Brevet FR2823002A1 — publié le 20021004

L'invention porte sur un interrupteur/sectionneur moyenne ou haute tension pour poste de distribution électrique, à trois positions de commutation incluant une position de mise à la terre et comprenant une première borne d'entrée, une seconde borne de sortie et une troisième borne de mise à la terre, lesdites bornes coopèrant avec un contact mobile. Un poste de distribution électrique comporte typiquement une ou plusieurs cellules électriques d'arrivée qui sont branchées chacune entre un jeu de barres d'alimentation et un câble de distribution ainsi qu'une ou plusieurs cellules électriques de départ, telle que sur câble ou sur une cellule de protection d'un transformateur qui est branchée en entrée au jeu de barres et en sortie à un transformateur, par exemple un transformateur moyenne tension/basse tension.. Une cellule de protection d'un transformateur comporte un coupecircuit à fusible qui protège le circuit électrique amont en cas de défaut sur le transformateur. Ce coupe-circuit à fusible est généralement doté d'un fusible interchangeable après chaque fusion. Le changement d'un fusible dans une cellule de protection d'un transformateur se fait obligatoirement, pour des raisons de sécurité du personnel, quand le coupe-circuit à fusible est raccordé en amont et en aval à la terre. La demande de brevet européen EP-0924827 décrit une cellule de protection d'un transformateur dans laquelle les moyens de mise à la terre amont et aval du coupe-circuit à fusible comportent un sectionneur de tête connecté entre un jeu de barres et un interrupteur, un sectionneur de terre amont pouvant porter le contact mobile du sectionneur de tête au potentiel de la terre et un sectionneur de terre aval branché entre la terre et la borne de sortie de la cellule. Dans cette cellule de protection connue, l'interrupteur est formé par une ampoule à vide et une liaison mécanique à tringles relie cinématiquement les deux sectionneurs de terre et le sectionneur de tête pour entraîner simultanément les sectionneurs de terre vers la position de fermeture ou d'ouverture lors de la manoeuvre du mécanisme de commande de la cellule selon une séquence déterminée La liaison mécanique à tringles entre les différents sectionneurs est un agencement compliqué qui augmente l'encombrement de la cellule. Par ailleurs, un déréglage entre les différentes tringles de la commande induit un risque d'apparition d'un arc électrique sur le sectionneur de terre aval en cas de retour de courant en provenance du transformateur. Un but de l'invention est de proposer un interrupteur/sectionneur moyenne ou haute tension permettant de réaliser de façon simple une mise à la terre amont et aval d'un coupe-circuit à fusible dans une cellule de protection d'un transformateur. Un autre but de l'invention est de proposer un tel interrupteur/sectionneur qui soit d'une conception compacte. A cet effet, l'invention a pour objet un interrupteur/sectionneur moyenne ou haute tension à trois positions de commutation incluant une position de mise à la terre, comprenant une première borne d'entrée, une seconde borne de sortie et une troisième borne de mise à la terre, lesdites bornes coopèrent avec un contact mobile, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une quatrième borne coopérant avec le contact mobile et en ce que le contact mobile est conformé de telle manière qu'en position de mise à la terre de l'interrupteur/sectionneur, le contact mobile connecte simultanément la quatrième borne avec lesdites seconde et troisième bornes. Le contact mobile peut par exemple former une fourche à deux dents. Dans une cellule de protection d'un transformateur munie d'un interrupteur/sectionneur selon l'invention, le coupe-circuit à fusible est connecté en amont à la seconde borne de sortie de l'interrupteur/sectionneur et en aval à la quatrième borne de sortie de l'interrupteur/sectionneur. De la sorte, quand l'interrupteur/sectionneur selon l'invention est commuté dans sa position de mise à la terre, on réalise une mise à la terre amont et aval du coupe-circuit à fusible par simple connexion électrique sans avoir besoin d'aucune liaison mécanique. Un tel agencement assure à une cellule de protection d'un transformateur une meilleure fiabilité de fonctionnement et une plus grande sécurité d'utilisation. Selon