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DISPOSITIF DE PROTECTION POUR TRANSFORMATEURS ELECTRIQUES ET APPAREILS
ANALOGUES.
Les transformateurs et les autres appareils utilisés dans le transport et la distribution de l'énergie électrique sont en principe proté- gés contre les fortes surintensités par les disjoncteurs automatiques de l'installation qui s'ouvrent en isolant l'appareil avarié du réseau qui l'a- limente. Toutefois dans bien des cas cette protection est insuffisante.
Par exemple le disjoncteur de protection peut présenter un retard de fonctionne- ment imposé par les conditions de marche de l'installation et tel que l'appa- reil ait pu prendre feu avant d'avoir été isolé de la ligne;, ou bien encore le défaut survenu par exemple à un transformateur dans l'huile peut ne pas être un court-circuit franc entre les bornes d'un enroulement, mais un contact ou un amorçage n'intéressant qu'une partie de cet enroulement, auquel cas la surintensité qui en résulte peut rester limitée et insuffisante pour faire déclencher le disjoncteur, bien qu'elle suffise à alimenter un arc dangereux à l'intérieur de la cuve du transformateur. Pour ces raisons, ou pour beau- coup d'autres similaires, il arrive fréquemment qu'un transformateur prenne feu avant que les dispositifs de protection du réseau n'aient fonctionné.
La présente invention vise à remédier à cette lacune et à mettre un transformateur dans l'huile ou autre appareil similaire à l'abri de tout risque de ce genre.
Suivant une première caractéristique de l'invention, on agence à l'extérieur de l'appareil, et notamment autour de la ou des bornes de celui- ci, des écrans propres à recueillir tout arc s'amorçant intempestivement entre un conducteur à haute tension et la masse, et on relie ces écrans à la masse ou à la terre à travers des dispositifs sensibles au passage du courant de fuite et qui actionnent tous appareils auxiliaires propres à remédier à l'ac- cident décelé, tels que, par exemple, un disjoncteur à fonctionnement instan- tané, un extincteur projetant autour de la ou des bornes un liquide isolant susceptible de provoquer la rupture de l'arc, un appareil avertisseur donnant l'alarme au personnel de surveillance, etc..
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Le dispositif sensible au passage du courant de fuite entre un écran et la masse ou la terre est avantageusement constitué par un fil fusi- ble retenant un mécanisme électrique ou mécanique aproprié, des moyens étant prévus pour qu'une fois le fil volatilisé, le courant puisse continuer à s'écouler pendant un certain temps sans entraîner des avaries pour l'appareil.
Ce dispositif peut encore être constitué par un petit transformateur d'inten- sité branché sur un conducteur d'écoulement du courant recueilli par l' écran.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, applicable aux transformateurs dans l'huile etautres appareils renfermant un liquide isolant on place à l'intérieur de la cuve de l'appareil un dispositif sensible aux brusques élévations de pression résultant de l'amorçage d'un arc à l'intérieur de la masse d'huile ou autre liquide enfermé dans la cuve, et on fait agir ce dispositif sur tous appareils auxiliaires appropriés, lesquels peuvent être les mêmes que ceux mentionnés ci-dessus, ou au contraire être distincts de ceux-ci.
Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux com- prendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer:
Fig. 1 est une coupe schématique générale d'un. transformateur dans l'huile pourvu de dispositifs de protection établis conformément à l'in- vention.
Fig. 2 est une coupe de détail à grande échelle d'un mécanisme à fil fusible utilisé dans la disposition représentée en fig. 1.
Fig. 3 est une coupe à grande échelle d'une autre forme d'exécution d'un dispositif détecteur du passage du courant de fuite entre un écran et la masse.
En fig. 1 on a représenté très schématiquement un transformateur dans l'huile comportant une cuve 1 avec -Lui vase d'expansion 2. La cuve 1 por- te des bornes de traversée telles que 3 pour le passage du ou des conducteurs à haute tension. A l'intérieur de ladite cuve, et montées sur une carcasse de fer non représentée pour ne pas surcharger le dessin, se trouvent des bo- bines d'enroulement 4.
Les défauts à redouter pratiquement dans un tel appareil sont de deux ordres. Il peut y avoir amorçage extérieur entre un conducteur à haute tension et la masse,par exemple par suite de l'arrivée d'une onde à front raide non arrêtée par les parafoudres, en raison d'une fissure dans l'i- solant de la borne 3, ou pour toute autre raison. Il peut d'autre part y avoir amorçage intérieur entre une bobine et la masse, ou entre deux bobines, ou même entre deux spires d'une même bobine.
L'arc d'amorçage extérieur, s'il dure un temps suffisant, arrive à perforer la cuve et à enflammer l'huile. L'arc intérieur détermine une brusque vaporisation dans la cuve et peut provoquer l'éclatement de celle-ci avec inflammation à peu près certaine.
Les disjoncteurs de l'installation ne constituent pas une protec- tion suffisante contre de tels risques car, même en les supposant en bon état de fonctionnement, ils comportent en général un retard au déclenchement im- portant, qui peut être suffisant pour que le feu prenne au transformateur, et d'autre part la surintensité provoquée par le défaut peut rester limitée et ne pas provoquer du tout leur déclenchement.
Dans la forme d'exécution de l'invention représentée en fig. 1, la borne 3 est entourée par un écran 5, en forme de cuvette perforée, fixé sur le couvercle de la cuve 1 par des isolateurs 6. Cet écran porte latérale- ment une pièce massive 7 qui le traverse de telle manière que son extrémité inférieure arrondie constitue une borne d'éclateur en direction du couvercle de la cuve 1. Sur ce couvercle est fixée une autre pièce massive 8 conformée et disposée de manière à constituer une seconde borne d'éclateur en coopéra- tion avec la pièce 7.
