Brevet FR2787248A1 — publié le 20000616

INSTALLATION ELECTRIQUE COMPORTANT UN TRANSFORMATEUR, UN COMMUTATEUR DE PRISES HORS TENSION ET UN APPAREILLAGE DE COUPURE EN CHARGE L'invention concerne de manière générale des appareillages électriques à inductance munis d'un commutateur de prises hors tension. On utilise communément les commutateurs de prises hors tension pour modifier le nombre des spires d'un enroulement qui sont parcourues par un courant. En particulier, et comme l'enseigne le document US-A- 4 504 811, ces commutateurs de prises sont utilisés pour les transformateurs triphasés, dans le but d'ajuster le rapport de transformation à la tension désirée. Habituellement, certains des enroulements de chaque phase du primaire ou du secondaire du transformateur sont subdivisés en sections, chaque section étant munie d'une borne ou prise d'entrée. Le commutateur de prises comporte, pour chaque phase, une pluralité de contacts fixes reliés chacun à l'une desdites prises et un contact mobile qui peut être déplacé de façon à se connecter sur l'un quelconque des contacts fixes. En commutant le commutateur de prises, on modifie le nombre des spires actives des enroulements de chaque phase, parcourues par le courant. Une autre utilisation des commutateurs de prises hors tension dans les transformateurs triphasés concerne le passage d'un couplage des enroulements en série à un couplage en étoile. Une autre utilisation concerne le passage d'un branchement en parallèle à un branchement en série des enroulements de chaque phase. Avec une telle architecture, la commutation du commutateur de prises doit impérativement être effectuée hors tension, d'o son nom. En pratique, il est alors nécessaire d'ouvrir un appareil de coupure situé en amont du transformateur. Cette interruption de service n'est pas considérée comme un gros inconvénient, car l'ajustement du rapport de transformation n'est fait que très rarement, pas plus d'un dizaine de fois dans la vie d'un transformateur. qui peut excéder trente ans. Par contre, les risques consécutifs à une mauvaise manipulation lors du changement de prises sont considérables pour les personnes et le matériel. En effet, lorsque le primaire du transformateur est alimenté, la commutation du commutateur de prises engendre un arc électrique qui entraîne la destruction du commutateur. De plus, cet arc peut avoir des conséquences importantes pour la sécurité des biens et des personnes, avec notamment un risque d'explosion car le commutateur de prises est généralement situé à l'intérieur d'une cuve de confinement du transformateur. 2 2787248 On connaît par ailleurs des installations de transformation comportant un transformateur et un appareillage de coupure, situé en amont de celui- ci et destiné entre autres à sa mise hors tension. Cet appareillage de coupure peut être par exemple un disjoncteur, comme décrit dans le document EP-A-0 468 299, ou un interrupteur. L'ouverture de l'appareillage de coupure peut être déclenchée soit manuellement, soit dans des conditions anormales de fonctionnement, notamment lorsque le transformateur est soumis à des conditions de surcharge ou à un défaut interne. La présente invention vise à éliminer tout risque pour les biens et les personnes lors de la manipulation d'un commutateur de prises hors tension dans une installation de transformation électrique. Plus particulièrement, elle vise à éliminer ces risques à faible coût, dans une installation comportant, outre le transformateur, un appareillage de coupure en charge. Selon l'invention, cet objectif est atteint grâce à une installation électrique de transformation comportant: * un transformateur électrique comportant des enroulements primaires et secondaires, formant un circuit primaire comportant une ou plusieurs phases primaires, et un circuit secondaire comportant une ou plusieurs phases secondaires, * un commutateur de prises hors tension comportant * des contacts électriques fixes reliés électriquement aux enroulements, e un ou plusieurs contacts mobiles pontants permettant de réaliser des branchement entre certains desdits contacts fixes, * un organe de commutation du ou des contacts mobiles, permettant de déplacer le ou les contacts mobiles entre une première position dans laquelle ils établissent un premier branchement entre les contacts fixes et une deuxième position dans laquelle ils établissent un deuxième branchement entre les contacts fixes, * un organe de manoeuvre, apte à prendre une première position, une deuxième position et une troisième position, intermédiaire entre les première et deuxième positions, e une chaîne cinématique entre l'organe de manoeuvre et l'organe de commutation, telle que lorsque l'organe de manoeuvre passe de sa première position à sa deuxième position, il entraîne l'organe de commutation de