Brevet FR2746555A1 — publié le 19970926

DISPOSITIF DE PROTECTION POUR TRANSFORMATEURS ELECTRIQUES La présente invention concerne les dispositifs de protection, pour transformateurs électriques ou inductances de puissance. Les transformateurs électriques ou inductances de puissance sont généralement enfermés dans un carter hermétique et noyés dans un diélectrique liquide. Le carter hermétique est muni d'un orifice supérieur d'adaptation, permettant le remplissage du carter avec le diélectrique liquide, et permettant l'adaptation d'un dispositif de protection. Le dispositif de protection doit délivrer des informations de type alarme en cas de baisse de niveau du diélectrique liquide dans le carter, en cas de pression trop importante à l'intérieur du carter, ou en cas d'élévation anormale de température du diélectrique liquide. En outre, il est utile de pouvoir visualiser une légère baisse de niveau du diélectrique liquide, en connaissant simultanément la température de celui-ci, afin de faciliter les tâches de prévention avant alarme et la maintenance après alarme. On peut être tenté de concevoir un dispositif de protection électronique, comportant une série de capteurs et des circuits de traitement des signaux produits par ces capteurs, la visualisation des mesures ainsi effectuées pouvant alors être assurée par un dispositif de visualisation séparé et orientable à volonté. Une telle solution nécessite toutefois de prévoir une alimentation électrique auxiliaire des circuits de traitement des signaux, ce qui, dans le cas d'un dispositif de protection, peut entraîner des défaillances nuisant à la fiabilité de la protection. Par exemple, une défaillance de l'alimentation ne permettrait plus au dispositif de produire une alarme ou un signal de coupure en cas de surpression ou d'élévation anormale de température dans le diélectrique liquide. Le problème proposé par la présente invention est de concevoir un nouveau dispositif de protection qui soit à la fois autonome, fiable et robuste, permettant de délivrer une indication visuelle directe accessible sur 3600 du niveau de diélectrique liquide, une information de dépassement de seuil de pression, une information de dépassement de seuil de température, et une information de baisse excessive de niveau de diélectrique liquide au-dessous d'un seuil de niveau. Le dispositif doit également être d'un coût réduit, et d'un encombrement réduit. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, un dispositif de protection selon l'invention, adapté pour la protection d'un transformateur ou d'une inductance à diélectrique liquide enfermé dans un carter hermétique muni d'un orifice supérieur d'adaptation, comprend les éléments suivants - un tube plongeur à extrémité inférieure fermée, - une embase conformée pour être fixée au carter autour de l'orifice supérieur d'adaptation, avec un tunnel central pour le passage du diélectrique liquide, - un boîtier supérieur, adapté pour recevoir de façon étanche et pour maintenir la portion supérieure ouverte du tube plongeur, - une partie intermédiaire tubulaire transparente, laissant apparaître sur tout son pourtour les éléments qu'elle contient, et raccordée de façon étanche au pourtour de l'embase et au boîtier supérieur, - un flotteur annulaire portant au moins un aimant, monté à coulissement autour du tube plongeur à l'intérieur de la partie intermédiaire tubulaire transparente, - au moins un détecteur à lame flexible sensible au champ magnétique du ou des aimants, logé dans le tube plongeur en position fixe intermédiaire dans la partie intermédiaire tubulaire transparente, réalisant un contact électrique sec commutant lorsque le flotteur atteint un niveau prédéterminé, le contact électrique sec étant connecté à des bornes de sortie de niveau dans le boîtier supérieur, - les positions longitudinales du détecteur dans le tube plongeur et de l'aimant dans le flotteur annulaire étant choisies de façon que, lorsque le niveau de diélectrique liquide est supérieur audit niveau prédéterminé, le détecteur est dans la zone de champ magnétique maximum créée par l'aimant et se trouve en position de travail, et lorsque le niveau de diélectrique liquide est inférieur audit niveau prédéterminé, le détecteur est à l'écart de la zone de champ magnétique maximum créée par l'aimant et se trouve en position de repos. Selon un mode de réalisation avantageux, l'aimant est une bague annulaire en ferrite. De préférence, l'aimant est noyé dans la zone inférieure du flotteur annulaire. On améliore ainsi l'équilibre du flotteur. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles: - la figure 1 est une vue de côté en coupe diamétrale d'un dispositif de protection selon un mode de réalisation de la présente invention, - la figure 2 est une vue de dessous en coupe selon le plan A-A de la figure i - la figure 3 est une vue de dessous de l'embase du dispositif de la figure 1 - la figure 4 est une vue de côté en coupe diamétrale d'un dispositif de protection selon un autre mode de réalisation de la présente invention, en position de niveau normal de diélectrique liquide - la figure 5 est une vue de côté en coupe diamétrale du dispositif de la figure 4, en position de niveau insuffisant de diélectrique liquide - la figure 6 est une vue de côté partielle en coupe du flotteur et du détecteur de niveau, en position de niveau normal de diélectrique liquide ; et - la figure 7 est une vue de côté de l'ensemble de la figure 6, en position de niveau insuffisant de diélectrique liquide. Dans les modes de réalisation illustrés sur les figures, le dispositif de protection selon l'invention comprend un tube plongeur 1 dont l'extrémité inférieure 2 fermée est adaptée pour pénétrer dans un orifice supérieur d'adaptation 7 prévu dans le carter 6 d'un transformateur ou d'une inductance à protéger. Le tube plongeur 1 dépasse au-dessous d'une embase 3 conformée pour être fixée au carter 6 autour dudit orifice supérieur d'adaptation 7. L'embase 3 est une pièce tubulaire, comprenant un tunnel central 4 pour le passage et le maintien du tube plongeur 1, et des lumières périphériques 5 pour le passage du diélectrique liquide contenu dans le carter 6. L'embase 3 est munie d'une couronne périphérique inférieure 8 conformée pour être en appui dans et autour de l'orifice supérieur d'adaptation 7 du carter 6, auquel elle est retenue par des éléments d'accrochage tels que des pattes d'accrochage 9 serrées par des boulons 10. Un joint d'étanchéité peut être avantageusement logé dans une gorge annulaire 11 prévue en face inférieure de la couronne périphérique inférieure 8. L' embase 3 comprend en outre une couronne périphérique supérieure 12, de diamètre plus grand que la couronne périphérique inférieure 8 et plus grand que le diamètre de l'orifice supérieur d'adaptation 7 du carter 6. Le dispositif de protection comporte en outre un boîtier supérieur 15, de préférence en matière transparente, dont la paroi inférieure 19 est adaptée pour recevoir de façon étanche et pour maintenir la portion supérieure 16 ouverte du tube plongeur 1. Entre le boîtier supérieur 15 et l'embase 3, le dispositif de protection comprend une partie intermédiaire tubulaire transparente 17, laissant apparaître selon tout son pourtour les éléments qu'elle contient. La partie intermédiaire tubulaire transparente 17 est raccordée de façon étanche au pourtour de l'embase 3. Le diamètre de la partie intermédiaire tubulaire transparente 17 est plus grand que celui de l'orifice supérieur d'adaptation 7 du carter 6. La partie intermédiaire tubulaire transparente 17 est également raccordée de façon étanche au boîtier supérieur 15. Dans les modes de réalisation représentés, l'étanchéité est assurée par le fait que la portion inférieure 151 du boîtier supérieur 15 et la partie intermédiaire tubulaire transparente 17 sont formées d'un ensemble monobloc. La paroi inférieure 19 du boîtier supérieur 15 forme une paroi intermédiaire assurant l'étanchéité entre l'espace intérieur du boîtier supérieur 15 et l'espace intérieur de la partie intermédiaire tubulaire transparente 17. Un tube de remplissage 20, obturé par un bouchon supérieur 21 amovible, est raccordé à l'extrémité supérieure de la partie intermédiaire tubulaire transparente 17. Le tube de remplissage 20 permet ainsi le remplissage du carter 6 avec le diélectrique liquide. Le bouchon 21 peut avantageusement être équipé d'une valve de type purgeur 30, permettant le prélèvement éventuel de gaz. Un flotteur annulaire 22, portant au moins un aimant 23, est monté à coulissement autour du tube plongeur 1 à l'intérieur de la partie intermédiaire tubulaire transparente 17. Le flotteur 22 est porté par le diélectrique liquide contenu dans le carter 6, le niveau critique du diélectrique liquide étant choisi de façon que le flotteur 22 soit en position intermédiaire dans la partie intermédiaire tubulaire transparente 17. En position normale, le flotteur 22 est plaqué sous la paroi inférieure 19 du boîtier supérieur 15. Un détecteur 45 à lame flexible sensible au champ magnétique de l'aimant 23 est logé dans le tube plongeur 1 en position fixe intermédiaire, éventuellement réglable, dans la partie intermédiaire tubulaire transparente 17. Le détecteur 45 réalise un contact électrique sec qui commute lorsque le flotteur annulaire 22 atteint un niveau prédéterminé le long du tube plongeur 1. Le contact électrique sec est connecté à des