EP0981140A1 - Transformateur immerge auto-protege par un dispositif incluant un disjoncteur et des fusibles - Google Patents

Transformateur immerge auto-protege par un dispositif incluant un disjoncteur et des fusibles Download PDF

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EP0981140A1
EP0981140A1 EP99410089A EP99410089A EP0981140A1 EP 0981140 A1 EP0981140 A1 EP 0981140A1 EP 99410089 A EP99410089 A EP 99410089A EP 99410089 A EP99410089 A EP 99410089A EP 0981140 A1 EP0981140 A1 EP 0981140A1
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EP
European Patent Office
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fuse
circuit breaker
circuit
phase
transformer
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EP99410089A
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German (de)
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EP0981140B1 (fr
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Jacques Schneider Electric Industries SA Wild
Didier Schneider Electric Ind. SA Fulchiron
Christophe Schneider Electric Ind. SA Preve
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Schneider Electric Industries SAS
Original Assignee
Schneider Electric Industries SAS
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/1081—Modifications for selective or back-up protection; Correlation between feeder and branch circuit breaker
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/40—Structural association with built-in electric component, e.g. fuse
    • H01F27/402—Association of measuring or protective means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02—Details
    • H01H85/0241—Structural association of a fuse and another component or apparatus
    • H01H2085/0291—Structural association with a current transformer

Definitions

  • the invention relates to an electrical transformer whose windings and circuit magnetic are immersed in a liquid or a dielectric gas contained in a tank, and which has an integrated protection device, designed to limit the effects of internal transformer failure.
  • Document FR-A-2 712 730 describes a three-phase transformer of this type immersed in an oil tank, the protection device of which comprises at least one fuse per phase protection arranged between each power supply phase and the windings primary transformer, and a three-phase breaker disposed between the fuses and the corresponding transformer phases.
  • the breaker is opened by a trigger, in response to a signal from a sensor sensitive to variations of at least one parameter representative of the characteristics of the dielectric liquid.
  • the measured parameter is dielectric pressure, which can be an index of local internal faults in transformer circuits - for example a point fault in the electrical insulation of a winding, likely to degenerate into a hot spot - only manifested by a very low overcurrent of the primary supply current.
  • the fuses are intended for compensate for collapses of the transformer internal impedance, inducing a fall ohmic important.
  • at least two fuses are connected in series on each phase, with stepped cut-off thresholds: one of the fuses has a very short time constant and sensitive to very large currents exceeding six times the nominal current of the transformer; the other is sensitive to overloads corresponding to three to five times the nominal intensity, with a higher time constant. All is designed so that, if it intervenes to interrupt the supply of the windings transformer primary, it is not possible to restore this supply without special intervention to disassemble the tank by a specialist. This is the reason which the breaker is not resettable and submerged in the tank, as well as the fuses.
  • any triggering of the protective device necessarily corresponds to an internal transformer fault, and in no case to a external incident. Indeed, it would be completely inadmissible to impose an intervention on a healthy transformer, due to an external fault, especially on the downstream installation. It is necessary therefore necessarily that means are provided ensuring selectivity with respect to electrical faults outside the transformer. Experience shows that it subsists in carries a risk of unwanted melting of the fuses of the protection device, and in particular fuses working in the field of low overcurrents.
  • low-current fuses submerged of the protective device may give rise to unacceptable heating for their immediate environment, without however melting and interrupting the current. We can then generate serious failures that go against the objective sought with the implementation place of the fuse. In addition, the heating of the fuses causes their aging. premature, and therefore an increasing risk of dysfunction over time.
  • Document EP-A-0 468 299 also describes a three-phase transformer immersed in oil, to which is associated, for each primary phase, a protection device comprising, connected in series with the windings of the primary phase concerned, a single-phase circuit breaker controlled by an overcurrent release sensitive to current flowing through the circuit breaker, and a fuse whose intensity of nominal current is at minus 5 times greater than the intensity of the nominal phase current of the transformer, and preferably 10 or 20 times greater.
  • a protection device comprising, connected in series with the windings of the primary phase concerned, a single-phase circuit breaker controlled by an overcurrent release sensitive to current flowing through the circuit breaker, and a fuse whose intensity of nominal current is at minus 5 times greater than the intensity of the nominal phase current of the transformer, and preferably 10 or 20 times greater.
  • this device is located outside the transformer. There follows one significant space and complexity of assembly on site. In particular, a distance significant bypass in air must be preserved between the upstream connections and downstream of the circuit breaker, due to the very high currents likely to pass through during a primary short circuit. The large number of connections outside the tank transformer and whose isolation is difficult to control, induces an additional risk of failure.
  • the device is not active vis-à-vis short circuits upstream of the fuse, especially those generated by the electrical connection between the circuit breaker and the fuse.
  • the fuse is connected in series between the circuit breaker and the transformer and the current sensor controlling the tripping of the circuit breaker is downstream of the fuse.
  • the fault current in the event of a short circuit between the circuit breaker and the fuse crosses the circuit breaker with an intensity which exceeds its breaking capacity, if although the circuit breaker is unable to break the circuit.
  • the defect then leads an outage at an upstream node of the network, to the detriment of overall availability.
  • the device does not provide for the simultaneous tripping of the three circuit breakers each associated with a primary phase of the transformer. Therefore, we can assist in certain conditions to a partial trip due to a fault, leaving in a phase not open a leakage current which remains lower than the tripping current of the circuit breaker or which induces a significant delay in cutting, with all the harmful consequences for the primary circuit (risk of explosion) and / or for the entire installation (not selectivity with respect to the source station).
  • Document US-A-4 323 871 describes an electrical circuit protection apparatus, not specifically dedicated to the protection of a transformer, and comprising a circuit breaker and fuses, all submerged in a tank filled with oil.
  • the circuit breaker is intended for cut the low fault currents while the fuses are intended to cut the current significant faults.
  • the circuit breaker includes, in its single-phase version, a bulb conventional vacuum with a fixed contact member and a movable contact member in translation in the cylindrical body of the bulb.
  • the mobile contact member comprises a rod kinematically connected to an opening and closing mechanism with a spring opening hours. This mechanism includes an operating lever allowing the opening and manual closing through the tank. It also has an opening lock in form of cam which is resiliently biased towards a rest position.
  • a device for U-shaped bimetal release cooperates with the cam and retains it in an active position where it blocks the mechanism in the closed position.
  • the bimetallic strip is traversed by the current passing through the bulb In the event of a fault current, it curves and releases the cam, which in turn releases an opening pawl acting on the opening spring and causing opening the mechanism.
  • a three-phase circuit breaker is derived from the previous one by juxtaposition three single-phase circuit breakers.
  • Single-phase opening and closing mechanisms are mechanically connected to each other, on the one hand at the level of the opening pawls, and on the other hand at the level of the operating levers, so as to form a unique mechanism allowing the simultaneous or almost simultaneous opening and closing of the three poles of the circuit breaker, both on electrical fault and on manual control.
  • the bimetallic strip of each phase is connected in series between the bushing and the vacuum interrupter phase and is traversed by the phase current. It therefore introduces by its presence an additional risk of electrical fault, especially since it constitutes a conductor mobile and unprotected directly immersed in oil.
  • the bimetallic strip is placed, to constructive reasons, directly upstream or downstream of the circuit breaker that it ordered. It cannot therefore take into account short circuits at the level of bushings, or between the bushing and the circuit breaker.
