Brevet FR2976420A1 — publié le 20121214

Système de refroidissement à eau déionisée pour équipement électrique. La présente invention concerne un système de refroidissement à eau déionisée pour un équipement électrique. L'invention s'applique en particulier aux équipements électroniques et électrotechniques sous-marins, protégés dans des enceintes étanches pour des profondeurs de 0 à environ 6 000 mètres, en particulier des systèmes de transmission ou de distribution, ainsi que des convertisseurs de puissance typiquement de 100 kVA à plusieurs centaines de MVA. De tels équipements doivent en général être refroidis. Une méthode de refroidissement connue consiste à faire circuler dans l'équipement en question de l'eau déionisée et refroidie. La circulation de l'eau est assurée par des pompes requérant une puissance électrique significative, de l'ordre de 5 à 30 kVA. Ces pompes sont alimentées en puissance électrique par un système d'alimentation externe à l'équipement en question. Afin de maintenir un niveau de déionisation approprié dans le circuit d'eau de refroidissement, l'alimentation des pompes doit se faire en fonctionnement normal de l'équipement à refroidir, c'est-à-dire lorsque ce dernier est sous tension et alimenté par le réseau de puissance, mais aussi lorsque que cet équipement est à l'arrêt et hors tension. En effet, la mise sous tension de l'équipement n'est en général autorisée que si le niveau de déionisation de l'eau de refroidissement est suffisant. Un but de l'invention est de fournir un système de refroidissement à eau déionisée dont l'alimentation en puissance auxiliaire présente une consommation électrique relativement peu importante lorsque l'équipement à refroidir est à l'arrêt. A cet effet, l'invention a pour objet un système de refroidissement à eau déionisée pour équipement électrique, l'équipement électrique étant connecté électriquement à une alimentation primaire, caractérisé en ce qu'il comprend : - un circuit principal pour canaliser et refroidir l'eau déionisée destinée à circuler dans l'équipement électrique ; - un groupe de pompage principal pour faire circuler l'eau déionisée dans le circuit principal ; - une source de puissance principale pour alimenter le groupe de pompage principal ; - un circuit de déionisation relié à deux points du circuit principal pour déioniser l'eau du circuit principal, le circuit de déionisation comprenant un déionisateur ; - un groupe de pompage secondaire pour faire circuler l'eau déionisée dans le déionisateur ; et - une source de puissance secondaire pour alimenter le groupe de pompage secondaire ; la source de puissance secondaire étant moins puissante que la source de puissance principale. Selon des modes particuliers de réalisation, le système de refroidissement peut 5 comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - le circuit de déionisation est monté hydrauliquement aux bornes du groupe de pompage principal et le groupe de pompage secondaire est monté hydrauliquement aux bornes d'une portion du circuit de déionisation comprenant le déionisateur ; 10 - il comprend en outre des éléments pour créer des pertes de charge hydrauliques, les éléments étant agencés de telle manière que, lorsque le groupe de pompage principal est à l'arrêt et que le groupe de pompage secondaire fonctionne, le groupe de pompage secondaire fait circuler un premier débit d'eau déionisée dans le circuit principal et un second débit d'eau déionisée dans le déionisateur ; 15 - les éléments pour créer des pertes de charge hydrauliques comprennent un ou plusieurs clapets anti-retour situés dans le groupe de pompage principal et un étranglement situé dans le circuit de déionisation à l'extérieur de la portion du circuit de déionisation aux bornes de laquelle le groupe de pompage secondaire est monté. 