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BREVET D'INVENTION CELLULE DE DISTRIBUTION à HAUTE TENSION
POUR POSTE DE TRANSFORMATION
Invention de Pierre NIEL
Société Anonyme dite
ALSTHOM-ATLANTIQUE Convention Internationale-Priorité d'une demande de brevet déposée en FRANCE, le 2 Septembre 1982, sous le NI 82 15 009
L'invention est relative à une cellule de distribution pour poste de transformation du type compact.
Il s'agit d'une cellule triphasée, destinée à coopérer avec en général deux autres cellules identiques ou similaires, cet ensemble de cellules étant placé entre les deux arrivées par câble à haute tension et un transformateur abaisseur.
Chaque cellule comporte, pour chaque pôle, un interrupteur, et éventuellement un sectionneur de terre ; de plus la cellule comprend une liaison d'arrivée et un jeu de barres triphasé pour sa liaison avec la cellule voisine. Enfin une cellule comprend une traversée isolante de
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sortie pour la liaison avec le transformateur.
De telles cellules sont connues et diverses solutions ont été proposées pour en réduire l'encombrement, tant au sol qu'en hauteur.
Il est en effet impératif que les postes de distribution soient de dimensions le plus réduit possible, en raison notamment du prix du terrain en zone urbaine, où ces postes sont installés.
Toutes les solutions proposées font appel à une isolation interne des cellules au moyen d'un gaz à pouvoir diélectrique élevé, tel que l'hexafluorure de soufre (SF6).
On a ainsi pu réaliser des postes par juxtaposition de cellules isolées à l'hexafluorure de soufre dont l'encombrement global était satisfaisant.
On a constaté malheureusement qu'un défaut dans une cellule avait tendance à se propager aux autres et en particulier qu'un défaut phase terre, de peu de gravité, pouvait se transformer en un défaut entre phases produisant des dommages importants dans toutes les cellules.
Un but de la présente invention est de réaliser une cellule assurant une meilleure sécurité de fonctionnement tout en conservant un encombrement réduit.
L'invention a pour objet une cellule triphasée destinée à coopérer avec en général deux cellules identiques ou similaires pour constituer avec un transformateur un poste de distribution, ladite cellule comprenant au moins une traversée étanche triphasée pour liaison avec des câbles d'arrivée, un interrupteur tripolaire à auto-soufflage pneumatique, un sectionneur de terre tripolaire, et un jeu de barres, la cellule étant divisée en deux compartiments étanches l'un vis-à-vis de l'autre et chacun vis-à-vis de l'extérieur, l'un des compartiments comportant le jeu de barres et l'autre le reste de l'appareillage,
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deux compartiments étant séparés par un cloisonnement étanche muni de trois traversées isolantes cylindriques creuses caractérisée en ce que les traversées servent de cylindres de soufflages des interrupteurs et de supports des barres.
Une telle disposition assure une parfaite sécurité de fonctionnement.
On peut remplir ou vider les compartiments indépendamment l'un de l'autre ce qui facilite les interventions à l'intérieur de l'un et de l'autre des compartiments de la cellule. Un défaut simple ne peut se propager et engendrer un défaut plus grave.
L'invention est précisée par la description ci-après d'un mode préféré de réalisation de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel : - la figure 1 est une vue schématique longitudinale en coupe verticale d'une cellule selon l'invention.
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- figure 2 est une vue schématique transversale en coupe verticale selon la ligne II-II de la figure 1, mais en position d'ouverture. la- la figure 3 représente, de face, un ensemble de trois cellules montées sur support.
- la figure 4 est une vue de gauche partiellement en coupe de l'ensemble de la figure 3.
- la figure 5 est une vue de droite du même ensemble.
- la figure 6 est un schéma électrique de l'ensemble représenté dans les figures 3,4 et 5.
- la figure 7 est une vue d'une cellule partiellement coupée montrant le dispositif de liaison des jeux de barres.
- la figure 8 est une vue de face partiellement arrachée d'un ensemble de deux cellules muni de prises débrochables.
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La cellule représentée dans les figures 1 et 2 comprend un compartiment inférieur 1 et un compartiment supérieur 2, tous deux étanches vis-à-vis de l'extérieur et vis-à-vis l'une de l'autre.
Les compartiments sont remplis de gaz à forte rigidité diélectrique, tel que l'hexafluorure de soufre SF6, ce qui permet de construire la cellule avec des distances d'isolement plus faibles que si la cellule était remplie d'air à la pression atmosphérique.
