Brevet FR2877151A1 — publié le 20060428

POSTE DE TRANSFORMATION ELECTRIQUE AVEC DISPOSITIF DE VENTILATION DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [0001] L'invention est relative à un poste de transformation électrique, comprenant une cabine destinée à recevoir un transformateur connecté à au moins un appareil électrique. La cabine comprend quatre parois latérales, un plancher et un toit, et comprend des ouvertures d'entrée et de sortie d'air. ETAT DE LA TECHNIQUE 2] Afin d'éviter un échauffement des appareils électriques, notamment les transformateurs, placés dans des cabines de poste de transformation, il est nécessaire d'y renouveler l'air grâce à un dispositif de ventilation. 3] Dans les postes de transformation notamment de moyenne tension basse tension, il est connu de prévoir des ouvertures dans les parois de la cabine pour assurer une ventilation naturelle desdits appareils. Ces ouvertures sont généralement recouvertes de grilles de ventilation. La présence de grilles de ventilation dans les postes de transformation est connue et décrite dans de nombreux brevet notamment (FR2613881, FR2776431) . 4] L'obturation des ouvertures par des grilles est destinée à empêcher la pénétration dans la cabine de corps étrangers tels que des feuilles mortes ou de petits animaux. En outre, de telles cabines doivent aussi répondre à des normes très strictes de protection contre les risques de pénétration d'eau de pluie. Ces normes sont généralement connues sous le nom de norme IP . 5] Afin d'assurer une ventilation suffisante de la cabine, on observe généralement une première série d'ouvertures disposées dans la partie basse de la cabine et une seconde série d'ouvertures disposées dans la partie haute de la cabine. Une convection naturelle due au déséquilibre des températures entre le haut et le bas de la cabine, se crée; on parle d'effet cheminée. On observe alors une entrée d'air frais par les ouvertures d'entrée basses de la cabine, l'air frais est réchauffé à l'intérieur de la cabine au contact notamment du transformateur puis est évacué vers l'extérieur au travers des ouvertures de sortie hautes. 6] Cependant, compte tenu de la présence des ouvertures dans les parties basses des postes de transformation, ces derniers présentent l'inconvénient d'être plus sensibles aux agressions extérieures telles que la pluie ou les inondations. 7] La ventilation de la cabine du poste de transformation doit être encore plus efficace lorsque d'autres appareils électriques de moyenne et basse io tension sont disposés à coté du transformateur dans ladite cabine. La chaleur dégagée par le transformateur associée à celle dégagée par les autres appareils provoque une augmentation rapide de la température interne de la cabine ce qui peut nuire au bon fonctionnement des appareillages. Les appareils de moyenne et basse tension, appelés par la suite appareils HTAIBT sont notamment des interrupteurs haute tension, des disjoncteurs basse tension, des moyens électronique de télécommande à distance. 8] Dans le cas particulier des postes de transformation semi-enterrés (EP0878808, EP0671795, EP0343356), le volume interne des cabines est encore plus restreint ce qui rend généralement la ventilation encore plus difficile. Par ailleurs, l'effet cheminée est diminué du fait des caractéristiques géométriques de la cabine. En effet, les ouvertures basses sont placées plus proches des ouvertures hautes. 9] En outre, de nombreuses solutions (EP0671795, EP0878808) présentent l'inconvénient de refroidir ce qui est le plus chaux en premier. En effet, compte tenu de la disposition des ouvertures et de l'agencement des appareillages électriques dans la cabine de ce type de poste de transformation, les moyens de ventilation, ventilent généralement dans un premier temps le transformateur et dans un second temps les autres appareils HTAIBT. Ainsi les éléments sensibles, tels que les moyens de télécommande ou les disjoncteurs équipés de nombreux composants électroniques sont refroidis avec de l'air dont la température a déjà considérablement augmenté. L'efficacité du système de ventilation est ainsi réduite. EXPOSE DE L'INVENTION [0010] L'invention vise donc à remédier aux inconvénients de l'état de la technique, de manière à proposer un poste de transformation ventilé de manière efficace. 