EP2494569B1 - Procede de refroidissement par caloducs integres d'un appareil electrique moyenne tension et systeme utilisant ce procede - Google Patents

Procede de refroidissement par caloducs integres d'un appareil electrique moyenne tension et systeme utilisant ce procede Download PDF

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EP2494569B1 EP10768250.2A EP10768250A EP2494569B1 EP 2494569 B1 EP2494569 B1 EP 2494569B1 EP 10768250 A EP10768250 A EP 10768250A EP 2494569 B1 EP2494569 B1 EP 2494569B1
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Denis Frigiere
Didier Rodrigues
Jean-Marc Willieme
Frank Jacquier
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    • H01H9/52—Cooling of switch parts
    • H01H2009/526—Cooling of switch parts of the high voltage switches

Definitions

  • the invention particularly relates to the field of circuit breakers or disconnectors generators operating at medium voltage, placed in a protective sheath and using cooling devices operating with a heat transfer fluid phase change, called "heat pipes”.
  • a heat pipe is in the form of an elongated hermetic enclosure containing a fluid in equilibrium with its gaseous phase and its liquid phase, in the absence of any other gas.
  • One method, generally used, is to homogenize the air temperature by contact with the various heated and heated parts of the circuit breaker concerned.
  • the cooling inside such a protective sheath can be done by natural or forced convection of the air enclosed in it and in which the circuit breaker is located, the temperature prevailing inside thereof being significantly higher than the temperature outside, that is, from 30 ° C to at least 40 ° C.
  • Another solution is to provide an increase in the current flow section in the various transmission elements, so to go through an increase in the size of the parts of the circuit breakers.
  • the object of the invention is to propose a different solution for cooling the apparatus.
  • a first main object of the invention is a method of cooling a medium voltage electrical appliance with high amperage, having hot parts of which one hot part more each than the other hot part and parts less hot than the hot parts.
  • this method consists in inserting two heat pipes in series inside the apparatus by putting a heat pipe between the hot parts to evacuate the heat from the hottest part to the less hot part of the two hot parts and putting a first end of another heat pipe in the warmest of the hot parts and a second end of this other heat pipe in a less hot part than said hot parts. It is thus possible to extract the heat prevailing in the particularly hot parts and thus to homogenize the temperature in the apparatus.
  • Another main object of the invention is a cooling system of an electrical apparatus of the type circuit breaker or disconnector medium voltage and high amperage, having hot parts of which a hot part which is hotter than the other hot part and parts less hot than hot parts.
  • the system has a first heat pipe between the hot parts and another heat pipe whose first end is placed in the warmest of the hot parts and a second end is placed in a less hot part, the two heat pipes being in series.
  • FIG. 2 there is a high voltage electrical apparatus operating at high amperage, such as a circuit breaker 10. This is placed in a sheath 15, on insulating supports 18. Maneuvering elements 17 have been shown, in particular to the outside of the sheath 15. This is then placed itself on supports 19.
  • the circuit breaker 10 has fixed parts and moving parts. In all of these parts, there are parts or parts of a significant thickness.
  • hot parts 10C and 10A including the center of the circuit breaker 10
  • the hot parts 10C are hotter than the hot parts 10A which are in the region of the contacts of the circuit breaker 10.
  • the latter also has less hot parts 10B, which are therefore warmer than the hot parts 10A and 10C, placed eccentrically with respect to the center of the circuit breaker which is materialized by an axis A.
  • other less hot parts may be located towards the center of the circuit-breaker 10, provided that they are remote from the contacts of passage of the rated current
  • the method and apparatus of the invention utilize proven heat pipe technologies.
  • the heat is drawn directly to its source and routed to the outside of the device.

