Brevet FR3029349A1 — publié le 20160603

AGENCEMENT DE REFROIDISSEMENT D'UN DISPOSITIF DE COMMUTATION SOUS GAINE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne le refroidissement 5 d'un appareillage de commutation tel que par exemple un disjoncteur électrique, faisant partie d'une installation de type haute ou moyenne tension, et qui est installé à l'intérieur d'une gaine ou enveloppe. 10 ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Une telle installation comporte typiquement des barres conductrices et des appareillages de commutation installés dans une enceinte renfermant par exemple de l'air légèrement pressurisé pour éviter 15 l'entrée de poussières. Les courants électriques traversant une telle installation ayant des intensités élevées, ils génèrent par effet joule une chaleur importante dans l'enceinte, qui doit être dissipée pour éviter une 20 surchauffe de l'ensemble. Une circulation d'air peut ainsi être établie dans l'enceinte pour favoriser l'évacuation hors de celle-ci de la chaleur générée par les conducteurs et appareillages qu'elle renferme 25 considérés dans leur ensemble. Lorsque la température d'un appareillage donné qui est installé dans l'enceinte doit rester inférieure à une valeur donnée pour garantir un fonctionnement correct, un agencement local de dissipation thermique additionnel peut être prévu. Cet agencement évacue alors hors de l'enceinte de la chaleur collectée au niveau de l'appareillage en question. A titre d'ordre de grandeur, la température d'un disjoncteur pouvant être en place dans une telle installation doit rester inférieure à cent degrés Celsius lorsque la température extérieure est de quarante degrés Celsius. L'objet de l'invention est ainsi d'apporter une solution pour améliorer le refroidissement d'un appareillage électrique installé dans une telle enveloppe. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a pour objet un agencement de refroidissement d'un dispositif de commutation électrique tel qu'un disjoncteur et/ou un sectionneur installé dans une enveloppe, cet agencement comprenant : un conduit de refroidissement électriquement isolant formant cheminée qui est monté à l'intérieur de l'enveloppe de manière étanche en comportant deux ouvertures situées à deux hauteurs différentes et débouchant chacune hors de l'enveloppe, un caloduc thermiquement et électriquement conducteur traversant la paroi du conduit de refroidissement pour comporter une portion de dissipation thermique située dans ce conduit, ce caloduc comprenant une première extrémité thermiquement couplée à une partie sous tension du dispositif de commutation devant être refroidie, et une seconde extrémité située à l'intérieur du conduit et présentant une forme bombée pour éviter un amorçage d'arc électrique entre cette seconde extrémité et l'enveloppe. Avec cet agencement une puissance thermique importante peut être évacuée du fait que le caloduc prélève la chaleur directement sur un élément à refroidir qui est sous tension, et du fait que la convection naturelle dans le conduit est d'autant plus importante que la température du caloduc est élevée. L'invention concerne également un agencement ainsi défini, dans lequel le dispositif de commutation électrique comporte un corps formant enveloppe et renfermant un gaz diélectrique, et dans lequel le caloduc traverse de manière étanche ce corps pour avoir sa première extrémité thermiquement couplée à un composant interne de ce dispositif de commutation. L'invention concerne également un agencement ainsi défini, comportant une bague protectrice entourant la portion de caloduc située entre les composants internes du dispositif de commutation et le corps renfermant ces éléments internes. L'invention concerne également un agencement ainsi défini, dans lequel le caloduc comporte un corps comprenant une portion correspondant à la portion de dissipation thermique qui porte des ailettes rapportées et une calotte bombée rapportée à son extrémité située dans le conduit de refroidissement. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS L'installation 1 dont une moitié est représentée en coupe transversale sur la figure unique comporte une enveloppe 2 renfermant un appareillage de commutation 3 qui est ici un disjoncteur. Cette enveloppe 2 qui s'étend selon une 10 direction principale horizontale normale au plan de la figure, présente en section transversale une forme rectangulaire. Le disjoncteur 3 a quant à lui une forme générale de révolution autour de l'axe longitudinal AL, 15 et il comporte un corps 4 formant enveloppe et renfermant un gaz diélectrique tel que du SF6 pouvant être pressurisé, ainsi que des composants sous tension tels qu'un pôle électrique repéré par 6. L'enveloppe externe 2 renferme quant à elle 20 de l'air légèrement pressurisé, pouvant être mis en mouvement par un système de ventilation le faisant circuler dans l'enveloppe pour favoriser son refroidissement. Le corps 4 du disjoncteur 3 est ainsi 25 refroidi globalement par l'air de l'enveloppe principale 2, mais le pôle 6 et les composants internes de ce disjoncteur sont refroidis complémentairement par un caloduc 7. Ce caloduc 7 qui est électriquement 30 conducteur s'étend dans l'enveloppe 2 en ayant une extrémité 8 couplée thermiquement au pôle 6, et en présentant une portion de dissipation thermique 9 qui dissipe la chaleur hors de l'enveloppe en étant placée dans un conduit de refroidissement 11. Ce conduit de refroidissement 11 est monté à l'intérieur de l'enveloppe 2 de manière à constituer une cheminée de refroidissement s'étendant verticalement pour présenter une extrémité supérieure et une extrémité inférieure communiquant chacune avec l'extérieur de l'enveloppe 2. L'extrémité supérieure du conduit 11 est ici fixée à une paroi supérieure 12 de l'enveloppe 2 en