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WO 2007/003736 PCT/FR2006/001419
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Dispositif de prévention contre l'explosion d'un transformateur
électrique
La présente invention concerne. le domaine de la prévention
contre l'explosion des transformateurs électriques refroidis par un
volume de 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 par un fluide tel que de l'huile. Les huiles
utilisées sont diélectriques et sont susceptibles de prendre feu au-delà
d'une température de l'ordre de 140 C. Les transformateurs étant des
éléments très onéreux, leur protection nécessite une attention
particulière.
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 un, dégagement de gaz par
décomposition de l'huile diélectrique, notamment d'hydrogène et
d'acétylène.
Suite au dégagement de gaz, la pression à l'intérieur de la cuve
du transformateur augmente très rapidement, d'où une déflagration
souvent très violente. De la déflagration résulte une importante
déchirure des liaisons mécaniques de la cuve (boulons, soudures) du
transformateur qui met lesdits gaz en contact avec l'oxygène de l'air
ambiant. L'acétylène étant auto-inflammable en présence d'oxygène, un
incendie démarre immédiatement et propage le feu aux autres
équipements du site qui sont susceptibles de contenir également de
grandes quantités-de produits combustibles.
Les explosions sont dues à des ruptures d'isolement dûes aux
courts-circuits provoqués par des' surcharges, des surtensions, une
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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 systèmes d'extinction
d'incendie pour transformateurs électriques qui sont actionnés par des
détecteurs d'incendie ou de feu. Mais ces systèmes se mettent en oeuvre
avec une inertie importante, lorsque l'huile du transformateur est déjà en
flammes. On se contentait donc de limiter l'incendie à l'équipement
concerné pour ne pas propager le feu aux installations voisines.
Pour ralentir la décomposition du fluide diélectrique due à un arc
électrique, on peut utiliser des huiles silicones à la place des huiles
minérales conventionnelles. Toutefois, l'explosion de la cuve du
transformateur due à l'augmentation de la pression interne n'est retardée
que d'une durée extrêmement faible, de l.'ordre de quelques
millisecondes. Cette durée ne permet pas de mettre en oeuvre des moyens
propres à éviter l'explosion.
On connaît par le document WO-A-97/12379 un procédé de
prévention contre l'explosion et l'incendie dans un transformateur
électrique muni d'une cuve remplie de fluide de refroidissement
combustible, par détection d'une rupture de l'isolement électrique du
transformateur par un capteur de pression, dépressurisation du fluide
de refroidissement contenu dans la cuve, au moyen d'une vanne,
et refroidissement des parties chaudes du fluide de refroidissement par
injection d'un gaz inerte sous pression dans le bas de la cuve afin de
brasser ledit fluide et d'empêcher l'oxygène de pénétrer dans la cuve du
transformateur. Ce procédé donne satisfaction et permet d'éviter
l'explosion de la cuve du transformateur.
Le document WO-A-00/57438 décrit un élément de rupture à
ouverture rapide pour un dispositif de prévention contre l'explosion d'un
transformateur électrique.
L'objet de la présente invention est de fournir un dispositif
amélioré permettant une décompression extrêmement rapide de la cuve
pour augmenter encore la probabilité de sauvegarde de l'intégrité du
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transformateur, des changeurs de prises en charge et des traversées tout en
mettant
en oeuvre des pièces de forme simple.
La présente invention vise un dispositif de prévention contre une explosion
d'un transformateur-électrique pourvu d'une cuve remplie de fluide de
refroidissement combustible, comprenant un élément de relâchement de pression
disposé sur une sortie de la cuve pour réaliser une décompression de la cuve,
un
réservoir disposé en aval de l'élément de relâchement de pression, au moins
une
vanne à déclenchement manuel montée en sortie du réservoir de façon que le
réservoir soit hermétique pour recueillir un fluide passé par l'élément de
relâchement
de pression, et une conduite montée entre l'élément de relâchement de pression
et
le réservoir.