1] Un poste de transformation selon l'invention, comprend une cloison de séparation compartimentant la cabine en un premier volume et en un second volume dans lesquels sont destinés à être disposés respectivement d'une part au moins un appareil électrique et d'autre part un transformateur, ladite cloison de séparation sensiblement étanche s'étendant sur toute la largeur de la cabine et comportant au moins une ouverture dans la partie basse de la cabine permettant une circulation d'air entre au moins une ouverture d'entrée d'air placée dans la partie haute du premier volume et au moins une ouverture de sortie d'air placée dans la partie haute du second volume. 2] Dans un mode de réalisation particulier, une partie haute de ladite au moins une ouverture est sensiblement au même niveau qu'une partie basse de transformateur. 3] Avantageusement, le rapport des surfaces d'échange d'air des ouvertures d'entrée et de sortie d'air est compris entre 1 et 1,5. 4] Avantageusement, les ouvertures d'entrée et de sortie d'air possèdent sensiblement les mêmes surfaces d'échange d'air [0015] Selon un mode de développement de l'invention, les ouvertures d'entrée et de sortie d'air comportent respectivement des grilles de ventilation. 6] De préférence, les grilles de ventilation sont intégrées dans les parois latérales de la cabine. 7] De préférence, les grilles de ventilation sont placées dans une avancée formant un auvent au-dessus des parois latérales. 8] Dans un mode de réalisation particulier, la cabine comprend des moyens de positionnement destinés à fixer le transformateur et au moins appareil électrique. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES 9] D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode particulier de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, et représenté aux dessins annexés sur i o lesquels: É la figure 1 est une vue de coté de la cabine du poste de transformation selon un mode préférentiel de réalisation de l'invention; É la figure 2 est une vue de coté d'une variante de réalisation de l'invention selon la figure 1. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION 0] Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention présenté sur la figure 1, le poste de transformation 1 comporte une cabine comprenant quatre parois latérales 2, un toit 3 et un plancher 4. Les parois, le toit et le plancher sont traditionnellement réalisés en béton moulé. Le volume intérieur de la cabine est divisé en deux volumes 20, 30 au moyen d'une cloison de séparation 9. Dans cet exemple de réalisation, la cloison de séparation 9 est réalisée en métal. 1] Chacun des volumes 20, 30 comprend des moyens de positionnement 25 destinés à la fixation des différents appareillages électriques tels que notamment un transformateur 5 et des appareils de moyenne tension/ basse tension HTA/BT 6. 2] Le transformateur, qui est la source principale de chaleur, est destiné à être positionné dans un volume de la cabine différent de celui où sont positionnés les appareils HTA/BT. Dans cet exemple de réalisation, le transformateur 5 est destiné à être isolé dans le volume 30 tandis que les appareils HTA/BT 6 seront mis dans le volume 20. 3] La cloison de séparation 9 présente une géométrie particulière autorisant une circulation de l'air dans la cabine, en particulier une circulation de l'air du volume 20 vers le volume 30. Elle présente au moins une ouverture 10 dans sa partie basse. Dans cet exemple de réalisation, ladite au moins une ouverture 10 destinée au passage d'air entre les volumes 20, 30 est constituée d'une seule ouverture de forme sensiblement rectangulaire et s'étendant sur toute la largeur y de la cabine. 4] Chaque volume 20, 30 comporte au moins une ouverture 7, 8 placée dans la partie haute de la cabine. Selon ce mode de réalisation préférentiel de l'invention, les ouvertures 7, 8 comportant respectivement des grilles de ventilation 7a, 8a intégrées dans les parois latérales 2 de la cabine. 5] Les grilles de ventilation 7a, 8a possèdent des capacités de ventilation très élevées afin de limiter les pertes de charge qu'elles imposent au flux d'air en entrée et en sortie de poste. Pour respecter cette contrainte, les grilles de ventilation présente avantageusement un taux d'ouverture supérieur à 55%. 6] Le volume 30, contenant le transformateur 5 présente de préférence une ouverture 8 sur la partie haute de chacune des 3 faces latérales 2 de la cabine délimitant ledit volume. La répartition uniforme des grilles de ventilation 8a sur les parois permet une expulsion directe et uniforme de l'air chaud. 