EP1267368B1 - Transformateur de distribution auto-protégé par un disjoncteur déclenchant sur court-circuit secondaire - Google Patents

Transformateur de distribution auto-protégé par un disjoncteur déclenchant sur court-circuit secondaire Download PDF

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EP1267368B1
EP1267368B1 EP20020354044 EP02354044A EP1267368B1 EP 1267368 B1 EP1267368 B1 EP 1267368B1 EP 20020354044 EP20020354044 EP 20020354044 EP 02354044 A EP02354044 A EP 02354044A EP 1267368 B1 EP1267368 B1 EP 1267368B1
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EP
European Patent Office
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blade
circuit
primary
circuit breaker
tank
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Jacques Schneider Electric Industries SA Fabbro
Philippe Schneider Electric Industr. SA Maréchal
Christophe Schneider Electric Industr. SA Preve
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Schneider Electric Industries SAS
Original Assignee
Schneider Electric Industries SAS
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    • 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
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/24—Electromagnetic mechanisms
    • H01H71/2472—Electromagnetic mechanisms with rotatable armatures
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/44—Automatic release mechanisms with or without manual release having means for introducing a predetermined time delay
    • H01H71/443—Automatic release mechanisms with or without manual release having means for introducing a predetermined time delay with dash-pot

Definitions

  • the invention relates to a primary MV / MV or secondary MV / LV distribution transformer, the windings of which are immersed in a liquid or a dielectric gas contained in a tank, and which is provided with an integrated protection device for to limit the effects of an internal transformer failure as well as failures at the secondary terminals of the transformer. More precisely, it relates to a transformer whose protection device is disposed inside the transformer tank, forming with the latter a functional and material unit which is called a self-protected transformer.
  • the protection device is connected to the primary circuit and comprises a circuit breaker controlled by tripping means and fuses, arranged upstream of the circuit breaker.
  • the fuses, the circuit breaker and the tripping means are associated in such a way that under conditions corresponding to a short-circuit at the terminals of the secondary circuit of the transformer, the contact elements of the circuit-breaker separate and interrupt the current without starting a melting the fuses, and that there exists a threshold value of the current flowing through each fuse, less than the breaking capacity of the corresponding pole of the circuit breaker and beyond which the fuse is melted before a separation order contact members given by the tripping means could cause the separation of the contacts.
  • the triggering means comprise a current triggering device comprising a means for measuring the intensity of the current flowing in a secondary phase of the transformer.
  • the document does not specify how the information obtained by the measuring means must be transmitted to the triggering means. But the means of measurement are located near the secondary phase conductors, while the circuit breaker is located on the primary side of the transformer, away from the secondary phase conductors.
  • the invention therefore aims at providing a self-protected transformer whose triggering means are simple and reliable over the lifetime of the installation, more than 20 years.
  • the triggering device is disposed inside the tank, so that the transformer constitutes, with its means of protection, a functional and material unit delimited by the tank, which corresponds very exactly to the concept of self-protected transformer.
  • the electromechanical relay of each phase is intended to be disposed closer to the secondary phase conductors, while the circuit breaker is disposed in the primary circuit.
  • the transmission kinematic chain allows mechanical transmission of the tripping order from one to the other. It also provides the logical "OR" function between the trip commands that may be given by the relays of each of the phases. This avoids any electronic transmission device, by nature less reliable over the lifetime of the equipment concerned.
  • the mechanical transmission chain by definition, only transmits the kinetic energy delivered by the relay, up to the tripping latch of the circuit breaker. It does not implement an energy storage intermediate mechanism, for example a spring mechanism released by an intermediate lock. In other words, the energy required to move the latch of the circuit breaker from its lock position to its trip position is provided by the electromechanical relay and not by any other accumulation system.
  • This type of direct drive is possible because the electromagnetic power available in case of secondary short circuit is sufficiently large, so that we can recover some of this power at low cost using a simple electromechanical converter, to drive the transmission kinematic chain.
  • the overcurrent triggering device further comprises, for each pallet, a timer device, introducing a delay between the setting in motion of the pallet and the arrival of the trigger lock in the release position.
  • This timer introduces a delay in the response of the electromechanical relay, which ensures the chronometric selectivity between the transformer circuit breaker and the protection means located downstream of the transformer.
  • the timer delays the opening order of the circuit breaker, leaving the circuit breakers and / or fuses located downstream of the transformer, outside the tank, on the secondary network, the time to cut the circuit breaker. line responsible for the defect.
  • the timer device of each pallet comprises a dissipating element of the energy by friction, and applying to the pallet a resistant force all the more important that the pallet has a significant kinetic energy.
  • the dielectric is a viscous liquid, the timer device comprising at least one brake immersed in said viscous dielectric. The desired function is thus obtained very economically.
  • the timer device of each pallet comprises a link with a dead stroke such that the pallet does not drive the output member until the pallet has covered a dead stroke between the rest position and the trigger order position.
  • the transmission kinematic chain comprises a transmission shaft and, for each secondary phase, unidirectional coupling means between the pallet and the transmission shaft, able to transmit to the transmission shaft the force motor electromagnetic applied by the magnetic circuit fixed to the pallet.
  • the transmission shaft is provided with a return spring to a rest position.
  • the fixed magnetic circuit comprises for each secondary phase a piece of ferromagnetic material having an air gap, the pallet also being made of a ferromagnetic material and disposed in the gap so as to form with the piece of ferromagnetic material a magnetic circuit with variable reluctance having a reluctance that decreases as the pallet moves from the home position to the trip order position.
  • the pallet Once the threshold defined by the elastic return means is exceeded, the pallet begins to move to its trigger order position. As soon as this movement starts, the reluctance of the magnetic circuit decreases, therefore, at constant current intensity in the secondary phase concerned, the instantaneous power and the electromagnetic force transmitted to the pallet increase.
