FR2737614A1

FR2737614A1 - Disconnecting-limiting device for protection of three=phase electrical transformer - has limiter operated short circuit shorting two other phases when first is limited

Info

Publication number: FR2737614A1
Application number: FR9509626A
Authority: FR
Inventors: Thierry Rambaud
Original assignee: Ferraz SA
Current assignee: Ferraz SA
Priority date: 1995-08-02
Filing date: 1995-08-02
Publication date: 1997-02-07
Anticipated expiration: 2015-08-02
Also published as: FR2737614B1

Abstract

The protection device is for a three-phase transformer, each transformer phase having a limiter or fuse (6) covered by an outer cover and connected across the phase input and output wires (8,9). Each output wire has a protruding tab connection (21). Each limiter has a mechanism moving an external arm (14). The arm trips a contact section (16) with an inner spring, which comes down to short out the other two phase connections.

Description

La présente invention a trait à la protection des transformateurs électriques triphasés, notamment du type à bain d'huile, utilisés en particulier sur les réseaux de distribution à moyenne tension. The present invention relates to the protection of three-phase electrical transformers, in particular of the oil bath type, used in particular on medium-voltage distribution networks.

Ainsi qu'on l'a exposé en détail dans la Demande de Brevet fran çais n" 95 04213 déposée par la présente Demanderesse le 4 avril 1995, la protection classique de ce type de transformateurs à l'aide de fusibles limiteurs n'assure pas la deconnexion compléte du transformateur en défaut; c'est la raison pour laquelle ladite Demande de Brevet visait la réalisation d'un déconnecteur-limiteur propre à opérer systématiquement la coupure totale des trois phases d'alimentation du transformateur dans le cas où une surintensité accidentelle aurait entrainé le fonctionnement de l'un quelconque des trois fusibles limiteurs, ceci en vue d'éviter tout risque d'explosion du transformateur et de localiser le défaut de courant à ce dernier seulement pour ne pas perturber le réseau. As explained in detail in French Patent Application No. 95 04213 filed by the present Applicant on April 4, 1995, the conventional protection of this type of transformers using limiting fuses does not provide complete disconnection of the faulty transformer; this is why the said Patent Application was aimed at producing a disconnector-limiter capable of systematically shutting down the three supply phases of the transformer in the event of an accidental overcurrent would have resulted in the operation of any of the three limiting fuses, this in order to avoid any risk of explosion of the transformer and to locate the current fault at the latter only so as not to disturb the network.

A cet effet, le déconnecteur-limiteur immergé dans l'huile du transformateur tel que visé dans la Demande sus-indiquée comprenait d'une part trois déclencheurs insérés entre les fusibles limiteurs et les bornes d'entrée des bobinages du transformateur, ces déclencheurs fonctionnant sous l'effet dun courant anormal dû à un défaut interne du transformateur, d'autre part un court-circuiteur central dont la gâchette d'actionnement est placée sous la dépendance de l'un quelconque des trois déclencheurs précités en vue d'opérer, par mise à la terre immé- diate des trois phases d'alimentation, le fonctionnement des deux autres fusibles limiteurs et la déconnexion complète du transformateur. To this end, the disconnector-limiter immersed in the transformer oil as referred to in the above-mentioned request included on the one hand three trip units inserted between the limiting fuses and the input terminals of the transformer windings, these trip units operating under the effect of an abnormal current due to an internal fault of the transformer, on the other hand a central short-circuiter whose actuation trigger is placed under the dependence of any one of the three aforementioned triggers in order to operate, by immediate earthing of the three supply phases, the operation of the other two limiting fuses and complete disconnection of the transformer.

Un tel système assure bien la protection efficace des transformateurs triphasés, mais il implique une construction relativement complèxe et coûteuse, ainsi qu'un encombrement qui gêne son implantation dans le transformateur. Such a system provides effective protection for three-phase transformers, but it involves a relatively complex and costly construction, as well as a space requirement which hinders its installation in the transformer.

