EP0653765A1 - Transformateur électrique polyphasé immergé auto-protégé - Google Patents
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- H01H2085/0291—Structural association with a current transformer
Definitions
- the present invention relates to self-protected immersed polyphase electrical transformers.
- an "immersed” transformer is a transformer whose electrical windings and magnetic circuit are cooled by immersion in a dielectric liquid (generally a mineral oil) contained in an airtight tank. Depending on whether the liquid dielectric fills all or part of the tank, we will be in the presence of a submerged transformer with “full filling” or “partial filling”.
- a dielectric liquid generally a mineral oil
- protected submerged transformer is used to mean a transformer of the aforementioned type comprising equipment intended to protect it against the possible consequences of internal damage, such as deterioration or defects in the insulation, the extent or persistence of which can lead to the bursting of the tank.
- Document USP 4,192,174 discloses a device for protecting transformers against tank explosions constituted by a detector for variations in the characteristics of the dielectric liquid (such as excess pressure or excessive temperature, or its level) mounted on the tank and capable of '' send an outside alarm signal to a monitoring station.
- the object of the invention is to propose a global solution to the self-protection of submerged transformers using equipment with autonomous and automatic operation, protecting them from the risk of explosion, whatever the nature of the internal defect. which is the cause.
- the subject of the invention is a submerged polyphase electric transformer, placed in an airtight tank filled with a dielectric liquid and provided with self-protection equipment against the risks of explosion of the tank by disconnection of the power supply network.
- the transformer according to the invention is as defined in the attached claims.
- the invention essentially resides in the design of a device for breaking the passage of the automatic current, autonomous, without intervention from outside the transformer and not resettable by the user (for reasons of security).
- This device with a very rapid breaking action to avoid the phenomena of electrical arcing during the opening of the circuits, is sensitive both to untimely current overloads and to dielectric liquid anomalies reflecting the birth of an internal local defect. with relatively slow evolution, at least at its beginning.
- the dangerous faults which can occur in an immersed transformer differ in fact in two categories according to whether their degeneration until the explosion of the tank is a fast process (a few hundredths , or even a few thousandths of a second), or a rather long process (generally a few seconds, but sometimes reaching several hours or even days).
- Fast-evolving damage is characterized by a large variation in the impedance of the conductor on which it appears, or acts. As a general rule, they are rather located at the free ends of the windings (inputs-outputs).
- Slow-onset degenerative damage is often a point fault located inside the windings, such as insulation faults in the conductors or the layers of conductors between them making up these windings.
- This delay in transmitting the presence of a defect must be compatible with the speed of its degeneration process, namely of the order of a second or a few seconds, not beyond, for defects with the slowest progress.
- the temperature of the dielectric liquid cannot be used as a characteristic whose variations are to be monitored by the sensor.
- the speed of diffusion of heat within the liquid mass (moreover with a high calorific capacity to ensure good cooling), is far too low indeed in view of the possible rapidity of evolution of the defects to be detected.
- the senor used will therefore be a pressure sensor preferably, or a sound level meter, or a gas bubble detector for example, but not a temperature probe, since the temperature of the liquid located at the location except in extreme cases, the probe would not be instantly representative of the temperature at another location within the tank.
- the protective equipment consists of a unit sensitive to changes in the pressure of the dielectric liquid associated with a unit sensitive to sudden current overloads massively called up by the transformer on the supply network.
- the unit sensitive to changes in the pressure of the dielectric liquid essentially comprises a sensor 1 and an actuator 2.
- the sensor, mounted on a fixing base 3, is here of the mechanical membrane type (not shown), the deformation of which is transmitted by the rod 4, is proportional to the pressure presented by the dielectric coolant at the place where the membrane is immersed.
- the actuator comprises a breaker 5 and a trigger 6 linked to the sensor 1 and urging the breaker.
- the breaker is formed by two connection supports made of electrically insulating plastic, one, the support 7, carrying, by means of bases 29 in bakelite distributed over the length, the terminals 8, 8 ', 8' ' output of phases U, V, W of the three-phase power supply network supplying the transformer, the other support 9, being equipped with the corresponding terminals 10, 10 ', 10' 'for input into the windings (not shown) of the primary of the transformer.
- the output terminals 8 ... are arranged opposite the input terminals 10 ... on their respective support and cooperate with each other to ensure the electrical contacts in the closed position of the breaker (fig. 2a ).
- the input terminals 10 ... are formed by copper studs which are encircled by contacts with a copper blade in the form of elastic forks forming the output terminals 8 ...
- the circuit breaker thus designed is perfectly suited to polyphase transformers to also serve as a switch, tap changer.