  • the invention therefore aims to overcome the drawbacks of the state of the art and in particular to realize, at low cost and in the volume of a submerged transformer tank conventional, integrated protection of great safety, which is active for weak overcurrents while avoiding the untimely risks of fusion encountered in the fuse devices.
  • the invention aims to propose, at low cost and in a reduced volume, a transformer with integrated protection device for safe operation, which is suitable for deal with both internal and secondary terminal faults.
  • dependability requirement of a system means that account must be taken simultaneously: system security, ie its ability to avoid an event catastrophic; its reliability, i.e. its probability of not failing over a period of time given; its availability, i.e. its probability of operating at a given time, which itself depends on the reliability and maintainability of the system, which is its probability to be repaired in a given time interval.
  • the security requirement implies that all internal faults of the transformer which are likely to cause the explosion of the tank, cause the transformer to switch off.
  • Availability and maintainability mean good selectivity in the treatment of faults internal requiring a major intervention on the transformer and the treatment of faults on the secondary circuit outside the transformer for which interventions should be kept to a minimum.
  • circuit breaker poles and fuses Due to the immersion of the circuit breaker poles and fuses in the circuit breaker tank, it is possible to offer a factory-mounted assembly, for which installation on site is reduced, which significantly reduces the risk of failure caused by the device protection.
  • the arrangement of the fuses upstream of the circuit breaker makes it possible to process the risk of electrical faults induced by the presence of the circuit breaker.
  • the immersion of the opening mechanism offers corrosion protection and lubrication which are favorable from the point of view of aging. Overall reliability is increased.
  • the overcurrent triggering device comprises at least one measuring means for measuring the intensity of the current flowing in a phase of the circuit transformer primary.
  • the sensor is a current transformer.
  • a such an arrangement ensures that a short circuit in the tank between a phase and the earth in one point between the fuse and the corresponding pole of the circuit breaker, which gives rise to melting of this fuse, or seen by the tripping means so as to ensure separation total of the transformer.
  • a particularly advantageous choice is to have a current transformer toroid on the part of the bushing external to the tank, or immediate proximity to it.
  • the fuse (s) have an elongated shape with two conductive ends intended for their upstream connection on the side of the crossing and downstream on the side of the circuit breaker, located on either side of a middle part whose surface external is isolated, and in that, for each phase fitted with a fuse, the parts conductive located between the insulating bushing and the external surface isolated from the part the middle of the fuse are surrounded by solid insulation.
  • the electrical junction between the bushing and the fuse is the only point of the installation not protected by the association fuse and circuit breaker. It is therefore a vulnerable point in terms of security of the installation.
  • the solid insulation therefore offers a good guarantee that there are no faults.
  • the fuse (s) have an elongated shape with two conductive ends intended for their upstream connection on the side of the crossing and downstream on the side of the circuit breaker, located on either side of a middle part whose surface external consists of an insulator, and in that for each phase fitted with a fuse, the fuse constitutes with the bushing a one-piece sub-assembly and in that the surface outside of this sub-assembly, in its part internal to the tank, comprising the bushing, the upstream conductive end and the middle part of the fuse, consists of one or several solid insulators forming solid insulation without interruption.
  • the triggering means further comprise a commanding triggering device opening of the circuit breaker when at least one parameter representative of the state of said circuit dielectric exceeds a determined threshold.
  • a commanding triggering device opening of the circuit breaker when at least one parameter representative of the state of said circuit dielectric exceeds a determined threshold.
  • different physical parameters of the state of the dielectric are accessible: the pressure of the liquid, its temperature, the level of the liquid in the tank, but also the presence of gas in the tank which allows among other things to detect a gas decomposition of the dielectric or of a solid insulator, for example by a low power arc between turns on one of the transformer windings.
  • the overcurrent trip device includes at least one measuring means for measuring the intensity of the current flowing in a phase of the secondary circuit of the transformer. Due to the potential saturation of the circuit the transformer, it is not always satisfactory to take the information from tripping of the circuit breaker on the primary circuit. In practice it is possible to equip one or more branches of the secondary circuit, preferably each of the phases and the case if necessary the neutral, of a current sensor. According to one embodiment, the two means current measurement devices are additionally combined in a differential protection device of the transformer. A device of this type is described for example in the document FR-A-2 14 771 integrated on this point here by reference.
  • the fuse (s), the circuit breaker and the tripping means are associated in such a way that if the fuse or one of the fuses blows, the means of tripping give an order to separate the contacts.
  • There is an area of values of the current intensity - namely: the values exceeding the intensity threshold value beyond of which the blowing of the fuse is completed before an order of separation of the organs of contact given by the tripping means could have caused the separation of the contacts - for which the separation of the contacts of the poles of the circuit breaker is after the fusion at least one of the fuses.
  • the fuse or fuses are limiting. This ensures that the current flowing in the primary circuit during blown fuses remains at an acceptable level.
  • each pole of the circuit breaker comprises a light bulb. vacuum immersed in the dielectric. Due to the presence of fuses ensuring protection in case of high short-circuit current, it is possible to use vacuum bulbs of low performance, very space-saving.
  • the short distance from bypass of the vacuum interrupter i.e. the short distance between the connections upstream and downstream of the bulb, does not cause any additional problem, since the connections are immersed in oil which provides good electrical insulation.
  • the light bulb vacuum therefore offers a very favorable compromise in terms of space, performance and cost.
  • the circuit breaker includes a closing mechanism capable of passing the contact members from their separate position to their contact position, comprising a member accessible from the outside of the tank, the opening mechanism being able to cause the opening of the pole (s) of the circuit breaker regardless of the state of the closing. It is then possible, in the case where the triggering has an origin external to the transformer, to put it back into service without opening the tank. Priority to the opening avoids any deterioration of the transformer in the event of maintenance of the fault at the time of closing.
  • a three-phase low-voltage medium voltage transformer 1 has primary 2 and secondary 3 windings immersed in a tank 4 containing a dielectric liquid 5, in practice oil. Each phase of the circuit primary of the transformer enters the tank 4 via a part multifunction 6 comprising a medium voltage crossing 7.
  • the multifunctional part 6 has, in its part external to the tank 4, a zone specific racking-in 8 and in its internal part to the tank a plug-in area 9 of a head 10 of a fuse 11.
  • Fuse 11 is a conventional limiting fuse, with a part median forming a body 12 whose outer wall is cylindrical and insulating, and two ends - head 10 and foot 13 - made of metal.
  • the insertion zone 9 has a wall tubular outer of electrically insulating elastomeric material, the lower end of which cooperates with the body 12 of the fuse 11 so as to seal between the head 10 of the fuse and oil 5. The upper end of this tubular wall seals with the racking-in area 8.
  • the multifunctional part 6 therefore constitutes, with the fuse 11 assembled, a monobloc assembly whose external walls form a solid insulation without interruption between the bushing 7 and the middle part 12 of the fuse 11. This ensures that any electrical fault upstream of the fuse 11 is in fact external to the tank 4, and does not generate therefore no risk of explosion.
  • the other end of the fuse 11 is connected to a connection side on the source side 14 of a circuit breaker module 15, via an electrical connection 16 comprising a sheathed electrical conductor.
  • the circuit breaker module 15 comprises, for each phase, a vacuum bulb 17 of structure conventional, with a body 18 forming a cylindrical chamber containing a fixed contact 19 and a movable contact member 20 guided axially in the bulb and extended by a control rod 21.
  • a bulb of this type is described for example in document US-A-4 323 871, the description of which is incorporated here on this point by reference.
