Brevet FR2520166A1 — publié le 19830722

e Dispositif de montage de transformateur de courant pour des générateurs à turbine La présente invention concerne le montage d'un transformateur de courant pour une machine dynamoélectrique et, en particulier, le montage d'un transformateur de courant de fréquence radio sur la boîte de connexion d'un générateur à turbine. Le fonctionnement des générateurs à turbine peut être compromis par divers types de défauts Un de ces types de défauts est provoqué par l'amorçage d'un arc électrique entre des torons, ou entre des extrémités adjacentes d'un toron rompu, dans les conducteurs de l'enroulement statorique haute tension d'un générateur Les enroulements statoriques d'un générateur de grande dimension sont formés de conducteurs toronés qui sont entourés par un isolant pour haute tension relativement massif et qui sont reliés les uns aux autres de façon appropriée Les défauts par amorçage d'arc peuvent se produire par suite de la rupture d'un ou plusieurs torons des conducteurs eux-mômes ou des connexions entre les conducteurs, ou par suite de défaillances locales de l'isolant entre des torons adjacents Ces types de défauts peuvent entraîner un amorçage d'arc intermittent ou répété entre les torons, ou entre les extrémités de torons concernées et conduire à un surchauffage croissant puis à un claquage final de l'isolant de base principal, avec pour conséquence une panne électrique sérieuse C'est pourquoiil est souhaitable de détecter l'apparition d'un tel défaut à un stade initial avant l'appa- rition d'un endommagement sérieux de manière qu'une action de sauvegarde puisse être prise Une façon d'obtenir une détec- tion précoce des défauts dus à un amorçage d'arc est exposée dans le brevet US n O 4 156 846, qui décrit un procédé pour détecter la présence de défauts résultant d'un amorçage d'arc dans des générateurs à turbine par détection des courants haute fréquence qui circulent dans le conducteur neutre de l'enroulement du générateur quand un tel amorçage d'arc a lieue On peut ainsi détecter la présence de ce type de défauts par amorçage d'arc en observant les courants neutres de haute fréquence et en les surveillant pendant la présence de la répartition de fréquence caractéristique résultant des caractéristiques de résonance du circuit parcouru par le courant Dans une application, on surveille les courants de radio fréquence en reliant un transformateur de courant haute fréquence au conducteur de mise à la masse du neutre, habituellement à l'endroit o le conducteur de mise à la masse du neutre du générateur est relié au transformateur de mise à la masse du neutre. Le transformateur de courant doit être installé de façon appropriée sur le conducteur neutre car, s'il n'en est pas ainsi, il existe des risques de différence de potentiel. Dans des conditions normales de fonctionnement du générateur, la tension du conducteur neutre du générateur est très proche du potentiel de la masse Toutefois, en raison de la circula-. tion du courant du troisième harmonique dans le conducteur neutre, un potentiel d'environ 300 VAC existe aux bornes du côté haute tension du transformateur de mise à la masse du neutre De plus, pendant un état de défaut du générateur, la tension du neutre peut se rapprocher de la tension de fonc- tionnement du générateur et les tensions transitoires peuvent même dépasser cette valeur La grandeur exacte du potentiel auquel se trouve le conducteur neutre du générateur dépend de plusieurs facteurs; toutefois; il ext important que l'ins- tallation-du transformateur de courant ne détériore en aucune façon le comportement du système de protection de masse du générateur Du fait que l'enveloppe extérieure du transfor- mateur de courant haute fréquence se trouve mis au potentiel de la masse par un câble coaxial de connexion et un dispositif de surveillance de radio fréquence, il faut prévoir un isolement adéquat pour empêcher un court-circuit électrique entre le système de protection de masse du neutre du générateur et le transformateur de courant. Un procédé actuel de connexion et d'isolement du transformateur de courant de fréquence radio consiste à enrouler manuellement un ruban autour du conducteur neutre avec un nombre minimal nécessaire de couches, à 50 C/> de recouvrement,d'un ruban en caoutchouc de silicone, ce nombre étant basé sur la tension de fonctionnement du générateur. Le but de cet