FR2782409A1 - Transformateur immerge auto-protege par un dispositif incluant un disjoncteur et des fusibles - Google Patents

Abstract

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

Description

TRANSFORMATEUR IMMERGE AUTO-PROTEGE PAR UN DISPOSITIF

INCLUANT UN DISJONCTEUR ET DES FUSIBLES

L'invention concerne un transformateur électrique dont les enroulements et le circuit magnétique sont immergés dans un liquide ou un gaz diélectrique contenu dans une cuve, et qui est doté d'un dispositif de protection intégré, destiné à limiter les effets d'une défaillance

interne du transformateur.

Le document FR-A-2 712 730 décrit un transformateur triphasé de ce type baignant dans une cuve d'huile, dont le dispositif de protection comporte par phase au moins un fusible de protection disposé entre chaque phase d'alimentation électrique et les enroulements primaires correspondants du transformateur, et un rupteur triphasé disposé entre les fusibles et les phases correspondantes du transformateur. L'ouverture du rupteur est assurée par un déclencheur, en réponse à un signal d'un capteur sensible aux variations d'au moins un paramètre représentatif des caractéristiques du liquide diélectrique. Le paramètre mesuré est la pression du diélectrique, qui peut constituer un indice des défauts locaux internes aux circuits du transformateur - par exemple d'un défaut ponctuel de l'isolation électrique d'un enroulement, susceptible de dégénérer en point chaud - ne se manifestant que par une surintensité très faible du courant d'alimentation du primaire. Les fusibles sont destinés à pallier les effondrements de l'impédance interne du transformateur, induisant une chute ohmique importante. Pour assurer une protection optimale, au moins deux fusibles sont montés en série sur chaque phase, avec des seuils de coupure étagés: l'un des fusibles a une constante de temps très courte et est sensible aux courants très importants dépassant six fois le courant nominal du transformateur; l'autre est sensible aux surcharges correspondant à trois à cinq fois l'intensité nominale, avec une constante de temps supérieure. L'ensemble est conçu de manière que, s'il intervient pour interrompre l'alimentation des enroulements primaires du transformateur, il ne soit pas possible de rétablir cette alimentation sans intervention spéciale de démontage de la cuve par un spécialiste. C'est la raison pour laquelle le rupteur est non

réarmnable et immergé dans la cuve, ainsi que les fusibles. Cette disposition délibérée sous-

tend l'idée que tout déclenchement du dispositif de protection correspond nécessairement à un défaut interne du transformateur, et en aucun cas à un incident externe. En effet, il serait tout à fait inadmissible d'imposer une intervention sur un transformateur sain, du fait d'un défaut externe, notamment sur l'installation aval. Il faut donc nécessairement que soient prévus des

moyens assurant la sélectivité vis-à-vis des défauts électriques extérieurs au transformateur.

L'expérience montre qu'il subsiste en pratique un risque de fusion non désirée des fusibles du dispositif de protection, et notamment des fusibles travaillant dans le domaine des faibles surintensités.

2 2782409

Par ailleurs, en cas de faible surintensité, légèrement inférieure à trois fois l'intensité nominale du transformateur par exemple, les fusibles à faible courant de fusion immergés du dispositif de protection peuvent donner lieu à des échauffements inadmissibles pour leur environnement immédiat, sans toutefois fondre et interrompre le courant. On peut alors générer des défaillances graves qui vont à l'encontre de l'objectif recherché avec la mise en place du fusible. De plus, l'échauffement des fusibles provoque leur vieillissement prématuré, et donc

un risque croissant de dysfonctionnement avec le temps.

Le document EP-A-0 468 299 décrit par ailleurs un transformateur triphasé immergé dans l'huile, auquel est associé, pour chaque phase de primaire, un dispositif de protection comportant, branchés en série avec les enroulements de la phase primaire concernée, un disjoncteur monophasé commandé par un déclencheur à maximum de courant sensible au courant traversant le disjoncteur, et un fusible dont l'intensité du courant nominal est au moins 5 fois plus importante que l'intensité du courant nominal de phase du transformateur, et !5 de manière préférentielle 10 ou 20 fois plus importante. Un tel dimensionnement permet de limiter le domaine d'intervention des fusibles aux courts- circuits primaires du transformateur, les autres incidents électriques, y compris les sur-courants primaires dus à des courts-circuits du côté secondaire du transformateur, étant pris en compte par le disjoncteur. La présence des

fusibles permet en retour de choisir un disjoncteur de faibles performances, donc peu onéreux.

ayant notamment un pouvoir de coupure relativement faible.

Toutefois, ce dispositif est situé à l'extérieur du transformateur. Il s'en suit un encombrement important et une complexité de montage sur site. En particulier, une distance de contournement importante dans l'air doit être préservée entre les connexions amont et aval du disjoncteur, du fait des très forts courant susceptibles de le traverser lors d'un court-circuit primaire. Le nombre important de connexions hors de la cuve du transformateur et dont

l'isolement est difficile à maîtriser, induit un risque supplémentaire de défaillance.

