Brevet FR2590735A1 — publié le 19870529

La présente invention concerne un.appareil élec- trique isolé par un gaz et plus précisément un tel appareil dans lequel une enceinte fermée et au potentiel de la masse est remplie d'un gaz isolant de manière qu'une partie électriquement active, placée dans l'enceinte, soit isolée par le gaz isolant. Récemment, on a beaucoup utilisé les dispositifs de commutation à isolement par un gaz dans les centrales électriques afin que l'espace de montage de l'appareil- lage électrique soit réduit et que sa sécurité soit accrue. Dans un tel ensemble de commutation à isolement par un gaz, un disjoncteur, un - commutateur d'ouverture, une ligne commune, etc. sont disposés dans une enceinte métal- lique au potentiel de la masse et remplis d'un gaz isolant tel que SF6 gazeux afin qu'un isolement soit établi par rapport à la masse ainsi qu'entre les phases, par le gaz isolant. La figure 3 représente schématiquement la dispo- sition d'un tel ensemble de commutation à isolement par un gaz. L'ensemble de commutation est constitué par des conducteurs 21 qui constituent des parties électriquement actives, des commutateurs 22 de déconnexion et des disjonc- teurs 23 qui sont reliés aux conducteurs 21. Ces derniers rejoignent des transformateurs de courant 24. Des enceintes métalliques 25 entourent les éléments précités. Des entre- toises isolantes 26 délimitent des espaces dans les en- ceintes métalliques 25 et supportent les conducteurs 21. Des manchons 27 fixés aux parties d'extrémités des enceintes métalliques respectives 25 supportent les conducteurs 21. Les enceintes métalliques 25 sont remplies de SF6 gazeux comme l'indique la référence 28. Dans un tel ensemble de commutation à isolement par un gaz, un arc peut se former entre chaque conducteur 21 et l'enceinte métallique associée 25 qui est au potentiel de la masse lorsqu'une tension anormale est appliquée au conducteur 21. Cependant, l'arc peut être éteint par une action d'extinction du gaz SF6 lorsque la tension reprend son état normal. Dans un ensemble de commutation à isolement par un gaz ainsi réalisé, dans l'hypothèse o une tension anormale VS parvient aux conducteurs 21 à partir d'un transformateur 29, avec création d'un défaut de mise à la masse à un emplacement quelconque, par exemple au point A représenté sur la figure, un courant Igs de défaut gs de mise à la masse circule et a pratiquement la valeur donnée par l'éqiation (1): gs = VS / (Zfa n+ Zn + Zt) Z Vs /(Zn+ Zt) (1) dans laquelle Zfa représente une impédance au point A du défaut, Zn représente une impédance à un point neutre du transformateur 29, et Zt représente une impédance interne du transformateur 29. Ensuite, lorsque la tension anormale Vs revient à une valeur normale VE, le courant de défaut de mise à la masse Ige prend une valeur donnée par l'équation suivante ge (2): Ige = VE / Zn (2) Dans ce cas, lorsque l'impédance Zn du point neutre est déterminée de manière convenable afin que le courant I de défaut de mise à la masse soit inférieur à un courant ge d'extinction automatique d'arc pour lequel un arc s'éteint automatiquement étant donné la présence de SF6 gazeux, l'arc du courant Ige de défaut de mise à la masse peut être ge rapidement éteint. Lorsqu'un défaut de mise à la masse de plusieurs phases apparaît en trois points des phases différentes, par exemple aux points A, B et C comme représenté sur le dessin, aucun courant cependant ne circule dans l'impédance Zn du point neutre si bien que le courant Ige de défaut de mise à la masse ne diminue pas au-dessous de l'intensité du courant d'extinction automatique de l'arc et le courant Ige de défaut de mise à la masse continue à circuler. Par ailleurs, lorsqu'un défaut de mise à la masse de plusieurs phases apparaît à des emplacements de deux phases différentes, par exemple aux points A et B, le courant Ige de défaut de mise à la masse prend dans ce cas une valeur donnée par l'équation suivante (3): I -/ (Z + Z (3) ge = VE / (fa Zfb + Zt) dans laquelle Zfb représente une impédance à l'emplacement du point B de défaut. Le courant Ige de défaut de mise à la masse est ge dans ce cas bien supérieur à ce qu'il est lorsqu'un défaut de mise à la masse n'est créé qu'en un point tel que le point A, comme décrit précédemment, car l'impédance (Zfa + Zfb + Zt) de l'équation (3) est bien inférieure à l'impédance Zn du