Landscapes

  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Description

    Domaine de l'invention et définition
  • L'invention concerne en particulier le domaine des disjoncteurs ou des sectionneurs de générateurs fonctionnant à moyenne tension, placés dans une gaine de protection et utilisant des dispositifs de refroidissement fonctionnant avec un fluide caloporteur à changement de phase, appelés "caloducs".
  • On rappelle qu'un caloduc se présente sous la forme d'une enceinte allongée hermétique renfermant un fluide en équilibre avec sa phase gazeuse et sa phase liquide, en l'absence de tout autre gaz.
    • Art antérieur et problème posé
  • Le souci permanent des constructeurs de ce type de matériel est d'augmenter la capacité de ces appareils à passer des courants d'ampérage de plus en plus importants, notamment au niveau des disjoncteurs et sectionneurs placés à l'intérieur de jeux de barres à la sortie de centrales productrices ou de distribution de courant électrique. C'est notamment le cas des disjoncteurs-d'alternateurs.
  • Une méthode, généralement utilisée, consiste à homogénéiser la température de l'air en contact avec les différentes parties chauffantes et chauffées du disjoncteur concerné. Le refroidissement à l'intérieur d'une telle gaine de protection peut se faire par convexion naturelle ou forcée de l'air enfermé dans celle-ci et dans laquelle se trouve le disjoncteur, la température régnant à l'intérieur de celle-ci étant notablement supérieure à la température régnant à l'extérieur, c'est-à-dire de 30°C à au moins 40°C.
  • Une autre solution consiste à prévoir une augmentation de la section de passage du courant dans les différents éléments de transmission, donc de passer par une augmentation de la taille des pièces des disjoncteurs.
  • Une troisième solution consiste à refroidir l'appareil lui-même. Un exemple est décrit dans le document de brevet EP 1 657 731 , on connaît un dispositif et un procédé de refroidissement d'un disjoncteur ou d'un sectionneur de haute tension. La figure 1 montre, en coupe, une réalisation décrite dans ce document. Elle représente principalement un conducteur de haute tension ou le carter d'un disjoncteur. Celui-ci est entouré d'évaporateurs 3 faisant partie d'un ensemble de refroidissement 1 de celui-ci. Un tel ensemble se complète d'un manchon d'isolation 7 entourant un dispositif fonctionnant avec un fluide caloporteur à changement de phase 5 pour évacuer la chaleur collectée par les évaporateurs 3. Un manchon élastique 9 complète l'ensemble. Le tout est placé l'intérieur d'une gaine de protection 8. L'ensemble de refroidissement débouche sur le toit de cette gaine de protection 8 pour aboutir à un dispositif de condensation 4, par exemple à ailettes.
  • Le but de l'invention est de proposer une solution différente de refroidissement de l'appareil.
  • On précise que les normes en vigueur imposent que les températures des contacts et des appareils faisant partie d'installations électriques à haute tension et fort ampérage soient inférieures à 105°C, ce qui limite le courant qui peut transiter dans l'appareil considéré.
  • Le document " US 3 662 137 A " décrit un procédé et un système de refroidissement d'un appareil électrique selon le préambule des revendications 1 et 2.
    • Résume de l'invention
  • A cet effet, un premier objet principal de l'invention est un procédé de refroidissement d'un appareil électrique moyenne tension à fort ampérage, possédant des parties chaudes dont une partie chaude plus chaque que l'autre partie chaude et des parties moins chaudes que les parties chaudes.
  • Selon l'invention, ce procédé consiste à insérer deux caloducs en série à l'intérieur de l'appareil en mettant un caloduc entre les parties chaudes pour évacuer la chaleur de la partie la plus chaude vers la moins chaude des deux parties chaudes et en mettant une première extrémité d'un autre caloduc dans la moins chaude des parties chaudes et une deuxième extrémité de cet autre caloduc dans une partie moins chaude que lesdites parties chaudes. On permet ainsi d'extraire la chaleur régnant dans les parties particulièrement chaudes et donc d'homogénéiser la température dans l'appareil.
  • Un autre objet principal de l'invention est un système de refroidissement d'un appareil électrique du type disjoncteur ou sectionneur à moyenne tension et fort ampérage, possédant des parties chaudes dont une partie chaude qui est plus chaude que l'autre partie chaude et des parties moins chaudes que les parties chaudes.
  • Selon l'invention, le système possède un premier caloduc entre les parties chaudes et un autre caloduc dont une première extrémité est placée dans la moins chaude des parties chaudes et une deuxième extrémité est placée dans une partie moins chaude, les deux caloducs se trouvant en série.
    • Liste des figures
  • L'invention et ses différentes caractéristiques techniques seront mieux comprises à la lecture de la description suivante, d'une réalisation de l'invention. Elle est accompagnée de deux figures représentant, respectivement :
    • figure 1, déjà décrite, en coupe transversale, un système de refroidissement d'un appareil moyenne tension à fort ampérage selon l'art antérieur ; et
    • figure 2, en coupe longitudinale, une réalisation du système selon l'invention.
    Description détaillée d'une réalisation de l'invention
  • Sur la figure 2, on distingue un appareil électrique à haute tension fonctionnant sous fort ampérage, tel qu'un disjoncteur 10. Celui-ci est placé dans une gaine 15, sur des supports isolants 18. Des organes de manoeuvre 17 ont été représentés, notamment à l'extérieur de la gaine 15. Celle-ci est alors placée elle-même sur des supports 19.
  • Le disjoncteur 10 possède des parties fixes et des parties mobiles. Dans l'ensemble de ces parties, figurent des parties ou des pièces d'une épaisseur non négligeable.
  • De plus, certaines de ces pièces ou parties possèdent des parties chaudes 10C et 10A, notamment le centre du disjoncteur 10 On précise que les parties chaudes 10C sont plus chaudes que les parties chaudes 10A qui sont dans la région des contacts du disjoncteur 10. En contre partie, ce dernier possède également des parties moins chaudes 10B, qui sont donc moins chaudes que les parties chaudes 10A et 10C, placées de façon excentrée par rapport au centre du disjoncteur qui est matérialisé par un axe A. On note que d'autres parties moins chaudes peuvent être situées vers le centre du disjoncteur 10, à condition qu'elles soient éloignées des contacts de passage du courant assigné
  • On comprend ainsi qu'une partie de la chaleur des parties les plus chaudes 10C soit évacuée, en premier lieu, par un premier caloduc 11 horizontal vers les deuxièmes parties chaudes 10A. La chaleur de ces dernières est alors évacuée vers les parties moins chaudes 10B par l'intermédiaire d'un deuxième caloduc 11 qui est incliné. En fait, deux caloducs 11 sont placés en série.
  • On peut ainsi favoriser le maintien des parties chaudes 10C à une température inférieure à 105°C, définie par les normes en vigueur. L'appareil peut ainsi être refroidi plus facilement.
  • La position des six caloducs 11, représentés sur cette figure avec un exemple de réalisation, d'autres caloducs pouvant être placés dans d'autres sections que celles représentées sur la figure 2, y compris vers le bas, pour certaines technologies de caloducs dotés de dispositifs internes favorisant le retour de la phase liquide vers les parties chaudes grâce à l'utilisation des forces de capillarité. Cette technique peut également s'adapter pour d'autres appareils électriques, tels que des sectionneurs et des disjoncteurs, mais utilisant d'autres technologies de fonctionnement.
    • Avantages de l'invention
  • Le procédé et l'appareil selon l'invention font appel à des technologies de caloducs éprouvées. La chaleur est puisée directement à sa source et acheminée vers l'extérieur de l'appareil.

