Brevet FR2803117A1 — publié le 20010629

COMBINE SECTIONNEUR D' ISOLEMENT, SECTIONNEUR DE TERRE POUR UNE INSTALLATION ELECTRIQUE HAUTE TENSION BLINDEE L'invention concerne un appareil combiné sectionneur d'isolement, sectionneur de terre et une installation électrique haute tension comportant un tel appareil. Le schéma unifilaire d'une travée d'un poste haute tension de l'état de la technique est représenté sur la figure 1 et met en oeuvre trois principaux types d'appareillage : un disjoncteur des sectionneurs d'isolement 12, 14 et des sectionneurs de mise ' la terre 16, 18 disposés entre une arrivée de ligne 20 et un jeu de barres 22. Côté ligne, l'unifilaire complété par un sectionneur de mise à la terre avec pouvoir de fermeture sur court-circuit 23. L'exploitation d'une telle travée est régie par des règles privilégiant sécurité d'exploitation. En premier lieu, on utilise le disjoncteur pour interrompre les courants de défaut ou les courants nominaux et supporter les tensions transitoires de rétablissement immédiatement après coupure. Par ailleurs, on ne laisse pas en général un disjoncteur ouvert sans ouvrir aussitôt les deux sectionneurs l'encadrant : sont en effet les sectionneurs qui possèdent la tenue diélectrique la distance de sectionnement prévue par la coordination de l'isolement. On veille également à qu'un sectionneur de mise à la terre ne puisse être fermé que un tronçon de barre isolé à ses deux extrémités par un sectionneur ouvert. Enfin, on ne laisse pas tronçon de barre de poste sous enveloppe métallique à un potentiel indéterminé : on ferme les sectionneurs de mise à la terre pour assurer une mise ' la terre effective de ces segments de barre. Pour suivre ces règles d'exploitation, l'isolement de l'arrivée ligne 20 par rapport au jeu de barre 22, se déroule en trois étapes successives : interruption du courant de défaut ou du courant nominal par le disjoncteur 10, puis ouverture des deux sectionneurs 14 encadrant le disjoncteur pour assurer la distance d'isolement ' -à- vis de la ligne ou de la barre qui peuvent être sous tension, puis fermeture des sectionneurs mise à la terre 16, 18, pour assurer une mise à la terre effective des deux segments de barres non alimentés. Dans le cas du raccordement d'une ligne ou d'un transformateur au jeu de barre la séquence inverse est utilisée : ouverture des sectionneurs de mise à la terre 16, 18, puis fermeture des sectionneurs d'isolement 12, 14, puis fermeture du disjoncteur 10. Dans le but simplifier la structure du poste haute tension, on peut regrouper fonctions de sectionneur d'isolement et de sectionneur de mise à la terre sans changer les principes l'exploitation. Un tel appareil combiné sectionneur d'isolement sectionneur de terre doit posséder une tenue diélectrique entrée/sortie supérieure à la tenue phase/terre afin d'assurer le respect de la coordination de l'isolement. Il doit en outre assurer la fermeture du sectionneur de terre sur un tronçon de barre après séparation de ce tronçon de barre d'une éventuelle source de tension par un sectionneur isolement. référence au schéma unifilaire de la figure 2, le regroupement de fonctions peut être réalisé de la façon suivante : un sectionneur combiné 24 comportant une connexion de branchement 25, une connexion de raccordement 26 et une connexion de mise à la terre ainsi qu'un organe mobile 28, s'ouvre de la position de raccordement A à la position de mise à la terre C en passant fugitivement, c'est-' dire sans arrêt, par une position intermédiaire fugitive B, qui assure à la fois une tenue diélectrique avec la phase et avec la terre. Cette position intermédiaire fugitive correspond à une configuration sectionneur ouvert et mise à la terre ouverte. manoeuvre de l'appareil donne lieu à un mouvement continu de l'organe mobile qui peut être décomposé en trois séquences successives tant à l'ouverture qu'à la fermeture. A l'ouverture, l'organe mobile s'éloigne dans un premier temps du contact A jusqu'à établir la tenue diélectrique ("distance de sectionnement") souhaitée tout en gardant une tenue diélectrique phase/terre sur le tronçon à isoler ; dans un deuxième temps, l'organe mobile passe dans un secteur angulaire contenant la position et dans lequel la tenue diélectrique est assurée aussi bien par rapport au contact A que par rapport à la terre C, ce secteur angulaire pouvant d'ailleurs le cas échéant être réduit à la seule position fugitive B ; dans un troisième temps enfin, l'organe mobile met à la terre