Brevet FR2699016A1 — publié le 19940610

"Ensemble d'alimentation auxiliaire pour poste électrique" La présente invention concerne un ensemble d'alimentation auxiliaire pour poste électrique. Cette invention se rapporte de façon générale au domaine technique des réseaux souterrains de distribution électrique "haute tension", et elle s'intéresse, plus particulièrement, à l'équipement des postes électriques simples, de dérivation ou d'étoilement, rencontrés sur de tels réseaux, et comprenant selon le cas un, deux ou trois interrupteurs télécommandés. Un tel poste électrique renferme habituellement au moins un interrupteur triphasé télécommandé, et un coffret de contrôle-commande, qui regroupe les fonctions nécessaires à la télécommande de l'interrupteur. Une alimentation électrique auxiliaire est nécessaire pour ces fonctions liées à la télécommande, notamment pour la commande électrique proprement dite, et pour l'électronique associée au système de communication à distance et à différents systèmes de mesure pour l'aide à l'exploitation. Pour constituer une telle alimentation auxiliaire, on connaît actuellement trois solutions techniques Une première solution existante consiste à utiliser une source de courant à basse tension, appartenant à un réseau voisin. Cette solution a pour avantage de procurer une conversion d'énergie simplifiée. Ses inconvénients sont sa mise en oeuvre coûteuse, en raison de la nécessité de tirer une ligne électrique supplémentaire depuis le réseau voisin, et sa faible fiabilité. Une autre solution connue consiste en l'utilisation d'un transformateur haute tension/basse tension. Les avantages de cette solution sont la simplicité de la conversion d'énergie, et sa disponibilité importante. Toutefois, le recours à un transformateur de tension conduit à une alimentation auxiliaire très encombrante, posant des difficultés de raccordement du fait de l'utilisation de câbles isolés, et très coûteuse. Une dernière solution actuellement appliquée est l'utilisation de panneaux solaires. L'avantage de cette solution est son indépendance par rapport au réseau "haute tension". Cependant, sa disponibilité est faible dans des régions ayant un ensoleillement médiocre, par exemple en France. L'utilisation de panneaux solaires implique aussi une conversion d'énergie complexe. En outre elle est sujette au vandalisme en raison de la situation des panneaux solaires nécessairement à l'extérieur. Enfin il s'agit d'une solution très coûteuse. La présente invention vise à remédier aux inconvénients des solutions actuelles rappelées ci-dessus, en fournissant une autre solution purement électrotechnique et interne au poste concerné, mais ne faisant pas appel à un transformateur de tension, la solution ici proposée pour l'alimentation auxiliaire étant simple, peu encombrante, d'installation rapide, et de coût peu élevé. A cet effet, l'invention a pour objet un ensemble d'alimentation auxiliaire pour poste électrique du genre précédemment mentionné, cet ensemble comprenant essentiellement, en combinaison, trois transformateurs de courant disposés respectivement autour de trois conducteurs de ligne aboutissant au poste, et un sousensemble redresseur et prérégulateur dont les bornes d'entrée sont reliées aux enroulements secondaires des trois transformateurs de courant, et dont la sortie fournit une tension d'alimentation continue pour les équipements à alimenter. Ainsi, en préconisant l'utilisation de transformateurs de courant, l'invention propose une solution simple et économique pour constituer une alimentation auxiliaire dans un poste ne comportant pas de source "basse tension", cette solution mettant à profit le courant électrique circulant dans les conducteurs "haute tension", dans la mesure où ce courant est non nul et d'intensité suffisante. La mise en oeuvre selon l'invention de transformateurs de courant, notamment de transformateurs toriques, permet de mettre en place ces transformateurs autour des câbles "haute tension" (avec un transformateur pour chaque phase) sans précautions particulières, puisque ces câbles sont déjà isolés.Les trois transformateurs de courant sont avantageusement regroupés sous une forme compacte dans un même bloc de transformateurs, pourvu de trois passages d'axes parallèles prévus pour être traversés, respectivement, par les trois conducteurs de ligne. L'ensemble d'alimentation peut ainsi être mis en place aisément, notamment au fond du poste électrique où il existe habituellement un espace libre suffisant, le bloc de transformateurs pouvant être muni d'une poignée facilitant encore sa manipulation. La conception du sous-ensemble redresseur et prérégulateur doit être adaptée, pour rendre