Ce problème est d'ailleurs accentué par le fait que le dispositif n'est pas actif vis-à-vis des courts-circuits en amont du fusible, notamment ceux générés par la liaison électrique entre le disjoncteur et le fusible. En effet, le fusible est branché en série entre le disjoncteur et le transformateur et le capteur de courant pilotant le déclenchement du disjoncteur est en aval du fusible. De ce fait, le courant de défaut en cas de court-circuit entre le disjoncteur et le fusible, traverse le disjoncteur avec une intensité qui dépasse son pouvoir de coupure, si bien que le disjoncteur n'est pas en mesure de couper le circuit. Le défaut entraîne alors une

coupure au niveau d'un noeud amont du réseau, au détriment de la disponibilité globale.

3 2782409

De plus, le dispositif ne prévoit pas le déclenchement simultané des trois disjoncteurs associés chacun à une phase du primaire du transformateur. De ce fait, on peut assister dans certaines conditions à un déclenchement partiel dû à un défaut, laissant dans une phase non ouverte un courant de fuite qui reste inférieur au courant de déclenchement du disjoncteur ou qui induit un retardement important à la coupure, avec toutes les conséquences néfastes pour le circuit primaire (risques d'explosion) et/ou pour l'ensemble de l'installation (non sélectivité par

rapport au poste source).

Le document US-A-4 323 871 décrit un appareillage de protection de circuit électrique, non spécifiquement dédié à la protection d'un transformateur, et comportant un disjoncteur et des fusibles, le tout immergé dans une cuve remplie d'huile. Le disjoncteur est destiné à couper les faibles courants de défaut alors que les fusibles sont destiner à couper les courant de défaut importants. Le disjoncteur comporte, dans sa version monophasée, une ampoule à vide conventionnelle avec un organe de contact fixe et un organe de contact mobile en translation !5 dans le corps cylindrique de l'ampoule. L'organe de contact mobile comporte une tige reliée cinématiquement à un mécanisme d'ouverture et de fermeture avec un ressort d'ouverture. Ce mécanisme comporte un levier de manoeuvre permettant l'ouverture et la fermeture manuelle au travers de la cuve. Il comporte également un verrou d'ouverture en forme de came qui est rappelé élastiquement vers une position de repos. Un dispositif de déclenchement à bilame en U coopère avec la came et la retient dans une position active o elle bloque le mécanisme en position fermée. La bilame est parcourue par le courant traversant l'ampoule. En cas de courant de défaut, elle s'incurve et libère la came, qui libère à son tour un cliquet d'ouverture agissant sur le ressort d'ouverture et provoquant l'ouverture du mécanisme. Un disjoncteur triphasé est dérivé du précédent par juxtaposition de trois disjoncteurs monophasés. Les mécanismes d'ouverture et de fermeture monophasés sont reliés mécaniquement entre eux, d'une part au niveau des cliquets d'ouverture, et d'autre part au niveau des leviers de manoeuvre, de manière à former un mécanisme unique permettant une ouverture et une fermeture simultanée ou quasi-simultanée des trois pôles du disjoncteur, à la fois sur défaut électrique et sur commande manuelle. Dans ces dispositifs, la bilame de chaque phase est branchée en série entre la traversée et l'ampoule à vide correspondante et est parcourue par le courant de phase. Elle introduit donc par sa présence un risque supplémentaire de défaut électrique, d'autant qu'elle constitue un conducteur mobile et non protégé directement plongé dans l'huile. De plus, la bilame est placée, pour des raisons constructives, directement en amont ou en aval du disjoncteur qu'elle commande. Elle ne peut donc pas prendre en compte

les courts-circuits au niveau des traversées, ou entre la traversée et le disjoncteur.

L'invention vise donc à pallier les inconvénients de l'état de la technique et notamment à réaliser, à faible coût et dans le volume d'une cuve de transformateur immergé

4 2782409

conventionnelle, une protection intégrée de grande sûreté, qui soit active pour des faibles surintensités tout en évitant les risques de fusion intempestives rencontrés dans les dispositifs

à fusibles.