Le compartiment inférieur 1 est fermé à sa partie inférieure par un bouchon isolant 3 muni de trois prolongements 11,12 et 13 munis à leur intérieur de tiges métalliques 21,22, 23. Chaque tige est reliée par une extrémité au câble d'arrivée (non représenté) ; son autre extrémité constitue un contact fixe de l'interrupteur tripolaire à autosoufflage pneumatique.
L'interrupteur-sectionneur tripolaire comprend trois cylindres 31,32, 33 servant d'une part de traversée électrique entre les compartiments 1 et 2, d'autre-part de support aux barres 41,42, 43 de la cellule et enfin de cylindre de soufflage de l'interrupteur.
On distingue dans la figure 1, l'ensemble mobile de l'interrupteur, comprenant des buses 51,52, 53, supportées par des cylindres coulissants 61,62, 63 qui eux-mêmes tiennent des jeux 71,72, 73 des doigts de contact reliant les contacts fixes 21,22, 23 et des tiges fixes 81, 82,83 à l'intérieur des cylindres 31,32, 33. Un jeu de bielles 91,92, 93, relié à un arbre 10, par l'intermédiaire des bras 94,95 et 96, permet la manoeuvre tripolaire de l'interrupteur.
L'extrémité de l'arbre est reliée à un mécanisme d'entraînement 14 muni d'un ressort 15 assurant un certain pouvoir de coupure et un pouvoir de fermeture.
Le compartiment inférieur contient également un sectionneur de
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terre comprenant un arceau 99, muni de pinces 101,102, 103 coopérant avec les tiges 21,22, 23. Dans la figure 1, l'arceau 99 est représenté en tiretés en position sectionneur de terre fermé, et en traits pleins en position sectionneur ouvert.
L'arceau est articulé et relié à un mécanisme de commande 24 comprenant un ressort 25 qui permet de lui assurer un pouvoir de fermeture sur court-circuit.
Le sectionneur de terre est représenté en position d'ouverture dans la figure 2.
Le compartiment inférieur 1 est muni d'une plaque de sécurité 16 qui se casse en cas de surpression interne ; les gaz s'échappent alors par une cheminée 17 qui, en outre, protège l'environnement des éclats de la plaque 16.
Le compartiment inférieur 1 contient des pastilles telles que 18, par exemple en oxyde de titane, reliées aux tiges 21,22, 23 et formant capacité haute tension pour l'alimentation de lampes indicatrices de présence de tension.
Le compartiment supérieur 2 comporte des collerettes telles que 19 qui permettent soit de fermer le compartiment par un bouchon étanche, soit de relier ce compartiment au compartiment correspondant d'une autre cellule adjacente.
Les figures 3,4 et 5 représentent un assemblage de trois cellules, respectivement vu de face, de droite et de gauche. La figure 6 représente le schéma électrique correspondant.
Les cellules 121A, 121B, 121C reposent sur des supports en tôle 122A, 122B, 122C posés au sol.
Les cellules 121A et 121B sont reliées aux câbles d'arrivée 151, 152,153 pour la cellule 121A, et 157,158, 159 pour la cellule 121B.
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La cellule 121C est reliée en sortie à un transformateur T (non représenté) par des fusibles 131C, 132C, 133C (visibles dans la figure 4) et des câbles 154,155, 156.
On observe dans le schéma de la figure 6 les interrupteurs-sectionneurs 141A, 142A, 143A-141B, 142B, 143B-141C, 142C, 143C-et les sectionneurs de terre 171A, 172A, 173A-171B, 172B, 173B-171C, 172C, 173C situés en amont des interrupteurs-sectionneurs d'arrivée et en aval de l'interrupteur-sectionneur de départ, ainsi que le sectionneur de terre 174,175, 176 situé en aval du fusible.
Les trois cellules sont reliées l'une à l'autre par l'intermédiaire de boulons, un collage entre collerettes permettant d'assurer l'étanchéité au gaz.
Un des avantages de la solution est le fait que le compartiment jeu de barres étant indépendant des interrupteurs peut être rempli de gaz en
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dernier, après assemblage, par une valve fixée sur l'un des bouchons 3, ce qui permet en outre lorsqu'on ajoute un quatrième module de ne pas vider les autres compartiments.
L'ensemble constitué par les cellules et leurs supports étant métallique, il n'y a plus besoin de les munir d'enveloppes métalliques ce qui réduit le volume du poste par rapport aux postes de type connu.
