Disjoncteur à isolation au gaz avec un transformateur de courant électronique intégré

Abstract

 Le disjoncteur monophasé comprend au moins une chambre de coupure (1, 1A, 1B) formée par un tube (2) isolant rempli d'un gaz d'isolation, et comprend au moins un transformateur de courant dont le secondaire est disposé dans l'air autour du primaire à une extrémité du tube (2). Le primaire est au potentiel électrique haute tension de la phase, et est constitué d'un support annulaire métallique (12). Le secondaire (15) est soumis à un potentiel électrique haute tension quasiment égal au potentiel du primaire. Le transformateur de courant est ainsi intégré au disjoncteur, et l'électronique de mesure qui est associée au secondaire peut être disposée dans l'air au voisinage du secondaire.

Description

[0001] L'invention porte sur un disjoncteur haute tension monophasé comprenant au moins une chambre de coupure formée par un tube isolant rempli d'un gaz d'isolation, comportant pour au moins une chambre de coupure un transformateur de courant qui comprend un primaire et un secondaire. Le secondaire est disposé dans l'air autour du primaire à une extrémité du tube, et le primaire est au potentiel électrique haute tension de la phase.

[0002] On connaît du document de brevet FR 2 525 807 un disjoncteur haute tension de ce genre, dans lequel le primaire est constitué d'un conducteur tubulaire immergé dans le gaz isolant de la chambre de coupure. Dans une réalisation représentée à la figure 3 de ce document, le secondaire est disposé autour d'un manchon métallique qui entoure le primaire à une extrémité du tube isolant de la chambre de coupure. Ce manchon est solidaire d'un carter métallique relié au potentiel de la terre et constitue ainsi un écran électrostatique qui permet au secondaire d'être à un potentiel électrique quasiment égal au potentiel de la terre. Le transformateur de courant réalisé est de type dit conventionnel, du fait que les fils du bobinage du secondaire sont quasiment à la masse. Un tel transformateur de courant conventionnel présente notamment l'inconvénient de nécessiter d'amener les fils du bobinage du secondaire à des appareils de mesure reliés à la terre, ce qui est généralement réalisé par un tube métallique protégeant les fils et reliant l'écran électrostatique au potentiel de la terre. Ceci implique en particulier un certain encombrement au sol du disjoncteur haute tension.

[0003] On connaît d'autre part du document de brevet DE 19608285 un disjoncteur à isolation au gaz avec un ou plusieurs transformateurs de courant de type dit électronique incorporé, dans lequel le secondaire du transformateur est disposé dans le gaz d'isolation de la chambre de coupure à une extrémité du tube isolant formant cette chambre. Une telle disposition a pour avantage d'être peu encombrante au sol mais a pour inconvénient d'entraîner une maintenance du transformateur qui peut s'avérer coûteuse de par la difficulté d'accéder au secondaire du transformateur et la nécessité dans pareil cas de vidanger le gaz d'isolation du disjoncteur.

[0004] Un but de l'invention est de proposer un disjoncteur du premier genre défini ci dessus, qui permette de réduire les coûts de maintenance du transformateur de courant ainsi que l'encombrement du disjoncteur. Un autre but est de proposer un transformateur de courant agencé de façon modulaire pour permettre plusieurs configurations de montage du transformateur indépendamment de la configuration du disjoncteur (disjoncteur colonne ou en T).

[0005] A cet effet, l'invention a pour objet un disjoncteur du genre défini ci dessus, caractérisé en ce que le primaire est constitué d'un support annulaire métallique et en ce que le secondaire est soumis à un potentiel électrique haute tension quasiment égal au potentiel du primaire.

[0006] Le primaire du transformateur est donc un conducteur électrique annulaire entouré d'air, et le secondaire entoure directement le primaire sans écran électrostatique interposé et sans qu'un élément du secondaire soit relié au potentiel de la terre.

[0007] Le secondaire peut ainsi être associé à un circuit optique ou optoélectronique disposé à proximité dans l'air et soumis au potentiel électrique haute tension, un tel circuit pouvant être relié par fibres optiques à des appareils disposés au sol. La maintenance du transformateur, comme par exemple le changement de cartes du circuit opto-électronique, est facilitée par la disposition du secondaire dans l'air.

