FR2974460A1

FR2974460A1 - Ensemble electrique, haute ou moyenne tension, comprenant un disque isolant formant support de barre(s) conductrice(s) et une enveloppe metallique a paire de brides de retenue du disque

Info

Publication number: FR2974460A1
Application number: FR1153415A
Authority: FR
Inventors: Johannes Blatter
Original assignee: Alstom Grid AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2011-04-20
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2012-10-26
Anticipated expiration: 2031-04-20
Also published as: WO2012143472A1; FR2974460B1

Abstract

L'invention concerne un ensemble électrique comprenant au moins une enveloppe métallique (3, 4) contenant un gaz isolant, tel que du SF6, et comprenant une paire de brides (30, 40) assemblées entre elles en étant au moins en partie en appui l'une contre l'autre et entre lesquelles est logé au moins un joint périphérique (10.1, 10.2, 10) pour assurer l'étanchéité au gaz ; au moins une barre conductrice de l'électricité (5, 6) agencée à l'intérieur de l'enveloppe métallique, un disque électriquement isolant (1) comprenant au moins une ouverture débouchant sur les deux faces principales du disque et traversée par la barre conductrice. Selon l'invention, le disque isolant électriquement (1) comprend à sa périphérie une collerette (9) maintenue pincée par les deux brides (30, 40) à l'intérieur de la zone périphérique d'étanchéité délimitée par ledit joint.

Description

1 ENSEMBLE ELECTRIQUE, HAUTE OU MOYENNE TENSION, COMPRENANT UN DISQUE ISOLANT FORMANT SUPPORT DE BARRE(S) CONDUCTRICE(S) ET UNE ENVELOPPE METALLIQUE A PAIRE DE BRIDES DE RETENUE DU DISQUE

DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un nouvel ensemble électrique, haute ou moyenne tension, comprenant un disque isolant formant support de barres conductrices et une enveloppe métallique à paire de brides de retenue du disque. L'application principale visée est la partie formant traversée de postes triphasés blindés à isolation gazeuse à haute tension, typiquement supérieure à 52kV, ou GIS (abréviation en anglais de « Gas Insulated Switchgear »). L'invention peut également s'appliquer à une ligne de transport d'électricité à isolation gazeuse ou GIL (abréviation en anglais de « Gas Insulated Line »). ART ANTÉRIEUR Dans le domaine des appareillages électriques haute tension, il est connu bon nombre de solutions de montage d'éléments conducteurs électriques sur un support isolant électrique dans une enveloppe métallique contenant un gaz isolant diélectrique, tel que du SF6. 2 Plus particulièrement, dans les parties formant traversées de postes GIS, il est largement connu d'agencer un support isolant de barres blindées dans l'enveloppe ou cuve métallique.

Ainsi, il est connu du brevet JP 2007181294, de supporter dans une traversée 1 un conducteur métallique haute tension, monophasé, 2 par une entretoise isolante 5 à l'intérieur d'une cuve 3 mise à la terre. L'espaceur isolant 5 comprend une ouverture en son centre à travers laquelle le conducteur 2 est logé en étant aligné selon l'axe de la cuve 3. La forme générale de l'espaceur 5 est tronconique. L'agencement divulgué selon ce brevet implique qu'en cas de réalisation de partie de traversée courant triphasée, trois traversées 1 indépendantes ou autrement dit separées soient requises. Cela implique un coût important pour l'implantation in situ. En outre, la forme tronconique de l'espaceur isolant 5 implique un encombrement important selon l'axe de la traversée. Le brevet KR 20090072582 divulgue une traversée haute tension sous isolation gazeuse, avec un agencement de trois conducteurs 12a supporter à une cuve métallique chacun par un support isolant 120 et par l'intermédiaire d'éléments de support 110. Plus exactement, les conducteurs 12a sont ajustés individuellement dans un support isolant électriquement 120 eux-mêmes ajustés individuellement dans un des éléments support 110 fixés à la cuve. Ainsi, selon ce brevet, il est nécessaire d'avoir un nombre trois supports isolant électriquement 120 et trois éléments 3 support distincts 110 pour faire supporter les trois conducteurs triphasés 12a par la cuve métallique. En d'autres termes, l'inconvénient majeur de l'agencement selon ce brevet est réside dans le nombre de pièces important et donc dans le coût afférent. Enfin, le brevet DE 4302424 divulgue une traversée de disjoncteur-sectionneur haute tension 12 sous isolation gazeuse, avec des barres blindées 10 et trois sectionneurs 40 dont les contacts mobiles 42 sont supportés chacun par un support isolant électriquement 17 lui-même supporté par une première poutre support 124, les contacts fixes 44 étant quant à eux supportés chacun par un autre support isolant électriquement 11 lui-même supporté par une deuxième poutre support 126.

