EP0795183A1 - Procede et dispositif de prevention contre l'explosion et l'incendie des transformateurs electriques - Google Patents

Procede et dispositif de prevention contre l'explosion et l'incendie des transformateurs electriques

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EP0795183A1
EP0795183A1 EP96932665A EP96932665A EP0795183A1 EP 0795183 A1 EP0795183 A1 EP 0795183A1 EP 96932665 A EP96932665 A EP 96932665A EP 96932665 A EP96932665 A EP 96932665A EP 0795183 A1 EP0795183 A1 EP 0795183A1
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    • H01F2027/406Temperature sensor or protection

Definitions

  • the device for preventing explosion and fire in an electrical transformer provided with a tank filled with combustible coolant comprises a means for sensing the pressure in said tank and a means for partially draining the cooling contained in the tank.
  • step 24 of injecting the inert gas 16 into the bottom of the tank 2 is systematically triggered after a given time delay, for example 20 seconds, to stir the fluid 7 in order to homogenize its temperature and also to smother any flames on the surface of the fluid 7 by expelling oxygen.
  • the fluid 7, in general oil can only ignite at a temperature above the flash point, ie approximately 140 °.
  • the surface of the fluid 7 reaches this value while the average temperature is at most 80 °.

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  • Transformer Cooling (AREA)
  • Gas-Insulated Switchgears (AREA)
  • Testing Relating To Insulation (AREA)

Abstract

Procédé de prévention contre l'explosion et l'incendie dans un transformateur électrique (1) muni d'une cuve (2) remplie de fluide de refroidissement (7) combustible, comprenant les étapes suivantes: une étape de détection d'une rupture de l'isolement électrique du transformateur (1) par un moyen capteur de pression (11), vidange partielle du fluide de refroidissement (7) contenu dans la cuve (2), au moyen d'une vanne (15), et une étape de refroidissement des parties chaudes du fluide de refroidissement (7) par injection d'un gaz inerte (16) sous pression dans le bas de la cuve (2) afin de brasser ledit fluide de refroidissement (7) et de chasser l'oxygène situé à proximité.

