Brevet FR3050080A1 — publié le 20171013

PROCEDE POUR AUGMENTER LA TENUE DIELECTRIQUE A L'INTERIEUR D'UN APPAREIL DE PROTECTION ELECTRIQUE, ET APPAREIL PRESENTANT UNE TENUE DIELECTRIQUE AMELIOREE SELON CE PROCEDE. DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un procédé pour augmenter la tenue diélectrique à l'intérieur de l'enceinte d'un appareil électrique, ce procédé consistant à placer à l'intérieur de ladite enceinte une matière diélectrique sous forme liquide ou solide, puis à amener cette matière à une température et/ou une pression permettant son évaporation totale ou partielle à l'intérieur de l'enceinte. La présente invention concerne également un appareil électrique, en particulier un appareil de protection électrique moyenne ou haute tension, comportant une enceinte remplie d'une matière diélectrique à l'état solide ou liquide, ladite enceinte étant apte à être ouverte de manière à permettre l'introduction de ladite matière, puis à être fermée et mise à étanchéité de manière à permettre l'évaporation de cette matière, puis la contention des gaz en résultant à l'intérieur de ladite enceinte. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Il est de plus en plus courant dans le domaine des appareils électriques moyenne ou haute tension, tels les disjoncteurs moyenne tension, de chercher à améliorer les performances diélectriques de ces appareils destinés à être remplis avec de l'air ambiant, de l'air sec ou bien un gaz neutre. Une solution connue consiste à remplacer l'air par des gaz à haute performance comme le SF6 ou le Fluoroketone (C5FK) par exemple. En effet, à pression équivalente, la rigidité diélectrique de l'air est entre 2,5 et 3 3050080 2 fois inférieure à celle du SF6. Ces gaz sont toujours introduits sous forme gazeuse. Une autre solution consiste à augmenter significativement la pression de l'air ou du gaz neutre. 5 Une autre solution consiste à utiliser des liquides isolants sous forme d'huile. Or, remplacer l'air par des gaz dits à haute performance génère des contraintes de conception importantes (nécessité d'utiliser des valves, 10 manomètres, etc...) et induit des procédés industriels hautement complexes (utilisation de bouteilles de gaz, procédés pour faire le vide, etc...) qu'il est préférable d'éviter dans la mesure du possible. En effet, l'utilisation du fluorokétone (C5FK) nécessite la mise en oeuvre d'un procédé de remplissage complexe. Après la mise à étanchéité du 15 réservoir, l'on procède à l'évacuation de son contenu, puis au remplissage du C5FK, puis à l'ajout d'un gaz neutre jusqu'à une pression donnée, ce qui nécessite un manomètre ainsi qu'une valve. Ainsi, lors de la mise en oeuvre de tels procédés, le remplissage de l'appareil par du gaz est réalisé après l'obtention du vide. 20 En outre de ce qui précède, l'on cherche de plus en plus à se détourner de l'utilisation du gaz SF6, compte tenu de l'impact supposé de ce gaz sur le phénomène de réchauffement climatique, son potentiel de réchauffement global (PRG) étant 22800 fois supérieur à celui du CO2, ce qui en fait le gaz 25 ayant le plus fort impact sur l'effet de serre. Quand à la manipulation de fluorokétone à l'état liquide dans un procédé de remplissage ouvert, celui-ci est à éviter compte tenu des risques de déversement de liquide par les opérateurs dans l'usine et de la vaporisation 30 de gaz dans les ateliers. La présente invention résout ou atténue ces problèmes et propose un procédé permettant d'améliorer la tenue diélectrique à l'intérieur de 3050080 3 l'enceinte d'un appareil électrique, ainsi qu'un appareil électrique présentant une tenue diélectrique améliorée selon ce procédé, ce procédé étant mis en oeuvre aisément sans contraintes de mise en oeuvre importantes et en limitant au maximum l'exposition des opérateurs aux 5 vapeurs de gaz. EXPOSE DE L'INVENTION 10 A cet effet, l'invention propose un procédé du genre précédemment mentionné, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour retenir la matière précitée à l'intérieur de son contenant pendant la manipulation permettant la mise en place dudit contenant dans l'enceinte, et des moyens pour provoquer l'évaporation de cette matière à un certain 15 moment après cette mise en place dans l'enceinte et pour autoriser la dispersion des gaz résultant de cette évaporation à l'intérieur de l'enceinte. Selon une caractéristique particulière, ce moment est l'un des moments compris dans le groupe comprenant : pendant la mise en place du 20 contenant ou à la fin de cette mise en place, ou pendant la fermeture et mise à étanchéité de l'enceinte ou à la fin de cette fermeture, ou lors de l'actionnement de l'appareil : par la séparation d'une connexion entre le contenant et l'enceinte, par un moyen d'ouverture automatique, par la mise en oeuvre d' un procédé d'évacuation du contenant par mise en sous- 25 pression de ce contenant ou bien par perforation d'un opercule du contenant. Selon une caractéristique particulière, l'évaporation précitée est accélérée par le chauffage de la matière à une certaine température, cette 30 température étant supérieure à la température ambiante ou bien comprise entre une température atteignable en milieu industriel et la température ambiante. 