- one of the supports may include, in the immediate vicinity of each of its input terminals 10 ... plates of electrical copper connections connected to the primary winding corresponding to said input terminal according to different entry points of the current in this winding. These different entry points correspond to different voltage values applied to the phase supplying the winding.
- translatable jumpers for bridging between the input terminal and one or the other of these plates to ensure the adjustment of the transformer to the input voltage imposed on the phases by the supply network.
- These jumpers can advantageously be carried by a translatable rod parallel to the fixed support 9 and driven by a "rack and pinion" system controlled manually by an operator.
- the breaker 5 also comprises a means with elastic antagonistic action, here a leaf spring 11, one end of which is fixed on the movable support 7 and the other end bears freely on a vertical surface 28 of a fixed base 12.
- this spring has the role of constantly tending to place the mobile support 7 in the open position
- the movable support 7 also includes a rotation locking stop 13 which ensures the locking of the support in the closed position by cooperating with the trigger 6, as will be seen more clearly below.
- the stop 13 is formed by a finger fixed perpendicular to the movable support 7 and whose free end 14 is shaped as a hook.
- the trigger 6 is constituted, in the example considered, by a rigid movable element 15 acting as a lever and by a trigger 16.
- the movable element 15 has its fixed point 17 at one end. The other end 18, left free, cooperates with the trigger 16. The mediating point 19 of the lever 15 is fixed to the end of the rod 4 of the membrane 3 of the sensor 1.
- the trigger 16 is pivotally mounted on a spring axis 20.
- a seat 21 of the trigger is urged by the free end 18 of the element 15, and its other seat 22, in opposition to the first, is shaped to maintain the hook end 14 of finger 13.
- the mobile support 7 is, as can be seen, mounted in bearings 23 provided on the fixed base 12 and which themselves also carry the fixed support 9. At the ends of the latter, complementary bearings 23 'are provided to maintain the movable support 7 at its ends.
- bearings as well as the fixed support 9 are, like the mobile support 7, made of an electrically insulating material, for example bakelized paper.
- the breaker 5 In normal operation of the transformer, the breaker 5 is in the closed position, as shown in FIGS. 1 and 2a.
- a clearance is advantageously provided for mounting between the end 18 and the trigger. This clearance is set to be filled when the overpressure limit is reached.
- the end 18 urges the trigger 16, which by pivoting about its axis 20, will release the retaining finger 13 at its other end 22.
- the movable support 7 thus unlocked, pivots about its axis in order to disconnect the output terminals 8 ... from the corresponding input terminals 10 ..., thus putting the transformer off-circuit.
- the breaker is then in the irreversible opening position, as shown in FIG. 2b.
- the entire device is placed inside the transformer tank, so that once the electrical contacts have been broken, it is no longer possible to reset the device without special dismantling of the tank. .
- the breaker can act within extremely short time periods so that the simultaneous opening of the circuits on the phases is not accompanied, or as little as possible, by electrical arcing phenomena when the paired connection terminals 8 ... and 10 ... move away from each other.
- This protection device is completed by an additional protection unit which is sensitive to high currents which can be suddenly called up on the supply network by the transformer, for example due to a collapse of the internal impedance caused by a short - local circuit, but with significant ohmic drop.
- This protection unit is constituted by one, or preferably two fuses, with stepped cut-off thresholds, and connected in cascade on each of the phases of the supply, in series with the electrical connections 8 ...- 10 ..., either downstream, or, as shown in the figures, upstream of these connections with respect to the supply network.
- these fuses are also fixed on the base 24. They are in the form of cylindrical bars, electrically segmented into three independent parts between them and each relating to a phase of three-phase power.
- Fuse 27 for example is intended to operate in a very high current intensity range, identified by the letter (c), going beyond 200 A.
- Fuse 26 mounted in series with the previous one, has a lower operating range (marked with the letter b), ranging from 15 to 200 A, for example.
- the lower threshold of 15 A corresponds approximately to 3 to 5 times the nominal current of a conventional distribution transformer of 160 kVA of three-phase power.
- Fuse 26 is intended to protect the transformer against more or less lasting uncontrolled fluctuations in the input impedance of the primary. This can indeed drop drastically and thus make a sudden call of current of intensity, relatively more moderate than that taken into account by the fuse 27, but nevertheless completely detrimental to the behavior of the transformer.
- the range marked (a) in the figure is the action zone of the breaker 5 described above. Its field of intervention, as already explained, is that of low intensities, that is to say that of the nominal current of operation of the transformer (for example 3 A.), in which the internal anomalies detrimental to the transformer can manifest themselves as very low overcurrents, which therefore easily go unnoticed.
