Brevet FR2971373A1 — publié le 20120810

DISPOSITIF DE DECHARGE DE PRESSION POUR UN APPAREILLAGE ELECTRIQUE HAUTE OU MOYENNE TENSION DE TYPE GIS, DEAD OU LIVE TANK DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne les appareillages électrique haute ou moyenne tension à cuve métallique ou en polymère métallisé étanche remplie d'un gaz isolant sous-pression. Elle a trait plus particulièrement à un dispositif de décharge de pression destiné à équiper de tels appareillages, dont la fonction est de protéger la cuve en cas de surpression brusque du gaz isolant à l'intérieur. Une telle surpression peut notamment survenir lorsque la pression interne d'une chambre de coupure d'un disjoncteur atteint une certaine valeur correspondant à un fonctionnement défectueux du disjoncteur générant un échauffement du gaz diélectrique. Le fonctionnement défectueux d'un disjoncteur est de manière générale lié à un défaut lors de l'ouverture. Les appareillages visés par l'invention sont aussi bien ceux de type blindés, aussi appelés G.I.S (abréviation de « Gas Insulation Switchgear » en anglais) utilisant un gaz isolant tel que du SF6, que ceux utilisant l'air comme gaz isolant, de type « Dead Tank » ou « Live Tank ». ART ANTÉRIEUR De manière générale, il est connu de nombreux et variés dispositifs de décharge de pression qui permettent de décharger un gaz depuis une enceinte vers l'extérieur, lorsque la pression du gaz dépasse un certain seuil. On peut distinguer ces dispositifs par leur partie dit mobile dont le déplacement et/ou la rupture permet(tent) la décharge du gaz. On peut ainsi classer en trois catégories différentes les parties mobiles : des disques ou membranes de rupture, des volets ou des plaques formant piston, c'est-à-dire des éléments rigides dont le déplacement est provoqué par le gaz en surpression et qui reste intègre dans le corps de l'enceinte après décharge du gaz. Dans le domaine des appareillages électriques haute ou moyenne tension, on utilise largement les disques ou membranes de rupture, leur rupture étant amorcée par la surpression du gaz isolant à l'intérieur de la cuve étanche. On peut citer ici la demande de brevet DE 8125214, qui divulgue un dispositif de décharge de pression avec une membrane de rupture 5 qui à l'état non rompue vient obturer avec étanchéité une ouverture 4 en séparant ainsi le compartiment à gaz isolant 2 d'un disjoncteur ou interrupteur de l'environnement extérieur 3. La membrane de rupture 5 est connectée à la cuve 1 au moyen d'une bride 6 et l'étanchéité est réalisé par un joint 7 monté dans une rainure interne de la cuve 5. A l'extérieur 4 du compartiment à gaz, un couvercle 9 est monté sur l'ouverture 4. La partie 2 3 intérieure 10 du couvercle 9 est conformée de telle manière à guider les gaz évacués selon une direction parallèle le long de la cuve 1. Les inconvénients du dispositif selon cette demande DE 8125214 sont les suivants. Tel que conçu, le couvercle 9 ne peut retenir la membrane 5 lorsque que celle-ci se rompt en cas de surpression du gaz non souhaitée à l'intérieur du compartiment 2. Du fait, du guidage des flux de gaz évacués, ceux-ci peuvent projeter la membrane 5 rompue ou ses débris dans l'environnement extérieur 3. Cela présente un danger éventuel pour tout être humain à proximité de l'appareillage électrique. Par ailleurs, la membrane de rupture 5 a tendance à vieillir de manière accélérée du fait de sa corrosion par l'air de l'environnement 3. La demande de brevet DE 3743562 se rapporte à un dispositif de décharge de pression 11 dans un appareillage d'interrupteur électrique ou une installation de distribution comprenant une cuve étanche 10 remplie de gaz isolant sous pression. Le dispositif 11 comprend un disque de rupture flexible 15 surmonté d'une plaque d'encapsulation 13. Des boulons 14 viennent serrer une bride de serrage 12 contre le disque de rupture 15 et la plaque d'encapsulation 13 eux-mêmes en appui contre la cuve 10 de l'appareillage électrique. La plaque d'encapsulation 13 présente à sa périphérie une fente 16 non fermée. Cette partie non fermée 17 définit une charnière entre la partie volet 19 de la plaque 13, intérieure à la fente 16 et la bride de serrage 12. Cet agencement a pour avantage que la plaque d'encapsulation 13 peut protéger en 4 