Brevet FR2759212A1 — publié le 19980807

L'invention se rapporte à un coupe-circuit qui, dans une situation de panne, est conçu pour déconnecter un appareil électrique, tel qu'un transformateur de distribution, d'un réseau à moyenne tension ou d'un réseau à haute tension, au niveau de chaque borne, et qui comprend, pour chaque phase, au moins un contact fixe et un contact mobile pouvant être mis en contact et hors de contact avec le contact fixe, chaque contact mobile étant fixé à un arbre tournant du coupe-circuit, le coupe-circuit étant simultanément relié électriquement en série avec un fusible haute tension placé au niveau de chaque phase. En raison des conditions de qualité exigée de plus en plus contraignantes s'appliquant au réseau électrique, le nombre des interruptions d'utilisation d'une ligne de distribution d'énergie électrique doit être minimisé, et leur durée doit être raccourcie autant que possible. Lorsqu'une panne se produit dans un transformateur de distribution, la durée d'interruption de l'utilisation du courant électrique alimentant la ligne est raccourcie grâce à une déconnexion automatique immédiate du transformateur du réseau électrique, car la ligne peut être maintenue en permanence sous tension pendant la recherche de la panne et pendant les travaux préparatoires au remplacement d'un transformateur défectueux. Les transformateurs de distribution isolés par de l'huile posent un problème particulier en ce que, si une panne se produit dans un enroulement d'un transformateur, l'huile pour transformateur contenue dans la cuve du transformateur s'échauffe en provoquant la génération d'un mélange gazeux dans la cuve. Dans le pire des cas, la pression s'élève à un tel point dans la cuve que la cuve éclate et que de l'huile pour transformateur s'écoule sur le sol en posant des problèmes visà-vis de l'environnement, des risques d'embrasement du sol ou autre ou, dans le pire des cas, un risque d'explosion mettant en péril des vies humaines. Le personnel de maintenance est soumis à un risque particulièrement important lorsqu'il examine un transformateur sous tension défectueux. Les transformateurs de distribution et de nombreux transformateurs spéciaux sont caractérisés en ce que leurs dispositifs de protection doivent agir sans tension d'alimentation auxiliaire, sont éventuellement situés à l'extérieur, sont soumis à des conditions d'environnement sévères, raison pour laquelle les solutions connues dans le domaine des transformateurs haute tension et mises en oeuvre au moyen de relais de protection et de coupe-circuit ne peuvent pas être utilisées de façon économique à cet égard. Une solution connue aux pannes éventuelles dlun transformateur de distribution consiste à munir le côté primaire du transformateur de fusibles haute tension. Cependant, cette solution présente l'inconvénient qu'un transformateur pour courant diphasé ou triphasé reste sous tension dans une situation de panne, car chaque phase est protégée par son propre fusible. Lorsque le fusible d'une phase d'un transformateur pour courant triphasé saute, le courant continue de circuler dans celui-ci. En outre, lorsque l'on utilise des fusibles à limite de courant normaux, il se pose un problème de coordination, c'est-à-dire une situation dans laquelle le courant n'est pas interrompu par le claquage d'un fusible, mais continue à circuler et provoque une élévation de pression à l'intérieur du fusible jusqu'à ce que le fusible explose. La norme IEC 282-1 (1985) n'impose pas de capacité de coupure aux fusibles haute tension pour de faibles surintensités (généralement inférieures à 3 * In). En outre, par exemple, un court-circuit d'un cycle peut provoquer un courant de panne si faible qu'il ne peut pas être distingué de l'intensité du courant du primaire, et en particulier ne peut pas être protégé au moyen de fusibles, mais une panne de ce type provoque cependant une élévation de la température et de la pression dans la cuve du transformateur, et l'échauffement local de l'huile provoque un dégagement de gaz. Le brevet français 2 712 730 décrit une solution selon laquelle le circuit primaire d'un transformateur comprend au niveau de chaque phase deux fusibles haute tension de types différents en série avec un coupe-circuit triphasé. Le coupecircuit s'ouvre lorsque les propriétés du liquide diélectrique du transformateur changent et franchissent une valeur de seuil préétablie. Cette solution élimine le problème de coordination posé par la protection par fusible, mais laisse cependant le transformateur sous tension au niveau d'un nombre réduit de bornes dans une situation de panne, si le coupe-circuit ne s ouvre pas. En outre, il faut tant de place pour placer les deux fusibles reliés