Claims (2)

  1. Procédé de refroidissement d'un appareil électrique (10) à moyenne tension et fort ampérage, possédant des parties chaudes (10A, 10C) dont une partie chaude (10C) plus chaude que l'autre partie chaude (10A), et des parties moins chaudes (10B) moins chaudes que les parties chaudes (10A, 10C),
    caractérisé en ce qu'il consiste à insérer deux caloducs (11) en série à l'intérieur de l'appareil (10), en mettant un caloduc (11) entre ces deux parties chaudes (10A, 10C) pour évacuer la chaleur de la partie la plus chaude (10C) vers la moins chaude (10A) des deux parties chaudes et en mettant une première extrémité (11A) d'un autre caloduc dans la moins chaude des parties chaudes (10A) et une deuxième extrémité (11B) de cet autre caloduc (11) dans une partie moins chaude (10B) que lesdites parties chaudes (10A, 10C).
  2. Système de refroidissement d'un appareil électrique à moyenne tension et fort ampérage possédant des parties chaudes (10A), (10C) dont une partie chaude (10C) plus chaude que l'autre partie chaude (10A), et des parties moins chaudes (10B) moins chaudes que les parties chaudes (10A), (10C),
    caractérisé en ce qu'il comprend un premier caloduc (11) entre ces deux parties chaudes (10A, 10C) pour évacuer la chaleur de la partie la plus chaude (10C) vers la moins chaude (10A) des deux parties chaudes, et un autre caloduc (11) dont une première extrémité (11A) est placée dans une partie chaude (10A, 11C) et une deuxième extrémité (11B) qui est placée dans une partie moins chaude (10B) que lesdites parties chaudes (10A, 11C), les deux caloducs (11) se trouvant placés en série.
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