possible l'exploitation du courant de ligne entre ses valeurs extrêmes, par exemple en satisfaisant aux contraintes ciaprès - Pour un courant de ligne de 20 ampères, qui est la charge minimum envisagée, le sous-ensemble redresseur et prérégulateur doit déjà fournir sa puissance nominale. - Pour un courant de 400 ampères, correspondant à la charge maximale, le sous-ensemble redresseur et prérégulateur doit conserver ses caractéristiques de sortie, en limitant la fourniture d'énergie par les transformateurs de courant. - Pour une intensité de choc de 10 kiloampères, de durée limitée à une seconde et correspondant à un courtcircuit polyphasé, le sous-ensemble redresseur et prérégulateur doit toujours conserver ses caractéristiques de sortie. Afin de satisfaire ces exigences, l'invention prévoit que, dans une forme de réalisation préférée de l'invention, ledit sous-ensemble redresseur et prérégulateur comprend, outre un pont redresseur de sortie du type pont de Graetz, un prérégulateur comportant six thyristors disposés deux par deux tête bêche, respectivement entre les bornes correspondant aux extrémités des branches de circuits comportant les enroulements secondaires, couplés en étoile, des transformateurs de courant, à chaque thyristor étant associé un circuit de commande de sa gâchette, tel qu'à faible intensité du courant de ligne dans les conducteurs traversant les transformateurs de courant, le prérégulateur transmet intégralement les ondes sinusoïdales au redresseur de sortie, tandis qu'à une forte intensité du courant de ligne, le prérégulateur fournit au redresseur de sortie des ondes sinusoïdales hachées.En particulier, ces ondes sinusoïdales hachées possèdent une amplitude qui ne dépasse pas une certaine valeur de seuil prédéterminée. Le sous-ensemble redresseur et prérégulateur peut encore comporter des moyens pour lisser et stabiliser la tension d'alimentation continue, fournie à sa sortie. Avantageusement, 1' ensemble d'alimentation électrique selon l'invention comprend encore, intercalé entre les trois transformateurs de courant et le sous-ensemble redresseur et prérégulateur, un court-circuiteur permettant de court-circuiter temporairement les enroulements secondaires respectifs des transformateurs de courant. Le court-circuiteur, ainsi placé à l'interface entre le bloc de transformateurs et le sous-ensemble redresseur et prérégulateur, permet notamment de désolidariser sans risques ce sous-ensemble redresseur et prérégulateur conçu comme un bloc séparable, pour des raisons de maintenabilité. Dans ce dernier cas, le court-circuiteur est avantageusement réalisé comme un court-circuiteur mécanique, établissant les liaisons électriques entre le bloc de transformateurs et le bloc redresseur et prérégulateur seulement lorsque ce dernier est fixé sur le bloc de transformateurs, et court-circuitant automatiquement les enroulements secondaires desdits transformateurs lorsque le bloc redresseur et prérégulateur est séparé du bloc de transformateurs. Plus particulièrement, la mise en court-circuit est réalisable à partir d'au moins une vis de fixation du bloc redresseur et prérégulateur, vis dont le desserrage provoque le déplacement d'un organe mobile conducteur assurant la mise en court-circuit souhaitée. Ainsi, la séparation du bloc redresseur et prérégulateur se fait en évitant automatiquement de laisser les secondaires des transformateurs de courant en circuit ouvert, ce qui pourrait engendrer des tensions électriques dangereuses. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de cet ensemble d'alimentation auxiliaire pour poste électrique Figure 1 est une vue d'ensemble, en perspective, d'un poste électrique équipé d'un ensemble d'alimentation auxiliaire conforme à la présente invention Figure 2 est un schéma électrique général du poste de figure 1, avec son ensemble d'alimentation auxiliaire Figures 3 et 4 sont des schémas électriques plus détaillés de certaines parties de cet ensemble d'alimentation Figure 5 est un diagramme illustrant le fonctionnement de cet ensemble d'alimentation Figure 6 est une vue en perspective, montrant une réalisation pratique particulière de cet ensemble d'alimentation Figure 7 est une vue partielle en coupe du dispositif de figure 6. La figure 1 montre un poste semi-enterré pour réseau de distribution électrique, le poste comprenant un socle enterré 1 et une partie extérieure 2 pourvue d'au moins une porte d'accès. Ce poste renferme principalement un interrupteur triphasé télécommandé 3, et il loge en outre un coffret de contrôle-commande 4, qui regroupe les fonctions nécessaires à la télécommande de l'interrupteur 3. Des arrivées et départs de câbles 5,6,7 se raccordent