  • An opening and closing mechanism 22 of this circuit breaker is also type described in document US-A-4 323 871, the description of which is incorporated here by reference.
  • This mechanism 22 is provided with an operating lever 23 accessible from the exterior of the tank 4, which allows manual opening and closing.
  • the load-side connection area 24 of the circuit breaker module 15 is connected to the windings primary 2 of transformer 1 via a tap changer 25.
  • the changer is of the type described for example in document US-A4 504 811, the description of which is incorporated on this point here by reference. It has a fixed connection bar ensuring departures to different points of the primary windings, and a movable bar carrying the connection points to the downstream areas of the circuit breaker. The displacement of the bar mobile allows, simultaneously for each phase of the primary, the connection of the beach load side of the circuit breaker selectively at one of the starting points towards the winding corresponding primary.
  • the tank 4 is waterproof or almost waterproof (the latter term covering the case of tanks including, for example, a small air drying pipe) and the level of oil is such as the insertion zone 9, the fuses 11 and the vacuum bulbs 17, likewise that the moving parts of the mechanism 22 of the circuit breaker 15, other than the lever maneuver 23, are immersed.
  • a toroid 26 of measuring transformer 27 giving a measurement of the current intensity circulating in the crossing.
  • An overcurrent release device 28 receives the signal and controls the opening and closing mechanism 22 of the module circuit breaker 15.
  • the current time diagram in Figure 4 shows the behavior of the device. Have been plotted on this diagram: on the ordinate the time and on the abscissa the intensity phase current.
  • the circuit breaker admits an overload I S without tripping.
  • the tripping curve 40 of the circuit breaker bends beyond I S so that at a threshold value I CCBT corresponding to the intensity of the current flowing in a phase of the primary during a three-phase short circuit at secondary of the transformer, the circuit breaker has a short tripping time, in this example 0.1 seconds.
  • the fuse blowing curve 41 is, in this zone, well above the circuit breaker breaking curve, since the blowing would only take place after 3 seconds of exposure to the current. In practice this results in the fact that in the event of a short circuit in the transformer secondary, the circuit breaker controlled by its overcurrent relay cuts the current in the transformer primary before the fuses have time to s 'warm up considerably.
  • circuit breaker trip modes are provided.
  • a or several sensors 29 of data representative of the state of the dielectric connected to a tripping device 30.
  • these data include for example measurements of the liquid level, its temperature, its pressure, or the presence of a gas in the tank.
  • a sub-assembly one-piece multifunction 50 includes a medium-voltage connection piece 51, a flexible electrical connection 52, a bushing 53 and a plug-in part 54 of the head fuse.
  • the flexible link 52 comprises a core 55 comprising a metal braid or a thin cable.
  • the sub-assembly has an outer covering 56 molded from material insulating elastomer.
  • a flange 57 allows attachment to the tank 4. This gives a electrical insulation without interruption between the middle part of the fuse 11 and the connection medium voltage 51 outside the tank.
  • This device has the additional advantage by compared to the previous to eliminate a connection piece with the average switchgear source side voltage.
  • a fourth embodiment, illustrated in FIG. 7, differs from the first mode essentially by the structure of the bushing and the upstream connection of the fuse each phase.
  • the bushing is connected to the head connection of the limiting fuse 8, by through an electrical connection 58 consisting of a sheathed conductor. This provision, less efficient, is however also less expensive since it reduces the number of specific pieces.
  • the above examples of achievements were taken in the field of transformers medium voltage low voltage.
  • the invention is however also applicable to other types of transformers, especially to medium voltage source transformers.
  • the transformer primary connection can be either triangle or star. In the latter case, it may be useful to have on the neutral crossing a current sensor capable of driving the device with overcurrent.
  • circuit breaker it is possible to envisage other types of circuit breaker than circuit breakers with empty.
  • the invention also finds application with a gaseous dielectric, in particular of SF6.

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Abstract

Le transformateur électrique 1 comporte une cuve 4 contenant un diélectrique liquide ou gazeux 5, et dans laquelle sont immergés : un circuit primaire et un circuit secondaire, et un dispositif de protection relié au circuit primaire et comportant un disjoncteur 15 commandé par des moyens de déclenchement et un ou plusieurs fusibles 11. Les fusibles sont disposé entre une traversée 6 de la cuve et le disjoncteur 15. Les fusibles 11, le disjoncteur 15 et les moyens de déclenchement sont associés de telle manière que dans des conditions correspondant à un court-circuit aux bornes du circuit secondaire, les organes de contact du disjoncteur se séparent et interrompent le courant sans que ne débute une fusion du fusible, et qu'il existe une valeur seuil d'intensité du courant traversant le fusible, inférieure au pouvoir de coupure du pôle correspondant du disjoncteur et au delà de laquelle la fusion du fusible est achevée avant qu'un ordre de séparation des organes de contact donné par les moyens de déclenchement ait pu entraîner la séparation des contacts. <IMAGE>

Description

L'invention concerne un transformateur électrique dont les enroulements et le circuit magnétique sont immergés dans un liquide ou un gaz diélectrique contenu dans une cuve, et qui est doté d'un dispositif de protection intégré, destiné à limiter les effets d'une défaillance interne du transformateur.
Le document FR-A-2 712 730 décrit un transformateur triphasé de ce type baignant dans une cuve d'huile, dont le dispositif de protection comporte par phase au moins un fusible de protection disposé entre chaque phase d'alimentation électrique et les enroulements primaires correspondants du transformateur, et un rupteur triphasé disposé entre les fusibles et les phases correspondantes du transformateur. L'ouverture du rupteur est assurée par un déclencheur, en réponse à un signal d'un capteur sensible aux variations d'au moins un paramètre représentatif des caractéristiques du liquide diélectrique. Le paramètre mesuré est la pression du diélectrique, qui peut constituer un indice des défauts locaux internes aux circuits du transformateur - par exemple d'un défaut ponctuel de l'isolation électrique d'un enroulement, susceptible de dégénérer en point chaud - ne se manifestant que par une surintensité très faible du courant d'alimentation du primaire. Les fusibles sont destinés à pallier les effondrements de l'impédance interne du transformateur, induisant une chute ohmique importante. Pour assurer une protection optimale, au moins deux fusibles sont montés en série sur chaque phase, avec des seuils de coupure étagés: l'un des fusibles a une constante de temps très courte et est sensible aux courants très importants dépassant six fois le courant nominal du transformateur; l'autre est sensible aux surcharges correspondant à trois à cinq fois l'intensité nominale, avec une constante de temps supérieure. L'ensemble est conçu de manière que, s'il intervient pour interrompre l'alimentation des enroulements primaires du transformateur, il ne soit pas possible de rétablir cette alimentation sans intervention spéciale de démontage de la cuve par un spécialiste. C'est la raison pour laquelle le rupteur est non réarmable et immergé dans la cuve, ainsi que les fusibles. Cette disposition délibérée sous-tend l'idée que tout déclenchement du dispositif de protection correspond nécessairement à un défaut interne du transformateur, et en aucun cas à un incident externe. En effet, il serait tout à fait inadmissible d'imposer une intervention sur un transformateur sain, du fait d'un défaut externe, notamment sur l'installation aval. Il faut donc nécessairement que soient prévus des moyens assurant la sélectivité vis-à-vis des défauts électriques extérieurs au transformateur. L'expérience montre qu'il subsiste en pratique un risque de fusion non désirée des fusibles du dispositif de protection, et notamment des fusibles travaillant dans le domaine des faibles surintensités.
