Brevet FR2830977A1 — publié le 20030418

L'invention concerne une traversée électrique destinée à relier au moins une des phases d'un réseau de distribution électrique à un appareil électrique, tel qu'un appareil de coupure moyenne tension. L'invention concerne également des procédés de détermination de la tension et du courant d'une phase du réseau. L'invention concerne enfin un appareil de coupure moyenne tension comprenant une telle traversée électrique. L'invention s'applique notamment aux traversées électriques embrochables utilisées pour relier les phases d'un réseau de distribution électrique à un appareil électrique. De telles traversées comprennent un corps isolant pouvant recevoir un second corps par embrochage. Le corps isolant est formé d'un corps en résine comprenant un conducteur central. Ce corps est fixée à l'enveloppe de l'appareil électrique. Le second corps est un connecteur séparable, d'une part relié au conducteur de la phase du réseau et qui est d'autre part destiné à être placé, ou embroché, sur le corps isolant. Dans le cas d'un système non séparable, le corps isolant et le deuxième corps sont solidaires l'un de l'autre mais comprennent les mêmes éléments. Le corps isolant de la traversée comprend généralement une électrode annulaire appelée déflecteur, reliée au potentiel de terre et destinée à orienter les lignes de champ électrique. De tels déflecteurs doivent présenter une géométrie dénuée de toute aspérité qui pourrait engendrer des contraintes diélectriques excessives. Ils doivent d'autre part garantir l'absence d'interstice entre l'élément conducteur du déflecteur et la résine constituant le corps isolant de la traversée, cet interstice pouvant être le siège de décharges électriques. Ce second résultat est généralement obtenu en assurant un accrochage suffisant entre les deux éléments, cet accrochage pouvant s'opposer au phénomène de retrait du matériau isolant durant sa polymérisation. Deux solutions sont couramment adoptées pour réaliser industriellement ce déflecteur. Selon une première technique, le déflecteur est réalisé à partir d'un treillis métallique enroulé pour constituer un tube, les extrémités étant préalablement repliées pour éviter les effets de pointe. Selon une seconde technique, le déflecteur est constitué d'un corps en matériau isolant, typiquement en résine époxyde, sur lequel a été déposé un revêtement conducteur, obtenu, par exemple, par métallisation. Dans les deux techniques précédentes, la phase de polymérisation du matériau isolant est une phase critique de la réalisation de la traversée. Il faut réaliser cette étape avec la plus grande attention pour éviter le retrait de la matière lors de la polymérisation de celle-ci. En outre, l'usage montre qu'il est nécessaire, tout particulièrement quand il s'agit d'appareils de coupure équipant les postes de transformation sur des réseaux moyenne tension de distribution, de disposer d'un moyen de mesure du courant et de la tension par rapport au potentiel de terre de chaque phase. Ces mesures sont plus particulièrement nécessaires pour le fonctionnement d'appareils de localisation des défauts d'isolement sur le réseau, ou pour le fonctionnement d'automatismes destinés à éliminer ces défauts. Ces moyens de mesure sont généralement constitués de tores de courant équipant chaque câble de phase du réseau et situés à proximité immédiate de l'appareil, et de dispositifs de raccordement permettant de se connecter à des diviseurs capacitifs intégrés aux connecteurs séparables. Cette pratique présente néanmoins plusieurs inconvénients. Les tores de courant devant être positionnés sur les câbles de chaque phase du réseau, une opération de montage complexe et des dispositions constructives pour les maintenir en position sont nécessaires. Leur présence, de même que la présence du câblage qui leur est associé, nuisent à l'ergonomie du débrochage des connecteurs séparables. Ces tores doivent être reliés électriquement à la terre. Pour ne pas donner d'indications erronées, le conducteur de raccordement à la terre de l'écran présent sur chaque câble du réseau doit impérativement repasser dans le tore de courant, ce qui complique le câblage général. Concernant la mesure de tension de phase, la présence des dispositifs de raccordement gêne l'utilisation normale des diviseurs capacitifs présents sur chaque connecteur séparable dont la fonction est de permettre une vérification d'absence de tension du réseau avant débrochage. Enfin, ces dispositifs et le câblage qui leur est associé nuisent à la simplicité de l'installation générale et engendrent un coût significatif. La présente invention a pour objet de pallier ces inconvénients