- the retaining finger 13 can be replaced by a hollow imprint made in the movable support 7 itself.
- the trigger 16 although advantageous, is not an essential intermediary between the lever 15 and the finger 13, which can be put in direct contact with one another.
- the solution described above takes direct account of the pressure of the dielectric liquid as a quantity indicative of a rise in temperature.
- the pressure can be monitored indirectly.
- the pressure sensor 1 can be replaced by a gas detector.
- the pressure sensor 1 can be replaced by a gas detector.
- Such a gas formation detector can advantageously be housed in the highest point of the tank. If necessary, due to the presence of baffles which can form pockets, several detectors will be used distributed at the high points where such pockets are more easily liable to form.
- the invention applies equally to any other similar electrical device, that is to say to any device comprising electrical windings immersed in a dielectric liquid and which is suitable, for example. for the sake of simplification, also to denote by the general term "transformer" in the present specification.
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Abstract
Description
- La présente invention a trait aux transformateurs électriques polyphasés immergés auto-protégés.
- On rappelle qu'un transformateur "immergé" est un transformateur dont les enroulements électriques et le circuit magnétique sont refroidis par immersion dans un liquide diélectrique (généralement une huile minérale) contenu dans une cuve hermétique. Selon que le diélectrique liquide emplit tout ou partie de la cuve, on sera en présence d'un transformateur immergé à "remplissage intégral" ou à "remplissage partiel".
- On appelle "transformateur immergé protégé", un transformateur du type précité comportant des équipements destinés à le protéger contre les conséquences possibles d'avaries internes, comme des dégradations ou des défauts de l'isolation et dont l'ampleur ou la persistance peuvent conduire à l'éclatement de la cuve.
- Selon des informations disponibles, en France par exemple, près de 1‰ du parc des transformateurs immergés de distribution, soit plus de 500 appareils, explosent chaque année. mettant ainsi en péril la sécurité des personnes, immédiatement ou à plus ou moins court-terme (incendies, épandage du diélectrique dans les sols,etc...). La cause apparente est, soit une baisse anormale du niveau du liquide diélectrique dans la cuve, soit une élévation intempestive de la température interne qui conduit à l'éclatement de la cuve suite à une élévation trop forte de la pression du liquide diélectrique.
- Afin d'éviter ces conséquences fâcheuses, il a déjà été proposé, pour les transformateurs de petite puissance ( i.e. n'exédant pas 160 kVA de puissance totale généralement), d'utiliser à la place d'une cuve en tôle d'acier assemblée, une cuve en aluminium moulée constituée de deux demi-coquilles réunies par soudage étanche.
- Une telle solution de renforcement de la cuve s'attache en fait aux effets d'une élévation de température. De plus, elle se traduit par un surcoût sensible du transformateur, et son application reste limitée aux appareils de relativement faible puissance.
- On connaît du document USP 4.192.174 un dispositif de protection des transformateurs contre les explosions de la cuve constitué par un détecteur de variations de caractéristiques du liquide diélectrique (telles que surpression ou température excessives, ou son niveau) monté sur la cuve et capable d'émettre vers l'extérieur un signal d'alarme à destination d'une station de surveillance.
- On connaît également, par les documents EP 0093076 ou USP 4.223.364, des appareils de déconnexion automatique du réseau d'alimentation électrique qui sont embarqués sur les transformateurs à protéger. Au moyen d'un rupteur réarmable qui, sollicité par un déclencheur, ouvre le circuit électrique, ces appareils répondent dès que la température du liquide diélectrique à l'endroit d' implantation d'une sonde thermique dépasse un seuil de sécurité préétabli.
- Ce type d'appareils, appliqués semble t'il à des transformateurs monophasés uniquement, apparaissent spécifiquement conçus pour l'auto-protection de transformateurs immergés à remplissage partiel.
- De surcroit, ils prennent en compte que des avaries internes dégénératives à vitesse d'évolution relativement lente. Les transformateurs restent donc exposés à des risques d explosion résultant par exemple de surcharges brutales et massives de courant appelées sur le réseau par le transformateur. Ces risques d'explosion, qui ont pour origine des avaries internes, peuvent conduire à la destruction de l'appareil extrêmement rapidement, bien avant en tous cas que la sonde de détection d'anomalies du liquide diélectrique ait pu réagir, si son lieu d'implantation n'est pas à proximité immédiate de l'endroit dans la cuve où nait l'avarie.
- L'invention a pour but de proposer une solution globale à l'auto-protection des transformateurs immergés à l'aide d'un équipement à fonctionnement autonome et automatique, les préservant des risques d'explosion, quelque soit la nature de la défectuosité interne qui en est la cause.