  • the motion continues inevitably until the pallet has reached the trip order position. If, on the other hand, the short-circuit conditions disappear before the pallet concerned has reached its triggering order position, the electromagnetic driving force on the pallet instantly disappears while the pallet is subjected to the restoring force of the elastic return means. and that the timer device is opposed to further movement of the pallet.
  • the inertia of the pallet and the transmission chain being negligible compared to the other quantities involved, there is consequently a near-immediate stop of the pallet, then its return to the rest position.
  • the tripping means of the circuit breaker further comprise a transducer sensitive to the temperature and / or the pressure of the dielectric fluid in the tank, and passing from a deactivated position to an activated position when the fluid temperature exceeds a threshold of given temperature and / or that the pressure of the fluid passes a given pressure threshold, the transmission kinematic chain being arranged such that when the transducer goes from its deactivated position to its activated position, the transmission kinematic chain causes the lock towards its trigger position.
  • the circuit breaker must also prevent faults occurring inside the transformer.
  • the temperature of the fluid and its pressure are good indicators of the correct operation of the transformer and it is particularly advantageous to use the same transmission chain for all the triggering means.
  • the set obtained is particularly inexpensive.
  • the protection device further comprises, for each primary phase, arranged in the tank, in the primary electrical circuit in series between the primary bushings and the circuit breaker, fuses having a breaking capacity sufficient to ensure the breaking of the phase corresponding in case of short circuit of the primary circuit.
  • the main function of fuses is to deal with the case of the primary short circuit.
  • a three-phase distribution transformer MT / MT or MT / BT 10 comprises, inside a sealed tank 12 containing a dielectric fluid 14, in this case a high dielectric strength oil having a higher viscosity than the water, a primary electrical circuit 16 and a secondary electrical circuit 18.
  • the primary electrical circuit 16 connects primary vias 20, disposed on a cover 22 of the tank 12, to the primary windings 24 of the transformer.
  • An electrical protection device internal to the tank is arranged in series between the bushings 20 and the primary windings 24, so as to cut off the power supply of the primary windings 24 in the event of an electrical fault.
  • This protection device comprises fuses 26 located as close as possible to the primary bushings 24, possibly partially inserted into the primary bushings 24, and a circuit-breaker 28 arranged downstream of the fuses 26.
  • fuses 26 located as close as possible to the primary bushings 24, possibly partially inserted into the primary bushings 24, and a circuit-breaker 28 arranged downstream of the fuses 26.
  • the secondary electrical circuit 18 of the transformer 10 connects the secondary windings 30 of the transformer 10 to the secondary feedthroughs 32, via secondary phase conductors 34 and, if appropriate, a distribution conductor of the neutral 36.
  • trigger 40 ensure the tripping of the circuit breaker.
  • electromechanical relays 42 sensitive to the currents flowing in the phases 34 of the secondary circuit of the transformer, and possibly a transducer 44 sensitive to the pressure of the dielectric fluid and / or a transducer 46 sensitive to the temperature of the dielectric fluid.
  • a kinematic chain 50 transmits the trip commands from the different electromechanical relays 42 and transducers 44, 46 to the circuit breaker 28.
  • the circuit breaker 28 is supported by a frame 52 fixed on the inner face of the cover 22 of the transformer tank.
  • This circuit breaker comprises a drive mechanism (not shown) of a switching shaft 54, this shaft carrying three cranks 56 each driving a movable contact 58 of a vacuum interrupter 60.
  • the mechanism is controlled by a trigger latch 62 which pivots about a fixed geometrical axis with respect to the frame, between a locking position in which it locks the mechanism in the closed position of the contacts, and a release position in which it releases the mechanism that causes the separation of the contacts.
  • the trigger lock is returned to the locking position by a return spring not shown.
  • the conductors 34, 36 of the secondary circuit consist of metal bars passing through the transformer cover at the bushings.
  • the secondary bushings 32 are arranged at a distance from the circuit breaker 28. Indeed, although it has not been shown on the Figures 2 to 4 For the sake of clarity, the primary vias 20 and the primary fuses 26, however, can be distinguished on the cover 22 through the through holes 64 of the primary vias 20, which are necessarily close to the circuit breaker 28, between the latter and the bushings. secondary 32.
  • the electromechanical relays 42 of the three secondary phases 34 are disposed at the level of the secondary bushings 32, inside the tank 12. They are identical, so that only one will be described for the sake of simplification.
  • the relay 42 comprises a fixed magnetic circuit 70 formed by a piece of U-shaped ferromagnetic material, surrounding the corresponding secondary phase conductor 34 and concentrating the electromagnetic field lines in a gap.
  • the fixed magnetic circuit 70 is disposed in a plane perpendicular to the axis of flow of the current in the phase conductor 34, that is to say in the plane of the figure 3 .
  • a pallet 72 pivoting about an axis 74 perpendicular to the plane of the figure 3 .
  • the pallet 72 is itself made of ferromagnetic material.
  • the pallet 72 is extended by an arm 80 forming a crank, carrying at its free end an axis 82 of pivoting of a rigid rod 84.
  • the rod 84 forms a rod which cooperates, at its end opposite the pallet 72, with a crank receiver 86 of a transmission shaft 88. More specifically, the end of the rod 84 is bent to form a hook 90 visible on the figure 4 , which fits into a slot 92 of the receiving crank 86, so as to form with the receiving crank 86 a unidirectional coupling.
  • a friction plate 94 is attached to the rod 84.
  • the shaft 88 has as many receiving cranks 86 as there are secondary phases and electromechanical relays 42.
  • the shaft 88 pivots in three bearings 96 arranged on fixed support flanges 98 secured to the cover 22 of the vessel . At its end closest to the circuit breaker, it forms a return arm 102 to attack the trigger latch 62 of the circuit breaker.
  • the shaft 88 is biased counterclockwise towards its rest position of the figure 3 by a return spring 104.