en proposant un mode de réalisation du déflecteur de champ électrique présent dans les traversées notamment embrochables rendant d'une part impossible l'apparition d'un espace vide entre le matériau isolant et le déflecteur et permettant d'autre part de simplifier l'installation générale et d'alléger les opérations de montage et les dispositions constructives. Ce but est atteint par l'utilisation d'une traversée destinée au raccordement d'au moins une des phases d'un réseau de distribution électrique à un appareil, tel qu'un appareil de coupure moyenne tension. Les traversées, généralement une, deux ou trois, équipent sensiblement toutes les phases alimentant l'appareil. La traversée comprend un corps en matériau isolant, un conducteur placé dans ledit corps et apte à relier une phase du réseau à l'appareil et un déflecteur de champ électrique, le déflecteur entourant une partie du conducteur. Le déflecteur comprend un noyau torique en matériau isolant d'axe sensiblement confondu avec l'axe du conducteur et un fil électriquement conducteur enroulé autour du noyau de façon à recouvrir sensiblement la totalité du noyau, le fil formant un enroulement comprenant des spires appartenant à un plan passant sensiblement par l'axe du déflecteur. La traversée électrique comprend des moyens de connexion d'un dispositif extérieur à la traversée aux extrémités du fil conducteur isolé enroulé de sorte que le déflecteur forme une bobine de Rogowski permettant de mesurer le courant passant dans le conducteur de la traversée électrique. Ainsi, il n'est pas nécessaire de placer des tores sur les câbles de chaque phase du réseau. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'enroulement comprend une prise médiane. Les nombres de spires situées respectivement entre une première extrémité de l'enroulement et la prise médiane et une deuxième extrémité et la prise médiane sont identiques. L'invention concerne également un procédé de détermination du potentiel d'une phase d'un réseau de distribution électrique par rapport à la terre, ladite phase étant raccordée à un appareil, tel qu'un appareil de coupure moyenne tension, au moyen d'une traversée dans lequel : - on utilise un point électrique intermédiaire entre les extrémités du fil pour obtenir un diviseur capacitif de capacité de tête C1, C1 étant la capacité moyenne apparaissant entre l'enroulement recouvrant le déflecteur de champ électrique et le conducteur ; - on connecte un condensateur extérieur de capacité C2 entre le potentiel de terre et le point électrique ; - on connecte aux bornes du condensateur extérieur des moyens de détermination de valeurs de potentiels ; - on détermine le potentiel de la phase. Selon un mode de réalisation, le point électrique est connecté à un dispositif extérieur apte à générer une valeur moyenne des potentiels respectifs des deux extrémités du fil. Selon un autre mode de réalisation, le point électrique est connecté à la prise médiane (34). Un appareil de coupure moyenne tension peut par exemple comprendre un déflecteur tel que décrit précédemment et il est possible d'obtenir pour un tel appareil le courant et le potentiel d'une phase du réseau auquel il est raccordé par l'un des procédés précédemment décrits. Cependant le déflecteur ainsi que les procédés précédents peuvent également concerner d'autres appareils. Les autres caractéristiques de l'invention résultent de la description qui suit d'un mode de réalisation, description effectuée en référence aux figures annexées dans lesquelles : - La figure 1 est une vue partielle en coupe d'une traversée embrochable fixée à l'enveloppe d'un appareil électrique et du connecteur séparable en position débrochée ; - La figure 2 est une vue en coupe axiale d'un déflecteur selon l'invention ; - La figure 3 est une représentation schématique de dessus du déflecteur de la figure 1 et associée à une vue en coupe radiale du conducteur central montrant les extrémités du fil et la prise médiane de l'enroulement reliés à des points de branchement ; - La figure 4 est un schéma électrique du diviseur de tension permettant de déterminer le potentiel d'une phase d'un réseau de distribution grâce à une traversée selon l'invention. La traversée électrique 1 est destinée à relier une des phases d'un réseau de distribution électrique à un appareil électrique 2, tel qu'un appareil de coupure moyenne tension. Le mode de réalisation représenté sur la figure 1 et décrit ci-dessous concerne une traversée électrique 1 embrochable. Cependant, l'invention peut également concerner une traversée 1 non embrochable. Dans la description qui suit, les mots haut , bas , supérieur et inférieur sont à considérer en fonction