En vue de remédier à ces inconvénients, la présente invention propose de faire agir les trois déclencheurs, non plus sur la gâchette d'actionnement d' un court-circuiteur central, mais sur les bornes dun circuit électrique de commande qui est lié aux trois phases d'alimentation des bobinages du transformateur concerné et qui est agencé pour que le fonctionnement de l'un quelconque des trois déclencheurs précités sous l'effet d'un courant anormal, provoque automatiquement, par fermeture dudit circuit normalement ouvert, le fonctionnement des deux autres fusibles limiteurs et la déconnexion complète du transformateur. In order to remedy these drawbacks, the present invention proposes to operate the three trip devices, no longer on the actuating trigger of a central short-circuiter, but on the terminals of an electrical control circuit which is linked to the three phases supply of the windings of the transformer concerned and which is arranged so that the operation of any one of the three aforementioned releases under the effect of an abnormal current, automatically causes, by closing said normally open circuit, the operation of the other two limiting fuses and complete disconnection of the transformer.

On conçoit qu'on obtient de la sorte un fonctionnement équivalent à celui décrit à la Demande de Brevet précitée, tout en se dispensant du court-circuiteur central, ce qui réduit le coût et l'encombrement général. It will be understood that an operation equivalent to that described in the aforementioned Patent Application is obtained in this way, while dispensing with the central short-circuiter, which reduces the cost and the overall size.

I1 convient d'observer qu'en vue d'améliorer encore la sécurité du transformateur triphasé concerné, il peut être avantageux d'associer à l'un au moins des trois déclencheurs un dispositif propre à sectionner mécaniquement , par exemple à l'aide d'une lame portée par une pièce mobile, l'élément fusible et le fil qui retient le doigt mobile dudit déclencheur, ce sectionnement intervenant sous l'effet de la modification d'un paramètre autre que la surintensité, par exemple à la suite d'une élévation anormale de la pression à l'intérieur de la cuve qui renferme le bain d'huile du transformateur. It should be noted that in order to further improve the safety of the three-phase transformer concerned, it may be advantageous to associate with at least one of the three trip devices a device capable of being cut off mechanically, for example using 'A blade carried by a moving part, the fusible element and the wire which retains the movable finger of said trigger, this sectioning occurring under the effect of the modification of a parameter other than the overcurrent, for example following an abnormal rise in pressure inside the tank which contains the transformer oil bath.

Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer
Fig. 1 est une coupe axiale de l'un des trois déclencheurs d'un déconnecteur-limiteur établi conformément à l'invention.The appended drawing, given by way of example, will allow a better understanding of the invention, the characteristics which it presents and the advantages which it is capable of providing.
Fig. 1 is an axial section of one of the three triggers of a disconnector-limiter established in accordance with the invention.

Fig. 2 reproduit fig. 1 après fonctionnement (fusion) de l'élément fusible incorporé à ce déclencheur. Fig. 2 reproduced fig. 1 after operation (melting) of the fuse element incorporated in this trip device.

Fig. 3 est un schéma illustrant l'agencement des trois déclencheurs et leur raccordement mutuel en amont des bobinages dun transformateur triphasé. Fig. 3 is a diagram illustrating the arrangement of the three trip devices and their mutual connection upstream of the windings of a three-phase transformer.

Fig. 4 et 5 montrent l'agencement et le fonctionnement d'un déclencheur équipé d'un dispositif pour le sectionnement mécanique de l'élément fusible et du fil de retenue. Fig. 4 and 5 show the arrangement and operation of a trip device equipped with a device for the mechanical cutting of the fuse element and the retaining wire.

En fig. 1, la référence 1 désigne un fourrreau isolant qui est équipé d'une tête conductrice 2 pourvue d'une borne d'entrée 3. Cette tête 2 est reliée électriquement par un élément fusible 4 à un dé métallique 5 rigidement fixé au fourreau 1, ce dé 5 étant latéralement solidaire d'une borne de sortie 6. In fig. 1, the reference 1 designates an insulating sheath which is equipped with a conductive head 2 provided with an input terminal 3. This head 2 is electrically connected by a fusible element 4 to a metal die 5 rigidly fixed to the sheath 1, this die 5 being laterally secured to an output terminal 6.

Au-dessous du dé fixe 5, le fourreau isolant 1 renferme un doigt mobile 7 qu'un ressort 8a, prenant appui contre ledit dé, tend à repousser vers le bas. Le doigt 7 est toutefois maintenu en position haute par un étrier 8 qu'un fil fusible 9, traversant axialement le dé 5 tout en étant réuni électriquement à celui-ci, relie à la tête 2. Ce fil 9 se trouve ainsi branché en parallèle avec l'élément fusible de protection 4. Below the fixed die 5, the insulating sheath 1 contains a movable finger 7 that a spring 8a, bearing against said die, tends to push back down. The finger 7 is however held in the high position by a stirrup 8 that a fusible wire 9, passing axially through the die 5 while being electrically joined thereto, connects to the head 2. This wire 9 is thus connected in parallel with the protective fuse element 4.

