Brevet FR2521360A1 — publié le 19830812

Dispositif de protection contre les surtensions sous huile à oxydes métalliques. On a utilisé des dispositifs de protection con- tre les surtensions, sous huile, pour protéger des transforma- teurs montés sur supports ou au sommet de pylones Ces dispo- sitifs de protection sont montés entre l'enroulement à haute tension et le contact de masse Il comportent parfois une con- nexion de masse extérieure pour faciliter les essais de sur- tension du transformateur Lorsqu'il est immergé dans l'huile d'un transformateur, le dispositif de protection est soumis à un environnement de température relativement élevée et il doit être bien étanché pour empêcher l'huile d'entrer Si de l'huile entre dans un dispositif de protection contre les surtensions à éclateurs, classique, l'huile remplira finalement les éclateurs du dispositif de protection et augmentera la décharge à un niveau rendant le dispositif de protection inuti- lisable L'huile qui pénètre dans un dispositif de protection scellé peut s'inflitrer dans les blocs de carbure de silicium s'ils sont poreux, ce qui est source d'un problème potentiel, si la chaleur transitoire dégagée par'le passage de la surin- tensité dans les blocs du dispositif de protection engendre une température suffisante pour décomposer ou carboniser une partie quelconque de l'huile Dans toutes les circonstances o les blocs ou les éclateurs du dispositif de protection sont le siège d'une étincelle disruptive, la défaillance du dispo- sitif de protection peut entraîner un dégagement d'énergie rapide à l'intérieur de la cuve du transformateur, avec pour conséquence qu'elle se bombe, se rompt et/ou prend feu. On peut éviter un grand nombre de problèmes ci- dessus au moyen d'un dispositif de protection contre les sur- tensions, sous huile, et sans éclateurs du type proposé ici. Contrairement à la pratique courante, ce dispositif de protec- tion fermé comporte des blocs à soupape non-poreux logés dans une structure qui permet l'entrée de l'huile et sa circula- tion autour de ces blocs Des blocs typiques comprenant de l'oxyde de zinc avec de faibles pourcentages d'autres oxydes métalliques sont bien connus dans la technique comme éléments de varistors à oxydes métalliques à caractéristiques de résistance non-linéaires, jouant le rôle de dispositif, de protection à éclateurs de type classique Les dispositifs de protection à blocs de ce type ne comportent pas d'élément à éclateur Du fait que les blocs sont non-poreux, il ne peut se produire d'effets fâcheux dus à l'immersion dans l'huile. Cet agencement des blocs à l'intérieur d'un boîtier ouvert utilise la constante diélectrique supérieure et la rigidité diélectrique supérieure de l'huile pour empêcher la décharge corona de l'un quelconque des blocs Le dispositif de protec- tion peut être placé à une légère distance des plans conduc- teurs situés à l'intérieur du transformateur La constante et la rigidité diélectriques élevées de l'huile réduisent les possibilités de décharge disruptive à la surface des éléments si le dispositif de-protection reçoit une surintensité très élevée L'huile joue également le rôle de milieu de transfert thermiques, assurant un refroidissement plus rapide des blocs, avec une stabilisation de température correspondante d'un bloc qui chauffe en raison des conditions de fonctionnement de régime transitoire ou permanent. Sur le dessin annexé La figure 1 est une vue'en coupe de dessus de distribution de type monté sur support, représenté schématique ment avec un dispositif de protection contre les surtensions, -selon l'invention, relié au primaire du transformateur La figure 2 est une vue en élévation du disposi- tif de protection avec arrachement partiel, pour montrer les blocs à soupape; La figure 3 est une vue en perspective d'une variante de dispositif de protection selon l'invention; La figure 4 est une vue en perspective d'un type de monture pour dispositif de protection selon