sa première position à sa deuxième position, r,i 3 2787248 i un appareillage de coupure en charge comportant À pour chaque phase du primaire, un pôle apte à prendre une position ouverte correspondant à l'interruption du courant dans la phase et une position fermée correspondant au passage du courant dans la phase, À un mécanisme d'ouverture à accumulation d'énergie, apte à passer d'un état de haute énergie à un état de basse énergie stable et lié à chaque pôle par une chaîne cinématique telle qu'il entraîne le ou les pôles de leur position fermée à leur position ouverte, en passant de son état de haute énergie à son état de basse énergie, le mécanisme d'ouverture étant muni d'un verrou apte à prendre une position de verrouillage dans laquelle il est apte à verrouiller le mécanisme d'ouverture dans son état de haute énergie, et une position de déverrouillage dans laquelle il permet au mécanisme d'ouverture de quitter son état de haute énergie, À des moyens de liaison entre l'organe de manoeuvre du commutateur de prises et le verrou du mécanisme d'ouverture de l'appareillage de coupure en charge, tels que lorsque l'organe de manoeuvre passe de sa première position à sa position intermédiaire, le verrou passe dans sa position de déverrouillage. Préférentiellement, la chaîne cinématique ne transmet pas au mécanisme de commutation le mouvement de l'organe de manoeuvre entre sa première position et sa position intermédiaire, et fait passer le mécanisme de commutation de sa première à sa deuxième position lorsque l'organe de manoeuvre passe de sa position intermédiaire à sa deuxième position. Cette disposition assure un séquencement correct des opération de coupure et de commutation. Selon un mode de réalisation les moyens de liaison comportent une chaîne cinématique entre l'organe de manoeuvre et le verrou. La transmission mécanique permet d'assurer la fiabilité sur de très longues périodes, allant au delà de vingt ans. L'organe de manoeuvre assure alors de façon séquencée sa fonction de commande du commutateur de prises, et une fonction de commande d'ouverture de l'appareillage de coupure. Il est donc possible d'utiliser l'organe de manoeuvre comme organe de commande manuelle d'ouverture de l'appareillage de coupure, ce qui permet d'éliminer une commande manuelle d'ouverture séparée pour l'appareillage de coupure. T- j; 4 2787248 Cette transmission mécanique peut être obtenue grâce à un câble. Elle met à profit la structure habituelle des poignées de manoeuvre des changeurs de prise du commerce, qui doivent être tirées axialement avant de pouvoir être tournées d'une position à l'autre. Alternativement, d'autres moyens sont naturellement possibles. Elle peut être également à pignon et crémaillère. Préférentiellement, l'installation comporte une cuve qui contient le transformateur, les pôles du dispositif de coupure et le ou les commutateurs du commutateur de prises. Cette disposition permet de proposer à l'exploitant une unité prête à l'installation. Elle est particulièrement avantageuse lorsque l'appareillage de coupure fait partie d'un dispositif de protection du transformateur, assurant la coupure du primaire lorsque sont rencontrées des conditions anormales de fonctionnement. On obtient alors sans surcoût notoire une unité auto-protégée. Préférentiellement, les contacts du commutateur de prises sont disposés entre le pôle correspondant de l'appareillage de coupure et les enroulements du transformateur. En effet, cette disposition permet d'assurer que la commutation a lieu hors tension et hors courant. La disposition inverse est également envisageable, mais elle ne permet qu'une commutation hors courant. Alternativement à un liaison cinématique, une liaison non purement mécanique est également envisageable. C'est le cas si le dispositif de coupure en charge comporte des moyens de déclenchement électromécaniques, lesdits moyens de liaison comportent un capteur émettant un signal électrique lorsque l'organe de manoeuvre passe se trouve dans sa troisième position ainsi que des moyens de transmission du signal du capteur aux moyens de déclenchement électromécaniques, les moyens de déclenchement électromécaniques étant aptes à faire passer le verrou de sa position de verrouillage à sa position de déverrouillage en réponse à ce signal. Les moyens de transmission peuvent être de tous ordre, et notamment filaire ou radioélectriques. Avantageusement, l'appareillage de coupure comporte un mécanisme de fermeture apte à entraîner le ou les pôles de leur position ouverte à leur position fermée, l'installation comportant en outre des moyens de liaison entre l'organe de manoeuvre du commutateur de prises et le mécanisme de fermeture de l'appareillage de coupure en charge, tels que lorsque l'organe de manoeuvre se trouve dans sa position intermédiaire, le mécanisme de fermeture ne peut pas entraîner le ou les pôles de leur 2787248 position ouverte à leur position fermée. On évite ainsi le risque d'une refermeture dans une position non indexée du commutateur de prise. Avantageusement, l'appareillage de coupure est un disjoncteur disposé en amont du dispositif de commutation, de sorte qu'il assure également une fonction de protection du transformateur. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre d'un différent mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés dans lesquels: * la figure 1 représente un schéma électrique d'un transformateur selon un premier mode de réalisation de l'invention; * la figure 2 représente une vue en perspective d'une installation de transformation moyenne tension basse tension de distribution selon le premier mode de réalisation de l'invention; * la figure 3 représente une coupe schématisée de l'intérieur de l'installation de la figure 2; * la figure 4 représente schématiquement un commutateur de prise selon l'invention, dans une position de blocage; * la figure 5 représente le commutateur de la figure 5 dans une position intermédiaire de manoeuvre. En référence aux figures 1 et 2, une installation de transformation électrique de distribution comporte un transformateur triphasé moyenne tension / basse tension 1 pourvue d'enroulements primaires 2 et secondaires 3, et confiné dans une cuve étanche 4 remplie d'un diélectrique liquide ou gazeux 5. La face supérieure de la cuve 4 comporte un couvercle 29 sur lequel viennent se fixer un certain nombre de traversées. Chaque phase du circuit primaire du transformateur pénètre dans la cuve 4 par l'intermédiaire d'une traversée moyenne tension 7, alors que la liaison électrique entre les bornes secondaires du transformateur et le circuit basse tension extérieur à la cuve s'effectue par l'intermédiaire d'une traversée unique 28 décrite par ailleurs dans une demande de brevet français portant le numéro de dépôt 98 14172. La traversée coopère avec une extrémité d'un fusible 11. L'autre extrémité du fusible 11 est reliée à une plage de connexion côté source 14 d'un module disjoncteur 15, par l'intermédiaire d'une liaison électrique 16 comportant un conducteur électrique gainé. La traversée et sa liaison au fusible peuvent suivre 6 2787248 l'enseignement de la demande de brevet française portant le numéro de dépôt 98 12517. Le module disjoncteur 15 comporte, pour chaque phase, une ampoule à vide 17 de structure conventionnelle, avec un corps formant une chambre cylindrique contenant un organe de contact fixe 19 (représenté schématiquement sur la figure 1) et un organe de contact mobile 20 guidé axialement dans l'ampoule et prolongé par une tige de commande 21. Une ampoule de ce type est décrite par exemple dans le document US-A-4 323 871. Le disjoncteur est pourvu d'un mécanisme de commande d'ouverture et de fermeture 22 actionné par un levier de manoeuvre 23 qui permet, par un mouvement alternatif de pompage, d'entraîner en rotation un arbre 25 (figure 5) provoquant l'armement d'un ressort d'accumulation puis, une fois un point mort dépassé, la libération impulsive de l'énergie du ressort provoquant la fermeture simultanée des contacts des trois phases. La plage de connexion côté charge du module disjoncteur 15 est reliée aux enroulements primaires 2 du transformateur 1 par l'intermédiaire d'un commutateur de prise 26. Le commutateur comprend de manière connue, d'une réglette 58 mobile en translation et portant des contacts pontants 59. La réglette mobile 58 coulisse le long d'une barrette fixe 60 de connexion portant pour chaque phase deux contacts 61 assurant des départs vers deux points différents des enroulements primaires ainsi qu'un contact relié à la plage côté charge du disjoncteur. Le déplacement de la barrette mobile permet, simultanément pour toutes les phases du primaire, le branchement de la plage côté charge du disjoncteur sélectivement à l'un ou l'autre des points de départ 61 vers l'enroulement primaire correspondant. Le commutateur de prise 26 est représenté sur les figures 4 et 5. Il comporte un sélecteur 30 pourvu d'une manette 32 solidaire d'une couronne 34 dentée elle même solidaire d'un axe 36 guidé en rotation et en translation par rapport à un support fixe 38. La couronne 34 comporte à sa périphérie une succession de dents et de créneaux 42 axiaux, aptes à coopérer avec un téton fixe 44. Un ressort 46 rappelle axialement la couronne 34 vers le téton 44. L'axe 36 du sélecteur est relié cinématiquement à un arbre 50 pourvu d'un pignon 52, par l'intermédiaire d'une chaîne cinématique 54 de sorte qu'un pivotement 7 2787248 angulaire de la manette 32 provoque une rotation correspondante du pignon 52, et qu'une translation de la manette 32 soit sans effet sur la position du pignon 52. Une