de l'orientation verticale de la traversée 1 sur la figure 1 avec la traversée saillant au-dessus de l'appareil 2. Cependant, sur un appareil 2, il est possible d'orienter différemment la traversée 1, par exemple horizontalement. La traversée électrique 1 est généralement formée d'un corps en résine époxyde. La traversée 1 comprend un corps isolant 3. Ce corps 3 est de révolution autour d'un axe XX. Le corps 3 est destiné à recevoir un second corps 4 et à être fixé sur l'enveloppe 5 de l'appareil 2 par tout moyen convenable Le premier corps 3 comprend une surface plane 6 annulaire d'axe XX. Le premier corps 3 et l'enveloppe 5 sont en contact par l'intermédiaire de la surface 6 et de la face intérieure 7 de l'enveloppe 5. L'appareil 2 est généralement rempli d'un diélectrique gazeux ou liquide, des moyens d'étanchéité entre l'enveloppe 5 et le premier corps 3 sont donc prévus. Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 1, un joint annulaire 8 est placé dans une rainure annulaire 9 prévue sur la surface 6 du premier corps 3 adjacent à la face intérieure 7 de l'enveloppe 5. L'enveloppe 5 présente une ouverture 10, par exemple circulaire, par laquelle se projette une partie protubérante 11 du corps 3. La hauteur de la partie protubérante 11 est voisine du diamètre de l'ouverture 10. Ces deux mesures n'ont cependant pas de lien et peuvent donc être d'ordres de grandeur différents. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, la partie protubérante 11 est sensiblement de révolution autour de l'axe XX. La partie protubérante 11 est sensiblement tronconique sur sa hauteur à l'exception de sa base 12. La base 12 est également de révolution mais possède un diamètre supérieur à celui du reste de la partie 11. De ce fait, la partie 11 présente en sa base 12 un épaulement 13. Un trou cylindrique 14 s'étend axialement à partir du haut de la partie protubérante 11 sur sensiblement toute la hauteur du corps 3. Le trou 14, tel que représenté sur la figure 1, présente une partie supérieure 15, et une partie inférieure16 présentant deux diamètres différents. Le diamètre de la partie supérieure 15 du trou 14 est supérieur au diamètre de la partie inférieure 16 du trou 14, les deux parties étant reliées par une petite partie tronconique 17. Le trou 14 peut toutefois être de diamètre constant sur toute sa hauteur ou présenter une autre forme. Le trou 14 est destiné à accueillir le conducteur central 18 de forme sensiblement cylindrique, adaptée à la forme du trou 14. Le corps 3 comprend également un déflecteur 19 qui est destiné à orienter les lignes de champ électrique de manière à éviter des contraintes excessives dans le premier corps 3. Le déflecteur 19 comprend un noyau 20 de révolution. Sa section radiale est choisie pour éviter les concentrations électriques. Il ne comprend pas, par exemple, de pointes ou d'angles vifs. Le déflecteur 19 est plus précisément un tore présentant une génératrice 21 sensiblement triangulaire. Par génératrice , on entend une courbe fermée dont la rotation autour de l'axe XX génère la surface 22 extérieure du tore. Les angles du triangle ne sont pas vifs mais arrondis pour éviter les effets de pointe. Un fil 23 est enroulé autour de la surface du déflecteur 19. L'enroulement 24 ainsi formé comprend des spires 25 sensiblement jointives appartenant chacune sensiblement à un plan passant par l'axe du déflecteur 19, de telle sorte que de la section radiale de l'enroulement 24 résultent deux spires 25 de la forme de la génératrice 21, situées de part et d'autre de l'axe XX. D'autres formes de génératrice 21 sont possibles tant qu'elles permettent d'éviter les concentrations de champ électrique. La surface 22 du déflecteur 19 est recouverte par un enroulement 24 de fil métallique 23 de faible section circulaire, dont les spires 25 sont sensiblement jointives. Les moyens de bobinage de l'enroulement 24 sont identiques à ceux employés pour la fabrication de petits transformateurs toriques. L'intérêt de ce mode de réalisation est de permettre d'obtenir une surface équipotentielle recouvrant l'ensemble du noyau 20 en garantissant l'absence d'aspérités tout en assurant une bonne cohésion avec le matériau du corps 3 qui enrobe les spires 25. Pour ce faire, le premier corps 3 est moulé en coulant le matériau isolant autour du déflecteur 19. Dans ces conditions, l'apparition d'un espace vide entre le matériau isolant constituant le premier corps 3 et l'enroulement 24 recouvrant le déflecteur 19, sous l'effet d'un retrait de la résine époxyde en cours de polymérisation, est rendu impossible. D'autres caractéristiques et l'utilisation du déflecteur 19 dans les procédés selon l'invention