en série au transformateur que le transformateur standard utilisé ne peut pas être remplacé en tant que tel par une solution de ce type sans modifications. Entre autres applications voisines, on peut citer la norme IEC 420 "combinaisons disjoncteur-fusible pour courant alternatif haute tension", qui définit les propriétés électriques et de mise en oeuvre des coupe-circuit à fusible conçus pour l'utilisation en courant alternatif dans le domaine des moyennes tensions. En ce qui concerne les coupe-circuits à fusible utilisant des fusibles haute tension comme dispositifs de déclenchement, on peut mentionner que, du fait que les conditions requises d'intensité admissible sont jusqu'à des douzaines de fois plus élevées que les différentes exigences du domaine d'application de l'invention, lesdits coupe-circuits à fusible seront toujours munis en pratique de mécanismes compliqués déclenchés par une broche de déclenchement d'un percuteur de fusible, pour en augmenter la puissance. Par exemple, le coupe-circuit d'un transformateur de distribution de 160 kVA aura un courant nominal de coupure de 15 A, alors que les intensités admissibles les plus basses des coupecircuit sont de 630 A. Le but de la présente invention consiste à éliminer les inconvénients ci-dessus. Ce but est atteint au moyen d'un coupe-circuit, qui est caractérisé en ce que l'arbre du coupecircuit est muni d'au moins un mécanisme articulé à ressort destiné à maintenir les contacts sous tension en position connectée, et à les repousser jusqu'à la position déconnectée extrême lorsqu'il est déconnecté, en faisant franchir le point mort de sa rotation à l'arbre, et en ce que l'arbre est muni, au niveau de chaque phase, d'un bras de levier, chaque bras de levier étant conçu pour faire tourner, au moyen d'une broche de déclenchement d'un percuteur du fusible haute tension, l'arbre du coupe-circuit, et ainsi les contacts mobiles de toutes les phases, depuis ladite position de connexion jusqu'à franchir ledit point mort de rotation dudit arbre. Du fait que le mécanisme de coupure conforme à l'invention coupe toujours la tension de toutes les phases dans une situation de panne, les enroulements du transformateur restent totalement sans tension ni courant, bien que seul le fusible d'une phase ait sauté. Le transformateur tombé en panne ne s'échauffe donc pas, et aucun mélange gazeux susceptible d'explosion n'est généré, c'est pourquoi on peut examiner le transformateur et le remplacer par un neuf en toute sécurité. Le problème de coordination du fusible est éliminé, car lorsque le fusible saute, le coupe-circuit s'ouvre et coupe le courant, et une explosion du fusible est ainsi évitée. Dans la solution de l'invention, un seul fusible est nécessaire pour chaque phase d'alimentation. Si le fusible est intégré dans un isolateur à conducteur interne, le transformateur peut être doté de dimensions mécaniques qui le rendent interchangeable avec un transformateur classique sans protection. Le coupe-circuit du transformateur conforme à l'invention est en outre caractérisé en ce que le coupe-circuit peut être réglé pour une condition de fonctionnement lors de l'assemblage du transformateur. La limite de déclenchement de l'agencement peut être dimensionnée de telle manière que le coupe-circuit ne s'ouvre pas lors d'une commutation quelconque ou d'une situation de surcharge du transformateur, mais uniquement si le transformateur est en panne. Le mécanisme peut ainsi être remis en condition de fonctionnement lors de la maintenance et de la réparation du transformateur, et aucun mécanisme extérieur séparé n'est alors nécessaire pour commander le coupe-circuit. D'autres avantages, buts et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description ci-dessous du mode de réalisation préféré de l'invention, ladite description s'appuyant sur les figures annexées dans lesquelles - la figure 1 représente une vue en perspective d'un mécanisme de coupe-circuit, - la figure 2 représente une vue de côté du mécanisme de coupe-circuit de la figure 1 positionné dans une cuve, au couvercle de laquelle sont fixés des fusibles haute tension, - la figure 3 représente plus en détail un isolateur à conducteur interne conforme à la figure 2, dans lequel est intégré un fusible, et - la figure 4 représente une vue d'ensemble du pivotement de l'arbre du coupe-circuit. Les composants fondamentaux d'un coupe-circuit conforme à l'invention sont des contacts mobiles 1 prévus pour chaque phase d'un transformateur, et des contacts fixes 2 respectifs coopérant avec les contacts mobiles. Les extrémités 4 d'un enroulement primaire du transformateur sont reliées aux contacts fixes 2, qui sont fixés à une tige de fixation 3 faite d'un matériau isolant