Brevet FR2507835A1 — publié le 19821217

CELLULE BLINDEE A ISOLEMENT GAZEUX POUR POSTE ELECTRIQUE A MOYENNE TENSION. L'invention est relative à une cellule blindée à isolement gazeux pour poste électrique à moyenne tension comprenant une cuve étanche métallique reliée au potentiel de la terre et remplie de gaz isolant électronégatif à rigidité diélec- trique élevée, notamment de l'hexafluorure de soufre, la- dite cuve renfermant les pôles d'au moins un interrupteur ayant Une première série de bornes de raccordement inter- connectées par un jeu de barres, et une deuxième série de bornes de raccordement traversant la cuve pour coopérer avec des organes de connexion en liaison avec les câbles du réseau ou du récepteur. Selon un dispositif connu du genre mentionné, les pôles de chaque interrupteur sont disposcs verticalement et alignés à l'intérieur de la cuve dans le sens de la profondeur Cet agencement augmente l'encombrement et pose des problèmes de raccordement des pôles à partir de la face avant de la cuve. La présente invention a pour but de remédier aux inconvé- nients précités et de permettre la réalisation d'une cel- lule à isolement gazeux d'encombrement réduit autorisant un raccordement et une commande depuis la face avant. La cellule selon l'invention est caractérisée en ce que les pôles sont identiques et sont disposés individuellement au- dessus du jeu de barres ménagé à l'intérieur de la cuve de forme parallélépipédique, en étant décalés transversalement les uns des autres par des intervalles prédéterminés pour constituer une rangée verticale parallèle à la face avant de la cuve, le jeu de barres étant logé dans la partie infé- rieure de la cuve en s'étendant dans la direction transver- sale d'alignement des pôles de la rangée, chaque pôle de l'interrupteur comportant une broche conductrice mobile montée à coulissement alterné dans le sens vertical entre une position F de fermeture de l'interrupteur, une position 0 intermédiaire d'ouverture et d'isolement et une troi- sième position T de mise à la terre, la broche comprenant à ses extrémités opposées un premier contact coopérant en position F de fermeture avec un contact fixe solidaire du Jeu de barres, et un deuxième contact venant en engagement en position T avec un plot de mise à la terre disposé à l'opposé du jeu de barres dans la direction verticale du pôle. Selon'une caractéristique de l'invention, lesdites bornes de raccordement de la deuxième série sont agencées en tra- versces étanches sortant perpendiculairement par la face avant de la cu-e et réparties selon une nappe sensiblement horizontale située à un niveau prédéterminé entre celui du jeu de barres et des plots de mise à la terre. Il est à remarquer que la face postérieure de la cuve est sensiblement plane et comporte des moyens de fixation au- torisant l'accrochage de la cellule à un Transformateur ou 2 È à un mur L'interrupteur est actionné par un mécanisme de manoeuvre extérieur à la cuve et assujetti à la face avant au-dessus des traversées des pôles correspondants. Selon une autre caractéristique de l'invention, 1 P plot de mise à la terre associé à chaque pôle est placé dans l'alignement de la broche correspondante et est relié à la masse de la cuve par un conducteur de liaison extérieur à la cuve Le plot est porté par une cloche en matériau iso- lant transparent servant en position T de l'interrupteur, alternativement de hublot de visualisation de la broche permettant l'indication depuis l'extérieur de la mise à la terre du pale, et après déconnexion du conducteur de mise à la terre, d'isolateur pour l'injection d'une tension test destinée à des essais diélectriques des câbles. Selon une autre caractéristique, la traversée est fixée à la paroi interne de la cuve par un écrou en matériau con- ducteur entourant coaxialement le corps isolant et le con- ducteur et en étant isolé de la cuve par un revêtement, de manière à constituer à la fois un écran de potentiel et un diviseur capacitif dont un conducteur soudé à l'écrou est relié à un dispositif extérieur après avoir traversé la cuve. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de l'exposé qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre de l'invention, donné à titre d'exemple non limita- tif et représenté aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique en perspective d'une cellule blindée pour poste à moyenne tension selon l'in- vention, comprenant deux sous-ensembles arrivée avec bottes à câbles, et un sous-ensemble départ associé à un coupe- circuit à fusible; la figure 2 est une vue en élévation de-la cellule de la figure 1, les bottes à câbles étant enlevées, et seul l'un 26 des fusibles associé au p 8 le 18 R de l'interrupteur cen- tral étant représenté; la figure 3 représente le schéma électrique unifilaire de la cellule; les figures 4 A et 4 B sont des vues en coupe verticale selon 1 ligne IVA-IVA de la figure 2, le pôle 14 S d'un sous-en- semble arrivée étant respectivement associé à une botte à câble, et un connecteur d'embrochage; la figure 4 C -est une vue en coupe selon la ligne IVC-IVC de la figure 2; les figures 5 A à 5 C montrent les trois positions de chaque pôle d'interrupteur à autosoufflage, à savoir la position F de fermeture des contacts la position intermédiaire O d'ouverture et d'isolement des contacts, et la position T de mise à la terre; la figure 6 est une vue partielle à échelle agrandie d'un détail de réalisation de la figure 4 A. Sur les figures, un tableau électrique préfabriqué 10 pour un poste à moyenne tension de distribution ou de transfor- mation comporte une cellule blindée à isolation totale dont la cuve 12-métallique est au potentiel de la terre La cuve 12 étanche présente une structure parallélépipédique et est remplie de gaz isolant à haute rigidité diélectrique, no- tamment du SF 6 à une pression voisine de la pression atmos- phérique Le tableau 10 comprend trois interrupteurs tripo- laires 14, 16, 18 à autosoufflage agencés à l'intérieur de la cuve 12 pour réaliser l'alimentation d'un transformateur extérieur 19 à partir d'un réseau triphasé en boucle Les interrupteurs 14, 16 forment deux sousensembles "arrivée" raccordés au réseau au moyen de câbles 20, 22 associés à des bottes à câbles 24, 26 ou à des connecteurs d'embrochage 28 L'interrupteur 18 central coopère avec un Jeu de coupe- circuit à fusibles 30 logé dans un compartiment auxiliaire 32 pour constituer un sous-ensemble "départ" et de protec- tion du transformateur 19. Les bottes à câbles 24 26 et les connecteurs d'embrochage 28 utilisés pour le raccordement des sous-ensembles arri- vée au réseau sont agencés sur la face avant 34 à l'exté- rieur de la cuve 12 étanche Il en est de même pour le com- partiment auxiliaire 32 des coupe-circuit à fusibles 30 qui est formé par un puits allongé vertical rempli d'air et accolé extérieurement à la cuve 12 en étant intercalé entre les deux bottes à câbles 24, 26 (fig 1) Les neuf pôles 14 R, 14 S,-14 T; 16 R, 16 S, 16 T; 18 R, 18 S, 18 T des trois interrupteurs 14 à 18 à autosoufflage sont tous iden- tiques, et s'étendent verticalement à l'intérieur de la cuve 12 en étant décalés transversalement les uns des au- tres par des intervalles réguliers pour former une rangée unique parallèle à la face avant (fig 2). Chaque interrupteur 14, 16, 18 tripolaire est actionné par un mécanisme de manoeuvre 36, 38, 40 accessible de la face avant 34 et disposé à l'extérieur de la cuve 12 respective- ment au-dessus des boîtes à câbles 24, 26 et du comparti- ment auxiliaire 32 à fusibles 30 (fig 1 et 4 A) Le méca- nisme de manoeuvre 36, 38, 40, décrit en détail dans la demande de brevet français NO 81 03041, déposée le 13-2-81, par la demanderesse, est accouplé à une manivelle de trans- mission 42 susceptible de déplacer l'équipage mobile des trois pôles de l'interrupteur associé 14, 16, 18 entre trois positions stables à s-voir une première position F de ser Vice et de fermeture des contacts (fig 5 A) , une deuxième position O intermédiaire d'ouverture (fig 5 B) et d'isolement et une troisième position T de mise à la terre (fig 5 C). La rangée transversale unique de l'ensemble des pôles 14 R à 18 T permet d'utiliser une cuve 12 parallélépipédique compacte dont la profondeur d est réduite par rapport à la largeur La face arrière 44 verticale de la cuve 12 est sensiblement plane et est dotée de moyens de fixation 46 r pour l'accrochage du tableau 10 sur l'enveloppe du trans- formateur ou directement sur un mur. La face supérieure 48 horizontale s'étendant perpendicu- lairement aux faces avant 34 et arrière 44 de la cuve 12 est coiffée par neuf isolateurs 50 en forme de cloches disposées selon une rangée transversale au-dessus des pôles 14 R à 18 T, chaque isolateur 50 étant équipé d'un plot 52 de mise à la terre du pôle correspondant Chaque plot 52 est connecté à la cuve 12 métallique par une tresse de liaison 54 Les cloches 50 sont réalisées en un matériau isolant transparent permettant de visualiser la position de l'équipage mobile des interrupteurs 14 à 18 La posi- tion T de mise à la terre des sous-ensembles arrivée et départ du tableau 10 est facilement vérifiable grâce à la transparence des cloches 50 Après enlèvement de la tresse 54 de mise à la terre, il est également possible d'utili- ser les cloches 50 pour des essais diélectriques des câbles en injectant des impulsions à haute tension, par exemple 50 k V, dans le plot 52 lorsque l'interrupteur 14 à 18 correspondant se trouve dans la position T Chaque cloche 50 remplit ainsi deux fonctions distinctes en étant agencée en hublot de visualisation de la position T de mise à la terre et en isolateur d'essai diélectrique. Les différents pôles 14 R à 18 T des interrupteurs tripo- laires sont interconnectés électriquement par un jeu de barres triphasées 58 (fig 4 A) logé dans la partie infé- rieure de la cuve 12 en s'étendant parallèlement à la face avant 34 dans la direction transversale d'alignement des pôles Les pôles 14 R à 18 T des interrupteurs à auto- soufflage et à isolement par le SF 6 sont tous identiques, et seul l'un d'eux, associé à l'interrupteur 14, sera dé- crit en détail en référence aux figures 4 A et 5 A à 5 C In tel interrupteur à trois positions distinctes permet de s'affranchir d'un sectionneur auxiliaire de mise à la terre et de sa commande entraînant de ce fait une diminution no- table de l'encombrement du tableau. Sur les figures 4 A et 5 A à 5 C, chaque pôle de l'interrup- teur 14 comporte une broche 60 mobile conductrice accouplée par un palonnier 62 en matériau isolant à la manivelle 42 du mécanisme de manoeuvre 36 Le palonnier 62 coopère avec deux tiges verticales 64 de guidage de la broche 60 cou- lissante lors de son déplacement vertical en translation alternée entre les positions F dc fermeture, O d'ouverture et T de mise à la terre A l'une de ses extrémités la broche 60 conductrice comprend un premier contact à pince 66 coopérant en position F de fermeture (fig 4 A ct 5 A) avec un contact fixe 68 porté par un arceau 70 en matériau isolant Le contact fixe 68 traverse l'arceau 70 et est conformé en plage de connexion du jeu de barres 58 Les arceaux 70 de tous les pôles sont solidarisés à un rail 72 métallique horizontal formant un châssis fixé à la paroi interne de la cuve 12 en s'étendant parallèlement au jeu de barres 58 A l'opposé du contact à pince 66, la broche est pourvue d'un deuxième contact à pince 74 qui s'em- boite sur le plot 52 de l'isolateur 50 en position T de mise à la terre (fig 5 C) Ce deuxième contact 74 est avan- tageusement recouvert d'un moyen de repérage coloré faci- litant la visualisation de la broche 60 à travers l'isola- teur 50 transparent lorsque l'interrupteur se trouve en position T Une tresse 76 de liaison connecte la broche 60 à une borne de raccordement 78 extérieure solidaire d'une traversée 80 étanche sortant perpendiculairement par la face avant 34 de la cuve 12. L'arceau 70 isolant support du contact fixe 68 et du jeu de barres 58 porte au-dessus du rail 72 métallique