Brevet FR2625626A1 — publié le 19890707

Résistance de freinage pour réseau électrique à haute tension La présente invention est relative à une résistance de freinage. On désigne par résistance de freinage un élément ohmique destiné à être inséré dans un réseau à haute ou très haute tension pour éviter les surélévations de tension qui peuvent survenir lors de la perte de synchronisme ou de charge due à l'ouverture d'un ou plusieurs disjoncteurs. Une telle résistance doit pouvoir être insérée pendant environ une seconde et dissiper une énergie de l'ordre de plusieurs centaines de mégajoules. Une résistance de charge a été réalisée aux Etats-Unis au moyen d'une nappe de fils métalliques (nickel-chrome) de très grande longueur, tendue entre deux pylônes. Ce mode de réalisation est onéreux en raison de la grande étendue de terrain nécessaire pour y placer les pylSnes; par ailleurs au cours du fonctionnement les fils se dilatent et le vent peut alors les emmêler, ce qui crée des court-circuits néfastes. Il a été envisagé de réaliser une résistance de freinage à la manière des résistances pour mise de neutre à la terre, au moyen d'un empilement de disques de céramique à base de carbone logé dans une cuve métallique. Cette solution est onéreuse et nécessite un isolement à l'hexaflorure de soufre pour réduire les dimensions de la cuve. Un but de l'invention est de réaliser une résistance de freinage de prix de revient faible. La présente invention a pour objet une résistance de freinage caractérisée en ce qu'elle comprend par phase, au moins un élément de base comprenant une enveloppe en céramique dans laquelle est disposé au moins un empilement de disques conducteurs en céramique à base de carbone, - un moyen de maintien dudit empilement, un moyen pour exercer une pression sur l'empilement des disques et un moyen pour assurer un contact électrique entre chacune des extrémités des empilements avec des plaques conductrices placées aux extrémités de l'enveloppe, ladite enveloppe étant remplie par de l'azote à une pression de 1 & 2 bars. La résistance comporte 2 à 4 éléments de base superposés de - 2 - manière coaxiale, électriquement reliés en série et constituant une colonne. Chaque élément de base comprend 1 à 3 empilements disposés c8te-à-c8te et électriquement reliés en parallèle. D'autres particularités de la résistance de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après d'un mode de réalisation de l'invention en référence au dessin annexé dans lequel: La figure 1 est une vue en élévation d'une résistance comprenant quatre éléments de base selon l'invention. La figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1. La figure 3 est une vue partielle agrandie en coupe de la résistance de la figure 1. Les figures donnent l'exemple d'une résistance de 250 MW réalisée conformément à l'invention, pour une phase d'une ligne à 735 KV. Dans la figure l, on voit que la résistance comprend quatre éléments de base superposés de manière coaxiale et assemblés entre eux, référencés 100, 200, 300 et 400. L'élément inférieur 400 est placé sur un socle comprenant une plaque métallique 401 reliée à la terre et une pluralité de jambes métalliques 402. L'élément supérieur est relié par une connexion 101 à un conducteur d'une phase d'un disjoncteur non représenté. L'élément supérieur 100 est en outre muni d'un anneau 102 équipotentiel relié électriquement au potentiel de la phase. L'élément de base comprend une enveloppe 1 en céramique munie d'ailettes 2. L'enveloppe est remplie d'azote sous une pression de quelques bars (typiquement: pression de remplissage: 2 bars). A l'intérieur de l'enveloppe sont disposés deux tubes 10 et 20, ayant une paroi de faible épaisseur réalisée préférentiellement en verre époxy. Chaque tube est rempli d'un empilement de disque 11, 21 en céramique conductrice à base de carbone. Dans l'exemple choisi, les disques sont pleins, c'est-à-dire sans trous au milieu et ont un diamètre voisin de 13 cm, une épaisseur de l'ordre de 25 mm et une résistance de 12,5 Ohms (résistivité de 650q.- x cm). -3- Les tubes 10 et 11 sont fermés à leur extrémité par un couvercle métallique 12, 22 qui est par exemple vissé sur le tube correspondant. A la partie inférieure, le tube est fermé par un obturateur métallique 13, (23) collé ou vissé au tube. Les disques sont pressés les uns contre les autres par un ressort 14 (24) s'étendant entre le couvercle 12 (22) et une plaque métallique (25) assurant la continuité électrique entre les disques. En variante, représentée à la partie supérieure de la figure 3, la plaque 15A {25A) ne sert que d'appui au ressort, le courant étant transmis partiellement par le ressort lui-même mais principalement par une tresse métallique 16 (26). A chaque extrémité d'une colonne est disposée une plaque de fermeture étaAche de la colonne, en métal conducteur assurant le passage du courant. On distingue ainsi, dans la figure 3, la plaque 51 fermant l'élément de base 100 et reliée au conducteur de phase par la liaison 101; on distingue également la plaque 61, reliant les éléments 300 et 400 et la plaque 401 déjà décrite en référence à la figure 1. Les liaisons mécaniques entre plaques terminales et éléments de base sont assurées par des colliers tels que 80; les connexions électriques entre les pièces de centrage 15B, 25B et les plaques terminales supérieures 51, 61 sont réalisées au moyen de clinquants métalliques tels que 17 (27) et des ressorts tels que 