isolement est d'empêcher les court-circuits de se former entre l'enveloppe ou bottier du transformateur de courant et le conducteur neutres De façon typique, on applique un nombre supérieur au nombre minimal recommandé de couches afin d'augmenter le diamètre du conducteur neutre jusqu'à ce qu'il atteigne le diamètre intérieur du transformateur de courant Sur certains conducteurs neutres, on ne peut pas appliquer le nombre minimal requis de couches, car le diamètre du conducteur neutre n'est que très faiblement inférieur au diamètre intérieur du transformateur de courante En outre, dans certains cas, le conducteur neutre a en réalité un diamètre plus grand que le diamètre intérieur du transformateur de courant et l'isolement, dans cescas, exige une modification importante du circuit de mise-à la masse du neutre En outre, il faut veiller à ce que le transformateur de courant soit fixé à coup sûr étroitement au conducteur neutre, car ce dernier est soumis à un niveau élevé de vibrations et, s'il existe un déplacement relatif entre le conducteur neutre et le transformateur de courant, l'isolant entre le conducteur neutre etle transformateur de courant peut être endommagé par abrasion ce qui entraine le risque de court-circuit entre ce conducteur et ce transformateur. Selon la présente invention, le dispositif de montage de transformateur de courant pour une machine dynamoélectrique comprend un premier élément isolant rigide comportant un trou cylindrique traversant, ledit trou étant configuré de manière à loger un premier conducteur de façon à assurer une communi- cation électrique entre les extrémités opposées dudit trou, une partie dudit premier élément isolant rigide étant configurée de manière à être adaptée au diamètre intérieur dudit transformateur de courant, un second élément isolant rigide configuré de manière à être adapté au diamètre extérieur dudit transformateur de courant, lesdits premier et second éléments étant associés de manière à former un espace annu- laire intérieur configuré de façon à loger ledit transformateur de courant, un moyen pour relier lesdits premier et second éléments de façon à enfermer ledit transformateur de courant et un moyen pour permettre une communication électrique entre ledit transformateur de courant et un appareil extérieur. De façon appropriée, le dispositif comprend un appareil de montage qui fixe mécaniquement la position du transformateur de courant et isole électriquement l'enveloppe ou bottier du transformateur de courant des objets environ- nants se trouvant à des potentiels différents Le dispositif de l'invention peut être fixé à la boite de connexion d'un générateur et supprime le besoin d'entourer le conducteur avec le ruban isolant mentionné ci-dessus Il supprime en outre le problème de l'abrasion entratné par les vibrations du transformateur de courent et élimine tout rapport entre le diamètre du c 4 ble de mise à la masse du neutre et l'utilisation d'un transformateur de courant de fréquence radio La distance d'amorçage minimal entre le transformateur de courant et le conducteur neutre ou tous autres objets conducteurs se trouvant à un potentiel supérieur à celui de la masse n'a plus non plus d'importance étant donné que la présente invention assure un enveloppement isolant complet du transformateur de courant. En plus de résoudre ces problèmes électriques et mécaniques du montage du transformateur de courant, la présente invention permet de placer le transformateur de courant à un endroit, à l'intérieur de la botte de connexion du genérateur, o l'on peut obtenir une plus grande sensibilité de détection d'arc Des mesures d'atténuation de fréquence radio ont montré qu'un enroulement statorique présente une 252-0166 atténuation de 7 d B du signal de fréquence radiodu dessus du conducteur de phase jusqu'au bus de conducteur neutre. D'autres mesures ont montré qu'il se produit une atténuation d'environ 11 d B en raison du circuit de mise à la masse du neutre du générateur Cette atténuation, provoquée par le conducteur de mise à la masse du neutre, est due à la capacité en parallèle de ce conducteur et ce nouvel emplacement du transformateur du courant plus près du générateur se traduit par une meilleure sensibilité de la détection d'arc, car le signal de radio fréquence est mesuré avant que n'ait lieu l'atténuation entraînée par la capacité en parallèle du conducteur de mise à la masse