La présente invention concerne le domaine de la prévention contre l'explosion et l'incendie des transformateurs électriques refroidis par un fluide combustible.
Les transformateurs électriques subissent des pertes tant dans les enroulements que dans la partie fer, qui nécessitent la dissipation de la chaleur produite. Ainsi, les transformateurs de grande puissance sont généralement refroidis à l'huile. Les huiles utilisées sont diélectriques et sont susceptibles de prendre feu au-delà d'une température de l'ordre de 140°. Les transformateurs étant des éléments très onéreux, leur protection nécessite une attention particulière.
Les incendies de transformateurs de puissance isolés par l'huile diélectrique surviennent en général en raison de la rupture de l'isolation électrique interne qui provoque une déflagration souvent très violente. Il en résulte une importante déchirure de la cuve du transformateur et un incendie de l'huile qui propage le feu aux autres équipements du site qui sont également susceptibles de contenir de grandes quantités de produits combustibles.
Les explosions peuvent être provoquées par des surcharges, des surtensions, une détérioration progressive de l'isolation, un niveau d'huile insuffisant, l'apparition d'eau ou de moisissure ou une panne d'un composant isolant.
On connaît dans l'art antérieur, des soupapes de sûreté se déclenchant lors d'une surpression à l'intérieur de la cuve du transformateur. Toutefois ces soupapes ne sont pas adaptées aux conséquences d'un défaut d'isolement interne du transformateur.
Le document WO-A-94 28 566 concerne un appareil de surveillance d'une décharge partielle dans un équipement électrique à haute tension tel qu'un transformateur. L'appareil comprend un transducteur capable de convertir des ondes de pression ultra sonores consécutives à un défaut d'isolement. On évacue alors l'énergie électrique qui en résulte vers la terre.
On connaît également des systèmes de protection incendie pour transformateurs électriques qui sont actionnés par des détecteurs de température.
D'autre part, le document EP-A-238 475 décrit un dispositif d'extinction d'incendie d'un transformateur électrique à huile par injection d'azote sous pression dans le bas de la cuve pour brasser l'huile et refroidir ainsi les parties les plus chaudes de l'huile.
Mais ces systèmes se mettent en ouvre avec une inertie importante, lorsque l'huile du transformateur est déjà en flamme. On se contente donc de limiter l'incendie à l'équipement concerné pour ne pas propager le feu aux installations voisines.
Le document DE-A-2 624 882 décrit un dispositif de protection contre la surpression dans la cuve d'un transformateur contenant un fluide de refroidissement. Ce dispositif comprend une soupape de sûreté sous la forme d'un couvercle équipé d'un contact électrique.
L'objet de la présente invention est donc de fournir un procédé qui protège à la fois contre la surpression à l'intérieur du transformateur, due à la déflagration lors de la rupture de l'isolation électrique interne et contre l'incendie qui résulte de telles ruptures d'isolation.
L'invention a également pour objet un dispositif de prévention contre l'explosion et l'incendie qui permet une détection instantanée de la rupture de l'isolation électrique.
Le procédé de protection contre l'incendie d'un transformateur électrique comprenant une cuve remplie de fluide de refroidissement combustible dans lequel on refroidit des parties chaudes du fluide de refroidissement par injection d'un gaz inerte sous pression dans le bas de la cuve afin de brasser le fluide de refroidissement et de chasser l'oxygène situé à proximité, comprend, avant l'étape de refroidissement, une étape de prévention contre l'explosion et l'incendie du transformateur par détection d'une rupture de l'isolement électrique du transformateur par une soupape de sûreté équipée d'un contact électrique et formant un moyen capteur de pression et décompression instantanée de la cuve du transformateur par vidange partielle du fluide de refroidissement au moyen d'une vanne.
Le dispositif de protection contre l'incendie d'un transformateur électrique, selon l'invention comprend une cuve remplie de fluide de refroidissement combustible, et une soupape de sûreté équipée d'un contact électrique et formant un moyen capteur de la pression dans ladite cuve ladite soupape faisant partie de moyens de prévention contre l'explosion et l'incendie qui comprennent en outre une vanne (15) de décompression instantanée de la cuve du transformateur par vidange partielle du fluide de refroidissement contenu dans la cuve.
