Brevet FR3029346A1 — publié le 20160603

ENVELOPPE METALLIQUE POUR DISPOSITIF DE COMMUTATION ELECTRIQUE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne une enveloppe métallique destinée à renfermer un dispositif de commutation électrique de puissance qui est traversé par un courant nominal induisant un courant de retour circulant dans la paroi de l'enveloppe et tendant à l'échauffer. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Une telle installation correspond typiquement au cas d'un disjoncteur de générateur de courant associé à une unité de production de courant électrique telle qu'un centrale électrique, pouvant être thermique, nucléaire ou autre. Un tel disjoncteur de générateur est alors interposé entre l'unité de production qui fournit un courant important sous une tension relativement faible, et un ou des transformateurs élévateurs de tension. L'élévation de tension permet de limiter les pertes en ligne pour le transport d'électricité. Dans une telle installation, le disjoncteur est raccordé en amont et en aval à des jeux de barres conducteurs. Il est monté dans une enveloppe en aluminium qui est elle-même raccordée à des gaines métalliques entourant chaque barre conductrice connectée au disjoncteur. L'espace interne délimité par l'enveloppe et les gaines est rempli d'air légèrement pressurisé pour éviter que des poussières ou autres particules ne pénètrent à l'intérieur de cet espace. Le courant nominal circulant dans les barres étant un courant alternatif d'intensité élevée, il donne lieu par effet d'induction à l'établissement d'un courant dit de retour qui circule dans les gaines et dans l'enveloppe du disjoncteur, en sens inverse du courant nominal. D'une manière générale, on ne cherche pas à éviter l'apparition de ce courant de retour, car il contribue à réduire l'intensité du champ magnétique s'établissant dans l'installation. Ce courant de retour permet ainsi de limiter les phénomènes de corrosion auxquels donnerait lieu un champ magnétique trop important. Néanmoins, ce courant de retour chauffe l'enveloppe par effet Joule, ainsi que l'espace interne renfermant le disjoncteur, alors que la température du disjoncteur doit rester inférieure à une valeur prédéterminée pour assurer un fonctionnement normal. A titre d'ordre de grandeur, la température d'un tel disjoncteur doit rester inférieure à cent cinq 25 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 de l'espace interne d'une telle enveloppe. 30 EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a pour objet une enveloppe métallique pour dispositif de commutation électrique tel qu'un disjoncteur ou un sectionneur qui est destiné 5 à être raccordé à deux conducteurs sous gaine métallique pour être traversé par un courant nominal circulant selon une direction de passage, cette enveloppe étant parcourue par un courant de retour induit par le courant nominal et circulant en sens 10 inverse selon la direction de passage, cette enveloppe comportant : - un corps d'enveloppe incluant au moins un flanc latéral pourvu d'un artifice s'opposant au passage du courant de retour dans ce flanc latéral ; 15 - une paroi externe longeant chaque flanc pourvu d'un artifice et espacée de celui-ci tout en étant raccordée au corps d'enveloppe en amont et en aval de l'artifice par rapport à la direction de passage du courant, chaque paroi externe offrant au 20 courant de retour une résistance électrique moindre que le flanc avec artifice qu'elle longe. Le refroidissement est amélioré du fait que la double paroi que constitue le flanc avec la paroi externe qui le longe force le passage du courant de 25 retour vers l'extérieur dans la paroi externe, pour qu'il ne réchauffe pas le corps d'enveloppe. L'invention concerne également une enveloppe ainsi définie, comportant en outre pour chaque flanc pourvu d'un artifice et longé par une 30 paroi externe, une première ouverture et une seconde ouverture situées respectivement en partie haute et en partie basse de l'enveloppe en service pour mettre en communication l'espace séparant le flanc de la paroi externe portée par ce flanc avec l'environnement extérieur de façon à permettre une circulation d'air de refroidissement dans cet espace. La double paroi est ainsi le siège d'un flux d'air s'établissant par convection naturelle pour refroidir la paroi externe et le flanc. La paroi externe traversée par le courant de retour est ainsi refroidie au niveau de sa face interne et au niveau de sa face externe qui est directement au contact de l'environnement externe. L'invention concerne également une enveloppe ainsi définie, dont au moins un artifice est une fente traversante réalisée dans un flanc en s'étendant perpendiculairement à la direction de passage du courant. L'invention concerne également une enveloppe ainsi définie, comportant un joint en 20 matériau non conducteur fermant chaque fente. L'invention concerne également une enveloppe ainsi définie, dont chaque flanc comporte deux fentes espacées l'une de l'autre le long de la direction de passage du courant. 25 L'invention concerne également une enveloppe ainsi définie, dans laquelle chaque paroi externe est portée par un flanc pourvu d'au moins un artifice, en étant fixée par soudage au flanc qui la porte de part et d'autre de chaque artifice que 30 comporte ce flanc. