Brevet FR2831342A1 — publié le 20030425

microphones, les émetteurs/récepteurs d'ondes hertziennes. L'invention porte sur un système de protection d'un transformateur de distribution à isolation dans un diélectrique liquide. Dans les transformateurs de distribution à diélectrique liquide, en cas de défaut, il y a un risque d'échauffement du diélectrique provoquant une surpression pouvant atteindre une valeur telle qu'il explose. Il s'ensuit des risques de projection du diélectrique graves pour l'environnement. La demande de brevet français n 9604248 décrit un système permettant d'éviter l'explosion du transformateur. Dans ce système de protection d'un transformateur de distribution triphasé immergé dans un diélectrique liquide contenu dans une cuve, deux des trois phases sont équipées chacune du côté haute tension du transformateur d'un fusible limiteur de courant et d'un micro-fusible de protection disposé en série avec le fusible limiteur de courant, ledit micro-fusible étant plus rapide que ledit fusible limiteur de courant et étant associé à un percuteur. Ce système comporte en outre au moins un moyen de détection de défaut concernant au moins l'un des points suivants: la pression dans la cuve et ie niveau du diélectrique, un court-circuiteur triphasé situé sur la haute tension entre lesdits fusibles limiteurs de cou rant et les en rou lements haute tension, led it cou rt-ci rcuiteu r étant commandé par ledit moyen de détection de défaut, le percuteur associé à chaque micro- fusible commandant également le court-circuiteur en cas de fonctionnement du micro-fusible. Bien que ce système soit sûr, on peut imaginer un enchanement de circonstances qui rendrait possible le maintien à la masse d'un point des enroulements du primaire du transformateur. Le but de l'invention est donc de perfectionner ce système de protection à moindre coût pour isoler complêtement le transformateur du réseau amont. Selon l'invention, la troisième phase est équipée du côté haute tension du transformateur et en amont du court-circuiteur d'un interrupteur sectionneur qui est normalement fermé en l'absence de défaut et dont l'ouverture est déclenchée par le court-circuiteur en cas de défaut mais avec un certain retard de façon à isoler la troisième phase seulement après la coupure des fusibles par le court-circuiteur. Après l'ouverture de l'interrupteur sectionneur, tous les conducteurs et connexions des enroulements haute tension du transformateur sont isolés du réssau. L'ouverture de l'interrupteur sectionneur est déclenchée mécaniquement ou électriquement par le mouvement du court-circuiteur. Selon un mode de réalisation particulier du systéme de protection selon l'invention, I'interrupteur sectionneur comporte deux bornes écartées I'une de l'autre et respectivement connectées à la troisième phase et au court-circuiteur. Les deux bornes de l'interrupteur sectionneur sont reliées entre elles par une tige coulissante électriquement conductrice qui est déplacée en translation ou en rotation sous l'action de la détente d'un ressort en séquence avec l'ouverture du court-circuiteur. L'interrupteur lO sectionneur comprend en outre une goupille amovible qui verrouille le déplacement de la tige et qui est reliée macaniquement à une partie mobile du court-circuiteur pour être libérse quand le courtcircuiteur fonctionne. L'interrupteur peut aussi être déclenché par l'intermédiaire d'un système macanique type percuteur lui-même actionné grâce à lS l'établissement d'un court-circuiteur d'un contact électrique. Par ailleurs, une première borne de l'interrupteur sectionneur est directement reliée à une phase de l'alimentation haute tension. Le sectionneur est agencé pour que cette première borne reste en contact électrique avec la tige pendant une partie du trajet en translation ou en rotation de la de façon à assurer la coupure complète des fusibles limiteurs d'intensité sur les deux autres phases. Selon encore un mode de réalisation particulier du système de protection selon l'invention, la tige est disposée à l'intérieur d'un botier muni d'évents. Le botier est normalement rempli du diélectrique et les évents permettent d'éviter une surpression interne lors