Par ailleurs, en cas de faible surintensité, légèrement inférieure à trois fois l'intensité nominale du transformateur par exemple, les fusibles à faible courant de fusion immergés du dispositif de protection peuvent donner lieu à des échauffements inadmissibles pour leur environnement immédiat, sans toutefois fondre et interrompre le courant. On peut alors générer des défaillances graves qui vont à l'encontre de l'objectif recherché avec la mise en place du fusible. De plus, l'échauffement des fusibles provoque leur vieillissement prématuré, et donc un risque croissant de dysfonctionnement avec le temps.
Le document EP-A-0 468 299 décrit par ailleurs un transformateur triphasé immergé dans l'huile, auquel est associé, pour chaque phase de primaire, un dispositif de protection comportant, branchés en série avec les enroulements de la phase primaire concernée, un disjoncteur monophasé commandé par un déclencheur à maximum de courant sensible au courant traversant le disjoncteur, et un fusible dont l'intensité du courant nominal est au moins 5 fois plus importante que l'intensité du courant nominal de phase du transformateur, et de manière préférentielle 10 ou 20 fois plus importante. Un tel dimensionnement permet de limiter le domaine d'intervention des fusibles aux courts-circuits primaires du transformateur, les autres incidents électriques, y compris les sur-courants primaires dus à des courts-circuits du côté secondaire du transformateur, étant pris en compte par le disjoncteur. La présence des fusibles permet en retour de choisir un disjoncteur de faibles performances, donc peu onéreux, ayant notamment un pouvoir de coupure relativement faible.
Toutefois, ce dispositif est situé à l'extérieur du transformateur. Il s'en suit un encombrement important et une complexité de montage sur site. En particulier, une distance de contournement importante dans l'air doit être préservée entre les connexions amont et aval du disjoncteur, du fait des très forts courant susceptibles de le traverser lors d'un court-circuit primaire. Le nombre important de connexions hors de la cuve du transformateur et dont l'isolement est difficile à maítriser, induit un risque supplémentaire de défaillance.
Ce problème est d'ailleurs accentué par le fait que le dispositif n'est pas actif vis-à-vis des courts-circuits en amont du fusible, notamment ceux générés par la liaison électrique entre le disjoncteur et le fusible. En effet, le fusible est branché en série entre le disjoncteur et le transformateur et le capteur de courant pilotant le déclenchement du disjoncteur est en aval du fusible. De ce fait, le courant de défaut en cas de court-circuit entre le disjoncteur et le fusible, traverse le disjoncteur avec une intensité qui dépasse son pouvoir de coupure, si bien que le disjoncteur n'est pas en mesure de couper le circuit. Le défaut entraíne alors une coupure au niveau d'un noeud amont du réseau, au détriment de la disponibilité globale.
De plus, le dispositif ne prévoit pas le déclenchement simultané des trois disjoncteurs associés chacun à une phase du primaire du transformateur. De ce fait, on peut assister dans certaines conditions à un déclenchement partiel dû à un défaut, laissant dans une phase non ouverte un courant de fuite qui reste inférieur au courant de déclenchement du disjoncteur ou qui induit un retardement important à la coupure, avec toutes les conséquences néfastes pour le circuit primaire (risques d'explosion) et/ou pour l'ensemble de l'installation (non sélectivité par rapport au poste source).
Le document US-A-4 323 871 décrit un appareillage de protection de circuit électrique, non spécifiquement dédié à la protection d'un transformateur, et comportant un disjoncteur et des fusibles, le tout immergé dans une cuve remplie d'huile. Le disjoncteur est destiné à couper les faibles courants de défaut alors que les fusibles sont destiner à couper les courant de défaut importants. Le disjoncteur comporte, dans sa version monophasée, une ampoule à vide conventionnelle avec un organe de contact fixe et un organe de contact mobile en translation dans le corps cylindrique de l'ampoule. L'organe de contact mobile comporte une tige reliée cinématiquement à un mécanisme d'ouverture et de fermeture avec un ressort d'ouverture. Ce mécanisme comporte un levier de manoeuvre permettant l'ouverture et la fermeture manuelle au travers de la cuve. Il comporte également un verrou d'ouverture en forme de came qui est rappelé élastiquement vers une position de repos. Un dispositif de déclenchement à bilame en U coopère avec la came et la retient dans une position active où elle bloque le mécanisme en position fermée. La bilame est parcourue par le courant traversant l'ampoule En cas de courant de défaut, elle s'incurve et libère la came, qui libère à son tour un cliquet d'ouverture agissant sur le ressort d'ouverture et provoquant l'ouverture du mécanisme. Un disjoncteur triphasé est dérivé du précédent par juxtaposition de trois disjoncteurs monophasés. Les mécanismes d'ouverture et de fermeture monophasés sont reliés mécaniquement entre eux, d'une part au niveau des cliquets d'ouverture, et d'autre part au niveau des leviers de manoeuvre, de manière à former un mécanisme unique permettant une ouverture et une fermeture simultanée ou quasi-simultanée des trois pôles du disjoncteur, à la fois sur défaut électrique et sur commande manuelle. Dans ces dispositifs, la bilame de chaque phase est branchée en série entre la traversée et l'ampoule à vide correspondante et est parcourue par le courant de phase. Elle introduit donc par sa présence un risque supplémentaire de défaut électrique, d'autant qu'elle constitue un conducteur mobile et non protégé directement plongé dans l'huile. De plus, la bilame est placée, pour des raisons constructives, directement en amont ou en aval du disjoncteur qu'elle commande. Elle ne peut donc pas prendre en compte les courts-circuits au niveau des traversées, ou entre la traversée et le disjoncteur.
L'invention vise donc à pallier les inconvénients de l'état de la technique et notamment à réaliser, à faible coût et dans le volume d'une cuve de transformateur immergé conventionnelle, une protection intégrée de grande sûreté, qui soit active pour des faibles surintensités tout en évitant les risques de fusion intempestives rencontrés dans les dispositifs à fusibles.
Plus généralement, l'invention vise à proposer, à faible coût et dans un volume réduit, un transformateur avec dispositif de protection intégré de fonctionnement sûr, qui soit apte à traiter à la fois les défauts internes et les défauts aux bornes secondaires. Rappelons que l'exigence de sûreté de fonctionnement d'un système implique que soient pris en compte simultanément : la sécurité du système, c'est à dire sa capacité à éviter un événement catastrophique ; sa fiabilité, c'est à dire sa probabilité de n'être pas défaillant sur une durée donnée ; sa disponibilité, c'est-à-dire sa probabilité de fonctionner à un instant donné, qui dépend elle-même de la fiabilité et de la maintenabilité du système, qui est sa probabilité d'être réparée dans un intervalle de temps donné. En l'espèce, l'exigence de sécurité implique que tous les défauts internes du transformateur qui sont susceptibles d'entraíner l'explosion de la cuve, entraínent la mise hors circuit du transformateur. L'exigence de fiabilité implique en particulier que la présence du dispositif de protection lui-même n'engendre pas de risque de défaillance supplémentaire. Les exigences de disponibilité et de maintenabilité impliquent quant à elles une bonne sélectivité dans le traitement des défauts interne nécessitant une intervention lourde sur le transformateur et le traitement des défauts sur le circuit secondaire à l'extérieur du transformateur pour lesquelles les interventions doivent être réduites au minimum.