  • the oil constituting the dielectric fills the tank to the cover, so that the circuit breaker 28, the electromechanical relays 42 and the kinematic transmission chain 50 constituted by the rods 84 provided with their plates 94 and the shaft 88 provided with its receiving cranks 86 and its return arm 102, are completely immersed in the oil.
  • the transformer protection device operates as follows.
  • each pallet 72 At nominal speed or in the presence of overload currents, the electromagnetic forces on each pallet 72 are insufficient to compensate for the threshold set by the partially-biased return spring 78, so that each pallet 72 remains in its rest position shown on FIG. figure 3 , against the limit stop 76.
  • the overload currents will therefore be taken into account exclusively by the protection devices located downstream of the transformer tank.
  • the tension of the spring 78 thus makes it possible to ensure the amperometric selectivity of the installation.
  • the hook 90 of the rod then drives the transmission shaft 88 in rotation in the direction of clockwise on the figure 2 .
  • this movement is slowed by the presence of the corresponding plate 94 which, in order to overcome the resistance generated by the oil which it displaces, opposes the movement of the rod 84.
  • the return arm 102 drives the latch 62 in the counterclockwise direction.
  • the shape of the pallet 72 is such that the distance separating the pallet from the walls of the fixed magnetic circuit decreases rapidly during the rotation of the pallet in the counterclockwise direction.
  • the reluctance of the overall magnetic circuit including the pallet 72 decreases rapidly and, for a current of short circuit of given intensity, the electromagnetic forces exerted on the pallet increase.
  • the moment of the electromagnetic forces with respect to the axis of rotation 74 of the pallet also increases, although less rapidly, due to the decrease of the corresponding lever arm due to the rotation. Overall, this rapid increase in the moment of the electromagnetic forces ensures, at constant short-circuit intensity, a continuous acceleration of the rotation of the pallet 72.
  • the pallet 72 thus continues its movement and carries with it all of the kinematic chain 50 constituted by the rod 84, the transmission shaft 88 and the return arm 102.
  • the return arm 102 brings the trip latch 62 into a trip position.
  • the latch 62 releases the mechanism of the circuit breaker 28 which drives the switching shaft 54 and the contacts 58 into a separation position, cutting off the power to the primary circuit 16 of the transformer.
  • a secondary protection device such as a fused fuse or circuit breaker, located downstream of the transformer tank on the secondary line where the fault appeared, opens the circuit sufficiently quickly.
  • intensity of the current in the conductor 34 and induction flux it induces in the air gap of the fixed magnetic circuit 70 decrease before the rotation of the shaft has caused the tripping of the circuit breaker.
  • the moving moving masses are small and relatively negligible compared to the forces of the return springs 78, 104 and the resistant forces of the plates 94, so that the general movement of the chain kinematic 50 in the direction of the triggering stops almost instantaneously.
  • the pallet 72 and the shaft 88 then return to their rest position under the joint solicitation of their respective return springs 78, 104.
  • the plates 94 are dimensioned so as to provide sufficient time for the cutoff to actually take place downstream of the transformer whenever possible.
  • the plates thus provide a chronometric selectivity at very low cost.
  • the objective is to cause the tripping of the secondary fault circuit breaker only when it occurs between the tank and the protection means located downstream of the tank, that is to say when the fault does not occur. can be neither detected nor eliminated at the means of protection located downstream of the tank.
  • vanes 72 and corresponding rods 84 remain stationary and do not hinder the rotation of the shaft 88 driven by the pallet of the phase in short -circuit. Indeed, any rod 84 stationary in its rest position slides freely in the slot 92 of the corresponding receiving crank when it rotates clockwise on the figure 4 .
  • the duration of the tripping delay must be essentially identical in the case where the short-circuit occurs between a phase and the neutral, in the case of a short-circuit between two phases and in the case of a three-phase short circuit. This is why it is preferable to provide each phase with a friction plate 94, rather than having a single plate at the shaft.
  • the delay function can be obtained by any mechanical means, in particular by any device that dissipates energy by fluid or solid friction.
  • the delay can also be obtained by a dead stroke of one of the elements of the transmission chain, preferably independently for each pallet.
  • a dead stroke of one of the elements of the transmission chain preferably independently for each pallet.
  • the embodiment of the figure 5 differs from the first embodiment only in that the end of the rod 184 carrying the hook has been lengthened, so that the hook 190 does not begin to drive the shaft after covering a certain distance in the slot 92.
  • the pallet 72 first covers a certain dead stroke by driving the rod 184 against the return force of the spring 78, before the hook comes into contact with the receiving crank 86 and does not begin to drive the shaft 88.
  • this device has the disadvantage of imposing a greater stroke of the pallet 72 between the rest position and the trip order position. It is also possible to combine a dead link with an energy dissipating device such as the plate 194, which is shown in dashed line on the figure 5 to translate its optional character.
  • the pallet is not necessarily a pivoting part. It may for example be replaced by a moving part in translation.
  • the multifunctional shaft 88 of the embodiment can be replaced by several parts, for example: a part providing the logical function "OR" between the displacements of the different relays, another part ensuring the mechanical transmission of this movement from a distance, up to to the trigger lock.

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Description

    DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
  • L'invention est relative à un transformateur de distribution primaire MT/MT ou secondaire MT/BT, dont les enroulements 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 ainsi que les défaillances aux bornes secondaires du transformateur. Plus précisément, elle a trait à un transformateur dont le dispositif de protection est disposé à l'intérieur de la cuve du transformateur, formant avec ce dernier une unité fonctionnelle et matérielle que l'on appelle transformateur auto-protégé.
    • ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
  • Dans le document EP 0.981.140 est décrit un transformateur immergé auto-protégé du type précédent. Le dispositif de protection est relié au circuit primaire et comporte un disjoncteur commandé par des moyens de déclenchement ainsi que des fusibles, disposés en amont du disjoncteur. Les fusibles, le disjoncteur et les moyens de déclenchement sont associés de telle manière que dans des conditions correspondant à un court-circuit aux bornes du circuit secondaire du transformateur, 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 les moyens de déclenchement ait pu entraîner la séparation des contacts. Selon un mode de réalisation, les moyens de déclenchement comportent un dispositif déclencheur à maximum de courant comprenant un moyen de mesure de l'intensité du courant circulant dans une phase du secondaire du transformateur.
  • Toutefois, le document ne précise pas comment doit être transmise aux moyens de déclenchement l'information obtenue par les moyens de mesure. Or les moyens de mesure sont situés près des conducteurs de phases secondaires, alors que le disjoncteur est situé du côté primaire du transformateur, à distance des conducteurs de phases secondaires.
    • EXPOSE DE L'INVENTION
  • L'invention vise donc à proposer un transformateur auto-protégé dont les moyens de déclenchement soient simples et fiables sur la durée de vie de l'installation, soit plus de 20 ans.
  • A cet effet, l'invention a pour objet un transformateur électrique de distribution comportant :
    • une cuve contenant un diélectrique liquide ou gazeux,
    • un circuit électrique primaire triphasé comportant des enroulements primaires immergés dans le diélectrique,
    • des traversées électriques primaires permettant de relier le circuit électrique primaire à un réseau électrique primaire extérieur à la cuve,
    • un circuit électrique secondaire triphasé comportant des enroulements secondaires immergés dans le diélectrique,
    • des traversées électriques secondaires permettant de relier le circuit électrique secondaire à un réseau électrique secondaire extérieur à la cuve,
    • un dispositif de protection comportant
    • un disjoncteur disposé dans la cuve, dans le circuit électrique primaire, entre les traversées primaires et les enroulements primaires, le disjoncteur comportant un verrou de déclenchement mobile entre une position de verrouillage et une position de déclenchement,
    • des moyens de déclenchement du disjoncteur, comportant un dispositif déclencheur à maximum de courant,
    caractérisé en ce que le dispositif déclencheur à maximum de courant comporte, disposés dans la cuve :
    • pour chaque phase du circuit secondaire du transformateur, un relais électromécanique, comportant
    • une palette mobile entre une position de repos et une position d'ordre de déclenchement,
    • un circuit magnétique fixe pour appliquer à la palette une force électromagnétique motrice croissant avec l'intensité du courant traversant 1a phase du circuit secondaire du transformateur,
    • un moyen de rappel élastique de la palette vers la position de repos, appliquant à la palette en position de repos une force de rappel seuil,
    • une chaîne cinématique de transmission disposée entre les relais électromécaniques et le verrou de déclenchement du disjoncteur, comportant un organe de sortie entraînant le verrou de déclenchement du disjoncteur de sa position de verrouillage à sa position de déclenchement lorsque la palette du relais électromécanique de l'une quelconque des phases secondaires se déplace de la position de repos à la position d'ordre de déclenchement.
  • Le dispositif déclencheur est disposé à l'intérieur de la cuve, de sorte que le transformateur constitue, avec ses moyens de protection, une unité fonctionnelle et matérielle délimitée par la cuve, ce qui correspond très exactement à la notion de transformateur auto-protégé.
  • Le relais électromécanique de chaque phase a vocation à être disposé au plus près des conducteurs de phase secondaires, alors que le disjoncteur est disposé dans le circuit primaire. La chaîne cinématique de transmission permet une transmission mécanique de l'ordre de déclenchement de l'un à l'autre. Elle assure également la fonction logique « OU » entre les ordres de déclenchement susceptibles d'être donnés par les relais de chacune des phases. On évite ainsi tout dispositif électronique de transmission, par nature moins fiable sur la durée de vie de l'appareillage concerné.
  • Il est à noter que la chaîne de transmission mécanique, par définition, ne fait que transmettre l'énergie cinétique délivrée par le relais, jusqu'au verrou de déclenchement du disjoncteur. Elle ne met pas en oeuvre de mécanisme intermédiaire à accumulateur d'énergie, par exemple un mécanisme à ressort libéré par un verrou intermédiaire. En d'autres termes, l'énergie nécessaire pour déplacer le verrou du disjoncteur de sa position de verrouillage à sa position de déclenchement est fournie par le relais électromécanique et non par un autre système d'accumulation. Ce type d'entraînement direct est possible car la puissance électromagnétique disponible en cas de court-circuit secondaire s'avère suffisamment importante, de telle sorte que l'on peut récupérer une partie de cette puissance à faible coût à l'aide d'un convertisseur électromécanique simple, pour entraîner la chaîne cinématique de transmission.
  • Quant au ressort de rappel de la palette de chaque relais, il assure la sélectivité ampèremétrique de l'installation, puisqu'en dessous du seuil fixé par le ressort dans la position de repos de la palette, les surcharges seront traitées exclusivement par les protections situées en aval du transformateur.
  • Préférentiellement, le dispositif déclencheur à maximum de courant comporte en outre, pour chaque palette, un dispositif temporisateur, introduisant un retard entre la mise en mouvement de la palette et l'arrivée du verrou de déclenchement dans la position de déclenchement. Ce temporisateur introduit un retard dans la réponse du relais électromécanique, qui permet d'assurer la sélectivité chronométrique entre le disjoncteur du transformateur et les moyens de protection situés en aval du transformateur. En d'autres termes, le temporisateur retarde l'ordre d'ouverture du disjoncteur, laissant aux disjoncteurs et/ou aux fusibles situés en aval du transformateur, à l'extérieur de la cuve, sur le réseau secondaire, le temps de couper la ligne responsable du défaut. Ceci permet de limiter le déclenchement du disjoncteur disposé dans la cuve du transformateur, aux seuls cas critiques où le défaut est intervenu entre les traversées secondaires et les moyens de protection situés en aval de la cuve du transformateur. En disposant un dispositif temporisateur pour chaque phase secondaire, on assure que la temporisation sera suffisante quel que soit le type de défaut, entre une phase et le neutre, entre deux phases ou entre les trois phases secondaires.
