Brevet FR2820876A1 — publié le 20020816

L'invention concerne un couvercle destiné à être placé sur un transformateur électrique, ainsi qu'un transformateur électrique muni d'un tel couvercle. On connaît, dans l'art antérieur, des transformateurs qui comprennent : - une cuve munie d'un couvercle et contenant un liquide diélectrique ; - des enroulements de phase immergés dans le liquide diélectrique ; - des traversées isolantes, chacune étant reliée, vers sa partie supérieure, à une ligne d'un réseau de distribution électrique, et vers sa partie inférieure, à un enroulement, la partie inférieure des traversées étant logée dans la cuve du transformateur. L'évolution de la réglementation en matière de gestion des risques liés aux installations électriques impose aujourd'hui aux distributeurs d'énergie de prévoir une protection en amont des transformateurs MT/BT immergés dans un liquide diélectrique inflammable. Cette protection est notamment imposée si le transformateur est situé à proximité immédiate d'habitations, de manière à écarter les risques d'explosion ou d'incendie qui pourraient résulter d'une défaillance électrique de l'appareil. Le document FR-A-2 750 809 décrit un tel dispositif de protection, destiné à être intégré dans le transformateur lui-même. L'intégration du dispositif de protection dans la cuve du transformateur permet d'éviter dans de nombreux cas l'adjonction d'un appareillage de protectioncoupure extérieur, qui complexifie l'installation. De plus, les anciens postes de transformation n'offrent généralement pas la possibilité d'être équipés d'un appareillage complémentaire. C'est le cas notamment des postes transformateurs situés en haut de poteaux, ou installés dans des cabines basses compactes au niveau du sol. Or, le dispositif décrit dans le document FR-A-2 750 809 est destiné à être intégré en usine dans des transformateurs immergés MT/BT neufs, lesquels sont prévus de conception pour recevoir une telle fonction. En revanche, les anciens transformateurs ne permettant généralement pas de loger le dispositif de protection, du fait du manque de volume disponible dans la cuve. La mise en conformité des anciens postes de transformation nécessite ainsi un échange de transformateur, le nouveau transformateur intégrant le dispositif de protection précité, de sorte que l'installation existante puisse être maintenue en exploitation. Le parc de transformateurs installés sur le réseau de distribution publique moyenne tension d'un pays tel que la France avoisine les 600 000 unités. Par ailleurs, la durée de vie utile de ces appareils est supérieure à 30 ans. Ainsi, il apparaît que la mise en conformité de ces installations est très coûteuse et très longue. L'invention a pour but de résoudre ces problèmes. L'invention propose une adaptation des transformateurs existants permettant l'intégration du dispositif de protection décrit dans le document FR-A-2 750 809 à moindre coût dans des transformateurs non neufs de type immergés. L'adaptation, effectuée en atelier, est un assemblage de composants nouveaux préparés à l'avance, l'intégration dans l'ancien transformateur pouvant donc s'effectuer de manière industrielle, rapidement, à moindre coût. L'invention permet en outre de conserver un maximum d'éléments existants de l'ancien transformateur sans les modifier, ce qui présente un évident intérêt économique. A cet effet, et selon un premier aspect, l'invention concerne un couvercle destiné à être placé sur la cuve d'un transformateur électrique polyphasé, comprenant des traversées isolantes destinées chacune à être reliée, vers sa partie supérieure, à une ligne d'un réseau de distribution électrique, et vers sa partie inférieure, à un enroulement de phase du transformateur. Selon l'invention, le couvercle comporte une paroi latérale en saillie sur sa face intérieure, vers sa périphérie, la paroi latérale étant continue et s'étendant sur tout le pourtour du dit couvercle, la dite paroi latérale comportant d'une part, vers sa partie extrême opposée au couvercle, des moyens de fixation au bord de la cuve du transformateur et d'autre part, sur sa face intérieure, des moyens de fixation de la partie active du transformateur. Le couvercle comprend en outre un dispositif de protection du transformateur auquel il est destiné à être associé, le dit dispositif de protection comportant d'une part des moyens de déconnexion branchés en série sur chacune des phases, et des premiers moyens de blocage en position connectée couplés aux moyens de déconnexion, et d'autre part un moyen de détection d'un courant de terre pouvant circuler entre la terre et la masse de la partie active du transformateur, le dit moyen de détection étant apte à commander les premiers moyens de blocage lorsqu'un courant de terre est détecté, de sorte que les premiers moyens de blocage soient placés en position déconnectée, le dit dispositif de protection étant fixé sur la face intérieure de la paroi latérale du couvercle. Selon d'autres caractéristiques, deux au moins des traversées isolantes comprennent un fusible s'étendant, à l'intérieur de la traversée, entre la partie supérieure et la partie inférieure de la dite traversée. Une réalisation possible prévoit que seules deux traversées isolantes comportent un fusible. La partie supérieure des traversées peut comporter un manchon isolant en élastomère, destiné à garantir un niveau de tenue diélectrique satisfaisant entre les phases. Selon une variante, chaque traversée comprend un tube isolant muni d'une première bride destinée à fixer le dit tube au couvercle, et d'une deuxième bride, située vers la partie supérieure de la traversée et destinée à recevoir une traversée embrochable. La surface extérieure d'un tube est recouverte d'un film métallisé, le dit film recouvrant également au moins partiellement les brides. Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un transformateur électrique polyphasé comprenant une cuve contenant un liquide diélectrique dans lequel sont immergés des enroulements de phase, le dit transformateur comprenant un couvercle tel que précédemment décrit, le dit couvercle étant fixé à la cuve, la paroi latérale du couvercle formant une partie de surélévation placée entre le bord de la cuve et le couvercle, de sorte que le volume intérieur de la cuve est augmenté, un dispositif de protection pouvant ainsi être logé dans la cuve. La partie de surélévation présente une section transversale sensiblement identique à la section transversale de la cuve. La partie active du transformateur est fixée à la paroi latérale du couvercle au moyen de tiges filetées fixées sur des pattes par l'intermédiaire de rondelles isolantes, et est isolée de la cuve par au moins un élément en carton diélectrique. Les autres caractéristiques de l'invention résultent de la description qui suit de modes de réalisation, description effectuée en référence aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 est une vue en élévation de l'intérieur d'un transformateur de l'art antérieur, équipé de traversées en porcelaine ; - la figure 2 est une vue en élévation de l'intérieur d'un transformateur selon un mode de réalisation de l'invention, comprenant un couvercle surélevé, ainsi qu'un dispositif de protection du transformateur ; - la figure 3 est une représentation schématique partielle en perspective du transformateur de la figure 2 ; - la figure 4 est une représentation schématique de l'intérieur du transformateur de la figure 2 montrant les moyens de fixation de la partie active ; la figure 5 est une vue en coupe agrandie de la partie supérieure de traversées munies d'un manchon isolant, destinées à être raccordées à un réseau MT en conducteurs non isolés ; la figure 6 est une vue en coupe partielle de la partie supérieure d'une traversée selon une variante de réalisation, la dite traversée étant destinée à un raccordement à un réseau MT constitué d'un câble isolé. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un ancien transformateur 1 triphasé, que l'invention permet de mettre en conformité. Le transformateur 1 comprend une cuve 2, par exemple sensiblement parallélépipédique, sur le bord 3 de laquelle est fixé un couvercle 4. Le couvercle 4 comprend des traversées 5 en porcelaine, reliées d'une part aux lignes d'un réseau de distribution électrique, et d'autre part aux enroulements de phase 6 du transformateur 1. La cuve 2, remplie d'un liquide diélectrique, contient ainsi la partie active 7 du transformateur 1 ainsi que la partie inférieure des traversées 5 en porcelaine. La partie active 7 comprend les enroulements de phase 6 et le noyau. Cette disposition constructive ne permet pas d'intégrer dans la cuve 2 un dispositif de protection de l'ancien transformateur 1, faute de volume disponible. On décrit maintenant, en référence aux figures 2 à 4, l'adaptation prévue par l'invention. Le couvercle 4 comprend tout d'abord une paroi latérale 8, faisant saillie sensiblement perpendiculairement depuis la face intérieure du couvercle 4, vers la périphérie de celui-ci. La paroi latérale 8 est continue et s'étend sur tout le pourtour du couvercle 4. Dans la réalisation représentée sur les figures annexées, la paroi 8 présente une section transversale sensiblement rectangulaire, sensiblement identique à celle de la cuve 2. La paroi latérale 8 est fixée au couvercle 4 de façon amovible. La partie extrême de la paroi latérale 8 opposée au couvercle 4 est fixée au bord 3 de la cuve 2, le couvercle 4 se trouvant ainsi rehaussé par rapport à la configuration de la figure 1. La paroi latérale 8 forme ainsi une partie de surélévation, placée entre le bord 3 de la cuve 2 et le couvercle 4, de sorte que le volume intérieur de la cuve 2 est augmenté, ce qui permet de loger, à l'intérieur de la cuve 2, un dispositif de protection du transformateur 1. Le couvercle 4 comprend également trois traversées 9 isolantes, remplaçant les traversées 5 en porcelaine du transformateur 1 de la figure 1. Ces traversées 9, dont la partie inférieure est logée dans la cuve 2, sont par exemple similaires à celles décrites dans le document FR-A-2 769 123. Les traversées 9 sont fixées au couvercle 