20 L'invention concerne aussi une installation électrique caractérisée en ce qu'elle comprend : - un équipement électrique destiné à être alimenté en puissance électrique par une alimentation primaire ; et - un système de refroidissement à eau déionisée tel que décrit ci-dessus pour refroidir 25 l'équipement électrique. Selon des modes particuliers de réalisation, l'installation électrique peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - la source de puissance principale est connectée à l'alimentation primaire de 30 l'équipement électrique ; -elle comprend en outre une enceinte étanche à l'eau, l'enceinte abritant l'équipement électrique, le groupe de pompage principal, le circuit de déionisation et le groupe de pompage secondaire ; - la source de puissance secondaire est située à l'extérieur de l'enceinte ; 35 - elle est sous-marine ; - l'équipement électrique est un convertisseur électronique de puissance. L'invention concerne enfin un procédé de refroidissement d'une installation électrique telle que décrite ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - l'équipement électrique étant en fonctionnement, alimentation en puissance électrique du groupe de pompage principal du système de refroidissement par la source de puissance principale de manière à faire circuler l'eau déionisée dans le circuit principal et le circuit de déionisation du système de refroidissement ; et - l'équipement électrique étant à l'arrêt, alimentation en puissance électrique du groupe de pompage secondaire du système de refroidissement par la source de puissance secondaire pour faire circuler l'eau déionisée dans au moins une portion du circuit de déionisation comprenant le déionisateur et dans le circuit principal. Selon un mode particulier de réalisation, l'installation électrique peut comprendre la caractéristique suivante : - à l'étape d'alimentation en puissance électrique du groupe de pompage principal, le groupe de pompage secondaire est à l'arrêt et à l'étape d'alimentation en puissance électrique du groupe de pompage secondaire, le groupe de pompage principal est à l'arrêt. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique partielle d'une installation selon l'invention, cette vue insistant sur les aspects hydrauliques, - la figure 2 est une vue schématique partielle d'une installation selon l'invention, cette vue insistant sur les aspects électriques. L'installation électrique 1 représentée sur les figures 1 et 2 est destinée à être immergée, notamment dans la mer. Elle comprend une enceinte 2, un équipement électrique 3, un circuit principal 4 pour le refroidissement de l'équipement électrique 3, un 30 circuit de déionisation 5 pour déioniser l'eau du circuit principal 4, un groupe de pompage principal 6 et un groupe de pompage secondaire 7. L'enceinte 2 est prévue pour rester étanche à l'eau dans les conditions dues à l'immersion de l'installation électrique 3. L'équipement électrique 3 est un convertisseur de puissance, d'une puissance 35 comprise dans la gamme allant de 50 kVA à quelques centaines de MVA. L'équipement électrique 3 est connecté électriquement à un câble électrique sous-marin 8 (représenté sur la figure 2) formant une alimentation primaire et sert à convertir la puissance apportée par cette alimentation. Le circuit principal 4 comprend un échangeur de chaleur 9 et des conduites d'eau déionisée 10, 11 et 12. L'échangeur 9 est situé à l'extérieur de l'enceinte 2 pour réaliser un échange thermique entre l'eau déionisée et l'eau extérieure de façon à refroidir l'eau déionisée. La sortie de l'échangeur 9 est reliée hydrauliquement au groupe de pompage principal 6 par la conduite 10. La sortie du groupe de pompage principal 6 est reliée hydrauliquement par la conduite 11 à une entrée de l'équipement électrique 3. L'eau déionisée ayant circulé dans l'équipement électrique 3 est récupérée dans la conduite 12 qui la ramène à l'échangeur 9. Le groupe de pompage principal 6 est destiné à mettre en mouvement l'eau déionisée dans le circuit principal 4 et dans le circuit de déionisation 5. Le circuit principal 4 et le groupe de pompage principal 6 forment une boucle. Le groupe de pompage principal 6 comprend un premier ensemble de pompage 13a, 14a constitué d'une pompe 13a et d'un clapet anti-retour 14a situé au refoulement de la pompe 13a. Le groupe de pompage principal comprend également un second ensemble de pompage 13b, 14b, monté en parallèle du premier ensemble de pompage et constitué, lui aussi, d'une pompe 13b et d'un clapet anti-retour 14b situé au refoulement de la pompe 13b. Le second ensemble de pompage 13b, 14b est redondant, ce qui améliore la fiabilité du groupe de pompage principal 6. Le circuit de