le tronçon précédemment isolé. A la fermeture, l'organe mobile 28 assure tout d'abord la déconnexion de la terre du tronçon que l'on veut mettre sous tension jusqu'à l'établissement de la tenue diélectrique phase/terre ; dans un deuxième temps, l'organe mobile passe dans un secteur angulaire dans lequel la tenue diélectrique est assurée aussi bien par rapport au contact A que par rapport à la terre ; puis dans un troisième temps, l'organe mobile 28 met sous tension le tronçon considéré par la fermeture de la partie sectionneur d'isolement. Typiquement, le tronçon est intégré dans une travée de poste dont le schéma unifilaire est représenté sur la figure 3. La travée comporte un tronçon intégrant un disjoncteur 10 ou un disjoncteur sectionneur, encadré par deux tronçons identiques selon l'invention, comportant chacun un combiné 24 sectionneur d'isolement, sectionneur de terre. Côté ligne, l'unifilaire est complété par un sectionneur de mise à la terre avec pouvoir de fermeture sur court-circuit 23. En cas d'utilisation d'un disjoncteur-sectionneur, on peut encore simplifier le schéma unifilaire, en éliminant le combiné sectionneur d'isolement, sectionneur terre du côté ligne, suivant le schéma de la figure 4. Mais on est obligé de conserver le combiné sectionneur d'isolement, sectionneur de terre côté jeu de barre pour questions de disponibilité du poste. En effet, un défaut sur une travée ne doit pas affecter l'ensemble du poste. Pour cela il est indispensable de pouvoir isoler, par le combiné sectionneur isolement, sectionneur de terre, la travée du reste du poste. document US 3 886336 décrit dans son principe une installation électrique comportant des combinés unipolaires ayant les fonctions de sectionneur 'isolement et sectionneur de mise à la terre. L'élément mobile du combiné est tige mobile en translation suivant son axe. Le document EP 0 684 673 décrit une installation électrique de commutation blindée, comportant au moins un pôle de commutateur et un sectionneur rotatif à couteau qui, dans une première position, relie le pôle de commutateur à une barre omnibus et, dans une deuxième position, relie le pôle de commutateur à la terre. Si l' souhaite assurer le séquencement correct avec passage par une zone assurant simultanément la tenue diélectrique entre le couteau et le pôle de commutateur et la tenue diélectrique entre le couteau et la terre, les dimensions du combiné doivent être importantes, de manière à ce que les bornes de mises à la terre et de branchement de la phase soient éloignées du couteau dans la position intermédiaire, et que les distances de sectionnement soient respectées. Il s'ensuit un encombrement d'autant plus important que la tension est élevée. présente invention vise à rendre plus compact un tel combiné destiné à un matériel haute tension, par exemple un appareil ayant une tension assignée supérieure ou égale à kV. Selon l'invention, cet objectif est atteint grâce à combiné sectionneur d'isolement, sectionneur de terre, pour une installation électrique haute tension blindée à isolation gazeuse comportant au moins un premier tronçon d'installation et un deuxième tronçon d'installation, ainsi qu'un branchement à la terre, le combiné comportant - un ou plusieurs pôles, chaque pôle comportant - une connexion de branchement apte à être connectée au premier tronçon d'installation électrique, - une connexion de mise à la terre apte à être connectée au branchement à la terre - une connexion de raccordement apte à être connectée au deuxième tronçon de l'installation électrique, - un couteau de contact relié électriquement à la connexion de branchement, mobile en rotation autour d'un axe géométrique fixe et comportant une extrémité libre saillant radialement par rapport audit axe, le couteau étant apte à prendre une première position stable dans laquelle il relie la connexion de branchement à la connexion de raccordement et une deuxième position stable de mise à la terre dans laquelle il relie la connexion de branchement à la connexion de mise à la terre, - un mécanisme d'entraînement apte à entraîner le ou les couteaux de la première position stable à la position stable de mise à terre, en passant par une position intermédiaire d'isolement, combiné dont chaque pôle comporte en outre deux écrans métalliques fixes parallèles, au potentiel électrique du couteau appartenant au même pôle, s'étendant radialement par rapport à l'axe géométrique et agencés de manière telle dans sa position d'isolement, l'extrémité libre saillante du couteau se trouve située entre les deux écrans metalliques. effet, l'extrémité libre du couteau forme une pointe qui concentre les lignes de champ. L'écran permet de réduire la courbure des surfaces équipotentielles, donc de limiter l'effet de pointe pendant l'ensemble du mouvement d'ouverture ou de fermeture. 