surface le disque de rupture 15 de la corrosion de l'air environnant. L'inconvénient d'un tel dispositif 11 est le même que celui de la demande précédemment citée DE 8125214. En effet, en cas de surpression de gaz provoquant la rupture du disque de rupture 15, celui-ci ou ses débris peuvent être projeter à l'extérieur, avec le même danger éventuel pour tout être humain à proximité de l'appareillage électrique. Par ailleurs, la nécessité d'accélérer et de plier le volet 19 dans un tel dispositif 11 augmente le temps de décharge de pression. Autrement dit, la présence du volet 19 retarde l'évacuation du flux de gaz depuis l'intérieur du compartiment de gaz en cas de fonctionnement du dispositif 11 de décharge de pression. En tant que dispositif de décharge de pression utilisant une plaque comme élément mobile, on peut citer celui de la demande de brevet DE 9319947. Le dispositif de décharge divulgué peut être ajusté dans une ouverture d'une cuve étanche 3 remplie d'un gaz isolant sous pression d'un appareillage électrique, tel qu'un disjoncteur ou un interrupteur HT ou MT. Le dispositif de décharge comprend un cadre-support 1 de dimensions adaptées pour permettre l'ajustement dans l'ouverture de la cuve 3. Ce cadre-support comprend deux brides 13, 25 parallèles entre elles et entre lesquelles est montée un ensemble constitué d'une traverse 7 en U à laquelle sont vissés, au moyen de boulons 10, 11, deux disques 5, 6 superposés l'un sur l'autre avec insertion d'une feuille métallique 4. Plus exactement, l'une des extrémités 15 de la traverse 7 est insérée dans une ouverture 14 de la bride 13 qui constitue ainsi un contre palier. Dans l'autre des extrémités 16 de la traverse 7 est emmanché avec jeu un axe à rupture contrôlée 21 vissé à l'autre bride de 5 fixation 25. L'axe à rupture contrôlée s'étend parallèlement à la traverse 7, aux deux disques 5, 6 et à la feuille4. La partie de rupture contrôlée proprement dite 22 consiste en un rétrécissement de section au sein de l'axe. A l'état non rompu, l'axe 21 maintient donc en place le dispositif de décharge de pression avec la feuille métallique 4 qui s'étend sensiblement parallèlement au plan de l'ouverture dans la cuve 3 en réalisant l'étanchéité à cet endroit. En cas de surpression du gaz isolant non souhaitée à l'intérieur de la cuve 3, l'axe à rupture contrôlée 21 casse. Cette rupture de l'axe 21 entraîne le déplacement des deux feuille métallique l'évacuation des gaz 2 de la cuve 3. Les disques superposés 5, 6 et de la 4. Ce déplacement permet en surpression depuis l'intérieur inconvénients d'un tel dispositif de décharge de pression sont les suivants. L'axe à rupture contrôlée 21 est agencé dans l'environnement extérieur et est donc soumis à la corrosion à l'air. En outre, la nécessité de prévoir un contre palier 13, 14 à l'autre extrémité 15 de la traverse implique une complexité et un coût supplémentaires pour le dispositif de décharge de pression. Enfin, il y a un risque que le contre palier 13, 14 proposé puisse être défectueux sous l'effet des forces appliquées selon la direction de la flèche 12 depuis l'environnement extérieur. 6 Le but de l'invention est donc de proposer un nouveau dispositif de décharge de pression pour un appareillage électrique haute ou moyenne tension comprenant une cuve remplie d'un gaz isolant qui ne présente pas tout ou partie des inconvénients des dispositifs de l'art antérieur. EXPOSÉ DE L'INVENTION Pour ce faire, l'invention a pour objet un dispositif de décharge de pression, destiné à équiper une cuve étanche remplie d'un gaz sous pression, comprenant un logement, un couvercle solidaire du logement en délimitant avec celle-ci un espace pour guider les gaz évacués depuis l'intérieur de la cuve et à travers le logement, un axe à rupture contrôlée apte à rompre en cas de surpression du gaz non souhaitée à l'intérieur de la cuve, une plaque, formant piston, fixée au logement par l'intermédiaire de l'axe à rupture contrôlée et agencée avec étanchéité dans le logement à l'état non rompu de l'axe. Selon l'invention, le couvercle et l'espace entre couvercle et logement sont en outre conçus de manière à retenir le piston en son sein à l'état rompu de l'axe. Autrement dit, à l'état non rompu de l'axe (état non activé du dispositif selon l'invention) le