On évite ainsi une dispersion du fluide dans un endroit où cela n'est pas
souhaitable pour des raisons de sécurité, de pollution ou autres. En effet, le
fluide qui
peut être un mélange de liquide et de gaz présente un risque d'inflammation
lorsque
l'apport d'oxygène est suffisant pour remplir les conditions d'inflammation et
d'explosion. Par ailleurs, certains composants de ce fluide peuvent s'avérer
néfastes
pour l'homme et/ou pour l'environnement, notamment en atmosphère confinée.
Avantageusement, un élément de relâchement de pression
automatique est monté en sortie du réservoir. L'élément de relâchement
de pression peut comprendre une soupape susceptible de s'ouvrir
lorsqu'un plafond de pression est dépassé afin d'éviter une explosion du
réservoir. Le relâchement par la soupape est alors limité à la quantité
nécessaire de fluide pour retrouver une pression inférieure àu plafond de
déclenchement de ladite soupape. Une conduite supplémentaire peut être
disposée en aval de l'élément de relâchement de pression. La conduite
supplémentaire permet de diriger le fluide vers l'endroit le plus
approprié. La conduite supplémentaire peut être équipée d'un moyen de
refroidissement. La température du fluide peut ainsi être diminuée avant
son échappement, d'où une réduction du risque d'inflammation. Le
réservoir peut être équipé d'un moyen de refroidissement, par exemple
sous la forme d'un détendeur de gaz.
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Avantageusement, un élément d' arrêt de flamme est monté sur la
conduite supplémentaire. L'élément d'arrêt de flamme peut se présenter
sous la forme d'un clapet à fluide interdisant une entrée d'oxygène dans
la conduite. L'élément d'arrêt de flamme peut également comprendre
une pièce susceptible d'obturer ladite conduite lors de la présence d'une
flamme. L'élément de 'relâchement de pression peut également
comprendre une électrovanne commandée par une unité de commande
extérieure ou un détecteur de température voisin de ladite vanne,
capable de commander la fermeture de ladite électrovanne lors de la
présence d'une combustion.
Le réservoir peut être équipé d'un moyen de refroidissement,
De préférence, dans un mode de réalisation, le dispositif comprend une
pompe à vide reliée au réservoir. On peut ainsi mettre le réservoir en
dépression
forte par rapport à l'atmosphère ambiante et à la pression normale régnant
dans la
cuve du transformateur, ce qui facilite la décompression de la cuve et réduit
la
quantité d'oxygène présente dans la cuve.
De préférence, dans un mode de réalisation, le dispositif comprend une
pompe à gaz et un réservoir auxiliaire. La pompe à gaz est disposée entre le
réservoir et le réservoir auxiliaire et permet de transférer, par exemple avec
une
,;0 chasse à l'azote simultanément à un pompage, des gaz combustibles et/ou
toxiques
L
du réservoir vers le réservoir auxiliaire qui peut ensuite être isolé du
réservoir et de la
pompe à gaz. La pompe à gaz peut comprendre un compresseur et le réservoir
auxiliaire peut comprendre une enceinte sous pression. Les gaz combustibles
toxiques peuvent ainsi être stockés dans un volume réduit.
Avantageusement, le dispositif comprend une chambre de dépressurisation
disposée entre l'élément de relâchement de pression et le réservoir. La
chambre de
dépressurisation présente une perte de charge extrêmement faible et peut être
disposée immédiatement en aval de l'élément de relâchement de pression de
façon
à permettre une décompression rapide de la cuve du transformateur. Le
réservoir
peut être situé à une distance de la chambre de dépressurisation beaucoup plus
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élevée que la distance entre la cuve du transformateur et la chambre de
dépressurisation. La chambre de dépressurisation peut se présenter sous la
forme
d'une portion de tube de diamètre nettement plus élevé que le diamètre de la
conduite. La chambre de dépressurisation peut avantageusement être prévue pour
résister à des pressions et à des efforts mécaniques élevés supérieurs à ceux
pour
lesquels le réservoir est dimensionné.