Selon un premier aspect de l'invention, ces objectifs sont atteints grâce à un transformateur électrique triphasé comportant :
  • une cuve contenant un diélectrique liquide ou gazeux,
  • un circuit primaire triphasé et un circuit secondaire triphasé, comportant chacun des enroulements immergés dans le diélectrique, chaque phase du circuit primaire pénétrant dans la cuve par une traversée isolante,
  • un dispositif de protection comportant :
    • au moins deux fusibles immergés dans le diélectrique, les fusibles étant branchés en série chacun sur une phase du circuit primaire du transformateur entre la traversée isolante et les enroulements du circuit primaire et ayant un pouvoir de coupure suffisant pour assurer la coupure de la phase correspondante en cas de court-circuit triphasé du circuit primaire,
    • un disjoncteur multipolaire comportant, pour chaque phase munie d'un des fusibles, un pôle immergé dans le diélectrique et connecté en série sur ladite phase entre le fusible correspondant et les enroulements, chaque pôle comportant des organes de contact aptes à prendre l'un par rapport à l'autre une position de contact dans laquelle ils assurent le passage du courant et une position de séparation, le disjoncteur comportant en outre un mécanisme d'ouverture commun à l'ensemble des pôles, apte à faire passer les organes de contacts de leur position de contact à leur position de séparation,
    • des moyens de déclenchement associés au mécanisme d'ouverture du disjoncteur et comportant un dispositif déclencheur à maximum de courant,
les fusibles, le disjoncteur et les moyens de déclenchement étant associés de telle manière que dans des conditions correspondant à un court-circuit aux bornes du circuit secondaire, les organes de contact du disjoncteur se séparent et interrompent le courant sans que ne débute une fusion des fusibles, et qu'il existe une valeur seuil d'intensité du courant traversant chaque fusible, inférieure au pouvoir de coupure du pôle correspondant du disjoncteur et au delà de laquelle la fusion du fusible est achevée avant qu'un ordre de séparation des organes de contact donné par le dispositif déclencheur à maximum de courant ait pu entraíner la séparation des contacts.
Selon un deuxième aspect de l'invention, ces objectif sont atteints grâce à un transformateur électrique monophasé comportant :
  • une cuve contenant un diélectrique liquide ou gazeux
  • un circuit primaire et un circuit secondaire, comportant chacun un ou plusieurs enroulements immergés dans le diélectrique, la phase du circuit primaire pénétrant dans la cuve par une traversée isolante,
  • un dispositif de protection comportant :
    • au moins un fusible immergé dans le diélectrique, branché en série sur la phase du circuit primaire du transformateur entre la traversée isolante et le ou les enroulements du circuit primaire et ayant un pouvoir de coupure suffisant pour assurer la coupure de la phase correspondante en cas de court-circuit du circuit primaire,
    • un disjoncteur comportant un pôle immergé dans le diélectrique, connecté en série entre le fusible et les enroulements, et comportant des organes de contact aptes à prendre l'un par rapport à l'autre une position de contact dans laquelle ils assurent le passage du courant et une position de séparation, le disjoncteur comportant en outre un mécanisme d'ouverture apte à faire passer les organes de contacts de leur position de contact à leur position de séparation,
    • des moyens de déclenchement associés au mécanisme d'ouverture du disjoncteur et comportant un dispositif déclencheur à maximum de courant,
le fusible, le disjoncteur et les moyens de déclenchement étant associés de telle manière que dans des conditions correspondant à un court-circuit aux bornes du circuit secondaire, les organes de contact du disjoncteur se séparent et interrompent le courant sans que ne débute une fusion du fusible, et qu'il existe une valeur seuil d'intensité du courant traversant le fusible, inférieure au pouvoir de coupure du pôle correspondant du disjoncteur et au delà de laquelle la fusion du fusible est achevée avant qu'un ordre de séparation des organes de contact donné par le dispositif déclencheur à maximum de courant ait pu entraíner la séparation des contacts.
Les développements ci-après, plus focalisés sur l'ensemble triphasé, s'appliquent également au transformateur monophasé, sauf précision contraire.
La présence d'un disjoncteur dans le dispositif de protection permet de limiter l'indisponibilité en cas de défaut sur le circuit secondaire. Il suffit alors, après disparition de la cause du défaut, de refermer le disjoncteur, manoeuvre qui n'exige pas de grosse intervention sur site, et peut même être le cas échéant effectuée à distance, si le disjoncteur est muni d'une télécommande de fermeture électrique. L'ouverture de l'ensemble des pôles du disjoncteur étant simultanée, tout risque de coupure partielle du transformateur, c'est à dire de coupure d'un nombre insuffisant de phases, laissant fermée une des boucles de courant du circuit primaire, est écarté.
Du fait de l'immersion des pôles du disjoncteur et des fusibles dans la cuve du disjoncteur, il est possible de proposer un ensemble monté en usine, pour lequel la mise en place sur site est réduite, ce qui diminue notablement les risques de défaillance engendrés par le dispositif de protection. La disposition des fusibles en amont du disjoncteur permet de traiter les risques de défauts électriques induits par la présence du disjoncteur.
L'immersion du mécanisme d'ouverture offre quant à elle une protection anticorrosion et une lubrification qui sont favorables du point de vue du vieillissement. La fiabilité globale en est accrue.
Il est possible de prévoir des pôles de très faibles dimensions du fait d'une part des faibles performances de coupure exigées du disjoncteur, et d'autre part de l'immersion dans le diélectrique, qui permet de réduire la distance de contournement du disjoncteur, c'est-à-dire la distance entre ses connexions amont et aval.
En ce qui concerne spécifiquement le transformateur triphasé, notons que l'on peut monter idéalement sur chaque phase un fusible et un pôle du disjoncteur, mais que l'on peut également prévoir de ne munir que deux des trois phases d'un fusible et d'un pôle du disjoncteur, ce qui est suffisant pour interrompre le courant dans l'ensemble du circuit primaire et permet par ailleurs de réduire les coûts, ceci à condition d'admettre la perte de sélectivité vis-à-vis des moyens de protection du réseau en amont du transformateur dans les cas de défaut à la terre.
Avantageusement, le dispositif déclencheur à maximum de courant comprend au moins un moyen de mesure pour mesurer l'intensité du courant circulant dans une phase du circuit primaire du transformateur. En pratique, le capteur est un transformateur de courant. Une telle disposition assure qu'un court-circuit dans la cuve entre une phase et la terre en un point situé entre le fusible et le pôle correspondant du disjoncteur, qui donne lieu à fusion de ce fusible, soit vue par les moyens de déclenchement de manière à assurer la séparation totale du transformateur. Il est particulièrement avantageux de le moyen de mesure mesure le courant circulant en un point situé en amont du fusible, de préférence hors de la cuve, en amont de la traversée. On assure ainsi que tous les défauts à l'intérieur de la cuve, y compris les défauts au niveau de la traversée ou de sa connexion au fusible seront vu par le capteur et entraíneront l'ouverture du disjoncteur. Afin d'éviter les cas de déclenchement pour défauts externes à la cuve, il est alors indiqué de choisir un point de mesure aussi proche que possible de la traversée. Un choix particulièrement avantageux est de disposer un tore de transformateur de courant sur la partie de la traversée externe à la cuve, ou à proximité immédiate de celle-ci.