- A cet effet, l'invention a pour objet un transformateur électrique polyphasé immergé, placé dans une cuve hermétique emplie d'un liquide diélectrique et pourvu d'un équipement d'auto-protection contre les risques d'explosion de la cuve par déconnexion du réseau d'alimentation électrique.
- Le transformateur selon l'invention est tel que défini dans les Revendications jointes.
- Comme on le verra plus en détails, l'invention réside essentiellement dans la conception d'un dispositif de rupture du passage du courant automatique, autonome, sans intervention de l'extérieur du transformateur et non-réarmable par l'utilisateur (pour des raison de sécurité). Ce dispositif, à action de rupture très rapide pour éviter les phénomènes d'arcages électriques lors de l'ouverture des circuits, est sensible à la fois aux surcharges intempestives de courant et aux anomalies du liquide diélectrique reflétant la naissance d'une défectuosité locale interne à évolution relativement lente, au moins à son début.
- Quelles soient d'origine interne, ou provoquées par des phénomènes extérieurs, les défectuosités dangeureuses pouvant survenir dans un transformateur immergé se différencient en fait en deux catégories selon que leur dégénérescence jusqu'à l'explosion de la cuve est un processus rapide (quelques centièmes, voire quelques millièmes de seconde à peine),ou un processus plutôt long (quelques secondes généralement, mais pouvant parfois atteindre plusieurs heures, voire plusieurs jours).
- Les avaries à évolution rapide se caractérisent par une forte variation de l'impédance du conducteur sur lequel elles apparaissent, ou agissent. En règle générale, elles se situent plutôt aux extrémités libres des enroulements (entrées-sorties).
- Comme elles conduisent à un appel massif et brutal de courant sur le réseau, la protection du transformateur à leur encontre est assurée par des fusibles à plage de fonctionnement adaptée aux surintensités à contrecarrer.
- Comme par ailleurs, de telles surcharges de courant peuvent se manifester sur une large plage d'intensité, (soit pour fixer les idées de 20 à plus de 10000 A.pour un transformateur de distribution de 160 kVA de puissance par exemple),on a avantage à opter pour une batterie d'au moins deux fusibles en cascade par phase et ayant des seuils de coupure différenciés, l'une étant affectée aux courants plutôt faibles (par exemple de 20 à 200 A.), l'autre ayant en charge les courants plus forts ( supérieurs à 200 A, dans l'exemple considéré).
- Les avaries dégénératives à évolution lente sont souvent des défectuosités ponctuelles situées à l'intérieur des enroulements, comme des défauts d'isolation des conducteurs ou des couches de conducteurs entre-elles constitutives de ces enroulements.
- Ces dégradations locales peuvent, plus ou moins lentement, dégénérer en "points chauds" par création de très fortes intensités de courant circulant en boucles serrées très localisées constituant de véritables mini court-circuits. Comme ces phénomènes dégénératifs évoluent souvent plutôt lentement au moins au début,ils ne se manifestent donc en fait que très discrètement, par une sur-intensité qui peut être très inférieure à l'intensité d'entrée dans le primaire, et qui passe donc facilement inapercue, voire même être indétectable.
- Ce sont précisément des phénomènes de ce type qui sont pris en compte par l'unité de protection utilisant le milieu diélectrique liquide comme médiateur de l'avarie, entre l'endroit où elle survient et l'endroit où est implanté le capteur de détection.
- Ce délai de transmission de la présence d'une défectuosité doit être compatible avec la vitesse de son processus de dégénérescence, à savoir de l'ordre de la seconde ou de quelques secondes, pas au delà, pour les défauts à évolutions les moins lentes.
- C'est pour cette raison que le choix de la caractéristique du liquide diélectrique à surveiller par le capteur est déterminant. Cette caractéristique doit en effet être telle que sa mesure à l'endroit d'immersion du capteur soit représentative quasiment au même instant (i.e. pas plus d'une seconde d'écart environ) de l'apparition d'une avarie locale dégénérative n'importe où ailleurs dans la cuve.
- Il s'agira avantageusement de la pression du liquide diélectrique, dont les variations se transmettent à la vitesse de propagation du son dans ce milieu incompressible.
- Il peut s'agir aussi, pour des raisons analogues, du bruit que font certaines avaries et que transmettra jusqu'au capteur le liquide diélectrique à la vitesse du son.
- Il peut s'agir également de la nature physique même du liquide diélectrique et dont les modifications, comme l'apparition d'une phase gaseuse due à une ébullition locale, traduirait une forte augmentation de la température à l'endroit de la naissance d'une défectuosité dégénérative.