Il ressort de ce brevet, que les poutres support 124, 126 sont électriquement conductrices et sont communes aux trois phases. Tel que montrée en figures 4 et 9, la forme des poutres support 124, 126 et leur agencement relatif impliquent qu'elles sont susceptibles de se courber. Or, une incurvation d'une poutre avec des ouvertures pour les parties actives qui portent les courants alternatifs peut générer des vibrations sous l'effet des forces Lorentz. Ces vibrations sont hautement nuisibles dans un appareillage électrique haute tension car elles augmentent de manière conséquente les bruits d'émission de l'appareillage en cause. En outre, il y a un risque de décharge électrique entre parties actives et poutres supports 124, 126. Ce risque est particulièrement présent lorsque l'usure mécanique des sectionneurs 40 amène par gravité des particules sur la poutre inférieure 126. 4 Le but de l'invention est donc de proposer une solution de montage d'un ou plusieurs éléments conducteurs électriques sur un support isolant électrique dans une enveloppe métallique contenant un gaz isolant diélectrique d'un ensemble électrique haute tension qui pallie tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur. EXPOSÉ DE L'INVENTION Pour ce faire, l'invention a pour objet un ensemble électrique comprenant au moins une enveloppe métallique contenant un gaz isolant, tel que du SF6, et comprenant une paire de brides assemblées entre elles en étant au moins en partie en appui l'une contre l'autre et entre lesquelles est logé au moins un joint périphérique pour assurer l'étanchéité au gaz ; au moins une barre conductrice de l'électricité agencée à l'intérieur de l'enveloppe métallique, un disque électriquement isolant comprenant au moins une ouverture débouchant sur les deux faces principales du disque et traversée par la barre conductrice. Selon l'invention, le disque isolant électriquement comprend à sa périphérie une collerette maintenue pincée par les deux brides à l'intérieur de la zone périphérique d'étanchéité délimitée par ledit joint. De préférence, la collerette du disque est maintenu pincée au moins en partie à l'intérieur du joint d'étanchéité. Le joint d'étanchéité peut comprendre avantageusement deux surfaces distinctes, chacune étant logée dans une rainure de brides et la collerette du disque étant pincée en partie entre les deux surfaces de joint. La collerette a, de préférence, une 5 épaisseur d2 moindre que l'épaisseur dl du corps du disque au niveau de leur jonction, l'épaisseur de la collerette diminuant vers l'extérieur. On peut prévoir avantageusement au moins un écran de blindage monté dans une ouverture du disque isolant, chaque écran de blindage étant adapté pour loger une barre conductrice et pour au moins réduire l'effet corona à l'interface entre écran, barre conductrice et disque isolant électrique. On peut prévoir également avantageusement un dispositif formant ressort agencé entre un écran de blindage et le disque isolant électrique pour permettre un débattement éventuel de la barre conductrice logé dans l'écran. Cela permet de concevoir plus aisément l'ensemble électrique selon l'invention : en effet, un tel dispositif ressort permet de fixer chaque barre conductrice à l'intérieur d'un ajour lors de l'assemblage en production. L'ensemble électrique selon l'invention comprend avantageusement trois barres blindées chacune d'une phase d'un appareillage électrique triphasé. De préférence, les trois centres des écrans de blindage logeant chacun une barre conductrice forment un triangle isocèle dont le centre de symétrie est distinct de celui du disque isolant. Un tel décalage entre centres de symétrie permet d'assurer facilement la compatibilité entres différents appareils 6 d'un poste blindé (en anglais « Gas Insulating Switchgear « , c'est-à-dire en abrégé G.I.S). En effet, un tel poste GIS ou sous-station électrique se compose généralement de plusieurs cloisons (traversées), et il faut donc décaler les centres de symétrie pour adapter l'ensemble des barres conductrices aux différents diamètres des cloisons et ainsi conserver les mêmes distances entre les barres conductrices de différents appareils.