diélectrique. D'autre part, la tige de fixation 3 est fixée à des parties de châssis 21 du coupe-circuit. Les contacts mobiles 1 en forme de U sont montés sur un arbre 6, parallèle à la tige de fixation 3 et montés dans des paliers sur les parties de châssis 21 à des emplacements 7, afin de lui permettre de tourner autour de son axe. Les contacts 1 sont conçus pour agir simultanément au moyen de l'arbre 6, et la force de contact entre les contacts 1 et 2 est assurée chaque fois par un ressort 5 tendu entre les branches la et lb du contact mobile 1. En outre, en raison de la forme en U des contacts mobiles 1, leur force de contact augmente lorsque le courant augmente, et par conséquent, le contact 1 supporte une situation de coupe-circuit du côté secondaire du transformateur et les courants élevés provoqués par une panne dans 1 ' enroulement. Conformément aux figures 2 et 3, le coupe-circuit est immergé dans une cuve 20 remplie de liquide diélectrique, cuve qui garantit le fonctionnement du coupe-circuit même si la protection (non représentée sur les figures) qui entoure le système tout entier fuit. Chaque phase du primaire comprend un fusible haute tension 17 connu depuis l'utilisation des coupe-circuit à fusible, lequel fusible est intégré dans un isolateur respectif 16 à conducteur interne fixé à un couvercle 22 de la cuve 20, et relié électriquement en série au coupe-circuit. Lorsque le mécanisme de coupe-circuit est dans la position fermée représentée sur les figures 1 et 2, une électrode 23 de l'extrémité inférieure du fusible 17 est en contact avec l'arbre 6 du contact mobile 1 par l'intermédiaire d'un bras de levier 8 respectivement disposé sur le contact mobile 1, tandis que le contact mobile 1 est connecté au contact fixe 2. A l'extrémité inférieure du fusible 17, se trouve en outre un percuteur 18 qui se déclenche lorsque le fusible saute. Une partie importante du percuteur 18 est une broche de déclenchement 19 qui jaillit hors de l'extrémité du fusible 17. Lorsque le fusible 17 saute, le mouvement de la broche de déclenchement 19 est transmis à l'arbre 6 par l'intermédiaire du bras de levier 8. Le mécanisme de coupe-circuit comprend en outre au moins un mécanisme articulé à ressort comprenant un étrier 9 fixé à l'arbre 6, un taquet 11 fixé à l'étrier par un boulon goupillé 10, une extrémité du taquet étant fixée à la tige 3 au moyen d'un support 24, et un ressort de compression 11 monté autour du taquet 11, lequel ressort, dans la position fermée des contacts 1 et 2, pousse légèrement le mécanisme de coupecircuit au-delà du point mort de rotation de l'arbre 6, et empêche des déclenchements involontaires provoqués par des chocs ou des vibrations. Le point mort de rotation de l'arbre 6 représente la ligne C indiquée sur la figure 4 (la ligne s'étendant entre une extrémité du taquet 11, une goupille de fixation 26 du support 24, et l'axe de l'arbre 6), ce qui fait que l'arbre 6 pivote dans la direction opposée lorsque le boulon goupillé 10 traverse ladite ligne C suite à l'entrée en fonction de la broche de déclenchement 19. Par conséquent, lorsque le fusible 17 agit, le déplacement de sa broche de déclenchement 19 fait tourner l'arbre 6, ainsi que les contacts mobiles 1 de toutes les phases, depuis la position fermée en direction de la position ouverte au-delà dudit point mort. Après que l'arbre 6 ait été amené à franchir le point mort de rotation de l'arbre par la force de la broche de déclenchement 19, la force du ressort 12 du mécanisme articulé à ressort continue à faire tourner l'arbre 6, et donc les contacts mobiles 1, jusqu'à la position extrême d'ouverture à une vitesse suffisante pour que l'arc électrique provoqué par le courant interrompu s'interrompe. Cette rotation est représentée sur la figure 1 par les flèches A et B. Lorsque les contacts 1 et 2 et également 1 et 23 s'ouvrent, deux arcs électriques en série augmentent la résistance de l'arc électrique et font cesser l'arc électrique, mieux qu'un seul contact. L'interruption est basée sur le phénomène de refroidissement du contact, provoqué par l'huile utilisée comme liquide diélectrique, et sur un déplacement de l'huile, lequel déplacement peut être intensifié en formant le contact mobile 1 de façon appropriée ou en le munissant d'une aile 27, par exemple, qui est disposée entre les branches la et lb du contact 1. En outre, le mécanisme de coupe-circuit a été équipé d'un mécanisme de déclenchement mécanique, comprenant un soufflet étanche 13 contenant du gaz. Lorsque la pression régnant dans la cuve du transformateur ou dans le boîtier 20 du mécanisme de coupe-circuit dépasse la valeur de seuil préétablie, le soufflet 13 s'écrase et actionne une broche de déclenchement 14, qui, grâce