Traversée haute tension à isolation gazeuse

Abstract

 Une traversée haute tension pour la liaison électrique entre une installation blindée et un conducteur aérien comporte un isolateur composite étanche remplie de SF6 et contenant une barre conductrice haute tension. L'isolateur est composé d'une enveloppe rigide cylindrique recouverte d'un revêtement en silicone, fermée à une extrémité axiale par un couvercle assurant le raccordement au conducteur aérien, et muni à une extrémité opposée d'une bride 22 de fixation à une enveloppe blindée de l'installation. Un écran diélectrique formé par une portion de surface conductrice 70 en forme de bourrelet est noyé dans le revêtement de silicone 31 et mis au potentiel de la bride 22, de manière à limiter le champ électrique et les émissions radioélectriques à proximité de la bride 22. Un tore de Rogowsky 75 est disposé à l'intérieur de l'espace toroïdal délimitée par la portion de surface conductrice 70.

Description

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION

[0001] L'invention est relative à une traversée électrique pour une installation de distribution électrique haute tension, et plus particulièrement à une traversée du type à isolation gazeuse entre une installation électrique haute tension isolée au gaz et un conducteur aérien.

ETAT DE LA TECHNIQUE

[0002] Dans le document US 5466 891 est décrit une traversée à isolation gazeuse pour haute tension permettant d'un côté un raccordement à une enveloppe d'appareillage électrique haute tension à isolation gazeuse, et de l'autre à un conducteur aérien. La traversée comprend un conducteur haute tension inséré à l'intérieur d'une enveloppe isolante creuse allongée composite formée d'un corps rigide en résine synthétique renforcée par des fibres de verre, et d'un revêtement externe en silicone. Le corps en résine synthétique confère à la traversée sa rigidité mécanique. Le revêtement externe améliore le comportement mécanique aux chocs ainsi que le comportement de surface face à l'humidité, aux intempéries et à la pollution. L'enveloppe isolante est fermée à son extrémité supérieure par un couvercle étanche, et est munie à son extrémité inférieure d'une bride destinée à son raccordement à une enveloppe d'appareillage électrique. L'enveloppe est remplie d'un gaz à rigidité diélectrique élevée. Un écran diélectrique destiné à protéger la bride inférieure est disposé à l'intérieur de l'enveloppe et est surmonté d'un deuxième écran diélectrique à potentiel flottant, destiné à protéger une portion médiane de l'enveloppe. L'ensemble obtenu est relativement volumineux, du fait des distances à respecter entre l'écran et le conducteur. Aucun capteur de courant n'est prévu dans le dispositif.

[0003] Dans le document US 4 296 274 est décrit une traversée comportant un corps tubulaire en matériau isolant, un conducteur haute tension disposé à l'intérieur de ce corps et une bride métallique inférieure destinée à la fixation du corps tubulaire sur une enveloppe métallique d'une enceinte d'un appareillage électrique haute tension à isolation gazeuse. La traversée, qui est d'épaisseur sensiblement constante sur toute sa longueur, est munie d'un collier en matériau isolant positionné à proximité de la bride et fixé à la traversée avec interposition d'une interface vulcanisée. Le collier forme une surépaisseur à la base de la traversée, et tend à écarter les surfaces équipotentielles du champ électrique, de sorte que la zone critique à proximité de la bride inférieure est soumise à un champ électrique relativement faible. Afin de diminuer encore la contrainte diélectrique à proximité de la bride, le collier peut incorporer un écran diélectrique constitué d'un anneau métallique au potentiel de la bride. Le collier a une rigidité mécanique élevée et est préférentiellement réalisé en résine époxy.