3050080 4 L'intérêt d'une température supérieure à la température ambiante réside principalement dans l'accélération du phénomène d'évaporation. Selon une caractéristique particulière, l'enceinte précitée avant la mise en 5 place du contenant, est remplie exclusivement ou non exclusivement d'air ambiant, d'air sec ou bien d'un gaz neutre. Selon une autre réalisation, l'on fait le vide à l'intérieur de ladite enceinte, puis on la remplie exclusivement ou non exclusivement d'un gaz pure ou 10 d'un mélange contenant du N2, du CO2, ou du 02 avant la mise en place du contenant ou bien après la mise en place du contenant ou bien après la mise en place du contenant. La présente invention a encore pour objet un appareil électrique 15 comportant une enceinte destinée à être remplie d'une matière diélectrique à l'état solide ou liquide, ladite enceinte étant apte à être ouverte de manière à permettre l'introduction de ladite matière, puis à être fermée et mise à étanchéité de manière à permettre l'évaporation de cette matière, cet appareil étant caractérisé en ce que la tenue diélectrique à l'intérieur de 20 l'enceinte est augmentée selon un procédé comportant les caractéristiques mentionnées prises seules ou en combinaison. Selon une réalisation particulière, ces moyens pour retenir ladite matière comportent un substrat absorbant remplie d'un liquide diélectrique et 25 transporté dans un emballage étanche, puis retiré de son emballage avant d'être placé dans l'enceinte juste avant la fermeture de ladite enceinte. Selon une autre réalisation particulière, ces moyens pour retenir ladite matière comportent un contenant fermé destiné à contenir un liquide ou 30 solide diélectrique, et un moyen de perforation du contenant, ce moyen étant logé dans l'enceinte, ledit contenant étant destiné à être perforé par ledit moyen lors de la fermeture de l'enceinte ou bien lors de l'actionnement de l'appareil, après une ou plusieurs manoeuvres d'actionnement. 3050080 5 Selon une caractéristique particulière, le liquide précité est un fluide fluoré. Selon une autre caractéristique, la température d'ébullition du liquide est de 5 sensiblement 49°C. Selon une autre caractéristique, ce fluide est du Fluorokétone C6 ou du C6FK. 10 Selon une autre caractéristique, cet appareil est un appareil de protection électrique. Selon une autre caractéristique, cet appareil est un appareil de protection électrique moyenne ou haute tension. 15 DESCRIPTION DE PLUSIEURS MODES DE REALISATION SELON L'INVENTION. Mais d'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront 20 mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels : -Les figures 1 à 3 sont des représentations schématiques illustrant le procédé selon l'invention dans son principe, selon trois réalisations 25 différentes représentées respectivement sur les figures 1a,1b et 1 c. -Les figures 4 à 7 illustrent les différentes étapes d'un procédé selon une réalisation particulière de l'invention, 30 -Les figures 8,9 et 10 illustrent schématiquement respectivement trois autres réalisations du procédé selon l'invention, et 3050080 6 -Les Fig.8a, Fig.8b, Fig.8c, Fig.9a, Fig.9b et Fig.10a, Fig.10b correspondent respectivement aux différentes étapes de ces deux réalisations. Sur les figures 1 à 3, est illustré un procédé selon l'invention permettant 5 d'améliorer la tenue diélectrique à l'intérieur d'une enceinte E appartenant à un appareil électrique moyenne ou haute tension, tel un disjoncteur moyenne tension, cette enceinte étant, dans ce mode de réalisation particulier, préalablement rempli avec de l'air. Une première étape de ce procédé consiste à se munir d'un contenant 1 10 ouvert de manière à permettre le remplissage d'une matière 2 diélectrique à l'état solide ou liquide, ce contenant pouvant être laissé ouvert, tel qu'illustré sur la fig.1a, pouvant être fermé et mis à étanchéité tel qu'illustré sur la figure 1 b, ou bien être adapté à recevoir un substrat poreux telle une éponge 3, ledit substrat étant rempli d'un liquide diélectrique. 