de la dilatation du diélectrique dans les phases de fonctionnement normal du transformateur. Par ailleurs ces évents permettent l'évacuation des gaz qui pourraient se former lors du coulissement de la tige et aussi un remplissage sous vide du botier par le diélectrique contenu à l'intérieur de la cuve. Selon encore un autre mode de réalisation, I'interrupeur sectionneur est réalisé sur la base d'un dispositif rotatif comportant un contact fixe et un contact mobile en rotation. Dans ce mode de réalisation, le contact mobile en rotation reste en contact électrique avec le contact fixe pendant une partie de la rotation pour que l'ouverture électrique soit réalisée avec un retard par rapport au début de rotation du contact mobile. Des exemples de réalisation du système de protection selon l'invention sont décrits ci-après et illustrés sur les dessins. La figure 1 montre très schématiquement le système de protection selon l'invention. S La figure 2 illustre un premier exemple de réalisation d'un interrupteur sectionneur équipant le système de protection selon l'invention, I'interrupteur sectionneur occupant une position fermoe. La figure 3 illustre l'interrupteur sectionneur de la figure 2 quand il occupe une position d'ouverture complète. La figure 4 montre un deuxième exemple de réalisation de l'interrupteur sectionneur équipant le système de protection selon l'invention. La figure 5 est une représentation vue de profil du deuxième exemple de réalisation du sectionneur du système de protection selon l S l'invention. Le transformateur illustré sur la figure 1 est par exemple un transformateur 20/0,410 kvolts. On a figuré en 1 I'enroulement haute tension en triangle et en 2 I'enroulement basse tension en étoile. L'enroulement haute tension 1 est alimenté par les trois phases 3,4 et qui pénètrent de façon étanche dans la cuve du transformateur, schématiquement représentée par un rectangle 6, par des traversées isolantes 7,8 et 9. L'enroulement basse tension 2 alimente les lignes de phases 10,11 et 12 en traversant de façon étanche la cuve 6 par des traversoes isolantes 13, 14 et 15 et de même, le point neutre 16 est relié à un conducteur neutre 17 traversant de façon étanche la cuve par une traversée isolante 18. Côté haute tension, deux des trois phases, ici les phases repérées 3 et 4 sont reliées à l'enroulement haute tension 1 par l'intermédiaire d'un fusible limiteur de courant respectivement 19 et 20. Ces fusibles fonctionnent normalement au-dessus d'une valeur d'intensité qu'on appeliera intensité de coupure Ic, par exemple de 60 ampères. Audessous de cette valeur, il existe une zone d'intensité critique pour laquelle le fusible s'échauffe, se dégrade et coupe mal, par exemple entre 36 et 60 ampères. Afin de protéger ces fusibles contre un mauvais fonctionnement dans cette zone d'intensité critique, chaque fusible limiteur de courant 19,20 est associé en série à un micro-fusible, respectivement 21 et 22 plus rapide que le fusible limiteur de courant et constitué par une courte lame d'argent. Son rôle est d'obtenir une fusion pour de faibles courants, dans la zone d'intensité critique du fusible limiteur de courant, avec une bonne précision. Chaque micro-fusible est associé à un percuteur respectivement 23 et 24. Un tel percuteur est connu en soi; il est constitué d'un doigt poussé par un ressort maintenu bandé par un fil d'acier. Le fil d'acier, figuré en 25 et 26, est branché en parallèle sur le micro-fusible 21,22. Le fil d'acier du percuteur a une résistance électrique beaucoup plus élevée que celle de la lame d'argent du micro-fusible, de telle sorte qu'en fonctionnement normal, le courant passe dans la lame d'argent évitant le vieillissement du fil d'acier. En cas de surintensité, dans la zone calibrée correspondant à la zone critique, la lame d'argent fond, d'o déviation du courant vers le fil d'acier qui fond lui aussi libérant le doigt 27, 28 du percuteur. La libération du doigt d'un percuteur commande la fermeture d'un court-circuiteur triphasé 29,30,31. Cette commande C est assurce par l'intermédiaire d'un système mécanique de déclenchement quelconque et est figurée par le tracé en traits discontinus. Le système