entourant un trou correspondant formé dans cette paroi supérieure 12 pour constituer une ouverture supérieure 13. L'extrémité inférieure du conduit 11 est fixée à une paroi inférieure 14 de l'enveloppe 2 en entourant un trou correspondant formé dans cette paroi 14 pour constituer une ouverture inférieure 16. Ce conduit de refroidissement 11 est fabriqué dans un matériau électriquement isolant, afin de ne pas relier électriquement l'enveloppe 2 avec le caloduc 7 qui est sous tension du fait qu'il s'agit d'un organe métallique thermiquement couplé avec un ou plusieurs composants internes du disjoncteur 3. Comme visible dans la figure unique, le caloduc 7 comporte un corps central 17 sous forme d'une barre métallique présentant une extrémité 8 accouplée thermiquement au pôle 6 du disjoncteur. Cette barre 17 s'étend perpendiculairement à l'axe AL selon une direction horizontale pour traverser de manière étanche le corps 4 du disjoncteur ainsi que la paroi du conduit 11 pour être en partie située dans ce conduit. La portion de ce corps central 17 qui s'étend depuis son extrémité 8 jusqu'au corps circonférentiel 4 est entourée par une bague tubulaire 18 en matériau protecteur, qui évite une dégradation de la surface du corps 17 par le gaz diélectrique présent dans cette région. Complètement, une plaque ou couronne d'étanchéité 19 entourant le corps 17 est rapportée en face externe du corps 4 pour offrir une étanchéité optimale au niveau de la jonction du caloduc 7 avec le corps 4. Le corps 17 traverse ensuite la paroi du conduit de refroidissement 11 au niveau d'une jonction pouvant présenter un niveau d'étanchéité moindre. La portion de dissipation thermique 9 du caloduc 7 correspond à une portion du corps 17 autour de laquelle sont montées une série d'ailettes 21 parallèles les unes aux autres et régulièrement espacées les unes des autres le long du corps 17. L'extrémité du corps 17 qui est opposée à l'extrémité 8, est équipée d'une calotte bombée 22 électriquement conductrice, ici en forme de calotte sphérique, qui réduit l'effet de pointe de l'extrémité libre du caloduc, et qui peut le cas échéant participer aussi au refroidissement. De par sa forme bombée et son pourtour circulaire, cette calotte 22 limite les risques d'établissement d'un arc électrique entre l'extrémité libre du caloduc qui est sous tension, et l'enveloppe 2, notamment au niveau de son flanc 23. Comme visible sur la figure, cette calotte 21 est montée en extrémité du corps 17 de manière à présenter sa concavité orientée vers l'extrémité opposée 8 de ce corps 17. Sa face convexe est ainsi en vis-à-vis du flanc 23 de l'enveloppe 2. Cette calotte peut être fixée par soudage. Pour limiter les risques d'intrusion de salissures ou d'objets dans le conduit de refroidissement 11, deux grilles 24 recouvrent respectivement l'ouverture supérieure 13 et l'ouverture inférieure 16. Complémentairement, un toit 26 est encore prévu au dessus de l'ouverture supérieure 13 afin d'éviter l'arrivée d'eau à l'intérieur du conduit de refroidissement 11. En fonctionnement, la chaleur des composants internes du disjoncteur est transférée via le caloduc 7 vers la région intérieure du conduit de refroidissement 11 pour être évacuée grâce aux ailettes 21 dans l'air extérieur qui chemine de bas en haut dans le conduit de refroidissement. Comme on le comprend, l'efficacité du refroidissement est accrue par la convection naturelle qui établit spontanément la circulation d'air ascendante dans le conduit 11, et qui est d'autant plus importante que la température du caloduc est élevée. Dans l'exemple de la figure, l'invention est mise en oeuvre pour refroidir un appareillage qui est un disjoncteur, mais elle peut aussi bien être mise en oeuvre pour refroidir d'autres types d'appareillages comme par exemple un sectionneur électrique ou tout autre dispositif de commutation. REVENDICATIONS1. Agencement de refroidissement d'un dispositif de commutation électrique tel qu'un disjoncteur (3) et/ou un sectionneur installé dans une enveloppe (2), cet agencement comprenant : un conduit de refroidissement (11) électriquement isolant formant cheminée qui est monté à l'intérieur de l'enveloppe (2) de manière étanche en comportant deux ouvertures (13, 16) situées à deux hauteurs différentes et débouchant chacune hors de l'enveloppe (2), un caloduc (7) thermiquement et électriquement conducteur traversant la paroi du conduit de refroidissement (11) pour comporter une portion de dissipation thermique (9) située dans ce conduit (11), ce caloduc (7) comprenant une première extrémité (8) thermiquement couplée à une partie sous tension (6) du dispositif de commutation (3) devant être refroidie, et une seconde extrémité située à l'intérieur du conduit (11) et présentant une forme bombée (22) pour éviter un amorçage d'arc électrique entre cette seconde extrémité (22) et l'enveloppe (2). 2. Agencement selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de commutation électrique (3) comporte un corps (4) formant enveloppe et renfermant un gaz diélectrique, et dans lequel le caloduc (7) traverse de manière étanche ce corps (4) pour avoir sa première extrémité (8) thermiquement couplée à un composant interne de ce dispositif de commutation (3). 3. Agencement selon la revendication 2, comportant une bague protectrice (18) entourant la portion de caloduc (7) située entre les composants internes (6) du dispositif de commutation (3) et le corps renfermant ces éléments internes. 4. Agencement selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le caloduc (7) comporte un corps (17) comprenant une portion correspondant à la portion de dissipation thermique (9) qui porte des ailettes (21) rapportées et une calotte bombée (22) rapportée à son extrémité située dans le conduit de refroidissement (11).15