- A l'inverse, la température du liquide diélectrique ne peut servir de caractéristique dont les variations sont à surveiller par le capteur. La vitesse de diffusion de la chaleur au sein de la masse liquide, (de surcroit à capacité calorifique élevée pour assurer un bon refroidissement), est bien trop faible en effet face à la rapidité possible d'évolution des défectuosités à détecter.
- Conformément à l'invention, le capteur utilisé sera donc un capteur de pression de préférence, ou un sonomètre, ou un détecteur de bulles de gaz par exemple, mais non pas une sonde de température, car la température du liquide repérée à l'endroit de la sonde ne serait pas, sauf cas extrême, instantanément représentative de la température à un autre endroit au sein de la cuve.
- L'invention sera bien comprise, et d'autres aspects et avantages apparaitront clairement au vu de la description qui suit donnée à titre d'exemple en référence aux planches de dessins annexées sur lesquelles:
- la figure 1 montre une vue d'ensemble du dessous d'un équipement de protection d'un transformateur;
- les figures 2 montrent, en vue latérale selon la direction A-A de la figure 1, l'équipement de protection d'abord en position de fermeture (figure 2a), puis en position d'ouverture (fig. 2b);
- la figure 3 donne les caractéristiques de fonctionnement de la batterie de fusibles de protection à l'égard des surcharges massives de courant.
- Sur toutes les figures, les mêmes éléments sont désignés par des références identiques.
- Comme on le voit, l'équipement de protection est constitué par une unité sensible aux modifications de la pression du liquide diélectrique associée à une unité sensible aux surcharges brutales en courant appelées massivement par le transformateur sur le réseau d'alimentation.
- L'unité sensible aux modifications de la pression du liquide diélectrique comprend essentiellement un capteur 1 et un actionneur 2. Le capteur, monté sur une semelle de fixation 3, est ici du type mécanique à membrane (non représentée),dont la déformation, transmise par la tige 4, est proportionnelle à la pression que présente le liquide diélectrique de refroidissement à l'endroit où la membrane est plongée.
- L'actionneur comprend un rupteur 5 et un déclencheur 6 lié au capteur 1 et sollicitant le rupteur.
- Le rupteur est formé par deux supports de connexion en matière plastique électro-isolante, l'un, le support 7,portant par l'intermédiaire d'embases 29 en bakélite réparties sur la longueur, les bornes 8, 8', 8'' de sortie des phases U, V, W du réseau de l'alimentation électrique triphasée alimentant le transformateur, l'autre support 9, étant équipé des bornes correspondantes 10, 10',10'' d'entrée dans les enroulements non représentés du primaire du transformateur.
- Comme on le voit, les bornes de sortie 8...sont disposées en regard des bornes d'entrée 10... sur leur support respectif et coopèrent entre-elles pour assurer les contacts électriques en position de fermeture du rupteur (fig. 2a). En l'espèce,les bornes d'entrée 10... sont constituées par des plots en cuivre que viennent enserrer des contacts à lame en cuivre en forme de fourches élastiques formant les bornes de sortie 8...
- Dans cette réalisation, le support 7 est monté mobile en rotation autour de son axe longitudinal de manière à pouvoir prendre deux positions angulaires:
- une position, dite de fermeture du rupteur, visible sur les fig. 1 et 2a, et dans laquelle les contacts entre les bornes de sortie 8... et d'entrée 10... sont assurés;
- une position décalée angulairement de la précédente avec un débattement suffisant pour éloigner les bornes d'entrée des bornes de sortie correspondantes sans risque d'arcages électriques entre-elles. Il s'agit de la position d'ouverture du rupteur, montrée sur la figure 2b.
- Grâce à sa conception en deux corps allongés disposés parallèlement en regard l'un de l'autre, l'un étant fixe, l'autre mobile en rotation autour de son axe, et chacun portant, réparties tout du long, des bornes électriques coopérant avec les bornes appariées de l'autre pour fermer les circuits électriques, le rupteur ainsi conçu se trouve être parfaitement adapté aux transformateurs polyphasés pour servir également de commutateur, changeur de prises.
- Dans ce but en effet, et selon un mode de réalisation non représenté sur les figures, l'un des supports, par exemple le support fixe 9 , pourra comporter au voisinage immédiat de chacune de ses bornes d'entrée 10... des plaquettes de connexion électriques en cuivre reliées à l'enroulement du primaire correspondant à ladite borne d'entrée selon des points d'entrée différents du courant dans cet enroulement. Ces points d'entrée différents correspondent à des valeurs de tension différentes appliquées à la phase alimentant l'enroulement.