point neutre et une tension /-VE est ap- pliquée entre les deux conducteurs 21 présentant le défaut. Lorsqu'un défaut de mise à la masse est créé et qu'un courant Ige continue à circuler, la pression dans ge l'enceinte métallique 25 risque de devenir tellement élevée, du fait de la présence de l'arc, que l'enceinte peut éclater ou peut fondre partiellement en étant rompue à l'endroit du pied fixe de l'arc. En conséquence, dans un ensemble de commutation, il est souhaitable que, même lorsqu'un défaut de mise à la masse apparaît sur plusieurs phases et forme un arc, l'arc puisse être éteint immédia- tement, dès que la tension anormale Vs revient à la valeur normale VE. La présente invention concerne la suppression des inconvénients de la technique antérieure. Elle se rapporte à un dispositif de commutation ayant un isolement par un gaz, dans lequel, même lorsqu'un défaut de mise à la masse apparaît sur plusieurs phases en présence d'une tension anormale et provoque la création d'un arc, l'arc peut être éteint lorsque la tension reprend une valeur normale. A cet effet, l'appareil isolé par un gaz selon l'invention comporte des enceintes fermées mises à la masse et destinées à loger des parties actives séparément les unes des autres pour chaque phase, et un gaz isolant - remplissant chacune des enceintes fermées afin que la partie active soit isolée dans l'enceinte fermée. Chaque enceinte fermée a une valeur de résistance, mesurée entre les surfaces interne et externe de l'enceinte fermée, qui est choisie de manière qu'une valeur d'un courant de défaut circulant dans l'enceinte fermée après création d'un défaut de mise à la masse sur plusieurs phases soit inférieure à la valeur du courant d'extinction automatique de l'arc en présence du gaz isolant. Dans l'appareil à isolement par un gaz ainsi réalisé, comme la valeur de la résistance de l'enceinte fermée respective est choisie de manière que la valeur de l'intensité du courant de défaut circulant dans l'en- ceinte fermée après apparition d'un défaut de mise à la masse sur plusieurs phases est inférieure à l'intensité du courant d'extinction automatique de l'arc assuré par le gaz isolant, même lorsqu'une tension anormale est appliquée à la partie active et crée un défaut de mise à la masse sur plusieurs phases, un arc peut être éteint dès que la tension appliquée à la partie active reprend une valeur normale. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe schématique d'un mode de réalisation d'appareil isolé par un gaz selon la présente invention; la figure 2 est une coupe représentant la partie cerclée II de la figure 1; la figure 3 est une coupe schématique d'un exemple d'appareil classique isolé par un gaz; et la figure 4 est un graphique indiquant les résul- tats d'essai qui représentent l'extinction automatique des défauts de mise à la masse. Les figures 1 et 2 représentent un mode de réalisa- tion d'appareil électrique isolé par un gaz, selon l'inven- tion. La figure 1 est une coupe schématique représentant la disposition générale et la figure 2 est une coupe agrandie de la partie cerclée II de la figure 1. Dans ce mode de réalisation, l'appareil isolé par un gaz comporte des parties actives 1, des commutateurs de déconnexion 2a-2c, des disjoncteurs 3a-3c, des tansformateurs de courant 4a-4c, des enceintes fermées 5, des entretoises isolantes 6a-6f, des manchons 7a-7f, un gaz isolant 8, des capteurs 9a-9i de courant et des relais Ryl-Ry9 de détection d'un défaut par mise à la masse. Les parties actives 1 qui transmettent le courant alternatif triphasé provenant d'un transformateur 10 sont séparées pour les différentes phases et sont placées respectivement dans trois enceintes cylindriques fermées 5 remplies chacune du gaz isolant 8. Les parties actives 1 sont supportées par les entretoises isolantes 6a et 6b, 6c et 6d, et 6e et 6f, fixées aux parties de raccordement des enceintes fermées 5 et supportées aussi par les manchons 7a et 7b, 7c et 7d, et 7e et 7f, fixées aux parties d'extré- mités des enceintes fermées 5. Les entretoises isolantes 6a-6f supportent les parties actives 1 comme décrit précédemment d'une part, et séparent les enceintes fermées 5 en compartiments d'autre part. Chacune des entretoises isolantes 6a à 6f a une forme analogue à un disque comme l'indique en détail la figure 2, et chaque entretoise 6a à 6f est fixée à la partie