Description

Procédé et dispositif de prévention contre l'explosion et l'incendie des transformateurs électriques.
La présente invention concerne le domaine de la prévention contre l'explosion et l'incendie des transformateurs électriques refroidis par un fluide combustible.
Les transformateurs électriques subissent des pertes tant dans les enroulements que dans la partie fer, qui nécessitent la dissipation
, de la chaleur produite. Ainsi, les transformateurs de grande puissance sont généralement refroidis à l'huile. Les huiles utilisées sont diélectriques et sont susceptibles de prendre feu au-delà d'une température de l'ordre de 140°. Les transformateurs étant des éléments très onéreux, leur protection nécessite une attention particulière.
Les incendies de transformateurs de puissance isolés par l'huile diélectrique surviennent en général en raison de la rupture de l'isolation électrique interne qui provoque une déflagration souvent très violente. Il en résulte une importante déchirure de la cuve du transformateur et un incendie de l'huile qui propage le feu aux autres équipements du site qui sont également susceptibles de contenir de grandes quantités de produits combustibles.
Les explosions peuvent être provoquées par des surcharges, des surtensions, une détérioration progressive de l'isolation, un niveau d'huile insuffisant, l'apparition d'eau ou de moisissure ou une panne d'un composant isolant.
On connaît dans l'art antérieur, des soupapes de sûreté se déclenchant lors d'une surpression à l'intérieur de la cuve du transformateur. Toutefois ces soupapes ne sont pas adaptées aux conséquences d'un défaut d'isolement interne du transformateur. On connaît également des systèmes de protection incendie pour transformateurs électriques qui sont actionnés par des détecteurs de température. Mais ces systèmes se mettent en oeuvre avec une inertie importante, lorsque l'huile du transformateur est déjà en flamme. On se contente donc de limiter l'incendie à l'équipement concerné pour ne pas propager le feu aux installations voisines.
L'objet de la présente invention est donc de fournir un procédé qui protège à la fois contre la surpression à l'intérieur du transformateur, due à la déflagration lors de la rupture de l'isolation électrique interne et contre l'incendie qui résulte de telles ruptures d'isolation.
L'invention a également pour objet un dispositif de prévention contre l'explosion et l'incendie qui permet une détection instantanée de la rupture de l'isolation électrique. Selon l'invention, le procédé de prévention contre l'explosion et l'incendie dans un transformateur électrique muni d'une cuve remplie de fluide de refroidissement combustible comprend les étapes suivantes :
- détection d'une rupture de l'isolement électrique du transformateur par un moyen capteur de pression,
- vidange partielle du fluide de refroidissement contenu dans la cuve, au moyen d'une vanne, et
- refroidissement des parties chaudes du fluide de refroidissement par injection d'un gaz inerte sous pression dans le bas de la cuve afin de brasser ledit fluide et de chasser l'oxygène situé à proximité.
Selon l'invention, le dispositif de prévention contre l'explosion et l'incendie dans un transformateur électrique muni d'une cuve remplie de fluide refroidissement combustible comprend un moyen capteur de la pression dans ladite cuve et un moyen pour vidanger partiellement le fluide de refroidissement contenu dans la cuve.
Un défaut d'isolement engendre, dans un premier temps, un arc électrique important qui provoque une action des systèmes de protection électriques qui déclenchent la cellule d'alimentation du transformateur (disjoncteur). L'arc électrique provoque, également, une diffusion conséquente d'énergie qui engendre une augmentation de la pression interne du transformateur suffisante pour en déchirer la cuve. De préférence, le dispositif de prévention contre l'explosion et l'incendie est muni d'un moyen de détection du déclenchement de la cellule d'alimentation du transformateur et d'un boîtier de commande qui reçoit les signaux émis par les moyens capteurs du transformateur et qui est capable d'émettre des signaux de commande. De préférence, le dispositif de prévention contre l'explosion et l'incendie comprend un moyen de refroidissement des parties chaudes du fluide, par injection de gaz inerte dans le bas de la cuve, commandé par un signal de commande du boîtier de commande. En effet, certaines parties du fluide de refroidissement subissent un échauffement capable de l'enflammer. L'injection d'un gaz inerte au fond de la cuve provoque un brassage du fluide de refroidissement qui homogénéise la température et permet de chasser l'oxygène présent à proximité du fluide.
L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation particulier pris à titre nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 est une vue générale du dispositif de prévention selon l'invention; et la figure 2 est une vue schématique représentant la logique de fonctionnement du dispositif selon l'invention.
Comme illustré sur les figures, le transformateur 1 comprend une cuve 2 reposant sur la sol 3 au moyen de pieds 4 et est alimenté en énergie électrique par des fils 5 entourés par des isolateurs 6.
La cuve 2 est remplie de fluide de refroidissement 7, par exemple, de l'huile diélectrique. Afin de garantir un niveau constant de fluide de refroidissement 7 dans la cuve 2, le transformateur 1 est muni d'un réservoir d'appoint 8 en communication avec la cuve 2 par une conduite 9.
La conduite 9 est pourvue d'un clapet automatique 10 qui obture la conduite 9 dès qu'il détecte un mouvement rapide du fluide 7. Ainsi, lors d'une explosion de la cuve 2, la pression dans la conduite 9 chute brusquement ce qui provoque un début d'écoulement de fluide 7 qui est rapidement arrêté par l'obturation du clapet automatique 10. On évite ainsi que le fluide 7 contenu dans le réservoir d'appoint 8 vienne alimenter l'incendie du transformateur 1.