Plus généralement, l'invention vise à proposer, à faible coût et dans un volume réduit, un transformateur avec dispositif de protection intégré de fonctionnement sûr, qui soit apte à traiter à la fois les défauts internes et les défauts aux bornes secondaires. Rappelons que l'exigence de sûreté de fonctionnement d'un système implique que soient pris en compte simultanément: la sécurité du système, c'est à dire sa capacité à éviter un événement catastrophique; sa fiabilité, c'est à dire sa probabilité de n'être pas défaillant sur une durée donnée; sa disponibilité, c'est-à-dire sa probabilité de fonctionner à un instant donné, qui dépend elle-même de la fiabilité et de la maintenabilité du système, qui est sa probabilité d'être réparée dans un intervalle de temps donné. En l'espèce, l'exigence de sécurité implique que tous les défauts internes du transformateur qui sont susceptibles d'entraîner l'explosion de la cuve, entraînent la mise hors circuit du transformateur. L'exigence de fiabilité implique en particulier que la présence du dispositif de protection lui-même n'engendre pas de risque de défaillance supplémentaire. Les exigences de disponibilité et de maintenabilité impliquent quant à elles une bonne sélectivité dans le traitement des défauts interne nécessitant une intervention lourde sur le transformateur et le traitement des défauts sur le circuit secondaire à l'extérieur du transformateur pour lesquelles les interventions doivent être réduites au minimum. Selon un premier aspect de l'invention, ces objectifs sont atteints grâce à un transformateur électrique triphasé comportant: e une cuve contenant un diélectrique liquide ou gazeux, * un circuit primaire triphasé et un circuit secondaire triphasé, comportant chacun des enroulements immergés dans le diélectrique, chaque phase du circuit primaire pénétrant dans la cuve par une traversée isolante, * un dispositif de protection comportant: 30. au moins deux fusibles immergés dans le diélectrique, les fusibles étant branchés en série chacun sur une phase du circuit primaire du transformateur entre la traversée isolante et les enroulements du circuit primaire et ayant un pouvoir de coupure suffisant pour assurer la coupure de la phase correspondante en cas de court-circuit triphasé du circuit primaire, * un disjoncteur multipolaire comportant, pour chaque phase munie d'un des fusibles, un pôle immergé dans le diélectrique et connecté en série sur ladite phase entre le fusible correspondant et les enroulements, chaque pôle comportant des organes de contact aptes à prendre l'un par rapport à l'autre

2782409

une position de contact dans laquelle ils assurent le passage du courant et une position de séparation, le disjoncteur comportant en outre un mécanisme d'ouverture commun à l'ensemble des pôles, apte à faire passer les organes de contacts de leur position de contact à leur position de séparation, s. des moyens de déclenchement associés au mécanisme d'ouverture du disjoncteur et comportant un dispositif déclencheur à maximum de courant, les fusibles, le disjoncteur et les moyens de déclenchement étant associés de telle manière que dans des conditions correspondant à un court-circuit aux bornes du circuit secondaire, les organes de contact du disjoncteur se séparent et interrompent le courant sans que ne débute une fusion des fusibles, et qu'il existe une valeur seuil d'intensité du courant traversant chaque fusible, inférieure au pouvoir de coupure du pôle correspondant du disjoncteur et au delà de laquelle la fusion du fusible est achevée avant qu'un ordre de séparation des organes de contact donné par le dispositif déclencheur à maximum de

courant ait pu entraîner la séparation des contacts.

Selon un deuxième aspect de l'invention, ces objectif sont atteints grâce à un transformateur électrique monophasé comportant: * une cuve contenant un diélectrique liquide ou gazeux un circuit primaire et un circuit secondaire, comportant chacun un ou plusieurs enroulements immergés dans le diélectrique, la phase du circuit primaire pénétrant dans la cuve par une traversée isolante, un dispositif de protection comportant: au moins un fusible immergé dans le diélectrique, branché en série sur la phase du circuit primaire du transformateur entre la traversée isolante et le ou les enroulements du circuit primaire et ayant un pouvoir de coupure

suffisant pour assurer la coupure de la phase correspondante en cas de court-

circuit du circuit primaire, un disjoncteur comportant un pôle immergé dans le diélectrique, connecté en série entre le fusible et les enroulements, et comportant des organes de contact aptes à prendre l'un par rapport à l'autre une position de contact dans laquelle ils assurent le passage du courant et une position de séparation, le disjoncteur comportant en outre un mécanisme d'ouverture apte à faire passer les organes de contacts de leur position de contact à leur position de séparation, À des moyens de déclenchement associés au mécanisme d'ouverture du disjoncteur et comportant un dispositif déclencheur à maximum de courant, le fusible, le disjoncteur et les moyens de déclenchement étant associés de telle manière que dans des conditions correspondant à un court-circuit aux bornes du circuit secondaire,

6 2782409

les organes de contact du disjoncteur se séparent et interrompent le courant sans que ne débute une fusion du fusible, et qu'il existe une valeur seuil d'intensité du courant traversant le fusible, inférieure au pouvoir de coupure du pôle correspondant du disjoncteur et au delà de laquelle la fusion du fusible est achevée avant qu'un ordre de séparation des organes de contact donné par le dispositif déclencheur à maximum de courant ait pu

entraîner la séparation des contacts.

Les développements ci-après, plus focalisés sur l'ensemble triphasé, s'appliquent également

au transformateur monophasé, sauf précision contraire.

La présence d'un disjoncteur dans le dispositif de protection permet de limiter l'indisponibilité en cas de défaut sur le circuit secondaire. Il suffit alors, après disparition de la cause du défaut, de refermer le disjoncteur, manoeuvre qui n'exige pas de grosse intervention sur site, et peut même être le cas échéant effectuée à distance, si le disjoncteur est muni d'une télécommande de fermeture électrique. L'ouverture de l'ensemble des pôles du disjoncteur étant simultanée, tout risque de coupure partielle du transformateur, c'est à dire de coupure d'un nombre insuffisant de phases, laissant fermée une des boucles de courant du circuit

primaire, est écarté.

Du fait de l'immersion des pôles du disjoncteur et des fusibles dans la cuve du disjoncteur, il est possible de proposer un ensemble monté en usine, pour lequel la mise en place sur site est réduite, ce qui diminue notablement les risques de défaillance engendrés par le dispositif de protection. La disposition des fusibles en amont du disjoncteur permet de traiter les risques de

défauts électriques induits par la présence du disjoncteur.