- Ainsi, il suffit de prévoir des cavaliers translatables de pontage entre la borne d'entrée et l'une et l'autre de ces plaquettes pour assurer le réglage du transformateur à la tension d'entrée imposée sur les phases par le réseau d'alimentation. Ces cavaliers peuvent avantageusement être portés par une tige translatable parallèlement au support fixe 9 et animée par un système "crémaillère-pignon" commandé manuellement par un opérateur.
- Le rupteur 5 comprend également un moyen à action antagoniste élastique, ici un ressort à lame 11, dont une extrémité est fixée sur le support mobile 7 et l'autre extrémité prend libre appui sur une surface verticale 28 d'une embase fixe 12. Comme on l'aura compris, ce ressort a pour rôle de tendre en permanence à placer le support mobile7 en position d'ouverture
- Le support mobile 7 comprend également une butée de verrouillage en rotation 13 qui assure le blocage du support en position de fermeture en coopérant avec le déclencheur 6, ainsi qu'on le verra mieux par la suite. Ici, la butée 13 est formée d'un doigt fixé perpendiculairement au support mobile 7 et dont l'extrémité libre 14 est conformée en crochet.
- Le déclencheur 6 est constitué, dans l'exemple considéré, par un élément mobile rigide 15 faisant levier et par une gâchette 16.
- L'élément mobile 15 a son point fixe 17 à une extrémité. L'autre extrémité 18, laissée libre, coopère avec la gâchette 16. Le point médiant 19 du levier 15 est fixé à l'extrémité de la tige 4 de la membrane 3 du capteur 1.
- La gâchette 16 est montée pivotante sur un axe à ressort 20. Une portée 21 de la gâchette est sollicitée par l'extrémité libre 18 de l'élément 15, et son autre portée 22,en opposition à la première, est conformée pour maintenir l'extrémité en crochet 14 du doigt 13.
- Le support mobile 7 est, comme on le voit, monté dans des paliers 23 prévus sur l'embase fixe 12 et qui portent eux-mêmes également le support fixe 9. Aux extrémités de ce dernier, des paliers complémentaires 23' sont prévus pour maintenir le support mobile 7 à ses extrémités. Ces paliers ainsi que le support fixe 9 sont, a l'instar du support mobile 7, en une matière isolante de l'électricité, par exemple en papier bakélisé.
- Le tout est donc porté par l'embase 12, laquelle est fixée sous un plateau 24 que l'on vient fixer à la partie suppérieure du transformateur avant immersion dans la cuve.
- On notera la présence avantageuse d'ergots 25 formant des extensions sur les bornes 8,...du support mobile 7 et qui servent de butée de fin de rotation de ce support en position d'ouverture en venant prendre appui contre le support fixe 9.
- Le dispositif qui vient d'être décrit fonctionne de la manière suivante:
- En marche normale du transformateur, le rupteur 5 est en position de fermeture, telle que le montrent les fig. 1 et 2a.
- Si la pression au sein du liquide diélectrique vient à augmenter, suite à une élévation anormale de la température provoquée par exemple par une défectuosité locale de l'isolation électrique des enroulements du transformateur, la déformation de la membrane 3 qui en résulte, est transmise, par la tige 4, au levier 15, qui la communique, en l'amplifiant à son extrémité libre 18, à la gâchette 16.
- On notera qu'un jeu est avantageusement prévu de montage entre l'extrémité 18 et la gâchette. Ce jeu est réglé pour être comblé lorsque la limite de surpression est atteinte.
- Ainsi, il remplit également la fonction de temporisateur, en permettant de discriminer les phénomènes trop fugaces pour menacer réellement la tenue du transformateur.
- A ce moment-là, l'extrémité 18 sollicite la gâchette 16, qui en pivotant autour de son axe 20, va libérer le doigt de retenue 13 à son autre extrémité 22. Sous l'effet du ressort 11, le support mobile 7 ainsi débloqué, pivote autour de son axe afin de déconnecter les bornes de sortie 8... des bornes d'entrée correspondantes 10..., mettant ainsi le transformateur hors-circuit. Le rupteur est alors en position irréversible d'ouverture, telle que le montre la figure 2b.
- L'ensemble du dispositif est placé à l'intérieur même de la cuve du transformateur, de sorte que, la rupture des contacts électriques une fois faite, il n'est plus possible de réarmer le dispositif sans une intervention spéciale de démontage de la cuve.
- Par ailleurs, étant non-réarmable, il importe donc que le rupteur puisse agir dans des délais extrêmement brefs afin que l'ouverture simultanée des circuits sur les phases ne s'accompagne pas, ou le moins possible, de phénomènes d'arcages électriques lorsque les bornes de connexion appariées 8... et 10... s'éloignent les unes des autres.