Avantageusement, le joint est métallique pour assurer la continuité de connexion électrique d'une bride à une autre. L'ensemble électrique selon l'invention peut constituer une partie de traversée d'un appareillage électrique haute tension ou une partie de ligne à isolation gazeuse (GIL) haute tension. Grâce au montage selon l'invention, on peut faire supporter trois éléments conducteurs triphasés par un seul et même disque isolant électriquement dans une même traversée, ce qui est avantageux en termes de coût. Pour une application en tant que traversée haute tension en courant triphasé, on peut envisager une épaisseur du corps du disque isolant dl de l'ordre de 15 mm. Cette valeur est à comparer par exemple avec le support isolant de forme tronconique du brevet JP 2007181294 mentionné en préambule qui s'étend typiquement sur une longueur de l'ordre de 100 mm selon la direction longitudinale de la traversée. Ainsi, on peut considérer une compacité du montage selon 7 l'invention au moins six fois supérieur au montage selon le brevet JP 2007181294. Comparativement à un montage tel que celui selon le brevet KR 20090072582 cité en préambule, un seul support isolant selon l'invention au lieu de trios est requis. Enfin, comparativement à un montage tel que celui selon le brevet DE 4302424, aucun support conducteur électriquement n'est requis slon l'invention pour supporter les barres conductrices de courant. Ainsi, grâce à l'invention, l'absence de supports conducteurs électriquement à proximité des parties actives réduit de manière significative le risque de décharge électrique au sein de l'assemblage. Or, tel que décrit au chapitre 2.3.1.3 de la brochure technique 150 de Cigré, publié en Février 2000, plus de 25% des défaillances (ruptures) sont dues aux décharges électriques à la terre. Ainsi, la solution de montage selon l'invention améliore de manière significative l'efficacité des appareillages électriques hautes tension. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention fait, à titre illustratif et non limitatif en référence aux figures parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue en perspective en coupe partielle d'un ensemble électrique selon 8 l'invention, les barres conductrices de l'ensemble étant des barres blindées de traversée haute tension, - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale en détail de l'assemblage par paire de bride de l'ensemble selon la figure 1, - la figure 3 est une vue en perspective d'un disque isolant formant support de barres conductrices d'un ensemble électrique selon l'invention.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS En figure 1, on a représenté un ensemble électrique selon l'invention dans une application en tant que partie de traversée d'un appareillage triphasé haute tension à isolation gazeuse, de type SF6.