L'immersion du mécanisme d'ouverture offre quant à elle une protection anticorrosion et une lubrification qui sont favorables du point de vue du vieillissement. La fiabilité globale en est accrue. Il est possible de prévoir des pôles de très faibles dimensions du fait d'une part des faibles performances de coupure exigées du disjoncteur, et d'autre part de l'immersion dans le diélectrique, qui permet de réduire la distance de contournement du disjoncteur, c'est-à-dire

la distance entre ses connexions amont et aval.

En ce qui concerne spécifiquement le transformateur triphasé, notons que l'on peut monter idéalement sur chaque phase un fusible et un pôle du disjoncteur, mais que l'on peut également prévoir de ne munir que deux des trois phases d'un fusible et d'un pôle du disjoncteur, ce qui est suffisant pour interrompre le courant dans l'ensemble du circuit

7 2782409

primaire et permet par ailleurs de réduire les coûts, ceci à condition d'admettre la perte de sélectivité vis-à-vis des moyens de protection du réseau en amont du transformateur dans les

cas de défaut à la terre.

Avantageusement, le dispositif déclencheur à maximum de courant comprend au moins un moyen de mesure pour mesurer l'intensité du courant circulant dans une phase du circuit primaire du transformateur. En pratique, le capteur est un transformateur de courant. Une telle disposition assure qu'un court-circuit dans la cuve entre une phase et la terre en un point situé entre le fusible et le pôle correspondant du disjoncteur, qui donne lieu à fusion de ce fusible, soit vue par les moyens de déclenchement de manière à assurer la séparation totale du transformateur. Il est particulièrement avantageux de le moyen de mesure mesure le courant circulant en un point situé en amont du fusible, de préférence hors de la cuve, en amont de la traversée. On assure ainsi que tous les défauts à l'intérieur de la cuve, y compris les défauts au niveau de la traversée ou de sa connexion au fusible seront vu par le capteur et entraîneront l'ouverture du disjoncteur. Afin d'éviter les cas de déclenchement pour défauts externes à la cuve, il est alors indiqué de choisir un point de mesure aussi proche que possible de la traversée. Un choix particulièrement avantageux est de disposer un tore de transformateur de

courant sur la partie de la traversée externe à la cuve, ou à proximité immédiate de celle-ci.

Selon un mode de réalisation avantageux, le ou les fusibles ont une forme allongée avec deux extrémités conductrices destinées à leur connexion amont du côté de la traversée et aval du côté du disjoncteur, situées de part et d'autre d'une partie médiane dont la surface externe est isolée, et en ce que, pour chaque phase munie d'un fusible, les parties conductrices situées entre la traversée isolante et la surface externe isolée de la partie médiane du fusible sont enveloppées par un isolant solide. En effet, la jonction électrique entre la traversée et le

fusible est le seul point de l'installation non protégé par l'association fusible et disjoncteur.

C'est donc un point vulnérable sur le plan de la sécurité de l'installation. L'isolement solide offre de ce fait une bonne garantie d'absence de défaut. Alternativement, et de façon préférentielle, le ou les fusibles ont une forme allongée avec deux extrémités conductrices destinées à leur connexion amont du côté de la traversée et aval du côté du disjoncteur, situées de part et d'autre d'une partie médiane dont la surface externe est constituée d'un isolant, et

en ce que pour chaque phase munie d'un fusible, le fusible constitue avec la traversée un sous-

ensemble monobloc et en ce que la surface extérieure de ce sous-ensemble, dans sa partie interne à la cuve, comprenant la traversée, l'extrémité conductrice amont et la partie médiane du fusible, est constituée d'un ou plusieurs isolants solides formant une isolation solide sans interruption. On élimine alors tout risque de court-circuit primaire à l'intérieur de la cuve en

amont du fusible, donc tout risque de défaut entraînant l'explosion de la cuve.

8 2782409

Pour affiner la protection vis-à-vis des défauts internes, il est avantageux de prévoir que les moyens de déclenchement comportent en outre un dispositif déclencheur commandant l'ouverture du disjoncteur lorsqu'au moins un paramètre représentatif de l'état dudit diélectrique dépasse un seuil déterminé. En pratique, différents paramètres physiques de l'état du diélectrique sont accessibles: la pression du liquide, sa température, le niveau du liquide dans la cuve, mais aussi la présence de gaz dans la cuve qui permet entre autres de détecter une décomposition gazeuse du diélectrique ou d'un isolant solide, par exemple par un arc de faible puissance entre spires sur l'un des enroulements du transformateur. Il est également avantageux de prévoir un déclenchement du disjoncteur en fonction de certaines caractéristiques du circuit secondaire (courant secondaire) ou primaire (fusion d'un ou

plusieurs fusibles).