à l'interrupteur 3, le socle 1 comportant des ouvertures latérales 8,9 pour le passage des câbles. L'ensemble d'alimentation selon l'invention, désigné globalement par le repère 10, constitue une alimentation auxiliaire nécessaire au fonctionnement de la télécommande de l'interrupteur 3. Cet ensemble d'alimentation 10 est logé au fond du poste, à l'intérieur du socle 1 et, plus particulièrement, sur les câbles d'arrivée 5. Le schéma électrique général de l'ensemble d'alimentation 10 est donné par la figure 2. Cet ensemble d'alimentation 10 comprend un bloc de transformateurs 11, avec trois transformateurs de courant toriques 12,13,14 disposés respectivement autour des trois câbles 5, correspondant aux trois phases, les câbles 5 constituant les primaires des transformateurs toriques 12,13,14. Les enroulements secondaires respectifs 15,16,17 des trois transformateurs toriques 12,13,14 sont couplés en étoile, et les extrémités des branches du montage en étoile sont reliées, avec interposition d'un courtcircuiteur mécanique 18, à un bloc redresseur et prérégulateur 19, dont les fonctions redresseur et prérégulateur sont symbolisées respectivement en 20 et 21. Des conducteurs 22 relient la sortie du bloc 19 au coffret de contrôle-commande 4 à alimenter, ce dernier agissant notamment sur la motorisation 23 de l'interrupteur télécommandé 3 par l'intermédiaire d'une liaison électrique 24. La figure 3 montre, de façon plus détaillée, le circuit électrique interne du bloc redresseur et prérégulateur 19, qui comporte trois points d'entrée A,B,C correspondant respectivement aux extrémités des branches comportant les secondaires 15,16,17 des trois transformateurs toriques 12,13,14. Le bloc 19 est constitué d'un redresseur de sortie du type pont de Graetz, symbolisé en 20, et d'un prérégulateur 21 comprenant six thyristors 25,26,27,28,29,30, disposés deux par deux tête bêche, respectivement entre les paires de bornes AB, BC et AC liées aux secondaires 15,16,17 des transformateurs toriques 12,13,14. La gâchette de chacun des six thyristors 25 à 30 est reliée à un circuit de commande 31, dont le détail est montré sur la figure 4. Le circuit de commande 31 comprend un transistor 32, trois résistances 33,34,35, trois diodes 36,37,38 et une diode Zener 39, avec les branchements indiqués sur la figure 4. La sortie du bloc redresseur et prérégulateur 19 fournit, entre les conducteurs 22, une tension d'alimentation continue et stabilisée, selon un mode particulier illustré par le diagramme de la figure 5. Comme le montre la partie supérieure de la figure 5, si l'intensité du courant de ligne dans les câbles 5 est faible, les transformateurs toriques 12,13,14 fournissent au bloc redresseur et prérégulateur 19 un courant dans le rapport de leur nombre de spires. La tension disponible en sortie Us dépend alors de la charge de l'utilisation. A charge nominale, cette tension Us est inférieure à un seuil de prérégulation S ; dans ces conditions, le prérégulateur 21 n'intervient pas, et l'onde sinusoïdale de sa tension d'entrée Ue est fournie intégralement au redresseur 20. Par contre, à forte intensité du courant de ligne, l'énergie fournie par les transformateurs toriques 12,13,14 est limitée par les shunts actifs, constitués par les thyristors 25 à 30 qui court-circuitent les secondaires 15,16,17 de ces transformateurs dès que la tension de sortie Us dépasse la valeur de seuil S fixée. Ainsi le redresseur de sortie reçoit une onde sinusoïdale hachée Ue, dont l'amplitude ne dépasse jamais la valeur de seuil S, comme illustré dans la partie inférieure de la figure 5. Les figures 6 et 7 montrent une configuration mécanique particulière de l'ensemble d'alimentation 10, et elles indiquent aussi la structure du court-circuiteur mécanique 18. Le bloc de transformateurs 11 possède ici la forme extérieure d'un prisme à base sensiblement triangulaire, et le bloc redresseur et régulateur 19 est fixé contre une face latérale du bloc de transformateurs 11. Ce dernier présente trois passages d'axes parallèles 40,41,42 destinés respectivement à être traversés par les trois câbles d'arrivée 5, isolés. Les trois transformateurs toriques 12,13,14 sont implantés, respectivement, autour des trois passages 40,41,42. Ces transformateurs toriques peuvent être du type fermé ou ouvrant, selon les besoins de l'utilisation (mise en place dans un poste en cours de montage, ou dans un poste déjà monté). Le bloc de transformateurs 11 peut reposer directement sur le sol ou le fond du poste, par l'une de ses faces latérales autres que celle supportant le bloc redresseur et régulateur 19. Ce bloc de transformateurs 11 peut être muni d'une poignée 43 facilitant sa