Un défaut d'isolement engendre, dans un premier temps, un arc électrique important qui provoque une action des systèmes de protection électriques qui déclenchent la cellule d'alimentation du transformateur (disjoncteur). L'arc électrique provoque, également, une diffusion conséquente d'énergie qui engendre une augmentation de la pression interne du transformateur suffisante pour en déchirer la cuve.
De préférence, le dispositif est muni d'un moyen de détection du déclenchement de la cellule d'alimentation du transformateur et d'un boîtier de commande qui reçoit les signaux émis par les moyens capteurs du transformateur et qui est capable d'émettre des signaux de commande.
De préférence, le dispositif comprend un moyen de refroidissement des parties chaudes du fluide, par injection de gaz inerte dans le bas de la cuve, commandé par un signal de commande du boîtier de commande. En effet, certaines parties du fluide de refroidissement subissent un échauffement capable de l'enflammer. L'injection d'un gaz inerte au fond de la cuve provoque un brassage du fluide de refroidissement qui homogénéise la température et permet de chasser l'oxygène présent à proximité du fluide.
L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation particulier pris à titre nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels :
Comme illustré sur les figures, le transformateur 1 comprend une cuve 2 reposant sur la sol 3 au moyen de pieds 4 et est alimenté en énergie électrique par des fils 5 entourés par des isolateurs 6.
La cuve 2 est remplie de fluide de refroidissement 7, par exemple, de l'huile diélectrique. Afin de garantir un niveau constant de fluide de refroidissement 7 dans la cuve 2, le transformateur 1 est muni d'un réservoir d'appoint 8 en communication avec la cuve 2 par une conduite 9.
La conduite 9 est pourvue d'un clapet automatique 10 qui obture la conduite 9 dès qu'il détecte un mouvement rapide du fluide 7. Ainsi, lors d'une explosion de la cuve 2, la pression dans la conduite 9 chute brusquement ce qui provoque un début d'écoulement de fluide 7 qui est rapidement arrêté par l'obturation du clapet automatique 10. On évite ainsi que le fluide 7 contenu dans le réservoir d'appoint 8 vienne alimenter l'incendie du transformateur 1.
La cuve 2 est munie d'un capteur de pression 11 capable de détecter sans retard la variation de pression due à la déflagration provoquée par la rupture de l'isolation électrique du transformateur 1. Le capteur de pression 11 est constitué par une soupape de sûreté équipée d'un contact électrique et ainsi capable de transmettre une information relative à la variation de pression détectée. La cuve 2 est également munie de capteurs de température 12 situés en plusieurs points de la cuve 2, afin de connaître la température du fluide 7. Toutefois, ces capteurs de température 12 présentent un retard estimé à 20 ou 30 secondes par rapport au détecteur de pression 11, en raison de la propagation plus lente de la chaleur que de la pression.
La cuve 2 comprend un capteur 13 de la présence de vapeur du fluide de refroidissement également appelé buchholz monté en un point haut de la cuve 2, en général sur la conduite 9. La déflagration due à une rupture d'isolement électrique provoque rapidement le dégagement de vapeur du fluide 7 dans la cuve 2. Un capteur de vapeur 13 est donc performant pour détecter une rupture de l'isolation électrique.
Le transformateur 1 est alimenté par l'intermédiaire d'une cellule d'alimentation, non représentée, qui comprend des moyens de coupure d'alimentation tels que des disjoncteurs et qui est munie de capteurs de déclenchement 21.
La cuve 2 est munie de moyens de vidange comprenant une conduite 14 à laquelle elle est reliée à la hauteur souhaitée du niveau de vidange. La conduite 14 est fermée par une vanne 15 de fort diamètre par exemple 100 à 150 mm. La cuve 2 comprend un moyen de refroidissement du fluide 7 par injection d'un gaz inerte 16 tel que de l'azote dans le bas de la cuve 2. Le gaz inerte 16 est stocké dans un réservoir sous pression 17 muni d'une vanne 18, d'un détendeur 19 et d'un tuyau 20 amenant le gaz 16 jusqu'à la cuve 2.
Le capteur de pression 11, les capteurs de température 12, le capteur de vapeur 13, les capteurs de déclenchement 21, la vanne 15 de la conduite 14 et la vanne 18 du tuyau 20 sont reliés à un boîtier de commande 22 destiné à contrôler le fonctionnement du dispositif. Le boîtier de commande 22 est muni de moyens de traitement d'information recevant les signaux des différents capteurs et capables d'émettre des signaux de commande à destination des vannes 15 et 18.