[0008] En plus de sa fonction de conduction électrique, le primaire du transformateur assure également une fonction de support mécanique lorsqu'il est disposé à l'interface de la chambre de coupure du disjoncteur et d'une colonne support, ou encore à l'interface de la chambre de coupure du disjoncteur et d'un carter de résistance de fermeture, ou encore à l'interface de la chambre de coupure du disjoncteur et d'un carter de raccordement à une colonne support dans une configuration en T de disjoncteurs.

[0009] Dans un mode de réalisation avantageux d'un disjoncteur selon l'invention, le support annulaire constituant le primaire comprend une partie annulaire qui comporte une collerette extérieure, cette collerette étant fixée de façon coaxiale à une bride métallique électriquement reliée à un contact du disjoncteur. Cette réalisation n'est cependant pas la seule façon de relier le primaire au potentiel électrique haute tension de la phase: on peut en effet envisager une liaison électrique entre le support et le contact sans faire appel à une bride métallique, et l'élément de liaison employé n'est pas nécessairement à symétrie de révolution. Dans un mode complémentaire de réalisation, le support annulaire comprend une autre partie annulaire qui s'emboîte coaxialement et de façon étanche dans la première partie annulaire. Il existe toutefois des configurations de disjoncteurs selon l'invention pour lesquelles la réalisation d'un support en deux parties annulaires n'est pas nécessaire, par exemple dans le cas où le diamètre de la colonne support du disjoncteur est petit devant le diamètre de la chambre de coupure. Le support annulaire constituant le primaire peut alors être formé d'une seule partie annulaire à section radiale en forme de L autour de laquelle le secondaire vient s'emmancher avant le montage de la chambre de coupure sur la colonne support.

[0010] Dans une configuration de disjoncteur colonne ou de disjoncteurs en T, les signaux de mesure récupérés par le circuit opto-électronique peuvent être conduit au sol par fibres optiques qui peuvent être avantageusement guidées le long et à l'extérieur de la colonne support sans utilisation de traversées étanches. En particulier, si la colonne support est constituée d'un tube en matériau composite du type fibres de verre noyées dans la résine et d'un revêtement en élastomère, les fibres optiques peuvent être guidées le long du tube composite sous le revêtement élastomère. Ces fibres optiques sont ainsi protégées au départ usine du disjoncteur monté sur la colonne support. En exploitation du disjoncteur, les fibres optiques peuvent également être guidées vers le sol à l'intérieur d'un isolateur colonne supplémentaire disposé parallèlement à la colonne support de la chambre de coupure du disjoncteur.

[0011] D'autres caractéristiques et avantages d'un disjoncteur selon l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description en rapport avec les figures qui suivent concernant différents exemples de réalisation.

[0012] La figure 1 montre schématiquement en coupe axiale une première construction d'un disjoncteur selon l'invention.

[0013] La figure 2 montre schématiquement en coupe axiale une seconde construction d'un disjoncteur selon l'invention.

[0014] La figure 3 montre schématiquement en coupe axiale une troisième construction d'un disjoncteur selon l'invention.

[0015] La figure 4 montre schématiquement en coupe axiale une quatrième construction d'un disjoncteur selon l'invention.

[0016] La figure 5 montre schématiquement la construction du disjoncteur de la figure 2 avec une isolateur colonne pour le guidage des fibres optiques vers le sol.

[0017] La figure 6 montre schématiquement une vue en plan d'une cinquième construction d'un disjoncteur selon l'invention.

[0018] Le disjoncteur représenté partiellement sur la figure 1 est un disjoncteur colonne qui comprend une chambre de coupure 1 formée par un tube 2 en matière électriquement isolante, par exemple en céramique ou en matière composite fibres de verre/résine, qui s'étend ici verticalement suivant une direction axiale A et dans lequel sont disposés un premier contact 3 et un second contact 4. Le tube 2 est rempli d'un gaz d'isolation à pouvoir diélectrique élevé tel que du SF6 sous quelques bars. Le contact 3 est relié électriquement à une premier prise de courant (non illustrée) prévue à l'extrémité supérieure du tube 2. Le contact 4 est monté mobile dans le tube 2 par rapport au contact 3 suivant l'axe A et une tige de manoeuvre 6 en matière électriquement isolante traverse le tube 2 suivant l'axe A et est raccordée mécaniquement au contact 4 pour le déplacer suivant cette direction de façon à ouvrir ou fermer le circuit entre les deux prises de courant du disjoncteur. Le contact 4 est relié électriquement à une armature métallique ou bride tubulaire de fixation 5 formée par un tube métallique 7 inséré dans le tube 2 et fixé à celui-ci par serrage. L'armature 5 comporte une collerette plane annulaire 8 à l'extrémité du tube 7 qui s'étend radialement vers l'extérieur du tube 2 depuis l'axe A.