[0004] Dans le document GB 2 289 803 est décrit une traversée haute tension comportant un corps isolant élastomère directement moulé sur le conducteur haute tension, sans interposition de milieu fluide. Un insert rigide annulaire en matériau composite renforcé par des fibres de verre est partiellement noyé dans le corps isolant élastomère. Une partie de l'insert non recouverte par le corps isolant élastomère forme une bride de fixation à une enceinte d'appareillage électrique. L'insert comporte un logement pour recevoir un capteur de courant qui se trouve noyé dans l'isolant élastomère lors de l'opération de moulage. Le corps isolant élastomère est directement moulé sur le conducteur haute tension et se trouve soumis à un champ électrique considérable. Or, il est toujours très difficile de garantir l'absence totale de bulles d'air dans le corps élastomère. Ces bulles forment des inhomogénéités susceptibles d'engendrer des décharges partielles lorsque la tension devient très élevées, et les décharges partielles entraînent à leur tour un vieillissement se traduisant par des fissures qui détériorent rapidement le matériau. C'est pourquoi l'emploi de cette technologie est délicat et en tous cas exclu lorsque la tension du conducteur devient très élevée, au-delà de 36kV.

EXPOSE DE L'INVENTION

[0005] L'invention vise donc remédier aux inconvénients de l'état de la technique, de manière à proposer une traversée haute tension du type à isolateur composite qui soit compacte et qui intègre une fonction de protection diélectrique de la bride de fixation de la traversée à une enveloppe d'appareillage électrique, et qui soit utilisable notamment pour des tensions nominales dépassant 36kV.

[0006] Selon l'invention, ce problème est résolu grâce à une traversée électrique haute tension à isolation gazeuse comportant

• une enveloppe rigide étanche creuse en matériau électriquement isolant, contenant un gaz de rigidité diélectrique élevée, ayant une face interne et une face externe, ladite enveloppe s'étendant longitudinalement le long d'un axe entre une première extrémité axiale et une deuxième extrémité axiale ;
• un revêtement en matière élastomère isolante recouvrant la surface externe de l'enveloppe ;
• un conducteur intérieur haute tension disposé axialement à l'intérieur de l'enveloppe, à distance de la face interne de l'enveloppe ;
• une bride métallique solidaire de la première extrémité de l'enveloppe, pour le raccordement de l'enveloppe à un caisson métallique d'un appareillage électrique blindé à isolation gazeuse,
• un bouchon étanche solidaire du conducteur et de la deuxième extrémité de l'enveloppe, pour le raccordement du conducteur à un conducteur aérien haute tension extérieur,
• un écran diélectrique relié électriquement à la bride et entourant le conducteur intérieur, comportant une extrémité axiale présentant une surface épousant une forme de bourrelet, l'écran diélectrique étant noyé dans ledit revêtement en matière élastomère.

[0007] Préférentiellement, la traversée comporte en outre un capteur de courant comportant un primaire constitué par le conducteur intérieur haute tension et un enroulement secondaire logé dans ledit revêtement et séparé du conducteur intérieur par l'écran diélectrique. On intègre ainsi à la traversée une fonction de mesure de courant. L'écran diélectrique constitue un blindage du transformateur de courant.

[0008] Préférentiellement, la surface de l'écran diélectrique délimite une portion d'espace interne toroïdale. L'enroulement secondaire est logé dans ladite portion d'espace toroïdale. L'écran comporte une portion non conductrice en forme de couronne, de manière à interdire la circulation d'un courant de boucle dans un plan axial autour de la portion d'espace toroïdale. On profite de la forme arrondie du pourtour de l'écran pour y insérer l'enroulement secondaire du transformateur de courant. La portion non conductrice permet d'éviter que l'écran vienne perturber la mesure électrique du courant. On obtient ainsi une construction particulièrement compacte.

[0009] Avantageusement, le secondaire du capteur de courant comprend un tore de Rogowsky. Le tore de Rogowsky allie un faible encombrement, un faible poids, avec une grande linéarité de la réponse pour une gamme étendue de courants.

[0010] Selon un mode de réalisation, la surface de l'écran est constituée par une peinture conductrice couvrant un bloc de matière élastomère dans lequel est logé ledit enroulement secondaire.

[0011] Alternativement, la surface de l'écran est constituée par une surface métallique d'un boîtier annulaire creux formant une cavité dans laquelle est logé ledit enroulement secondaire.

[0012] Préférentiellement, l'enveloppe est cylindrique. On minimise ainsi l'encombrement de la traversée et le diamètre de l'écran et du transformateur de courant. L'enveloppe est également plus simple à fabriquer, donc moins onéreuse. Naturellement, l'invention est également applicable à des isolateurs tronconiques tels qu'on les trouve dans l'état de la technique. Toutefois, la forme tronconique ne s'impose pas, puisque l'écran se trouve à l'extérieur de l'enveloppe rigide de la traversée.