manipulation. Le court-circuiteur mécanique 18 est prévu pour assurer le court-circuitage des secondaires 15,16,17 des transformateurs toriques 12,13,14, par les points A,B,C précédemment définis, lorsque le bloc redresseur et prérégulateur 19 est désolidarisé du bloc de transformateurs 11. Ce court-circuiteur 18 comporte un boîtier isolant cylindrique 44, inséré dans le bloc de transformateurs 11, et traversé par trois tiges filetées conductrices 45 de direction axiale, matérialisant les points A,B,C, ces trois tiges filetées 45 étant disposées à l20O les unes par rapport aux autres (la figure 7 n'en montrant qu'une seule). Chaque tige filetée 45 constitue, par son extrémité intérieure, un plot de connexion avec un conducteur 46 provenant de l'un des enroulements secondaires 15,16,17 des transformateurs toriques 12,13,14. L'extrémité extérieure de chaque tige filetée 45, formant contact de sortie, est prévue pour coopérer avec un contact d'entrée 47 du bloc redresseur et prérégulateur 19. Une rondelle métallique fixe 48, constituant un contact de court-circuitage, est montée autour de chaque tige filetée 45, en liaison conductrice avec celle-ci et contre la paroi interne du boîtier 44. Suivant l'axe central de ce boîtier 44 est encore montée une rondelle métallique mobile de court-circuitage 49, munie d'un axe-support 50 coulissant axialement dans un puits de guidage 51 réalisé d'une seule pièce avec le fond du boîtier 44. Un ressort hélicoïdal de rappel 52 est comprimé entre la rondelle 49 et le fond du boîtier 44. Le bloc redresseur et régulateur 19 est fixé de manière amovible sur le bloc de transformateurs 11 par au moins une vis imperdable 53, avec interposition de joints d'étanchéité 54 et 55. La vis de fixation 53 est prévue pour être vissée dans un taraudage 56 ménagé dans le couvercle du boîtier 44, suivant son axe central. Lorsque le bloc redresseur et prérégulateur 19 est monté et fixé sur le bloc de transformateurs 11, l'extrémité de la vis de fixation 53 s'applique sur la rondelle mobile de court-circuitage 49 et repousse cette rondelle 49 vers le fond du boîtier 44, en comprimant le ressort de rappel 52. La rondelle 49 est alors maintenue séparée des rondelles fixes 48, neutralisent ainsi le court-circuitage et permettant l'intervention normale de l'ensemble d'alimentation 10 (cette position de fonctionnement étant celle illustrée par la figure 7). Par contre, lorsque la vis de fixation 53 est desserrée pour désolidariser le bloc redresseur et prérégulateur 19 du bloc de transformateurs 11, la rondelle mobile 49 se trouve libérée par la vis 53 et poussée par le ressort de rappel 52, de sorte qu'elle vient s'appliquer contre les trois rondelles fixes 48. Ces trois rondelles fixes 48 sont ainsi mises en liaison électrique les unes avec les autres par l'intermédiaire de la rondelle mobile 49, et le court-circuitage est réalisé simultanément pour les trois enroulements secondaires 15,16,17 (la représentation schématique du courtcircuiteur 18 avec deux contacts, sur la figure 2, est purement fonctionnelle et ne préjuge d'aucune réalisation concrète). I1 va de soi que l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de cet ensemble d'alimentation auxiliaire pour poste électrique qui a été décrite cidessus, à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. C'est ainsi, notamment, que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention - par le recours à tous équivalents, notamment en remplaçant les transformateurs de courant toriques par des transformateurs de courant de forme différente, par exemple de forme carrée ; - par une modification du détail du circuit électrique du bloc redresseur et prérégulateur ; - par une réalisation du bloc de transformateurs avec une forme extérieure différente - par une disposition de cet ensemble d'alimentation auxiliaire en un autre endroit à l'intérieur du poste. REVENDICATIONS 1. Ensemble d'alimentation auxiliaire pour poste électrique d'un réseau de distribution électrique "haute tension", plus particulièrement pour un poste (1,2) renfermant au moins un interrupteur triphasé télécommandé (3), et un coffret de contrôle-commande (4) qui regroupe les fonctions nécessaires à la télécommande de l'interrupteur (3), caractérisé en ce qu'il comprend, en combinaison, trois transformateurs de courant (12,13,14) disposés respectivement autour de trois conducteurs de ligne (5) aboutissant au poste (1,2), et un sous-ensemble redresseur et prérégulateur (19) dont les bornes d'entrée (A,B,C) sont reliées aux enroulements secondaires (15,16,17) des trois transformateurs de courant (12,13,14), et dont la sortie (22) fournit une tension d'alimentation continue (Us) pour les équipements à alimenter. 