seront décrites plus bas. Le second corps 4 de la traversée 1 est un connecteur séparable présentant une cavité interne 29 de forme complémentaire de la forme de la partie protubérante 11. Le second corps 4 est relié à l'une des phases du circuit de distribution et peut être en position embrochée ou en position débrochée, la position embrochée permettant de connecter électriquement l'appareil 2 au réseau de distribution, la position débrochée permettant la déconnexion. Le second corps 4 est sensiblement cylindrique et comprend un corps principal 26 en matériau isolant recouvert d'une paroi 27 en matériau semi-conducteur. La paroi 27 a pour objectif de diriger le champ électrique et de protéger le corps principal 26 des agressions extérieurs telles que l'humidité, les rayons UV, etc. Le second corps 4 présente une ouverture 28 sensiblement du même diamètre que le corps principal 26. L'ouverture 28 débouche sur la cavité 29 dont la forme correspond à la forme de la partie protubérante 11 de sorte que le second corps 4 puisse être embroché sur la partie protubérante 11. Le second corps 4 est également pourvu d'un conducteur 30. Celui-ci est cylindrique et placé le long de l'axe YY du second corps 4. En position embrochée, l'axe XX et l'axe YY sont sensiblement confondus. Le conducteur 30 s'étend de la partie supérieure du corps principal 26 jusqu'à la moitié de la cavité 29. Ainsi, par le haut du corps 4, il est possible, par tous moyens qui conviennent, de connecter une phase du réseau au conducteur 30. Et, en position embrochée, le conducteur 30 est inséré dans un trou borgne 31 du conducteur 18, vers la partie supérieure 15 du trou 14. La partie supérieure du conducteur 18 est située sensiblement au niveau de la profondeur atteinte, dans l'espace ménagé, par le conducteur 30, en position embrochée. Des moyens sont prévus pour relier les deux connecteurs 18,30. Le conducteur 30 possède un diamètre permettant son introduction dans le trou 31 en vue d'assurer le contact électrique. On décrit à présent plus en détail le déflecteur et ses fonctions, en référence aux figures 2 à 4. Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 3, l'enroulement 24 est constitué d'un fil métallique 23 de section circulaire, isolé, tel qu'un fil de cuivre émaillé couramment utilisé dans la fabrication des petits transformateurs. L'enroulement 24, sous l'effet du champ magnétique induit par l'intensité traversant le conducteur central 18 de la traversée 1 se comporte comme une bobine de Rogowski et génère une tension entre ses extrémités 32,33 directement proportionnelle à la valeur dérivée de l'intensité. Les extrémités 32,33 sont reliées électriquement à des points de branchement respectivement x et y situés à l'extérieur de la traversée 1. En procédant à une intégration effectuée par un dispositif extérieur à la traversée, l'invention permet d'obtenir une mesure de la valeur du courant de phase grâce au mode de réalisation du déflecteur 19 sans faire appel à des tores de courants installés sur des câbles du réseau. Selon un autre mode de réalisation, l'enroulement 24 de fil 23 métallique isolé comprend une prise médiane 34, les nombres de spires 25 situés entre l'extrémité 32 du fil 23 et la prise médiane 34 d'une part et entre l'extrémité 33 du fil 23 et la prise médiane 34 d'autre part étant identiques. Le procédé de détermination du potentiel d'une phase d'un réseau de distribution par rapport à la terre reliée à un appareil tel qu'un appareil moyenne tension est maintenant décrit. On raccorde un point électrique z intermédiaire entre les extrémités 32,33 du fil 23 à une première borne d'un condensateur extérieur à la traversée 1, de capacité C2 adaptée à la capacité C1 s'établissant entre l'enroulement 24 et le conducteur central 18, ce condensateur étant relié à sa deuxième borne au potentiel de terre. On dispose alors d'un diviseur de tension capacitif, dont le schéma électrique est représenté sur la figure 4, qui permet d'obtenir aux bornes du condensateur de capacité C2 une image précise du potentiel de la phase concernée du réseau par rapport à la terre sans utiliser un diviseur de tension capacitif extérieur au système. En effet, le diviseur de tension réalisé est en partie intérieur puisqu'il utilise le déflecteur 19. Il n'y a à l'extérieur qu'un condensateur au lieu d'un diviseur de tension entier. Le fait que la capacité C2 soit adaptée à la capacité C1 signifie que la valeur de C2 permet d'obtenir une valeur du potentiel de la phase du réseau. Typiquement la valeur de C2 est choisie de manière à ce que le module de V2 (potentiel de la borne du condensateur non reliée à la terre) ne dépasse pas une valeur de