De préférence, dans un mode de réalisation, l'élément de relâchement de
pression comprend un disque rigide perforé et une membrane d'étanchéité.
L'élément de relâchement de pression peut également comprendre un disque
fendu.
Les disques peuvent être bombés dans le sens de l'écoulement du fluide. Le
disque
fendu peut comprendre une pluralité de pétales séparés les uns des autres par
des
fentes sensiblement radiales. Les pétales se raccordent à une partie annulaire
du
disque et sont susceptibles de s'appuyer les uns sur les autres par
l'intermédiaire de
pattes d'accrochage pour résister à une pression extérieure à la cuve du
transformateur supérieure à la pression intérieure. Le disque rigide perforé
peut être
pourvu d'une pluralité de trous traversants disposés près du centre dudit
disque et à
partir duquel s'étendent des fentes radiales. La membrane d'étanchéité peut
consister en une mince couche à base de polytétrafluoroéthylène.
Le disque fendu peut comprendre une pluralité de portions capables de
s'appuyer les unes sur les autres lors d'une poussée dans une direction
axiale.
De préférence, dans un mode de réalisation, l'élément de relâchement de
pression comprend en outre un disque de protection de la membrane
d'étanchéité, le
disque de protection comprenant une feuille mince prédécoupée. Le disque de
protection peut être réalisé à partir d'une feuille de polytétrafluoroéthylène
d'épaisseur supérieure à la membrane d'étanchéité. La prédécoupe peut être en
forme de portion de cercle. Le disque rigide perforé peut comprendre une
pluralité de
fentes radiales, distinctes les unes des autres.
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Avantageusement, le dispositif comprend une pluralité
d'éléments de relâchement de pression prévus pour être reliés à une
pluralité de transformateurs. Un seul réservoir peut ainsi servir à la
prévention contre l'explosion d'une pluralité de transformateurs, chaque
transformateur étant associé à au moins un élément de relâchement de
pression.
Le dispositif peut comprendre un moyen de détection de rupture
intégré à l'élément de relâchement de pression d'où une détection de la
pression de la cuve par rapport à un plafond prédéterminé de
relâchement de pression. Le moyen de détection de rupture peut
comprendre un fil électrique apte à se rompre en même temps que
l'élément de relâchement de pression. Le fil électrique peut être collé
sur l'élément de relâchement de pression, de préférence du côté opposé
au fluide. Le fil électrique petit être recouvert d'un film de protection.
Le dispositif peut comprendre une pluralité d'éléments de
relâchement de pression prévus pour être reliés à une pluralité de
capacités d'huile d'au moins un transformateur.
La présente invention vise aussi un procédé de prévention contre
l'explosion d'un transformateur électrique pourvu d'une cuve remplie de fluide
de
refroidissement combustible, dans lequel une décompression de la cuve est
réalisée
par un élément de relâchement de pression, un recueil de fluide passé par
l'élément
de relâchement de pression et une conduite est réalisé par un réservoir
hermétique,
et un retrait des gaz est effectué par au moins une vanne à déclenchement
manuel.
Le dispositif de prévention contre l'explosion est adapté pour la
cuve principale d'un transformateur, pour la cuve du ou des changeurs
de prise en charge, et pour la cuve des traversées électriques, cette
dernière cuve étant aussi appelée boîte à huile . Les traversées
électriques ont pour rôle d'isoler la cuve principale d'un transformateur
des lignes haute et basse tension auxquelles sont reliés des enroulements
du transformateur par l'intermédiaire de conducteurs de sortie. Chaque
conducteur de sortie est entourée par une boîte à huile contenant une
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certaine quantité de fluide d'isolement. Le fluide d'isolement des
traversées et/ou boîtes huile est une huile différente de celle du
transformateur. On peut prévoir un moyen d'injection d'azote relié à la
cuve du transformateur et apte à se déclencher après-la détection d'un
défaut de façon manuelle ou automatique. L'injection d'azote peut
favoriser l'évacuation des gaz combustibles de la cuve du. transformateur
vers le réservoir et éventuellement vers le réservoir auxiliaire.