du neutre. Le dispositif selon la présente invention est conçu pour être monté à l'intérieur de la boite de connexion du générateur entre le bus conducteur neutre du générateur et la paroi de la botte de connexion On peut facilement modifier ses dimensions spécifiques pour qu'elles conviennent en fait à tout générateur à turbine de grande dimension et son corps principal est formé par une matière isolante rigide appropriée qui possède une résistance mécanique élevée et de bonnes propriétés d'isolement, comme par exemple le verre époxyc On va maintenant décrire la présente invention à titre d'exemple en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 montre une application d'un transformateur de courant de radio fréquence à un conducteur neutre d'un générateur électrique; la figure 2 montre la présente invention appliquée entre un bus conducteur neutre et une paroi de botte de connexion; la figure 3 montre une illustration détaillée de la présente invention; et la figure 4 est un schéma électrique qui représente un circuit de mise à la masse de conducteur neutre et montre l'emplacement du dispositif de la présente invention et l'emplacement antérieur du transformateur de courant de radio ZO 166 fréquenc e La présente invention concerne la détection des courante de haute fréquence dans un conducteur et le montage d'un -transformateur de courant de radio fréquence autour C d'un conducteur neutre pour détecter les fréquences radio révèle l'amorçage d'un arc électrique à l'intérieur d'une machine dynazoélectrique. La figure 1 montre un procédé de montage d'un transformateur 10 de courant autour d'un conducteur neutre 12 d'un générateur è turbine Bien que les applications particulières puissent varier, le conducteur neutre 12 s'étend, d'une façon générale, depuis une structure de traversée 14 qui est raccordée à une botte 16 de connexion* Le conducteur neutre 12 s'étend en direction d'un dispositif 18 de mise à la masse de neutre. Dans les systèmes de génération d'énergie électrique, le transformateur de courant est disposé habituellement à proximité du dispositif 18 de mise à la masse de neutre Pour isoler le transformateur 10 de courant du conducteur neutre 12, on entourele conducteur 12 avec un ruban isolant 20 sur une longueur suffisante pour recouvrir le conducteur neutre en vue de tenir compte de la distance d'amorçage minimale requise x de part et d'autre de l'enveloppe ou bottier du'-. transformateur 10 de courant Cette distance d'amorçage minimale x est fonction du potentiel que peut prendre le conducteur neutre 12 et, de façon typique, est égale à 28 cm. On enroule le ruban 20 autour du conducteur neutre jusqu'à ce que l'on obtienne un diamètre suffisant pour assurer une bonne adaptation entre ce diamètre et le diamètre intérieur du transformateur 10 de courant L'isolement est enwoutre réalisé de manière à former un support 22 pour le transfor- mateur 10 de courant. Sur la figure 1 également, un dispositif 24 de surveillance de radio fréquence est représenté relié au transformateur 10 de courant par un cible coaxial 26 Du fait i t que le cible 26 se trouve essentiellement au potentiel de la masse, comme le transformateur 10 de courant lui-même, il faut maintenir aussi la distance d'amorçage minimale X, comme représenté. Bien qu'étant apte à fonctionner, l'agencement illustré sur la figure 1 peut présenter plusieurs difficultés. Il faut entourer d'un ruban le conducteur neutre pour obtenir un isolement approprié et un ajustement mécanique entre le ruban (références 20 et 22) et le transformateur 10 de courant. S'il n'en est pas ainsi, les vibrations du sytème peuvent entraîner une abrasion du ruban 20 par le transformateur 10 de courant et se traduire par un court-circuit électrique entre ce transformateur 10 et le conducteur neutre 12 En outre, dans certains cas, le diamètre du conducteur neutre 12 est trop important pour permettre l'épaisseur voulue de guipage isolant et un ajustement stable à l'intérieur du transformateur 10 de courant Il est nécessaire, dans ces conditions d'apporter des modifications importantes au circuit de mise à la masse du neutres La présente invention, comme représenté sur la figure 2, élimine les difficultés décrites ci-dessus. L'appareil de montage 28 comprend un premier élément isolant rigide 30 qui est d'une façon générale cylindrique et qui comporte un trou central traversant 32 Une partie 34 de