déionisation 5 se présente comme un circuit ouvert, monté hydrauliquement en parallèle aux bornes A et B du groupe de pompage principal 6. Ainsi, le groupe de pompage principal 6 peut mettre en mouvement l'eau déionisée dans le circuit principal 4 et dans le circuit de déionisation 5, les débits dans ces deux circuits pouvant être différents. Le circuit de déionisation 5 comprend un déionisateur 15 et un organe 16 de contrôle du débit en série avec le déionisateur. Dans cet exemple, le déionisateur comprend une bouteille contenant une résine et l'organe de contrôle du débit est une vanne asservie à une consigne de résistivité de l'eau déionisée. Le rôle du circuit de déionisation est de maintenir un certain taux de déionisation, vérifiable par exemple par une mesure de résistivité de l'eau déionisée dans le circuit principal. Si la résistivité mesurée diminue, l'organe 16 de contrôle du débit autorise un débit plus important dans le circuit de déionisation 5 afin d'augmenter la déionisation. Le groupe de pompage secondaire 7 comprend une pompe 17 et un clapet anti- retour 18 situé à l'aval de la pompe 17. Le groupe de pompage secondaire se présente 35 comme un circuit ouvert, monté hydrauliquement aux bornes A' et B' d'une portion du circuit de déionisation 5 comprenant le déionisateur 15 et l'organe 16 de contrôle du débit. Un étranglement 19 est inclus dans le circuit de déionisation 5, entre les points A et A', dans une autre portion du circuit de déionisation 5 que celle aux bornes de laquelle le groupe de pompage secondaire 7 est monté. Ainsi, le groupe de pompage secondaire 7 peut assurer un débit d'eau dans le déionisateur 5 et un débit dans le circuit principal 4. L'étranglement 19 permet de régler le débit dans le circuit principal 4. Plus cet étranglement est important, plus le débit est important dans le déionisateur 15. Sur le schéma électrique représenté sur la figure 2, les pompes 13a et 13b du groupe de pompage principal 6 sont connectées électriquement à une source de puissance principale 20, elle-même connectée au câble 8 d'alimentation de l'équipement électrique 3. Le rôle de cette source de puissance principale 20 est de mettre en forme la puissance délivrée, de 5 à 30 kVA, à un tableau 21 de distribution et de commande des pompes 13a et 13b. Lorsque l'équipement électrique 3 est alimenté, le groupe de pompage principal 6 peut donc être alimenté en électricité sans recourir à une source auxiliaire. Le groupe de pompage secondaire 7 est connecté électriquement à une source de puissance secondaire 22, de l'ordre de 1 kVA, via un tableau de distribution électrique 23. Ainsi, le groupe de pompage secondaire 7 peut être alimenté en électricité même lorsque l'équipement électrique 3 se trouve hors tension. La source de puissance secondaire 22 est située hors de l'enceinte étanche 2. Elle est relativement peu volumineuse et, lorsqu'elle est utilisée pour alimenter le groupe de pompage secondaire 7, n'entraîne pas une consommation électrique importante. En outre, la source de puissance secondaire peut être plus facilement secourue, du fait de sa taille, que la source de puissance principale 20. On décrira maintenant le fonctionnement de l'installation. Lorsque l'équipement électrique 3 fonctionne (mode normal), seul l'un des ensembles de pompage 13a, 14a ou 13b, 14b du groupe de pompage principal 6 est actionné. Ceci assure un débit de l'ordre de 10 à 200 m3/h dans le circuit principal 4 et de 25 à 500 I/h dans le circuit de déionisation 5. La puissance électrique de pompage provient alors uniquement de la source de puissance principale 20, la puissance étant prélevée sur le câble 8 alimentant l'équipement électrique 3. Lorsque l'équipement électrique 3 est à l'arrêt (mode « arrêt »), seul le groupe de pompage secondaire 7 est en fonctionnement. II assure un débit réduit dans le circuit principal 4, de l'ordre de 100 I/h à 2 m3/h, et un débit à travers le déionisateur 15 suffisant pour permettre la déionisation. Le débit pouvant être obtenu dans le déionisateur 5 est équivalent, voire supérieur, à celui existant dans le déionisateur pendant le mode normal de fonctionnement (25 à 500 I/h). L'étranglement 19 permet de contrôler le débit à travers le déionisateur 15. Ainsi, en mode « arrêt », la puissance requise pour le pompage peut être fournie par une source de puissance 22 d'environ 1 kVA. Cette puissance est inférieure d'environ un ordre de grandeur à celle requise lorsque le groupe de pompage principal 6 doit être actionné (5 à 30 kVA). La source de puissance secondaire 22 utilisée est donc de taille réduite. La puissance consommée pour le pompage dans le mode « arrêt » est également réduite dans une proportion analogue. Dit autrement, l'invention atteint son objectif grâce au fait que, lorsque l'équipement électrique 3 à refroidir est en fonctionnement et qu'une puissance électrique importante est requise pour actionner les pompes du groupe de pompage principal 6, celles-ci sont alimentées en puissance électrique par une source de puissance principale 20 connectée au câble 8 d'alimentation de l'équipement électrique 3 à refroidir. Lorsque, au contraire, ce dernier n'est pas en fonctionnement, un groupe de pompage secondaire 7 est utilisé pour mettre en mouvement l'eau dans le déionisateur 15 et le circuit principal 4. Le débit d'eau est alors modéré, car il a surtout pour but de maintenir un niveau de déionisation approprié. Ce débit permet aussi un échange thermique entre l'équipement électrique 3 et le milieu extérieur. Ceci s'avère utile, par exemple consécutivement à un arrêt brutal de l'équipement électrique 3, la source de puissance secondaire 22 étant éventuellement secourue, pour assurer l'évacuation de la chaleur résiduelle de l'équipement électrique 3. Par conséquent, le groupe de pompage secondaire 7 peut être alimenté par une source de puissance secondaire 22 de plus petite taille que celle requise pour le groupe de pompage principal 6, de l'ordre de 1 kVA. Ceci correspond à une réduction d'environ un ordre de grandeur. La puissance consommée par le système de refroidissement pendant le mode « arrêt » est également réduite dans une proportion analogue. Selon un autre mode de réalisation, non représenté, le circuit de déionisation 5 peut être en série avec le groupe de pompage principal 6. Le branchement en parallèle illustré par la figure 1 présente toutefois l'avantage que le débit dans le déionisateur 15 peut être différent du débit dans le circuit principal 4. Selon un autre mode de réalisation, l'étranglement 19 peut être placé, dans le circuit de déionisation 5, de l'autre côté par rapport au déionisateur 15, entre les points B et B'. Il peut également être placé dans le circuit principal 4, mais cela présente le 35 désavantage de créer une perte de charge à vaincre par le groupe de pompage principal 6, d'où une perte d'énergie en mode « normal » de fonctionnement. Selon un mode de réalisation (non-représenté), la source de puissance principale 20 connectée au câble 8 d'alimentation est secourue. Ceci permet de continuer à utiliser la source de puissance principale pour l'alimentation du groupe de pompage principal 6, même lorsque l'équipement électrique 3 n'est pas alimenté par le câble 8. Selon un mode de réalisation alternatif (non-représenté), la source de puissance principale 20 est une source de puissance autonome, non connectée au câble 8 d'alimentation. Ceci permet également de continuer à utiliser la source de puissance principale pour l'alimentation du groupe de pompage principal 6, même lorsque l'équipement électrique 3 n'est pas alimenté. Continuer à utiliser le groupe de pompage principal 6, alors que l'équipement électrique 3 est à l'arrêt, présente un intérêt pour refroidir l'équipement électrique 3, par exemple après un arrêt brutal, alors qu'une chaleur importante doit être évacuée. REVENDICATIONS1. Système de refroidissement à eau déionisée pour équipement électrique (3), l'équipement électrique (3) étant connecté électriquement à une alimentation primaire (8), caractérisé en ce qu'il comprend : - un circuit principal (4) pour canaliser et refroidir l'eau déionisée destinée à circuler dans l'équipement électrique (3) ; - un groupe de pompage principal (6) pour faire circuler l'eau déionisée dans le circuit principal (4) ; - une source de puissance principale (20) pour alimenter le groupe de pompage principal 10 (6) - un circuit de déionisation (5) relié à deux points du circuit principal (4) pour déioniser l'eau du circuit principal, le circuit de déionisation (5) comprenant un déionisateur (15) ; - un groupe de pompage secondaire (7) pour faire circuler l'eau déionisée dans le déionisateur (15) ; et 15 - une source de puissance secondaire (22) pour alimenter le groupe de pompage secondaire (7) ; la source de puissance secondaire (22) étant moins puissante que la source de puissance principale (20). 