Le dispositif de prévention contre l'explosion peut être 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 les signaux de commande.
Grâce à l'invention, on réduit très fortement la probabilité
d'échappement de fluide combustible et/ou toxique en dehors du
dispositif, ce qui permet de réduire les risques d'inflammation desdits
gaz ou encore d'intoxication d'un opérateur qui se trouve au 'voisinage.
Le dispositif de prévention contre l'explosion est
particulièrement bien adapté pour des transformateurs électriques se
trouvant dans des endroits confinés, par exemple des tunnels, des mines
ou encore en sous-sol de zone urbanisée.
La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la
description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre
d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés,
sur lesquels:
-la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de
prévention contre l'incendie;
-la figure 2 est une vue de détail de la figure 1;
-la figure 3 est une vue ' schématique d'un dispositif de
prévention contre l'incendie associé à plusieurs transformateurs;
-la figure 4 montre une variante de la figure 1;
-la figure 5 montre une variante de la figure 1;
-la figure 6 est une vue en coupe transversale d'un élément de
rupture;
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-la figure 7 est une vue partielle agrandie de la figure 6;
-la figure S est une vue de dessus correspondant à la figure 6;
et
-la figure 9 est une vue de dessous correspondant à. la figure 6;
-la figure 10 est une vue schématique d'un dispositif de
prévention contre l'incendie à chambre de dépressurisation verticale;
- la figure 11 est une vue générale correspondant à la figure 10
-les figures 1.2 et 13 montrent des variantes de la figure 1,
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 lignes électriques 5 entourés par des
isolateurs 6. La cuve 2 comprend un corps 2a et un couvercle 2b.
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 dépressurisation 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
se vidanger.
La cuve 2 est également munie d'un ou plusieurs câbles 11 de
détection d'incendie. Dans le mode de réalisation représenté, un câble
11 de détection d'incendie est monté au-dessus de la cuve 2 et est
supporté par des plots 12 reposant sur le couvercle 2b. Une distance de
quelques centimètres sépare le câble 11 du couvercle 2b. Le câble 11
peut comprendre deux fils. séparés par une membrane synthétique à bas
point de fusion, les deux fils entrant en contact après la fusion de la.
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membrane. Le câble 11 peut être disposé selon un parcours en rectangle
à proximité des bords de la cuve 2.
La cuve 2 peut comprendre un capteur 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. Une rupture
d'isolement électrique provoque le dégagement de vapeur du fluide 7
dans la cuve 2. Un capteur de vapeur peut servir à détecter une rupture
de l'isolation électrique avec un certain retard.
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.
Le dispositif de prévention comprend une vanne 13 montée sur
une sortie de la cuve 2 disposée en un point haut du corps 2a, un
élément de rupture 15 dont l'éclatement permet de détecter sans retard la
variation de pression due à la rupture de l'isolation électrique du
transformateur, et deux manchons élastiques 14 absorbeurs de
vibrations, l'un étant disposé entre la vanne 13 et l'élément de rupture
15. Le dispositif de prévention, comprend également une chambre de
dépressurisation 16 de diamètre supérieur à celui de l'élément de rupture
15, montée en aval de l'élément de rupture 15 et une conduite 17 de
vidange supportée par un réservoir 18 destiné à recueillir les fluides
provenant de la cuve 2 après éclatement de l'élément de rupture 15 et
séparer la fraction liquide de la fraction gazeuse. La conduite 17 est.
montée entre la chambre de dépressurisation 16 et le réservoir 18.
L'autre manchon élastique 14 est monté entre la chambre de
dépressurisation 1.6 et la conduite 17.