comporte en outre un détecteur de pression 32 qui commande également le court circuiteur 29,30,31 en cas de pression du liquide diélectrique dépassant la valeur de réglage du capteur. Un détecteur de niveau 33 complète également le dispositif de protection. En cas de baisse de niveau du liquide diélectrique au-dessous d'un seuil de sécurité, le détecteur 33, constitué par exemple par un simple flotteur, effectue la fermeture d'un contact 34, lequel ferme un circuit comprenant un percuteur 35 dont le fil d'acier 36 est branché en parallèle entre le point neutre 16 et une phase 12. Une résistance de limitation 37 est insérée dans le circuit si nécessaire. La fermeture du contact 34 fait circuler dans ce circuit un courant qui fait fondre le fil d'acier 36 du percuteur 35 libérant son doigt 38 et provoquant la fermeture du court circuiteur 29, 30, 31. Ainsi en cas d'apparition d'un défaut, tel qu'une surintensité, une surpression ou une fuite de la cuve entramant une baisse de niveau du liquide diélectrique d'une valeur déterminée, on provoque un courtcircuit franc entre les trois phases haute tension 3,4 et 5 en un point situé entre les fusibles 19,20 et l'enroulement haute tension 1, ce qui provoque immédiatement la coupure des fusibles 19 et 20. Les première et second e phases 3 et 4 so nt a lo rs isolées d e l'e nrou lement ha ute ten s ion 1. A la différence de la construction connue de la demande de brevet français n 9604248, la troisième phase 5 est équipée du côté haute S tension du transformateur et en amont du court-circuiteur 29,30, 31 d'un interrupteur sectionneur 39 qui est normalement fermé en l'absence de défaut et dont l'ouverture est déclenchée macaniquement ou électriquement par le mouvement du court-circuiteur lorsqu'un défaut apparat dans la cuve 6. Ainsi on obtient une déconnexion de l'ensemble lO des enroulements 1 haute tension du transformateur en cas de défaut. Cet interrupteur sectionneur 39 est conçu pour s'ouvrir avec un certain retard à partir de l'instant o le court-circuiteur est déclenché de façon à isoler la troisième phase seulement après la couqure des fusibles limiteur d'intensité. IS L'interrupteur sectionneur 39 comporte deux bornes 40,41 écartées l'une de l'autre et respectivement connectées à la troisième phase et au court-circuiteur. Ces deux bornes sont reliées entre elles par une tige coulissante 42 électriquement conductrice, montrée sur la figure 2, qui est déplacée en translation pour connecter ou séparer les bornes 40,41. Figure 2, La tige coulissante 42 est disposée axialement dans un botier 43 en matière électriquement isolante, ici de forme cylindrique. Le botier est fermé à ses deux extrémités par deux couvercles traversés respectivement par les bornes 40, 41. La borne 40 est reliée électriquement à un contact électrique 45 glissant de forme annulaire qui est traversé par une extrémité de, la tige 42 et qui est maintenu fixement dans le botier par une entretoise 46 électriquement isolante. Le contact est disposé à proximité du couvercle 44. La borne 41 est reliée par un conducteur souple 47 à l'autre extrémité de la tige 42 la plus proche du couvercle 54. L'intérieur du botier 43 forme un alésage traversé par la tige 42 et dans lequel est disposé un ressort 48 ayant une extrémité en appui dans le fond de l'alésage et l'autre extrémité en appui contre une rondelle 49 fixce autour de la tige 42. Un amortisseur hydraulique est avantageusement disposé sur la partie initiale du mouvement de déplacement de la tige 42. L'extrémité de la tige 42 proche du couvercle 44 présente un évidement transversal 50 dans lequel pénètre une goupille 51 amovible. La goupille 51 s'étend radialement vers l'extérieur du botier 43 par une ouverture 52 du botier. Quand l'interrupteur sectionneur occupe sa position fermée, le ressort 48 est bandé entre le fond de l'alésage et la rondelle 49, la tige 42 pénètre le contact 45 et la goupille 51 pénètre la tige 42 interdisant son déplacement axial dans le botier 43. La tige 42 relie électriquement S les deux bornes 40 et 41 à travers le contact 45 et le conducteur 47. Quand la goupille 51 est libérée de la tige 42 par traction vers l'extérieur du botier 43 