On peut également prévoir, en alternative ou conjointement avec le capteur de courant au primaire du transformateur que le dispositif déclencheur à maximum de courant comprenne au moins un moyen de mesure pour mesurer l'intensité du courant circulant dans une phase du circuit secondaire du transformateur. Du fait de la saturation potentielle du circuit magnétique du transformateur, il n'est pas toujours satisfaisant de prendre l'information de déclenchement du disjoncteur sur le circuit primaire. En pratique il est possible d'équiper une ou plusieurs branches du circuit secondaire, de préférence chacune des phases et le cas échéant le neutre, d'un capteur de courant. Selon un mode de réalisation, les deux moyens de mesure du courant sont en outre associés dans un dispositif de protection différentielle du transformateur. Un dispositif de ce type est décrit par exemple dans le document FR-A-2 14 771 intégré

sur ce point ici par référence.

Préférentiellement, le ou les fusibles, le disjoncteur et les moyens de déclenchement sont associés de telle manière que si le fusible ou l'un des fusibles fond, les moyens de déclenchement donnent un ordre de séparation des contact. Il existe un domaine de valeurs de l'intensité du courant - à savoir: les valeurs dépassant la valeur seuil d'intensité au delà de laquelle la fusion du fusible est achevée avant qu'un ordre de séparation des organes de

contact donné par les moyens de déclenchement ait pu entraîner la séparation des contacts -

pour lequel la séparation des contacts des pôles du disjoncteur est postérieure à la fusion d'au moins un des fusibles. Il existe également un domaine de valeurs de l'intensité du courant de

phase primaire - à savoir: les valeurs comprises entre la valeur correspondant à un court-

circuit secondaire et la valeur seuil définie précédemment - pour lesquelles l'ordre dans lequel se succèdent la fusion du ou des fusibles et la séparation des contacts, est indifférent. Dans ce domaine en effet, le courant de défaut est inférieur au pouvoir de coupure du disjoncteur et a

fortiori au pouvoir de coupure des fusibles.

9 2782409

Préférentiellement, le ou les fusibles sont limiteurs. On assure ainsi que le courant circulant

dans le circuit primaire durant la fusion des fusibles reste à un niveau admissible.

De façon particulièrement avantageuse chaque pôle du disjoncteur comporte une ampoule à vide immergée dans le diélectrique. Du fait de la présence des fusibles assurant la protection dans les cas de courant de court-circuit de forte intensité, il est possible d'utiliser des ampoules à vide de faibles performances, très peu encombrantes. La faible distance de contournement de l'ampoule à vide, c'est-à-dire la faible distance entre les connexions amont et aval de l'ampoule, n'engendre alors aucun problème supplémentaire, puisque les connexions baignent dans l'huile qui assure une bonne isolation électrique. L'ampoule à vide offre donc un compromis tout à fait favorable en termes d'encombrement, de performance et

de coût.

De préférence, le disjoncteur comporte un mécanisme de fermeture apte à faire passer les organes de contact de leur position séparée à leur position de contact, comportant un organe de manoeuvre accessible de l'extérieur de la cuve, le mécanisme d'ouverture étant apte à provoquer l'ouverture du ou des pôles du disjoncteur quel que soit l'état du mécanisme de fermeture. Il est alors possible, dans le cas o le déclenchement a une origine extérieure au transformateur, de remettre celui-ci en service sans ouverture de la cuve. La priorité à l'ouverture permet éviter toute détérioration du transformateur dans le cas d'un maintien du

défaut au moment de la fermeture.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va

suivre de différents modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente un schéma électrique d'un transformateur selon un premier mode de réalisation de l'invention; * la figure 2 représente une coupe d'un agencement correspondant au premier mode de réalisation de l'invention; 30. la figure 3 représente une coupe dans un plan perpendiculaire au plan de la figure 1; la figure 4 représente un diagramme o sont portées les caractéristiques temps courant du disjoncteur et des fusibles du transformateur; la figure 5 représente schématiquement les éléments d'un transformateur selon un deuxième mode de réalisation de l'invention; 35. la figure 6 représente un schéma électrique d'un troisième mode de réalisation de l'invention; a la figure 7 représente schématiquement les éléments d'un transformateur selon un

quatrième mode de réalisation de l'invention.

2782409

En référence aux figures 1 à 3, un transformateur moyenne tension basse tension triphasé I comporte des enroulements primaires 2 et secondaires 3 immergés dans une cuve 4 contenant un liquide diélectrique 5, en pratique de l'huile. Chaque phase du circuit primaire du transformateur pénètre dans la cuve 4 par l'intermédiaire d'une pièce multifonctions 6

comportant une traversée moyenne tension 7.

La pièce multifonctions 6 comporte dans sa partie externe à la cuve 4 une zone d'embrochage 8 spécifique et dans sa partie interne à la cuve une zone d'enfichage 9 d'une tête 10 d'un fusible 11. Le fusible 11 est un fusible limiteur conventionnel, avec une partie médiane formant un corps 12 dont la paroi externe est cylindrique et isolante, et deux extrémités la tête 10 et le pied 13 - en métal. La zone d'enfichage 9 comporte une paroi externe tubulaire en matériau élastomère électriquement isolant, dont l'extrémité inférieure coopère avec le

corps 12 du fusible 11 de manière à faire étanchéité entre la tête 10 du fusible et l'huile 5.