une ex- tension cylindrique agencée en cylindre 82 fixe extérieur à fond 84 ouvert obturable Un piston 86 solidaire de la broche 60 mobile est monté à coulissement dans le cylindre 82 pour former le dispositif d'autosoufflage à volume 88 pistonnable engendrant une compression du gaz de soufflage lorsque l'interrupteur est actionné de la position F de fermeture vers la position intermédiaire O d'ouverture des contacts Une tuyère 90 convergente est assujettie au pis- ton 86 pour canaliser l'écoulement de gaz comprimé à tra- vers des orifices-92 vers la zone de coupure et d'exten- sion de l'arc tiré entre les contacts 68, 66 Ces derniers contacts sont conformés en contacts à emboîtement, de ma- nière à se séparer après une course prédéterminée de la broche 60 mobile et du piston 86 créant ainsi une précom- pression du gaz dans le volume 88 au début de la course d'ouverture de l'interrupteur En position F de fermeture, la tuyère 90 entoure radialement à faible jeu le contact fixe 68, de manière à obturer le volume 88 dans-sa partie inférieure Le fond 84 ouvert du cylindre 82 coopère avec une paroi 94 intermédiaire de forme annulaire qui obture la partie supérieure du volume 88 lorsque la broche 60 est entre les positions F et 0 Un ressort de compression 96 Intercalé entre une butée 98 de la broche 60 et un épaule- ment de la paroi 94, sollicite cette dernière en appui du fond 84 du cylindre 82 La paroi 94 reste ainsi en appui stable jusqu'à la position intermédiaire O de la broche 60 (fig 5 B), et est ensuite entraîné vers le haut par le pis- ton 86 lors de la translation de la broche 60 vers la posi- tion T de mise à la terre (fig 5 C). Un avantage important du tableau 10 est de permettre à par- tir de la face avant 34 de la cuve 12 le raccordement de câbles de différents types et s'étendant selon plusieurs directions On remarque que l'ensemble des traversées 80 de raccordement des différents pôles 14 R à 18 T sont alignées sur une même rangée a mi-hauteur de la cuve 12 et sont de ce fait facilement accessibles depuis la face avant 34. Sur la figure 4 A, une botte à câbles 24 tripolaire est con- nectée aux traversées 80 correspondantes de l'interrupteur 14 pour constituer un sous-ensemble arrivée alimenté par le réseau Le départ des câbles 20 s'effectue vers le bas. En référence à la figure 4 B, la botte à câbles 24 du sous- ensemble arrivée a été remplacée par des connecteurs 28 moulés coudés embrochables du type unipolaire ou tripo- laire Le départ des câbles 20 secs est également prévu vers le bas. La figure 4 C montre le compartiment auxiliaire 32 des coupe- circuit à fusibles 30 comprenant des plages de raccordement amont adaptable aux traversées 80 de l'interrupteur central 18 pour constituer le sous-ensemble départ L'intérieur du compartiment 32 est rempli d'air et est obturé par un bou- chon 100 Le départ des câbles 102 du côté des plages de raccordement aval des fusibles 30 est prévu vers l'arrière, mais pourrait bien entendu s'effectuer vers le bas. Le rail métallique 72 du châssis support des pôles joue également le rôle d'anneau de masse à l'intérieur de la cuve 12 pour éviter tout amorçage intempestif entre les contacts de chaque pôle en position O d'isolement. Sur la figure 6, la traversée 80 de raccordement de chaque pôle 14 R à 18 T est formée par un conducteur à haute ten- sion 104 enrobé dans un corps 106 isolant traversant la cuve 12 métallique au potentiel de la terre Un écran de potentiel 108 en matériau conducteur ou semi-conducteur est agencé à l'intérieur de la cuve 12 en entourant coaxialement le corps 106 et le conducteur 104 L'écran 108 est accolé par l'une de ses faces à la paroi interne de la cuve 12 avec interposition d'un joint 110 isolé, par exem- ple une colle En plus de sa fonction de répartition du potentiel et d'écrou de fixation de la traversée sur la paroi Jnterne de la cuve, l'écran 108 coopère avec le con- ducteur 104 et la cuve 12 pour former un diviseur capacitif Un condensateur haute tension est constitué