Le doigt 7 porte une barrette transversale 10 en métal qui est guidée dans des lumières longitudinales la du fourreau 1. Les extrémités de cette barrette mobile 10 sont prévues dépassantes de manière à pouvoir coopérer, en fin de course vers le bas, avec deux contacts ou plots fixes 11 et 12 prévus sur une embase isolante 13 du fourreau 1. The finger 7 carries a transverse bar 10 of metal which is guided in longitudinal openings 1a of the sleeve 1. The ends of this movable bar 10 are provided protruding so as to be able to cooperate, at the end of the downward stroke, with two contacts or fixed studs 11 and 12 provided on an insulating base 13 of the sleeve 1.

Le fonctionnement d'un tel déclencheur se comprend aisément. Aussi longtemps que l'intensité du courant qui traverse l'appareil entre les bornes 3 et 6 est inférieure à la valeur de fusion de l'élément fusible 4, le doigt porte-barrette 7 est maintenu à la position haute illustrée en fig. 1, si bien que le circuit associé aux plots 11 et 12 est ouvert. The operation of such a trigger is easily understood. As long as the intensity of the current flowing through the device between terminals 3 and 6 is less than the melting value of the fuse element 4, the bar-holding finger 7 is maintained in the high position illustrated in FIG. 1, so that the circuit associated with pads 11 and 12 is open.

Si cet élément fusible 4 vient à fonctionner à la suite d'une surintensité accidentelle, le fil 9, calibré de façon à ne pouvoir transiter qu'une intensité inférieure à celle de l'élément fusible 4, se sectionne et libère le doigt 7 (fig. 2) dont la barrette 10 vient, à la manière d'un contact, porter simultanément contre les deux plots 11 et 12. Le circuit associé à ces plots est ainsi fermé. If this fusible element 4 comes to operate following an accidental overcurrent, the wire 9, calibrated so as to be able to pass only an intensity lower than that of the fusible element 4, cuts and releases the finger 7 ( Fig. 2) whose bar 10 comes, in the manner of a contact, to bear simultaneously against the two studs 11 and 12. The circuit associated with these studs is thus closed.

Comme montré en fig. 3, le déconnecteur-limiteur suivant 1 'inven- tion comprend trois déclencheurs identiques à celui décrit ci-dessus en référence à fig. 1 et 2. Chacun de ces déclencheurs, référencés 14, 15 et 16, est branché, en amont des bobinages du transformateur triphasé à protéger, sur l'une des trois phases d'alimentation de celui. Sur chaque phase du réseau est monté un fusible limiteur principal 17 qui est branché sur la borne d'entrée 3 du délencheur correspondant, la borne de sortie 6 de celui étant reliée par un conducteur 18 à l'un des trois bobinages 19 du primaire du transformateur. As shown in fig. 3, the disconnector-limiter according to the invention comprises three triggers identical to that described above with reference to FIG. 1 and 2. Each of these triggers, referenced 14, 15 and 16, is connected, upstream of the windings of the three-phase transformer to be protected, to one of the three supply phases of that. A main limiting fuse 17 is mounted on each phase of the network, which is connected to the input terminal 3 of the corresponding trigger, the output terminal 6 of that being connected by a conductor 18 to one of the three windings 19 of the primary of the transformer.