L'extrémité supérieure de cette paroi tubulaire fait une étanchéité avecla zone d'embrochage 8. La pièce multifonctions 6 constitue de ce fait, avec le fusible 11 monté, un ensemble monobloc dont les parois externes forment une isolation solide sans interruption entre la traversée 7 et la partie médiane 12 du fusible 11. On s'assure ainsi que tout défaut électrique en amont du fusible 11 est en fait extérieur à la cuve 4, et n'engendre par conséquent aucun

risque d'explosion de celle-ci.

L'autre extrémité du fusible 11 est reliée à une plage de connexion côté source 14 d'un module disjoncteur 15, par l'intermédiaire d'une liaison électrique 16 comportant un

conducteur électrique gainé.

Le module disjoncteur 15 comporte, pour chaque phase, une ampoule à vide 17 de structure conventionnelle, avec un corps 18 formant une chambre cylindrique contenant un organe de contact fixe 19 et un organe de contact mobile 20 guidé axialement dans l'ampoule et prolongé par une tige de commande 21. Une ampoule de ce type est décrite par exemple dans le document US-A-4 323 871 dont l'exposé est incorporé ici sur ce point par référence. Un mécanisme d'ouverture et de fermeture 22 de ce disjoncteur est également du type décrit dans le document US-A-4 323 871 dont l'exposé est sur ce point incorporé ici par référence. Ce mécanisme 22 est pourvu d'un levier de manoeuvre 23 accessible de l'extérieur de la cuve 4,

qui permet l'ouverture et la fermeture manuelle.

La plage de connexion côté charge 24 du module disjoncteur 15 est reliée aux enroulements primaires 2 du transformateur 1 par l'intermédiaire d'un changeur de prise 25. Le changeur de prise est du type décrit par exemple dans le document US-A-4 504 811, dont l'exposé est il 2782409 incorporé sur ce point ici par référence. Il possède une barrette fixe de connexion assurant des départs vers différents points des enroulements primaires, et une barrette mobile portant les points de connexions aux plages aval du disjoncteur. Le déplacement de la barrette mobile permet, simultanément pour chaque phase du primaire, la connexion de la plage côté charge du disjoncteur sélectivement à l'un des points de départ vers l'enroulement primaire correspondant. La cuve 4 est étanche ou quasi-étanche (ce dernier terme recouvrant le cas des cuves comportant par exemple une tubulure d'assèchement d'air de faible dimension) et le niveau d'huile est tel que la zone d'enfichage 9, les fusibles 11 et les ampoules à vide 17, de même que les parties mobiles du mécanisme 22 du disjoncteur 15, autres que le levier de manoeuvre

23, sont immergés.

A proximité de la traversée moyenne tension 7, à l'extérieur de la cuve 4, est disposé un tore 26 de transformateur de mesure 27 donnant une mesure de l'intensité du courant circulant dans la traversée. Un dispositif de déclenchement à maximum de courant 28 reçoit le signal et

commande le mécanisme d'ouverture et de fermeture 22 du module disjoncteur 15.

Le diagramme temps courant de la figure 4 permet de visualiser le comportement du dispositif. Ont été portés sur ce diagramme: en ordonnée le temps et en abscisse l'intensité du courant de phase. On a représenté d'une part la courbe de déclenchement 40 du disjoncteur et

d'autre part la courbe de fusion 41 du fusible de la phase correspondante.

Par rapport au courant nominal IN. le disjoncteur admet une surcharge Is sans déclencher. La courbe de déclenchement 40 du disjoncteur s'infléchit au delà d'Is de façon à ce qu'à une valeur seuil ICCBT correspondant à l'intensité du courant circulant dans une phase du primaire lors d'un court-circuit triphasé au secondaire du transformateur, le disjoncteur ait un temps de déclenchement court, dans cet exemple 0,1 seconde. La courbe de fusion 41 du fusible est, dans cette zone, bien au dessus de la courbe de coupure du disjoncteur, puisque la fusion n'aurait lieu qu'après 3 secondes d'exposition au courant. En pratique ceci se traduit par le fait qu'en cas de court- circuit au secondaire du transformateur, le disjoncteur commandé par son relais à maximum de courant coupe le courant dans le primaire du transformateur avant que

les fusibles n'aient le temps de s'échauffer notablement.

Au delà de la valeur seuil ICCBT, il existe une valeur seuil IF, inférieure au pouvoir de coupure Ic du disjoncteur, à laquelle les courbes de déclenchement 40 du disjoncteur et de fusion 41 des fusibles se croisent. Ceci signifie que si un court-circuit sur le circuit primaire du transformateur 1 provoque un courant d'intensité supérieure à IF sur une phase au moins, la

12 2782409

fusion du ou des fusibles 11 exposés à ce courant sera achevée avant qu'un ordre de

déclenchement n'ait été transmis au disjoncteur 15 par le dispositif de déclenchement 28.

Toutefois, l'un des capteurs de courant 27 aura bien vu passer le courant de court circuit et le dispositif de déclenchement 28 provoquera a posteriori l'ouverture du disjoncteur 15. Cette disposition permet de s'assurer que l'ensemble du circuit primaire est isolé, même si le court-

circuit n'a provoqué que la fusion d'un seul fusible 11.