bornes de sortie de niveau dans un bornier 31 du boîtier supérieur 15. Dans le mode réalisation illustré, le dispositif de protection comprend en outre deux capteurs de température à seuil 25, 26 et un capteur de température continu 27, formés chacun d'un capillaire à bulbe d'extrémité, le bulbe d'extrémité correspondant étant engagé dans l'extrémité inférieure 2 du tube plongeur 1. Le capillaire correspondant traverse longitudinalement le tube plongeur 1, et sort dans le boîtier supérieur 15 jusqu'à une base 32 ou 33 ou 36 de capteur. Pour chaque capteur de température à seuil 25 ou 26, la base 32 ou 33 de capteur réalise un contact électrique sec qui commute lorsque la température détectée atteint un seuil prédéterminé de température. Le contact sec de température est connecté à des bornes de sortie de température respectives 34 ou 35 dans le boîtier supérieur 15. La base 36 du capteur de température continu 27 comprend un cadran d'indication de température. Les deux capteurs de température à seuil 25 et 26 fournissent deux contacts électriques secs commutant selon deux seuils distincts de température. Le dispositif de protection selon l'invention comprend également au moins un capteur de pression à seuil 28, logé dans le boîtier supérieur 15 et raccordé par un passage de paroi inférieure 19 du boîtier supérieur 15 à l'espace intérieur de la partie intermédiaire tubulaire transparente 17, pour capter la pression à l'intérieur du carter 6. Le capteur de pression à seuil 28 est adapté pour réaliser un contact sec qui commute lorsque ladite pression atteint un niveau prédéterminé. Le contact électrique sec de pression est connecté à des bornes de sortie de pression dans le bornier 31 du boîtier supérieur 15. Le tube plongeur 1 est solidarisé à son extrémité supérieure 16 à la paroi inférieure 19 du boîtier supérieur 15, de façon étanche. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1, le boîtier supérieur 15 comporte une portion inférieure 151 formant, avec la partie intermédiaire tubulaire transparente 17, un ensemble monobloc. La portion inférieure 151 est ouverte vers le haut, et son ouverture est fermée par une portion supérieure 152 amovible formant couvercle. Le boîtier supérieur 15 est avantageusement transparent. Les capteurs de pression à seuil 28 et de température à seuil 25 et 26 sont réglables par des éléments de réglage à position visuellement repérable, dont la position peut ainsi être vue de l'extérieur à travers la paroi du boîtier supérieur 15. Dans le mode de réalisation des figures 1 à 3, le tube plongeur 1 participe à la liaison mécanique entre les étages successifs du dispositif. La couronne périphérique supérieure 12 comporte, sur sa face supérieure, une gorge annulaire concentrique 13 recevant un joint d'étanchéité 14. Le bord inférieur 18 de la partie intermédiaire tubulaire transparente 17 vient s'engager dans la gorge annulaire concentrique 13 de la couronne périphérique supérieure 12 et comprime le joint d'étanchéité 14. Le tube plongeur 1 porte à son extrémité inférieure 2 une bague extérieure filetée permettant l'adaptation d'un écrou de serrage 29. Le serrage de l'écrou 29, qui vient porter contre la partie d'embase 3 entourant le tunnel central 4, assure le serrage axial de l'embase 3 avec la partie intermédiaire tubulaire transparente 17 et le boîtier supérieur 15. Dans ce même mode de réalisation des figures 1 à 3, la protection du détecteur de niveau contre les champs magnétiques transitoires produits par le transformateur ou l'inductance à protéger est assurée par une cage protectrice. Pour cela, le flotteur annulaire 22 porte en outre un tube coaxial 24 en fer doux, prolongeant vers le bas l'aimant 23 comme illustré sur la figure 1. Dans le mode de réalisation des figures 4 et 5, la liaison mécanique entre l'embase 3 et la partie intermédiaire tubulaire transparente 17 est assurée par des vis de serrage 50 réparties selon la périphérie et assurant le serrage axial étanche, avec joint d'étanchéité, entre la couronne périphérique supérieure 12 de l'embase 3 et une couronne périphérique inférieure 51 correspondante de la partie intermédiaire tubulaire transparente 17. Dans ce même mode de réalisation des figures 4 à 7, la protection du détecteur de niveau contre les champs magnétiques transitoires produits par le transformateur ou l'inductance à protéger est assurée en prévoyant des positions longitudinales particulières du détecteur 45 dans le tube plongeur 1 et de l'aimant 23 dans le flotteur annulaire 22. Pour cela, ces positions longitudinales relatives sont choisies de façon que, lorsque le niveau de diélectrique liquide est supérieur au niveau prédéterminé provoquant la commutation du