- Cette grande rapidité d'ouverture des circuits ainsi que leur simultanéité sont précisément obtenues grâce à la conception particulière du rupteur en deux supports 7 et 9 allongés et parallèles et dont l'un est animé d'un mouvement de rotation autour de son axe. Ceci permet, en dotant l'un d'eux d'embases telles que 29 jouant le rôle de bras portant à leur extrémité les bornes 8, de réaliser des vitesses d'ouverture très élevées, à savoir proportionnelles, pour une vitesse angulaire de rotation donnée, à la longueur du bras porteur, que l'on pourra donc dimensionner comme on le voudra.
- Ce dispositif de protection est complété par une unité de protection supplémentaire sensible, elle, aux courants élevés pouvant être brutalement appelés sur le réseau d'alimentation par le transformateur, en raison par exemple d'un effondrement de l'impédance interne causé par un court- circuit local, mais à chute ohmique importante.
- Cette unité de protection est constituée par un, ou de préférence deux fusibles,à seuils de coupure étagés, et montés en cascade sur chacune des phases de l'alimentation, en série avec les connexions électriques 8...-10..., soit en aval, ou, comme le montre les figures, en amont de ces connexions par rapport au réseau d'alimentation.
- Comme on le voit, ces fusibles, désignés par les références 26 et 27, sont fixés également sur la base 24. Ils se présentent sous la forme de barreaux cylindriques, segmentés électriquement en trois parties indépendantes entre-elles et relatives chacune à une phase de l'alimentation triphasée.
- Leurs plages respectives de fusion avec la température en fonction du temps sont visibles sur le schéma de la figure 3.
- Le fusible 27 par exemple est destiné à fonctionner dans un domaine d'intensité du courant très élevé, repéré par la lettre (c), allant au delà de 200 A.
- Le fusible 26, monté en série avec le précédent, présente lui une plage de fonctionnement plus basse (repérée par la lettre b), allant de 15 à 200 A, par exemple. Le seuil inférieur de 15 A, correspond approximativement à 3 à 5 fois l'intensité nominale d'un transformateur de distribution classique de 160 kVA de puissance en triphasé. Le fusible 26 est destiné à protéger le transformateur contre les fluctuations incontrôlées plus ou moins durables de l'impédance d'entrée du primaire. Celle-ci peut en effet chuter drastiquement et ainsi faire un appel brutal de courant d'intensité, relativement plus modérée que celle pris en compte par le fusible 27, mais néanmoins tout à fait préjudiciable à la tenue du transformateur.
- La plage repérée (a) sur la figure est la zone d'action du rupteur 5 décrit précédemment. Son domaine d'intervention, comme on l'a déjà expliqué, est celui des basses intensités, c'est-à- dire celui de l'intensité nominale de fonctionnement du transformateur(par exemple 3 A.), dans lequel les anomalies internes préjudiciables au transformateur peuvent se manifester par des surintensitées très faibles, qui passent donc aisément inaperçues.
- Il va de soi que l'invention ne saurait se limiter à l'exemple de réalisation décrit ci-avant, mais s'étend à de multiples variantes et équivalents dans la mesure où est respectée sa définition donnée dans les revendications ci-après.
- Ainsi, par exemple, le doigt de retenue 13 peut être remplacé par une empreinte en creux faite dans le support mobile 7 lui-même.
- De même, la gâchette 16 ,bien qu'avantageuse, n'est pas un intermédiaire indispensable entre le levier 15 et le doigt 13, lesquels peuvent être mis en liaison directe entre-eux.
- De même encore, comme on l'aura compris, la solution décrite auparavant prend en compte directement la pression du liquide diélectrique comme grandeur indicatrice d'une élévation de température.
- Selon une variante déjà évoquée, la pression peut être surveillée de façon indirecte. A cet effet, le capteur de pression 1 peut être remplacé par un détecteur de gaz. En effet, quand la température s'élève, il n'y a pas en fait de risque sérieux d'explosion du transformateur pour cause de surpression interne tant qu'il n'y a pas de mise en ébullition du liquide diélectrique.
- Un tel détecteur de formation gazeuse pourra être logé avantageusement dans l'endroit le plus élevé de la cuve. Si nécessaire, en raison de la présence de chicanes pouvant former des poches, on utilisera plusieurs détecteurs répartis aux points hauts où de telles poches sont plus aisément susceptibles de se former.
- Bien que conçue initialement pour les transformateurs, l'invention s'applique de même à tout autre appareil électrique analogue, c'est-à-dire à tout appareil comportant des enroulements électriques immergés dans un liquide diélectrique et que l'on convient, par souci de simplification, de dénommer également par le vocable général de "transformateur" dans le présent mémoire.