à la force du ressort 15, fait tourner l'arbre 6 et les contacts 1 de toutes les phases depuis la position fermée en direction de la position ouverte en franchissant le point mort de rotation dudit arbre décrit cidessus. Ensuite, le mécanisme articulé à ressort 9 à 12 ouvre le coupe-circuit de la même manière que lors d'un déclenchement provoqué par un fusible. Le point de consigne du déclenchement par surpression dépend légèrement de la température du liquide dans la cuve ou dans le boîtier 20, car la pression de gaz à l'intérieur du soufflet 13 varie conformément à la formule générale p*V/T = constante. Encore un autre mécanisme articulé à ressort 9 à 12 est de préférence fixé à côté de cet agencement, grâce à quoi ces deux mécanismes 9 à 12 garantissent une force suffisante pour maintenir la connexion et une force suffisante pour pousser le coupe-circuit vers la position d'ouverture extrême dans toutes les situations. En plus de la protection par fusible et par surpression, le système peut également être complété par des protections se déclenchant sur la base de la température de l'huile et des enroulements et sur la base d'un abaissement de niveau de la surface du liquide, lesquelles protections ne sont pas représentées de façon séparée sur les dessins. Les protections dépendant de la température peuvent comprendre un capteur de température agencé en liaison avec le coupe-circuit, tel qu'un moyen de bilame ou un capteur à tube capillaire muni d'une broche de déclenchement. De façon correspondante, le déclenchement de la protection par un abaissement de niveau de la surface du liquide peut comprendre un flotteur également muni d'une broche de déclenchement. Ces broches sont disposées de façon à faire tourner l'arbre 6 du coupe-circuit au moyen de bras de levier appropriés au-delà du point mort de rotation de l'arbre lorsque la température admissible est dépassée et que la valeur de niveau du liquide admissible s'abaisse, de la même manière que dans le cas de la protection par fusible et de la protection par surpression décrites ci-dessus. En outre, un déclencheur électromagnétique peut être agencé en liaison avec le coupe-circuit afin de faire tourner l'arbre 6 du coupe-circuit par commande à distance électrique, par exemple, mais par ailleurs de la manière décrite ci-dessus, et pour déconnecter ainsi les contacts 1 et 2, lorsqu'une quelque autre raison particulière l'impose. Des informations par contacts auxiliaires sur l'état du coupe-circuit peuvent en outre être détectées au moyen d'au moins un contact auxiliaire, par exemple afin d'être transmises au moyen d'un système de commande à distance au superviseur du fonctionnement. L'arbre 6 du coupe-circuit peut également se prolonger à travers les parois des structures qui entourent le coupe-circuit, grâce à quoi il devient possible d'agencer un affichage extérieur mécanique des données de position et de régler de nouveau le coupe-circuit depuis l'extérieur du transformateur. On doit noter en outre que le bras de levier fixé à l'arbre 6 et destiné au moyen de déclenchement peut également être intégré dans le contact mobile 1. De façon correspondante, des bras de levier séparés peuvent être utilisés pour les dispositifs de déclenchement différents, ou certains dispositifs de déclenchement peuvent avoir un bras de levier commun. La description ci-dessus de l'invention est uniquement destinée à illustrer l'invention. L'homme de l'art pourra cependant mettre en oeuvre ces détails en restant dans la portée des revendications annexées de très nombreuses manières, en plus de celles décrites ci-dessus. REVENDICATIONS 1. Coupe-circuit, qui, dans une situation de panne, est conçu pour déconnecter un appareil électrique, tel qu'un transformateur de distribution, d'un réseau à moyenne tension ou d'un réseau à haute tension au niveau de chaque borne, lequel coupe-circuit comprend au niveau de chaque phase au moins un contact fixe (2) et un contact mobile (1) pouvant être mis en et hors de contact avec le contact fixe, chaque contact mobile étant fixé à un arbre tournant (6) du coupe-circuit, et le coupe-circuit étant simultanément relié électriquement en série à un fusible haute tension (17) placé au niveau de chaque phase, caractérisé en ce que l'arbre (6) du coupe-circuit est muni d'au moins un mécanisme articulé à ressort (9 à 12) destiné à maintenir les contacts (1, 2) sous tension lorsqu'il est dans la position connectée, et destiné à les écarter jusqu'à la position de déconnexion extrême lorsqu'il est déconnecté, tandis que l'arbre (6) est amené à franchir le point mort de sa rotation, et en ce que l'arbre (6) est muni, au niveau de chaque phase, d'un bras de levier (8), chaque bras de levier étant conçu pour faire tourner, au moyen d'une broche de déclenchement (19) d'un percuteur (18) du fusible haute tension (17), l'arbre (6) du coupe-circuit et donc les contacts mobiles (1) de toutes les phases depuis ladite position connectée jusqu'à franchir ledit point mort de rotation dudit arbre. 