2. Ensemble d'alimentation auxiliaire pour poste électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les trois transformateurs de courant sont des transformateurs toriques (12,13,14). 3. Ensemble d'alimentation auxiliaire pour poste électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les trois transformateurs de courant (12,13,14) sont regroupés dans un même bloc de transformateurs (11) pourvu de trois passages (40,41,42) d'axes parallèles prévus pour être traversés, respectivement, par les trois conducteurs de ligne (5). 4. Ensemble d'alimentation auxiliaire pour poste électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le bloc de transformateurs (11) est muni d'une poignée (43) pour sa manipulation. 5. Ensemble d'alimentation auxiliaire pour poste électrique selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le sous-ensemble redresseur et prérégulateur (19) est conçu comme un bloc séparable, fixé contre le bloc de transformateurs (11). 6. Ensemble d'alimentation auxiliaire pour poste électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le sous-ensemble redresseur et prérégulateur (19) comprend, outre un pont redresseur de sortie (20) du type pont de Graetz, un prérégulateur (21) comportant six thyristors (25 à 30) disposés deux à deux tête bêche, respectivement entre les bornes (A,B,C) correspondant aux extrémités des branches de circuit comportant les enroulements secondaires (15,16,17), couplés en étoile, des transformateurs de courant (12,13,14), à chaque thyristor (25 à 30) étant associé un circuit de commande (31) de sa gâchette, tel qu'à une faible intensité du courant de ligne dans les conducteurs (5) traversant les transformateurs de courant (12,13,14), le prérégulateur (21) transmet intégralement les ondes sinusoïdales au redresseur de sortie (20), tandis qu'à une forte intensité du courant de ligne, le prérégulateur (21) fournit au redresseur de sortie (20) des ondes sinusoïdales hachées, ces ondes sinusoïdales hachées possèdent de préférence une amplitude qui ne dépasse pas une certaine valeur de seuil prédéterminée (S). 7. Ensemble d'alimentation auxiliaire pour poste électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le sous-ensemble redresseur et prérégulateur (19) comporte encore des moyens pour lisser et/ou stabiliser la tension d'alimentation continue (Us), fournie à sa sortie. 8. Ensemble d'alimentation auxiliaire pour poste électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend, intercalé entre les trois transformateurs de courant (12,13,14) et le sousensemble redresseur et prérégulateur (19), un courtcircuiteur (18) permettant de court-circuiter temporairement les enroulements secondaires respectifs (15,16,17) des transformateurs de courant (12,13,14). 9. Ensemble d'alimentation auxiliaire pour poste électrique selon l'ensemble des revendications 5 et 8, caractérisé en ce que le court-circuiteur est réalisé comme un court-circuiteur mécanique (18), établissant les liaisons électriques entre le bloc de transformateurs (11) et le bloc redresseur et prérégulateur (19) seulement lorsque ce dernier est fixé sur le bloc de transformateurs (11), et court-circuitant automatiquement les enroulements secondaires (15,16,17) desdits transformateurs (12,13,14) lorsque le bloc redresseur et prérégulateur (19) est séparé du bloc de transformateurs (11). 10. Ensemble d'alimentation auxiliaire pour poste électrique selon la revendication 9, caractérisé en ce que, dans le court-circuiteur mécanique (18), la mise en court-circuit est réalisée à partir d'au moins une vis de fixation (53) du bloc redresseur et prérégulateur (19), vis dont le desserrage provoque le déplacement d'un organe mobile conducteur (49) assurant la mise en court-circuit. 11. Ensemble d'alimentation auxiliaire pour poste électrique selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'organe mobile conducteur précité est une rondelle métallique mobile (49), coopérant avec l'extrémité de la vis de fixation (53) du bloc redresseur et prérégulateur (19), et soumise à la poussée d'un ressort de rappel (52), la rondelle métallique mobile (49) étant prévue pour coopérer, lorsque la vis (53) est desserrée, avec trois rondelles métalliques fixes (48) respectivement en liaison conductrice avec les enroulements secondaires (15,16,17) des trois transformateurs de courant (12,13,14). 12. Ensemble d'alimentation auxiliaire pour poste électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que cet ensemble d'alimentation auxiliaire (10) est placé au fond d'un poste électrique semi-enterré (1,2), sur des arrivées de câbles (5) se raccordant à l'interrupteur (3) que renferme le poste.