[0019] Sur la figure 1, on a représenté une colonne isolante 9 sur laquelle est montée coaxialement le tube 2 formant la chambre de coupure 1. Cette colonne support 9 qui s'étend ici verticalement , est traversée par la tige de manoeuvre 6, est également remplie du gaz diélectrique et est destinée à être placée sur un châssis au potentiel de la terre. La colonne support 9 comporte également une bride tubulaire de fixation 10 avec une collerette plane annulaire 11 analogue à la collerette 8 de la bride 5 mais d'un diamètre extérieur un peu plus petit.

[0020] Un disjoncteur selon l'invention comprend un transformateur de courant électronique incorporé qui est agencé pour pouvoir être disposé indifféremment en haut de la chambre de coupure 1, ou à l'interface entre la chambre de coupure 1 et la colonne support 9, ou encore à l'interface entre la chambre de coupure 1 et un carter de résistance de fermeture disposé à l'extrémité de la chambre de coupure, ou encore sur un carter de résistance de fermeture fixé à l'extrémité de la chambre de coupure 1, ou encore à l'interface entre la chambre de coupure 1 et un carter de raccordement de la chambre de coupure à une colonne support dans une configuration de disjoncteurs en T.

[0021] Dans un disjoncteur selon l'invention, le transformateur de courant incorporé comprend un circuit primaire formé par un conducteur métallique annulaire 12 qui sert en même temps de support mécanique lorsqu'il se trouve à l'interface entre la chambre de coupure 1 et une colonne support telle que 9, ou un carter de résistance de fermeture ou un carter de raccordement comme exposé ci-dessus.

[0022] Ce conducteur métallique annulaire 12 est de préférence constitué en deux parties 12A et 12B annulaires qui s'emboîtent ou s'emmanchent coaxialement et de façon l'une dans l'autre pour permettre une mise en place simple du circuit secondaire du transformateur. Plus particulièrement, la partie 12A est formée par un premier tube muni d'une collerette annulaire extérieure d'extrémité 13A s'étendant radialement et ayant un diamètre extérieur à peu près identique à celui de la collerette 11. La partie 12B est formée par un second tube ayant un diamètre intérieur légèrement plus grand que le diamètre extérieur du premier tube pour s'emmancher sur le premier tube de la partie 12A. Le tube de la partie 12B est également muni d'une collerette annulaire extérieure d'extrémité 13B s'étendant radialement et ayant un diamètre extérieur à peu près identique à celui de la collerette 8. Par ailleurs comme cela apparaît sur la figure 1, le tube de la partie 12B comporte un épaulement intérieur annulaire 13C sur lequel est bridé, par exemple par des vis 13D, le tube de la partie 12A quand les deux parties 12A et 13A sont emboîtées l'une dans l'autre. Dans cette réalisation, les collerettes 13A et 13B sont espacées l'une de l'autre suivant l'axe A et délimitent un espace annulaire dans lequel est monté le secondaire du transformateur. Un joint torique 14 est disposé entre les deux tubes des parties 12A et 12B pour assurer une étanchéité de l'assemblage.

[0023] La construction du support métallique annulaire 12 en deux parties 12A et 12B qui s'emboîtent l'une dans l'autre permet d'assurer une bonne tenue mécanique, que le transformateur soit situé à l'interface ou en extrémité de chambre, ainsi qu'une bonne étanchéité au gaz d'isolation sous une pression de quelques bars dans la chambre de coupure.