telle transmission du mouvement peut être effectuée par exemple par l'intermédiaire d'un profil cannelé de l'axe 36 coulissant dans une partie creuse complémentaire de l'arbre 50 solidaire du pignon 52. Classiquement, et conformément au commutateurs de prise du commerce, notamment les commutateurs triphasés à crémaillère commercialisés par la société " ASP, Appareils scientifiques de précision ", cise à Fontaine, Isère, France, le pignon 52 entraîne une crémaillère 56 solidaire de la réglette 58. La couronne 34 est pourvue par ailleurs d'une rainure périphérique radiale 60. Dans cette rainure 60 est engagé un doigt 62 d'un tiroir 64 de transmission libre de se déplacer en translation parallèlement à l'axe 36 du sélecteur 30. Le tiroir 64 est lié cinématiquement, par exemple par l'intermédiaire d'un câble 66, à une tirette 68 munie de deux doigts 70, 72. Le premier doigt 70 coopère avec un cliquet 74 d'un dispositif d'armement 76 comportant une roue à rochet 78. Le deuxième doigt 72 agit sur un verrou d'ouverture 80 du mécanisme de commande, constitué par une demi lune 82 retenant un cliquet d'ouverture 84. Dans la position de la figure 4, le téton 44 est engagée dans un des créneaux 42, de sorte qu'il n'est pas possible de pivoter la manette 32 du sélecteur 30. La réglette mobile 56 est donc immobilisée. La tirette 68 n'interfère ni avec le mécanisme d'armement 76, ni avec le verrou d'ouverture 80, quelles que soient les positions de ceux-ci. Lorsqu'un opérateur manoeuvre la manette 32, il doit dans un premier temps tirer celle-ci, de manière à atteindre la position de la figure 5. Ce mouvement de translation de la manette 32 provoque un déplacement du tiroir 64 qui entraîne la tirette 68, de sorte que les doigts 70, 72 interfèrent respectivement avec le cliquet 74 du mécanisme d'armement 76 et avec la demi-lune d'ouverture 82. Le disjoncteur, quelle qu'ait été sa position antérieure, se retrouve en position ouverte, et il n'est plus alors possible de l'armer. Le circuit électrique est ouvert et aucun courant ne traverse plus les contacts de la réglette. Par ailleurs, le mouvement de translation de la manette 32 a libéré la couronne 34 du téton 44, de sorte qu'il devient possible de tourner la manette 32 autour de son axe et de choisir une nouvelle position angulaire. Chaque créneau 42 correspond a une 8 2787248 position indexée de commutation de la réglette mobile 58. Si la manette 32 est relâchée alors que le téton 44 se trouve au niveau d'une dent 40, entre deux créneaux 42, alors la manette 32 se trouve empêchée de reprendre sa position de repos, la tirette 68 restant dans sa position active d'interférence avec le cliquet du mécanisme d'armement et avec le verrou d'ouverture. Ainsi est évité tout risque électrique dû à un mauvais positionnement de la réglette mobile 58, puisque le circuit reste ouvert et que le réarmement est impossible. Lorsque le téton 44 se retrouve en face d'un créneau 42 et que la manette 32 est relâchée, le ressort 46 rappelle la manette 32 de sorte que le téton 44 entre dans le créneau 42. Naturellement, l'invention n'est pas limitée à l'exemple ci-dessus. En particulier, la chaîne cinématique entre la couronne et le pignon peut être de forme quelconque, pour autant qu'elle réponde à sa fonction. L'entraînement de la réglette mobile par pignon peut d'ailleurs être remplacé par tout autre mode d'entraînement adéquat, notamment par câbles. Par ailleurs, il peut être avantageux de prévoir une transmission à renvoi d'angle, par l'intermédiaire d'un joint de cardan par exemple, entre un arbre creux coopérant avec l'axe cannelé 36 solidaire de la couronne et l'arbre 50 portant le pignon 52. La manette peut être disposée dans une position non perpendiculaire au plan du couvercle de la cuve, par exemple suivant un angle de 45 environ. Il est possible de prévoir une démultiplication dans la chaîne cinématique de transmission 54 du mouvement rotatif de la manette. Pour répondre aux conditions particulières d'utilisation, divers branchements sont possibles, conformément à l'état de la technique. Le nombre de contacts fixes par phase peut être plus important. On prévoit par exemple souvent cinq contacts. Alternativement à la liaison mécanique entre la manette et le verrou d'ouverture, il est possible de prévoir une liaison électrique. L'invention est applicable à tout type de disjoncteur ou d'appareillage de coupure. -u 9 2787248 Elle est applicable à tout type de branchement du commutateur de prise hors tension: branchement de réglage en triangle, branchement de réglage série, branchement de commutation étoile triangle, branchement de commutation série parallèle. 