Selon un mode de réalisation avantageux, le ou les fusibles ont une forme allongée avec deux extrémités conductrices destinées à leur connexion amont du côté de la traversée et aval du côté du disjoncteur, situées de part et d'autre d'une partie médiane dont la surface externe est isolée, et en ce que, pour chaque phase munie d'un fusible, les parties conductrices situées entre la traversée isolante et la surface externe isolée de la partie médiane du fusible sont enveloppées par un isolant solide. En effet, la jonction électrique entre la traversée et le fusible est le seul point de l'installation non protégé par l'association fusible et disjoncteur. C'est donc un point vulnérable sur le plan de la sécurité de l'installation. L'isolement solide offre de ce fait une bonne garantie d'absence de défaut. Alternativement, et de façon préférentielle, le ou les fusibles ont une forme allongée avec deux extrémités conductrices destinées à leur connexion amont du côté de la traversée et aval du côté du disjoncteur, situées de part et d'autre d'une partie médiane dont la surface externe est constituée d'un isolant, et en ce que pour chaque phase munie d'un fusible, le fusible constitue avec la traversée un sous-ensemble monobloc et en ce que la surface extérieure de ce sous-ensemble, dans sa partie interne à la cuve, comprenant la traversée, l'extrémité conductrice amont et la partie médiane du fusible, est constituée d'un ou plusieurs isolants solides formant une isolation solide sans interruption. On élimine alors tout risque de court-circuit primaire à l'intérieur de la cuve en amont du fusible, donc tout risque de défaut entraínant l'explosion de la cuve.
Pour affiner la protection vis-à-vis des défauts internes, il est avantageux de prévoir que les moyens de déclenchement comportent en outre un dispositif déclencheur commandant l'ouverture du disjoncteur lorsqu'au moins un paramètre représentatif de l'état dudit diélectrique dépasse un seuil déterminé. En pratique, différents paramètres physiques de l'état du diélectrique sont accessibles: la pression du liquide, sa température, le niveau du liquide dans la cuve, mais aussi la présence de gaz dans la cuve qui permet entre autres de détecter une décomposition gazeuse du diélectrique ou d'un isolant solide, par exemple par un arc de faible puissance entre spires sur l'un des enroulements du transformateur. Il est également avantageux de prévoir un déclenchement du disjoncteur en fonction de certaines caractéristiques du circuit secondaire (courant secondaire) ou primaire (fusion d'un ou plusieurs fusibles).
On peut également prévoir, en alternative ou conjointement avec le capteur de courant au primaire du transformateur que le dispositif déclencheur à maximum de courant comprenne au moins un moyen de mesure pour mesurer l'intensité du courant circulant dans une phase du circuit secondaire du transformateur. Du fait de la saturation potentielle du circuit magnétique du transformateur, il n'est pas toujours satisfaisant de prendre l'information de déclenchement du disjoncteur sur le circuit primaire. En pratique il est possible d'équiper une ou plusieurs branches du circuit secondaire, de préférence chacune des phases et le cas échéant le neutre, d'un capteur de courant. Selon un mode de réalisation, les deux moyens de mesure du courant sont en outre associés dans un dispositif de protection différentielle du transformateur. Un dispositif de ce type est décrit par exemple dans le document FR-A-2 14 771 intégré sur ce point ici par référence.
Préférentiellement, le ou les fusibles, le disjoncteur et les moyens de déclenchement sont associés de telle manière que si le fusible ou l'un des fusibles fond, les moyens de déclenchement donnent un ordre de séparation des contact. Il existe un domaine de valeurs de l'intensité du courant - à savoir : les valeurs dépassant la valeur seuil d'intensité au delà de laquelle la fusion du fusible est achevée avant qu'un ordre de séparation des organes de contact donné par les moyens de déclenchement ait pu entraíner la séparation des contacts - pour lequel la séparation des contacts des pôles du disjoncteur est postérieure à la fusion d'au moins un des fusibles. Il existe également un domaine de valeurs de l'intensité du courant de phase primaire - à savoir : les valeurs comprises entre la valeur correspondant à un court-circuit secondaire et la valeur seuil définie précédemment - pour lesquelles l'ordre dans lequel se succèdent la fusion du ou des fusibles et la séparation des contacts, est indifférent. Dans ce domaine en effet, le courant de défaut est inférieur au pouvoir de coupure du disjoncteur et a fortiori au pouvoir de coupure des fusibles.
Préférentiellement, le ou les fusibles sont limiteurs. On assure ainsi que le courant circulant dans le circuit primaire durant la fusion des fusibles reste à un niveau admissible.
De façon particulièrement avantageuse chaque pôle du disjoncteur comporte une ampoule à vide immergée dans le diélectrique. Du fait de la présence des fusibles assurant la protection dans les cas de courant de court-circuit de forte intensité, il est possible d'utiliser des ampoules à vide de faibles performances, très peu encombrantes. La faible distance de contournement de l'ampoule à vide, c'est-à-dire la faible distance entre les connexions amont et aval de l'ampoule, n'engendre alors aucun problème supplémentaire, puisque les connexions baignent dans l'huile qui assure une bonne isolation électrique. L'ampoule à vide offre donc un compromis tout à fait favorable en termes d'encombrement, de performance et de coût.
De préférence, le disjoncteur comporte un mécanisme de fermeture apte à faire passer les organes de contact de leur position séparée à leur position de contact, comportant un organe de manoeuvre accessible de l'extérieur de la cuve, le mécanisme d'ouverture étant apte à provoquer l'ouverture du ou des pôles du disjoncteur quel que soit l'état du mécanisme de fermeture. Il est alors possible, dans le cas où le déclenchement a une origine extérieure au transformateur, de remettre celui-ci en service sans ouverture de la cuve. La priorité à l'ouverture permet éviter toute détérioration du transformateur dans le cas d'un maintien du défaut au moment de la fermeture.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre de différents modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés dans lesquels:
  • la figure 1 représente un schéma électrique d'un transformateur selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
  • la figure 2 représente une coupe d'un agencement correspondant au premier mode de réalisation de l'invention ;
  • la figure 3 représente une coupe dans un plan perpendiculaire au plan de la figure 1 ;
  • la figure 4 représente un diagramme où sont portées les caractéristiques temps courant du disjoncteur et des fusibles du transformateur ;
  • la figure 5 représente schématiquement les éléments d'un transformateur selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ;
  • la figure 6 représente un schéma électrique d'un troisième mode de réalisation de l'invention ;
  • la figure 7 représente schématiquement les éléments d'un transformateur selon un quatrième mode de réalisation de l'invention.
En référence aux figures 1 à 3, un transformateur moyenne tension basse tension triphasé 1 comporte des enroulements primaires 2 et secondaires 3 immergés dans une cuve 4 contenant un liquide diélectrique 5, en pratique de l'huile. Chaque phase du circuit primaire du transformateur pénètre dans la cuve 4 par l'intermédiaire d'une pièce multifonctions 6 comportant une traversée moyenne tension 7.
La pièce multifonctions 6 comporte dans sa partie externe à la cuve 4 une zone d'embrochage 8 spécifique et dans sa partie interne à la cuve une zone d'enfichage 9 d'une tête 10 d'un fusible 11. Le fusible 11 est un fusible limiteur conventionnel, avec une partie médiane formant un corps 12 dont la paroi externe est cylindrique et isolante, et deux extrémités - la tête 10 et le pied 13 - en métal. La zone d'enfichage 9 comporte une paroi externe tubulaire en matériau élastomère électriquement isolant, dont l'extrémité inférieure coopère avec le corps 12 du fusible 11 de manière à faire étanchéité entre la tête 10 du fusible et l'huile 5. L'extrémité supérieure de cette paroi tubulaire fait une étanchéité avec la zone d'embrochage 8. La pièce multifonctions 6 constitue de ce fait, avec le fusible 11 monté, un ensemble monobloc dont les parois externes forment une isolation solide sans interruption entre la traversée 7 et la partie médiane 12 du fusible 11. On s'assure ainsi que tout défaut électrique en amont du fusible 11 est en fait extérieur à la cuve 4, et n'engendre par conséquent aucun risque d'explosion de celle-ci.
