Brevet FR2467473A1 — publié le 19810417

L'invention est relative à un transformateur de courant pour installation à haute tension. De manière habituelle, le circuit primaire est isolé de la terre pour la tension de service permanente et pour les tensions d'essai spécifiées par les règlements, le circuit secondaire est isolé du circuit primaire, et une de ses bornes est généralement mise à la terre. Le circuit magnétique est soit mis à la terre, soit mis au potentiel de la haute tension suivant que l'isolation entre primaire et secondaire intéresse le primaire ou le ou les secondaire(s). Dans le cas de circuit magnétique à la terre, celui-ci et le circuit secondaire sont noyés dans une matière isolante solide, ou logés dans une enveloppe elle-même à la terre et remplie d'un fluide isolant liquide ou gazeux. Ces enveloppes sont volumineuses pour contenir les circuits magnétiques et exigent, pour la sortie des bornes des secondaires, des traversées étanches difficiles à obtenir et coûteuses. Les circuits magnétiques sont inaccessibles. Quant aux isolants solides utilisés entre pièces sous tension et la terre, ils sont diélectriquement très contraints et peuvent être sujets au veillissement. Par contre les transformateurs de courant pour installation à haute tension ont en général un courant nominal élevé et, de ce fait, le circuit primaire comporte une seule sphère. Dans ces conditions, même lors d'un court-circuit ou d'un coup de foudre, la tension aux bornes du circuit primaire reste toujours très faible. Il est donc intéressant d'éviter la présence d'isolant organique entre le conducteur primaire et la masse alors-que la présence d'isolant organique entre divers éléments du conducteur primaire ne présente pas d'inconvénient réel. L'invention a pour but un transformateur de courant dans lequel la disposition des éléments constitutifs permet une isolation simplifiée, une meilleure accessibilité et par suite une mise en oeuvre avantageuse. L'invention a pour objet un transformateur de courant pour installation à haute tension comprenant un enroulement primaire, un enroulement secondaire et un circuit magnétique, ledit enroulement - 2 - primaire comportant une spire primaire suspendue à deux conducteurs coaxiaux dans une enceinte isolante contenant un corps diélectrique, caractérisé en ce que l'enroulement secondaire et le circuit magnétique sont disposés autour de la spire primaire à l'extérieur de l'enceinte. Selon une caractéristique, la spire primaire est disposée dans une cuve annulaire constituée à l'aide de plusieurs éléments métalliques et le circuit magnétique ainsi que l'enroulement secondaire sont disposés autour d'un élément porteur séparé de l'un des éléments adjacents par un joint isolant, la continuité électrique de la cuve étant assurée par une liaison électrique reliant autour du circuit magnétique et de l'enroulement secondaire ledit élément adjacent à l'extrémité dudit élément porteur en regard de l'autre élément adjacent. Selon une autre caractéristique, le corps diélectrique contenu dans l'enceinte isolante est constitué par un gaz. - Le tube coaxial extérieur peut être constitué par un tube de grande rigidité mécanique et le tube coaxial extérieur peut comporter au moins une partie en acier. Selon un mode de réalisation, l'enceinte isolante comporte un ensemble d'isolateurs de diamètre décroissant de bas en haut, les conducteurs coaxiaux reposant sur l'extrémité supérieure de l'isola- teur supérieur. La spire primaire comporte sur ses extrémités un manchon conique dont le sommet est muni d'un raccord cylindrique, l'un de ces raccords étant relié à un raccord cylindrique disposé à l'extrémité d'un manchon conique du tube coaxial extérieur et l'autre raccord étant relié au conducteur coaxial central à travers le raccord cylindrique du tube coaxial extérieur. Cette spire primaire peut être torique. Une porte de visite est disposée sur la cuve métallique contenant la spire primaire au droit de son raccordement avec les conducteurs coaxiaux. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description donnée ci-après, en regard d'un mode de réalisation illustré dans les figures. La figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un transfor- mateur selon l'invention. - 3 - La figure 2 est une vue de détail représentant la jonction entre les conducteurs coaxiaux avec la spire primaire. Dans les figures, on a désigné par 1 la borne d'entrée du circuit primaire d'un transformateur d'intensité reliée par un conducteur 2 central et vertical à l'extrémité d'une spire primaire annulaire 6. L'autre extrémité de la spire primaire 6 est reliée par un tube conduc- teur coaxial extérieur 3 à la borne de sortie 4 du circuit primaire. La borne 1 et le conducteur central 2 sont isolés de la borne 4 et du tube coaxial 3 par une bague isolante 5. Le circuit primaire est disposé à l'intérieur d'une enceinte étanche remplie de gaz diélectrique tel que de l'hexafluorure de soufre. L'enceinte