15 Une seconde étape de ce procédé illustrée sur la figure 2, consiste à introduire ce contenant 1 à l'intérieur de l'enceinte E de l'appareil à la température ambiante ou à une température inférieure à la température ambiante dans une pièce climatisée, ces températures étant inférieures à la température d'ébullition du liquide. 20 Selon une troisième étape décrite sur la figure 3, l'enceinte E est fermée et mise à étanchéité, et l'évaporation de liquide peut se produire, le chauffage de l'enceinte au-dessus de la température ambiante pouvant accélérer le phénomène d'évaporation. Les vapeurs de gaz ainsi libérées lors de cette évaporation se mélangent 25 avec l'air, ce qui augmente la performance diélectrique de l'appareil. Selon une seconde réalisation de l'invention illustrée sur les figures 4 à 7, l'enceinte précitée E comporte une partie inférieure 4 et une partie supérieure 5, ces deux parties supportant chacune des conducteurs électriques 6. 30 Cette partie inférieure 4 comporte un logement 7 destiné à recevoir un sac 8, lequel sac est destiné à contenir un liquide diélectrique. Sur la figure 4, l'enceinte E est en position ouverte ayant permis l'introduction du sac précité 8. 3050080 7 La partie supérieure 5 comporte une partie conformée en aiguille 9 apte à venir perforer le sac précité 8 lors de la fermeture de l'enceinte E, étape illustrée sur la figure 5. Ainsi, cette perforation peut être réalisée soit lors de la fermeture de 5 l'enceinte E, soit en prévoyant une forme spécifique sur la partie mobile 5 de l'enceinte E, cette forme spécifique étant apte à perforer le contenant 1 par l'actionnement d'une commande mécanique (non représentée) prévue dans l'enceinte. Sur la figure 6, l'enceinte E est fermée et permet la libération des vapeurs 10 de gaz. Sur la figure 7, après un certain temps, dépendant de la température, la matière diélectrique est totalement ou partiellement à l'état gazeux. L'appareil est prêt à être utilisé. Selon un autre mode de réalisation illustré sur la figure 8, le contenant 1 et 15 l'enceinte E sont reliés l'un à l'autre par une zone de connexion z, la communication entre les deux étant empêchée par le fait que le contenant 1 est fermé par une feuille 10 réalisée en un matériau tel l'aluminium, cette feuille étant apte à être perforée par l'actionnement d'un moyen mécanique prévu à cet effet dans l'enceinte E entraînant le déplacement des éléments 20 formant aiguille 11, de manière à établir la communication entre l'enceinte et le contenant. Ainsi, sur la figure 8a, la communication est empêchée par la présence de cette feuille 10. L'enceinte E comporte à sa partie supérieure une valve 13 destinée à l'évacuation de l'enceinte avant le remplissage avec du gaz N2 25 par exemple. Sur la figure 8b, la communication est en train de s'établir par performation de cette feuille 10. Sur la figure 9, la zone de connexion z comporte une valve 12 apte à établir la connexion entre le contenant 1 et l'enceinte E lorsque ces dernières sont réunies l'une avec l'autre. 30 Ainsi, sur la figure 9a, la valve 12 est à l'état ouvert, tandis que sur la figure 9b, la valve 12 est à l'état fermé. 3050080 8 Sur la figure 10, la zone de connexion z comporte deux valves 12 et 14 aptes à établir la connexion entre le contenant 1 et l'enceinte E lorsque ces dernières sont réunies l'une avec l'autre. Ainsi, sur la figure 10a, les valves 12 et 14 sont à l'état fermé, tandis que 5 sur la figure 10b, les valves 12 et 14 sont à l'état ouvert après la connexion entre l'enceinte E et le contenant 1. Dans toutes ces réalisations, l'utilisation d'un procédé de chauffage dans la cellule permet d'accélérer l'évaporation. 10 Ces vapeurs de gaz g mixées avec l'air présent dans l'enceinte E, présentent une rigidité diélectrique supérieure à celle de l'air pure, à la même pression. Par exemple, 0.060 bars à 20°C de Fluoroketone C6FK apporte la même performance diélectrique qu'environ 0,300 bars de SF6. 