l'invention, le contact mobile en forme de fourche à deux dents est un couteau solidaire d'un arbre de commande rotatif principal, ce couteau pouvant être disposé avec les quatre bornes de l'interrupteur/sectionneur dans un boîtier de forme compacte rempli d'un gaz diélectrique. L'interrupteur/sectionneur selon l'invention peut être monté dans une cellule de départ ou dans une cellule d'arrivée équipant un poste de distribution électrique public ou privé. Ces cellules peuvent être réalisées sous forme compacte ou modulaire avec une isolation au gaz, par exemple un gaz diélectrique comme le SF6. Il est connu d'effectuer des opérations dites tests câble sur les câbles de distribution de cellules d'arrivée dans un poste de distribution électrique. Ces opérations sont jusqu'à présent assez compliquées du fait qu'elles nécessitent de démonter et remonter le circuit de mise à la terre de la cellule d'arrivée. Ce problème peut être résolu plus simplement et avec une plus grande sécurité à l'aide d'un interrupteur/sectionneur selon l'invention comportant une troisième borne de mise à la terre qui est mobile par rapport aux autres bornes de l'interrupteur/sectionneur de telle manière à pouvoir être déconnectée du contact mobile ou reconnectée au contact mobile quand l'interrupteur est commuté dans sa position de mise à la terre. La troisième borne mobile de mise à la terre de l'interrupteur/sectionneur selon l'invention peut par exemple être un doigt pivotant solidaire d'un arbre de commande rotatif secondaire s'étendant parallèlement à l'arbre de commande principal de l'interrupteur/sectionneur. Avec cet agencement, pour effectuer une opération de test câble sur un câble de distribution d'une cellule d'arrivée comportant l'interrupteur/sectionneur selon l'invention relié par sa seconde borne de sortie au câble de distribution à tester, on procède de la façon suivante : l'interrupteur/sectionneur est commuté dans sa position de mise à la terre et un générateur est branché sur la quatrième borne de l'interrupteur/sectionneur sous protection de la terre ; la troisième borne de mise à la terre de l'interrupteur/sectionneur est déconnectée du contact mobile de sorte qu'une tension peut être injectée dans le câble depuis le générateur pour réaliser le test ; à la fin de l'opération de test câble, la troisième borne de mise à la terre de l'interrupteur/sectionneur est reconnectée au contact mobile de sorte que le générateur peut être débranché de la quatrième borne de l'interrupteur/sectionneur sous protection de la terre. L'interrupteur/sectionneur selon l'invention est multifonctionnel. Il permet d'effectuer une mise à la terre amont et aval dans une cellule de départ d'un poste électrique. Il permet également d'effectuer un test câble dans une cellule d'arrivée d'un poste électrique. L'invention est décrite plus en détails ci-après et illustrée sur les dessins. Les figures 1 à 3 sont des schémas électriques d'une cellule de protection d'un transformateur selon l'invention. Les figures 4 à 6 sont des schémas électriques d'une cellule d'arrivée selon l'invention. Les figures 7 à 10 représentent un premier exemple de réalisation de l'interrupteur/sectionneur multifonctionnel selon l'invention. Les figures 11 à 14 représentent un second exemple de réalisation de l'interrupteur/sectionneur multifonctionnel selon l'invention. Comme visible sur les figures 1 à 3, une cellule de protection d'un transformateur 5 selon l'invention comporte un interrupteur/sectionneur multifonctionnel 1 ayant une première borne d'entrée 1A connectée à un jeu de barres 2, une seconde borne de sortie 1B connectée à l'amont d'un coupe-circuit à fusible 3. Le coupe-circuit à fusible 3 est connecté en aval au transformateur 5 à travers la borne de sortie 4 de la cellule. L'interrupteur/sectionneur 1 comporte une troisième borne de mise à la terre 1C branchée à la terre et une quatrième borne 1D connectée à la borne de sortie 4 de la cellule par une liaison souple par exemple. L'interrupteur 1 comporte enfin un contact mobile 6 qui est agencé pour coopérer selon une séquence déterminée avec les quatre bornes 1A à 1D. Selon l'invention, ce contact mobile 6 est conformé pour connecter simultanément trois bornes de l'interrupteur. Il se présente par exemple sous la forme d'une fourche à deux dents pour connecter simultanément