piston est maintenu en place par l'axe et assure ainsi l'étanchéité du compartiment à gaz sous pression. Lorsque la pression du gaz atteint une valeur seuil non souhaitée (surpression non souhaitée), l'axe rompt et le piston est projeté en force par le gaz qui s'évacue 7 à travers l'espace entre couvercle et logement. Le couvercle peut bloquer le piston projeté. Avantageusement, à l'état non rompu, l'axe à rupture contrôlée est agencé de telle manière à être en contact avec le gaz sous pression. Autrement dit, l'axe à rupture contrôlée n'est pas soumis à l'air environnant et ne subit donc pas de corrosion néfaste à l'air. Par rapport aux dispositifs de décharge de pression selon l'état de l'art mentionnés ci-dessus, le dispositif de décharge de pression selon l'invention présente de nombreux avantages. Ainsi, par rapport au dispositif divulgué dans la demande DE 9319947, l'axe à rupture contrôlée est agencé dans son état non rompu en étant en contact avec le gaz sous pression, tel que le gaz isolant SF6 d'une cuve d'appareillage électrique. Il ne subit donc pas de corrosion de la part de l'air environnant. En outre, comparativement au dispositif divulgué dans la demande DE 3743562, le déplacement du piston n'introduit aucun délai supplémentaire dans l'évacuation des gaz. Comparativement au dispositif divulgué dans la demande DE 8125214, le couvercle selon l'invention empêche toute partie mobile après rupture de l'axe de s'échapper dans l'environnement extérieur. Enfin, le couvercle selon l'invention permet d'absorber tout impact mécanique susceptible de venir de l'extérieur. En outre, l'agencement de l'axe à rupture contrôlée à l'intérieur du compartiment à gaz lui permet d'être protégé mécaniquement de tout impact 8 susceptible de venir de l'extérieur et donc cela évite toute rupture intempestive de l'axe, c'est-à-dire en dehors de son fonctionnement visé en cas de surpression du gaz. Le dispositif peut comprendre au moins un joint torique monté à la périphérie du piston pour assurer l'étanchéité avec le logement à l'état non rompu de l'axe. Selon le mode de réalisation préféré, le logement est une douille adaptée pour être fixée autour d'une ouverture de la cuve étanche remplie d'un gaz sous pression, la douille comprenant des bossages supportant le couvercle et délimitant entre eux et avec le couvercle, l'espace d'évacuation des gaz et de retenue du piston à l'état rompu de l'axe. Le dispositif ainsi prévu est en quelque sorte un module pré-assemblé que l'on peut fixer aisément par vissage à une cuve étanche d'un appareillage électrique haute ou moyenne tension. La douille peut comprendre des moyens (22) pour au moins ralentir le piston projeté en force par les gaz en surpression avant son contact avec le couvercle. Ces moyens peuvent en outre être prévus pour bloquer dans la douille, le piston projeté en force par les gaz en surpression. Ces moyens pour au moins ralentir le piston peuvent consister avantageusement en des surfaces inclinées réalisées sur les bossages vers l'intérieur de la douille. Ainsi, avec des moyens simples à réaliser on peut bloquer le piston dans la douille et éviter tout endommagement du couvercle. 9 La douille peut comprendre avantageusement au moins une paroi de fermeture reliant deux bossages adjacents pour orienter les gaz évacués vers les ouvertures délimitées par les autres bossages et le couvercle. L'invention concerne également un appareillage électrique haute ou moyenne tension comprenant une cuve étanche remplie d'un gaz isolant équipée d'un dispositif de décharge de pression tel que décrit ci-dessus. Cet appareillage électrique peut être de type GIS, Dead tank ou Live tank. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention fait, à titre illustratif et non limitatif en référence aux figures parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue de coupe transversale d'un dispositif de décharge de pression D selon l'invention monté dans une ouverture d'une cuve métallique d'un appareillage électrique HT de type GIS, - la figure 2 est une vue en perspective d'une partie du dispositif de décharge de pression D selon la figure 1. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS On a représenté en figure 1 un dispositif de décharge de pression D destiné à équiper une cuve 10 étanche remplie de gaz isolant sous pression d'un appareillage électrique haute tension de type GIS. . Ce dispositif D comprend une douille 2 sur la partie supérieure de laquelle est monté un couvercle 1 au moyen de boulons 3, 4, 5. De préférence, le couvercle 1 est une pièce moulée, typiquement de fonderie. Comme montré en figure 2, les parties femelles filetées 6, 7, 8, 9 dans lesquelles sont vissés chacun des boulons 3, 4, 5 sont des bossages agencés à la périphérie de la douille 2 en forme générale de couronne. Autrement dit, les bossages 6, 7, 8, 9 constituent un support du couvercle 1. Cette douille 2 est de préférence une pièce de fonderie moulée. Cette douille 2 en forme de couronne est percée par ailleurs de trous 19 pour fixer la douille 2 autour d'une ouverture de cuve métallique étanche d'un appareillage GIS non représentée. Dans l'exemple montré, la fixation du couvercle 1 sur la douille 2 se fait au moyen de quatre boulons 3, 4, 5 et la fixation de la douille 2 sur la cuve se fait au moyen de huit boulons. Dans la position fixée à la cuve et dans l'état non activé du dispositif de décharge de pression selon l'invention, la partie inférieure de la douille 2 délimite à l'endroit de l'ouverture de cuve à laquelle elle est fixée, le compartiment 13 de gaz isolant, tel que du 8E6. Entre chacun des bossages 6, 7, 8, 9 de douille 2 et le couvercle 1 est délimité un espace 10, 11 qui permet à l'état activé du dispositif de décharge 11 de pression D d'évacuer le gaz en surpression depuis le compartiment du gaz 13 ver l'extérieur. Une plaque 12 formant piston est agencées dans la douille 2 pour fermer avec étanchéité le compartiment de gaz 13, à l'état non activé du dispositif D selon l'invention. Plus exactement, l'étanchéité est assurée au moyen de deux joints toriques 14, 15 logés chacun dans une rainure périphérique du piston 12. La fixation proprement dite du piston 12 à la douille 2 est assurée par un axe à rupture contrôlée 16 dont la partie filetée 170 constitue une vis d'un boulon 17. La partie de rupture proprement dite de l'axe 16 est un rétrécissement de section 160. La vis 170 est logée dans une portion centrale 180 d'une partie support 18 de la douille 2. L'écrou 171 du boulon 17 est vissé sur la vis 170 en dessous de la portion centrale. Telle que représentée en figure 2, la partie de la douille 2 qui constitue le support 18 du piston 12 est conformé en étoile à trois branches réunies sur la portion centrale de logement de l'axe à rupture contrôlée 16 selon l'invention. Avec un tel montage, à l'état non activé du dispositif de décharge de pression, c'est-à-dire à l'état non rompu de l'axe 16, 160, ce dernier est en contact avec l'atmosphère non corrosive du gaz isolant présent dans le compartiment 13. Il n'est donc pas en contact avec l'air extérieur et ne peut donc subir une corrosion. Enfin, une paroi 20 relie les deux bossages 6, 9 de sorte à fermer l'espace 10, 11 entre douille 2 et couvercle 1 latéralement sur un côté. 12 Lorsque la douille 2 est avantageusement réalisée par moulage, typiquement de fonderie, la couronne 2A, les bossages 6, 7, 8, 9, le support 18 de piston 12 et la paroi de fermeture 20 constituent une seule et même pièce. Le fonctionnement du dispositif de décharge de pression D qui vient d'être décrit va maintenant être expliqué. En cas de surpression non souhaitée du gaz dans le compartiment 13, typiquement en cas de dysfonctionnement à l'ouverture d'un disjoncteur dans ce compartiment 13, l'axe 16 va rompre dans sa partie 160 prévue à cet effet. Le piston 12 qui n'est plus fixé à la douille 2 va ainsi être projeté avec force contre le couvercle 1. L'espace 10, 11 délimité par chacun des bossages 6, 7, 8, 9 et le couvercle 11 est dimensionné pour retenir le piston 12 ainsi projeté, c'est-à-dire pour qu'il soit bloqué par le couvercle 1. Simultanément à la projection du piston 12, le gaz en surpression s'évacue par les trois ouvertures respectivement l'une entre les bossages 6, 7, la deuxième entre les bossages 7, 8 et la troisième entre les bossages 8, 9. La présence de la paroi de fermeture 20 permet d'orienter de manière préférentielle l'évacuation des gaz depuis l'intérieur du compartiment 13 vers les ouvertures délimitées entre respectivement les bossages 6, 7 ; 7, 8 