détecteur, comme illustré sur la figure 4, le flotteur 22 se trouve dans la zone supérieure de la partie intermédiaire tubulaire transparente 17, et le détecteur 45 se trouve dans la zone de champ magnétique maximum créée par l'aimant 23, le détecteur 45 étant alors en position de travail, c'est-àdire dans la position dans laquelle le champ magnétique produit le rapprochement des contacts électriques respectifs. Par contre, comme illustré sur la figure 5, lorsque le niveau de diélectrique liquide est inférieur au niveau prédéterminé produisant la commutation du détecteur, le flotteur annulaire 22 est descendu en zone intermédiaire ou en zone inférieure dans la partie intermédiaire tubulaire transparente 17, de sorte que l'aimant 23 s'est éloigné du détecteur 45 zone le détecteur 45 se situe alors à l'écart de la zone de champ magnétique maximum créée par l'aimant 23, et se trouve à l'état de repos, c'est-à-dire à l'état dans lequel les lames de contact du détecteur 45 ne sont plus sollicitées suffisamment pour être déplacées par le champ magnétique produit par l'aimant 23. On remarquera que, sur les figures, l'aimant 23 est une bague annulaire en ferrite, et est noyé dans la zone inférieure du flotteur annulaire 22. On comprend que, dans les positions de fonctionnement normal, c'est-à-dire lorsque le niveau de diélectrique liquide est suffisant comme illustré sur la figure 4, le détecteur 45 est soumis à un champ magnétique d'intensité élevée créé par l'aimant 23, de sorte que toute induction parasite générée par un courant traversant le transformateur ou l'inductance à protéger n'a aucune action sensible sur l'état électrique du détecteur 45. I1 n'y a donc pas de risque de commutation intempestive du détecteur 45, et la compatibilité électromagnétique avec l'environnement est réalisée. Sur la figure 6, on a représenté l'état du détecteur 45 en position de fonctionnement normal sous l'effet du champ magnétique d'intensité importante produit par l'aimant 23 qui se trouve alors à proximité, une lame magnétisable fixe 52 attire une lame de contact flexible 53, produisant un contact de travail. Par contre, sur la figure 7, l'aimant 23 s'est éloigné vers le bas en suivant le flotteur 22 et le niveau du diélectrique liquide, de sorte que la lame flexible 53 s'écarte de la lame magnétisable fixe 52 et vient en contact d'une seconde lame fixe 54, produisant un contact de repos. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de protection, pour transformateur ou inductance à diélectrique liquide enfermé dans un carter (6) hermétique muni d'un orifice supérieur d'adaptation (7), comprenant - un tube plongeur (1) à extrémité inférieure (2) fermée, - une embase (3) conformée pour être fixée au carter (6) autour de l'orifice supérieur d'adaptation (7), avec un tunnel central (4) pour le passage du diélectrique liquide, - un boîtier supérieur (15), adapté pour recevoir de façon étanche et pour maintenir la portion supérieure (16) ouverte du tube plongeur (1), - une partie intermédiaire tubulaire transparente (17), laissant apparaître sur tout son pourtour les éléments qu'elle contient, et raccordée de façon étanche au pourtour de l'embase (3) et au boîtier supérieur (15), - un flotteur annulaire (22) portant au moins un aimant (23), monté à coulissement autour du tube plongeur (1) à l'intérieur de la partie intermédiaire tubulaire transparente (17), - au moins un détecteur (45) à lame flexible sensible au champ magnétique du ou des aimants (23), logé dans le tube plongeur (1) en position fixe intermédiaire dans la partie intermédiaire tubulaire transparente (17), réalisant un contact électrique sec commutant lorsque le flotteur (22) atteint un niveau prédéterminé, le contact électrique sec étant connecté à des bornes de sortie (31) de niveau dans le boîtier supérieur (15), caractérisé en ce que les positions longitudinales du détecteur (45) dans le tube plongeur (1) et de l'aimant (23) dans le flotteur annulaire (22) sont choisies de façon que, lorsque le niveau de diélectrique liquide est supérieur audit niveau prédéterminé, le détecteur (45) est dans la zone de champ magnétique maximum créée par l'aimant (23) et se trouve en position de travail, et lorsque le niveau de diélectrique liquide est inférieur audit niveau prédéterminé, le détecteur (45) est à l'écart de la zone de champ magnétique maximum créée par l'aimant (23) et se trouve en position de repos. 2 - Dispositif de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'aimant (23) est une bague annulaire en ferrite. 3 - Dispositif de protection selon lune des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'aimant (23) est noyé dans la zone inférieure du flotteur annulaire (22).