les bornes 1B, 1C et 1D quand l'interrupteur/sectionneur 1 est commuté dans sa position de mise à la terre. Sur la figure 1, l'interrupteur/sectionneur 1 est fermé et le contact mobile 6 connecte seulement les bornes 1A et 1B de sorte que le transformateur 5 est alimenté par le jeu de barres 2. Sur la figure 2, l'interrupteur/sectionneur 1 est ouvert et le contact mobile 6 isole entre elles les bornes 1A et 1B avec une tenue diélectrique suffisante de sectionnement empêchant toute formation d'un arc électrique entre celles-ci lors de l'application des containtes diélectiques normalisées. Sur la figure 3, l'interrupteur est commuté dans sa position de mise à la terre selon laquelle le contact mobile 6 connecte en même temps les bornes 1B, 1C et 1D. Dans cette position de l'interrupteur/sectionneur 1, les deux bornes du fusible 3 sont portées au potentiel de la terre alors que le transformateur 5 est isolé électriquement du jeu de barres 2. Les figures 4 à 6 représentent une cellule électrique d'arrivée ou de départ comportant un interrupteur/sectionneur 1 selon l'invention ayant une troisième borne de mise à la terre 1C qui est mobile par rapport aux autres bornes 1A, 1 B, 1 D ce qui permet d'effectuer une opération dite test câble. Dans cette cellule, la borne de sortie 4 de la cellule est raccordée en amont à la borne 1C de l'interrupteur/sectionneur et en aval à un câble de distribution 5'. Sur la figure 4, l'interrupteur/sectionneur 1 est fermé et le contact mobile en forme de fourche à deux dents connecte les bornes 1A et 1B de sorte que le câble 5'est connecté au jeu de barres 2. Sur la figure 5, l'interrupteur/sectionneur 1 est dans sa position de mise à la terre selon laquelle le contact mobile 6 connecte en même temps les bornes 1 B, 1 C et 1 D. Dans cette position de l'interrupteur/sectionneur, les bornes 1B et 1D ainsi que la tête du câble 5'sont portées au potentiel de la terre. Sur la figure 6, la troisième borne de mise à la terre 1C a été déplacée et est déconnectée du contact mobile 6 de l'interrupteur/sectionneur. Pour tester que le câble d'alimentation 5', qui est généralement un câble souterrain de grande longueur, ne présente pas de défaut de conduction, on procède de la façon suivante. Quand l'interrupteur 1 est commuté dans sa position de mise à la terre comme montré sur la figure 5, on branche un générateur GC sur la quatrième borne 1D de l'interrupteur/sectionneur sous protection de la terre. Ce générateur GC est un générateur permettant d'injecter une tension électrique dans le câble 5'. Pour effectuer l'opération de test câble, on déplace la troisième borne de mise à la terre 1C de façon à la déconnecter du contact mobile 6. Une tension peut alors être injectée dans le câble 5'depuis le générateur GC comme illustré sur la figure 6. A la fin de l'opération de test câble, la troisième borne de mise à la terre 1C de l'interrupteur/sectionneur est déplacée de nouveau pour être reconnectée au contact mobile 6 de sorte que le générateur GC peut être débranché de la borne 1D sous protection de la terre. Les figures 7 à 10 représentent selon une vue en coupe transversale un premier exemple de réalisation de l'interrupteur/sectionneur multifonctionnel 1. Il comprend un boîtier cylindrique 7 d'axe longitudinal AX fermé pour être rempli d'un gaz diélectrique. Le boîtier 7 est ici formé de deux coquilles semi-cylindriques 7A, 7B réalisées par exemple, par moulage d'une matière électriquement isolante comme une résine époxy. Les bornes 1A à 1D de l'interrupteur/sectionneur 1 sont disposées avec le contact mobile 6 à l'intérieur du boîtier 7. Le contact mobile 6 est un couteau sensiblement rectiligne ayant une extrémité munie de deux dents 6A, 6B. Le couteau 6 est fixé à un arbre de commande rotatif principal 8A qui traverse le boîtier 7 selon l'axe longitudinal AX. Comme visible sur les figures 7 à 10, le couteau 6 est fixé au niveau de sa partie centrale sur l'arbre 8A en étant déporté de celui-ci. L'arbre de commande 8A est en une matière électriquement isolante. Un interrupteur/sectionneur 1 polyphasé pourra comprendre plusieurs couteaux 6 fixés sur l'arbre 8A et disposés dans un même volume de coupure à l'intérieur du boîtier 7. La figure 7 montre l'interrupteur/sectionneur 1 en position de fermeture. Dans cette position de l'interrupteur/sectionneur, le couteau 