  • Selon un mode de réalisation préférentiel, le dispositif temporisateur de chaque palette comporte un élément dissipant de l'énergie par frottement, et appliquant à la palette un effort résistant d'autant plus important que la palette a une énergie cinétique importante. Avantageusement, le diélectrique est un liquide visqueux, le dispositif temporisateur comportant au moins un frein plongé dans ledit diélectrique visqueux. On obtient ainsi la fonction recherchée de façon très économique.
  • Selon un mode de réalisation, le dispositif temporisateur de chaque palette comporte une liaison à course morte telle que la palette n'entraîne pas l'organe de sortie tant que la palette n'a pas couvert une course morte entre la position de repos et la position d'ordre de déclenchement.
  • Selon un mode de réalisation, la chaîne cinématique de transmission comporte un arbre de transmission et, pour chaque phase secondaire, un moyen d'accouplement unidirectionnel entre la palette et l'arbre de transmission, apte à transmettre à l'arbre de transmission la force électromagnétique motrice appliquée par le circuit magnétique fixe à la palette. L'arbre de transmission est pourvu d'un ressort de rappel vers une position de repos. Les accouplements unidirectionnels permettent d'assurer la fonction « OU » précitée de manière simple.
  • Préférentiellement, le circuit magnétique fixe comporte pour chaque phase secondaire une pièce en matériau ferromagnétique présentant un entrefer, la palette étant également en un matériau ferromagnétique et disposée dans l'entrefer de manière à former avec la pièce en matériau ferromagnétique un circuit magnétique à réluctance variable ayant une réluctance qui diminue lorsque la palette passe de la position de repos à la position d'ordre de déclenchement. Une fois que le seuil défini par le moyen de rappel élastique est dépassé, la palette commence à se déplacer vers sa position d'ordre de déclenchement. Dès que ce mouvement s'amorce, la réluctance du circuit magnétique diminue, donc, à intensité du courant constante dans la phase secondaire concernée, la puissance instantanée et la force électromagnétique transmises à la palette croissent. Si les conditions de court-circuit ne disparaissent pas, le mouvement se poursuit inéluctablement jusqu'à ce que la palette ait atteint la position d'ordre de déclenchement. Si par contre les conditions de court-circuit disparaissent avant que la palette concernée ait atteint sa position d'ordre de déclenchement, la force électromagnétique motrice sur la palette disparaît instantanément alors que la palette est soumise à la force de rappel du moyen de rappel élastique et que le dispositif temporisateur s'oppose à la poursuite du mouvement de la palette. L'inertie de la palette et de la chaîne de transmission étant négligeables par rapport aux autres grandeurs en jeu, on assiste en conséquence à un arrêt quasi-immédiat de la palette, puis à son retour vers la position de repos.
  • Préférentiellement, les moyens de déclenchement du disjoncteur comportent en outre un transducteur sensible à la température et/ou à la pression du fluide diélectrique dans la cuve, et passant d'une position désactivée à une position activée lorsque la température du fluide dépasse un seuil de température donné et/ou que la pression du fluide passe un seuil de pression donné, la chaîne cinématique de transmission étant disposée de telle manière que lorsque le transducteur passe de sa position désactivée à sa position activée, la chaîne cinématique de transmission entraîne le verrou vers sa position de déclenchement. En effet, le disjoncteur doit également prévenir les défauts survenant à l'intérieur du transformateur. La température du fluide et sa pression sont de bons indicateurs du fonctionnement correct du transformateur et il est particulièrement avantageux d'utiliser la même chaîne de transmission pour l'ensemble des moyens de déclenchement. L'ensemble obtenu est particulièrement peu onéreux.
  • Préférentiellement, le dispositif de protection comporte en outre, pour chaque phase primaire, disposés dans la cuve, dans le circuit électrique primaire en série entre les traversées primaires et le disjoncteur, des fusibles ayant un pouvoir de coupure suffisant pour assurer la coupure de la phase correspondante en cas de court-circuit du circuit primaire. Les fusibles ont pour fonction essentielle de traiter le cas du court-circuit primaire.
    • BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
  • D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple non limitatif, et représentés aux dessins annexés sur 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 vue en perspective d'un dispositif de protection situé à l'intérieur d'une cuve du transformateur selon le mode de réalisation de la figure 1 ;
    • la figure 3 représente une vue de dessous du dispositif de la figure 2 ;
    • la figure 4 représente une vue de côté du dispositif de la figure 2 ;
    • la figure 5 représente une variante selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, dans une vue de côté comparable à la figure 4.
    DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION
  • En référence à la figure 1, un transformateur de distribution triphasé MT/MT ou MT/BT 10 comporte, à l'intérieur d'une cuve étanche 12 contenant un fluide diélectrique 14, en l'espèce une huile de haute tenue diélectrique ayant une viscosité plus importante que l'eau, un circuit électrique primaire 16 et un circuit électrique secondaire 18. Le circuit électrique primaire 16 relie des traversées primaires 20, disposées sur un couvercle 22 de la cuve 12, aux enroulements primaires 24 du transformateur. Un dispositif de protection électrique interne à la cuve est disposé en série entre les traversées 20 et les enroulements primaires 24, de manière à couper l'alimentation électrique des enroulements 24 primaires en cas de défaut électrique. Ce dispositif de protection comporte des fusibles 26 situés au plus près des traversées primaires 24, éventuellement partiellement insérés dans les traversées primaires 24, et un disjoncteur 28 disposé en aval des fusibles 26. Pour le montage des fusibles 26, on se référera utilement au document EP 0,981,140 A1 dont la description est insérée ici sur ce point par référence. Le circuit électrique secondaire 18 du transformateur 10 relie les enroulements secondaires 30 du transformateur 10 à des traversées secondaires 32, par l'intermédiaire de conducteurs secondaires de phase 34 et, le cas échéant, d'un conducteur de distribution du neutre 36. Des moyens de déclenchement 40 assurent le déclenchement du disjoncteur. Ces moyens comportent des relais électromécaniques 42 sensibles aux courants circulant dans les phases 34 du circuit secondaire du transformateur, ainsi éventuellement qu'un transducteur 44 sensible à la pression du fluide diélectrique et/ou un transducteur 46 sensible à la température du fluide diélectrique. Une chaîne cinématique 50 assure la transmission des ordres de déclenchement en provenance des différents relais électromécaniques 42 et transducteurs 44, 46 au disjoncteur 28.
