Brevet FR2739486A1 — publié le 19970404

Procédé et dispositif de protection contre l'explosion et l'incendie des transformateurs électriques. La présente invention concerne le domaine de la protection contre l'explosion et l'incendie des transformateurs électriques refroidis par un fluide combustible. Les transformateurs électriques subissent des pertes tant dans les enroulements que dans la partie fer, qui nécessitent la dissipation de la chaleur produite. Ainsi, les transformateurs de grande puissance sont généralement refroidis à l'huile. Les huiles utilisées sont diélectriques et sont susceptibles de prendre feu au-delà d'une température de l'ordre de 140". Les transformateurs étant des éléments très onéreux, leur protection nécessite une attention particulière. Les incendies de transformateurs de puissance isolés par l'huile diélectrique surviennent en général en raison de la rupture de l'isolation électrique interne qui provoque une déflagration souvent très violente. 11 en résulte une importante déchirure de la cuve du transformateur et un incendie de l'huile qui propage le feu aux autres équipements du site qui sont également susceptibles de contenir de grandes quantités de produits combustibles. Les explosions peuvent être provoquées par des surcharges, des surtensions, une détérioration progressive de l'isolation, un niveau d'huile insuffisant, l'apparition d'eau ou de moisissure ou une panne d'un composant isolant. On connaît dans l'art antérieur, des soupapes de sûreté se déclenchant lors d'une surpression à l'intérieur de la cuve du transformateur. Toutefois ces soupapes ne sont pas adaptées aux conséquences d'un défaut d'isolement interne du transformateur. On connaît également des systèmes de protection incendie pour transformateurs électriques qui sont actionnés par des détecteurs de température. Mais ces systèmes se mettent en oeuvre avec une inertie importante, lorsque l'huile du transformateur est déjà en flamme. On se contente donc de limiter l'incendie à l'équipement concerné pour ne pas propager le feu aux installations voisines. L'objet de la présente invention est donc de fournir un procédé qui protège à la fois contre la surpression à l'intérieur du transformateur, due à la déflagration lors de la rupture de l'isolation électrique interne et contre l'incendie qui résulte de telles ruptures d'isolation. L'invention a également pour objet un dispositif de protection contre l'explosion et l'incendie qui permet une détection instantanée de la rupture de l'isolation électrique. Selon l'invention, le procédé de protection contre l'explosion et l'incendie dans un transformateur électrique muni d'une cuve remplie de fluide de refroidissement combustible comprend les étapes suivantes - détection d'une rupture de l'isolement électrique du transformateur par un moyen capteur de pression, - vidange partielle du fluide de refroidissement contenu dans la cuve, au moyen d'une vanne, et - refroidissement des parties chaudes du fluide de refroidissement par injection d'un gaz inerte sous pression dans le bas de la cuve afin de brasser ledit fluide et de chasser l'oxygène situé à proximité. Selon l'invention, le dispositif de protection contre l'explosion et l'incendie dans un transformateur électrique muni d'une cuve remplie de fluide refroidissement combustible comprend un moyen capteur de la pression dans ladite cuve et un moyen pour vidanger partiellement le fluide de refroidissement contenu dans la cuve. Un défaut d'isolement engendre, dans un premier temps, un arc électrique important qui provoque une action des systèmes de protection électriques qui déclenchent la cellule d'alimentation du transformateur (disjoncteur). L'arc électrique provoque, également, une diffusion conséquente d'énergie qui engendre une augmentation de la pression interne du transformateur suffisante pour en déchirer la cuve. De préférence, le dispositif de protection contre l'explosion et l'incendie est muni d'un moyen de détection du déclenchement de la cellule d'alimentation du transformateur et d'un boîtier de commande qui reçoit les signaux émis par les moyens capteurs du transformateur et qui est capable d'émettre des signaux de commande. De préférence, le dispositif de protection contre l'explosion et l'incendie comprend un moyen de refroidissement des parties chaudes du fluide, par injection de gaz inerte dans le bas de la cuve, commandé par un signal de commande du boîtier de commande. En effet, certaines parties du fluide de refroidissement subissent un échauffement capable de l'enflammer. L'injection d'un gaz inerte au fond de la cuve provoque un brassage du fluide de refroidissement qui homogénéise la température et permet de chasser l'oxygène présent à proximité du fluide. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation particulier pris à titre nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une vue générale du dispositif de protection selon l'invention; et la figure 2 est une vue schématique représentant la logique de fonctionnement du dispositif selon l'invention. Comme illustré sur les figures, le transformateur 1 comprend une cuve 2 reposant sur la sol 3 au moyen de pieds 4 et est alimenté en énergie électrique par des fils 5 entourés par des isolateurs 6. La cuve 2 est remplie de fluide de refroidissement 7, par exemple, de l'huile diélectrique. Afin de garantir un niveau constant de fluide de refroidissement 7 dans la cuve 2, le transformateur 1 est muni d'un réservoir d'appoint 8 en communication avec la cuve 2 par une conduite 9. La conduite 9 est pourvue d'un clapet automatique 10 qui obture la conduite 9 dès qu'il détecte un mouvement rapide du fluide 7. Ainsi, lors d'une explosion de la cuve 2, la pression dans la conduite 9 chute brusquement ce qui provoque un début d'écoulement de fluide 7 qui est rapidement arrêté par l'obturation du clapet automatique 10. On évite ainsi que le fluide 7 contenu dans le réservoir d'appoint 8 vienne alimenter l'incendie du transformateur 1. La cuve 2 est munie d'un capteur de pression 11 capable de détecter sans retard la variation de pression due à la déflagration provoquée par la rupture de l'isolation électrique du transformateur 1. La cuve 2 est également munie de capteurs de température 12 situés en plusieurs points de la cuve 2, afin de connaître la température du fluide 7. Toutefois, ces capteurs de température 12 présentent un retard estimé à 20 ou 30 secondes par rapport au détecteur de pression 11, en raison de la propagation plus lente de la chaleur que de la pression. La cuve 2 comprend un capteur 13 de la présence de vapeur du fluide de refroidissement également appelé buchholz monté en un point haut de la cuve 2, en général sur la conduite 9. La déflagration due à une rupture d'isolement électrique provoque rapidement le dégagement de vapeur du fluide 7 dans la cuve 2. Un capteur de vapeur 13 est donc performant pour détecter une rupture de l'isolation électrique. Le transformateur 1 est alimenté par l'intermédiaire d'une cellule d'alimentation, non représentée, qui comprend des moyens de coupure d'alimentation tels que des disjoncteurs et qui est munie de capteurs de déclenchement 21. La cuve 2 est munie de moyens de vidange comprenant une conduite 14 à laquelle elle est reliée à la hauteur souhaitée du niveau de vidange. La conduite 14 est fermée par une vanne 15 de fort diamètre par exemple 100 à 150 mm. La cuve 2 comprend un moyen de refroidissement du fluide 7 par injection d'un gaz inerte 16 tel que de l'azote dans le bas de la cuve 2. Le gaz inerte 16 est stocké dans un réservoir sous pression 17 muni d'une vanne 18, d'un détendeur 19 et d'un tuyau 20 amenant le gaz 16 jusqu'à la cuve 2. Le capteur de pression 11, les capteurs de température 12, le capteur de vapeur 13, les capteurs de déclenchement 21, la vanne 15 de la conduite 14 et la vanne 18 du tuyau 20 sont reliés à un boîtier de commande 22 destiné à contrôler le fonctionnement du dispositif. Le boîtier de commande 22 est muni de moyens de traitement d'information recevant les signaux des différents capteurs et capables d'émettre des signaux de commande à destination des vannes 15 et 18. Le dispositif est actionné par un signal de pression élevée en provenance du capteur de pression 1 1 en coïncidence avec un signal de déclenchement en provenance des capteurs de déclenchement 21 de la cellules d'alimentation du transformateur 1. Le dispositif peut également être actionné par un signal de température élevée en provenance d'un des capteurs de température 12 en coïncidence avec un signal de présence de vapeur en provenance du capteur de vapeur 13. Ainsi, on exige que deux capteurs fournissent des informations concordantes afin d'éviter des déclenchements intempestifs. En conditions normales, le dispositif est déclenché par l'information de pression élevée, en concordance avec l'information de déclenchement de la cellule d'alimentation, qui commande instantanément l'étape 23 d'ouverture de la vanne de vidange 15 qui permet la décompression instantanée de la cuve 2 du transformateur 1 dont la plupart des composants resteront donc intacts, à l'exception des éléments situés dans une zone très proche de l'arc électrique engendré par le défaut d'isolement. L'ouverture de la vanne 15 permet d'éviter des débordements de fluide 2 enflammé lorsque l'on injectera du gaz inerte 16 dans la cuve 2 qui est susceptible d'être détériorée. Enfin l'ouverture de la vanne 15 provoque une décompression dans la conduite 9 ce qui entraîne l'obturation du clapet automatique 10. Le réservoir d'appoint 8 est ainsi isolé et le fluide 7 qu'il contient n'alimente pas l'incendie. L'ouverture rapide de la vanne 15 diminue également les risques d'explosion et augmente la probabilité que la cuve 2 du transformateur 1 reste intacte. Les risques d'incendie sont donc réduits, mais après la vidange partielle de la cuve 2, l'étape 24 d'injection du gaz inerte 16 dans le bas de la cuve 2 est systématiquement déclenchée après une durée donnée de temporisation, par exemple 20 secondes, pour brasser le fluide 7 afin d'homogénéiser sa température et également pour étouffer les flammes éventuelles à la surface du fluide 7 en chassant l'oxygène. En effet, le fluide 7, en général de l'huile, ne peut s'enflammer qu'à une