comme illustré par la flèche sur la figure 3, le ressort 48 se détend et entrane en translation la tige 42 vers le couvercle 54 ce qui provoque la séparation du contact 45 et de la tige 42. A la fin de la course de la tige 42, les deux bornes 40 et 41 sont isolées électriquement d'une distance de sectionnement Y suffisante. Comme visible sur la figure 2, I'extrémité de la tige 42 la plus proche du couvercle 44, en position de fermeture de l'interrupteur sectionneur 39, pénètre le contact sur une distance x suffisante telle que lorsque la goupille 51 est lS libérée de la tige 42, le temps pendant lequel la tige 42 se déplace sous l'action de la détente du ressort et ralenti par l'action de l'amortisseur hydraulique, tout en restant en contact électrique avec le contact 45 soit sensiblement supérieur au temps nécessaire à la coupure des fusibles limiteur d'intensité 19, 20 compté à partir de l'instant o le court-circuiteur est déclenché. La goupille 51 est par exemple reliée mécaniquement à une partie mobile du court-circuiteur qui est déplacée quand le court-circuiteur fonctionne. Le botier 43 est normalement rempli du diélectrique contenu dans la cuve et présente des évents comme l'ouverture 52 ou l'ouverture 53 permettant son remplissage par le diélectrique ou l'évacuation de gaz en surpression. Quand l'interrupteur sectionneur est disposé dans la cuve remplie de diélectrique, il est préférable que les évents 52,53 soient disposés sur le dessus du botier 43 pour éviter une vidange du diélectrique hors du botier 43 en cas de fuite de la cuve 6. En variante, l'interrupteur sectionneur 39 pourra être réalisé sur la base d'un dispositif rotatif monté dans un botier 43' représenté figure 4. Ce dispositif comporte un contact fixe 61 connecté à la troisième phase 5 de l'alimentation haute tension et un contact mobile rotatif 62 connecté aux enroulements haute tension 1. Dans l'exemple de réalisation donné figure 4, le contact fixe est un tube disposé entre deux plaquettes sensiblement parallèles formant le contact mobile. Les plaquettes sont montées rotatives sur un axe distant du tube et perpendiculaire au tube. Lors de l'ouverture de l'interrupteur sectionneur, le ressort 48' entrame en rotation ies plaquettes qui restent en contact électrique avec le tube pendant une partie du mouvement de rotation, ce qui a pour effet de retarder d'une certaine durée l'ouverture de l'interrupteur sectionneur. Comme visible figure 5, les deux plaquettes 62 sont maintenues en appui sur le tube conducteur par un ressort presseur 63 situé sensiblement à mi-longueur des plaquettes. Avec cet agencement, le retard d'ouverture pourra être ajusté en modifiant l'effort exercé par le ressort presseur 63 sur les plaquettes 62. lO En position fermoe de l'interrupteur sectionneur 39, I'extrémité libre des plaquettes 62 est retenue par un organe de verrouillage qui est ici une palette articulée 65 bloquant leur mouvement de rotation. Dans cet exemple de réalisation, la palette articulée 65 est verrouillée sur les plaquettes sous l'action d'un ressort de maintien 66 et elle est lS déverrouillée par un organe de déverrouillage qui est ici un percuteur agissant sur la palette à l'encontre du ressort 66. Quand le percuteur est actionné la palette articulée est déplacée ce qui libère les plaquettes 62 et entrane l'ouverture de l'interrupteur sectionneur. Ce percuteur pourra être actionné mécaniquement ou bien électriquement par le court-circuiteur 29, 30, 31. Dans l'exemple de la figure 4, le percuteur est actionné électriquement par le courtcircuiteur. Comme expliqué plus haut, un tel percuteur comporte un doipt 68 coulissant dans un corps 67. Le doigt 68 est en appui sur un ressort de déclenchement 69 tout en étant retenu par un fil d'acier 60. Sur application d'un courant par le court-circuiteur le fil d'acier 60 fond ce qui libère le doigt 68. Le doigt 68 se déplace alors sous l'action du ressort 69 pour pousser la palette articulée. x REV EN D ICATIONS 1/ Un systéme de protection d'un transformateur de distribution triphasé immergé dans un diélectrique liquide contenu dans une cuve (6), dans lequel deux (3,4) des trois phases sont équipées chacune du côté