Le dispositif est actionné par un signal de pression élevée en provenance du capteur de pression 11 en coïncidence avec un signal de déclenchement en provenance des capteurs de déclenchement 21 de la cellule d'alimentation du transformateur 1 pour prévenir l'explosion et l'incendie. Le dispositif peut également être actionné par un signal de température élevée en provenance d'un des capteurs de température 12 en coïncidence avec un signal de présence de vapeur en provenance du capteur de vapeur 13 pour déclencher l'extinction d'un incendie. Ainsi, on exige que deux capteurs fournissent des informations concordantes afin d'éviter des déclenchements intempestifs.
En conditions normales, le dispositif est déclenché par l'information de pression élevée, en concordance avec l'information de déclenchement de la cellule d'alimentation, qui commande instantanément l'étape 23 d'ouverture de la vanne de vidange 15 qui permet la décompression instantanée de la cuve 2 du transformateur 1 dont la plupart des composants resteront donc intacts, à l'exception des éléments situés dans une zone très proche de l'arc électrique engendré par le défaut d'isolement. L'ouverture de la vanne 15 permet d'éviter des débordements de fluide 2 enflammé lorsque l'on injectera du gaz inerte 16 dans la cuve 2 qui est susceptible d'être détériorée. Enfin l'ouverture de la vanne 15 provoque une décompression dans la conduite 9 ce qui entraîne l'obturation du clapet automatique 10. Le réservoir d'appoint 8 est ainsi isolé et le fluide 7 qu'il contient n'alimente pas l'incendie. L'ouverture rapide de la vanne 15 diminue également les risques d'explosion et augmente la probabilité que la cuve 2 du transformateur 1 reste intacte.
Les risques d'incendie sont donc réduits, mais après la vidange partielle de la cuve 2, l'étape 24 d'injection du gaz inerte 16 dans le bas de la cuve 2 est systématiquement déclenchée après une durée donnée de temporisation, par exemple 20 secondes, pour brasser le fluide 7 afin d'homogénéiser sa température et également pour étouffer les flammes éventuelles à la surface du fluide 7 en chassant l'oxygène. En effet, le fluide 7, en général de l'huile, ne peut s'enflammer qu'à une température supérieure au point éclair, soit environ 140°. Or, dans le cas d'un incendie du transformateur 1 consécutif à un arc électrique, seule la surface du fluide 7 atteint cette valeur alors que la température moyenne est au maximum de 80°. Le brassage du fluide 7 permet donc une baisse de la température des parties les plus chaudes. Pour des raisons de sécurité, le réservoir 17 du gaz inerte 16 est prévu pour pouvoir injecter du gaz inerte 16 pendant une durée de l'ordre de 45 minutes largement supérieure à la durée prévue pour éteindre l'incendie.
Le transformateur 1 peut être équipé d'un ou plusieurs changeurs de prise en charge 25 servant d'interfaces entre ledit transformateur 1 et le réseau électrique auquel il est relié pour assurer une tension constante malgré des variations du courant fourni au réseau. Le changeur de prise en charge 25 est relié par une conduite 26 à la conduite 14 destinée à la vidange. En effet, le changeur de prise en charge 25 est également refroidi par un fluide de refroidissement inflammable. En raison de son volume réduit, l'explosion d'un changeur de prise en charge est extrêmement violente et peut s'accompagner de projection de jets de fluide de refroidissement enflammé. La conduite 26 est pourvue d'un diaphragme calibré 27 capable de se déchirer en cas de court-circuit et donc de surpression à l'intérieur du changeur de prise en charge 25. On évite ainsi l'explosion de la cuve dudit changeur de prise en charge 25. Celui-ci comprend également un capteur de pression 28 relié, d'une part, à la cellule d'alimentation du transformateur 1 pour déclencner celle-ci et, d'autre part, au boîtier de commande 22 pour déclencher le fonctionnement du dispositif de prévention lors d'un court-circuit dans le changeur de prise en charge 25.
Grâce à l'invention, on dispose ainsi d'un procédé et d'un dispositif de prévention contre l'explosion et l'incendie dans un transformateur qui nécessitent peu de modifications des éléments existants, qui détectent les ruptures d'isolation de façon extrêmement rapide et agissent quasi simultanément de façon à limiter les conséquences en résultant. Cela permet de sauver le transformateur ainsi que le changeur de prise en charge et de minimiser les dégâts liés au court-circuit.