Le réservoir 18 peut être équipé d'ailettes de refroidissement
18a. Le réservoir 18 est équipé d'une tuyauterie 19 d'évacuation des gaz
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issus de l'huile. La tuyauterie 19 peut être reliée de façon temporaire à
une citerne mobile pour vidanger le réservoir 18. La cuve 2 est ainsi
dépressurisée immédiatement et ultérieurement partiellement vidée dans
le réservoir 18. L'élément de rupture 15 pourra être prévu pour s'ouvrir à
5 une pression déterminée inférieure à 1. bar, par exemple comprise entre
0,6 et 1,6 bar, de préférence entre 0,8 et 1,4 bar.
Une vanne 20 est disposée dans la tuyauterie 19 pour empêcher
l'entrée d'oxygène de l'air qui pourrait alimenter la combustion des gaz
et celle de l'huile dans le réservoir 18 et dans la cuve 2, et pour
10 empêcher la sortie incontrôlée de gaz ou de liquide. La vanne 20 peut
être manuelle ou motorisée à commande manuelle. La vanne 20 est
constamment fermée pour maintenir le réservoir hermétique, sauf
lorsque l'on vide le réservoir 18 des gaz qui s'y trouvent, ou que l'on
effectue une purge des gaz.
La cuve 2 comprend un moyen de refroidissement du fluide 7 par
injection d'un gaz inerte tel que de l'azote dans le bas de la cuve 2. Le
gaz inerte est stocké dans un réservoir sous pression muni d'une vanne,
d'un détendeur ou d'un réducteur de pression et d'un tuyau 21 amenant
le gaz jusqu'à la cuve 2. Le réservoir sous pression est logé dans une
armoire 22.
Le câble 11, l'élément de rupture 15, le capteur de vapeur, les
capteurs de déclenchement, la vanne 13 et l'obturateur 20 sont reliés à
un boîtier de commande 23 destiné à contrôler le fonctionnement du
dispositif. Le boîtier de commande 23 est muni de moyens de traitement
d'information recevant.les signaux des différents capteurs et capables
d'émettre des signaux de commande notamment de la vanne 20.
En fonctionnement normal, la vanne 13 est ouverte et l'élément
de rupture 15 intact, c'est-à-dire fermé. La vanne 20 est également
fermée. La vanne 13 peut être fermée pour des opérations de
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maintenance, le transformateur 1 étant à l'arrêt. Le manchon élastique
14 est capable d'absorber les vibrations du transformateur 1 qui se
produisent lors de son fonctionnement et lors d'un court-circuit, pour
éviter de transmettre les vibrations à d'autres éléments, notamment à
l'élément de rupture 15. La chambre de dépressurisation 16 permet une
forte chute de pression lors de l'éclatement de l'élément de rupture 15
grâce à des pertes de charge extrêmement réduites.
Lors de l'éclatement de l'élément de rupture 15 suite à un défaut
électrique dans le transformateur 1, la pression dans la cuve 2 diminue.
Un jet de gaz et/ou de liquide traverse l'élément de rupture 15 et se
répand dans la chambre de dépressurisation 16, puis s'écoule dans la
conduite 17 vers le réservoir 18. Le rôle de la chambre de
dépressurisation 16 peut s'avérer particulièrement important dans les
premières millisecondes suivant l'éclatement de l'élément de rupture 15.