cet élément est configurée de manière à s'adapter au diamètre intérieur d'un transformateur de courant 10 Une autre partie constitutive de l'appareil de montage 28 est un second élément isolant rigide 36 qui est d'une façon générale cylindrique et qui est configuré de manière à s'adapter au diamètre extérieur du transformateur 10 de courant* Entre ces premier et second éléments 30, 36, est disposé un troisième isolant rigide 38 Le but principal de ce troisième élément 38 est de maintenir l'association rigide entre les premier et second éléments tout en assurant un isolement électrique entre le transformateur 10 et les conducteurs se trouvant à une tension plus élevée que le bus conducteur neutre 40. On voit,d'après la figure 2 et l'exposé ci-dessusque, bien que ce troisième élément rigide 38 soit représenté sous la forme d'une plaque plate annulaire configurée de manière à s'ajuster entre les premier et second éléments, d'autres formes appropriées sont possibles dans le cadre de la présente invention. Un quatrième élément rigide 42 assure l'isolement à l'extrémité axiale restante de l'appareil de montage 28 et, de plus, constitue un moyen pour monter l'appareil 28 sur une paroi 44 de boite de connexion, à travers laquelle s'étend l'appareil 28. Un moyen est prévu pour assurer une communication électrique entre le transformateur 10 de courant et un conduc- teur extérieur Sur la figure 2, on a représenté ce moyen sous la forme d'un trou radial 46 ménagé dans l'appareil et à travers lequel peut passer un câble coaxial 260 On voît,d'après la figure 2 et l'exposé ci- dessus, que le dispositif selon la présente invention assure un isolement électrique autour du transformateur de courant et supporte mécaniquement ce transformateur de courant On peut aussi voir que le dispositif selon la présente invention est configuré de manière à s'ajuster dans un trou ménagé dans la paroi 44 d'une botte de connexion de générateur et qu'il peut être fixé à cette dernière par n'importe quel moyen approprié, comme par exemple une pluralité de vis traversant le quatrième élément rigide 42 et la paroi 44 de la botte de connexion. Le trou 32 est configuré de manière à recevoir un conducteur 49 comportant une extrémité intérieure 50 et une extrémité extérieure 52 L'extrémité intérieure 50 peut être fixée rigidement au bus neutre 40 par n'importe quel moyen approprié, comme par exemple des vis 54, et l'extrémité extérieure 52 s'étend a travers l'appareil de montage 28 et la paroi 44 de la botte de connexion en direction d'un point final o elle est connectée à un dispositif de mise à la masse du neutre (référence 18 sur la figure 1) Ce conducteur 49 peut être une partie permanente de l'appareil de montage 28 ou peut être assemblé pendant l'installation Toutefois, il convient de remarquer que le trou 32 et la cavité annulaire 56 sont associés coaxialement de manière qu'un conducteur 49, qui traversele trou 39, passe directement par le centre de la cavité annulaire 56 e Du fait que la cavité 56 est configurée de manière à loger le transformateur 10 de courant et à en maintenir rigidement la position, le conducteur 49 traversant le trou 32 devient l'enroulement primaire de ce transformateur de courant et les fréquences radio s'écoulant à travers ce conducteur 49 peuvent être surveillées à l'aide du transfor- mateur 10 de courant, Le câble coaxial 26 est, bien entendu, relié à un dispositif approprié de surveillance de fréquence radio (non représenté sur la figure 2, mais illustré sous la référence 24 sur la figure 1). La figure 3 montre l'appareil de montage 28 dans une vue en perspective partiellement arrachée La structure rigide comporte une cavité annulaire 56 qui est formée entre le second élément isolant rigide 36 et la partie 34 de l'appa- reil qui est configurée de manière à s'ajuster dans la partie ou diamètre intérieur d'un transformateur de courant (non représenté sur la figure 3, mais illustré sous la référence 10 sur les figures 1 et 2) Par conséquent, la cavité annulaire 56 est configurée de manière à loger et à supporter rigidement un transformateur de courant Sur la figure 3, on peut voir également que le quatrième élément isolant rigide 42 est pourvu d'un trou 60 à travers lequel le conducteur 49 peut passer Ce trou 60, comme on peut le voir, doit être aligné avec le trou 32 pour que le conducteur 49 traverse la cavité annulaire et assure une communication