[0013] Avantageusement, le matériau électriquement isolant de l'enveloppe est une résine époxy chargée en fibres de verre. La matière élastomère du revêtement est une silicone.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

[0014] D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode particulier de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, et représenté aux dessins annexés sur lesquels :

• la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale d'une traversée selon l'invention ;
• la figure 2 représente un agrandissement de la traversée de la figure 1, dans lequel une partie médiane de la traversée a été omise ;
• la figure 3 représente un agrandissement de la figure 2 ;
• la figure 4 représente une vue en perspective d'une section axiale d'un écran diélectrique de la traversée de la figure 1.

DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION

[0015] En référence aux figures, une traversée 10 comporte une barre conductrice haute tension rectiligne 11 axiale destinée à être raccordée par une extrémité inférieure à un jeu de barres 12 d'une installation électrique haute tension à isolation gazeuse 14, et par une extrémité supérieure à un conducteur aérien 16. La barre conductrice 11 est un cylindre métallique plein ou creux, disposé à l'intérieur d'un isolateur creux composite 18 suivant un axe géométrique 19. L'isolateur est fixé à un caisson métallique étanche 20 de l'installation électrique par l'intermédiaire d'une bride de fixation 22, et fermé dans sa partie supérieure par un couvercle métallique 24 solidaire de la barre 11 et au potentiel de celle-ci. L'isolateur 18 définit une cavité intérieure 26 communiquant avec l'intérieur 28 du caisson métallique 20. Le caisson 20 et l'isolateur 18 sont remplis d'un même fluide diélectrique, en l'occurrence de l'hexafluorure de soufre. L'étanchéité avec le milieu extérieur est assurée d'une part par la bride 22 à la jonction entre l'isolateur 18 et le caisson 20, et d'autre part par le couvercle 24.

[0016] L'isolateur creux 18 est constitué d'un tube 30 en résine époxy renforcé de fibres de verre, recouvert d'un revêtement en matière silicone élastomère 31. Le tube 30 constitue une enveloppe cylindrique rigide étanche isolante, coaxiale avec la barre 11 et présentant une face interne 32 et une face externe 33. Un espace est constitué entre la face interne 32 de l'enveloppe 30 et la barre métallique 11, qui est destiné à être rempli d'un fluide à haute résistivité diélectrique, en l'occurrence du SF6. Le revêtement 31 en matière silicone forme une protection du tube 30 à la fois contre les chocs et contre les agressions chimiques ou physico-chimiques du milieu extérieur. Les propriétés hydrophobes de la silicone sont par ailleurs particulièrement intéressantes pour améliorer la résistance électrique de surface en atmosphère humide. Le revêtement 31 comprend est muni d'ailettes 31a destinées à allonger la ligne de fuite entre la bride 22 et le bouchon 24, et vient s'adapter sur le tube 30.

[0017] La bride métallique inférieure 22 comporte un chambrage cylindrique 40 au diamètre extérieur du tube 30, et un épaulement 42 assurant une butée de positionnement axial pour le tube 30. La bride 22 est fixée au tube 30 par tout moyen approprié, notamment par collage et/ou frettage.

[0018] Le couvercle métallique 24 comporte quant à lui une bride supérieure 46 sensiblement identique à la bride inférieure 22, une plaque métallique de fermeture 48 et un raccord de connexion 50 pour réaliser le branchement au conducteur aérien 16. La plaque 48 est fixé à la bride par tout moyen approprié assurant l'étanchéité, notamment par soudage ou vissage avec le cas échéant interposition d'un joint d'étanchéité (non représenté).

[0019] La traversée 10 est équipée d'un écran diélectrique supérieur métallique 52 mis au potentiel du couvercle 24 et constitué de deux tores 54, 56 reliés par des colonnettes 58 réparties sur toute la circonférence des tores 54, 56, de manière à constituer une zone de champ nul autour du couvercle supérieur 24 de la traversée.