étanche comprend une partie supérieure verticale constituée par un empilage d'isolateurs tubulaires tels que 9 et 17, qui sont étagés en diamètre, permettent de réaliser des ensembles modulaires que l'on peut combiner selon la tension d'isolement. Des colliers 8, 18, 19 et 20 sont scellés sur les extrémités des isolateurs. Les colliers de diamètre différent tels que 18 et 19 sont fixés sur une plaque intermédiaire 21. Des anneaux de garde tels que 22 reliés à la plaque 21 et disposés en regard assurent la répartition du champ électrique. Les conducteurs coaxiaux 2 et 3 sont suspendus verticalement dans l'axe des isolateurs 9 et 17 à travers une plaque d'extrémité 7 fixée sur le collier supérieur de l'isolateur 9. La partie inférieure de l'enceinte étanche est constituée par une cuve métallique annulaire 16 dans l'axe intérieur de laquelle est disposée la spire primaire 6. La cuve métallique est réalisée à l'aide de plusieurs tronçons 33, 34, 35 et 36. Le tronçon supérieur 33 comporte une ouverture supérieure raccordée à travers une plaque 32 au collier inférieur 20 de l'isolateur inférieur 17 et une ouverture inférieure obturée par une porte de visite 26. Les extrémités du tronçon supérieur 33 sont raccordées aux tronçons latéraux 34 et 35, qui sont eux-mêmes raccordés au tronçon inférieur horizontal 36. Un joint isolant 24 est cependant interposé entre les tronçons métalliques 34 et 36. L'étanchéité entre les divers éléments constitutifs de l'enceinte étanche est assurée de manière -4 - classique par des joints et le tronçon inférieur 36 est muni d'un bouchon de remplissage 25 du gaz diélectrique, et d'un dispositif de contrôle de la pression. La spire primaire 6, qui est tubulaire, comporte à ses extrémités des manchons tronconiques 41 et 42 munis sur leur sommet de raccords cylindriques 43 et 44. Le tube coaxial 3 comporte à son extrémité inférieure un manchon tronconique 10 muni à son sommet d'une bague de raccordement cylindrique 11 raccordée sur sa périphérie au raccord 44. L'extrémité inférieure du conducteur central 2 comporte, à l'intérieur de la bague 11, un épaulement cylindrique 12 isolé de la bague 11 par un tube isolant 14. La bague 11 et le tube isolant 14 comportent sur leur face latérale opposée au raccord 44 une ouverture latérale dans laquelle est disposé un tube isolant 15 traversé par le raccord 43 qui porte en extrémité une plage de raccordement 13 vissée à l'extrémité de l'épaulement 12. Le tube coaxial 3 extérieur peut être très rigide et constitué, par exemple, par un tube assez épais en alliage d'aluminium ou même en acier, car la disposition coaxiale des conducteurs annule pratique- ment le champ magnétique résultant. Le circuit secondaire du transfor- mateur d'intensité est disposé à l'air libre autour du tronçon métallique inférieur 36. Il comprend ainsi un circuit magnétique 27 autour duquel est enroulé l'enroulement secondaire 28. Des liaisons conductrices équipotentielles telles que 29 disposées autour du circuit secondaire relient l'extrémité du tronçon latéral 34 en regard du joint isolant 24 à l'extrémité du tronçon inférieur 36 opposé au joint isolant 24. Comme la tension entre les bornes 1 et 2 de l'enroulement primaire est toujours très faible devant la tension entre conducteur primaire et masse, l'isolant 5 et les tubes 14 et 15 n'exigent qu'une tenue diélectrique réduite et l'on peut utiliser pour ces pièces éventuelle- ment des isolants organiques. La fixation du transformateur de courant dans le poste peut être réalisée à l'aide d'un châssis 31 muni de pieds 30 fixé sur la plaque 32 sur laquelle est monté le collier inférieur 20 de l'enveloppe isolante. La cuve 16 est suspendue au châssis 31, ce qui évite les - 5- déformations de la cuve, et ce châssis supporte l'enveloppe isolante à la partie supérieure de laquelle est suspendu l'ensemble de l'enrou- lement primaire. Un tel transformateur de courant peut être utilisé comme isolateur support d'élément de sectionneur. La porte 26 permet, pendant le montage, d'introduire un outillage démontable de forme appropriée. Celui-ci, en utilisant comme référence géométrique la surface de portée de la porte 26, permet le réglage en hauteur et en rotation autour du plan vertical de symétrie du circuit primaire, afin d'assurer un centrage aussi bon que possible des parties sous tension dans la cuve à la masse. Après positionnement et immobilisation du circuit primaire, on enlève l'outillage et on ferme la porte 26. L'isolement entre l'enroulement primaire 3, 6 et la cuve 16 à la masse étant uniquement réalisé par le gaz isolant, la seule ligne de fuite entre pièces sous tension et masse qui existe le long des isolateurs céramiques 9 et 17, possède une très grande longueur. Il n'y a pas d'isolant organique supportant la haute tension appliquée entre le primaire et la masse. La cuve 16 est munie d'une soupape et/ou d'une membrane limitant les surpressions éventuelles dues à un arc interne par exemple, évitant