Brevet FR2699231A1 — publié le 19940617

STATION DE POMPAGE La présente invention concerne une station de pompage. Une station de pompage fonctionne tantôt en producteur d'énergie électrique, tantôt en consommateur d'énergie. Dans le premier cas, de 1'eau, tombant d'un niveau supérieur à un niveau inférieur, entraine une turbine hydraulique accouplée à un alternateur qui fournit de l'énergie électrique à un réseau électrique à travers un transformateur de puissance très haute tension/moyenne tension (désigné dans la suite en abrégé par transformateur THT/MT). Dans le second cas, le réseau fournit à un moteur, à travers le mme transformateur de puissance, de l'énergie électrique, le moteur entraînant une pompe qui élève l'eau du niveau inférieur au niveau supérieur. L'excitation des machines est réalisée au moyen de générateurs statiques à thyristors alimentés par des transformateurs moyenne tension/basse tension (en abrégé MT/BT), connectés au transformateur THT/MT et pour cette raison appelés transformateurs de soutirage. La station de pompage est séparée du réseau par un disjoncteur. Avant tout démarrage d'une machine, moteur ou alternateur selon le mode d'exploitation choisi, il est nécessaire de mettre sous tension le transformateur THT/MT pour que celui-ci soit en mesure d'alimenter le transformateur de soutirage correspondant à la machine utilisée. En raison de la faible puissance du transformateur de soutirage, tout se passe comme si le transformateur THT/MT était mis sous tension à vide. Or, on sait que la mise sous tension à vide d'un transformateur donne naissance à un courant d'appel dont la valeur crte dépend de la valeur de la tension au moment de l'enclenchement ; si l'enclenchement a lieu lorsque la tension alternative passe par un extrémum, le courant d'appel est faible ; lorsque la mise sous tension a lieu lorsque la tension du réseau est au voisinage de zéro, le courant d'appel peut atteindre des valeurs importantes, de l'ordre de 5 à 10 fois le courant nominal du transformateur. Cette surcharge a pour effet de créer des fatigues dans le transformateur en raison des efforts électrodynamiques engendrés ainsi qu'un accroissement du veillissement des isolants. Ce vieillissement desisolants peut tre encore accéléré si des phénomènes de ferro-résonance parallèle prennent naissance. Or, un transformateur d'une station de pompage peut tre sollicité plusieurs fois par jour, de sorte qu'à moins d'tre surdimensionné de manière importante, il est sujet à une dégradation rapide. Il a été proposé, pour éviter l'apparition de courants d'appel trop importants, d'utiliser un moyen agissant sur la commande du disjoncteur pour n'autoriser sa fermeture sur le transformateur THT/MT à vide qu'à un instant séparé au maximum de 1,2 millisecondes de part et d'autre de l'instant de passage par un extrémum de la tension du réseau. Grâce à cette mesure, l'intensité dans le transformateur ne peut dépasser deux fois l'intensité nominale du transformateur, comme l'ont montré des calculs effectués par le Demandeur. Un inconvénient de cette solution est que l'onde de tension appliquée au transformateur est maximale. Il apparaît des oscillations de tension à front raide dans le poste blindé, de fréquence de quelques MHz et d'amplitude importante, ce qui est nuisible pour le transformateur. Un but de la présente invention est de munir l'installation de pompage de moyens pour éviter cet inconvénient. L'invention a pour objet une station de pompage fonctionnant tantôt en producteur d'énergie par l'action d'une turbine entraînée par une chute d'eau d'un niveau supérieur à un niveau inférieur, ladite turbine étant couplée à un alternateur relié à un réseau électrique à travers un transformateur très haute tension/moyenne tension en série avec un disjoncteur, tantôt en consommateur d'énergie en élevant de l'eau du niveau inférieur au niveau supérieur au moyen d'une pompe entraînée par un moteur électrique alimenté par ledit réseau à travers ledit transformateur, caractérisé en ce que chacun des conducteurs de phase reliant le transformateur au disjoncteur est mis à la terre à travers un circuit comprenant un condensateur et une résistance en série. De préférence, le condensateur et la résistance sont des éléments cylindriques disposés coaxialement à l'intérieur d'un tube