Aux plots 11 et 12 de ces trois déclencheurs 14, 15 et 16 est associé un circuit de commande 20 et l'analyse de ce circuit 20 montre
- en ce qui concerne le déclencheur 14, que son plot 11 est relié par un conducteur 21 au conducteur 18 reliant la borne de sortie 6 du déclencheur 16 au bobinage 19 correspondant tandis que son plot 12 est réuni par un conducteur 22 au conducteur 18 reliant le déclencheur 15 à son bobinage 19
- en ce qui concerne le déclencheur 15, que son plot 11 est relié par un conducteur 23 au conducteur 18 reliant le déclencheur 14 à son bobinage 19, tandis que sur son plot 12 est fixé un conducteur 24 aboutissant au conducteur 18 reliant le déclencheur 16 à son bobinage 19
- et enfin en ce qui concerne le déclencheur 16, que ses plots 11 et 12 sont sélectivement reliés par des conducteurs 25 et 26 au conducteur 18 issu du déclencheur 14, respectivement au conducteur 18 issu du déclencheur 15. The pads 11 and 12 of these three triggers 14, 15 and 16 are associated with a control circuit 20 and the analysis of this circuit 20 shows
- as regards the trigger 14, that its stud 11 is connected by a conductor 21 to the conductor 18 connecting the output terminal 6 of the trigger 16 to the corresponding winding 19 while its stud 12 is joined by a conductor 22 to the conductor 18 connecting the trigger 15 at its winding 19
- as regards the trigger 15, that its stud 11 is connected by a conductor 23 to the conductor 18 connecting the trigger 14 to its winding 19, while on its stud 12 is fixed a conductor 24 leading to the conductor 18 connecting the trigger 16 to its winding 19
- and finally with regard to the trigger 16, that its studs 11 and 12 are selectively connected by conductors 25 and 26 to the conductor 18 from the trigger 14, respectively to the conductor 18 from the trigger 15.

Le circuit de commande 20 ainsi constitué se trouve à l'état ouvert par suite de la position haute des trois barrettes 10, ce qui évite tout court-circuit entre les phases. I1 est clair toutefois que le fonctionnement de l'un quelconque des trois déclencheurs 14, 15 et 16 provoque systématiquement, par sectionnement du fil de retenue 9, abaissement du doigt 7 et portée simultanée de sa barrette 10 contre les deux plots correspondants 11 et 12, la fermeture d'une partie du circuit 20 et, par court-circuit inter-phases, la fusion des éléments fusibles 4 des deux autres déclencheurs, ainsi que la fusion des deux fusibles limiteurs 17 correspondants. Le transformateur se trouve ainsi complètement déconnecté du réseau d'alimentation. The control circuit 20 thus formed is in the open state as a result of the high position of the three bars 10, which avoids any short circuit between the phases. It is clear however that the operation of any one of the three triggers 14, 15 and 16 systematically causes, by cutting the retaining wire 9, lowering of the finger 7 and simultaneous reach of its bar 10 against the two corresponding pads 11 and 12 , the closing of part of the circuit 20 and, by inter-phase short-circuit, the melting of the fuse elements 4 of the two other trip devices, as well as the melting of the two corresponding limiting fuses 17. The transformer is thus completely disconnected from the supply network.

Comme on l'a indiqué plus haut, le déconnecteur-limiteur suivant l'invention peut être avantageusement doté d'un dispositif additionnel propre à améliorer encore la sécurité de fonctionnement du transformateur sur lequel il est monté. As indicated above, the disconnector-limiter according to the invention can advantageously be provided with an additional device capable of further improving the operational safety of the transformer on which it is mounted.

On peut notamment craindre qu'un léger défaut d'isolation ne provoque dans la cuve du transformateur une surintensité qui est insuffisante pour provoquer la fusion de l'élément fusible 4 de l'un quelconque des trois déclencheurs, mais qui est néanmoins susceptible de provoquer l'échauffement intempestif du bain d'huile et l'explosion de ladite cuve. It is in particular to be feared that a slight insulation fault will cause an overcurrent in the transformer tank which is insufficient to cause the fusible element 4 of any one of the three triggers to melt, but which is nevertheless capable of causing the untimely heating of the oil bath and the explosion of said tank.

A la manière illustrée en fig. 4, à la tête 2 de l'un au moins des trois déclencheurs 14, 15 ou 16 est fixé latéralement un guide tubulaire 27 dans l'ouverture duquel est monté un coulisseau 28 propre à se déplacer perpendiculairement à l'axe longitudinal du fourreau 1 du déclencheur envisagé. Ce fourreau 1 est découpé d'une lumière verticale afin que l'extrémité du coulisseau 28 puisse pénétrer à son intérieur ; cette extrémité est équipée d'une lame supérieure 29 et elle est profilée afin que sa partie inférieure 28a forme poussoir. As illustrated in fig. 4, at the head 2 of at least one of the three triggers 14, 15 or 16 is fixed laterally a tubular guide 27 in the opening of which is mounted a slide 28 adapted to move perpendicular to the longitudinal axis of the sleeve 1 of the intended trigger. This sheath 1 is cut with a vertical light so that the end of the slide 28 can penetrate inside; this end is equipped with an upper blade 29 and it is profiled so that its lower part 28a forms a push.

