Brevet FR2951856A1 — publié le 20110429

PROCEDE ET DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT D'UNE INSTALLATION ELECTRIQUE MOYENNE TENSION SOUS GAINE DESCRIPTION Domaine de l'invention L'invention concerne le domaine des disjoncteurs ou des sectionneurs de générateurs fonctionnant à moyenne tension, placés dans une gaine de protection et utilisant des dispositifs de refroidissement fonctionnant avec un fluide caloporteur à changement de phase, appelés "caloducs". On rappelle qu'un caloduc se présente sous la forme d'une enceinte allongée hermétique renfermant un fluide en équilibre avec sa phase gazeuse et sa phase liquide, en l'absence de tout autre gaz. On pense, entre autres, dans le cas présent à l'eau, l'alcool, l'acétone. Art antérieur et problème posé Le souci permanent des constructeurs de ce type de matériel est d'augmenter la capacité de ces appareils à passer des courants d'ampérage de plus en plus importants, notamment au niveau des disjoncteurs et sectionneurs placés à l'intérieur de jeux de barres a la sortie de centrales productrices ou de distribution de courant électrique. C'est notamment le cas des disjoncteurs d'alternateurs. 2 Une méthode, généralement utilisée, consiste à homogénéiser la température de l'air en contact avec les différentes parties chauffantes et chauffées du disjoncteur concerné. Le refroidissement à l'intérieur d'une telle gaine de protection peut se faire par connexion naturelle ou forcée de l'air enfermé dans celle-ci et dans laquelle se trouve le disjoncteur, la température régnant à l'intérieur de celle-ci étant notablement supérieure à la température régnant à l'extérieur, c'est-à-dire de 30°C à au moins 40°C. Toutefois, l'utilisation de tels appareils auxiliaires, tels que des ventilateurs, présentent plusieurs inconvénients qui sont une consommation d'énergie électrique prélevée sur le circuit principal, un risque de perte de ces ventilateurs auxiliaires d'où une nécessité de les doubler ou de prévoir des modes de fonctionnement dégradés, des bruits, un fort encombrement. Une autre solution consiste à prévoir une augmentation de la section de passage du courant dans les différents éléments de transmission, donc de passer par une augmentation de la taille des pièces des disjoncteurs. D'autre part, par le document de brevet EP 1 657 731, on connaît un dispositif et un procédé de refroidissement d'un disjoncteur ou d'un sectionneur de haute tension. La figure 1 montre, en coupe, une réalisation décrite dans ce document. Elle représente principalement un conducteur de haute tension ou le carter d'un disjoncteur. Celui-ci est entouré d'évaporateurs 3 faisant partie d'un ensemble de 3 refroidissement 1 de celui-ci. Un tel ensemble se complète d'un manchon d'isolation 7 entourant un dispositif fonctionnant avec un fluide caloporteur à changement de phase 5 pour évacuer la chaleur collectée par les évaporateurs 3. Un manchon élastique 9 complète l'ensemble. Le tout est placé l'intérieur d'une gaine de protection 8. L'ensemble de refroidissement débouche sur le toit de cette gaine de protection 8 pour aboutir à un dispositif de condensation 4, par exemple à ailettes. Le but de l'invention est de proposer une solution différente de ce type d'installation. Résumé de l'invention La conception du procédé et du dispositif selon l'invention consiste donc à refroidir, non pas l'appareil électrique concerné et installé dans une gaine, mais de refroidir la gaine elle-même. Un premier objet principal de l'invention est un procédé de refroidissement d'une installation de traitement de transport d'électricité sous moyenne tension et fort ampérage comprenant des appareillages de transport et de coupure de courant placés sous gaines. Selon l'invention, le procédé consiste à refroidir les parois de la ou des gaines avec des éléments de refroidissement à liquide caloporteur à changement de phase. Dans une première mise en oeuvre de ce procédé, on utilise, pour la gaine, des parois du type 4 à double paroi pour y intégrer une partie des éléments à fluide caloporteur à changement de phase. Dans une deuxième réalisation de l'invention, on utilise des caloducs équipés d'ailettes placées sur les parois de la ou des gaines. Dans une variante, les moyens de refroidissement à liquide caloporteur sont des caloducs verticaux et intégrés dans une plaque verticale plaquée contre la gaine. Un deuxième objet principal de l'invention est un dispositif de refroidissement d'une installation de traitement et de transport