métallique à la terre rempli de gaz à bonnes propriétés diélectriques. La résistance présente une valeur ohmique égale à l'impédance caractéristique dudit tube. La valeur de la capacité du condensateur est au moins égale à 2 nanoFarads. L'invention sera bien comprise à la lumière de la description ci-après d'un exemple de réalisation de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel : -la figure 1 est une vue schématique d'une station de pompage, avec schéma électrique unifilaire, -la figure 2 est un schéma électrique illustrant l'invention, -la figure 3 est une vue schématique en élévation d'une partie d'une installation de pompage réalisée en technique blindée, -la figure 4 montre en coupe axiale le circuit de l'invention comportant un condensateur et une résistance placés dans un tube métallique, -la figure 5 est un diagramme de la tension aux bornes du transformateur d'une station de pompage en l'absence du dispositif de l'invention, -la figure 6 est un diagramme de la tension aux bornes du mme transformateur lorsque la station de pompage est munie du circuit de l'invention. Dans la figure 1, la référence E1 désigne un réservoir d'eau situé à un niveau supérieur et alimentant par une conduite CN1 une turbine hydraulique T placée près d'un réservoir E2 à un niveau inférieur. La turbine est couplée à un alternateur A débitant sur un réseau R par l'intermédiaire d'un transformateur très haute tension/moyenne tension THT/MT. Une pompe P, entraînée par un moteur M, permet de remonter l'eau du niveau inférieur au niveau supérieur ; le moteur est alimenté par le réseau à travers le transformateur THT/MT. Des disjoncteurs D1 et D2 permettent d'isoler les appareils et de permettre les commutations d'un type de fonctionnement à l'autre. Un disjoncteur DTHT isole la station du réseau haute tension. On a désigné par T1 et T2 des transformateurs de soutirage pour l'alimentation de thyristors destinés à l'excitation du moteur et de l'alternateur. Comme il a été déjà expliqué, la commutation d'un type de fonctionnement à l'autre nécessite l'ouverture du disjoncteur DTHT, de sorte que le transformateur THT/MT est soumis fréquemment à une mise sous tension à vide, et, par suite, à un risque de surintensité. La mise sous tension du transformateur, lorsqu'elle est faite à un instant proche d'un extrémum de la tension alternative du réseau, permet de réduire la surintensité à une valeur relativement basse ; mais, corrélativement, il en résulte une surtension à haute fréquence à front raide qui risque d'endommager le transformateur. Pour réduire cette surtension, il est prévu, selon l'invention, de connecter sur chaque phase, entre le disjoncteur DTDH et la partie très haute tension du transformateur THT/MT, un circuit relié à la terre et comprenant une résistance RS en série avec un condensateur CS, comme il est représenté dans le schéma unifilaire de la figure 2. Le condensateur a pour rôle de filtrer la haute fréquence et la découpler de la fréquence à 50 Hz ; on choisira la plus grande valeur possible pour la capacité de ce condensateur, compte tenu des possibilités de réalisation. Une valeur non inférieure à 2 nanoFarads est souhaitable. La valeur de la résistance est égale ou très voisine de l'impédance caractéristique du tube dans lequel est placé le circuit RC. On va maintenant décrire un exemple de réalisation de l'invention en technique blindée, c'est-à-dire du type à enveloppe métallique à la terre. Cet exemple n'est pas limitatif. La figure 3 montre le transformateur THT/MT représenté en élévation ; il est relié à l'alternateur, côté moyenne tension, par une traversée TRI reliée à un premier jeu de barres B1 placé dans une enveloppe métallique E1 à la terre remplie de gaz à bonnes propriétés diélectriques tel que l'hexafluorure de soufre SF6. Le transformateur THT/MT est relié au disjoncteur, côté très haute tension, par une traversée TR2 reliée à un second jeu de barres B2 placé dans une enveloppe métallique E2 à la terre remplie de SF6. L'enveloppe E2 forme un coude pour permettre au jeu de barres B2 de s'étendre horizontalement avant de rejoindre le disjoncteur DTHT. En variante, le transformateur pourrait tre muni de traversées conventiionnelles. Le circuit de l'invention comprenant, pour chacune des phases de l'installation, une résistance RS en série