Claims (10)
- Transformateur électrique polyphasé immergé placé dans une cuve hermétique emplie d'un liquide diélectrique et pourvue d'un équipement d'auto-protection contre les risques d'explosion de la cuve par déconnexion du réseau d'alimentation électrique, caractérisé en ce que ledit équipement est constitué par:* d'une part, une unité de protection réagissant aux défectuosités internes à vitesse de dégénérescence lente et immergée dans le liquide diélectrique au sein de la cuve et comprenant:- un capteur(1) sensible aux variations d'une caractéristique dudit liquide diélectrique choisie parmi celles, telle la pression, dont la mesure à un endroit quelconque est représentative de l'apparition d'une défectuosité locale n'importe où ailleurs au sein de la cuve, ledit capteur délivrant un signal en réponse à ces variations;- un rupteur (5) polyphasé non-réarmable de contact entre les phases de l'alimentation électrique (u, v, w) et les enroulements primaires correspondants du transformateur;- et un déclencheur(6)de commande d'ouverture du rupteur(5) sollicité par le signal délivré par le capteur (1), lorsque l'amplitude dudit signal dépasse une valeur seuil de sécurité préétablie;* et d'autre part, une unité de protection à l'encontre de surcharges en courant appelées sur le réseau d'alimentation par le transformateur et comprenant au moins un fusible (27) sur chacune des phases (u, v, w) de l'alimentation.
- Transformateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite unité de protection à l'encontre de surcharges de courant est constituée, sur chacune des phases de l'alimentation électrique, par une batterie d'au moins deux fusibles (26, 27) ayant des seuils de coupure étagés et montés en cascade.
- Transformateur selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que ladite unité de protection à l'encontre des surcharges de courant est également immergée dans le liquide diélectrique au sein de la cuve.
- Transformateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur (1) est de type mécanique, et délivre un signal sous forme d'une force appliquée au déclencheur (6) pour activer celui-ci lorsque ledit seuil de sécurité est dépassé.
- Transformateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le rupteur (5) est constitué par:- deux supports (7, 9) de connexions électriques, en matière isolante de l'électricité, l'un (9) portant les bornes (10, 10', 10'') d'entrée du courant dans les enroulements du primaire du transformateur, l'autre (7) portant les bornes correspondantes (8, 8',8'') de sortie des phases de l'alimentation électrique, lesdites bornes d'entrée et de sortie étant disposées en regard les unes des autres sur leur support respectif et en contact entre elles pour assurer la liaison électrique du transformateur en position de fermeture du rupteur, l'un (9) des supports étant fixe et l'autre (7) étant monté mobile en rotation autour de son axe entre une position de fermeture et une position d'ouverture du rupteur;- des moyens à action antagoniste élastique (11) tendant en permanence à placer le rupteur(5) en position d'ouverture en éloignant entre elles les bornes de sortie (8,...) de celles d'entrée (10,...) par rotation du support mobile (7);- et un organe (13) de verrouillage en rotation du support mobile (7) assurant le maintien du rupteur (5) en position de fermeture en étant en prise dans le déclencheur (2).
- Transformateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que sur le support mobile (7) les bornes (8) sont situées sur des embases porteuses (29) qui les éloignent de l'axe de rotation du support.
- Transformateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit support mobile (7) est monté en rotation dans des paliers (23) qui maintiennent également le support fixe (9), lesdits paliers étant portés par une embase (12) fixée à un plateau de base (24) et portant le déclencheur (6) et offrant une surface d'appui (28) aux moyens à action antagoniste élastique (11).
- Transformateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le déclencheur (6) est formé par un élément mobile (15) sollicité par le capteur (1), et par une gâchette (16) pivotante à ressort de retour (20) dont une extrémité (22) coopère avec l'organe (13) de verrouillage de la rotation du support mobile (7) pour maintenir le rupteur (5) en position de fermeture, et l'autre extrémité (21) coopère avec ledit élément mobile (15).
- Transformateur selon la revendication 1 ou 2 , caractérisé en ce que ladite unité de protection à l'encontre des surcharges de courant est montée en amont de l'unité de protection sensible aux caractéristiques du liquide diélectrique, par rapport à l'alimentation électrique.
- Transformateur selon la revendication 5 caractérisé en ce que le rupteur comporte des moyens de commutation permettant d'adapter simultanément les points d'entrée du courant dans les enroulements du primaire à la valeur de la tension appliquée par le réseau électrique sur chaque phase de l'alimentation.
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