et 8, 9 et le couvercle 1. Comme représenté en figure 2, chacun des bossages 6, 7, 8, 9 présente vers l'intérieur de la douille 2 une surface inclinée 22, de préférence d'un même angle pour tous les bossages, ce qui permet de 13 guider sur sa périphérie et ralentir le piston 12 projeté en force. Plus exactement, ces surfaces inclinées (22) délimitent un écartement décroisant progressivement de la partie inférieure vers la partie supérieure de la douille 2. De préférence, les éléments constitutifs du dispositif de décharge de pression D selon l'invention, à savoir le couvercle 1, la douille 2, le piston 12, l'axe à rupture contrôlée ainsi que les boulons 3, 4, 5 de fixation du couvercle 1 à la douille 2 sont tous réalisés en matériau conducteur électrique. Cela permet d'assurer que tous ces éléments sont mis au potentiel électrique de la cuve de l'appareillage électrique équipée du dispositif D selon l'invention. D'autres améliorations peuvent être prévues sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Si dans le mode de réalisation illustré aux figures 1 à 2, le couvercle 1 est solidaire de la douille 2 par vissage au moyen de vis 3, 4, 5, on peut prévoir de réaliser le couvercle 1 et la douille 2 dans une même pièce moulée, de préférence une pièce de fonderie.25 REVENDICATIONS1. Dispositif de décharge de pression (D), destiné à équiper une cuve étanche remplie d'un gaz sous pression (13), comprenant un logement (2), un couvercle (1) solidaire du logement en délimitant avec celle-ci un espace (10, 11) pour guider les gaz évacués depuis l'intérieur de la cuve et à travers le logement, un axe à rupture contrôlée (16, 160) apte à rompre en cas de surpression du gaz non souhaitée à l'intérieur de la cuve, une plaque (12), formant piston, fixée au logement par l'intermédiaire de l'axe à rupture contrôlée et agencée avec étanchéité dans le logement à l'état non rompu de l'axe, dispositif dans lequel le couvercle (1) et l'espace (10, 11) entre couvercle (1) et logement (2) sont en outre conçus de manière à retenir le piston en son sein à l'état rompu de l'axe. 2. Dispositif de décharge de pression (D) selon la revendication 1, dans lequel, à l'état non rompu, l'axe à rupture contrôlée (16, 160) est agencé de telle manière à être en contact avec le gaz sous pression (13). 3. Dispositif de décharge de pression (D) selon la revendication 1 ou 2, comprenant au moins un joint torique monté à la périphérie du piston (12) pour assurer l'étanchéité avec le logement (2) à l'état non rompu de l'axe.30 4. Dispositif de décharge de pression (D) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le logement est une douille (2) adaptée pour être fixée autour d'une ouverture de la cuve étanche remplie d'un gaz sous pression, la douille (2) comprenant des bossages (6, 7, 8, 9) supportant le couvercle (1) et délimitant entre eux et avec le couvercle (1) l'espace (10, 11) d'évacuation des gaz et de retenue du piston (12) à l'état rompu de l'axe. 5. Dispositif de décharge de pression (D) selon la revendication 4, dans lequel la douille (2) comprend des moyens (22) pour au moins ralentir le piston (12) projeté en force par les gaz en surpression avant son contact avec le couvercle (1). 6. Dispositif de décharge de pression (D) selon la revendication 5, dans lequel les moyens (22) sont prévus pour bloquer dans la douille (2), le piston (12) projeté en force par les gaz en surpression. 7. Dispositif de décharge de pression (D) selon la revendication 5 ou 6, dans lequel les moyens (22) pour au moins ralentir le piston (12) consistent en des surfaces (22) inclinées réalisées sur les bossages (6, 7, 8, 9) vers l'intérieur de la douille (2) 8. Dispositif de décharge de pression (D) 30 selon l'une des revendications 4 à 7, dans lequel la douille (2) comprend au moins une paroi de fermeture 5 1016 (20) reliant deux bossages (6, 9) adjacents pour orienter les gaz évacués vers les ouvertures délimitées par les autres bossages (6, 7 ; 7, 8 ; 8, 9) et le couvercle (1). 9. Appareillage électrique haute ou moyenne tension comprenant une cuve étanche remplie d'un gaz isolant équipée d'un dispositif de décharge de pression selon l'une des revendications précédentes. 10. Appareillage électrique selon la revendication 9 de type GIS, Dead tank ou Live tank.