  • En référence aux figures 2 à 4, le disjoncteur 28 est supporté par un châssis 52 fixé sur la face interne du couvercle 22 de la cuve du transformateur. Ce disjoncteur comporte un mécanisme d'entraînement (non représenté) d'un arbre de commutation 54, cet arbre portant trois manivelles 56 entraînant chacune un contact mobile 58 d'une ampoule à vide 60. Le mécanisme est piloté par un verrou de déclenchement 62 qui pivote autour d'un axe géométrique fixe par rapport au châssis, entre une position de verrouillage dans laquelle il verrouille le mécanisme en position de fermeture des contacts, et une position de déclenchement dans laquelle il libère le mécanisme qui provoque la séparation des contacts. Le verrou de déclenchement est rappelé en position de verrouillage par un ressort de rappel non représenté.
  • Les conducteurs 34, 36 du circuit secondaire sont constitués par des barres métalliques traversant le couvercle du transformateur au niveau des traversées. Par construction, les traversées secondaires 32 se trouvent disposées à distance du disjoncteur 28. En effet, bien que l'on n'ait pas représenté sur les figures 2 à 4, par soucis de clarté, les traversées primaires 20 et les fusibles primaires 26, on distingue cependant sur le couvercle 22 les orifices de passage 64 des traversées primaires 20, qui se trouvent nécessairement à proximité du disjoncteur 28, entre celui-ci et les traversées secondaires 32.
  • Les relais électromécaniques 42 des trois phases secondaires 34 sont disposés au niveau des traversées secondaires 32, à l'intérieur de la cuve 12. Ils sont identiques, de sorte que l'on n'en décrira qu'un seul par soucis de simplification. Le relais 42 comprend un circuit magnétique fixe 70 formé par une pièce de matériau ferromagnétique en U, entourant le conducteur de phase secondaire 34 correspondant et concentrant les lignes de champ électromagnétique dans un entrefer. Le circuit magnétique fixe 70 est disposé dans un plan perpendiculaire à l'axe de cheminement du courant dans le conducteur de phase 34, c'est-à-dire dans le plan de la figure 3. Dans l'entrefer est disposé une palette 72 pivotant autour d'un axe 74 perpendiculaire au plan de la figure 3. La palette 72 est elle-même constituée en matériau ferromagnétique. Elle est retenue dans une position de repos contre une butée de fin de course 76, par un ressort de rappel 78, qui reste partiellement bandé dans cette position. La palette 72 se prolonge par un bras 80 formant manivelle, portant à son extrémité libre un axe 82 de pivotement d'une tringle rigide 84. La tringle 84 forme une bielle qui coopère, à son extrémité opposée à la palette 72, avec une manivelle réceptrice 86 d'un arbre de transmission 88. Plus précisément, l'extrémité de la tringle 84 est recourbée pour former un crochet 90 visible sur la figure 4, qui s'insère dans une fente 92 de la manivelle réceptrice 86, de manière à former avec la manivelle réceptrice 86 un accouplement unidirectionnel. Une plaque de frottement 94 est fixée à la tringle 84.
  • Comme on le voit plus particulièrement sur la figure 2, l'arbre 88 comporte autant de manivelles réceptrices 86 qu'il y a de phases au secondaire et de relais électromécaniques 42. L'arbre 88 tourillonne dans trois paliers 96 disposés sur des flasques de support fixes 98 solidaires du couvercle 22 de la cuve. A son extrémité la plus proche du disjoncteur, il forme un bras de renvoi 102 venant attaquer le verrou de déclenchement 62 du disjoncteur. L'arbre 88 est rappelé dans le sens contraire des aiguilles d'une montre vers sa position de repos de la figure 3 par un ressort de rappel 104.
  • L'huile constituant le diélectrique remplit la cuve jusqu'au couvercle, de sorte que le disjoncteur 28, les relais électromécaniques 42 ainsi que la chaîne cinématique de transmission 50 constituée par les tringles 84 munies de leurs plaques 94 et l'arbre 88 muni de ses manivelles réceptrices 86 et de son bras de renvoi 102, sont complètement immergés dans l'huile.
  • Le dispositif de protection du transformateur fonctionne de la manière suivante.
  • En régime nominal ou en présence de courants de surcharge, les forces électromagnétiques sur chaque palette 72 sont insuffisantes pour compenser le seuil fixé par le ressort de rappel 78 partiellement bandé, de sorte que chaque palette 72 reste dans sa position de repos représentée sur la figure 3, contre la butée de fin de course 76. Les courants de surcharge seront donc pris en compte exclusivement par les dispositifs de protection situés en aval de la cuve du transformateur. La tension du ressort 78 permet ainsi d'assurer la sélectivité ampèremétrique de l'installation.
  • En cas de défaut sur l'une des phases secondaires 34, l'intensité du courant traversant le conducteur 34 de la phase secondaire concernée induit un flux d'induction important dans l'entrefer du circuit magnétique fixe 74. Le moment par rapport à l'axe de rotation de la palette 72 des forces électromagnétiques exercées sur la palette dépasse le seuil fixé par le ressort de rappel 78, de sorte que la palette 72 est entraînée en rotation dans le sens contraire des aiguilles d'une montre sur la figure 3, effectuant une traction sur la tringle 84 correspondante.