Autrement dit, ici les barres conductrices dont deux 5, 6 seulement sont représentées constituent des barres blindées pour conduire chacun une partie du courant triphasé. L'ensemble électrique selon l'invention comprend un disque électriquement isolant 1 dont la collerette à sa périphérie est maintenue pincée par un assemblage boulonné 2 à deux brides 30, 40 chacune en extrémité d'une enveloppe métallique 3, 4. Cet assemblage réalise la connexion mécanique et électrique des deux enveloppes métalliques 3, 4 en matériau électriquement conducteur. L'intérieur de ces enveloppes 3, 4 est remplie du gaz isolant diélectrique, tel que du SF6. Le disque 1 forme le support des trois 30 barres blindées de passage du courant triphasé dont 9 deux 5, 6 seulement sont représentées, la troisième non représentée étant dans la partie coupée de la figure 1. Typiquement, les enveloppes métalliques 3, 4 sont mises à la terre et chaque barre blindée 5, 6 est portée à un potentiel haute tension en courant triphasé. Ainsi, le disque isolant électriquement 1 assure à la fois l'isolation électrique entre chacune des barres blindées et entre toutes celles-ci et les deux enveloppes métallique 3, 4 mises à la terre.

Chacune des barres conductrices 5, 6 est emmanchée dans un écran de blindage 7, 8, 11 en matériau électriquement conducteur ou semi-conducteur. La fonction de ces écrans 7, 8, 11 est d'assurer une protection de l'ensemble électrique contre les effets corona dus aux champs électriques élevés aux interfaces entre barres blindées 5, 6, écrans 7, 8 et disque isolant électriquement 1. Chaque écran 7, 8, 11 est inséré dans une ouverture du disque 1 comme mieux explicité ci-après et entoure donc une des barres blindées 7, 8, 11. De fait, le disque isolant électriquement maintenu selon l'invention supporte le poids des trois écrans de blindage 7, 8, 11 et des trois barres blindées 5, 6 emmanchées chacune dans un écran.

Dans le mode de réalisation illustré, les trois barres 5, 6 sont cylindriques pleines et identiques entre elles et les écrans de blindage 7, 8, 11 sont des cylindres creux de diamètre interne correspondant au diamètre externe des barres au jeu de montage près et ils sont identiques entre eux. 10 Le montage mécanique selon l'invention entre le disque isolant électriquement 1 et l'assemblage par brides avec joint 2 est représenté plus en détail en figure 2.

Le disque isolant électriquement 1 présente dans sa partie centrale, un corps 1 d'épaisseur sensiblement égale dl sur toute sa surface et à sa périphérie, une collerette de fixation 9 faisant partie intégrale avec le corps. Typiquement, le disque 1 est moulé en une seule pièce. La collerette 9 a une épaisseur environ égale à d2 au niveau de la jonction avec le corps et qui décroit vers l'extérieur jusqu'à atteindre une valeur minimale. A titre indicatif, on peut avoir les valeurs suivantes : dl = 8 mm ; d2 = 6,8 mm ; valeur minimale à l'extrémité de la collerette 9 = 5,5 mm.

La collerette de fixation 9 est maintenue pincée, dans sa partie effilée d'épaisseur inférieur à d2, entre deux surfaces annulaires 10.1, 10.2 de joint qui forment le joint d'étanchéité 10 de l'assemblage à brides 30, 40. Les deux surfaces 10.1, 10.2 annulaires de joint peuvent être chacune insérée dans une rainure périphérique prévue à cet effet en bout de brides 30, 40. Autrement dit, les deux surfaces annulaires d'étanchéité 10.1, 10.2 pincent la collerette 9 sur ses deux faces avec un effort de pincement suffisant non seulement pour supporter le poids des barres blindées 5, 6 et écrans de blindage 7, 8, 11 mais également 11 assurer l'étanchéité du gaz isolant à l'intérieur des enveloppes métalliques 3, 4 vis-à-vis de l'extérieur. En figure 3, on a représenté plus en détail le montage des écrans de blindage 7, 8, 11 dans le disque isolant 1. Ici, le triangle isocèle formé par les centres des axes des écrans 7, 8, 11 a un centre de symétrie qui ne coïncide pas avec le centre de symétrie du disque isolant 1.