[0020] Le revêtement silicone 31, au niveau de la partie inférieure de la traversée 10, à proximité de la bride inférieure 22, présente un bourrelet 60 dans lequel est noyé un sous-ensemble 62 réalisant à la fois un capteur de mesure du courant circulant dans la barre haute tension, et un écran diélectrique.

[0021] Ce sous-ensemble, visible en détail sur les figures 3 et 4, comporte un anneau 66 en résine époxy. L'anneau 66 est muni d'une structure de support formée par des tiges de fixation métalliques 68 qui sont fixées dans la bride inférieure 22. La surface externe de la résine d'enrobage 66 est partiellement recouverte d'une peinture métallique ou semi-conductrice, de manière à former une portion de surface conductrice 70 interrompue par une portion de surface non conductrice 72 qui a une forme de couronne autour du conducteur 11. La portion conductrice 70 se prolonge jusqu'aux tiges métalliques de positionnement 68, de sorte que la bride inférieure 22, les tiges 68 et la portion de surface conductrice 70 sont à un même potentiel électrique. Les tiges 68 sont au nombre de 4 et réparties autour du périmètre de la bride, de sorte que les tiges 68 et la portion de surface conductrice 70 constituent ensemble un écran diélectrique inférieur 74 au potentiel de la bride 22. La portion de surface conductrice 70 constitue un rebord d'extrémité axiale de l'écran diélectrique, épousant une forme de bourrelet. Un tore de Rogowsky 75 est noyé à l'intérieur de l'anneau 66, donc à l'intérieur d'une portion d'espace toroïdale délimitée par la surface 70. Le tore 75 constitue un circuit secondaire d'un capteur de courant dont le primaire est constitué par la barre haute tension 11. Une liaison électrique basse tension 76 relie le tore 75 à une borne de sortie 78 permettant la lecture du signal fourni par le capteur. L'anneau 66, les tiges 68 et la liaison 76 sont enrobés par le revêtement silicone 31d, qui réalise une liaison mécanique avec le tube 30.

[0022] Les écrans 52, resp. 74 sont destinés à lisser les surface équipotentielles à proximité des parties métalliques conductrices 24, resp. 20, 22, afin d'une part de limiter le champ électrique dans ces régions et d'autre part de limiter les émissions radioélectriques perturbatrices.

[0023] Lorsque la traversée 10 est en fonction, la barre conductrice haute tension 11, le couvercle 24 et l'écran supérieur 52 sont à un même potentiel très élevé, alors que la bride inférieure 22 est au potentiel du caisson 20 de l'installation électrique, qui est reliée à la terre.

[0024] Les surfaces équipotentielles forment des portions de cylindres entre la barre 11 et la bride inférieure 22, qui s'évasent et s'épanouissent au-dessus de l'écran inférieur 74. Le rebord supérieur de la bride 22 est situé dans une zone ou le champ électrique est relativement faible grâce à l'écran inférieur 74.

[0025] La portion non conductrice 72 de la surface externe de la résine d'enrobage 66 interdit toute circulation de courant électrique en boucle dans l'écran inférieur 74, de sorte que l'écran 74 ne perturbe pas la mesure de courant par le tore de Rogowsky 64.

[0026] Naturellement, diverses modifications sont possibles.

[0027] L'invention n'est pas limitée à des traversées cylindriques. L'isolateur peut avoir une forme tronconique.

[0028] L'hexafluorure de soufre peut être remplacé par tout fluide ayant une bonne résistivité, liquide ou gazeux.

[0029] L'invention n'est pas limitée à des traversées dont l'enveloppe rigide est en résine époxy chargée de fibres de verre. Elle est notamment applicable avec les mêmes avantages à d'autres matériaux composites, et à des enveloppes en céramique.

[0030] Le tore de Rogowsky peut être remplacé par tout autre type d'enroulement secondaire de transformateur de courant.

[0031] Les tiges de support peuvent être remplacées par d'autres structures de support, par exemple un cylindre métallique muni de perforations permettant le remplissage par la silicone ou bien par une grille ou un treillis cylindrique métallique. Dans tous les cas, il est important que la structure de support permette une bonne insertion de la silicone lors de l'opération de moulage.

[0032] L'écran diélectrique peut être formé par un boîtier contenant l'enroulement secondaire de mesure et comportant deux portions de surface conductrices séparées par une portion de surface non conductrice. Le boîtier peut être métallique.