4 par l'intermédiaire de brides 10. Une traversée 9 comprend un tube 11 en matériau isolant, rempli d'huile minérale, et comportant une paroi supérieure 12 placée sur l'extrémité supérieure du tube 11. Chaque tube 11 contient un fusible 14, s'étendant sensiblement axialement dans le tube 11. La partie supérieure d'un fusible 14 est reliée, via une tulipe de contact 15, à une ligne de distribution d'électricité 16 ; la partie inférieure d'un fusible 14 est reliée à un enroulement de phase 6 du transformateur 1. Le couvercle 4 comprend ensuite un dispositif de protection du transformateur 1, fixé sur la face intérieure de la paroi latérale 8 du couvercle 4. Succinctement, le dispositif de protection, tel que décrit dans le document FR-A- 2 750 809, comprend : - un système de déconnexion 17 branché en série sur chacune des phases et comprenant des moyens de déconnexion et des premiers moyens de blocage en position connectée, couplés aux moyens de déconnexion ; - un moyen de détection 18 d'un courant de terre circulant entre la terre et la masse de la partie active 7 du transformateur 1. Lorsqu'un courant de terre est détecté par le moyen de détection 18, celui-ci commande un deuxième moyen de blocage (non représenté), couplé aux premiers moyens de blocage, par exemple via un axe 19, de sorte que les premiers moyens de blocage sont placés en position déconnectée. Les premiers moyens de blocage peuvent également être commandés par l'un des fusibles 14 en cas de fonte, afin d'être placés en position déconnectée. Les fusibles 14 peuvent par exemple être des fusibles à percuteur. Le couvercle 4 comprend enfin, au niveau de la paroi latérale 8, des moyens de fixation de la partie active 7 du transformateur 1, comme illustré sur la figure 4. En effet, la partie active 7 ne peut plus être fixée au couvercle 4, puisqu'il a été rehaussé. La partie active 7 est ainsi fixée à la paroi latérale 8 du couvercle 4 au moyen de tiges filetées 20 fixées sur des pattes 21 par l'intermédiaire de rondelles isolantes 22. Ainsi, le passage du transformateur 1 de la figure 1 (ancienne version, ne répondant par aux normes de sécurité) au transformateur 1 de la figure 2 (version adaptée, mise en sécurité) est très simple et rapide, puisqu'il suffit de remplacer l'ancien couvercle 4, portant des traversées en porcelaine 5, par un nouveau couvercle 4, portant de nouvelles traversées 9, munies de fusibles 14, et un dispositif de protection du transformateur 1. Le couvercle 4 présent sur l'ancien transformateur 1 peut soit être réutilisé dans la version sécurisée du transformateur 1, soit remplacé par un nouveau couvercle 4. L'invention fournit ainsi une sorte de kit portant toutes les fonctions nécessaires, prêt à être installé sur la cuve existante des anciens transformateurs, ce kit reprenant le maximum d'éléments présents sur le transformateur d'origine, afin de limiter les coûts, en les adaptant à la nouvelle configuration. Notamment, s'il y a lieu, le vase d'expansion 23 est conservé. La paroi latérale 8 du couvercle 4 permet de créer un volume supplémentaire afin de loger le dispositif de protection du transformateur, mais n'introduit pas de partition du volume intérieur de la cuve 2. Dans la réalisation représentée sur la figure 3, les trois traversées 9 sont alignées. Toutefois, l'invention prévoit également de disposer les traversées 9 de façon décalée les unes par rapport aux autres. Pour que la fonction détection des courants de défaut à la terre soit opérationnelle en cas de défaut apparaissant entre une phase du transformateur 1 et la masse de la partie active 7, il est nécessaire que la partie active 7 soit isolée des pièces directement mises à la terre, c'est-à-dire de la cuve 2, de la paroi latérale 8 et du couvercle 4. La figure 4 représente une réalisation possible de cette isolation : en plus des rondelles isolantes 22, des éléments 24 en carton diélectrique isolent la partie active 7 de la cuve 2. Les traversées 9 présentent un diamètre extérieur supérieur à celui des traversées 5 conventionnelles, plus particulièrement au niveau des parois supérieures 12 placées au potentiel des différentes phases MT. En conséquence, la distance d entre les différentes phases peut s'en trouver réduite de telle manière que le système ne support plus les tensions d'épreuve demandées par les normes, réalisées lors d'essais tels que l'essai de tension au choc de foudre par exemple. Pour palier cet inconvénient, l'invention prévoit de munir le transformateur de manchons isolants 25 recouvrant les parois supérieures 12 des traversées 9, afin de rétablir un niveau de tenue diélectrique suffisant entre les phases. Les solutions décrites jusqu'à présent concernent les transformateurs équipés de traversées MT destinées à un raccordement sur un réseau en conducteur nu, typiquement aérien. La figure 6 illustre une variante de réalisation dans le cas où l'exploitant souhaiterait convertir son transformateur en appareil destiné à être alimenté par un réseau de type souterrain, réalisé en câble isolé MT. La traversée synthétique 9 est