'férentiellement, le mécanisme d'entraînement est apte à entrainer le ou les organes de contact mobiles, de manière continue et sans arrêt intermédiaire de la première position stable à la position stable de mise à la terre, en passant fugitivement par la position d'isolement. Le mécanisme d'entraînement et sa commande s'en trouvent grandement simplifiés, puisqu'il n'est pas nécessaire de prévoir contacts auxiliaires spécifiques à la position intermédiaire d'isolement. Avantageusement, le combiné comporte une enveloppe hermétique munie d'une première bride de fixation à une enveloppe métallique du premier tronçon, et d'une deuxième bride de fixation à une enveloppe métallique du deuxième tronçon, ces deux brides étant disposées dans deux plans perpendiculaires. Selon un mode de réalisation, l'enveloppe du combiné comporte en outre une troisième bride de fixation coaxiale avec la deuxième bride de fixation. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1, déjà commentée, représente un schéma unifilaire d'une travée de poste électrique haute tension de l'état de la technique ; la figure 2, déjà commentée, représente un schéma unifilaire d'un combiné sectionneur d'isolement, sectionneur de mise à la terre ; la figure 3 représente un schéma unifilaire d'une travée standard mettant en oeuvre deux combinés selon la figure 2 ; la figure 4 représente un schéma unifilaire d'une travée simplifiée mettant en oeuvre un combiné selon la figure 2 la figure 5 représente une vue en perspective et partiellement en coupe axiale d'un combiné sectionneur d'isolement, sectionneur de mise à terre selon l'invention, en position fermée ; la figure 6 représente une vue en coupe suivant un plan transversal VI-VI du combiné de la figure 5, en position fermée ; la figure 7 représente une coupe dans un plan axial VII- du combiné de la figure 5, en position fermée ; la figure 8 représente une vue de dessous du combiné la figure 5, en position de mise à la terre ; la figure 9 représente une vue en coupe suivant le plan transversal IV-IV, en position de mise à la terre. En référence aux figures 3 à 5, un tronçon d'une installation très haute tension blindée modulaire comporte un appareil triphasé dit combiné assurant les fonctions de sectionneur d'isolation et de sectionneur de mise à la terre. Ce combiné 30 est muni jeu 32 de connexions de branchement 32a, 32b, 32c, jeu 34 de connexions de terre 34a, 34b, 34c et d'un jeu 36 de connexions de raccordement 36a, 36b, 36c ainsi d'un organe de contact mobile 38 permettant de relier electriquement le jeu de connexions de branchement 32 alternativement au jeu de connexions de terre 34 ou au de connexions de raccordement 36. combiné 30 est confiné dans une enveloppe métallique 40 munie de quatre brides de montage, dont l'une 42 permet la fixation hermétique d'un couvercle 44, les trois autres 48, 50 étant destinées à être assemblées de manière hermétique à d'autres tronçons de l'installation. Une fois montée dans l'installation, l'enveloppe 40 est remplie par un gaz à tenue diélectrique élevée, par exemple de l'hexafluorure de soufre. L'enveloppe 40 est reliée électriquement à la terre par des moyens appropriés, non représentés. Chaque connexion 36a, 36b, 36c du jeu 36 de connexions de raccordement comporte une pince de raccordement 50a, 50b, 50c située entre deux raccords en S 52a, 52b, 52c, 54a, 54b, 54c. Les pinces de raccordement 50a, 50b, 50c sont alignées parallèlement à un même plan parallèle au couvercle 44. Chaque pince de raccordement 50a, 50b, 50c comporte deux cadres situés en vis-à-vis l'un de l'autre part et d'autre d'une fente. Chaque cadre supporte un certain nombre de doigts de pince 56, rappelés vers la fente par des ressorts de rappel élastiques. Les deux jeux de raccords en S 52a, 52b, 52c, 54a, 54b, 54c permettent le raccordement des pinces de raccordement 50a, 50b, 50c à des jeux de barres triphasées (non représentées) disposées en section transversale suivant les sommets d'un triangle isocèle. Les pièces constituant les raccords en S 52a, 52b, 52c, 54a, 54b, 54c et les pinces de raccordement 50a, 50b, 50c sont toutes métalliques, et portées