A côté du déclencheur envisagé est prévu un pressostat de type usuel dont la sonde est disposée à l'intérieur de la cuve du transformateur afin de déceler et de capter toute élévation anormale de la pression interne de ladite cuve. L'organe mobile 30 de ce pressostat se trouve placé en vis-à-vis de l'extrémité extérieur du coulisseau 28, comme montré en fig. 4. A la position normale de cet organe 30, la lame de coupe 29 et le poussoir 28a n'interfèrent pas avec l'élément fusible 4 et le fil de retenue 9 du déclencheur. Next to the envisaged trigger is provided a usual type pressure switch, the probe of which is arranged inside the transformer tank in order to detect and detect any abnormal rise in the internal pressure of said tank. The movable member 30 of this pressure switch is placed opposite the outer end of the slide 28, as shown in FIG. 4. In the normal position of this member 30, the cutting blade 29 and the pusher 28a do not interfere with the fuse element 4 and the retaining wire 9 of the trigger.

En cas de surpression dans la cuve du transformateur, l'organe 30 se déplace (flèche 31 de fig. 5) et repousse le coulisseau 28 dont la lame 29 vient sectionner le fil 9 et l'élément fusible 4, lequel est dévié latéralement par le poussoir 28a en vue d'éviter tout risque de formation d'arc. Bien évidemment la libération du doigt 7 assure l'ap- plication de la barrette 10 contre les plots 11 et 12, de sorte qu'on assiste à un fonctionnement identique à celui ci-dessus décrit en référence à fig. 1 à 3. In the event of overpressure in the transformer tank, the member 30 moves (arrow 31 in fig. 5) and pushes the slider 28 whose blade 29 cuts the wire 9 and the fuse element 4, which is deflected laterally by the pusher 28a in order to avoid any risk of arcing. Obviously the release of the finger 7 ensures the application of the bar 10 against the studs 11 and 12, so that we are witnessing an operation identical to that described above with reference to FIG. 1 to 3.

Les trois déclencheurs assurent dans ces conditions la déconnexion totale du transformateur, de la même manière qu'en cas de surintensité. The three trip units ensure total disconnection of the transformer under these conditions, in the same way as in the event of an overcurrent.

I1 doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d' exemple et qu' elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. It should moreover be understood that the above description has been given only by way of example and that it in no way limits the field of the invention from which one would not depart by replacing the execution details described by all other equivalents.

Claims

1. Protection disconnector-limiter for three-phase electric transformers immersed in oil, of the type comprising three trip devices (14, 15, 16) inserted between main protection fuses (17) and the windings (19) of the primary of the transformer to protect in order to enter into action as soon as any of the triggers has operated, said triggers being arranged to operate in such a case the operation of the other two limiting fuses thereby ensuring complete disconnection of the transformer, characterized in that the triggers act on an open control circuit (20) which is linked to the three terminals (6) for supplying the windings (19) so that the closing of this control circuit under the effect of the operation of one of the releases ensures, by short -circuit between phases, the complete disconnection of the transformer.

2. Disconnector-limiter according to claim 1, of the kind in which each trigger comprises, mounted in parallel with a fusible element (4), a fusible wire (9) which normally ensures the retention of a movable finger (7) at the against elastic means (8a), characterized in that the finger (7) carries a strip (10) suitable for coming to be applied simultaneously against two fixed studs (11 and 12) integrated into the control circuit (20) so to close said circuit.

3. Disconnector-limiter according to any of claims 1 and 2, characterized in that at least one of the three trip devices is associated with a device capable of ensuring the mechanical cutting of the fuse element (4) and of the retaining wire (9) under the effect of accidental modification of a parameter other than an overcurrent, in particular the internal pressure of the transformer tank.

4. Disconnector-limiter according to claim 3, characterized in that the mechanical sectioning device comprises a slide (28) which is subjected to the action of the movable member (30) of a pressure switch associated with the tank and which carries a cutting blade (29) arranged to cut the fusible element (4) and the wire (9) during the movement of said slide under the effect of an internal overpressure.