remplacée par un tube 11'en matériau isolant étanche à l'huile, muni d'une première bride 10'destinée à assurer la liaison du tube 11'au couvercle 4 de la cuve 2, et d'une deuxième bride 26, située vers la partie supérieure du tube 11', et destinée à recevoir une traversée embrochable 27, sur laquelle peut être emmanché un connecteur séparable. Un film métallisé 28 superficiel recouvre la surface extérieure du tube 11', et est mise au potentiel de la masse par recouvrement des brides 10', 26, ce qui permet de contenir le champ électrique généré par la tension de phase. Dans certains cas, il est possible de n'équiper que deux des trois phases d'un fusible, comme décrit dans la demande de brevet français déposée sous le numéro 00 01188. Cette solution simplifiée est efficace sur des réseaux de type rural si, d'une part, le courant de défaut monophasé y est d'intensité limitée, et si, d'autre part, il est prévu au niveau du poste source alimentant le réseau un disjoncteur de protection avec cycles de réenclenchement. REVENDICATIONS 1. Couvercle destiné à être placé sur la cuve (2) d'un transformateur (1) électrique polyphasé, comprenant des traversées (9) isolantes destinées chacune à être reliée, vers sa partie supérieure, à une ligne (16) d'un réseau de distribution électrique, et vers sa partie inférieure, à un enroulement de phase (6) du transformateur (1), caractérisé en ce qu'il comporte une paroi latérale (8) en saillie sur sa face intérieure, vers sa périphérie, la paroi latérale (8) étant continue et s'étendant sur tout le pourtour du dit couvercle (4), la dite paroi latérale (8) comportant d'une part, vers sa partie extrême opposée au couvercle (4), des moyens de fixation au bord (3) de la cuve (2) du transformateur (1) et d'autre part, sur sa face intérieure, des moyens de fixation de la partie active (7) du transformateur (1). 2. Couvercle selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de protection du transformateur (1) auquel il est destiné à être associé, le dit dispositif de protection comportant d'une part des moyens de déconnexion branchés en série sur chacune des phases, et des premiers moyens de blocage en position connectée couplés aux moyens de déconnexion, et d'autre part un moyen de détection (18) d'un courant de terre pouvant circuler entre la terre et la masse de la partie active (7) du transformateur (1), le dit moyen de détection (18) étant apte à commander les premiers moyens de blocage lorsqu'un courant de terre est détecté, de sorte que les premiers moyens de blocage soient placés en position déconnectée, le dit dispositif de protection étant fixé sur la face intérieure de la paroi latérale (8) du couvercle (4). 3. Couvercle selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que deux au moins des traversées isolantes (9) comprennent un fusible (14) s'étendant, à l'intérieur de la traversée (9), entre la partie supérieure et la partie inférieure de la dite traversée (9). 4. Couvercle selon la revendication 3, caractérisé en ce que seules deux traversées isolantes (9) comportent un fusible (14). 5. Couvercle selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la partie supérieure des traversées (9) comporte un manchon isolant (25) en élastomère, destiné à garantir un niveau de tenue diélectrique satisfaisant entre les phases. 6. Couvercle selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque traversée (9) comprend un tube isolant (11, 11') muni d'une première bride (10,10') destinée à fixer le dit tube (11, 11') au couvercle (4), et d'une deuxième bride (26), située vers la partie supérieure de la traversée (9) et destinée à recevoir une traversée embrochable (27). 7. Couvercle selon la revendication 6, caractérisé en ce que la surface extérieure d'un tube (11, 11') est recouverte d'un film métallisé (28), le dit film (28) recouvrant également au moins partiellement les brides (10,10', 26). 8. Transformateur électrique polyphasé comprenant une cuve (2) contenant un liquide diélectrique dans lequel sont immergés des enroulements de phase (6), caractérisé en ce qu'il comprend un couvercle (4) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, le dit couvercle (4) étant fixé à la cuve (2), la paroi latérale (8) du couvercle (4) formant une partie de surélévation placée entre le bord (3) de la cuve (2) et le couvercle (4), de sorte que le volume intérieur de la cuve (2) est augmenté. 9. Transformateur selon la revendication 8, caractérisé en ce que la partie de surélévation présente une section transversale sensiblement identique à la section transversale de la cuve (2). 10. Transformateur selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que la partie active (7) du transformateur (1) est fixée à la paroi latérale (8) du couvercle (4) au moyen de tiges filetées (20) fixées sur des pattes (21) par l'intermédiaire de rondelles isolantes (22). 11. Transformateur selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que la partie active (7) du transformateur (1) est isolée de la cuve (2) par au moins un élément (24) en carton diélectrique.