7] Le volume 20, contenant les appareils HTA/BT 6 présente avantageusement des ouvertures 7a sur au moins deux des parois latérales 2 de la cabine afin de ventiler uniformément la totalité des appareillages HTA/BT. 8] Pour une ventilation efficace des appareillages, le rapport entre la surface des ouvertures de sortie d'air 8 et la surface des ouvertures d'entrée d'air 7 de la cabine est de préférence inférieur à 3/2 et supérieur ou égal à 1. A titre 2877151 6 d'exemple, la configuration optimale est être atteinte lorsque le rapport des surfaces d'échange d'air des ouvertures d'entrée et de sortie d'air 7, 8 est égal à 1. 9] En outre, les grilles de ventilation 7a, 8a d'entrée et de sortie d'air sont avantageusement éloignées les unes des autres afin que l'air chaud expulsé par les grilles de ventilation 8a du volume 30 ne soit pas aspiré directement par celles 7a du volume 20 contenant les appareils HTAIBT. 0] La ventilation du poste de transformation se déroule de la façon suivante. L'air se trouvant dans le volume 30, est chauffé par le transformateur 5. o Grâce à un phénomène de convection naturelle, cet air chaud monte ensuite vers le haut du volume 30 et tend à s'évacuer par les ouvertures de sortie d'air 8 via les grilles de ventilation 8a. Ce mouvement d'air crée concomitamment une dépression au niveau de la partie basse de ce même volume 30. Cette dépression tend à attirer l'air se trouvant dans le volume 20 voisin via l'ouverture 10 située dans la partie basse de la cloison de séparation 9. L'aspiration de l'air se trouvant en bas du volume 20 provoque à son tour une entrée d'air frais par les ouvertures d'entrée d'air 7 via les grilles de ventilation 7a. Les ouvertures d'entrée d'air 7 se trouvent placées dans la partie haute dudit volume. Une circulation d'air est ainsi créée du volume 20 vers le volume 30. L'air frais aspiré par le transformateur pénètre dans la cabine par les grilles de ventilation 7a puis guidé par la cloison 9, descend le long des appareils HTA/BT en les ventilant. En arrivant sous le transformateur, il est chauffé et remonte autour du transformateur 5 avant d'être expulsé par les grilles de ventilation 8a. L'air chaud évacué par les grilles de ventilation 8a du volume 30 du transformateur 5, est remplacé au fur et à mesure de son évacuation par de l'air frais entrant pas les grilles de ventilation 7a du volume 20. 1] Le transformateur 5, principale source de chaleur du poste, joue un rôle de "pompe à air". 2] Le fonctionnement correct d'un tel dispositif de ventilation nécessite le respect de certaines règles de mise en oeuvre des différents éléments de la 2877151 7 cabine. En effet, la cloison de séparation 9 placée entre les volumes 30, 20 est de préférence suffisamment étanche pour ne pas supprimer l'effet de "pompe à air" du transformateur 5. Dans les configurations géométriques de la cabine telle que représentées sur la figure 1, cette étanchéité est considérée comme suffisante si l'espacement entre la cloison de séparation 9 et l'intérieur des parois latérales 2 de la cabine est inférieur à 2 cm. 3] En outre, l'ouverture 10 respecte de préférence certaines dimensions géométriques afin que la circulation d'air soit optimale pour un meilleur refroidissement des appareillages électriques. Dans le sens de la hauteur z de la cabine, la distance entre le fond du cuvelage du poste matérialisé par le plancher 4 et le bas de la cloison de séparation 9 est ainsi optimisée en fonction du positionnement du transformateur 5 et des appareils HTA/BT 6. 4] Si la cloison de séparation 9 n'autorise qu'un très faible passage d'air, l'air va rencontrer de grandes difficultés pour descendre des ouvertures d'entrée d'air 7 du volume 20 vers le bas de la cabine; la perte de charge engendrée est trop importante et le poste de transformation 1 est alors mal ventilé. 5] Dans le mode de réalisation présenté, le transformateur 5 n'est pas positionné directement sur le plancher 4 du poste de transformation 1 mais est supporté par des moyens de positionnement 25. Cette disposition permet une circulation d'air en dessous de la partie basse 5a du transformateur 5. Dans ce cas, l'ouverture 10 pratiquée dans la cloison de séparation 9 est optimisée à condition que la partie haute 10a de ladite l'ouverture soit sensiblement au même niveau que la partie basse 5b de transformateur 5. 6] De manière générale, comme représenté sur les figures 1 et 2, les moyens de positionnement 25 des appareillages permettent à l'air de circuler préférentiellement sur toutes les faces du transformateur 5 et sur toutes les faces des appareils HTA/BT 6. 