6 s'étend verticalement entre la première borne d'entrée 1A disposée dans la partie supérieure du boîtier 7 et la seconde borne de sortie 1B disposée dans la partie inférieure du boîtier 7. Les deux dents 6A et 6B du couteau sont disposées à l'extrémité inférieure du couteau 6, la dent 6A connectant la borne 1 B. La troisième borne de mise à la terre 1C et la quatrième borne 1 D de l'interrupteur/sectionneur sont également disposées dans la partie supérieure du boîtier 7, la borne de mise à la terre 1C étant disposée entre la borne 1A et la borne 1D. Les bornes 1A à 1D sont réparties sur la périphérie circulaire intérieure du boîtier 7 dans le plan de rotation du couteau 6. La troisième borne de mise à la terre 1C de l'interrupteur/sectionneur est un doigt solidaire d'un arbre de commande rotatif secondaire 8B traversant le boîtier 7 parallèlement à l'arbre de commande principal 8A. L'arbre de commande 8B est électriquement conducteur et plusieurs doigts pivotants tels que 1C peuvent être montés sur l'arbre de commande secondaire 8B en étant disposés dans un même volume de coupure à l'intérieur du boîtier 7. Les bornes conductrices 1A, 1B et 1D réparties sur la périphérie circulaire intérieure du boîtier 7 sont disposées dans des traversées du boîtier 7. Chacune des différentes bornes conductrices est diélectriquement isolée des autres, de façon à ne pas engendrer d'amorçage sur contrainte diélectrique normalisée. Par exemple, la tenue diélectrique entre les bornes 1A et 1C est renforcée par une ailette isolante 9 s'étendant verticalement à l'intérieur du boîtier 7 depuis sa partie supérieure jusqu'à proximité de l'arbre de commande principal 8A. L'arbre de commande principal 8A forme également une gaine isolante 10 entourant partiellement le couteau 6 pour renforcer la tenue diélectrique entre les pièces conductrices à l'intérieur du boîtier 7. Sur la figure 8, l'interrupteur/sectionneur 1 est commuté, par une rotation de l'arbre de commande principal 8A, de sa position de fermeture dans une position d'ouverture et d'isolement des bornes 1A et 18. Sur la figure 9, l'interrupteur/sectionneur 1 est commuté, par rotation de l'arbre de commande principal 8A, de sa position d'ouverture dans une position de mise à la terre et le couteau 6 connecte en même temps les bornes 1B, 1 C et 1D. Plus particulièrement, la dent 6B du couteau 6 est connectée à la borne 1C et la dent 6A du couteau 6 est connectée à la borne 1D. Sur la figure 10, la borne de mise à la terre 1C en forme de doigt pivotant est déplacée, par rotation de l'arbre de commande secondaire 8B, pour être déconnectée de la dent 6B du couteau. Si l'interrupteur/sectionneur est utilisé dans une cellule de protection par coupe-circuit à fusible d'un transformateur, il n'est pas utile que la borne de mise à la terre 1C soit laissée mobile dans le boîtier. Elle peut être de conception fixe dans le boîtier. Alternativement, le blocage du mouvement rotatif de la borne de mise à la terre 1C peut être obtenu simplement par un blocage de la commande agissant sur l'arbre de commande secondaire 8B. Les figures 11 à 14 représentent selon une vue en coupe transversale, un second exemple de réalisation de l'interrupteur/sectionneur multifonctionnel 1. L'interrupteur/sectionneur montré sur les figures 11 à 14 se différencie de celui montré sur les figures 7 à 10 en ce que le contact mobile 6 est un couteau en forme de V et en ce les bornes 1A et 1C sont disposées dans la partie supérieure du boîtier 7 tandis que les bornes 1 B et 1 D sont disposées dans la partie inférieure du boîtier. Par ailleurs, l'arbre de commande principal 8A est disposé dans la partie centrale du couteau sans être déporté de celui-ci. Sur la figure 11, l'interrupteur/sectionneur 1 est fermé et le couteau 6 connecte seulement les bornes 1A et 1B. Sur la figure 12, t'interrupteur/sectionneur 1 est ouvert. Sur la figure 13, l'interrupteur/sectionneur est dans une position de mise à la terre des bornes 1B et 1D. Dans cette position de l'interrupteur/sectionneur, la dent 6A du couteau 6 est connectée à la borne 1D et la dent 6B du couteau est connecté à la borne 1C. Sur la figure 14, l'interrupteur/sectionneur 1 est dans une position de connection au générateur de test câble, la borne de mise à la terre 1C étant déconnectée du couteau 6. Cette borne de mise à la terre 