Les pièces 7 et 8 sont perforées et sont traversées par un. même fil métallique fin 9 (fig.2) dont une extrémité est fixée par une
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vis 10 au fond d'un puits 11 prévu dans la pièce 7. L'autre extrémité de ce fil est renvoyée horizontalement en 12 à l'intérieur de la pièce 8 et vient s'amarrer en 13 à une lame de ressort disposée en face de deux lamelles de contact 14 et 15 qui commandent le circuit de déclenchement des appareils au- xiliaires non représentés.
L'éclateur constitué par les pièces 7 et 8 est entouré par un cylindre protecteur 16 fait en une matière isolante réfractaire.
L'écran 5 est dimensionné et disposé de telle manière que tout arc d'amorçage entre le conducteur à haute tension sortant de la borne 3 et la masse ou terre le frappe obligatoirement. Dans ces conditions, si un tel arc vient à s'amorcer, le courant de fuite traverse le fil 9 qu'il volatilise, libérant ainsi la lame de ressort 13 qui, sous l'effet de son élasticité pro- pre, vient actionner les contacts 14 et 15, provoquant ainsi le fonctionne- nent des appareils auxiliaires prévus pour remédier au défaut. Comme sus-ex- poséces appareils pourront comporter des avertisseurs pour le personnel de surveillance, des mécanismes propres à provoquer le déclenchement instantané des disjoncteurs de protection, des dispositifs de pro jec tion de liquide isolanc et extincteur autour de la borne 3, etc.
On remarquera que pendant tout le temps nécessaire pour obtenir l'extinction directe ou indirecte de l'arc, le courant de fuite pourra d'écou- ler par l'écran 5 et l'éclateur 7-8 sans aucun risque d'endommager la cuve elle-même. Les seules avaries éventuelles ne peuvent,donc affecter que l'é- cran et les pièces 7 et 8, c'est-à-dire des organes peu coûteux et faciles à remplacer. Au reste, ces pièces 7 et 8 sont prévues suffisamment massives pour pouvoir supporter l'arc pendant un temps notable sans détérioration sen- sible et l'écran 5 peut continuer à remplir son rôle méme s'il vient à être localement perforé par un arc persistant.
Le dispositif suivant fig. 1 comporte encore un système 17 de cap- sules déformables immergé à l'intérieur de la cuve 1 et relié par un tube 18 à un cylindre 19 dans lequel se déplace un piston 20 ne joignant pas de façon parfaitement étanche contre la paroi. En face du piston 20 sont disposés deux contacts 21 commandant des appareils auxiliaires appropriés. Les capsules 17, le tube 18 et le cylindre 19 sont remplis d'air.
En cas d'amorçage à l'inté- rieur de la cuve, la surpression brusque provoquée par la vaporisation locale de l'huile provoque une onde de pression qui écrase les capsules 17; l'af- flux d'air ainsi provoqué dans le cylindre 19 ne peut s'évacuer assez vite par la fuite ménagée entre celui-ci et son piston 20; ce dernier est repoussé et actionne les contacts 21 qui à leur tour mettent en action les appareils auxiliaires.
Ces derniers peuvent être les mêmes que ceux commandés par les contacts 14-15, ou bien ils peuvent en être distincts. On pourra par exemple provoquer le déclenchement instantané des disjoncteurset la mise en marche d'une sonnerie d'alarme, et simultanément déterminer l'ouverture de soupapes permettantla décompression de la cuve à l'intérieur de capacités protégées contre les risques d'inflammation d'huile.
En cas de variation lente de la pression dans la cuve, l'appareil n'est pas 'actionné grâce à la fuite du piston 20 dans son cylindre.
Fig. 3 indique une variante dans l'agencement de la protection contre les amorçages extérieurs. Ici l'écran 5 est directement relié à la masse par -une tige conductrice 22 entourée par un transformateur d'intensité 23 dont le circuit estrelié aux relais ou autres mécanismes propres à pr ovo- quer la mise en action des appareils auxiliaires. On comprend que là encore le passage du courant de fuite déterminera le déclenchement desdits appareils.
Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine' de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. C'est ainsi que la forme et la dispo- sition exactes de l'écran 5 peuvent varier dans de très larges limites suivant les cas, notamment suivant la disposition des conducteurs à haute tension au
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voisinage de l'appareil. On peut prévoir un mène écran pour plusieurs bor- nes ou autres, ou au contraire un écran individuel pour chacune d'entre elles.
Chaque écran peut être plein, comme figuré, ou au contraire perforé de fa- çon plus ou moins importante, à la seule condition que les perforations ne risquent pas de permettre un amorçage direct entre le conducteur à haute ten- sion et la cuve. C'est ainsi qu'on peut réaliser un écran par le moyen d'un ou plusieurs anneaux de garde concentriques. Bien que les dispositifs dé- crits pour déceler le courant de fuite paraissent les mieux appropriés au but poursuivi et doivent à ce titre être considérés comme plus particulièrement visés par les présentes, on pourrait éventuellement leur substituer tous autres mécanismes équivalents. De même il est possible d'imaginer bien des moyens pour déceler la surpression ou onde de pression provoquée dans la cuve par un amorçage intérieur.
Enfin, et ainsi qu'il va de soi, l'invention englobe non-seulement les dispositifs de protection du genre décrit, ou de tout autre équivalent, mais encore les transformateurs ou autres appareils en comportant l'applica- tion.