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est une vue en coupe latérale d'une enveloppe selon l'invention installée et renfermant un disjoncteur raccordé à deux barres conductrices sous gaines ; La figure 2 est une vue en coupe de dessus d'une enveloppe selon l'invention installée et renfermant un disjoncteur raccordé à deux barres conductrices sous gaines ; La figure 3 est une vue de détail d'un joint d'étanchéité d'un artifice de l'enveloppe selon l'invention ; La figure 4 est une vue de face de l'enveloppe selon l'invention installée représentée 15 seule. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS L'enveloppe selon l'invention qui est repérée par 1 dans les figures renferme un appareillage 20 de commutation qui est ici un disjoncteur 2 qui est raccordé à une première barre conductrice 3 et à une seconde barre conductrice 4. La première barre conductrice 3 est entourée par une gaine métallique 6, et la seconde 25 barre conductrice 4 est entourée par une autre gaine métallique, repérée par 7. Ces deux gaines 6 et 7 sont tubulaires et sont toutes deux raccordées de manière étanche à l'enveloppe 1 renfermant le disjoncteur. La première barre 3 est raccordée à un 30 connecteur du disjoncteur situé à l'une de ses extrémités par un ensemble de tresses métalliques 8. La seconde barre 4 est raccordée à un autre contacteur du disjoncteur par un autre ensemble de tresses métalliques 9. L'enveloppe 1 qui est fabriquée en aluminium a une forme généralement parallélépipédique délimitée par un corps parallélépipédique 11 correspondant à sa portion inférieure et dont la face supérieure ouverte est fermée par un couvercle rectangulaire 12 rapporté. Le corps d'enveloppe 11 comporte ainsi un fond 13, deux flancs latéraux 14 et 16, ainsi qu'une paroi avant 17 et une paroi arrière 18. La paroi avant 17 comporte une ouverture centrale, visible plus clairement sur la figure 4, et qui est traversée par la première barre 3, la première gaine 6 ayant son extrémité soudée à la face externe de cette face avant, tout autour l'ouverture. De manière analogue, la paroi arrière 18 20 comporte une ouverture centrale traversée par la deuxième barre 4, la deuxième gaine 7 étant soudée par son extrémité à cette paroi arrière. Ainsi, et comme il ressort notamment des figures 1 et 2, la première barre 3, le disjoncteur 2 25 et la deuxième barre 4 sont alignés selon une direction principale AX horizontale. Cette direction AX correspond à la direction de passage du courant nominal traversant le disjoncteur et à la direction de passage du courant de retour traversant les gaines et 30 l'enveloppe 1 en sens inverse. Comme visible dans la figure 1, le flanc latéral 14 comporte une première fente 19 située dans la région de son extrémité avant, et s'étendant de bas en haut dans ce flanc 14, perpendiculairement à l'axe AX. Ce flanc 14 comporte à son extrémité opposée, c'est-à-dire dans la région de son extrémité arrière, une autre fente 21 du même type s'étendant de bas en haut en étant située en région arrière de ce flanc. Les deux fentes 19 et 21 qui constituent chacune un artifice s'opposant au passage de courant, c'est-à-dire qu'elles offrent une résistance électrique importante visant à réduire très significativement l'intensité électrique du courant circulant dans le flanc. Ces fentes s'étendent ainsi l'une et l'autre verticalement dans le flanc 14 lorsque l'enveloppe est installée comme dans la figure 1, de sorte qu'elles sont orientées perpendiculairement à la direction de passage du courant. Les fentes 19 et 21 sont fermées par des joints 22 et 23 électriquement isolants et qui sont étanches pour assurer l'étanchéité de la gaine. Complémentairement, le flanc 14 qui est plan porte une paroi externe 24, généralement plane et rectangulaire, ayant sensiblement la même longueur et la même hauteur que ce flanc 14 qui la porte. Elle longe la face extérieure du flanc 14 en étant espacée de cette face extérieure. Cette paroi 24 s'étend au-delà des fentes 19 et 21 qu'elle couvre, et elle est fixée par soudage, voire par boulonnage, de deux de ses bords opposés à chaque extrémité du flanc 14. Les bords opposés de la paroi externe 24 par lesquels cette paroi est fixée, sont ceux qui s'étendent verticalement lorsque l'enveloppe est installée. Comme visible sur la figure 2, ces bords opposés de la paroi 14 sont repliés pour former des décrochements en retrait par rapport au corps de la paroi externe 24. Le corps de paroi externe 24 est ainsi espacé de la face externe d'une distance correspondant à l'épaisseur des décrochements que constituent les bords par lesquels cette paroi externe est fixée. De manière analogue, le flanc 16 comporte lui aussi deux fentes, et il porte également une autre 15 paroi externe 26 selon la même disposition que pour le flanc 14. Les fentes formées dans chaque flanc constituent des artifices s'opposant au passage du 20 courant de retour chaque flanc présente ainsi une résistance électrique beaucoup plus élevée que la paroi externe qu'il porte. Ainsi, le courant de retour qui parcourt l'enveloppe 1 traverse majoritairement les parois 25 externes 24 et 26 de cette enveloppe au lieu de traverser les flancs 14 et 16 de cette