température supérieure au point éclair, soit environ 140". Or, dans le cas d'un incendie du transformateur 1 consécutif à un arc électrique, seule la surface du fluide 7 atteint cette valeur alors que la température moyenne est au maximum de 800. Le brassage du fluide 7 permet donc une baisse de la température des parties les plus chaudes. Pour des raisons de sécurité, le réservoir 17 du gaz inerte 16 est prévu pour pouvoir injecter du gaz inerte 16 pendant une durée de l'ordre de 45 minutes largement supérieure à la durée prévue pour éteindre l'incendie. Grâce à l'invention, on dispose ainsi d'un procédé et d'un dispositif de protection contre l'explosion et l'incendie dans un transformateur qui nécessitent peu de modifications des éléments existants, qui détectent les ruptures d'isolation de façon extrêmement rapide et agissent quasi simultanément de façon à limiter les conséquences en résultant. Cela permet de sauver le transformateur et de minimiser les dégâts. REVENDICATIONS 1. Procédé de protection contre l'explosion et l'incendie d'un transformateur électrique (1) comprenant une cuve (2) remplie de fluide de refroidissement (7) combustible, caractérisé par - une étape de détection d'une rupture de l'isolement électrique du transformateur (1) par un moyen capteur de pression (11), - une étape de vidange (23) partielle du fluide de refroidissement (7) contenu dans la cuve (2), au moyen d'une vanne (15), et - une étape de refroidissement (24) des parties chaudes du fluide de refroidissement (7) par injection d'un gaz inerte (16) sous pression dans le bas de la cuve (2) afin de brasser le fluide de refroidissement (7) et de chasser l'oxygène situé à proximité. 2. Procédé de protection selon la revendication 1, caractérisé par une étape d'isolement d'un réservoir d'appoint (8) de fluide de refroidissement (7) au moyen d'un clapet (10) afin d'empêcher le fluide de refroidissement (7) de se répandre. 3. Procédé de protection selon la revendication 2, caractérisé en ce que le clapet (10) se ferme dès qu'un mouvement rapide du fluide de refroidissement (7) est détecté. 4. Procédé de protection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par une étape de détection de la présence de vapeur de fluide de refroidissement (7) dans la cuve (2) du transformateur (1) au moyen d'un capteur de vapeur (13) capable de provoquer la vidange partielle du fluide de refroidissement (7) et l'injection de gaz inerte (16). 5. Procédé de protection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par une étape de détection de la température du fluide de refroidissement (7) au moyen de capteurs de température (12) capables de provoquer la vidange partielle du fluide de refroidissement (7) et l'injection de gaz inerte (16). 6. Procédé de protection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par une étape de détection du déclenchement d'une cellule d'alimentation du transformateur au moyen de capteurs de déclenchement (21) capable de provoquer la vidange partielle du fluide de refroidissement (7) et l'injection de gaz inerte (16). 7. Procédé de protection selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'étape de vidange (23) partielle du fluide (7) n'est déclenchée que lorsque deux capteurs commandent simultanément le déclenchement de ladite étape (23). 8. Dispositif de protection contre l'explosion et l'inoendie d'un transformateur électrique (1) comprenant une cuve (2) remplie de fluide de refroidissement (7) combustible, caractérisé par un moyen capteur de la pression (11) dans ladite cuve (2) et par un moyen pour vidanger partiellement le fluide de refroidissement (7) contenu dans la cuve (2). 9. Dispositif de protection selon la revendication 8, caractérisé par un moyen capteur de vapeur (13) du fluide de refroidissement (7) dans la cuve (2). 10. Dispositif de protection selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé par des moyens capteurs de la température (12) du fluide de refroidissement (7) dans la cuve (2). 11. Dispositif de protection selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé par un moyen capteur du déclenchement (21) d'une cellule d'alimentation du transformateur (1). 12. Dispositif de protection selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé par un boîtier de commande (22) recevant les signaux émis par les moyens capteurs du transformateur (1) et capable d'émettre des signaux de commande. 13. Dispositif de protection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen pour vidanger la cuve (2) comprend une vanne (15) à ouverture déclenchée par un signal de commande du boîtier de commande (22). 14. Dispositif de protection, selon l'une quelconque des revendications 12 ou 13, caractérisé par un moyen de refroidissement des parties chaudes du fluide de refroidissement (7), par injection de gaz inerte (16) dans le bas de la cuve (2). 15. Dispositif de protection selon la revendication 14, caractérisé en ce que le moyen d'injection de gaz inerte (16) comprend un réservoir (17) de gaz sous pression, un détendeur (19) et une vanne (18) à ouverture commandée par un signal de commande du boîtier de commande (22).