D'autres modes de déclenchement du disjoncteur sont prévus. En particulier, on prévoit un ou plusieurs capteurs 29 de données représentatives de l'état du diélectrique, reliés à un dispositif de déclenchement 30. Dans le cas présent d'un diélectrique liquide, ces données comprennent par exemple des mesures du niveau du liquide, de sa température, de sa pression, ou de la

présence d'un gaz dans la cuve.

Selon un deuxième mode de réalisation, représenté sur la figure 5, un sous-ensemble multifonctions monobloc 50 comporte une pièce de connexion moyenne tension 51, une

liaison électrique souple 52, une traversée 53 et une pièce d'enfichage 54 de la tête de fusible.

La liaison souple 52 comporte une âme 55 comportant une tresse métallique ou un câble fin.

Le sous-ensemble comporte un revêtement extérieur 56 moulé en matériau élastomère isolant.

Une bride 57 permet la fixation à la cuve 4. On obtient ainsi une isolation électrique sans interruption entre la partie médiane du fusible 11 et la connexion moyenne tension 51 extérieure à la cuve. Ce dispositif a l'avantage supplémentaire par rapport au précédent

d'éliminer une pièce de connexion avec l'appareillage moyenne tension côté source.

Les mêmes principes s'appliquent en monophasé, comme en atteste la figure 6 représentant le schéma électrique d'un troisième mode de réalisation de l'invention. Un unique capteur de

courant est alors suffisant pour assurer la commande du disjoncteur.

Un quatrième mode de réalisation, illustré sur la figure 7, diffère du premier mode essentiellement par la structure de la traversée et de la connexion amont du fusible de chaque phase. La traversée est reliée à la connexion de tête du fusible limiteur 8, par l'intermédiaire d'une liaison électrique 58 constituée d'un conducteur gainé. Cette disposition, moins performante, est toutefois également moins onéreuse puisqu'elle réduit le nombre de pièces spécifiques. Les exemples de réalisations ci-dessus ont été pris dans le domaine des transformateurs moyenne tension basse tension. L'invention est toutefois également applicable à d'autres types de transformateurs, notamment à des transformateurs sources moyenne tension. Le

branchement du primaire du transformateur peut être indifféremment en triangle ou en étoile.

Dans ce dernier cas, il peut être utile de disposer sur la traversée du neutre un capteur de

courant apte à piloter le dispositif à maximum de courant.

Par ailleurs, il est possible d'envisager d'autres types de disjoncteur que les disjoncteurs à vide. L'invention trouve également à s'appliquer avec un diélectrique gazeux, notamment du SF6.

14 2782409

Claims (11)

REVENDICATIONS

1. Transformateur électrique triphasé (1) comportant: ò une cuve (4) contenant un diélectrique liquide ou gazeux (5), a un circuit primaire triphasé et un circuit secondaire triphasé, comportant chacun des enroulements (2,3) immergés dans le diélectrique, chaque phase du circuit primaire pénétrant dans la cuve (4) par une traversée isolante (7), À un dispositif de protection comportant: ò au moins deux fusibles (11) immergés dans le diélectrique (5), les fusibles étant branchés en série chacun sur une phase du circuit primaire du transformateur (1) entre la traversée isolante (7) et les enroulements (2) du circuit primaire et ayant un pouvoir de coupure suffisant pour assurer la coupure de la phase correspondante en cas de court-circuit triphasé du circuit primaire, e un disjoncteur multipolaire (15) comportant, pour chaque phase munie d'un des fusibles (11), un pôle immergé dans le diélectrique (5) et connecté en série sur ladite phase entre le fusible (11) correspondant et les enroulements (2), chaque pôle comportant des organes de contact (19, 20) aptes à prendre l'un par rapport à l'autre une position de contact dans laquelle ils assurent le passage du courant et une position de séparation, le disjoncteur (15) comportant en outre un mécanisme d'ouverture (22) commun à l'ensemble des pôles, apte à faire passer les organes de contacts (19, 20) de leur position de contact à leur position de séparation, des moyens de déclenchement (28, 30) associés au mécanisme d'ouverture (22) du disjoncteur (15) et comportant un dispositif déclencheur à maximum de courant (28), les fusibles (11), le disjoncteur (15) et les moyens de déclenchement (28, 30) étant associés de telle manière que dans des conditions correspondant à un court-circuit aux bornes du circuit secondaire, les organes de contact (19, 20) du disjoncteur (15) se séparent et interrompent le courant sans que ne débute une fusion des fusibles (11), et qu'il existe une valeur seuil d'intensité du courant traversant chaque fusible, inférieure au pouvoir de coupure du pôle correspondant du disjoncteur (15) et au delà de laquelle la fusion du fusible (11) est achevée avant qu'un ordre de séparation des organes de contact (19, 20) donné par le dispositif déclencheur à maximum de courant (28) ait pu entraîner la

séparation des organes de contact (19, 20).