  • Le crochet 90 de la tringle entraîne alors l'arbre de transmission 88 en rotation dans le sens des aiguilles d'une montre sur la figure 2. Toutefois, ce mouvement est ralenti par la présence de la plaque 94 correspondante qui, devant vaincre la résistance engendrée par l'huile qu'elle déplace, s'oppose au mouvement de la tringle 84. A l'autre extrémité de l'arbre 88, le bras de renvoi 102 entraîne le verrou 62 dans le sens contraire des aiguilles d'une montre.
  • La forme de la palette 72 est telle que la distance séparant la palette des parois du circuit magnétique fixe diminue rapidement lors de la rotation de la palette dans le sens contraire des aiguilles d'une montre. En conséquence, la réluctance du circuit magnétique global incluant la palette 72 diminue rapidement et, pour un courant de court-circuit d'intensité donnée, les forces électromagnétiques exercées sur la palette augmentent. Le moment des forces électromagnétiques par rapport à l'axe de rotation 74 de la palette augmente également, bien que moins rapidement, du fait de la diminution du bras de levier correspondant due à la rotation. Globalement, cette augmentation rapide du moment des forces électromagnétiques assure, à intensité de court-circuit constante, une accélération continue de la rotation de la palette 72.
  • Si le court-circuit se prolonge, la palette 72 poursuit donc son mouvement et entraîne avec elle l'ensemble de la chaîne cinématique 50 constituée par la tringle 84, l'arbre de transmission 88 et le bras de renvoi 102. Lorsque la palette 72 atteint une position de commande de déclenchement, le bras de renvoi 102 amène le verrou de déclenchement 62 dans une position de déclenchement. En arrivant en position de déclenchement, le verrou 62 libère le mécanisme du disjoncteur 28 qui entraîne l'arbre de commutation 54 et les contacts 58 dans une position de séparation, coupant l'alimentation du circuit primaire 16 du transformateur.
  • Si, par contre, un dispositif de protection secondaire, tel qu'un coupe-circuit à fusible ou un disjoncteur, situé en aval de la cuve du transformateur sur la ligne secondaire où est apparu le défaut, ouvre le circuit suffisamment rapidement, l'intensité du courant dans le conducteur 34 et le flux d'induction qu'elle induit dans l'entrefer du circuit magnétique fixe 70 diminuent avant que la rotation de l'arbre n'ait provoqué le déclenchement du disjoncteur. Les masses mobiles en mouvement sont faibles et relativement négligeables par rapport aux efforts des ressorts de rappel 78, 104 et aux efforts résistants des plaques 94, de sorte que le mouvement général de la chaîne cinématique 50 dans le sens du déclenchement s'arrête quasi-instantanément. La palette 72 et l'arbre 88 retournent alors dans leur position de repos sous la sollicitation conjointe de leurs ressorts de rappel respectifs 78, 104.
  • Les plaques 94 sont dimensionnées de manière à assurer une temporisation suffisante pour que la coupure ait effectivement lieu en aval du transformateur toutes les fois que cela est possible. Les plaques assurent donc une sélectivité chronométrique à très faible coût. En fait, l'objectif est de ne provoquer le déclenchement du disjoncteur sur défaut secondaire que lorsque celui-ci a lieu entre la cuve et les moyens de protection situés en aval de la cuve, c'est-à-dire lorsque le défaut ne peut être ni détecté, ni éliminé au niveau des moyens de protection situés en aval de la cuve.
  • Il est à noter que si certaines phases secondaires ne sont pas concernées par le court-circuit, les palettes 72 et les tringles 84 correspondantes restent immobiles et n'entravent pas la rotation de l'arbre 88 entraîné par la palette de la phase en court-circuit. En effet, toute tringle 84 immobile dans sa position de repos coulisse librement dans la fente 92 de la manivelle réceptrice correspondante lorsque celle-ci pivote dans le sens horaire sur la figure 4. L'accouplement unidirectionnel entre la tringle 84 et l'arbre 88, réalisé par la coopération du crochet 90 et de la fente 92, permet de rendre indépendants les uns des autres les déplacements des relais électromécaniques 42 des différentes phases.
  • Par ailleurs, il convient de noter que la durée de la temporisation du déclenchement doit être essentiellement identique dans le cas où le court-circuit intervient entre une phase et le neutre, dans le cas d'un court-circuit entre deux phases et dans le cas d'un court-circuit triphasé. C'est la raison pour laquelle il est préférable de pourvoir chaque phase d'une plaque de frottement 94, plutôt que de disposer une plaque unique au niveau de l'arbre.
  • Naturellement, diverses modifications sont possibles.
  • Selon une variante non représentée, il peut être utile le cas échéant de prévoir une plaque de frottement 94 non plane, de manière à obtenir un effort résistant plus important dans le sens du déclenchement, où la temporisation est souhaitée, que dans le sens du retour à la position de repos, où la temporisation n'est pas nécessaire.
  • Plus généralement, la fonction de temporisation peut être obtenue par tout moyen mécanique, notamment par tout dispositif dissipant de l'énergie par frottement fluide ou solide.
  • La temporisation peut être également obtenue par une course morte d'un des éléments de la chaîne de transmission, de préférence de manière indépendante pour chaque palette. On a représenté un exemple de cette variante dans le mode de réalisation de la figure 5, où les éléments identiques au premier mode de réalisation ont été identifiés avec des références identiques. Le mode de réalisation de la figure 5 ne diffère du premier mode de réalisation que par le fait que l'extrémité de la tringle 184 portant le crochet a été rallongée, de manière à ce que le crochet 190 ne se mette à entraîner l'arbre qu'après avoir couvert une certaine distance dans la fente 92. Lorsqu'un court-circuit secondaire apparaît, la palette 72 couvre tout d'abord une certaine course morte en entraînant la tringle 184 contre l'effort de rappel du ressort 78, avant que le crochet n'entre en contact avec la manivelle réceptrice 86 et ne se mette à entraîner l'arbre 88. Ce dispositif à toutefois l'inconvénient d'imposer une plus grande course de la palette 72 entre la position de repos et la position d'ordre de déclenchement. On peut également combiner une liaison à course morte avec un dispositif dissipateur d'énergie telle que la plaque 194, que l'on a représenté en pointillé sur la figure 5 pour traduire son caractère optionnel.