2. Coupe-circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est disposé à l'intérieur d'une protection de l'appareil électrique, telle qu'une cuve d'un transformateur de distribution. 3. Coupe-circuit selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est immergé dans un liquide diélectrique. 4. Coupe-circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une cuve (20) est disposée autour du coupe-circuit afin de maintenir le coupe-circuit dans le liquide diélectrique. 5. Coupe-circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un fusible haute tension (17) est disposé au moins en partie à l'intérieur d'un isolateur à conducteur interne (16), qui est fixé à la paroi de l'enveloppe de l'appareil électrique ou à un couvercle (22) de la cuve (20). 6. Coupe-circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une extrémité (23) du fusible haute tension (17) sert, au niveau de chaque phase, de contact fixe du coupe-circuit. 7. Coupe-circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bras de levier (8) est un moyen indépendant. 8. Coupe-circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le bras de levier est intégré dans un contact mobile. 9. Coupe-circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un soufflet (10) est agencé en liaison avec le coupe-circuit, lequel soufflet est muni d'une broche de déclenchement (14) conçue pour faire tourner l'arbre (6) du coupe-circuit au moyen du bras de levier au-delà du point mort de rotation de l'arbre, lorsque la pression du liquide diélectrique dépasse la valeur de seuil préétablie. 10. Coupe-circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un moyen de bilame est agencé en liaison avec le coupe-circuit, le moyen étant muni d'une broche de déclenchement conçue pour faire tourner l'arbre (6) du coupe-circuit par l'intermédiaire du bras de levier en lui faisant franchir le point mort de rotation de l'arbre, lorsque la température du liquide diélectrique dépasse la valeur de seuil préétablie. 11. Coupe-circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un flotteur est agencé en liaison avec le coupe-circuit, le flotteur étant muni d'une broche de déclenchement conçue pour faire tourner l'arbre (6) du coupe-circuit par l'intermédiaire du bras de levier en lui faisant franchir le point mort de rotation de l'arbre, lorsque le niveau du liquide est en dessous de la valeur préétablie. 12. Coupe-circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un dispositif de déclenchement électromagnétique est agencé en liaison avec le coupe-circuit afin de faire tourner l'arbre (6) du coupecircuit par l'intermédiaire du bras de levier en lui faisant franchir le point mort de rotation de l'arbre. 13. Coupe-circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un capteur de température, tel qu'un capteur à tube capillaire ou un moyen de bilame, muni d'un dispositif de déclenchement, est en outre agencé en liaison avec le coupe-circuit, le dispositif de déclenchement étant conçu pour faire tourner l'arbre du coupecircuit par l'intermédiaire du bras de levier en lui faisant franchir le point mort de rotation de l'arbre, lorsque la température des enroulements de l'appareil électrique dépasse la valeur de seuil préétablie. 14. Coupe-circuit selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que le bras de levier est le même bras de levier que celui prévu en liaison avec le fusible haute tension. 15. Coupe-circuit selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que le bras de levier est un bras de levier séparé destiné audit moyen. 16. Coupe-circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le coupecircuit est muni d'au moins un contact auxiliaire destiné à transmettre des données de position du coupe-circuit. 17. Coupe-circuit selon l'une quelconque des revendications 2 à 15, caractérisé en ce qu'au moins une extrémité de l'arbre (6) du coupe-circuit s'étend à travers la paroi de la protection de l'appareil électrique, et est munie d'un dispositif d'indication de position permettant de détecter la position du coupe-circuit depuis l'extérieur de l'appareil. 18. Coupe-circuit selon l'une quelconque des revendications 2 à 17, caractérisé en ce qu'au moins une extrémité de l'arbre (6) du coupe-circuit s'étend à travers la paroi de la protection de l'appareil électrique afin de permettre de régler le coupe-circuit sur la position de fonctionnement depuis l'extérieur de l'appareil.