électrique entre un conducteur électrique relié à son extrémité intérieure 50 et un conducteur électrique relié à son extrémité extérieure 52. Dans l'exposé ci-dessus, ces conducteurs étaient respectivement le bus neutre (référence 40 sur la figure 2) et le dispositif * de mise à la masse de neutre (référence 18 sur la figure 1). Les éléments constitutifs de l'appareil de montage 28 doivent pouvoir assurer un support mécanique et un isolement électrique autour du transformateur de courante Les formes précises de ces éléments constitutifs ne sont pas aussi importantes que la façon dont ces derniers sont associés pour former un enveloppement isolant du transformateur de courant tout en assurant un support mécanique à ce transfor- mateur Une autre exigence importante est l'existence d'un moyen pour assurer une communication électrique entre le transformateur de courant se trouvant à l'intérieur de la cavité annulaire 56 et un conducteur qui est extérieur à l'appareil de montage 28 Le trou radial 46 ménagé dans le second élément 36 constitue ce moyen sur la figure 3, mais il est bien entendu que la présente invention n'est pas limitée au point d'exclure de son cadre tout autre moyen approprié. Le quatrième élément 42 peut être fixé physiquement aux autres éléments constitutifs de l'appareil 28 de toute façon appropriée, comme par exemple l'interposition d'une résine époxy après l'installation du transformateur de courant à l'intérieur de la cavité annulaire 56 * On peut alors installer l'appareil 28 dans un trou de la paroi de botte de connexion qui est légèrement plus grand que le diamètre extérieur du second élément 36 mais plus petit que le diamètre extérieur du quatrième élément 42, On peut ainsi maintenir en place l'appareil de montage 28 soit en fixant le quatrième élément 42 à la paroi de la botte de connexion soit, si le conducteur 49 est fixé rigidement au trou 32, en exerçant une force vers l'intérieur sur l'appareil 28 en direction du bus neutre (référence 40 sur-la figure 2) lorsque l'on fixe l'extrémité intérieure 50 du conducteur 49 au bus neutre 40. Les caractéristiques importantes de la présente invention sont l'enveloppement électriquement isolant du transformateur de courant, le support mécanique rigide assuré au transformateur et la configuration géométrique qui permet 2 '20166 il au conducteur (référence 49 sur les figures 2 et 3) de traverser la partie ou diamètre intérieur du transformateur de courant tout en étant isolé de celui-ci de façon adéquate. La figure 4 illustre schématiquement l'avantage qu'apporte, du point de vue sensibilité, le montage du transformateur de courant de radio fréquence à proximité du bus neutre d'un générateur électrique Comme décrit ci-dessus, le présent procédé d'agencement d'un système de surveillance de fréquence radio consiste a placer le transformateur 10 ' de courant autour du conducteur neutre 12 à proximité du trans- formateur 64 de mise à la masse de neutre Cet emplacement situe le transformateur 10 ' de courantavec son câble coaxial 26 ', au-delà de la capacité répartie 66 des conducteurs de mise à la masse du neutre et permet l'atténuation des signaux de radio fréquence lorsque ceux-ci quittent la région de l'amorçage nuisible d'arc électrique (c'est-à-dire dans les phases A, B ou C) en direction du transformateur 10 ' de courant* Toutefois, la présente invention permet de placer le transformateur 10 de courant et son câble coaxial 26 à proximité du bus neutre 40 entre la région potentielle d'amor- çage d'arc (c'est-à-dire les phases A, B ou C) et la capacité d'atténuation répartie 66 du conducteur 12 de mise à la masse du neutre Cet emplacement permet au dispositif 24 de sur- veillance de fréquence radio de recevoir des signaux d'une sensibilité plus élevée et permet une détection précoce de l'amorçage d'un arc électrique dans les phases d'une machine dynamoélectrique. Ce nouvel emplacement du transformateur de courant est rendu possible par les caractéristiques d'isolement électrique et de support mécanique de la présente invention. On peut donc placer le transformateur de courant à proximité immédiate du bus neutre sans se soucier de maintenir la distance d'amorçage de 28 cm mentionnée ci-dessus ou l'épais- seur radiale requise du ruban isolant autour du conducteur neutre, ce qui est difficile à obtenir dans certains cas en raison des valeurs relatives du diamètre du conducteur