L'autre extrémité du fusible 11 est reliée à une plage de connexion côté source 14 d'un module disjoncteur 15, par l'intermédiaire d'une liaison électrique 16 comportant un conducteur électrique gainé.
Le module disjoncteur 15 comporte, pour chaque phase, une ampoule à vide 17 de structure conventionnelle, avec un corps 18 formant une chambre cylindrique contenant un organe de contact fixe 19 et un organe de contact mobile 20 guidé axialement dans l'ampoule et prolongé par une tige de commande 21. Une ampoule de ce type est décrite par exemple dans le document US-A-4 323 871 dont l'exposé est incorporé ici sur ce point par référence. Un mécanisme d'ouverture et de fermeture 22 de ce disjoncteur est également du type décrit dans le document US-A-4 323 871 dont l'exposé est sur ce point incorporé ici par référence. Ce mécanisme 22 est pourvu d'un levier de manoeuvre 23 accessible de l'extérieur de la cuve 4, qui permet l'ouverture et la fermeture manuelle.
La plage de connexion côté charge 24 du module disjoncteur 15 est reliée aux enroulements primaires 2 du transformateur 1 par l'intermédiaire d'un changeur de prise 25. Le changeur de prise est du type décrit par exemple dans le document US-A4 504 811, dont l'exposé est incorporé sur ce point ici par référence. Il possède une barrette fixe de connexion assurant des départs vers différents points des enroulements primaires, et une barrette mobile portant les points de connexions aux plages aval du disjoncteur. Le déplacement de la barrette mobile permet, simultanément pour chaque phase du primaire, la connexion de la plage côté charge du disjoncteur sélectivement à l'un des points de départ vers l'enroulement primaire correspondant.
La cuve 4 est étanche ou quasi-étanche (ce dernier terme recouvrant le cas des cuves comportant par exemple une tubulure d'assèchement d'air de faible dimension) et le niveau d'huile est tel que la zone d'enfichage 9, les fusibles 11 et les ampoules à vide 17, de même que les parties mobiles du mécanisme 22 du disjoncteur 15, autres que le levier de manoeuvre 23, sont immergés.
A proximité de la traversée moyenne tension 7, à l'extérieur de la cuve 4, est disposé un tore 26 de transformateur de mesure 27 donnant une mesure de l'intensité du courant circulant dans la traversée. Un dispositif de déclenchement à maximum de courant 28 reçoit le signal et commande le mécanisme d'ouverture et de fermeture 22 du module disjoncteur 15.
Le diagramme temps courant de la figure 4 permet de visualiser le comportement du dispositif. Ont été portés sur ce diagramme : en ordonnée le temps et en abscisse l'intensité du courant de phase. On a représenté d'une part la courbe de déclenchement 40 du disjoncteur et d'autre part la courbe de fusion 41 du fusible de la phase correspondante.
Par rapport au courant nominal IN, le disjoncteur admet une surcharge IS sans déclencher. La courbe de déclenchement 40 du disjoncteur s'infléchit au delà d'IS de façon à ce qu'à une valeur seuil ICCBT correspondant à l'intensité du courant circulant dans une phase du primaire lors d'un court-circuit triphasé au secondaire du transformateur, le disjoncteur ait un temps de déclenchement court, dans cet exemple 0,1 seconde. La courbe de fusion 41 du fusible est, dans cette zone, bien au dessus de la courbe de coupure du disjoncteur, puisque la fusion n'aurait lieu qu'après 3 secondes d'exposition au courant. En pratique ceci se traduit par le fait qu'en cas de court-circuit au secondaire du transformateur, le disjoncteur commandé par son relais à maximum de courant coupe le courant dans le primaire du transformateur avant que les fusibles n'aient le temps de s'échauffer notablement.
Au delà de la valeur seuil ICCBT, il existe une valeur seuil IF, inférieure au pouvoir de coupure IC du disjoncteur, à laquelle les courbes de déclenchement 40 du disjoncteur et de fusion 41 des fusibles se croisent. Ceci signifie que si un court-circuit sur le circuit primaire du transformateur 1 provoque un courant d'intensité supérieure à IF sur une phase au moins, la fusion du ou des fusibles 11 exposés à ce courant sera achevée avant qu'un ordre de déclenchement n'ait été transmis au disjoncteur 15 par le dispositif de déclenchement 28. Toutefois, l'un des capteurs de courant 27 aura bien vu passer le courant de court circuit et le dispositif de déclenchement 28 provoquera a posteriori l'ouverture du disjoncteur 15. Cette disposition permet de s'assurer que l'ensemble du circuit primaire est isolé, même si le court-circuit n'a provoqué que la fusion d'un seul fusible 11.
D'autres modes de déclenchement du disjoncteur sont prévus. En particulier, on prévoit un ou plusieurs capteurs 29 de données représentatives de l'état du diélectrique, reliés à un dispositif de déclenchement 30. Dans le cas présent d'un diélectrique liquide, ces données comprennent par exemple des mesures du niveau du liquide, de sa température, de sa pression, ou de la présence d'un gaz dans la cuve.
Selon un deuxième mode de réalisation, représenté sur la figure 5, un sous-ensemble multifonctions monobloc 50 comporte une pièce de connexion moyenne tension 51, une liaison électrique souple 52, une traversée 53 et une pièce d'enfichage 54 de la tête de fusible. La liaison souple 52 comporte une âme 55 comportant une tresse métallique ou un câble fin. Le sous-ensemble comporte un revêtement extérieur 56 moulé en matériau élastomère isolant. Une bride 57 permet la fixation à la cuve 4. On obtient ainsi une isolation électrique sans interruption entre la partie médiane du fusible 11 et la connexion moyenne tension 51 extérieure à la cuve. Ce dispositif a l'avantage supplémentaire par rapport au précédent d'éliminer une pièce de connexion avec l'appareillage moyenne tension côté source.
Les mêmes principes s'appliquent en monophasé, comme en atteste la figure 6 représentant le schéma électrique d'un troisième mode de réalisation de l'invention. Un unique capteur de courant est alors suffisant pour assurer la commande du disjoncteur.
Un quatrième mode de réalisation, illustré sur la figure 7, diffère du premier mode essentiellement par la structure de la traversée et de la connexion amont du fusible de chaque phase. La traversée est reliée à la connexion de tête du fusible limiteur 8, par l'intermédiaire d'une liaison électrique 58 constituée d'un conducteur gainé. Cette disposition, moins performante, est toutefois également moins onéreuse puisqu'elle réduit le nombre de pièces spécifiques.
Les exemples de réalisations ci-dessus ont été pris dans le domaine des transformateurs moyenne tension basse tension. L'invention est toutefois également applicable à d'autres types de transformateurs, notamment à des transformateurs sources moyenne tension. Le branchement du primaire du transformateur peut être indifféremment en triangle ou en étoile. Dans ce dernier cas, il peut être utile de disposer sur la traversée du neutre un capteur de courant apte à piloter le dispositif à maximum de courant.