enveloppe. Complémentairement, et comme visible sur la figure 4, l'espace E qui est délimité par la paroi externe 24 et par le flanc 14 portant cette paroi, est 30 ouvert en partie basse et en partie haute vers l'extérieur. L'ouverture inférieure, repérée par 27 correspond à l'espacement entre le bord horizontal inférieur de la paroi 24 et la face externe du flanc 14. De la manière analogue, l'ouverture supérieure, repérée par 28 correspond à l'espacement entre le bord horizontal supérieur de la paroi 24 et la face externe du flanc 14. De la même manière, la paroi externe 26 et le flanc 16 qui la porte délimitent une ouverture 10 inférieure et une ouverture supérieure 31 et 32 pour favoriser la circulation d'air de refroidissement. La combinaison des artifices s'opposant au passage du courant de retour que constituent les fentes 15 formées dans les flancs, avec les parois externes favorisant au contraire le passage du courant de retour, le refroidissement de l'enveloppe est significativement accru. En effet, le courant de retour qui tend à 20 échauffer les conducteurs qu'il parcourt passe préférentiellement par les parois externes 24 et 26 au lieu de passer par les flancs 14 et 16 qui font partie du corps d'enveloppe. Dans ces conditions, une très grande partie 25 du courant de retour ne réchauffe pas directement le corps d'enveloppe qui peut ainsi rester à une température plus faible. Mais de plus, l'espace qui est conservé entre chaque paroi externe et chaque flanc qui la 30 porte, et les ouvertures supérieure et inférieure correspondantes favorise la circulation d'air extérieur de bas en haut dans cet espace. Cette circulation d'air qui s'établit par convection naturelle du fait du réchauffement de la 5 paroi externe par effet Joule résultant du passage du courant de retour, permet de refroidir la paroi externe 24 mais également le flanc 14. Comme on l'aura compris, le même refroidissement par convection naturelle s'établit entre le flanc 16 et la paroi 26 qu'il porte. 10 Dans l'exemple des figures, le passage du courant dans les flancs est réduit au moyen de deux artifices sous forme de fentes prévus dans chaque flanc. Mais il est possible de prévoir une seule fente 15 verticale située par exemple en région centrale, ce qui peut suffire à limiter l'intensité du courant circulant dans le flanc. Ces artifices peuvent aussi se présenter sous forme de portions du flanc électriquement 20 isolantes n'ayant pas nécessairement la forme de fentes : la région centrale du flanc peut par exemple être fabriquée en matériau électriquement isolant. Par ailleurs, dans l'exemple des figures, l'enveloppe selon l'invention renferme un disjoncteur, 25 mais elle peut être utilisée pour contenir d'autres types de commutateurs électriques comme par exemple un sectionneur, un sectionneur de mise à la terre, ou autre. 30 REVENDICATIONS1. Enveloppe métallique (1) pour dispositif de commutation électrique tel qu'un disjoncteur (2) ou un sectionneur qui est destiné à être raccordé à deux conducteurs (3, 4) sous gaine métallique (6, 7) pour être traversé par un courant nominal circulant selon une direction de passage (AX), cette enveloppe (1) étant parcourue par un courant de retour induit par le courant nominal et circulant en sens inverse selon la direction de passage (AX) , cette enveloppe (1) comportant : - un corps (11) d'enveloppe incluant au moins un flanc latéral (14, 16) pourvu d'un artifice (19, 21) s'opposant au passage du courant de retour dans ce flanc latéral (14, 16) ; - une paroi externe (24, 26) longeant chaque flanc (14, 16) pourvu d'un artifice (19, 21) et espacée de celui-ci tout en étant raccordée au corps d'enveloppe (11) en amont et en aval de l'artifice (19, 21) par rapport à la direction de passage du courant, chaque paroi externe (24, 26) offrant au courant de retour une résistance électrique moindre que le flanc (14, 16) avec artifice (19, 21) qu'elle longe. 2. Enveloppe selon la revendication 1, comportant en outre pour chaque flanc (14, 16) pourvu d'un artifice (19, 21) et longé par une paroi externe (24, 26), une première ouverture (31, 32) et une seconde ouverture (27, 28) situées respectivement en partie haute et en partie basse de l'enveloppe en service pour mettre en communication l'espace séparantle flanc (14, 16) de la paroi externe (24, 26) portée par ce flanc avec l'environnement extérieur de façon à permettre une circulation d'air de refroidissement dans cet espace. 3. Enveloppe selon la revendication 1 ou 2, dont au moins un artifice est une fente (19, 21) traversante réalisée dans un flanc (14, 16) en s'étendant perpendiculairement à la direction de passage du courant. 4. Enveloppe selon la revendication 3 comportant un joint (22, 23) en matériau non conducteur fermant chaque fente (19, 21). 5. Enveloppe selon la revendication 3 ou 4, dont chaque flanc (14, 16) comporte deux fentes espacées l'une de l'autre le long de la direction de passage du courant. 6. Enveloppe selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle chaque paroi externe (24, 26) est portée par un flanc (14, 16) pourvu d'au moins un artifice (19, 21), en étant fixée par soudage au flanc (14, 16) qui la porte de part et d'autre de chaque artifice (19, 21) que comporte ce flanc (14, 16).