Brevet FR3039011A1 — publié le 20170120

DISPOSITIF ET PROCEDE POUR CONTROLER LA TEMPERATURE MINIMALE D'UTILISATION D'UN APPAREILLAGE ELECTRIQUE A ISOLATION GAZEUSE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne de manière 5 générale les appareillages électriques à moyenne ou haute tension qui utilisent un gaz sous pression comme isolant, tel que l'hexafluorure de soufre SF6. Il s'agit notamment de postes électriques sous enveloppe métallique, dits GIS d'après l'anglais « Gas Insulated 10 Substation », ou de lignes à isolation gazeuse, dites GIL d'après l'anglais « Gas Insulated Line », ou encore de tout élément comportant un gaz sous pression dans un appareillage électrique. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE 15 L'hexafluorure de soufre SF6 est couramment utilisé comme isolant électrique. Il est contenu dans une enveloppe métallique. Sa plage de température d'utilisation pour les appareils électriques est typiquement de -30 C à 80°C. 20 L'hexafluorure de soufre a une température minimale d'utilisation en dessous de laquelle ce gaz commence à se liquéfier, ce qui modifie ses propriétés d'isolant électrique. La température minimale d'utilisation de 25 l'hexafluorure de soufre dépend de sa masse volumique dans l'enveloppe métallique. Plus la masse volumique est élevée, plus la température minimale d'utilisation 3039011 2 est haute. Or il est avantageux que la température minimale d'utilisation soit basse. Par ailleurs, pour pallier à d'éventuelles fuites de gaz, l'intégrité de l'appareil électrique à isolation gazeuse est garantie pour une plage de masse volumique comprise entre une masse volumique de remplissage et une masse volumique minimale de fonctionnement. Il faut donc que la masse volumique 10 d'hexafluorure de soufre reste dans cette plage. Une première possibilité pour abaisser la température minimum d'utilisation est d'utiliser un appareil électrique surdimensionné par rapport au besoin réel. Par exemple, on choisit un appareil de 420 15 kV pour une utilisation à 245 kV. Cet appareil surdimensionné contient plus de gaz isolant et il est possible de l'utiliser avec une masse volumique plus faible, car il ne fonctionnera pas au maximum de ses possibilités. 20 Une deuxième possibilité est d'utiliser un moyen de chauffage pour réchauffer l'appareil électrique, de sort qu'il soit à une température supérieure à sa température minimale d'utilisation. Le moyen de chauffage est par exemple une couverture 25 chauffante. Une troisième possibilité est de remplacer l'hexafluorure de soufre par un mélange gazeux, tel que hexafluorure de soufre SF6 et diazote N2 ou hexafluorure de soufre SF6 et tétrafluorure de carbone CF4. Ces 30 mélanges ont une température minimale d'utilisation 3039011 3 inférieure à celle de l'hexafluorure de soufre utilisé seul, toutes choses étant égales par ailleurs. Ces trois possibilités ont comme point commun d'impliquer un surcoût. 5 EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention vise à résoudre les problèmes de la technique antérieure en fournissant un dispositif pour contrôler la température minimale d'utilisation d'un appareillage électrique à isolation gazeuse, l'appareillage comportant une enveloppe contenant le gaz sous pression, l'enveloppe comportant une chambre principale, Caractérisé en ce qu'il comporte Une chambre de condensation de l'enveloppe, 15 la chambre de condensation communiquant avec la chambre principale, Un condenseur apte à liquéfier une partie du gaz dans la chambre de condensation de l'enveloppe, Un circuit de régulation apte à réguler le 20 fonctionnement du condenseur en fonction d'une température du gaz mesurée dans la chambre principale. Grâce à l'invention, la température minimale d'utilisation dans un appareillage électrique à isolation gazeuse peut être contrôlée de manière plus 25 économique que selon la technique antérieure. Selon une caractéristique préférée, le circuit de régulation est apte à réguler le fonctionnement du condenseur de sorte qu'une température du condenseur soit inférieure à la 30 température du gaz mesurée dans la chambre principale. 3039011 4 Ainsi, du gaz se liquéfie dans la chambre de condensation. Cette liquéfaction de gaz provoque une baisse de la masse volumique du gaz dans la chambre principale et par conséquence une baisse de la 5 température minimale d'utilisation de l'appareillage électrique. Selon une caractéristique préférée, le gaz comporte de l'hexafluorure de soufre. Ce gaz est couramment utilisé dans les 10 appareillages électriques. L'invention concerne aussi un appareillage électrique sous enveloppe métallique qui comporte un dispositif tel que précédemment présenté. L'invention concerne aussi un procédé pour 15 contrôler la température minimale d'utilisation d'un appareillage électrique à isolation gazeuse, l'appareillage comportant une enveloppe contenant le gaz sous pression, l'enveloppe comportant une chambre principale, 20 Caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de : mesure de la température du gaz dans la chambre principale de l'enveloppe, mesure de