2787248 REVENDICATIONS 1. Installation électrique de transformation comportant: * un transformateur électrique (1) comportant des enroulements primaires (2) et secondaires (3), formant un circuit primaire comportant une ou plusieurs phases primaires, et un circuit secondaire comportant une ou plusieurs phases secondaires, * un commutateur de prises hors tension (26) comportant * des contacts électriques fixes (61) reliés électriquement aux enroulements, e un ou plusieurs contacts mobiles pontants (59) permettant de réaliser des branchement entre certains desdits contacts fixes, * un organe de commutation (58) du ou des contacts mobiles (59), permettant de déplacer le ou les contacts mobiles au moins entre une première position dans laquelle ils établissent un premier branchement entre les contacts fixes (61) et une deuxième position dans laquelle ils établissent un deuxième branchement entre les contacts fixes (61), * un organe de manoeuvre (32), apte à prendre au moins une première position, une deuxième position et une troisième position, intermédiaire entre les première et deuxième positions, e une chaîne cinématique (54) entre l'organe de manoeuvre et l'organe de commutation, telle que lorsque l'organe de manoeuvre passe de sa première position à sa deuxième position, il entraîne l'organe de commutation de sa première position à sa deuxième position, * un appareillage de coupure en charge (15) comportant * pour chaque conducteur d'alimentation du primaire, un pôle apte à prendre une position ouverte correspondant à l'interruption du courant dans le conducteur d'alimentation et une position fermée correspondant au passage du courant dans le conducteur d'alimentation, * un mécanisme d'ouverture (22) à accumulation d'énergie, apte à passer d'un état de haute énergie à un état de basse énergie stable et lié à chaque pôle par une chaîne cinématique telle qu'il entraîne le ou les pôles de leur position fermée à leur position ouverte, en passant de son état de haute énergie à son état de basse énergie, le mécanisme d'ouverture étant muni d'un verrou (82) apte à prendre une position de verrouillage dans laquelle il est apte à verrouiller le mécanisme d'ouverture dans son état de haute énergie, et une position de déverrouillage dans laquelle il permet au mécanisme d'ouverture de quitter son état de haute énergie, il il 2787248 des moyens de liaison (66) entre l'organe de manoeuvre (32) du commutateur de prises et le verrou (82) du mécanisme d'ouverture de l'appareillage de coupure en charge, tels que lorsque l'organe de manoeuvre (32) passe de sa première position à sa position intermédiaire, le verrou (32) passe dans sa position de déverrouillage. 2. Installation selon la revendication 1, dans laquelle la chaîne cinématique (54) ne transmet pas à l'organe de commutation (58) le mouvement de l'organe de manoeuvre (32) entre sa première position et sa position intermédiaire, et fait passer l'organe de commutation (58) de sa première à sa deuxième position lorsque l'organe de manoeuvre (32) passe de sa position intermédiaire à sa deuxième position. 3. Installation selon la revendication 1, dans laquelle les moyens de liaison (66) comportent une chaîne cinématique entre l'organe de manoeuvre (32) et le verrou (82). 4. Installation selon la revendication 1, qui comporte une cuve (4) qui contient le transformateur (1), les pôles du dispositif de coupure et les contacts (59, 61) du commutateur de prises. 5. Installation selon la revendication 1, dans laquelle les contacts (59, 61) du commutateur de prises sont branchés entre le pôle correspondant de l'appareillage de coupure (15) et les enroulements (2,3) du transformateur. 6. Installation selon la revendication 1, dans laquelle le dispositif de coupure en charge (15) comporte des moyens de déclenchement électromécaniques, et dans laquelle lesdits moyens de liaison (66) comportent un capteur émettant un signal électrique lorsque l'organe de manoeuvre se trouve dans sa troisième position ainsi que des moyens de transmission du signal du capteur aux moyens de déclenchement électromécaniques, les moyens de déclenchement électromécaniques étant aptes à faire passer le verrou de sa position de verrouillage à sa position de déverrouillage en réponse à ce signal. 7. Installation selon la revendication 1, dans laquelle l'appareillage de coupure comporte un mécanisme de fermeture apte à entraîner le ou les pôles de leur position ouverte à leur position fermée, et comportant des moyens de liaison entre l'organe de manoeuvre du commutateur de prises et le mécanisme de fermeture de l'appareillage de coupure en charge, tels que lorsque l'organe de manoeuvre se trouve 12 2787248 dans sa position intermédiaire, le mécanisme de fermeture ne peut pas entraîner le ou les pôles de leur position ouverte à leur position fermée. 8. Installation selon la revendication 1, dans laquelle l'appareillage de coupure est un disjoncteur disposé en amont du dispositif de commutation.