l'inven- tion; La figure 5 est une vue en perspective d'une monture de type baïonnette pour le dispositif selon la figure 2; La figure 6 représente une autre forme de monture pour dispositif de protection du type représenté sur la figure 2. Comme le montre la figure 1, un transformateur f de distribution du type envisagé ici comprend, de façon géné- rale, une cuve 10 comportant un couvercle 12 Un transforma- teur 14 comportant un primaire 16 et un secondaire 18 est re- présenté schématiquement dans la cuve 10, immergé dans un flui- de isolant 20 Le primaire 16 est relié à une douille de pri- maire 22 par une ligne 24 et à la masse 26 par une ligne 28. Le secondaire 18 est relié aux douilles de se- condaire 30, 31 et 32 par des lignes 34, 35 et 36 Un disposi- tif de protection contre les surtensions 38 selon l'invention y est représenté relié au primaire 16 par une ligne 40 et à la masse 26 par une ligne 42 Un fusible 44 peut être prévu sur la ligne 24. Selon l'invention, le dispositif de protection contre les surtensions 38 comprend un réseau de blocs à soupa- pe 46 prémontés, positionnés dans un boîtier tubulaire 48 com- portant des capuchons terminaux 50 et 52 à chaque extrémité. Ces blocs 46 sont constitués au moyen de dépôts à base d'oxy- des métalliques comme l'oxyde de zinc pour produire une struc- ture extrêmement dense et non-poreuse Le réseau de blocs 46 est rappelé au contact du capuchon 50 au moyen d'un ressort conducteur 54 Ce-ressort 54 assure également la liaison élec- trique entre le capuchon 52 et le bloc terminal 46 Des con- tacts filetés 55 et 56 peuvent être présents sur chacun des capuchons 50, 52, respectivement, pour relier le dispositif de protection contre les surtensions au primaire 16 et à la masse. On fait circuler du fluide isolant 20, comme par exemple de l'huile, à travers le bottier tubulaire par des trous 58 situés à différents emplacements du boîtier 48 On peut augmenter le nombre de trous au point que le tube devien- ne un grillage si on le désire Il entre également dans le cadre de l'invention de former des trous 49 dans les capuchons , 52 pour permettre à l'huile de circuler à travers le boî- tier, notamment s'il est monté de la façon représentée sur la figure 1. Dans la variante de l'invention représentée sur la figure 3, on a représenté un dispositif de protection 60 comprenant un réseau de blocs de protection contre les surten- sions 62 reliés entre eux par un mastic conducteur 64 Des ferrures d'assemblage 66 sont montées à chaque extrémité du réseau de blocs à soupape pour relier le dispositif de sûreté au primaire et à la masse En l'absence de boîtier, le disposi- tif 60 doit être monté de façon à être éloigné de toutes sur- faces conductrices pour supprimer la possibilité de décharge disruptive sous l'effet d'une forte pointe de surtension. En se référant à la figure 4, on a représenté un type d'agencement de montage 65 pour le dispositif de protec- tion 38 Dans ce mode d'exécution, on a représenté une plaque de fixation 68 supportée sur plusieurs colonnettes de support 70 et fixée à celles-ci par des écrous hexagonaux 72 Le dispo- sitif de protection est fixé aux plaques de fixation 68 par des ressorts 74 qui passent par les trous 76 formés dans la plaque 68. On a représenté sur la figure 5 un autre mode d'exécution de la-monture de fixation o le dispositif de pro- tection 38 est monté dans un porte-fusible 78 de type balon- nette La balonnette comprend un boîtier 80 qui est fixé sur une paroi de transformateur et descend en plongeant à l'inté- rieur de l'huile Le dispositif de protection est placé à l'in- térieur de l'extrémité du boîtier en contact électrique avec les contacts électriques 82 et 84 Le dispositif 38 est monté sur un support isolé 86 placé à l'intérieur du boîtier 80 Le boîtier 80 descend à l'intérieur du fluide isolant, de sorte que le dispositif de protection 38 est immergé dans l'huile. Le contact électrique entre le dispositif de protection et