Brevet FR2980631A1 — publié le 20130329

PROCEDE DE REMPLISSAGE D'UN APPAREILLAGE ELECTRIQUE A ISOLATION GAZEUSE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention propose un procédé pour le remplissage d'un appareillage électrique à isolation gazeuse pour lequel le gaz d'isolation contient un mélange d'au moins une fluorocétone et d'un gaz porteur. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Dans un appareillage électrique pour une ligne de transport de courant à haute tension, les fonctions d'isolation électrique et d'extinction d'arc électrique sont typiquement assurées par un gaz isolant qui est confiné à l'intérieur de l'appareillage. Selon un mode de réalisation connu, le gaz isolant utilisé à l'intérieur de ces appareillages contient de l'hexafluorure de soufre. Bien qu'offrant de très bonnes propriétés notamment diélectriques et chimiques, l'hexafluorure de soufre présente une certaine nocivité du point de vue de l'environnement. Pour remplacer l'hexafluorure de soufre, il a été proposé d'utiliser des fluorocétones tels que décrites par exemple dans le document WO-2010.142346. Les fluorocétones ont une bonne rigidité diélectrique et de meilleures caractéristiques environnementales que l'hexafluorure de soufre. Le document WO-2010142346 décrit un appareillage dans lequel l'isolation électrique est réalisée à partir de fluorocétone, et qui comporte des moyens de contrôle de la quantité de fluorocétone sous forme gazeuse présente dans l'appareillage. Selon ce document, une partie de la fluorocétone contenue dans l'appareillage est présente sous forme gazeuse et une autre partie est présente sous forme liquide. Aussi, l'appareillage comporte une unité de commande qui permet de réguler la pression, la composition et/ou la température du mélange gazeux. Un tel appareillage est relativement complexe à réaliser, et donc s'avère particulièrement couteux. De plus, la partie de la fluorocétone qui est 15 présente dans l'appareillage sous forme liquide n'est pas utilisée pour réaliser l'isolation électrique, ce qui augmente encore le coût général de l'appareillage. L'invention a pour but de proposer des méthodes de remplissage de l'enveloppe de 20 l'appareillage permettant de simplifier l'appareillage. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention propose un procédé de remplissage d'une enveloppe fermée d'un appareillage électrique pour une ligne de transport de courant à 25 haute tension, dans laquelle se trouvent des composants électriques, avec un mélange gazeux comportant au moins une fluorocétone et un gaz porteur, le procédé comportant 30 - une étape de production de fluorocétone sous forme gazeuse, - une étape de mélange de la fluorocétone avec le gaz porteur selon des proportions prédéfinies, et au moins une étape de remplissage de 5 l'enveloppe avec la fluorocétone et/ou avec le gaz porteur, caractérisé en ce que ladite au moins une étape de remplissage consiste à remplir l'enveloppe avec une quantité de fluorocétone et une quantité de 10 gaz porteur définies de manière telle que la pression partielle de la fluorocétone dans le gaz de mélange est au maximum égale à la pression de vapeur saturante de la fluorocétone. Selon un tel procédé, l'appareillage 15 contient de la fluorocétone uniquement sous forme gazeuse, de sorte qu'il n'y a pas d'utilisation de fluorocétone en excédent. De préférence, le procédé comporte une étape consistant à créer un vide d'air à l'intérieur de 20 l'enveloppe avant l'étape de remplissage de l'enveloppe. De préférence, l'étape de remplissage d'injection consiste à chasser les gaz préalablement présents à l'intérieur de l'enveloppe lorsque la 25 fluorocétone et/ou le gaz porteur sont introduits dans l'enveloppe. De préférence, l'étape de remplissage consiste à introduire la fluorocétone dans l'enveloppe puis à introduire le gaz porteur dans l'enveloppe. De préférence, l'étape de remplissage consiste à introduire dans le gaz porteur l'enveloppe puis à introduire la fluorocétone dans l'enveloppe. De préférence, l'étape de remplissage consiste à introduire la fluorocétone dans l'enveloppe sous forme liquide puis à provoquer l'évaporation de la fluorocétone. De préférence, l'étape de remplissage consiste à introduire la fluorocétone dans l'enveloppe sous forme gazeuse. De préférence, l'étape de mélange est mise en oeuvre avant l'étape de remplissage. De préférence, l'étape de mélange consiste à mélanger la fluorocétone sous forme gazeuse directement avec le gaz porteur. De préférence, l'étape de mélange consiste à faire circuler un flux de gaz porteur dans un réservoir contenant la fluorocétone sous forme liquide, de manière telle que le gaz porteur se charge de fluorocétone sous forme gazeuse. De préférence, l'étape de mélange consiste à injecter la fluorocétone sous forme liquide dans le gaz porteur puis à provoquer l'évaporation de la fluorocétone. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Dans la présente description, le terme "haute tension" désigne une tension qui est strictement supérieure à 52 000 volts en courant alternatif et à 75 000 volts en courant continu. Un appareillage électrique comporte principalement une enveloppe extérieure longitudinale délimitant un volume creux et un ou plusieurs composants électriques qui sont agencés à l'intérieur de l'enveloppe. Le volume intérieur de l'enveloppe est fermé de manière étanche aux gaz et est rempli par un gaz d'isolation électrique comprenant au moins une fluorocétone. La ou les fluorocétones utilisées pour former le gaz d'isolation sont choisies afin d'avoir les meilleures qualités d'isolation, tout en ayant une pression de vapeur saturante suffisamment élevée. Une famille de fluorocétones est définie 15 par la formule chimique CnF2nO où n est un entier naturel compris entre 3 et 7, c'est-à-dire C8F60 (C3K), C4F80 (C4K) , C5F180 (C5K) , C6F120 (C6K) et C7F140 (C7K) . Dans les conditions d'utilisation de l'appareillage électrique, la pression à l'intérieur de 20 l'enveloppe est de 6 bars pour un appareillage haute tension. Sous de telles pressions, une fluorocétone pure sous forme gazeuse se liquéfie, limitant l'efficacité de l'isolation gazeuse. 25 C'est pourquoi un gaz de mélange, ou gaz porteur est mélangé avec la fluorocétone gazeuse. Un tel gaz de mélange est par exemple de l'air, de l'azote, de l'oxygène ou du dioxyde de carbone. Dans un tel mélange gazeux, la fluorocétone 30 est maintenue sous forme gazeuse en contrôlant la pression partielle du gaz de fluorocétone par sa dilution dans le gaz porteur. Selon l'invention, cette pression partielle du gaz de fluorocétone est contrôlée lors du 5 remplissage de l'enveloppe avec la fluorocétone et le gaz porteur. Ainsi, un procédé de remplissage de l'enveloppe avec un mélange contenant une fluorocétone consiste à mélanger la fluorocétone et le gaz porteur 10 sous forme gazeuse selon des quantités prédéfinies de manière telle que la pression partielle de la fluorocétone dans le gaz de mélange est au maximum égale à la pression de vapeur saturante de la fluorocétone. 15 De préférence, la pression partielle de la fluorocétone dans le gaz de mélange lors du remplissage est déterminée en fonction de la température minimale d'utilisation de l'appareillage, pour qu'à cette température minimale d'utilisation, la pression 20 partielle de la fluorocétone est égale à la pression de vapeur saturante de la fluorocétone. Il y a donc une corrélation entre la pression partielle de fluorocétone à la température de remplissage et la pression partielle de fluorocétone à 25 la dite température minimale d'utilisation. Ainsi, quelle que soit la température d'utilisation de l'appareillage, la fluorocétone est toujours présente sous forme gazeuse dans l'appareillage, de sorte qu'il n'y a pas de 30 fluorocétone sous forme liquide qui serait inutilisée. Selon un premier mode de réalisation d'un procédé de remplissage, selon une première étape, la fluorocétone est mélangée avec le gaz porteur, avant le remplissage de l'enveloppe. Selon un autre aspect de ce mode de réalisation, l'étape de mélange de la fluorocétone avec le gaz porteur consiste à incorporer la fluorocétone sous forme liquide, au moyen d'une chambre de mélange. Le procédé comporte une étape suivante 10 d'évaporation de la fluorocétone dans laquelle le mélange est transféré vers une chambre d'évaporation qui est régulée en température pour provoquer l'évaporation de la fluorocétone, afin d'obtenir le mélange gazeux avec une pression partielle de la 15 fluorocétone dans le gaz porteur prédéfinie. Le mélange est alors injecté dans le volume intérieur de l'enveloppe, à une pression régulée. Des débitmètres permettent de réguler la quantité de fluorocétone liquide qui est incorporée 20 dans le gaz porteur afin d'avoir les proportions adaptées de la fluorocétone. Selon un premier aspect de ce mode de réalisation du procédé selon l'invention, on fait le vide (0 - 0,1 kPa) dans le volume intérieur de 25 l'enveloppe avant l'étape d'injection du mélange gazeux. A titre d'exemple, pour le remplissage d'un appareillage avec un mélange air/C6K à un ratio de 10% et une pression totale de 1 bar relatifs : 30 La masse molaire de C6K est de 316g, la masse molaire de l'air est 28.8g. Le rapport des pressions est égal au rapport molaire, ce qui donne, un ratio molaire de 10% soit 0.lmole de C6K (31,6g) pour 1 mole d'air (28.8g). Le volume intérieur de l'enceinte est mis sous vide pour obtenir un vide de 0.001 bar absolu. Un débitmètre pour le flux liquide de C6K est réglé à 3.16g/min, un débitmètre pour le flux d'air est réglé à 2.88g/min. Le mélange air/C6K est injecté jusqu'à ce que la pression à l'intérieur de l'enveloppe soit égale à 1 bar relatif. Selon