18 (28). Les plaques terminales portent des orifices 401A, 61A, 51A pour permettre la circulation de l'azote entre les enveloppes; de même, les couvercles 12, 27 portent des orifices 70 pour mieux équilibrer la pression & l'intérieur et à l'extérieur du tube. Pour mieux répartir la température entre l'intérieur et l'extérieur du tube, ce dernier peut comporter des orifices ou ouvertures tels que 85. En variante, le tube est remplacé par plusieurs tiges isolantes parallèles enserrant l'empilement de disques, par exemple au nombre de trois comme le montre la figure 2 o ces tiges sont référencées 10A, 10B et 10C.. L'orifice 401A est associé à une valve 90 communiquant avec un réservoir d'azote non représenté; à la partie supérieure l'orifice 51A est surmonté par un disque 95 de rupture. -4- Dans l'exemple de la figure chaque tube comporte 85 disques, ce qui conduit à une hauteur d'environ 2,15 mètres. Chaque enveloppe mesure ainsi près de 2 m 30 et la résistance avec ses quatre éléments de base et son socle à une hauteur d'environ 12 mètres.. La surface occupée au sol est très faible puisque la colonne a un diamètre de 60 cm environ sur les ailettes. L'isolement interne est assuré par de l'azote sous faible pression sur une grande longueur de tubes de résistance, ainsi le gradient de tension n'est que de 500 V/cm. L'énergie absorbée en une seconde est de l'ordre de 370 joules par cm3 du matériau des disques. Le cycle de fonctionnement du disjoncteur en série avec la résistance de freinage est: fermeture, 1 seconde, ouverture. La disposition choisie présente une auto-inductance très faible (disposition verticale rectiligne avec disques de résistance sans self), conduisant à un cos voisin de 1, ce qui ne perturbe pas le réseau. Le montage est extrêmement facile. Pour une puissance de 1000 MW sous une tension de ligne de 735 kV, on placerait pour chaque phase, trois colonnes connectées.en parallèle, chaque colonne possédant 4 éléments de base en série avec dans chaque élément de base, 3 tubes de 85 disques. Les exemples n'ont été donnés qu'à titre illustratifs; l'homme du métier saura choisir, dans chaque cas particulier, pour chaque phase, le nombre de colonnes en parallèle, le nombre d'éléments de base en série dans chaque colonne, le nombre de tube dans chaque élément de base et les dimensions de chaque disque. En général, on couvrira tous les cas de figures avec pour chaque phase un maximum de 3 colonnes, chaque colonne ayant au maximum 4 éléments de base à 3 tubes au maximum par élément de base, au maximum une centaine de disques par tube, la résistivité de chaque disque étant comprise entre 100 et 1000-/L x cm. REVENDICATIONS l/ Résistance de freinage caractérisée en ce qu'elle comprend, au moins un élément de base (400) comprenant - une enveloppe (1) en céramique dans laquelle est disposé au moins un empilement de disques pleins conducteurs (11) en céramique à base de carbone, de résistivité comprise entre 100 et 1000 ohm x cm, un moyen de maintien (10) dudit empilement, un moyen (12, 14, 15) pour exercer une pression sur l'empilement des disques et un moyen (17) pour assurer un contact électrique entre chacune des extrémités des empilements avec des plaques conductrices (51, 61) placées aux extrémités de l'enveloppe, ladite enveloppe étant remplie par de l'azote à une pression de 1 à 2 bars. 2/ Résistance selon la revendication l, caractérisée en ce qu'elle comporte 2 à 4 éléments de base (100, 200, 300, 400) superposés de manière coaxiale, électriquement reliées en série et constituant une colonne. 3/ Résistance selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs colonnes connectées électriquement en parallèle. 4/ Résistance selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que chaque élément de base (100) comprend 1 à 3 empilements disposés c8te-à-c8te et électriquement reliés en parallèle. / Résistance selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ledit moyen de maintien dudit empilement est un tube (10) en verre époxy à l'intérieur duquel sont placés les disques. 6/ Résistance selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ledit tube (10) comporte une pluralité d'orifices pratiqués dans sa paroi. 7/ Résistance selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisée en ce que ledit tube (10) est fermé à sa partie supérieure par un couvercle (12) contre lequel s'appuie un ressort (14) assurant une pression de contact des disques par l'intermédiaire d'une plaque conductrice (15) associée & une pice de centrage (15B). 8/ Résistance selon la revendication 7, caractérisée en ce que ladite pièce de centrage (15B) est associée à un clinquant pour assurer la continuité électrique. 9/ Résistance selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisée en ce que ladite plaque (15A) et ledit couvercle (12A) sont reliés -6- électriquement par une tresse (16). / Résistance selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisée en ce que chaque tube est fermé à sa partie inférieure par un fond métallique (13). 11/ Résistance selon l'une des revendications. 1 à 4, caractérisée en ce que ledit moyen de maintien dudit empilement comprend une pluralité de tiges isolantes parallèles (10A, lOB, 10C). 12/ Résistance selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que deux éléments de base (300, 400) sont reliés par une plaque métallique (61) assurant l'étanchéité des enveloppes et la conduction électrique entre lesdits éléments de base.