2. Transformateur électrique monophasé (1) comportant: * une cuve (4) contenant un diélectrique liquide ou gazeux (5);

2782409

ò un circuit primaire et un circuit secondaire, comportant chacun un ou plusieurs enroulements (2, 3) immergés dans le diélectrique (5), la phase du circuit primaire pénétrant dans la cuve (4) par une traversée isolante (7), À un dispositif de protection comportant: au moins un fusible (11) immergé dans le diélectrique (5), branché en série sur la phase du circuit primaire du transformateur (1) entre la traversée isolante (7) et le ou les enroulements du circuit primaire (2) et ayant un pouvoir de coupure suffisant pour assurer la coupure de la phase correspondante en cas de court-circuit du circuit primaire, 10. un disjoncteur (15) comportant un pôle immergé dans le diélectrique (5), connecté en série entre le fusible (11) et les enroulements du circuit primaire (2), et comportant des organes de contact (19, 20) aptes à prendre l'un par rapport à l'autre une position de contact dans laquelle ils assurent le passage du courant et une position de séparation, le disjoncteur (15) comportant en outre un mécanisme d'ouverture (22) apte à faire passer les organes de contact (19, 20) de leur position de contact à leur position de séparation, des moyens de déclenchement (28, 30) associés au mécanisme d'ouverture (22) du disjoncteur (15) et comportant un dispositif déclencheur à maximum de courant (28), le fusible (11), le disjoncteur (15) et les moyens de déclenchement (28, 30) étant associés de telle manière que dans des conditions correspondant à un court-circuit aux bornes du circuit secondaire, les organes de contact (19, 20) du disjoncteur (15) se séparent et interrompent le courant sans que ne débute une fusion du fusible (11), et qu'il existe une valeur seuil d'intensité du courant traversant le fusible (11), inférieure au pouvoir de coupure du pôle correspondant du disjoncteur (15) et au delà de laquelle la fusion du fusible (11) est achevée avant qu'un ordre de séparation des organes de contact (19, 20) donné par le dispositif déclencheur à maximum de courant (28) ait pu entraîner la

séparation des organes de contact.

3. Transformateur selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le

dispositif déclencheur à maximum de courant (28) comprend au moins un moyen de mesure (27) pour mesurer l'intensité du courant circulant dans une phase du circuit

primaire du transformateur (1).

4. Transformateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen de mesure (27) mesure le courant circulant en un point situé en amont du ou des fusibles (11), en

particulier hors de la cuve (4), en amont de la traversée (7).

16 2782409

5. Transformateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce

que le ou les fusibles (Il) ont une forme allongée avec deux extrémités conductrices (10, 13) destinées à leur connexion amont du côté de la traversée (7) et aval du côté du disjoncteur (15), situées de part et d'autre d'une partie médiane (12) dont la surface externe est isolée, et en ce que, pour chaque phase munie d'un fusible (11), les parties conductrices situées entre la traversée isolante (7) et la surface externe isolée de la partie médiane (12)

du fusible sont enveloppées par un isolant solide.

6. Transformateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce

que le ou les fusibles (11) ont une forme allongée avec deux extrémités conductrices (10, 13) destinées à leur connexion amont du côté de la traversée (7) et aval du côté du disjoncteur (15), situées de part et d'autre d'une partie médiane (12) dont la surface externe est constituée d'un isolant, et en ce que pour chaque phase munie d'un fusible (11), le fusible (11) constitue avec la traversée (7) un sous-ensemble monobloc et en ce que la surface extérieure de ce sous-ensemble, dans sa partie interne à la cuve (4), comprenant la traversée (7), l'extrémité conductrice amont (10) et la partie médiane (12) du fusible (11), est constituée d'un ou plusieurs isolants solides formant une isolation solide sans interruption.

7. Transformateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce

que les moyens de déclenchement (28, 30) comportent en outre un dispositif déclencheur (30) commandant l'ouverture du disjoncteur lorsqu'au moins un paramètre représentatif de

l'état dudit diélectrique dépasse un seuil déterminé.

8. Transformateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce

que le dispositif déclencheur à maximum de courant (28) comprend au moins un moyen de mesure pour mesurer l'intensité du courant circulant dans une phase du circuit secondaire

du transformateur.

9. Transformateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce

que le ou les fusibles (11), le disjoncteur (15) et les moyens de déclenchement (28, 30) sont associés de telle manière que si le fusible ou l'un des fusibles fond, les moyens de

déclenchement (28, 30) donnent un ordre de séparation des organes de contact.

1 0.Transformateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce

que le ou les fusibles (11) sont limiteurs.

17 2782409

1.Transformateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce

que chaque pôle du disjoncteur comporte une ampoule à vide (17) immergée dans le

diélectrique (5).

12.Transformateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce

que le disjoncteur (15) comporte un mécanisme de fermeture (22) apte à faire passer les organes de contact (19, 20) de leur position séparée à leur position de contact, comportant un organe de manoeuvre (23) accessible de l'extérieur de la cuve (4), le mécanisme d'ouverture (22) étant apte à provoquer l'ouverture du ou des pôles du disjoncteur quel que

soit l'état du mécanisme de fermeture (22).