La cuve 2 est munie d'un capteur de pression 1 1 capable de détecter sans retard la variation de pression due à la déflagration provoquée par la rupture de l'isolation électrique du transformateur 1.
Le capteur de pression 1 1 peut, notamment, être constitué par une soupape de sûreté équipée d'un contact électrique et ainsi capable de transmettre une information relative à la variation de pression détectée. La cuve 2 est également munie de capteurs de température 12 situés en plusieurs points de la cuve 2, afin de connaître la température du fluide 7. Toutefois, ces capteurs de température 12 présentent un retard estimé à 20 ou 30 secondes par rapport au détecteur de pression 1 1, en raison de la propagation plus lente de la chaleur que de la pression.
La cuve 2 comprend un capteur 13 de la présence de vapeur du fluide de refroidissement également appelé buchholz monté en un point haut de la cuve 2, en général sur la conduite 9. La déflagration due à une rupture d'isolement électrique provoque rapidement le dégagement de vapeur du fluide 7 dans la cuve 2. Un capteur de vapeur 13 est donc performant pour détecter une rupture de l'isolation électrique. Le transformateur 1 est alimenté par l'intermédiaire d'une cellule d'alimentation, non représentée, qui comprend des moyens de coupure d'alimentation tels que des disjoncteurs et qui est munie de capteurs de déclenchement 21.
La cuve 2 est munie de moyens de vidange comprenant une conduite 14 à laquelle elle est reliée à la hauteur souhaitée du niveau de vidange. La conduite 14 est fermée par une vanne 15 de fort diamètre par exemple 100 à 150 mm. La cuve 2 comprend un moyen de refroidissement du fluide 7 par injection d'un gaz inerte 16 tel que de l'azote dans le bas de la cuve 2. Le gaz inerte 16 est stocké dans un réservoir sous pression 17 muni d'une vanne 18, d'un détendeur 19 et d'un tuyau 20 amenant le gaz 16 jusqu'à la cuve 2.
Le capteur de pression 1 1 , les capteurs de température 12, le capteur de vapeur 13, les capteurs de déclenchement 21, la vanne 15 de la conduite 14 et la vanne 18 du tuyau 20 sont reliés à un boîtier de commande 22 destiné à contrôler le fonctionnement du dispositif. Le boîtier de commande 22 est muni de moyens de traitement d'information recevant les signaux des différents capteurs et capables d'émettre des signaux de commande à destination des vannes 15 et 18. Le dispositif est actionné par un signal de pression élevée en provenance du capteur de pression 1 1 en coïncidence avec un signal de déclenchement en provenance des capteurs de déclenchement 21 de la cellule d'alimentation du transformateur 1 pour prévenir l'explosion et l'incendie. Le dispositif peut également être actionné par un signal de température élevée en provenance d'un des capteurs de température 12 en coïncidence avec un signal de présence de vapeur en provenance du
, capteur de vapeur 13 pour déclencher l'extinction d'un incendie. Ainsi, on exige que deux capteurs fournissent des informations concordantes afin d'éviter des déclenchements intempestifs.
En conditions normales, le dispositif est déclenché par l'information de pression élevée, en concordance avec l'information de déclenchement de la cellule d'alimentation, qui commande instantanément l'étape 23 d'ouverture de la vanne de vidange 15 qui permet la décompression instantanée de la cuve 2 du transformateur 1 dont la plupart des composants resteront donc intacts, à l'exception des éléments situés dans une zone très proche de l'arc électrique engendré par le défaut d'isolement. L'ouverture de la vanne 15 permet d'éviter des débordements de fluide 2 enflammé lorsque l'on injectera du gaz inerte 16 dans la cuve 2 qui est susceptible d'être détériorée. Enfin l'ouverture de la vanne 15 provoque une décompression dans la conduite 9 ce qui entraîne l'obturation du clapet automatique 10. Le réservoir d'appoint 8 est ainsi isolé et le fluide 7 qu'il contient n'alimente pas l'incendie. L'ouverture rapide de la vanne 15 diminue également les risques d'explosion et augmente la probabilité que la cuve 2 du transformateur 1 reste intacte. Les risques d'incendie sont donc réduits, mais après la vidange partielle de la cuve 2, l'étape 24 d'injection du gaz inerte 16 dans le bas de la cuve 2 est systématiquement déclenchée après une durée donnée de temporisation, par exemple 20 secondes, pour brasser le fluide 7 afin d'homogénéiser sa température et également pour étouffer les flammes éventuelles à la surface du fluide 7 en chassant l'oxygène. En effet, le fluide 7, en général de l'huile, ne peut s'enflammer qu'à une température supérieure au point éclair, soit environ 140°. Or, dans le cas d'un incendie du transformateur 1 consécutif à un arc électrique, seule la surface du fluide 7 atteint cette valeur alors que la température moyenne est au maximum de 80°. Le brassage du fluide 7 permet donc une baisse de la température des parties les plus chaudes. Pour des raisons de sécurité, le réservoir 17 du gaz inerte 16 est prévu pour pouvoir injecter du gaz inerte 16 pendant une durée de l'ordre de 45 minutes largement supérieure à la durée prévue pour éteindre l'incendie.