de raccordement de l'enceinte fermée 5 par des boulons 11. Un joint torique 12 est placé entre les paires de surfaces opposées d'extrémités de la partie de raccordement de l'enceinte fermée 5 et de l'entretoise isolante 6 afin que le gaz isolant 8 ne puisse pas s'échapper hors de l'enceinte fermée 5. Contrairement à l'enceinte fermée classique repré- sentée sur la figure 3, chaque enceinte fermée 5 est constituée par une partie centrale résistive 5a et des par- ties 5b et 5c à surface très conductrice recouvrant les surfaces interne et externe de la partie résistive 5a. La partie résistive 5a est par exemple formée d'une résine époxyde dans laquelle une poudre conductrice a été ajoutée. Les parties externes très conductrice 5c des enceintes respectives 5 sont raccordées à des conducteurs de masse 13a-13c, 13d-13f et 13g-13i qui sont associés à des relais de détection de défaut de mise à la masse Ryl- Ry3, Ry4-Ry6, et Ry7-Ry9 et aux capteurs de courant 9a-9c, 9d-9f et 9g-9i. Dans ce mode de réalisation, l'enceinte fermée correspondante 5 est constituée par la partie résistive 5a et les parties très conductrices 5b et 5c comme décrit précédemment, et la valeur de la résistance de la partie résistive 5a, dans le sens de l'épaisseur, est déterminée de manière que la valeur Ig de l'intensité du courant circulant dans l'enceinte fermée 5 après création d'un défaut de mise à la masse sur plusieurs phases soit infé- rieure à l'intensité In du courant d'extinction automatique de l'arc par le gaz insolant 8. On suppose qu'un défaut de mise à la masse sur plusieurs phases est créé à un emplacemen voisin du commuta- teur 2a de déconnexion, par exemple au point A, et à un autre point voisin du manchon 7t, par exemple au point B tel que représenté sur la figure 1 et il suffit que la valeur de la résistance de la partie résistive Sa soit choisie de manière que l'équation suivante (4) soit satisfaite: Ig VE représente la tension de sortie du transformateur 10. On suppose maintenant qu'un défaut de masse de plusieurs phases apparaît en un point qui se trouve en dehors de l'appareil isolé par un gaz, par exemple au point précité C, et il suffit que la valeur de la résistance de la partie résistive 5a soit choisie de manière que l'expression suivante (5) soit satisfaite dans l'hypothèse o la liaison à la masse apparaît au point C: Ig courant de défaut Ig est (Za + Zb) et Za dans les deux équa- tions (4) et (5). En conséquence, une limite inférieure de la valeur de la résistance de la partie résistive 5a est déterminée de manière que l'équation (5) soit satisfaite. Compte tenu de l'équation (5), on considère que la valeur de l'impédance Za doit être réglée de manière qu'elle soit infiniment grande. Cependant, lorsque la valeur de la partie 5a est choisie à une valeur très grande, une décharge s'effectue difficilement entre la partie active 1 et l'enceinte fermée 5 même lorsqu'une tension anormale est appliquée à la partie active 1, et lorsque la décharge est finalement créée, les trajets de décharge se concentrent en un point si bien que l'isola- teur de l'enceinte fermée 5 risque de fondre et d'être cassé par la chaleur dégagée ou la pression dans les enceintes fermées 5 peut augmenter au point de faire éclater l'enceinte fermée 5. En conséquence, une limite supérieure de la résistance de la partie résistive 5a est déterminée afin que les phénomènes précités ne soient pas provoques. La détermination des limites supérieure et infé- rieure de la valeur de la résistance de la partie résistive a de la manière indiquée précédemment nécessite la connais- sance de la valeur de l'intensité In du courant d'extinction automatique de l'arc. Cette intensité In est déterminée d'après la nature du gaz isolant 8, la pression P de remplissage du gaz 8, la plus faible distance comprise entre la surface de la partie active 1 et la surface interne de l'enceinte fermée 5, ou analogue. La figure 4 est un graphique représentant les résultats obtenus au cours d'un essai dans lequel un défaut de mise à la masse de plusieurs phases a été provoqué pratiquement avec mise de la résistance à la masse. Pen- dant l'essai, la tension était de 12,7 kV, le facteur de puissance du circuit variait entre 0 et 1,0, la pression manométrique de remplissage de SF6 était de 0,4 bar et la plus courte distance était de 39 mm. Les abscisses repré- sentent l'intensité