neutre et du diamètre intérieur du transformateur de courant. L'appareil de montage simplifie l'assemblage d'un transformateur de courant de radio fréquence sur un conducteur neutre d'une machine dynamoélectrique et permet le position- nement physique du transformateur de courant à proximité du bus neutre de la machine de manière à augmenter la sensibilité des signaux de fréquence radio réduisant à un minimum l'atté- nuation qu'apporte à ces signaux la capacité répartie du conducteur neutres 0-20166 REVENDICATIONS 1 Dispositif de montage de transformateur de courant pour une machine dynamoélectrique, caractérisé par le fait qu'il comprend un premier élément isolant rigide ( 30) compor- tant un trou cylindrique traversant ( 32), ledit trou étant configuré de manière à recevoir un premier conducteur de façon à assurer une communication électrique entre les extré- mités opposées dudit trou, une partie dudit premier élément isolant rigide étant configuréede manière à être adaptée au diamètre intérieur dudit transformateur ( 10) de courant, un second élément isolant rigide ( 36) configuré de manière à être adapté au diamètre extérieur dudit transformateur de courant, lesdits premier et second éléments étant associés de façon à former un espace annulaire intérieur configuré de manière à loger ledit transformateur de courant, un moyen pour relier lesdits premier et second éléments de façon à enfermer ledit transformateur de courant et un moyen ( 46, 26) pour permettre une communication électrique entre ledit transformateur de courant et un appareil extérieur. 2 Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits premier et second éléments isolants rigides sont en verre époxy. 3 Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits premier et second éléments isolants sont sensiblement cylindriques et coaxiaux 4 Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit moyen pour relier lesdits premier et second éléments comprend deux plaques sensiblement rigides disposées aux extrémités axiales opposées dudit second élément isolant rigide et dont les surfaces planes sont perpendiculaires à l'axe central dudit premier élément isolant rigide. Dispositif suivant l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4, caractérisé par le fait que ledit moyen pour permettre une communication électrique est un trou s'étendant à travers ledit second élément isolant rigide. 2 520 166 6 Dispositif'suivant la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il comprend un second conducteur s'étendant à travers -ledit trou ménagé dans ledit second élément isolant rigide. 7 Dispositif suivant l'une quelconque des revendi- cations 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il comprend un transformateur de courant de configuration annulaire disposé radialement entre lesdits premier et second éléments isolants rigides, ledit transformateur de courant étant disposé autour 1.0 dudit premier élément et à l'intérieur dudit second élément. 8 Dispositif suivant l'une quelconque des revendi- cations 1 à 7, caractérisé par le fait qu'il peut être fixé k une boite de connexion ( 16) d'un générateur électrique. 9 Dispositif comprenant un appareil de montage de transformateur de courant suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'il comprend un troisième élément isolant rigide ( 38), ledit troisième élément étant une plaque de configuration annulaire disposée radialement entre lesdits premier et second éléments, une surface plane dudit troisième élément étant perpendiculaire à l'axe central dudit premier élément, un quatrième élément isolant rigide ( 42), ledit quatrième élément étant une plaque circulaire disposée à une des extrémités axiales dudit second élément, une surface plane dudit quatrième élément étant perpendiculaire à l'axe central dudit premier élément, ledit quatrième élément comportant un trou traversant, ledit trou étant aligné avec ledit trou axial dudit premier élément, lesdits premier, second, troisième et quatrième éléments étant associés pour former une cavité annulaire ( 56) configurée de manière à loger et à enfermer un transformateur de courant, et un moyen pour permettre une communication électrique entre ledit transformateur de courant et un dispositif extérieur audit appareil de montage. Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé -par le fait que les troisième et quatrième éléments sont en verre époxy.