entre le conduc- teur 104 rectiligne et l'écran 108, et le condensateur basse tension est agencé entre l'écran 108 et la cuve 12 au niveau du joint 110 isolé Il suffit de souder un con- ducteur 112 flexible de liaison à l'écran 108 et de relier ce conducteur 112 à un indicateur de présence de tension disposé à l'extérieur de la cuve 12. - Le fonctionnement d'un p 8 le 14 R à 18 T de l'un quelconque des interrupteurs tripolaires 14 à 18 est évident, et il suffit de remarquer qu'en position intermédiaire O d'ouver- ture des contacts 68, C 66 (fig 5 B), la force de compression du ressort 96 est encore suffisante pour assurer l'appui de la paroi 94 contre le fond 84 du cylindre 82 d'auto- soufflage Lors du déplacement de la broche 60 de la posi- tion O vers la position T de mise à la terre (fig 5 C), le piston 86 entraîne la paroi 945 l'écart du fond 84 dans le même sens que la broche 60 La position T de mise à la terre est facilement répérable de l'extérieur grâce à la transparence de l'isolateur 50. Après déconnexion de la tresse 54 de liaison du plot 52 à la cuve 12, il est possible en position T de la broche 60 indiquée à la fig 5 C d'injecter une tension test au plot 52 pour réaliser des essais diélectriques des câbles. L'invention n'est bien entendu nullement limitée au mode de mise en oeuvre plus particulièremernt décrit et repré- senté aux dessins annexés, mais elle s'étend bien au con- traire à toute variante restant dans le cadre des équiva- lences électrotechniques. Revendications 1 Cellule blindée à isolement gazeux pour poste électrique à moyenne tension comprenant une cuve ( 12) étanche métal- lique reliee au potentiel de la terre, et remplie de gaz isolant électronégatif à rigidité diélectrique élevée, no- tamment de l'hexafluorure de soufre, ladite cuve ( 12) ren- fermant les pôles d'au moins un interrupteur ( 14, 16, 18) ayant une première série de bornes de raccordement inter- connectées par un jeu de barres ( 58), et une deuxième série de bornes de raccordement traversant la cuve ( 12) pour co- opérer avec des organes de connexion en liaison avec les câbles ( 20, 22, 102) du réseau ou du récepteur, caractéri- sée en ce que les pôles ( 14 R à 18 T) sont identiques et sont disposés individuellement au-dessus du jeu de barres ( 58) ménagé à l'intérieur de la cuve ( 12) de forme parallé- lepipédique, en étant décalés transversalement les uns des autres par des intervalles prédéterminés pour constituer une rangée verticale parallèle à la face avant ( 34) de la cuve ( 12), le jeu de barres ( 58) étant logé dans la partie inférieure de la cuve ( 12) en s'étendant dans la direction transversale d'alignement des pôles de la rangée, chaque pôle de l'interrupteur ( 14, 16, 18) comportant une broche conductrice mobile montée à coulissement alterné dans le sens vertical entre une position F de fermeture de l'inter- rupteur, une position O intermédiaire d'ouverture et d'iso-. lement et une troisième position T de mise à la terre, la broche 60 comprenant à ses extrémités opposées un premier contact ( 66) coopérant en position F de fermeture avec un contact fixe ( 68) solidaire du jeu de barres ( 58), et un deuxième contact ( 74) venant en engagement en position T avec un plot ( 52) de mise à la terre disposé à l'opposé du jeu de barres ( 58) dans la direction verticaledu p 8 le. 2 Cellule blindée à isolement gazeux selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que lesdites bornes ( 78) de rac- cordement de la deuxième série sont agencées en traversées- ( 80) étanches sortant perpendiculairement par la face avant ( 34) de la cuve ( 12) et réparties selon une nappe sensible- ment horizontale située à un niveau prédéterminé entre ce- lui du jeu de barres ( 58) et des plots ( 52) de mise à la terre. 3 Cellule blindée à isolement gazeux selon la revendica- tion 2, caractérisée en ce que l'interrupteur ( 14, 16, 18) est actionné par un mécanisme de manoeuvre ( 36, 38, 40) extérieur à la cuve ( 12) et assujetti à la face avant ( 34) au-dessus des traversées ( 80) des pôles correspondants. 