du courant de défaut par mise à la masse impliquant plusieurs phases, en ampères. Les O indiquent une extinction de l'arc alors que les X indiquent que l'arc ne pouvait pas être éteint. Ainsi, lorsque le facteur de puissance était égal à 1, l'arc a pu être éteint jusqu'à un courant de défaut de 50 A, et la résistance Z utilisée dans ce cas est la suivante: Za = 12,7 kV / 50 A = 254 ohms Dans ce mode de réalisation, et étant donné l'essai précité, une résine synthétique ou un caoutchouc synthétique ayant uen conductivité finale d'environ 10 o6 à 107 n.cm peut être utilisée comme matériau pour la partie résistive 5a constituant l'enceinte fermée 5. Dans ce mode de réalisation, les relais de détec- tion de défaut de mise à la masse Ryl-Ry9 sont commandés en fonction des signaux respectifs de détection donnés par les capteurs 9a-9i de courant qui détectent les courants circulant dans les conducteurs de masse 13a à 13i. Le nom- bre d'apparitions de défauts de mise à la masse peut être déterminé d'après le fonctionnement de ces relais. Dans ce mode de réalisation, un défaut par mise à la masse est créé lorsqu'une tension anormale est appli- quée à la partie active, et un arc s'éteint automatiquement dès que la tension revient à une valeur normale. Cependant, la qualité du gaz qui est contenu dans l'enceinte fermée est fortement dégradée lorsque le nombre de défauts de mise à la masse dépasse une certaine valeur. Ainsi, le courant de défaut et la durée et le nombre de défauts sont détectés d'après le fonctionnement des relais Ryl-Ry9 si bien que, lorsque la valeur intégrée du courant de défaut de mise à la masse atteint une valeur prédéter- minée dans l'une des enceintes fermées 5, le gaz de l'en- ceinte 5 est changé ou l'enceinte 5 elle-même est remplacée par une nouvelle, en fonction du degré de détérioration de l'enceinte. Bien que l'ensemble de commutation ait une struc- ture comprenant des parties actives 1 séparées les unes des autres pour les différentes phases, dans le mode de réalisation précédent, l'invention s'applique évidemment à une structure n'ayant que des lignes communes sans commuta- teurs de déconnexion et disjoncteurs Dans l'appareil isolé par un gaz selon la présente invention, la valeur de la résistance de l'enceinte fermée est choisie de manière que l'intensité du courant de défaut circulant dans l'enceinte fermée après apparition d'un défaut de mise à la masse soit inférieure à celle de l'intensité du courant d'extinction automatique de l'arc due à la présence du gaz isolant si bien que, même lors de la création d'un défaut impliquant plusieurs phases, l'arc peut être éteint dès que la tension appliquée à la partie active reprend une valeur normale. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux appareils qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil isolé par un gaz, caractérisé en ce qu'il comprend: des enceintes fermées (5), mises au potentiel de la masse et destinées à loger des parties électriquement actives, séparément les unes des autres pour chaque phase, un gaz isolant (8) remplissant chacune des enceintes fermées et destiné à isoler la partie active à l'intérieur de l'enceinte fermée, et chacune des enceintes fermées (5) a, entre ses surfaces interne et externe, une valeur de résistance qui est choisie de manière que l'intensité du courant de défaut circulant dans l'enceinte fermée après apparition d'un défaut de mise à la masse de plusieurs phases soit inférieure à la valeur de l'intensité du courant d'extinc- tion automatique d'arc en présence du gaz isolant. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la limite inférieure de la valeur de la résistance Za est calculée à partir du rapport de la tension normale de sortie VE et de l'intensité In du courant d'extinction automatique de l'arc. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que trois parties actives coopèrent avec trois phases, et la relation suivante est satisfaite: Za > / V/ I a E n 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des enceintes fermées (5) comporte une partie résistive (Sa) ayant une certaine valeur de résistance, et des parties très conductrices (5b, 5c) qui recouvrent les surfaces interne et externe de la partie résistive. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que la partie résistive (5a) a une conductivité com- prise entre 10 o6 et 107 a.cm.