avec un condensateur CS est placé dans un tube T disposé verticalement dans le prologement de la traversée TR2 ou dans un tube T'disposé horizontalement. La figure 4 montre une vue en coupe axiale du tube T contenant la résistance RS et le condensateur CS. Le tube T est rempli de gaz diélectrique, de préférence de mme nature et à la meme pression que celui que l'enveloppe E2 à laquelle il est fixé ; le tube T est fermé par un couvercle 10 étanche au gaz. La résistance RS est préférentiellement constituée d'un empilement de pastilles 11 placées dans une enveloppe isolante 12 ; à une extrémité de l'enveloppe est fixée une pièce métallique 13 en contact d'une part avec l'empilement de pastilles résistives et d'autre part avec une borne 16 du condensateur CS ; le contact électrique de l'empilement de pastilles 11 avec le couvercle 10 est assuré par une tresse métallique 14 associée à un ressort 15. Le condensateur CS est par exemple constitué d'un enroulement sur elle-meme d'une feuille de plastique métallisée 15 ; en variante, le condensateur est un condensateur céramique. Le condensateur porte deux bornes métalliques 16 et 17 ; la borne 16 est en contact avec la résistance RS, comme il a été déjà dit ; la borne 17 est en contact, d'une part avec un cône isolant qui assure le maintien du circuit CS-RS à l'intérieur du tube T, d'autre part avec une barre de liaison 19 munie d'une mâchoire 20 assurant le contact avec la barres B2. Des pare-effluves 21 et 22 complètent le dispositif. Dans ce mode de réalisation, on utilise une résistance dont la valeur ohmique est égale à l'impédance caractéristique du tube T ; à titre d'exemple, dans une installation comprenant un transformateur 15kV/420kV, le tube T a un diamètre de de l'ordre de 750 mm et une hauteur voisine de 2500mm ; l'impédance caractéristique du tube est de l'ordre de 700 pour un poste blindé ; c'est la valeur qu'on choisira pour la résistance RS. On notera que la disposition relative de la résistance RS et du condensateur CS à l'intérieur du tube pourrait tre inversée, la résistance se trouvant alors reliée à la barre 19 et le condensateur au couvercle 10. Les diagrammes des figures 5 et 6 illustrent l'efficacité de l'invention. La figure 5 représente les variations en fonction du temps de la tension aux bornes de l'enroulement haute tension V d'un transformateur à 420 kV (dont la valeur de tension crte est 343 kV), lorsque la tension maximale Un du réseau est appliquée sans le circuit RS-CS de l'invention. On constate des oscillations à front raide d'amplitude atteignant 150% de la valeur crte. Dans le diagramme de la figure 6, qui illustre la mise sous tension du mme transformateur, mais dans une station équipée du circuit RS-CS de l'invention, on constate que les oscillations sont très amorties et que leur amplitude est notablement diminuée. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. L'invention s'applique aux stations de pompage. REVENDICATIONS 1/Station de pompage fonctionnant tantôt en producteur d'énergie par l'action d'une turbine entraînée par une chute d'eau d'un niveau supérieur à un niveau inférieur, ladite turbine étant couplée à un alternateur relié à un réseau électrique à travers un transformateur très haute tension/moyenne tension en série avec un disjoncteur, tantôt en consommateur d'énergie en élevant de l'eau du niveau inférieur au niveau supérieur au moyen d'une pompe entraînée par un moteur électrique alimenté par ledit réseau à travers ledit transformateur, caractérisé en ce que chacun des conducteurs de phase reliant le transformateur (THT/MT) au disjoncteur (DTDH) est mis à la terre à travers un circuit comprenant un condensateur (CS) et une résistance (RS) en série. 2/Station de pompage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la résistance (RS) présente une valeur ohmique égale à ou voisine de l'impédance caractéristique dudit tube (T). 3/Station de pompage selon la revendication 2, caractérisée en ce que la valeur de la capacité du condensateur (CS) est au moins égale à 2 nanoFarads. 4/Station de pompage selon l'une des revendication 1 à 3, caractérisée en ce que le condensateur (CS) et la résistance (RS) sont des éléments cylindriques disposés coaxialement à l'intérieur d'un tube métallique (T) à la terre rempli de gaz à bonnes propriétés diélectriques.