au potentiel de la phase correspondante de l'installation. Les distances entre les phases sont suffisantes pour permettre l'isolation électrique dans gaz contenu dans l'enceinte. Un isolateur 58 en résine époxy permet la fixation des trois pinces raccordement à un support métallique 60 commun porté au potentiel de l'enveloppe 40. Le jeu 34 de connexions de terre comporte trois pinces de terre , 34b, 34c constituant les connexions proprement dites, reliées entre elles par un peigne métallique 62 fixé directement à l'enveloppe et raccordé électriquement à celle-ci. Chaque pince comporte une fente et des doigts de pince 63 situés de part et d'autre de cette fente. L'organe mobile 38 comporte trois couteaux 64a, 64b, 64c fixés par un arbre isolant 66. L'arbre est guidé en rotation par des paliers 68 supportés par un châssis isolant en résine 70. Le châssis est fixé à la paroi de l'enveloppe par l'intermédiaire d'une barre métallique de fixation. Chaque couteau 64a, 64b, 64c de l'organe mobile est relié électriquement l'une des connexions de branchement 32a, 32b, 32c du jeu 32 de connexions de branchement par l'intermédiaire d'un conducteur souple 64 en l'occurrence un shunt constitué par un feuillard vissé à ses extrémités au couteau et à la connexion de branchement correspondante. Chaque couteau 64a, 64b, 64c comporte en outre une extrémité libre, s'étendant radialement par rapport à l'arbre et destinée à venir s'insérer soit dans la fente de la pince de raccordement correspondante 50a, 50b ou 50c, soit dans la fente de la pince correspondante 34a, 34b, 34c du jeu de connexions de terre. Chaque couteau 64a, 64b, 64c est encadré par une paire d'écrans métalliques 80a, 82a, 80b, 82b, 80c, 82c auxquels il est relié électriquement. Les écrans métalliques sont tous identiques. Chaque écran 80a, 82a, 80b, 82b, 80c, 82c est solidaire du châssis et comporte un flasque 84 en forme de disque ou d'assiette, destine à la protection du conducteur souple 64 et porté au même potentiel. Le flasque se prolonge radialement par rapport l'arbre isolant, par une portion radiale saillante 86 épousant sensiblement les contours du couteau. Les écrans et les jeux 34, 36 de connexions de terre et de raccordement sont disposés de telle manière les uns par rapport autres que sont respectées les distances de sectionnement d'une part entre les écrans et les connexions de terre et d'autre par entre les écrans et les connexions de raccordement. Une extrémité de l'arbre sort de l'enveloppe par l'intermédiaire d'une traversée. Cette extrémité est accouplée à un mécanisme d'entraînement, par exemple un motoréducteur ou une manivelle. Le fonctionnement du combiné est le suivant Lorsque le combiné est dans la position de la figure 5, les couteaux 64a, 64b, 64c coopèrent avec les doigts de contact 56 des pinces de raccordement 50a, 50b, 50c, de sorte qu'est réalisée une liaison électrique triphasée entre le jeu de connexions de branchement 32 et le jeu de connexions de raccordement 36. Les deux écrans encadrant chaque couteau sont au potentiel électrique du couteau, donc au potentiel électrique de la phase correspondante du jeu de connexions de raccordement. La distance entre les écrans 80a, 82a, 80b, 82b, 80c, 82c et le jeu de connexions de terre 34 est suffisante pour que soit assurée la tenue diélectrique à la tension de tenue assignée à la fréquence industrielle entre phase et masse, définie selon la norme CEI 694. Lorsque le combiné est dans la position des figures 8 et 9, les couteaux 64a, 64b, 64c coopèrent avec les doigts de contact 63 des pinces du jeu de connexions de terre, de sorte que le jeu de connexions de branchement 32 est à la terre. Les deux écrans encadrant chaque couteau sont au potentiel de la terre. La distance entre les écrans 80a, 82a, 80b, 82b, 80c, 82c et le jeu de connexions de raccordement 36 est suffisante pour que soit assurée la tenue diélectrique à la tension de tenue assignée à la fréquence industrielle entre phase et masse. Lorsque le combiné est entraîné par le motoréducteur de la position de la figure 5 à la position de la figure 9, les couteaux quittent les pinces de raccordement et sont à un potentiel flottant de même que les écrans. Pour chaque phase, les surfaces équipotentielles enveloppent globalement le couteau et les écrans correspondants, et leur courbure reste faible. Tant que les couteaux n'ont pas atteint leur position angulaire intermédiaire dans le prolongement radial des écrans, les écrans s'interposent