15 Ainsi, il n'y a aucune nécessité de placer une quantité importante de Fluoroketon C6FK par exemple, pour améliorer significativement la tenue diélectrique d'un appareil moyenne ou haute tension. Ainsi, cette matière diélectrique apportée étant liquide à la température ambiante (ayant par exemple comme température d'ébullition 49°C dans le 20 cas du C6FK), elle peut être manipulée à l'état liquide et pas à l'état gazeux, ce qui est très utile d'un point de vue industriel. Avec une telle quantité et compte-tenu de la courbe de pression de vapeur saturante, il est possible de garantir à la fois que ce liquide sera évaporé totalement dans le réservoir dans lequel il sera placé à l'état liquide et que cette 25 matière restera à l'état liquide à partir des températures les plus élevées d'utilisation jusqu'à 15°C. Bien sur, cette valeur basse pourra être ajustée en modifiant la pression partielle de cette matière ou en sélectionnant une autre matière. Pour un volume de cellule de 30 litres, il est nécessaire d'apporter environ 30 15mL de liquide C6FK pour atteindre la pression précédemment mentionnée. 3050080 9 D'autres matières diélectriques peuvent être utilisées que celle décrite dans la description précitée, ces matières présentant de préférence les propriétés suivantes : -un potentiel de réchauffement global (GWP) inférieur à 3000. 5 -une température d'ébullition inférieure à 60 °C. -Une toxicité (TWA) supérieure à 50ppm. -Une classification de la matière dans les produits non inflammables. La liste ci-dessous énumère différentes familles possibles de matières chimiques, lesquelles pourraient être utilisées avantageusement : 10 -Les hydrofluoroethers (HFE). -Les hydrofluoroolefins (HFO) -Les Fluoroketones. La mise en oeuvre du procédé de l'invention selon la réalisation décrite précédemment dans lequel le substrat poreux est une éponge, qui est au 15 sens large un substrat poreux, pourrait être le suivant : Le fabricant de matière chimique (ou un sous-traitant spécialisé dans le conditionnement de produits chimiques) fournit une éponge contenant l'exacte quantité de liquide isolant pour un appareil donné. De manière à éviter toute vaporisation pendant le transport et le stockage, cette éponge 20 est empaquetée dans un emballage étanche ou un sac. Pendant la phase d'assemblage, les utilisateurs ouvrent ce sac et mettent l'éponge dans la cellule juste avant sa fermeture. Comme le point d'ébullition de ce fluide isolant est élevé, la vaporisation est très lente, ce qui laisse suffisamment de temps à l'utilisateur pour fermer l'enceinte. 25 Avantageusement, le point d'ébullition pourrait être compris entre 0 et 60 °C. Selon une autre réalisation, le contenant est un emballage étanche ou un sac qui contient l'exacte quantité de liquide nécessaire pour remplir le réservoir. Pendant la phase d'assemblage, cet emballage étanche ou sac 30 est disposé dans un endroit spécifique à l'intérieur du réservoir et, lorsque le couvercle pour fermer le réservoir est mis en place, un élément de ce couvercle perfore l'emballage étanche ou le sac, ce qui provoque la libération des vapeurs de liquide. 3050080 10 On a donc réalisé selon l'invention un procédé permettant d'augmenter la tenue diélectrique de l'air ou autre gaz neutre introduit dans l'enceinte (à l'état pressurisé ou à pression atmosphérique ou sous la pression 5 atmosphérique) dans une enceinte étanche appartenant à un appareil électrique moyenne ou haute tension, en utilisant une cartouche additionnelle laquelle doit être placée dans la cellule avant la mise à étanchéité de l'enceinte. Ce procédé de mise en oeuvre est particulièrement simple et peu onéreux 10 évitant toute manipulation complexe telle la mise sous vide, l'utilisation de valves et autres procédés d'injection et d'évacuation. Grâce à ce dernier procédé (emballage étanche ou sac), l'utilisateur n'a plus aucun contact avec le liquide pendant l'assemblage ou lors d'une vaporisation incontrôlée. Il n'y a aucune contrainte de temps entre la mise 15 du contenant dans l'enceinte, la mise à étanchéité de l'enceinte et l'ouverture du contenant. L'invention propose donc une solution technique pour déposer la matière isolante facilement à l'intérieur de l'appareil. Dans le cas où le contenant est une éponge par exemple, l'utilisateur n'a 20 pas à manipuler le liquide fluoré, ce qui nécessitait auparavant de la précision, de prendre des précautions, une gestion et un stockage des bouteilles. L'utilisateur a juste besoin de manipuler les éponges en utilisant des gants, la manipulation des éponges étant plus aisée que la manipulation d'un liquide. 25 La solution consistant à utiliser un contenant apte à être perforé est la plus sure du point de vue de la sécurité de l'utilisateur, car ce dernier n'est jamais en contact avec le fluide et ses vapeurs. L'invention s'applique avantageusement à tout appareil électrique 30 comportant une enceinte comportant une fonction diélectrique. L'invention s'applique particulièrement à tout appareil de protection électrique moyenne tension tel un disjoncteur, un interrupteur, un jeu de barres, etc. 3050080 11 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. 