  • La palette n'est pas nécessairement une pièce pivotante. Elle peut être par exemple remplacée par une pièce mobile en translation.
  • L'arbre multifonctions 88 du mode de réalisation peut être remplacé par plusieurs pièces, par exemple : une pièce assurant la fonction logique « OU » entre les déplacements des différents relais, une autre pièce assurant la transmission mécanique de ce mouvement à distance, jusqu'au verrou de déclenchement.

Claims (10)

  1. - Transformateur électrique de distribution comportant
    - une cuve (12) contenant un diélectrique liquide ou gazeux (14),
    - un circuit électrique primaire triphasé (16) comportant des enroulements primaires (24) immergés dans le diélectrique (14),
    - des traversées électriques primaires (20) permettant de relier le circuit électrique primaire à un réseau électrique primaire extérieur à la cuve,
    - un circuit électrique secondaire triphasé (18) comportant des enroulements secondaires (30) immergés dans le diélectrique (14),
    - des traversées électriques secondaires (32) permettant de relier le circuit électrique secondaire (18) à un réseau électrique secondaire extérieur à la cuve (12),
    - un dispositif de protection comportant :
    - un disjoncteur (28) disposé dans la cuve, dans le circuit électrique primaire (16), entre les traversées primaires (20) et les enroulements primaires (24), le disjoncteur (28) comportant un verrou de déclenchement (62) mobile entre une position de verrouillage et une position de déclenchement,
    - des moyens de déclenchement (40) du disjoncteur, comportant un dispositif déclencheur à maximum de courant,
    caractérisé en ce que le dispositif déclencheur à maximum de courant comporte, disposés dans la cuve (12) :
    - pour chaque phase (34) du circuit secondaire (18) du transformateur, un relais électromécanique (42), comportant :
    - une palette (72) mobile entre une position de repos et une position d'ordre de déclenchement,
    - un circuit magnétique fixe (70) pour appliquer à la palette (72) une force électromagnétique motrice croissant avec l'intensité du courant traversant la phase du circuit secondaire du transformateur,
    - un moyen de rappel élastique (78) de la palette (72) vers la position de repos, appliquant à la palette (72) en position de repos une force de rappel seuil,
    - une chaîne cinématique de transmission (50) disposée entre les relais électromécaniques (42) et le verrou de déclenchement (62) du disjoncteur, comportant un organe de sortie (102) entraînant le verrou de déclenchement du disjoncteur de sa position de verrouillage à sa position de déclenchement lorsque la palette (72) du relais électromécanique (42) de l'une quelconque des phases secondaires (34) se déplace de la position de repos à la position d'ordre de déclenchement.
  2. - Transformateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif déclencheur à maximum de courant comporte en outre, pour chaque palette, un dispositif temporisateur (94), introduisant un retard entre la mise en mouvement de la palette et l'arrivée du verrou de déclenchement dans la position de déclenchement.
  3. - Transformateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif temporisateur de chaque palette comporte un élément dissipant de l'énergie par frottement, et appliquant à la palette un effort résistant d'autant plus important que la palette a une énergie cinétique importante.
  4. - Transformateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le diélectrique (14) est un liquide visqueux, le dispositif temporisateur comportant au moins un frein (94) plongé dans ledit diélectrique visqueux.
  5. - Transformateur selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le dispositif temporisateur de chaque palette comporte une liaison à course morte telle que la palette n'entraîne pas l'organe de sortie (102) tant que la palette n'a pas couvert une course morte entre la position de repos et la position d'ordre de déclenchement.
  6. - Transformateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chaîne cinématique de transmission (50) comporte un arbre de transmission (88) et, pour chaque phase secondaire (34), un moyen d'accouplement unidirectionnel (90,92) entre la palette (72) et l'arbre de transmission (88), apte à transmettre à l'arbre de transmission (88) la force électromagnétique motrice appliquée par le circuit magnétique fixe (70) à la palette (72).
  7. - Transformateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'arbre de transmission (88) est pourvu d'un ressort de rappel (104) vers une position de repos.
  8. - Transformateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour chaque phase secondaire (34), le circuit magnétique fixe (70) comporte une pièce en matériau ferromagnétique présentant un entrefer, la palette (72) étant également en un matériau ferromagnétique et disposée dans l'entrefer de manière à former avec la pièce en matériau ferromagnétique un circuit magnétique à réluctance variable ayant une réluctance qui diminue lorsque la palette passe de la position de repos à la position d'ordre de déclenchement.
  9. - Transformateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de déclenchement du disjoncteur comportent en outre un transducteur sensible à la température (46) et/ou à la pression (48) du fluide diélectrique dans la cuve, et passant d'une position désactivée à une position activée lorsque la température du fluide dépasse un seuil de température donné et/ou que la pression du fluide passe un seuil de pression donné, la chaîne cinématique de transmission (50) étant disposée de telle manière que lorsque le transducteur (46, 48) passe de sa position désactivée à sa position activée, la chaîne cinématique de transmission (50) entraîne le verrou (62) vers sa position de déclenchement.
  10. - Transformateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de protection comporte en outre, pour chaque phase primaire, disposés dans la cuve, dans le circuit électrique primaire en série entre les traversées primaires et le disjoncteur, des fusibles ayant un pouvoir de coupure suffisant pour assurer la coupure de la phase correspondante en cas de court-circuit du circuit primaire.
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