le primaire, et la connexion de masse, sont réalisés au moyen de contacts 82 et 84, respectivement. Dans le mode d'exécution de l'agencement de mon- tage de la figure 6, le dispositif 38 est représenté fixé à une monture 90 comportant des colonnettes de support ventilées 92 à chaque extrémité Des brides de fixation 94 sont fixées à des éléments conducteurs 96 qui sont fixés aux colonnettes de fixation 92, les brides de fixation étant dans une position de contact avec les contacts filetés 54 et 56 du dispositif de protection 38. Dans le mode d'exécution représenté sur la figure 7, on a représenté un boîtier 98 en forme de tresse de structu- re toronnée ouverte Ce type de boîtier permet la circulation de l'huile et empêche également un contact effectif entre les blocs et les objets à la masse ou métalliques dans le boîtier du transformateur. R E V E N D I C A T I O N S 1 Dispositif de protection contre les surtensions, immergeable destiné à protéger un appareillage électrique im- mergé dans un fluide isolant contre des pointes de surtension, caractérisé en ce qu'il comprend un élément à soupapes cons- titué par un ou plusieurs blocs à soupape ( 46), un premier connecteur à une extrémité de l'élément à soupape, destiné à relier ledit élément à soupape à la tension du réseau, un se- cond connecteur relié à l'autre extrémité dudit élément à sou- papes destiné à relier ledit élément à soupapes, à la masse, et des moyens pour supporter ledit élément à soupape sous le fluide isolant. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que les blocs à soupape sont reliés entre eux par du mastic conducteur ( 64). 3 Dispositif selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que les moyens de support comprennent un boîtier ( 48) destiné à contenir les blocs à soupape, ledit boîtier étant perforé pour permettre l'écoulement libre du fluide isolant à travers le boîtier et comportant des capuchons terminaux ( 50, 52) conducteurs à chaque extrémité du boîtier. 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les capuchons terminaux comprennent des trous ( 49) pour permettre la circulation de l'huile à travers le boîtier. Dispositif selon la revendication 1, caractéri- sé en ce qu'il comprend des moyens de rappel ( 54) situés dans le boîtier tendant à remettre les blocs à soupape en liaison électrique avec les capuchons terminaux. 6 Dispositif selon la revendication 5, caractéri- sé en ce que les moyens de rappel consistent en un ressort ( 54) conducteur destiné à rappeler les blocs ( 46) contre les éléments conducteurs aux extrémités du boîtier. 7 Dispositif selon la revendication 1, caractéri- sé en ce qu'il comprend un boîtier de structure maillée. 8 Dispositif de protection contre les surtensions se trouvant dans un transformateur de distribution isolé par fluide, monté entre le primaire du transformateur et la masse, ledit dispositif étant immergé dans le fluide diélectrique du transformateur, caractérisé en ce qu'il comprend un élément à soupapes constitué par un ou plusieurs blocs à soupape ( 46) à oxydes métalliques et des moyens ( 65) pour le supporter dans ledit transformateur. 9 Dispositif selon la revendication 8, caractéri- sé en ce qu'il comprend un mastic conducteur ( 64) entre les blocs à soupape pour former une structure solide sans support. Dispositif selon la revendication 8, caractéri- sé en ce qu'il comprend un boîtier isolant ( 48) contenant ledit élément à soupapes, ledit boîtier comprenant un capuchon élec- triquement conducteur à chaque extrémité ( 50, 52), ledit boîtier étant perforé ( 58) pour permettre la circulation du fluide isolant autour dudit élément à soupape. 11 Dispositif selon la revendication 8, caractéri- sé en ce que les capuchons ( 50, 52) terminaux sont perforés ( 49) pour permettre la circulation de fluide isolant à travers le boîtier. 12 Dispositif selon la revendication 8, caractéri- sé en ce que les moyens de support consistent en un boîtier de structure maillée.