une variante de réalisation, la fluorocétone est mélangée avec le gaz porteur en faisant circuler le gaz porteur dans un réservoir de fluorocétone sous forme liquide. Le gaz porteur se charge alors progressivement de fluorocétone gazeuse au fur et à mesure qu'il circule dans le réservoir. Cette technique est communément appelée "bullage". Selon cette variante de réalisation, les proportions de fluorocétone gazeuse dans le gaz porteur sont obtenues par la régulation de la température de la fluorocétone dans le réservoir et par la régulation du débit et de la pression du gaz porteur circulant dans le réservoir. A titre d'exemple, pour le remplissage d'un appareillage avec un mélange air/C6K à un ratio de 12% et une pression totale de 0.2 bar relatif : Le volume intérieur de l'enceinte est mis sous vide pour obtenir un vide de 0.001 bar absolu. Le gaz porteur utilisé est de l'air sec. La température du réservoir de fluorocétone est de 20°C, ce qui équivaut à une pression de vapeur saturante de la fluorocétone C6K de 0.37 bar. La pression de l'air sec dans la fluorocétone est régulée à 3.08 bar abs. On obtient alors un ratio de mélange de 0.37/3.08=0.12, soit 12%. Le mélange air/C6K est alors injecté dans l'enveloppe jusqu'à ce que la pression à l'intérieur de l'enveloppe soit égale à 0.2 bar relatif. Pendant l'injection, le débit d'air sec est régulé pour maintenir une pression constante à 3.08 bar abs. Selon un autre aspect de ce mode de 15 réalisation, l'air qui est initialement présent dans l'enveloppe est chassé lors de l'étape d'injection du mélange gazeux, par ce mélange gazeux. Une telle étape d'injection est communément appelée "balayage" et elle est effectuée tant que l'air 20 initial a été chassé complètement. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, le remplissage de l'enveloppe comporte une première étape qui consiste à remplir l'enveloppe avec le gaz porteur, puis une deuxième étape d'injection de 25 la fluorocétone sous forme gazeuse. La fluorocétone sous forme gazeuse est initialement mise à une pression supérieure à la pression totale de l'appareillage, c'est-à-dire supérieure à la pression de l'appareillage à l'issue du 30 procédé. Cette mise sous pression de la fluorocétone sous forme gazeuse est réalisée en chauffant un réservoir contenant la fluorocétone sous forme liquide, par exemple par un cordon chauffant ou une résistance, pour obtenir une pression de vapeur saturante de fluorocétone suffisamment élevée. L'étape de remplissage de l'enveloppe avec le gaz porteur est réalisée de manière telle que la pression finale du gaz porteur est inférieure à la pression totale de l'appareillage mentionnée ci-dessus. De manière similaire au premier mode de réalisation du procédé décrit précédemment et selon un premier aspect, on fait le vide (0 - 0,1 kPa) dans le volume intérieur de l'enveloppe au préalable, avant l'étape d'injection du gaz porteur. Selon un autre aspect de ce mode de réalisation, l'air qui est initialement présent dans l'enveloppe est chassé lors de l'étape d'injection du gaz porteur, selon une opération de balayage. A titre d'exemple non limitatif, pour le remplissage d'un appareillage avec un mélange air/C6K à 12% et une pression totale de 0.2 bars relatifs : Pour le C6K, la pression de vapeur saturante de 0,2 bar relatif est obtenue à une température de 55°C. Ainsi, ici, et selon l'invention, une étape du procédé consiste à chauffer un réservoir de C6K liquide à la température 60°C pour obtenir une pression intérieure de 0.45 bar relatif. Ensuite, une étape de mise sous vide de l'enveloppe est mise en oeuvre vide pour obtenir un vide de 0.01 bar absolu (-0.99 bar relatif). Selon une autre étape, le volume intérieur 5 de l'enveloppe est rempli avec de l'air pour obtenir une pression de 0.056 bar relatif. Puis selon une dernière étape, le gaz de C6K est mélangé à l'air pour obtenir la pression finale de 0.2 bar relatif. 10 Selon un troisième mode de réalisation de l'invention, le procédé de remplissage comporte une étape qui consiste à remplir l'enveloppe avec la fluorocétone sous forme gazeuse, puis une étape d'injection du gaz porteur. 15 Le gaz de fluorocétone est produit en chauffant un réservoir contenant la fluorocétone sous forme liquide, par exemple par un cordon chauffant ou une résistance, pour obtenir une pression de vapeur saturante de fluorocétone suffisamment élevée. 