[0024] Le secondaire du transformateur est disposé autour du primaire 12 dans l'air, et peut être formé par des bobines de Rogowski ou par un cristal de Faraday. Comme indiqué plus haut, chaque bobine de Rogowski telle que 15 ou le cristal de Faraday (non illustré) est inséré d'abord sur le tube de l'une des parties 12A ou 12B en l'entourant avec un faible jeu et le tube de l'autre partie du primaire rapporté de telle façon que le secondaire se trouve encastré entre les collerettes 13A et 13B du primaire. Le circuit opto-électronique 16 associé au secondaire du transformateur peut avantageusement être disposé dans l'air à proximité du secondaire dans l'espace annulaire entre les collerettes 13A et 13B, et un carter de protection 17 amovible en tôle métallique peut être fixé sur la collerette 13A ou 13B de manière à fermer l'espace annulaire pour protéger le secondaire et son circuit opto-électronique de l'environnement extérieur. Dans le cas particulier de l'utilisation d'un cristal de Faraday comme circuit secondaire, le circuit associé au secondaire peut ne comprendre que des moyens purement optiques reliés par fibres optiques à des moyens électroniques disposés au sol, et la partie électronique du circuit opto-électronique global n'est alors pas soumise au potentiel de la haute tension.

[0025] Dans la construction du disjoncteur colonne de la figure 1, le transformateur de courant électronique est disposé à l'interface entre le tube 2 de la chambre de coupure et la colonne support 9 et est traversé par la tige de manoeuvre 6. Plus particulièrement, la collerette 13A est fixée coaxialement par des vis ou analogue à la collerette 8 et la collerette 13B est fixée coaxialement par des vis ou analogues à la collerette 11. L'étanchéité au gaz de l'interface entre le tube 2 et la colonne support 9 est assurée par un joint torique 18 disposé entre les collerettes 13A et 8 et par un autre joint torique 19 disposé entre les collerettes 13B et 11. Dans cette construction, la collerette 13B sert de prise de courant pour le disjoncteur et le tube et la colonne communiquent entre eux à travers le support annulaire 12 qui est donc traversé par le gaz d'isolation.

[0026] La figure 2 montre une autre construction d'un disjoncteur selon l'invention dans laquelle le transformateur de courant électronique est disposé à l'extrémité libre de la chambre de coupure 1. Plus particulièrement, le tube 2 formant la chambre de coupure a son extrémité munie d'une bride annulaire métallique 20 sur laquelle est fixée coaxialement la collerette 13A du support 12. La collerette 13B sert de prise de courant pour le disjoncteur et a son espace annulaire intérieur qui est fermé de façon étanche au gaz par un couvercle 21.

[0027] La figure 3 montre une autre construction d'un disjoncteur selon l'invention dans laquelle le transformateur de courant électronique est disposé à l'interface entre la chambre de coupure 1 et un carter 22 métallique renfermant une résistance de fermeture 23. Cette construction correspond plus particulièrement à un montage en T de deux disjoncteurs sur une colonne support, l'axe A du tube 2 s'étendant horizontalement perpendiculairement à la colonne support. Sur la figure 3, on voit que la bride annulaire métallique 20 montée à l'extrémité du tube 2 est fixée coaxialement à la collerette 13A du support 12 et la collerette 13B du support 12 est fixée coaxialement à une bride annulaire métallique 24 prévue sur le carter 22. La collerette 13B sert encore de prise de courant pour le disjoncteur et le carter 22 et le tube 2 communiquent entre eux à travers le support annulaire 12 traversé par le gaz d'isolation. Le support 12 interposé de façon étanche entre le carter 22 et le tube 2 est également traversé par un conducteur électrique 30 qui s'étend dans le gaz d'isolation entre la résistance de fermeture 23 dans le carter 22 et un contact dans le tube 2.

[0028] La figure 4 montre encore une autre construction analogue à celle de la figure 3 mais où le transformateur est placé sur le carter 22 de résistance de fermeture. La collerette 13A du support 12 est ici fixée coaxialement à une bride annulaire métallique 25 prévue sur le dessus du carter 22, et l'espace annulaire intérieur de la partie 12B est fermé par le couvercle 21. La collerette 13B sert de prise de courant au disjoncteur.

[0029] Selon l'invention, un transformateur peut également être disposé à l'interface d'une chambre de coupure et d'un carter de raccordement de deux disjoncteurs montés en T sur le dessus d'une colonne support. Sur la figure 6, dans une telle configuration de disjoncteurs en T, un carter 31 raccorde les chambres de coupure 1A et 1B des deux disjoncteurs et surmonte une colonne isolante support 32, ces chambres s'étendant perpendiculairement à la colonne support 32 de part et d'autre du carter 31. De même que pour les réalisations montrées aux figures précédentes, chaque transformateur de courant comprend un support annulaire 12 formant le primaire, un secondaire 15 entourant le primaire 12, et un carter de protection 17 renfermant le circuit optoélectronique avec le secondaire. Les primaires des deux transformateurs de courant sont interposés de façon étanche d'une part entre la chambre de coupure 1A et le carter 31 et d'autre part entre le carter 31 et la chambre de coupure 1B.