Un autre avantage est le fait qu'il n'y a plus aucun élément autour du point d'attache des câbles ce qui facilite le raccordement de ceux-ci et permet de réduire d'une façon importante la largeur du support des cellules.
Pour des questions de moindre échauffement et de simplicité de raccordement, les fusibles sont placés dans l'air.
La figure 7 illustre la facilité d'extension d'un ensemble grâce à des pinces 168 placées en bout du jeu de barres 40 d'une cellule 122D qui
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viennent se clipser sur le jeu de barres de la cellule adjacente ; cette opération oblige bien sûr à vider le compartiment du gaz SF6 et à le remplir à nouveau après raccordement, mais sans précautions particulières ; les distances dans le jeu de barres admettant un mélange air/gaz SF6, il n'est pas nécessaire de faire le vide dans le compartiment avant remplissage par le SF6.
Les liaisons d'arrivée d'un ensemble de cellule 122E, 122F peuvent être réalisées comme le montre la figure 8 à l'aide de prises débrochables telles que 160 ; les liaisons de sortie peuvent également être réalisées par des prises débrochables 161 raccordées sur des traversées 162 fixées sur le bouchon de sortie du compartiment jeu de barres des cellules.
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PATENT OF INVENTION HIGH VOLTAGE DISTRIBUTION CELL
FOR TRANSFORMATION STATION
Invention of Pierre NIEL
Société Anonyme known as
ALSTHOM-ATLANTIQUE International Convention-Priority of a patent application filed in FRANCE, September 2, 1982, under NI 82 15 009
The invention relates to a distribution cell for a compact type transformer station.
It is a three-phase cell, intended to cooperate with in general two other identical or similar cells, this set of cells being placed between the two arrivals by high-voltage cable and a step-down transformer.
Each cell includes, for each pole, a switch, and possibly an earthing switch; moreover, the cubicle includes an incoming connection and a three-phase busbar for its connection with the neighboring cubicle. Finally, a cell includes an insulating crossing of
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output for connection with the transformer.
Such cells are known and various solutions have been proposed to reduce their size, both on the ground and in height.
It is indeed imperative that the distribution stations be as small as possible, in particular because of the price of land in urban areas, where these stations are installed.
All the solutions proposed call for internal insulation of the cells by means of a gas with high dielectric power, such as sulfur hexafluoride (SF6).
It was thus possible to achieve stations by juxtaposition of cells isolated with sulfur hexafluoride whose overall size was satisfactory.
Unfortunately, it has been found that a defect in one cell tends to propagate to others and in particular that a ground phase fault, of minor gravity, can turn into a fault between phases producing significant damage in all cells.
An object of the present invention is to provide a cell ensuring better operating safety while retaining a reduced size.
The subject of the invention is a three-phase cell intended to cooperate with generally two identical or similar cells to constitute a distribution station with a transformer, said cell comprising at least one three-phase watertight crossing for connection with incoming cables, a switch three-pole with pneumatic self-blowing, a three-pole earthing switch, and a busbar, the cubicle being divided into two watertight compartments, one opposite the other and each vis-à-vis the outside , one of the compartments comprising the busbar and the other the rest of the equipment,
the
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two compartments being separated by a watertight partition provided with three hollow cylindrical insulating bushings characterized in that the bushings serve as blowing cylinders for the switches and as supports for the bars.
Such an arrangement ensures perfect operational safety.
The compartments can be filled or emptied independently of one another, which facilitates interventions inside one and the other of the compartments of the cell. A simple fault cannot spread and cause a more serious fault.
The invention is clarified by the following description of a preferred embodiment of the invention, with reference to the accompanying drawing in which: - Figure 1 is a schematic longitudinal view in vertical section of a cell according to invention.
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- Figure 2 is a schematic transverse view in vertical section along the line II-II of Figure 1, but in the open position. la- Figure 3 shows, from the front, a set of three cells mounted on a support.
FIG. 4 is a partially sectioned left view of the assembly of FIG. 3.
- Figure 5 is a right view of the same assembly.
- Figure 6 is an electrical diagram of the assembly shown in Figures 3,4 and 5.
- Figure 7 is a view of a partially cut cell showing the busbar connecting device.
- Figure 8 is a partially cutaway front view of an assembly of two cells provided with withdrawable sockets.
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The cell shown in Figures 1 and 2 comprises a lower compartment 1 and an upper compartment 2, both sealed vis-à-vis the outside and vis-à-vis one another.
The compartments are filled with gases with high dielectric strength, such as sulfur hexafluoride SF6, which makes it possible to build the cell with shorter isolation distances than if the cell were filled with air at atmospheric pressure.