20 L'étape de remplissage de l'enveloppe avec la fluorocétone est réalisée de manière telle que la pression finale de la fluorocétone est inférieure à la pression totale dans l'appareillage, c'est-à-dire supérieure à la pression dans l'appareillage à l'issue 25 du procédé. La quantité de fluorocétone à injecter dans cette étape de remplissage est contrôlée par une mesure de la pression dans l'appareillage lors de l'étape de remplissage. Ainsi, la quantité requise de fluorocétone 30 est définie par une certaine pression dans l'appareillage. Après que la quantité de fluorocétone requise a été injectée dans l'appareillage, le gaz porteur est injecté jusqu'à obtenir les proportions voulues dans le mélange gazeux. De manière similaire au premier mode de réalisation du procédé décrit précédemment et selon un premier aspect, on fait le vide (0 - 0,1 kPa) dans le volume intérieur de l'enveloppe au préalable, avant l'étape d'injection de la fluorocétone. Selon un autre aspect de ce mode de réalisation, l'air qui est initialement présent dans l'enveloppe est chassé lors de l'étape d'injection de la fluorocétone, selon une opération de balayage. A titre d'exemple, pour le remplissage d'un appareillage avec un mélange CO2/C6K à un ratio de 4% et une pression totale de 5.5 bar relatif : Le volume intérieur de l'enceinte est mis sous vide pour obtenir un vide de 0.001 bar absolu. La fluorocétone est mise dans une bouteille 20 métallique résistante à la pression. La bouteille est mise sous vide puis chauffée pour provoquer l'évaporation de la fluorocétone. La fluorocétone sous forme gazeuse est alors injectée dans l'appareillage jusqu'à ce que la 25 pression de fluorocétone dans l'appareillage atteigne 0.286 bars. Ensuite, le gaz porteur, ici du CO2, est injecté jusqu'à ce que la pression totale dans l'appareillage atteigne la pression requise, c'est-à- 30 dire ici 5.5 bar relatif, soit 6.5 bar absolu. Il sera compris que l'invention n'est pas limitée à un mélange de C6K avec de l'air ou du CO2, et pour les pressions telles que présentées dans les exemples mentionnés ci-dessus. Un procédé selon l'invention tel que décrit précédemment est relativement simple à mettre en oeuvre, il peut par conséquent être réalisé aussi bien sur le site de fabrication de l'appareillage que sur le site d'utilisation de l'appareillage. Un tel procédé peut aussi être mis en oeuvre sur site lors d'opérations de maintenance de l'appareillage, pour effectuer un complément en mélange gazeux, ou bien un ajustement.15 REVENDICATIONS1. Procédé de remplissage d'une enveloppe fermée d'un appareillage électrique pour une ligne de 5 transport de courant à haute tension, dans laquelle se trouvent des composants électriques, avec un mélange gazeux comportant au moins une fluorocétone et un gaz porteur, le procédé comportant, sans ordre 10 chronologique particulier : - une étape de production de fluorocétone sous forme gazeuse, - une étape de mélange de la fluorocétone avec le gaz porteur selon des proportions prédéfinies, 15 et - au moins une étape de remplissage de l'enveloppe avec la fluorocétone et/ou avec le gaz porteur, caractérisé en ce que ladite au moins une 20 étape de remplissage consiste à remplir l'enveloppe avec une quantité de fluorocétone et une quantité de gaz porteur définies de manière telle que la pression partielle de la fluorocétone dans le gaz de mélange est au maximum égale à la pression de vapeur saturante de 25 la fluorocétone. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une étape consistant à créer un vide d'air à l'intérieur de l'enveloppe avant 30 l'étape de remplissage de l'enveloppe. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de remplissage d'injection consiste à chasser les gaz préalablement présents à l'intérieur de l'enveloppe lorsque la fluorocétone et/ou le gaz porteur sont introduits dans l'enveloppe. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape de remplissage consiste à introduire la fluorocétone dans l'enveloppe puis à introduire le gaz porteur dans l'enveloppe. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape de remplissage consiste à introduire le gaz porteur dans l'enveloppe puis à introduire la fluorocétone dans l'enveloppe. 6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l'étape de remplissage consiste à introduire la fluorocétone dans l'enveloppe sous forme liquide puis à provoquer l'évaporation de la fluorocétone. 7. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l'étape de remplissage consiste à introduire la fluorocétone dans l'enveloppe sous forme gazeuse.30 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape de mélange est mise en oeuvre avant l'étape de remplissage. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étape de mélange consiste à mélanger la fluorocétone sous forme gazeuse directement avec le gaz porteur. 10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étape de mélange consiste à faire circuler un flux de gaz porteur dans un réservoir contenant la fluorocétone sous forme liquide, de manière telle que le gaz porteur se charge de fluorocétone sous forme gazeuse. 11. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étape de mélange consiste à injecter la fluorocétone sous forme liquide dans le gaz porteur puis à provoquer l'évaporation de la fluorocétone.