[0030] Ainsi la conception du transformateur de courant électronique dans un disjoncteur selon l'invention rend ce transformateur modulaire et adaptable à de nombreuses configurations de montage sans compromettre ses performances.

[0031] Dans le disjoncteur colonne des figures 1 et 2, les signaux de mesure récupérés par le circuit opto-électronique 16 peuvent être conduit au sol par des fibres optiques non représentées guidées à l'extérieur de la colonne support 9 et/ou du tube formant la chambre de coupure. Sur la figure 5, ces fibres optiques 24 sont guidées vers le sol par l'intérieur d'un isolateur colonne 26 disposé parallèlement à la colonne support de la chambre de coupure 1 du disjoncteur.

Revendications

1. Un disjoncteur haute tension monophasé comprenant au moins une chambre de coupure (1, 1A, 1B) formée par un tube (2) isolant rempli d'un gaz d'isolation, comportant pour au moins une chambre de coupure un transformateur de courant qui comprend un primaire et un secondaire, le secondaire (15) étant disposé dans l'air autour du primaire à une extrémité dudit tube (2), le primaire étant au potentiel électrique haute tension de la phase, caractérisé en ce que ledit primaire est constitué d'un support annulaire métallique (12) et en ce que le secondaire (15) est soumis à un potentiel électrique haute tension quasiment égal au potentiel du primaire.

2. Le disjoncteur selon la revendication 1, dans lequel ledit support annulaire (12) comprend une partie annulaire (12A) qui comporte une collerette extérieure (13A), ladite collerette étant fixée de façon coaxiale à une bride métallique (5, 20, 25) électriquement reliée à un contact (4) du disjoncteur.

3. Le disjoncteur selon la revendication 2, dans lequel ledit support annulaire comprend une autre partie annulaire (12B) qui s'emboîte coaxialement et de façon étanche dans ladite partie annulaire (12A).

4. Le disjoncteur selon la revendication 3, dans lequel chacune des deux parties annulaires (12A, 12B) comporte un tronc cylindrique creux, ladite autre partie annulaire (12B) étant munie à une extrémité d'une autre collerette extérieure (13B) pouvant servir de prise de courant.

5. Le disjoncteur selon la revendication 4, dans lequel ledit secondaire (15) est associé à un circuit optoélectronique et est disposé avec ce dernier dans l'espace annulaire situé entre les deux collerettes extérieures (13A, 13B) dudit support annulaire (12), ledit espace annulaire étant fermé par un carter amovible (17).

6. Le disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel ledit secondaire (15) est constitué de bobines de Rogowski ou d'un cristal de Faraday.

7. Le disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le tube (2) formant la chambre de coupure est monté coaxialement sur une colonne support (9), le support annulaire (12) étant interposé de façon étanche entre ledit tube et ladite colonne support, le tube et la colonne communiquant à travers ledit support annulaire.

8. Le disjoncteur selon la revendication 7, dans lequel ledit support annulaire (12) est traversé par une tige de manoeuvre (6) isolante qui s'étend dans le gaz d'isolation entre ledit tube (2) et ladite colonne support (9) et qui peut déplacer un contact (4) du disjoncteur.

9. Le disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 6, comprenant une résistance de fermeture (23) et dans lequel ledit support annulaire (12) est interposé de façon étanche entre un carter (22) de ladite résistance de fermeture et le tube (2) formant la chambre de coupure, le carter et le tube communiquant à travers le support annulaire.

10. Le disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 6, comprenant une résistance de fermeture (23) disposée dans un carter (22) qui communique avec l'intérieur du tube (2) formant la chambre de coupure, dans lequel ledit support annulaire est fixé à une bride annulaire métallique (25) qui est fixée audit carter de façon coaxiale.

11. Le disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel les deux chambres de coupures (1A,1B) sont raccordées en T à une colonne support (32) par l'intermédiaire d'un carter de raccordement (31), et dans lequel un support annulaire (12) est interposé de façon étanche entre chaque chambre de coupure et ledit carter de raccordement.

Dessins