8 est encore un doigt pivotant dans le boîtier 7 qui est déplacé en rotation par un arbre de commande rotatif secondaire 8B. L'interrupteur/sectionneur 1 selon l'invention peut être muni d'un ou de plusieurs capteurs de tension 12 monté chacun pour détecter la présence d'une tension électrique sur une des bornes 1A, 1B ou 1D de l'interrupteur/sectionneur. Le capteur de tension 12 peut être avantageusement un diviseur capacitif de forme annulaire qui est posé autour d'une traversée d'une des bornes 1A, 1B ou 1D comme illustré sur les figures 7 et 11. Une cellule de départ ou de protection d'un transformateur incorporant un interrupteur/sectionneur multifonctionnel 1 tel que décrit ci-dessus peut faire partie d'un poste de distribution à moyenne tension à isolation dans l'air atmosphérique ou à gaz à pression contrôlée tel que du SF6 ou de l'azote. S'il s'agit d'une isolation avec un gaz d'isolation comme du SF6, celle-ci nécessite un faible volume. La construction de l'interrupteur/sectionneur selon l'invention est adaptée à des postes de distribution préfabriqués ayant un faible volume. REVENDICATIONS 1/Interrupteur/sectionneur (1) moyenne ou haute tension à trois positions de commutation incluant une position de mise à la terre, comprenant une première borne d'entrée (1A), une seconde borne de sortie (1B) et une troisième borne (1C) de mise à la terre, lesdites bornes coopérant avec un contact mobile (6), caractérisé en ce qu'il comprend en outre une quatrième borne (1D) coopérant avec le contact mobile et en ce que le contact mobile est conformé de telle manière qu'en position de mise à la terre de l'interrupteur/sectionneur, le contact mobile connecte simultanément la quatrième borne (1 D) avec lesdites seconde et troisième bornes (1 B, 1 C). 2/Interrupteur/sectionneur selon la revendication 1, dans lequel le contact mobile (6) forme une fourche à deux dents (6A, 6B). 3/Interrupteur/sectionneur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le contact mobile (6) est un couteau solidaire d'un arbre de commande rotatif principal (8A) et dans lequel lesdites bornes (1A-1 D) et le couteau (6) sont disposés dans un boîtier (12) traversé par ledit arbre de commande principal. 4/Interrupteur/sectionneur selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ladite troisième borne de mise à la terre (1 C) est mobile par rapport aux autres bornes (1A, 1B, 1D) pour être déconnectée du contact mobile (6) ou reconnectée au contact mobile (6) quand l'interrupteur/sectionneur est commuté dans une position de mise à la terre. 5/Interrupteur/sectionneur selon la revendication 4, dans lequel ladite troisième borne de mise à la terre (1C) est un doigt pivotant solidaire d'un arbre de commande rotatif secondaire (8B). 6/Interrupteur selon les revendications 3 et 5, dans lequel lesdits arbres de commande rotatifs principal (8A) et secondaire (8B) sont parallèles entre eux. 7/Interrupteur/sectionneur selon l'une des revendications 1 à 6, comprenant au moins un capteur de tension (12) monté pour détecter la présence d'une tension sur l'une desdites première, seconde ou quatrième borne de l'interrupteur/sectionneur. 8/Cellule électrique comprenant un interrupteur/sectionneur (1) selon l'une des revendications 1 à 7 et un coupe-circuit à fusible (3) branché en amont à la seconde borne (1B) de l'interrupteur/sectionneur et en aval à la quatrième borne (1 D) de l'interrupteur/sectionneur. 9/Procédé pour effectuer un test câble sur un câble de distribution (5') relié à la seconde borne de sortie (1B) d'un interrupteur/sectionneur (1) selon la revendication 4 ou 5, consistant dans les étapes suivantes : l'interrupteur/sectionneur (1) est commuté dans sa position de mise à la terre et un générateur (GC) est branché sur la quatrième borne (1D) de l'interrupteur/sectionneur sous protection de la terre ; la troisième borne de mise à la terre (1C) de l'interrupteur/sectionneur est déconnectée du contact mobile (6) de sorte qu'une tension peut être injectée dans le câble (5') depuis le générateur pour réaliser le test ; à la fin de l'opération de test câble, la troisième borne de mise à la terre (1 C) de l'interrupteur/sectionneur est reconnectée au contact mobile (6) de sorte que le générateur (GC) peut être débranché de la quatrième borne (1D) de l'interrupteur/sectionneur sous protection de la terre.