans le cas de poste d'inter-connexion, une autre électrode 9' supportée par des demi-bagues 10' et 11' et reliée par des conducteurs 12' à l'enve- loppe 4, sera placée de l'autre c8té de l'isolateur 8. Si par contre, la puissance est unidirectionnelle, on ne placera l'électrode que du côté accessible par l'arc, c'est-à-dire en amont de l'isolateur par rapport au sens de déplacement de la puissance. Dans le cas d'un isolateur 8, comme celui de l'installation représentée, l'électrode 9' est déplacée au plus en avant de l'iso- lateur, c'est-à-dire que les conducteurs 12' sont plus longs que les conducteurs 12. L'électrode 9' dans ce cas peut être prolongée du côté opposé de l'isolateur 8 par une électrode auxiliaire non représentée en forme d'hélice dont l'extrémité est fixée sur l'enve- loppe 4, ce qui permet encore d'assurer une plus large protection à cette enveloppe si nécessaire. Les électrodes 9 et 9' présentent des bords arrondis ou tout autre forme qui ne pertube pas le champ électrique, et le raccord du conducteur 12 sur l'électrode 9 se fera sur son bord pour la même raison. La demi-bague 11 peut être plus longue et servir d'isolant électrique et thermique des conducteurs 12, comme représenté en pointillés sur la figure 4. Une électrodes peut être en matériau conducteur quelconque, par exemple, en aluminium ou en alliage d'aluminium, ou en cuivre. Elle peut être réalisée à partir d'un profilé plat à chants arrondis dont la largeur est inférieure à 20% du rayon de courbure de l'enveloppe. Pour des raisons pratiques de montage, on peut remplacer l'élec- trode fermée par plusieurs portions d'électrode; les conducteurs 12 étant placés aux extrémités de ces portions d'électrode. - 5 - La figure 5 montre plus en détail le raccord 3 qui est fixé au travers de l'isolateur 8 et relie les conducteurs 1 et 2. A cet effet le raccord 3 porte en extrémité des rotules 31 et 32 qui sont insérées dans des tulipes de contact 21 et 22 dont sont munies les extrémités des conducteurs 1 et 2. En complément du dispositif de sécurité précédemment décrit, et de manière analogue, une deuxième électrode tubulaire 90 et 90' peut être disposée autour des conducteurs 2 et 1 et reliée à ceux- ci par des conducteurs tels que 112 et 112' régulièrement répartis autour de. ces conducteurs. Les électrodes sont maintenues par des demi-bagues 110 et 111 analogues aux demi-bagues 10 et 11. Un capot pare-effluve 33 disposé autour du raccordement entre le conducteur 1 et le raccord 3, assure une protection contre les gradients de potentiel développés par les arêtes vives des pièces sous tension au droit du nez de l'isolateur conique 8. Il est évident que l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits et représentés et qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple; en particulier, on peut, sans sortir du cadre de l'invention, modifier certaines dispositions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents, ou encore remplacer certains éléments par d'autres susceptibles d'assurer la même fonction technique ou une fonction technique équivalente. -6 - REVENDICATIONS 1/ Dispositif de sécurité contre les arcs électriques dans une instal- lation sous enveloppe métallique (5) remplie de gaz diélectrique sous pression et comportant un conducteur central (2) coaxial, ladite enveloppe et ledit conducteur étant maintenus entre eux par un isolateur transversal, caractérisé en ce qu'une électrode tubulaire (9) située à proximité de l'enveloppe (5) et de l'isolateur (4) et en amont de celuici par rapport au sens de transmission de la puissance est reliée électriquement à l'enveloppe (5) par des conducteurs (12) disposés en un nombre réduit de points répartis sur sa périphérie. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une deuxième électrode tubulaire (90) située à proximité du conducteur central (2) et de l'isolateur (4) et en amont de celui-ci par rapport au sens de transmission de la puissance est reliée électriquement au conducteur central par des conducteurs en un nombre réduit de points répartis sur sa périphérie. 3/ Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'une électrode tubulaire (9, 90) est réalisée à partir d'un profilé plat à chants arrondis dont la largeur est inférieure à 20% du rayon de courbure de l'enveloppe. 4/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une bague tubulaire (10-11, 110-111) interposée entre l'un desdits éléments (5,2) et l'électrode annulaire (9, 90) associée est en matériau isolant thermiquement et électriquement ladite élec- trode. / Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la bague est constituée par des éléments à recouvrements (10, 11) emboîtés l'un dans l'autre. 6/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'une électrode tubulaire (9, 90) est constituée par des portions radiales de tubes reliées galvaniquement à l'un desdits éléments (2,5). 7/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'une électrode auxiliaire en forme d'hélice est interposée entre l'électrode (9, 90) et l'élément associé (5, 2) du c8té de ladite électrode opposé à l'isolateur (8).