l'ordre de la centaine de volts. On obtient le potentiel de la phase du réseau par la formule V = V2. C2 + C1 C1 où V : potentiel de la phase du réseau ; V2 : potentiel de la borne du condensateur non reliée à la terre ; C1 : capacité apparaissant entre le déflecteur 19 et le conducteur 18 ; C2 : capacité du condensateur extérieur. L'invention permet d'éviter la présence de dispositifs de raccordement sur les diviseurs capacitifs présents sur chaque connecteur séparable. Selon un mode de réalisation du diviseur de tension capacitif, le point électrique z est connecté à la prise médiane. Selon un autre mode de réalisation, au point électrique z est générée la valeur moyenne des potentiels des extrémités 32,33 par rapport à la terre par un dispositif extérieur (non représenté). On limite ainsi à deux le nombre de fils de liaison électrique entre les systèmes de mesure que comporte la traversée 1 et le dispositif situé en aval, constitué généralement d'un ensemble de fonctions électroniques. REVENDICATIONS 1. Traversée électrique (1) destinée au raccordement d'au moins une des phases d'un réseau de distribution électrique à un appareil (2), tel qu'un appareil de coupure moyenne tension, la traversée (1) comprenant un corps en matériau isolant (3), un conducteur (18) placé dans ledit corps (3) et apte à relier une phase du réseau à l'appareil (2) et un déflecteur (19) de champ électrique, le déflecteur (19) entourant une partie du conducteur (18), caractérisée en ce que le déflecteur (19) comprend un noyau torique (20) en matériau isolant d'axe sensiblement confondu avec l'axe XX du conducteur (18) et un fil (23) électriquement conducteur enroulé autour du noyau (20) de façon à recouvrir sensiblement la totalité de la surface (22) du noyau (20), le fil (23) formant un enroulement (24) comprenant des spires (25) appartenant à un plan passant sensiblement par l'axe du déflecteur (19). 2. Traversée électrique (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fil (23) électriquement conducteur est isolé. 3. Traversée électrique (1) selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisée en ce que les spires (25) sont sensiblement jointives. 4. Traversée électrique (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le noyau torique (20) du déflecteur (19) possède une génératrice (21) présentant sensiblement la forme d'un triangle aux angles arrondis. 5. Traversée électrique (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de connexion d'un dispositif extérieur à la traversée (1), aux extrémités (32,33) du fil (23) enroulé de sorte que le déflecteur (19) forme une bobine de Rogowski permettant de mesurer le courant passant dans le conducteur (18,30) de la traversée électrique (1). 6. Traversée électrique (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'enroulement (24) comprend une prise médiane (34), les nombres de spires (25) situées respectivement entre une première extrémité (32) du fil (23) et la prise médiane (34) et une deuxième extrémité (33) du fil (23) et la prise médiane (34) étant sensiblement identiques. 7. Traversée électrique (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps isolant (3) sur lequel peut être embroché un second corps (4). 8. Procédé de détermination du potentiel d'une phase d'un réseau de distribution électrique par rapport à la terre, ladite phase étant raccordée à un appareil (2), tel qu'un appareil de coupure moyenne tension, au moyen d'une traversée (1) selon l'une des revendications 5 ou 6, dans lequel : - on utilise un point électrique (z) intermédiaire entre les extrémités (32,33) du fil (23) pour obtenir un diviseur capacitif de capacité de tête C1, C1 étant la capacité moyenne apparaissant entre l'enroulement (24) recouvrant le déflecteur (19) de champ électrique et le conducteur (18) ; - on connecte un condensateur extérieur de capacité C2 entre le potentiel de terre et le point électrique (z) ; - on connecte aux bornes du condensateur extérieur des moyens de détermination de valeurs de potentiels ; - on détermine le potentiel de la phase. 9. Procédé de détermination du potentiel d'une phase du réseau par rapport à la terre selon la revendication 8 dans lequel le point électrique (z) est connecté à un dispositif extérieur apte à générer une valeur moyenne des potentiels respectifs des deux extrémités (32,33) du fil (23). 10. Procédé de détermination du potentiel d'une phase du réseau par rapport à la terre selon la revendication 8 dans lequel le point électrique (z) est connecté à la prise médiane (34). 11. Appareil (2) de coupure moyenne tension caractérisé en ce qu'il comprend au moins une traversée électrique 1 selon l'une des revendications 1 à 7.