[0033] En règle générale, l'écran diélectrique est au potentiel de la bride inférieure. Toutefois, la surface métallique de l'écran peut servir d'électrode à un capteur de tension. Dans ce cas, l'écran est relié électriquement à la bride par l'intermédiaire d'un pont diviseur.

[0034] Le revêtement peut être constitué de plusieurs parties, avec des ailettes individuelles, qui sont moulées et vulcanisées ensemble ou par parties en plusieurs étapes.

[0035] Le revêtement peut être constitué d'une silicone chargé en particules lui conférant une permittivité diélectrique élevée, de manière à participer au lissage des équipotentielles. La résine de silicone peut être remplacée par tout autre matériau isolant élastomère ou à comportement élastique adéquat.

[0036] La bride inférieure peut être remplacée par un bouchon inférieur constituant une cloison formant un isolateur étanche, auquel cas l'intérieur de l'enveloppe constitue un compartiment étanche rempli d'un fluide diélectrique sans rapport avec l'installation électrique à laquelle est raccordée.

[0037] Plaque et bride supérieure peuvent être remplacées par une seule pièce. L'écran supérieur peut n'être constitué que d'un tore. Il peut également être omis.

Revendications

1. Traversée électrique haute tension à isolation gazeuse comportant

- une enveloppe rigide étanche creuse (30) en matériau électriquement isolant, contenant un gaz de rigidité diélectrique élevée, ayant une face interne (32) et une face externe (33), ladite enveloppe (30) s'étendant longitudinalement le long d'un axe (19) entre une première extrémité axiale et une deuxième extrémité axiale ;

- un revêtement (31) en matière élastomère isolante recouvrant la surface externe (33) de l'enveloppe ;

- un conducteur intérieur haute tension (11) disposé axialement à l'intérieur de l'enveloppe (30), à distance de la face interne (32) de l'enveloppe (30) ;

- une bride métallique (22) solidaire de la première extrémité de l'enveloppe (30), pour le raccordement de l'enveloppe à un caisson métallique (20) d'un appareillage électrique blindé à isolation gazeuse,

- un bouchon étanche (24) solidaire du conducteur (11) et de la deuxième extrémité de l'enveloppe (30), pour le raccordement du conducteur (11) à un conducteur aérien haute tension extérieur (16),

- un écran diélectrique (74) relié électriquement à la bride (22) et entourant le conducteur intérieur, comportant une extrémité axiale présentant une surface épousant une forme de bourrelet ;

caractérisée en ce que l'écran diélectrique (74) est noyé dans ledit revêtement en matière élastomère (31).

2. Traversée électrique haute tension selon la revendication 1, caractérisée en ce que la traversée comporte en outre un capteur de courant comportant un primaire constitué par le conducteur intérieur haute tension (11) et un enroulement secondaire (75) logé dans ledit revêtement (31) et séparé du conducteur intérieur (11) par l'écran diélectrique (74).

3. Traversée électrique haute tension selon la revendication 2, caractérisée en ce que :

- ladite surface délimite une portion d'espace interne toroïdale,

- l'enroulement secondaire est logé dans ladite portion d'espace toroïdale,

- l'écran comporte une portion non conductrice (75) en forme de couronne, de manière à interdire la circulation d'un courant de boucle dans un plan axial autour de la portion d'espace toroïdale.

4. Traversée électrique haute tension selon la revendication 3, caractérisée en ce que le secondaire du capteur de courant comprend un tore de Rogowsky (75).

5. Traversée électrique haute tension selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que ladite surface est constituée par une peinture conductrice couvrant un bloc de matière élastomère (66) dans lequel est logé ledit enroulement secondaire (75).

6. Traversée électrique haute tension selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que ladite surface est constituée par une surface métallique d'un boîtier annulaire creux formant une cavité dans laquelle est logé ledit enroulement secondaire.

7. Traversée électrique haute tension selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'enveloppe est cylindrique.

8. Traversée électrique haute tension selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le matériau électriquement isolant de l'enveloppe est une résine époxy chargée en fibres de verre.

9. Traversée électrique haute tension selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la matière élastomère du revêtement est une silicone.

Dessins