ainsi tout risque d'explo- sion. Le transformateur de courant'selon l'invention présente de nombreux avantages: - L'utilisation d'une spire primaire connectée à deux conducteurs coaxiaux, suspendue dans une enceinte remplie de gaz et en contact avec des pièces solides uniquement au point de suspension permet de n'appliquer la haute tension entre enroulement primaire et masse qu'à travers un gaz et selon une très longue ligne de fuite le long d'un isolant céramique. - Aucun isolant organique n'est soumis à la contrainte de la très haute tension. - L'utilisation d'enroulements secondaires disposés en dehors de l'enceinte contenant le gaz isolant permet: 35. de réduire au minimum le volume de gaz, car en tous points, l'épaisseur du gaz correspond à la tenue diélectrique entre des - 6 - surfaces à grand rayon de courbure. De même, la jonction du coaxial et de la spire primaire évite toute discontinuité provoquant un accrois- sement local du champ électrique. d'effectuer beaucoup plus facilement le montage des enroulements secondaires et les modifications éventuelles de ces derniers. d'obtenir grâce à une liaison électrique extérieure aux circuits magnétique et secondaire la continuité électrique de la cuve sans altération des propriétés du circuit magnétique. - Le centrage des conducteurs coaxiaux et de la spire primaire peut être réalisé facilement grâce à l'utilisation d'une porte de visite. - L'emploi d'isolateurs cylindriques, étagés en diamètre et constituant des ensembles modulaires pouvant être combinés selon la tension d'isolement réduit les frais de fabrication des constructeurs réalisant des appareils de plusieurs tensions nominales. - L'adjonction d'un sectionneur au transformateur d'intensité permet l'utilisation commune des mêmes isolateurs supports. - Le montage d'un tel transformateur de courant à la place d'un support isolant sur sectionneur économise un support isolant. Il est évident que l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit et représenté et qui n'a été donné 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. En particulier, la spire annulaire 6 peut être un tore pratiquement insensible aux efforts électrodynamiques (spire circulaire) supprimant ainsi les contraintes et les déformations de la spire pendant le passage du courant de court-circuit. 2467473: -7- REVENDICATIONS 1/ Transformateur de courant pour installation à haute tension comprenant un enroulement primaire, un enroulement secondaire et un circuit magnétique, ledit enroulement primaire comportant une spire primaire suspendue à deux conducteurs coaxiaux dans une enceinte isolante contenant un corps diélectrique, caractérisé en ce que l'enroulement secondaire (28) et le circuit magnétique (27) sont disposés autour de la spire primaire (6) à l'extérieur de l'enceinte. 2/ Transformateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la spire primaire (6) est disposée dans une cuve annulaire (16) consti- tuée à l'aide de plusieurs éléments métalliques (33, 34, 35, 36) et que le circuit magnétique (27) et l'enroulement secondaire (28) sont disposés autour d'un élément porteur (36) séparés de l'un (33) des éléments adjacents par un joint isolant (24) la continuité électrique de la cuve étant assurée par une liaison électrique (29) reliant autour du circuit magnétique et de l'enroulement secondaire ledit élément adjacent à l'extrémité dudit élément porteur en regard de l'autre élément adjacent. 3/ Transformateur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le corps diélectrique contenu dans l'enceinte isolante est constitué par un gaz. 4/ Transformateur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'enceinte isolante comporte un ensemble d'isolateurs (17, 9) de diamètre décroissant de bas en haut, les conducteurs coaxiaux (2, 3) reposant sur l'extrémité supérieure de l'isolateur supérieur. / Transformateur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le tube coaxial extérieur (3) est constitué par un tube de grande rigidité mécanique. 6/ Transformateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le tube coaxial extérieur (3) comporte au moins une partie en acier. 7/ Transformateur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la spire primaire comporte sur ses extrémités un manchon conique (41, 42) dont le sommet est muni d'un raccord cylindrique (43, 44) l'un de ces raccords étant relié à un raccord cylindrique (11) disposé à l'extrémité d'un manchon conique (10) du tube coaxial exté- 2467473 i -8- rieur (3) et l'autre raccord étant relié au conducteur coaxial central (2) à travers le raccord cylindrique du tube coaxial extérieur. 8/ Transformateur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une porte de visite (26) est disposée sur la cuve métallique (16) contenant la spire primaire (6) au droit de son raccordement avec les conducteurs coaxiaux (23). 9/ Transformateur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la pire primaire (6) peut être torique.