entre les couteaux et le jeu de connexions de terre 34. Les formes extérieures arrondies des écrans sont telles que les équipotentielles qui les enveloppent du côté des connexions de terre 34 n'ont pas une courbure pénalisante. passage par la position intermédiaire dans laquelle chaque couteau se trouve entièrement à l'intérieur de l'espace constitué par les deux écrans qui lui correspondent, les équipotentielles prennent une forme de fourreau et enveloppent pour chaque phase la surface extérieure des écrans. Les arêtes effilées des couteaux ne sont pas exposées et ne concentrent donc pas les lignes de champ. La présence des écrans permet de garantir le sectionnement des couteaux aussi bien par rapport à la terre que par rapport au connexions de raccordement. Inversement, lorsque le combiné est entraîné motoréducteur de la position de la figure 9 à la position de la figure 5, les couteaux quittent le jeu de connexions de terre 34 et sont à un potentiel flottant de même écrans. Pour chaque phase, les surfaces équipotentielles enveloppent globalement le couteau et les écrans correspondants, et leur courbure reste faible. Tant les couteaux n'ont pas atteint leur position angulaire intermédiaire dans le prolongement radial des écrans, les écrans s'interposent entre les couteaux et le jeu de connexions raccordement 36. Les formes extérieures arrondies des écrans sont telles que les équipotentielles qui les enveloppent du côté des connexions de raccordement 34 n'ont pas une courbure pénalisante. Naturellement, diverses variations sont possibles. On peut notamment mettre en oeuvre l'invention dans une installation unipolaire. Le tronçon peut ne comporter qu'un jeu de raccords 52a, 52b, 52c, et être obturé du côté de la bride 50. REVENDICATIONS 1. Combiné sectionneur d'isolement, sectionneur de terre (30), pour une installation électrique haute tension blindée à isolation gazeuse comportant au moins un premier tronçon d'installation et un deuxième tronçon d'installation, ainsi qu'un branchement à la terre, le combiné comportant - un ou plusieurs pôles, chaque pôle comportant une connexion de branchement (32a, 32b, 32c) apte à être connectée au premier tronçon d'installation électrique, une connexion de mise à la terre (34a, 34b, 34c) apte à être connectée au branchement à la terre - une connexion de raccordement (36a, 36b, 36c) apte à être connectée au deuxième tronçon de l'installation électrique, un couteau de contact (64a, 64b, 64c) relié electriquement à la connexion de branchement, mobile en rotation autour d'un axe géométrique fixe et comportant une extrémité libre saillant radialement par rapport audit axe, le couteau étant apte à prendre une première position stable dans laquelle il relie la connexion de branchement à la connexion de raccordement et une deuxième position stable de mise à la terre dans laquelle relie la connexion de branchement à la connexion de mise à la terre - un mécanisme d'entraînement apte à entraîner le ou couteaux de la première position stable à la position stable de mise à la terre, en passant par une position intermédiaire d'isolement, caractérise en ce que chaque pôle comporte en outre deux écrans métalliques (80a, 82a, 80b, 82b, 80c, 82c) fixes et parallèles, au potentiel électrique du couteau appartenant au même pôle, s'étendant radialement par rapport à l'axe géométrique et agencés de manière telle que dans sa position d'isolement, l'extrémité libre saillante couteau se trouve située entre les deux écrans métalliques. 2. Combiné sectionneur d'isolement, sectionneur de terre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mécanisme d'entraînement est apte à entraîner le ou les organes de contact mobiles, de manière continue et sans arrêt intermédiaire de la première position stable à la position stable de mise à la terre, en passant fugitivement par la position d'isolement. Combiné sectionneur d'isolement, sectionneur de terre selon revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une enveloppe hermétique (40) munie d'une première bride de fixation (46) à une enveloppe métallique du premier tronçon, et d'une deuxième bride de fixation (48) à une enveloppe métallique du deuxième tronçon, ces deux brides étant disposées dans deux plans perpendiculaires. Combiné sectionneur d'isolement, sectionneur de terre selon revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe du combiné comporte en outre une troisième bride de fixation (50) coaxiale avec la deuxième bride de fixation (48).