Par ailleurs, il est possible d'envisager d'autres types de disjoncteur que les disjoncteurs à vide. L'invention trouve également à s'appliquer avec un diélectrique gazeux, notamment du SF6.

Claims (12)

  1. Transformateur électrique triphasé (1) comportant :
    une cuve (4) contenant un diélectrique liquide ou gazeux (5),
    un circuit primaire triphasé et un circuit secondaire triphasé, comportant chacun des enroulements (2,3) immergés dans le diélectrique, chaque phase du circuit primaire pénétrant dans la cuve (4) par une traversée isolante (7),
    un dispositif de protection comportant :
    au moins deux fusibles (11) immergés dans le diélectrique (5), les fusibles étant branchés en série chacun sur une phase du circuit primaire du transformateur (1) entre la traversée isolante (7) et les enroulements (2) du circuit primaire et ayant un pouvoir de coupure suffisant pour assurer la coupure de la phase correspondante en cas de court-circuit triphasé du circuit primaire,
    un disjoncteur multipolaire (15) comportant, pour chaque phase munie d'un des fusibles (11), un pôle immergé dans le diélectrique (5) et connecté en série sur ladite phase entre le fusible (11) correspondant et les enroulements (2), chaque pôle comportant des organes de contact (19, 20) aptes à prendre l'un par rapport à l'autre une position de contact dans laquelle ils assurent le passage du courant et une position de séparation, le disjoncteur (15) comportant en outre un mécanisme d'ouverture (22) commun à l'ensemble des pôles, apte à faire passer les organes de contacts (19, 20) de leur position de contact à leur position de séparation,
    des moyens de déclenchement (28, 30) associés au mécanisme d'ouverture (22) du disjoncteur (15) et comportant un dispositif déclencheur à maximum de courant (28),
    les fusibles (11), le disjoncteur (15) et les moyens de déclenchement (28, 30) étant associés de telle manière que dans des conditions correspondant à un court-circuit aux bornes du circuit secondaire, les organes de contact (19, 20) du disjoncteur (15) se séparent et interrompent le courant sans que ne débute une fusion des fusibles (11), et qu'il existe une valeur seuil d'intensité du courant traversant chaque fusible, inférieure au pouvoir de coupure du pôle correspondant du disjoncteur (15) et au delà de laquelle la fusion du fusible (11) est achevée avant qu'un ordre de séparation des organes de contact (19, 20) donné par le dispositif déclencheur à maximum de courant (28) ait pu entraíner la séparation des organes de contact (19, 20).
  2. Transformateur électrique monophasé (1) comportant :
    une cuve (4) contenant un diélectrique liquide ou gazeux (5) ;
    un circuit primaire et un circuit secondaire, comportant chacun un ou plusieurs enroulements (2, 3) immergés dans le diélectrique (5), la phase du circuit primaire pénétrant dans la cuve (4) par une traversée isolante (7),
    un dispositif de protection comportant :
    au moins un fusible (11) immergé dans le diélectrique (5), branché en série sur la phase du circuit primaire du transformateur (1) entre la traversée isolante (7) et le ou les enroulements du circuit primaire (2) et ayant un pouvoir de coupure suffisant pour assurer la coupure de la phase correspondante en cas de court-circuit du circuit primaire,
    un disjoncteur (15) comportant un pôle immergé dans le diélectrique (5), connecté en série entre le fusible (11) et les enroulements du circuit primaire (2), et comportant des organes de contact (19, 20) aptes à prendre l'un par rapport à l'autre une position de contact dans laquelle ils assurent le passage du courant et une position de séparation, le disjoncteur (15) comportant en outre un mécanisme d'ouverture (22) apte à faire passer les organes de contact (19, 20) de leur position de contact à leur position de séparation,
    des moyens de déclenchement (28, 30) associés au mécanisme d'ouverture (22) du disjoncteur (15) et comportant un dispositif déclencheur à maximum de courant (28),
    le fusible (11), le disjoncteur (15) et les moyens de déclenchement (28, 30) étant associés de telle manière que dans des conditions correspondant à un court-circuit aux bornes du circuit secondaire, les organes de contact (19, 20) du disjoncteur (15) se séparent et interrompent le courant sans que ne débute une fusion du fusible (11), et qu'il existe une valeur seuil d'intensité du courant traversant le fusible (11), inférieure au pouvoir de coupure du pôle correspondant du disjoncteur (15) et au delà de laquelle la fusion du fusible (11) est achevée avant qu'un ordre de séparation des organes de contact (19, 20) donné par le dispositif déclencheur à maximum de courant (28) ait pu entraíner la séparation des organes de contact.
  3. Transformateur selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif déclencheur à maximum de courant (28) comprend au moins un moyen de mesure (27) pour mesurer l'intensité du courant circulant dans une phase du circuit primaire du transformateur (1).
  4. Transformateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen de mesure (27) mesure le courant circulant en un point situé en amont du ou des fusibles (11), en particulier hors de la cuve (4), en amont de la traversée (7).
  5. Transformateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou les fusibles (11) ont une forme allongée avec deux extrémités conductrices (10, 13) destinées à leur connexion amont du côté de la traversée (7) et aval du côté du disjoncteur (15), situées de part et d'autre d'une partie médiane (12) dont la surface externe est isolée, et en ce que, pour chaque phase munie d'un fusible (11), les parties conductrices situées entre la traversée isolante (7) et la surface externe isolée de la partie médiane (12) du fusible sont enveloppées par un isolant solide.
  6. Transformateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou les fusibles (11) ont une forme allongée avec deux extrémités conductrices (10, 13) destinées à leur connexion amont du côté de la traversée (7) et aval du côté du disjoncteur (15), situées de part et d'autre d'une partie médiane (12) dont la surface externe est constituée d'un isolant, et en ce que pour chaque phase munie d'un fusible (11), le fusible (11) constitue avec la traversée (7) un sous-ensemble monobloc et en ce que la surface extérieure de ce sous-ensemble, dans sa partie interne à la cuve (4), comprenant la traversée (7), l'extrémité conductrice amont (10) et la partie médiane (12) du fusible (11), est constituée d'un ou plusieurs isolants solides formant une isolation solide sans interruption.
  7. Transformateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de déclenchement (28, 30) comportent en outre un dispositif déclencheur (30) commandant l'ouverture du disjoncteur lorsqu'au moins un paramètre représentatif de l'état dudit diélectrique dépasse un seuil déterminé.
  8. Transformateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif déclencheur à maximum de courant (28) comprend au moins un moyen de mesure pour mesurer l'intensité du courant circulant dans une phase du circuit secondaire du transformateur.
  9. Transformateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou les fusibles (11), le disjoncteur (15) et les moyens de déclenchement (28, 30) sont associés de telle manière que si le fusible ou l'un des fusibles fond, les moyens de déclenchement (28, 30) donnent un ordre de séparation des organes de contact.
  10. Transformateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou les fusibles (11) sont limiteurs.
  11. Transformateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque pôle du disjoncteur comporte une ampoule à vide (17) immergée dans le diélectrique (5).
  12. Transformateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le disjoncteur (15) comporte un mécanisme de fermeture (22) apte à faire passer les organes de contact (19, 20) de leur position séparée à leur position de contact, comportant un organe de manoeuvre (23) accessible de l'extérieur de la cuve (4), le mécanisme d'ouverture (22) étant apte à provoquer l'ouverture du ou des pôles du disjoncteur quel que soit l'état du mécanisme de fermeture (22).
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