Entre chaque ouverture du disque isolant dédiée au logement d'un écran de blindage 7, 8, 11 et ce dernier est prévu un dispositif formant ressort 12, 13, 14. Dans le mode de réalisation illustré, les trois dispositifs formant ressort 12, 13, 14 sont réalisés intégralement dans le disque isolant en pratiquant des ajours de dimensions appropriées, les épaisseurs du matériau isolant électriquement constituant le disque 1 conférant une souplesse. Ainsi, lorsque les barres blindées 5, 6 sont chacune emmanchées dans un écran 7, 8, 11 correspondant, elles sont supportées physiquement par le disque isolant avec un certain débattement possible dû aux dispositifs formant ressort 12, 13, 14 (figure 3). L'invention qui vient d'être décrite permet d'obtenir un support isolant électriquement fiable et facile à mettre en oeuvre de barres conductrices dans une enveloppe métallique contenant un gaz isolant diélectrique. Bien que décrite en détail uniquement pour une application en tant que traversée d'un appareillage 30 12 électrique haute tension, l'invention peut aussi convenir en tant que partie d'une ligne à isolation gazeuse sous haute tension (GIL).

Claims

REVENDICATIONS1. Ensemble électrique comprenant au moins une enveloppe métallique (3, 4) contenant un gaz isolant, tel que du SF6, et comprenant une paire de brides (30, 40) assemblées entre elles en étant au moins en partie en appui l'une contre l'autre et entre lesquelles est logé au moins un joint périphérique (10.1, 10.2, 10) pour assurer l'étanchéité au gaz ; au moins une barre conductrice de l'électricité (5, 6) agencée à l'intérieur de l'enveloppe métallique, un disque électriquement isolant (1) comprenant au moins une ouverture débouchant sur les deux faces principales du disque et traversée par la barre conductrice, dans lequel le disque isolant électriquement (1) comprend à sa périphérie une collerette (9) maintenue pincée par les deux brides (30, 40) à l'intérieur de la zone périphérique d'étanchéité délimitée par ledit joint.
2. Ensemble électrique selon la revendication 1, dans lequel la collerette (9) du disque est maintenu pincée au moins en partie à l'intérieur du joint d'étanchéité (10.1, 10.2).
3. Ensemble électrique selon la revendication 2, dans lequel le joint d'étanchéité comprend deux surfaces distinctes (10.1, 10.2), chacune étant logée dans une rainure de brides (30, 40) et la collerette (9) du disque étant pincée en partie entre les deux surfaces (10.1, 10.2) de joint (10). 14
4. Ensemble électrique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la collerette a une épaisseur d2 moindre que l'épaisseur dl du corps du disque au niveau de leur jonction, l'épaisseur de la collerette diminuant vers l'extérieur.
5. Ensemble électrique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins un écran de blindage (7, 8, 11) est monté dans une ouverture du disque isolant, chaque écran de blindage étant adapté pour loger une barre conductrice et pour au moins réduire l'effet corona à l'interface entre écran, barre conductrice et disque isolant électrique.
6. Ensemble électrique selon la revendication 5, dans lequel un dispositif formant ressort (12, 13, 14) est agencé entre un écran de blindage et le disque isolant électrique pour permettre un débattement éventuel de la barre conductrice logé dans l'écran.
7. Ensemble électrique selon l'une des revendications précédentes, comprenant trois barres blindées (5, 6) chacune d'une phase d'un appareillage électrique triphasé.
8. Ensemble électrique selon la revendication 7, dans lequel les trois centres des écrans de blindage logeant chacun une barre conductrice forment un triangle isocèle dont le centre de symétrie est distinct de celui du disque isolant.
9. Ensemble électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, selon lequel le joint (10,
10.1, 10.2) est métallique pour assurer la continuité de connexion électrique d'une bride (30) à une autre (4 0) . 10. Ensemble électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, constituant une partie de traversée d'un appareillage électrique haute tension.
11. Ensemble électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, constituant une partie de ligne à isolation gazeuse (GIL) haute tension.