Le transformateur 1 peut être équipé d'un ou plusieurs changeurs de prise en charge 25 servant d'interfaces entre ledit transformateur 1 et le réseau électrique auquel il est relié pour assurer une tension constante malgré des variations du courant fourni au réseau. Le changeur de prise en charge 25 est relié par une conduite 26 à la conduite 14 destinée à la vidange. En effet, le changeur de prise en charge 25 est également refroidi par un fluide de refroidissement inflammable. En raison de son volume réduit, l'explosion d'un changeur de prise en charge est extrêmement violente et peut s'accompagner de projection de jets de fluide de refroidissement enflammé. La conduite 26 est pourvue d'un diaphragme calibré 27 capable de se déchirer en cas de court-circuit et donc de surpression à l'intérieur du changeur de prise en charge 25. On évite ainsi l'explosion de la cuve dudit changeur de prise en charge 25. Celui-ci comprend également un capteur de pression 28 relié, d'une part, à la cellule d'alimentation du transformateur 1 pour déclencher celle-ci et, d'autre part, au boîtier de commande 22 pour déclencher le fonctionnement du dispositif de prévention lors d'un court-circuit dans le changeur de prise en charge 25. Grâce à l'invention, on dispose ainsi d'un procédé et d'un dispositif de prévention contre l'explosion et l'incendie dans un transformateur qui nécessitent peu de modifications des éléments existants, qui détectent les ruptures d'isolation de façon extrêmement rapide et agissent quasi simultanément de façon à limiter les conséquences en résultant. Cela permet de sauver le transformateur ainsi que le changeur de prise en charge et de minimiser les dégâts liés au court-circuit.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de prévention contre l'explosion et l'incendie d'un transformateur électrique (1 ) comprenant une cuve (2) remplie de fluide de refroidissement (7) combustible, caractérisé par :
- une étape de détection d'une rupture de l'isolement électrique du transformateur (1 ) par un moyen capteur de pression
( H ),
- une étape de vidange (23) partielle du fluide de refroidissement (7) contenu dans la cuve (2), au moyen d'une vanne ( 15), et - une étape de refroidissement (24) des parties chaudes du fluide de refroidissement (7) par injection d'un gaz inerte (16) sous pression dans le bas de la cuve (2) afin de brasser le fluide de refroidissement (7) et de chasser l'oxygène situé à proximité.
2. Procédé de prévention selon la revendication 1 , caractérisé par une étape d'isolement d'un réservoir d'appoint (8) de fluide de refroidissement (7) au moyen d'un clapet (10) afin d'empêcher le fluide de refroidissement (7) de se répandre, le clapet (10) se fermant dès qu'un mouvement rapide du fluide de refroidissement (7) est détecté.
3. Procédé de prévention selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par une étape de détection de la présence de vapeur de fluide de refroidissement (7) dans la cuve (2) du transformateur (1 ) au moyen d'un capteur de vapeur (13) capable de provoquer la vidange partielle du fluide de refroidissement (7) et l'injection de gaz inerte (16).
4. Procédé de prévention selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par une étape de détection de la température du fluide de refroidissement (7) au moyen de capteurs de température (12) capables de provoquer la vidange partielle du fluide de refroidissement (7) et l'injection de gaz inerte (16).
5. Procédé de prévention selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par une étape de détection du déclenchement d'une cellule d'alimentation du transformateur au moyen de capteurs de déclenchement (21 ) capable de provoquer la vidange partielle du fluide de refroidissement (7) et l'injection de gaz inerte ( 16).
6. Procédé de prévention selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'étape de vidange (23) partielle du fluide (7) n'est déclenchée que lorsque deux capteurs commandent simultanément le déclenchement de ladite étape (23).
7. Dispositif de prévention contre l'explosion et l'incendie d'un transformateur électrique (1) comprenant une cuve (2) remplie de fluide de refroidissement (7) combustible, caractérisé par un moyen capteur de la pression (1 1 ) dans ladite cuve (2) et par un moyen pour vidanger partiellement le fluide de refroidissement (7) contenu dans la cuve (2).
8. Dispositif de prévention selon la revendication 7,
^caractérisé par un moyen capteur de vapeur ( 13) du fluide de refroidissement (7) dans la cuve (2), des moyens capteurs de la température (12) du fluide de refroidissement (7) dans la cuve (2) et un moyen capteur du déclenchement (21 ) d'une cellule d'alimentation du transformateur (1 ).
9. Dispositif de prévention selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le moyen capteur de la pression comprend une soupape de sûreté équipée d'un contact électrique.
10. Dispositif de prévention selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé par un boîtier de commande (22) recevant les signaux émis par les moyens capteurs du transformateur ( 1 ) et capable d'émettre des signaux de commande.
1 1. Dispositif de prévention selon la revendication 10, caractérisé en ce que le moyen pour vidanger la cuve (2) comprend une vanne (15) à ouverture déclenchée par un signal de commande du boîtier de commande (22).
12. Dispositif de prévention, selon l'une quelconque des revendications 10 ou 1 1, caractérisé par un moyen de refroidissement des parties chaudes du fluide de refroidissement (7), par injection de gaz inerte (16) dans le bas de la cuve (2).
13. Dispositif de prévention selon la revendication 12, caractérisé en ce que le moyen d'injection de gaz inerte (16) comprend un réservoir (17) de gaz sous pression, un détendeur (19) et une vanne (18) à ouverture commandée par un signal de commande du boîtier de commande (22).
14. Dispositif de prévention selon l'une quelconque des revendications 7 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen capteur (28) de la pression dans un changeur de prise en charge (25) du transformateur et un moyen de mise à la pression atmosphérique dudit changeur de prise en charge destiné à éviter son explosion.
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