7] Selon une première variante de réalisation, la cabine du poste de transformation comporte un bac de rétention positionné en dessous du transformateur 5. Ce bac de rétention est essentiellement délimité par trois des parois latérales 2, le plancher 4 et une paroi interne 26 s'étendant sur le plancher 4 sur toute la largeur de la cabine du poste de transformation 1. Cette paroi interne 26 est donc positionnée sensiblement parallèlement à la cloison de séparation 9. Pour ne pas trop pénaliser la circulation d'air d'un compartiment 20 à l'autre 30, la paroi interne 26 placée dans le volume 30, est de préférence en retrait part rapport à la cloison de séparation 9. Une distance minimale dm entre le plan de la paroi interne 26 et celui de la cloison de séparation 9 est prévue. En outre, la partie haute de la paroi interne est de préférence plus basse que la partie io haute 10a de l'ouverture 10. 8] Avec une distance minimale dm, le flux d'air frais provenant du premier volume 20 entre dans le second volume 30 sans risquer d'être dévié. 9] En terme de qualité de refroidissement d'air, il est préférable que le bac de rétention soit confondu avec toute la surface de plancher 4 du poste. Dans ce cas, le plancher est de préférence totalement étanche. 0] Selon une seconde variante de réalisation représentée sur la figure 2, les ouvertures 7, 8 sont placées respectivement dans une avancée formant un auvent 15 au-dessus des parois latérales 2. Les grilles de ventilation 7a, 8a placées dans les auvents 15 peuvent être positionnées verticalement ou horizontalement par rapport aux parois latérales 2. La présence de ces auvents permet notamment de réduire les risques de pénétration de projections d'eau à l'intérieur de la cabine et de mieux répondre ainsi à la norme IP. 1] Les auvents 15 comprenant les ouvertures de sortie d'air 8 peuvent être munis de lumières 16 permettant de diminuer la perte de charge créée par l'obstacle géométrique que représentent lesdits auvents 15. Ces ouvertures supplémentaires 16 autorisent un écoulement d'air chaud plus direct vers l'extérieur. Lorsque le flux d'air arrive au niveau des ouvertures 8 du volume 30, une partie de l'air est expulsée directement vers l'extérieur via les lumières 16 et l'autre partie descend à l'extérieur de la cabine, le long des parois 2 via les grilles de ventilation 8a de l'auvent 15. REVENDICATIONS 1. Poste de transformation électrique (1), comprenant une cabine destinée à recevoir un transformateur (5) connecté à au moins un appareil électrique (6), la cabine comprenant quatre parois latérales (2), un plancher (4) et un toit (3), et comprenant des ouvertures d'entrée et de sortie d'air (7, 8), caractérisé en ce qu'une cloison de séparation (9) compartimente la cabine en un premier volume (20) et en un second volume (30) dans lesquels sont destinés à être disposés respectivement d'une part au moins un appareil électrique (6) et d'autre part un transformateur (5), ladite cloison de séparation sensiblement étanche s'étendant sur toute la largeur de la cabine et comportant au moins une ouverture (10) dans la partie basse de la cabine permettant une circulation d'air entre au moins une ouverture d'entrée d'air (7) placée dans une partie haute du premier volume (20) et au moins une ouverture de sortie d'air (8) placée dans une partie haute du second volume (30). 2. Poste de transformation selon la revendication 1 caractérisé en ce une partie haute (10a) de ladite au moins une ouverture (10) est sensiblement au même niveau qu'une partie basse (5b) de transformateur (5). 3. Poste de transformation selon les revendications 1 ou 2 caractérisé en ce les que le rapport des surfaces d'échange d'air des ouvertures d'entrée et de sortie d'air (7, 8) est compris entre 1 et 1,5. 4. Poste de transformation selon la revendication 3 caractérisé en ce que les ouvertures d'entrée et de sortie d'air (7, 8) possèdent sensiblement les mêmes surfaces d'échange d'air. 5. Poste de transformation selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les ouvertures d'entrée et de sortie d'air (7, 8) comportent respectivement des grilles de ventilation (7a, 8a) . 6. Poste de transformation selon la revendication 5 caractérisé en ce les grilles de ventilation (7a, 8a) sont intégrées dans les parois latérales (2) de la cabine. 7. Poste de transformation selon la revendication 5 caractérisé en ce les grilles de ventilation (7a, 8a) sont placées dans une avancée formant un auvent (15) au-dessus des parois latérales (2). 8. Poste de transformation selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce la cabine comprend des moyens de positionnement (25) destinés à fixer le transformateur (5) et au moins appareil électrique (6).