2. Système de refroidissement à eau déionisée selon la revendication 1, 20 caractérisé en ce que : - le circuit de déionisation (5) est monté hydrauliquement aux bornes du groupe de pompage principal (6) ; et - le groupe de pompage secondaire (7) est monté hydrauliquement aux bornes d'une portion du circuit de déionisation (5) comprenant le déionisateur (15). 25 3. Système de refroidissement à eau déionisée selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des éléments (14a, 14b, 16, 18, 19) pour créer des pertes de charge hydrauliques, les éléments étant agencés de telle manière que, lorsque le groupe de pompage principal (6) est à l'arrêt et que le groupe de pompage secondaire (7) fonctionne, le groupe de pompage secondaire (7) fait circuler un premier 30 débit d'eau déionisée dans le circuit principal (4) et un second débit d'eau déionisée dans le déionisateur (15). 4. Système de refroidissement à eau déionisée selon la revendication 3, caractérisé en ce que les éléments (14a, 14b, 16, 18, 19) pour créer des pertes de charge hydrauliques comprennent un ou plusieurs clapets anti-retour (14a, 14b) situés dans le 35 groupe de pompage principal (6) et un étranglement (19) situé dans le circuit dedéionisation (5) à l'extérieur de la portion du circuit de déionisation (5) aux bornes de laquelle le groupe de pompage secondaire (7) est monté. 5. Installation électrique (1) caractérisée en ce qu'elle comprend : - un équipement électrique (3) destiné à être alimenté en puissance électrique par une 5 alimentation primaire (8) ; et - un système de refroidissement à eau déionisée selon l'une quelconque des revendications précédentes pour refroidir l'équipement électrique (3). 6. Installation électrique (1) selon la revendication 5, caractérisée en ce que la source de puissance principale (20) est connectée à l'alimentation primaire (8) de 10 l'équipement électrique (3). 7. Installation électrique (1) selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une enceinte (2) étanche à l'eau, l'enceinte abritant l'équipement électrique (3), le groupe de pompage principal (6), le circuit de déionisation (5) et le groupe de pompage secondaire (7). 15 8. Installation électrique (1) selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que la source de puissance secondaire (22) est située à l'extérieur de l'enceinte (2). 9. Installation électrique (1) selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisée en ce qu'elle est sous-marine. 20 10. Installation électrique (1) selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisée en ce que l'équipement électrique (3) est un convertisseur électronique de puissance. 11. Procédé de refroidissement d'une installation électrique (1) selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes 25 suivantes : - l'équipement électrique (3) étant en fonctionnement, alimentation en puissance électrique du groupe de pompage principal (6) du système de refroidissement par la source de puissance principale (20) de manière à faire circuler l'eau déionisée dans le circuit principal (4) et le circuit de déionisation (5) du système de refroidissement ; et 30 - l'équipement électrique (3) étant à l'arrêt, alimentation en puissance électrique du groupe de pompage secondaire (7) du système de refroidissement par la source de puissance secondaire (22) pour faire circuler l'eau déionisée dans au moins une portion du circuit de déionisation (5) comprenant le déionisateur (15) et dans le circuit principal (4). 35 12. Procédé de refroidissement d'une installation électrique selon la revendication 11, caractérisé en ce que : - à l'étape d'alimentation en puissance électrique du groupe de pompage principal (6), le groupe de pompage secondaire (7) est à l'arrêt ; et - à l'étape d'alimentation en puissance électrique du groupe de pompage secondaire (7), le groupe de pompage principal (6) est à l'arrêt.