4 Cellule blindée à isolement gazeux selon la revendica- tion 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que le plot ( 52) de mise à la terre associé à chaque pôle ( 14 R à 18 T) est placé dans l'alignement de la broche ( 60) correspondante et est relié à la masse de la cuve ( 12) par un conducteur ( 54) de liaison extérieur à la cuve ( 12). Cellule blindée à isolement gazeux selon la revendica- tion 4, caractérisée en ce quo le plot ( 52) est pnrté par une cloche ( 50) en matériau isolant transparent servant en position T de l'interrurteur alternativement de hublot de visualisation de la broche ( 50) permettant l'indication depuis l'extérieur de la mise à la terre du pôle, et après déconnexion du conducteur ( 54) de mise à la terre, d'isola- teur pour l'injection d'une tension test destinée à des cssais diélectriques des câbles. 6 Cellule blindée à isolement gazeux selon la revendica- tion 5, caractérisée en ce que le deuxième contact ( 74) de la broche ( 60) de chaque pôle est recouvert d'un moyen de repérage coloré et que la cloche ( 50) correspondante est agencée sur la face ( 48) horizontale supérieure de la cuve ( 12). 7 Cellule blindée à isolement gazeux selon l'une des reven- dications 2 à 6, comprenant trois interrupteurs tripo- laires ( 14, 16, 18) agencés à l'intérieur de la cuve ( 12) pour réaliser l'alimentation d'un transformateur à partir d'un réseau triphasé, caractérisée en ce que les traversées ( 80) des interrupteurs ( 14, 16) coopèrent avec des boites à câbles ( 24, 26) ou des connecteurs ( 28) d'embrochace pour former deux sous-ensembles arrivée, l'autre interrupteur ( 18) étant associé à un coupe-circuit à fusibles ( 30) logé dans un compartiment ( 32) auxiliaire rempli d'air et soli- darisé à la face avant ( 34) de la cuve ( 12) pour constituer le sous-ensemble départ et de protection du transformateur. 8 Cellule blindée à isolement gazeux selon l'une quel- conque des revendications précédentes, dans laquelle l'in- terrupteur ( 14, 16, 18) c 3 mporte un disnositif à autosouf- flage, caractérisée en ce que le contact fixe ( 68) de chaque pôle de l'interrupteur ( 14, 16 18) est porté par un arceau ( 70) en matériau isolant fixé à un support ( 72) métallique solidarisé à la paroi interne de la cuve ( 12) en s'étendant parallèlement au jeu de barres ( 58), l'arceau ( 70) étant prolongé au-dessus du support ( 72) par une ex- tension isolante conformée en cylindre ( 82) fixe coopérant avec un piston ( 86) mobile accouplé à la broche ( 60) pour former le dispositif à autosoufflage à volume ( 88) piston- nable lors de la course de l'interrupteur de la position F de fermeture vers la position O d'ouverture. 9, Cellule blindée à isolement gazeux selon la revendica- tion 8, caractérisée en ce que le cylindre ( 82) comporte un fond ( 84) ouvert coopérant avec une paroi ( 94) intermé- diaire pour obturer sous l'action d'un ressort ( 96) la par- tie supérieure du volume ( 88) lorsque la broche ( 60) se trouve entre les positions F et 0, la paroi ( 94) étant en- suite écartée du fond ( 84) par le piston ( 86) lors de la translation de la broche ( 60) vers la position T de mise à la terre. Cellule blindée à isolement gazeux selon l'une quel- conque des revendications 2 à 9, dans laquelle la traver- sée ( 80) de raccordement de chaque pôle comprend un con- ducteur ( 104) raccordé à la broche ( 60) par une tresse ( 76), et enrobé dans un corps ( 106) isolant traversant la cuve ( 12) métallique au potentiel de la terre, caractérisée en ce que la traversée ( 80) est fixée à la paroi interne de la cuve ( 12) par un écrou ( 108) en matériau conducteur en- tourant coaxialement le corps ( 106) isolant et le conduc- teur ( 104) et en étant isolé de la cuve ( 12) par un revête- ment ( 110) de manière à constituer à la fois un écran de potentiel et un diviseur capacitif dont un conducteur ( 112) soudé à l'écrou est relié à un dispositif extérieur après avoir traversé la cuve ( 12).