la température du gaz au niveau 25 d'un condenseur apte à liquéfier une partie du gaz dans une chambre de condensation de l'enveloppe, la chambre de condensation communiquant avec la chambre principale, comparaison de la température du gaz au 30 niveau du condenseur à la température du gaz dans la chambre principale de l'enveloppe, 3039011 5 régulation du fonctionnement du condenseur en fonction du résultat de la comparaison. L'appareillage électrique et le procédé présentent des avantages analogues à ceux précédemment 5 présentés. Dans un mode particulier de réalisation, les étapes du procédé selon l'invention sont mises en oeuvre par des instructions de programme d'ordinateur. En conséquence, l'invention vise aussi un 10 programme d'ordinateur sur un support d'informations, ce programme étant susceptible d'être mis en oeuvre dans un ordinateur, ce programme comportant des instructions adaptées à la mise en oeuvre des étapes d'un procédé tel que décrit ci-dessus. Ce programme peut utiliser n'importe quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable. L'invention vise aussi un support d'informations lisible par un ordinateur, et comportant des instructions de programme d'ordinateur adaptées à la mise en oeuvre des étapes d'un procédé tel que décrit ci-dessus. Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit 3039011 6 microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple une disquette ou un disque dur. D'autre part, le support d'informations peut être un support transmissible tel qu'un signal 5 électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet. Alternativement, le support d'informations 10 peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé selon l'invention. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS 15 D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préféré donné à titre d'exemple non limitatif, décrit en référenceaux figures dans lesquelles : 20 La figure 1 représente un appareillage électrique à isolation gazeuse selon un mode de réalisation de la présente invention, La figure 2 représente un procédé pour contrôler la température minimale d'utilisation d'un 25 appareillage électrique à isolation gazeuse, selon un mode de réalisation de la présente invention, La figure 3 représente un dispositif de mise en oeuvre du procédé pour contrôler la température minimale d'utilisation d'un appareillage électrique à 30 isolation gazeuse, selon un mode de réalisation de la présente invention. 3039011 7 EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Selon un mode de réalisation préféré représenté à la figure 1, un appareillage électrique à isolation gazeuse est un poste électrique qui comporte 5 une enveloppe métallique étanche 1 contenant un gaz diélectrique, tel que de l'hexafluorure de soufre SF6. L'invention s'applique à d'autres gaz utilisés purs ou en mélange. Seuls les éléments utiles à la 10 compréhension de l'invention sont décrits dans la suite. En particulier, seule une portion du poste électrique et de l'enveloppe métallique est représentée. L'enveloppe métallique 1 comporte une 15 chambre principale 11 sensiblement de révolution autour d'un axe longitudinal. Un conducteur 2 destiné à acheminer l'électricité à moyenne ou haute tension, lui aussi sensiblement de révolution autour de l'axe longitudinal, est disposé dans la chambre principale 11 20 de l'enveloppe 1. L'enveloppe métallique 1 comporte une chambre de condensation 12 qui communique avec la chambre principale 11. La chambre de condensation 12 a un volume inférieur à celui de la chambre principale 25 11. La chambre de condensation 12 est en position inférieure par rapport à la chambre principale 11 de manière à former un récipient pour contenir l'hexafluorure de soufre liquéfiée sous l'effet de la condensation. La chambre de condensation 12 est par 30 exemple formée en saillie de la chambre principale 11. 3039011 8 Un condenseur 3 est disposé dans la chambre de condensation 12 de sorte qu'il condense l'hexafluorure de soufre. La chambre principale 11 comporte au moins 5 un capteur de température 5 qui mesure la température de l'hexafluorure de soufre contenu dans la chambre principale 11. Le capteur de température 5 de la chambre principale 11 est relié à un régulateur 6 qui commande 10 le fonctionnement du condenseur 3. Le régulateur 6 commande le fonctionnement du condenseur 3, de sorte que la température de la chambre de condensation 12 est contrôlée et reste inférieure à celle de la chambre principale 11. Ainsi, 15 de l'hexafluorure de soufre se liquéfie dans la chambre de condensation 12. Cette liquéfaction de gaz provoque une baisse de la masse volumique du gaz dans la chambre principale 11 et par conséquence une baisse de la température minimale d'utilisation de l'appareillage 20 électrique. La figure 2 représente un procédé pour contrôler la température minimale d'utilisation d'un appareillage électrique à isolation gazeuse mis en oeuvre par le dispositif précédemment décrit. Le procédé 25 comporte des étapes El à E4. L'étape El est la mesure de la température de l'hexafluorure de soufre dans la chambre principale 11 de l'enveloppe 1. L'étape suivante E2 est la mesure de la 30 température de l'hexafluorure de soufre au niveau du condenseur 3. 