5 Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont réalisées selon son esprit. 10 15 20 25 REVENDICATIONS1. Procédé pour augmenter la tenue diélectrique à. l'intérieur dé l'enceinte d'un appareil électrique, ce procédé consistant à placer à l'intérieur, de ladite enceinte une matière diélectrique sous forme liquide ou solide, puis à amener cette matière à une température et/ou une pression permettant son. évaporation totale ou partielle à l'intérieur de l'enceinte, caractérisé én ce. qu'il consiste à retenir ladite matière (2) à l'intérieur de son contenant (1) pendant la manipulation permettant la mise en place dudit contenant (1) dans l'enceinte E, et à provoquer l'éVaporation de cette matière (2) à un certain moment après cette mise en place dans l'enceinte E et pour autoriser la dispersion des gaz g résultant de cette évaporation à l'intérieur de l'enceinte E. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ce moment.est l'un des moments compris dans le groupe comprenant : pendant la mise en place du contenant (1) bu à la .fin de cette mise en .place, ou pendant la fermeture et mise à étanchéité de l'enceinte E ou à la fin de cette fermeture, ou lors de l'actionnernent de l'appareil : par la séparation d'une connexion entre le contenant (1) et l'enceinte E, par un moyen d'ouverture automatique, par la mise en oeuvre d' un procédé d'évacuation du contenant par mise en sous-pression de ce contenant (1) ou bien par perforation d'un opercule du contenant_ 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'évaporation précitée est accélérée par le chauffage de la matière (2). à Cine, certaine température, cette température étant supérieure à la température ambiante ou bien comprise entre une température TO atteignable en milieu industriel et la température ambiante. 3050080 13 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'enceinte précitée E avant la mise en place du contenant (1), est remplie au moins en partie d'air ambiant (a), d'air sec ou bien d'un gaz neutre. 5 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on fait le vide à l'intérieur de ladite enceinte E, puis on la remplie au moins en partie d'un gaz pure ou d'un mélange contenant du N2, du CO2, ou du 02 avant la mise en place du contenant ou bien après la mise en 10 place du contenant. 6. Appareil électrique comportant une enceinte E destinée à être remplie d'une matière diélectrique (2) à l'état solide ou liquide, ladite enceinte E étant apte à être ouverte de manière à permettre l'introduction de ladite 15 matière, puis à être fermée et mise à étanchéité de manière à permettre l'évaporation de cette matière, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour augmenter la tenue diélectrique à l'intérieur de l'enceinte selon un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 20 7. Appareil électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour retenir ladite matière à l'intérieur de son contenant, ces moyens comportant un substrat (3) absorbant rempli d'un liquide diélectrique et un emballage étanche apte à transporter ledit . substrat et duquel ledit substrat peut être retiré ,avant 'd'être placé dans 25 l'enceinte juste avant la fermeture de ladite enceinte. 8. Appareil électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour retenir ladite matière à l'intérieur de son contenant, ces Moyens comportant un contenant fermé (8) destiné à 30 contenir un liquide ou solide diélectrique (2), et un moyen de perfciration (9,11) du contenant, ce moyen étant logé dans l'enceinte E, ledit contenant étant destiné. à être perforé par ledit moyen lors de la fermeture de 3050080 14 - l'enceinte ou bien lors .de l'actionnement de l'appareil, après une ou plusieurs manoeuvres d'actionnement. 9. Appareil électrique selon la rèVendication 7 ou 8, Caractérisé en ce que le, liquide précité 2 est un fluide fluoré. 10.Appareil électrique selon la revendication 9, caractérisé- en ce - que la température d'ébullition du liquide est de sensiblement 49°C. 10 11.Appareil électrique selon l'une quelconque' des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que ce fluide est du Fluorokétone C6 ou du C6FK. 12.Appareil électrique selon l'une quelconque des revendications 6 à 11, caractérisé en ce que c'est un appareil de protection électrique_ 15 13.Appareil électrique selon la revendication 12, caractérisé en ce que c'est un appareil de protection électrique moyenne ou haute tension. - 20 25