The lower compartment 1 is closed at its lower part by an insulating plug 3 provided with three extensions 11, 12 and 13 provided inside with metal rods 21, 22, 23. Each rod is connected by one end to the incoming cable ( not shown); its other end constitutes a fixed contact of the three-pole switch with pneumatic self-blowing.
The three-pole switch-disconnector comprises three cylinders 31, 32, 33 serving on the one hand for electrical crossing between compartments 1 and 2, on the other hand for supporting the bars 41, 42, 43 of the cell and finally for the cylinder of the switch.
We distinguish in Figure 1, the movable assembly of the switch, comprising nozzles 51,52, 53, supported by sliding cylinders 61,62, 63 which themselves hold play 71,72, 73 of the fingers of contact connecting the fixed contacts 21, 22, 23 and fixed rods 81, 82, 83 inside the cylinders 31, 32, 33. A set of connecting rods 91, 92, 93, connected to a shaft 10, by the intermediate arms 94, 95 and 96, allows three-pole operation of the switch.
The end of the shaft is connected to a drive mechanism 14 provided with a spring 15 ensuring a certain cutting power and a closing power.
The lower compartment also contains a disconnect switch
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earth comprising an arch 99, provided with clamps 101, 102, 103 cooperating with the rods 21, 22, 23. In FIG. 1, the arch 99 is shown in dashed lines in the closed earthing switch position, and in solid lines in the open breaking position .
The hoop is articulated and connected to a control mechanism 24 comprising a spring 25 which enables it to provide closing power on short circuit.
The earthing switch is shown in the open position in Figure 2.
The lower compartment 1 is provided with a safety plate 16 which breaks in the event of internal overpressure; the gases then escape through a chimney 17 which, in addition, protects the environment from the splinters of the plate 16.
The lower compartment 1 contains pellets such as 18, for example made of titanium oxide, connected to the rods 21, 22, 23 and forming high voltage capacity for the supply of lamps indicating the presence of voltage.
The upper compartment 2 has flanges such as 19 which allow either to close the compartment with a tight plug, or to connect this compartment to the corresponding compartment of another adjacent cell.
Figures 3,4 and 5 represent an assembly of three cells, respectively seen from the front, from the right and from the left. Figure 6 shows the corresponding electrical diagram.
The cells 121A, 121B, 121C rest on sheet metal supports 122A, 122B, 122C placed on the ground.
The cells 121A and 121B are connected to the incoming cables 151, 152,153 for the cell 121A, and 157,158, 159 for the cell 121B.
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The cell 121C is connected at the output to a transformer T (not shown) by fuses 131C, 132C, 133C (visible in FIG. 4) and cables 154, 155, 156.
One observes in the diagram of figure 6 the switch-disconnectors 141A, 142A, 143A-141B, 142B, 143B-141C, 142C, 143C and the earthing switches 171A, 172A, 173A-171B, 172B, 173B-171C, 172C, 173C located upstream of the incoming switch-disconnector and downstream of the outgoing switch-disconnector, as well as the earthing switch 174,175, 176 located downstream of the fuse.
The three cells are connected to each other by means of bolts, a bonding between collars ensuring gas tightness.
One of the advantages of the solution is the fact that the busbar compartment being independent of the switches can be filled with gas by
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last, after assembly, by a valve fixed to one of the plugs 3, which also makes it possible when adding a fourth module not to empty the other compartments.
The assembly constituted by the cells and their supports being metallic, there is no longer any need to provide them with metallic envelopes which reduces the volume of the station compared to the stations of known type.
Another advantage is the fact that there is no longer any element around the point of attachment of the cables, which facilitates the connection of the latter and makes it possible to significantly reduce the width of the cell support.
For reasons of less heating and simplicity of connection, the fuses are placed in the air.
FIG. 7 illustrates the ease of extension of an assembly by means of clamps 168 placed at the end of the busbar 40 of a cell 122D which
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clip onto the busbar of the adjacent cubicle; this operation of course requires emptying the SF6 gas compartment and refilling it after connection, but without any special precautions; the distances in the busbar admitting an air / gas mixture SF6, it is not necessary to evacuate the compartment before filling with SF6.
The incoming connections of a cell assembly 122E, 122F can be made as shown in FIG. 8 using withdrawable sockets such as 160; the output connections can also be made by withdrawable sockets 161 connected to bushings 162 fixed on the outlet plug of the cubicle busbar compartment.