3039011 9 L'étape suivante E3 est la comparaison de la température de l'hexafluorure de soufre au niveau du condenseur 3 à la température de l'hexafluorure de soufre dans la chambre principale 11 de l'enveloppe 1. 5 L'étape suivante E4 est la régulation proprement dite du fonctionnement du condenseur 3. Si la température de l'hexafluorure de soufre au niveau du condenseur 3 n'est pas inférieure d'une valeur prédéterminée à la température de l'hexafluorure de 10 soufre dans la chambre principale 11 de l'enveloppe 1, alors le condenseur 3 est commandé pour abaisser sa température. La valeur de différence de température qui déclenche le fonctionnement du condenseur 3 est par 15 exemple de l'ordre de quelques degrés Celsius. Cette valeur est déterminée de sorte que de l'hexafluorure de soufre se liquéfie dans la chambre de condensation 12. Cette liquéfaction de gaz provoque une baisse de la masse volumique du gaz dans la chambre principale 11 et 20 par conséquence une baisse de la température minimale d'utilisation de l'appareillage électrique. La baisse est limitée pour que la masse volumique du gaz reste dans la plage comprise entre la masse volumique de remplissage et une masse volumique 25 minimum de fonctionnement. Le procédé selon l'invention est mis en oeuvre par un circuit intégré dédié ou par des processeurs programmables, ou encore sous la forme d'un programme d'ordinateur mémorisé dans la mémoire d'un 30 ordinateur. 3039011 10 Ainsi, la figure 3 représente un mode de réalisation particulier du régulateur 6 selon l'invention. Le régulateur a la structure générale d'un 5 ordinateur. Il comporte notamment un processeur 100 exécutant un programme d'ordinateur mettant en oeuvre le procédé selon l'invention, une mémoire 101, une interface d'entrée 102 et une interface de sortie 103. Ces différents éléments sont classiquement 10 reliés par un bus 105. L'interface d'entrée 102 est reliée aux capteurs de température et est destinée à recevoir les données à traiter. Le processeur 100 exécute les traitements 15 précédemment exposés. Ces traitements sont réalisés sous la forme d'instructions de code du programme d'ordinateur qui sont mémorisées par la mémoire 101 avant d'être exécutées par le processeur 100. La mémoire 101 peut en outre mémoriser les 20 résultats des traitements effectués. L'interface de sortie 103 fournit une commande au condenseur en fonction des températures mesurées. 25 REVENDICATIONS1. Dispositif pour contrôler la température minimale d'utilisation d'un appareillage électrique à 5 isolation gazeuse, l'appareillage comportant une enveloppe (1) contenant le gaz sous pression, l'enveloppe comportant une chambre principale (11), Caractérisé en ce qu'il comporte Une chambre de condensation (12) de 10 l'enveloppe, la chambre de condensation communiquant avec la chambre principale, Un condenseur (3) apte à liquéfier une partie du gaz dans la chambre de condensation de l'enveloppe, 15 Un circuit de régulation (6) apte à réguler le fonctionnement du condenseur en fonction d'une température du gaz mesurée dans la chambre principale. 2. Dispositif pour contrôler la température 20 minimale d'utilisation d'un appareillage électrique à isolation gazeuse selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de régulation (6) est apte à réguler le fonctionnement du condenseur (3) de sorte qu'une température du condenseur soit inférieure à la 25 température du gaz mesurée dans la chambre principale (11). 3. Dispositif pour contrôler la température minimale d'utilisation d'un appareillage électrique à 30 isolation gazeuse selon la revendication 1 ou 2, 3039011 12 caractérisé en ce que le gaz comporte de l'hexafluorure de soufre. 4. Appareillage électrique à isolation gazeuse, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3. 5. Procédé pour contrôler la température minimale d'utilisation d'un appareillage électrique à isolation gazeuse, l'appareillage comportant une enveloppe contenant le gaz sous pression, l'enveloppe comportant une chambre principale, Caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de : mesure (El) de la température du gaz dans la chambre principale de l'enveloppe, mesure (E2) de la température du gaz au niveau d'un condenseur apte à liquéfier une partie du gaz dans une chambre de condensation de l'enveloppe, la chambre de condensation communiquant avec la chambre principale, comparaison (E3) de la température du gaz au niveau du condenseur à la température du gaz dans la chambre principale de l'enveloppe, régulation (E4) du fonctionnement du condenseur en fonction du résultat de la comparaison. 6. Programme d'ordinateur comportant des instructions pour l'exécution des étapes du procédé 30 selon la revendication 5 lorsque ledit programme est exécuté par un ordinateur. 3039011 13 7. Support d'enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour l'exécution des étapes du procédé selon la 5 revendication 5.