d'électricité sous moyenne tension et à fort ampérage comprenant des appareils de transport et de coupure de courant placés sous gaines. Selon l'invention, on utilise des moyens de refroidissement de la gaine par liquide caloporteur à changement de phase. Dans une première réalisation de ce dispositif, on prévoit que les parois de la gaine soient doubles et qu'il comprenne des éléments à liquide caloporteur à changement de phase dont une partie est placée dans les doubles parois de la ou des gaines pour obtenir la vaporisation du liquide caloporteur, l'autre partie de ces éléments étant reliée à des condenseurs. Dans ce cas, de préférence, on place le ou les condenseurs sur le toit de la gaine. Il s'avère alors intéressant d'utiliser éventuellement des moyens de ventilation forcée des condenseurs. Une deuxième réalisation préférentielle de l'invention prévoit que les moyens de refroidissement de la gaine soient des caloducs dont une partie est encastrée dans la paroi de la gaine ou en contact 5 thermique avec les parois des gaines et que ces caloducs soient équipés de moyens de condensation. Dans ce cas, il est préférable de réaliser les moyens de condensation des caloducs sous la forme d'ailettes placées perpendiculairement autour de ceux- ci. Les caloducs peuvent également être encastrés dans une plaque verticale plaquée contre la gaine. Dans le cas où plusieurs gaines sont installées parallèlement les unes à côté des autres, il s'avère intéressant d'utiliser alors des moyens de ventilation forcés entre ces gaines. Liste des figures L'invention et ses différentes caractéristiques seront mieux comprises à la lecture de la description suivante qui est accompagnée de cette figure représentant respectivement : - figure 1, déjà décrite, en coupe, un dispositif de refroidissement selon l'art antérieur ; - figures 2A, 2B et 2C, en coupe, une première réalisation du dispositif de refroidissement selon l'invention ; 25 6 - figures 3A, 3B et 3C, une deuxième réalisation du dispositif de refroidissement selon l'invention, et - figure 4, en coupe, une troisième réalisation du dispositif de refroidissement selon l'invention. Description détaillée des deux réalisations de l'invention Les figures 2A, 2B et 2C représentent, en coupe, les trois phases de l'installation d'un disjoncteur de générateur (GCB). Sur chacune de ces figures 2A, 2B et 2C, un appareil électrique moyenne tension 10, par exemple un disjoncteur, un sectionneur ou un conducteur, a été représenté, installé horizontalement sur un support isolant 18, le tout étant placé dans une gaine 19. Les flèches brisées placées autour de cet appareillage 10 montrent que celui-ci diffuse beaucoup de chaleur à l'intérieur de la gaine 15. Il est prévu que cette gaine 15 possède des parois latérales 12 en double paroi de manière à pouvoir y installer des évaporateurs 11 qui font partie d'un système de refroidissement utilisant un fluide caloporteur à changement de phase. On comprend que les parois latérales 12 de la gaine 15 soient donc chauffées par la chaleur dispensée par l'appareil 10 et puissent provoquer une évaporation au moins partielle du fluide contenu dans l'évaporateur 11 du dispositif de refroidissement à changement de phase. On signale 7 que, dans l'application prévue, la température des parois latérales 12 de la gaine 15 est d'environ 80°C. Les évaporateurs 11 placés dans les parois latérales 12 de la gaine 15 sont reliés, par des conduits 14, à des condenseurs 21 disposés sur le toit 16 de la gaine 15. Ainsi, ces condenseurs 21 peuvent être balayés par l'air ambiant du local dans lequel se trouve l'installation électrique. La chaleur ainsi rayonnée par cette installation électrique, due principalement à l'échauffement des gaines 15 est ainsi évacuée dans l'atmosphère. La figure 2B montre que le toit 16 de la gaine 15 peut également être équipé d'une double paroi 18 dans laquelle se trouve un évaporateur 17 relié également à un condenseur 21 se trouvant sur le toit 16 de la gaine 15. Ainsi, un maximum de chaleur peut être évacué. La figure 2C montre que cette installation peut être complétée de moyens de ventilation 26 placés entre les deux condenseurs 21 placés chacun sur un toit 16 d'une gaine 15. Une deuxième réalisation possible est illustrée par les figures 3A, 3B et 3C représentant respectivement les trois phases d'un jeu de barres ou d'une installation de sortie de centrale électrique avec un disjoncteur de générateur (GCB). On y retrouve l'appareil 10 pouvant toujours être un