haute tension du transformateur d'un fusible limiteur de courant (19,20), le système comportant au moins un moyen (32,33) de détection de défaut concernant au moins l'un des points suivants: la pression dans la cuve et le niveau du diélectrique, un court-circuiteur triphasé (29,30,31) situé sur la haute tension entre iesdits fusibles limiteurs de courant et les enroulements haute tension (1), ledit court-circuiteur étant commandé par ledit moyen de détection de défaut pour couper les fusibles limiteur d'intensité en établissant un court-circuit franc entre les phases, caractérisé en ce que la troisième phase est équipée du côté haute tension du transformateur et en amont du court-circuiteur d'un interrupteur sectionneur (39) qui est normalement fermé en l'absence de défaut et dont l'ouverture est déclenchée par le court-circuiteur en cas de défaut mais avec un certain retard de façon à isoler la troisième phase seulement après la coupure des fusibles par le court-circuiteur. 2/ Le système de protection selon la revendication 1, dans lequel l'ouverture de l'interrupteur sectionneur (39) est déclenchée mécaniquement par un mouvement du court-circuiteur en cas de défaut. 3/ Le système de protection selon la revendication 2, dans lequel l'interrupteur sectionneur (39) comporte: une première borne (40) connectée à la troisième phase (5) de l'alimentation haute tension ainsi qu'une seconde borne (41) connectée aux enroulements haute tension (1) et au court-circuiteur, lesdites première et seconde bornes étant reliées entre-elles par une tige coulissante (42) électriquement conductrice qui est déplacée en translation sous l'action de la détente d'un ressort (48) quand l'ouverture du court-circuiteur est déclenchée, une goupille (51) amovible qui verrouille le déplacement de ladite tige et qui est reliée mécaniquement à une partie mobile du court-circuiteur pour être libérée quand le court-circuiteur fonctionne, la première borne (40) étant maintenue en contact électrique avec la tige pendant une partie (x) du trajet en translation de la tige. 4/ Le système de protection selon la revendication 3, dans lequel le maintien du contact électrique entre la première borne (40) et la tige coulissante (42) est assuré par un contact glissant (45) fixe électriquement relié à la première borne, de forme annulaire et traversé par une extrémité de la tige coulissante. 51 Le système de protection selon la revendication 3 ou 4, dans lequel la tige (42) est disposée à l'intérieur d'un botier (43) muni d'évents (52,53), le botier étant normalement rempli du diélectrique. 6/ Le système de protection selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'interrupteur sectionneur (39) comporte un contact fixe (61) connecté à la troisième phase (5) de l'alimentation haute tension ainsi qu'un contact mobile en rotation (62) connecté aux enroulements haute tension (1), un ressort (64) agissant sur le contact mobile pour l'entramer en rotation, un organe de blocage (65, 66) qui bloque le mouvement de rotation du contact mobile (62) et un organe de déverrouillage (60, 69, 68, 67) qui est actionné par le court-circuiteur (29, 30, 31) pour agir sur I'organe de blocage (65, 66) de manière à libérer le contact mobile, ladit contact mobile (62) étant mis en contact électrique avec ledit contact fixe (61) pendant une partie de son mouvement de rotation. 71 Le système de protection selon la revendication 6, dans lequel I'organe de déverrouillage (60, 69, 68, 67) est un percuteur (67) actionné électriquement par le court-circuiteur (29, 30, 31). 8/ Le système de protection selon l'une des revendications 6 ou 7, dans lequel le contact fixe (61) est un tu-be, et dans lequel le contact mobile en rotation (62) est formé par deux plaquettes sensiblement parallèles, ledit tube étant disposé entre lesdites plaquettes. 91 Le système de protection selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant en outre un micro-fusible (21,22) de protection disposé en série avec un fusible limiteur de courant, ledit micro-fusible étant plus rapide que ledit fusible limiteur de courant et étant associé à un percuteur (23,24) commandant également ledit court-circuiteur en cas de