disjoncteur, un sectionneur ou un conducteur placé sur son support isolant 18. Les parois 22 de la gaine 25 dans laquelle se trouve cet appareil 10 ne sont plus des structures à double paroi mais sont équipées de caloducs 27 dont une 8 partie est encastrée dans ces parois 22. Chaque caloduc 27 peut être équipé d'un certain nombre d'ailettes 28 placées perpendiculairement au caloduc 27. Ainsi, la chaleur emmagasinée dans chaque paroi latérale 22 de la gaine 25 est répartie dans le caloduc. On organise alors une ventilation le long des parois latérales 22 des gaines 25. Cette convexion est naturelle sur la figure 3A, tandis que qu'elle est forcée sur la figure 3C grâce à des moyens de ventilation verticaux 38, et placée à côté et en dessous des parois latérales 22 de la gaine concernée 25. On comprend que la convexion naturelle entre deux gaines 25 voisines est un facteur favorable pour l'évacuation de la chaleur dispensée par les appareils 10. Sur la figure 3B, on y montre à l'instar de la figure 2B, qu'il est possible d'équiper un plafond 36 de la gaine 25 également de caloducs 27 toujours équipés eux-mêmes d'ailettes 28. La figure 4 montre une variante de celle des figures 2A et 2B. Les caloducs 48 verticaux sont encastrés dans une plaque verticale 42 qui est plaquée contre la paroi de la gaine 45. Ici, la plaque verticale 42 et les caloducs 48 sont à l'extérieur de la gaine 45, mais on peut les mettre à l'intérieur. Avantages de l'invention Le procédé de refroidissement selon l'invention fait que le système n'est en aucun point en contact avec les parties sous tension de l'installation électrique. 9 Sa consommation en énergie n'est limitée qu'à l'utilisation éventuelle de moyens de ventilation 26 et 36. Enfin, le dispositif selon l'invention ne nécessite qu'une maintenance qui est limitée au nettoyage éventuel des ailettes 28, même si l'appareil est sous tension.10 REVENDICATIONS1. Procédé de refroidissement d'une installation de traitement et de transfert d'électricité sous moyenne tension et à fort ampérage comprenant des appareils (10) de transport et de coupure de courant placés sous gaines (15, 25), caractérisé en ce qu'il consiste à refroidir les parois (12, 22, 18, 26) de la ou des gaines (15, 25) avec des éléments de refroidissement à liquide caloporteur à changement de phase. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser des parois (12, 18) de la gaine (15) qui sont à double paroi pour pouvoir y intégrer une partie des éléments à fluide caloporteur à changement de phase. 3.Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser des caloducs (48) encastrés verticalement dans une plaque verticale (42) plaquée contre la gaine (45). 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser des caloducs (27) placés sur les parois de la gaine (25). 5. Dispositif de refroidissement d'une installation de traitement et de transport d'électricité sous moyenne tension et à fort ampérage, 11 comprenant des appareils (17) de transport et de coupure de courant placés sous gaines, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de refroidissement de la gaine (15, 22, 25) fonctionnant avec un liquide caloporteur à changement de phase. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que des parois latérales (12) de la gaine (25) sont doublées et qu'on utilise des évaporateurs (11) fonctionnant avec un liquide caloporteur à changement de phase dont une partie est placée dans la double paroi pour vaporiser le liquide caloporteur, l'autre partie de l'évaporateur étant reliée à des condenseurs (21). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les condenseurs (21) sont placés sur le toit (16) de la gaine (15). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de ventilation forcés (26) placés sur le toit (16) de la ou des gaines (15) latéralement au condenseur (21). 25 9. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement sont des caloducs (27), dont une partie est encastrée dans des parois de la gaine (25) et sont équipés de 30 moyens de condensation.20 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de condensation sont des ailettes (28) montées perpendiculairement autour des caloducs (27). 11. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement sont des caloducs (48) verticaux encastrés dans une plaque verticale (42) plaquée contre la paroi latérale de la gaine (45). 12. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de ventilation forcés (38) pour favoriser la ventilation ascendante entre les gaines (25).