Ultérieurement, une injection de gaz inerte, par exemple de
l'azote, peut être effectuée dans le bas de la cuve 2 pour chasser les gaz
combustibles susceptibles de rester dans la cuve 2 et refroidir les parties
chaudes du transformateur pour arrêter la production de gaz. L'injection
de, gaz inerte peut être déclenchée de quelques minutes à quelques
heures après l'éclatement de l'élément de rupture 15, de préférence une,
durée de décantation suffisante pour que les gaz et les liquides se
séparent convenablement est prévue. En outre, il est possible d'attendre
le refroidissement du réservoir 18 et de son contenu. Lesdits gaz
combustibles s'évacuent vers le réservoir 18. Une citerne mobile peut
être amenée en connexion avec la tuyauterie 19 pour recevoir les fluides
présents dans le réservoir 18 après ouverture de la vanne 20. Le
réservoir 18 peut être purgé avec un gaz inerte. L'élément de rupture 15
peut alors être remplacé. Pour des raisons de sécurité, le réservoir du
gaz inerte est prévu pour pouvoir injecter du gaz inerte pendant une
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durée de l'ordre de 45 minutes, ce qui peut s'avérer utile pour refroidir
l'huile et les parties chaudes par brassage de l'huile, et donc stopper la
production des gaz par décomposition de l'huile.
Le transformateur 1 peut être équipé d'un ou plusieurs changeurs
5' 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 de vidange 26 à la conduite 1.7
destinée à la vidange. En effet, le changeur de prise en charge 25 est
1.0 également refroidi par un fluide de refroidissement inflammable. En
raison de sa forte résistance mécanique, 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 élément de relâchement de pression 27 capable de se
15 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.
Grâce à l'invention, on dispose ainsi d'un dispositif de
prévention contre l'explosion de transformateur qui détecte les ruptures
20 d'isolation de façon extrêmement rapide et agit simultanément de façon
à limiter les conséquences qui en résultent. Cela permet de sauver le
transformateur ainsi que le changeur de prise en charge et les traversées
et de minimiser les dégâts liés au défaut d'isolement,
Comme on peut le voir sur la figure 2, la chambre de
25 dépressurisation 16 repose sur quatre amortisseurs 28 supportés par une
console 29 fixée au corps 2a de la cuve 2. Une isolation mécanique est
ainsi créée entre les vibrations issues du transformateur 1 lors du
fonctionnement normal et la chambre de dépressurisation 16, d'une part,
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et entre la déformation du transformateur 1 lors d'une rupture de
l'isolement, d'autre part.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 3, plusieurs
transformateurs 1 voisins sont reliés à un réservoir 18. En. d'autres
termes, plusieurs dispositifs de prévention de plusieurs transformateurs
différents peuvent comprendre un réservoir 18 commun. Ceci s'avère
particulièrement avantageux dans les lieux confinés où l'espace
disponible est restreint.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 4, le dispositif
de prévention comprend, en outre, une pompe à vide 30 'relié 'au
réservoir 18 par une conduite. Le réservoir 18 peut être muni d'un
système de refroidissement 18b, par exemple par détente d'azote. Lors
de la mise en fonctionnement du dispositif de prévention, la pompe à
vide 30 est actionnée et réalise un vide partiel du réservoir 18, puis est
arrêtée. La masse de gaz issue de la cuve 2 après l'éclatement de
l'élément de rupture 15 qui est susceptible d'être stockée dans le
réservoir 18 est accrue à pression maximale égale. La dépressurisation
peut s'en trouver facilitée. Le réservoir peut être de volume réduit d'où
un gain de place.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 5, le dispositif
de prévention comprend, en outre, une pompe à gaz 31 reliée à la
conduite 17 ou au réservoir 18 et débouchant dans une bouteille 32
résistante à la pression. Après l'éclatement de l'élément de rupture 1'5, et
l'écoulement d'une durée suffisante pour le refroidissement des gaz, la
pompe à gaz 31 est mise en fonctionnement et réalise un pompage des
gaz présents dans le réservoir 18. Le réservoir 18 peut ainsi être vidé du
gaz qu'il contient, ledit gaz pouvant être un mélange de gaz inerte et de
gaz combustible. Après l'arrêt de la pompe à gaz 31, la bouteille 32 peut
facilement être retirée et tranportée à distance. Ce mode de réalisation
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convient particulièrement à des transformateurs installés dans des mines
ou des tunnels.
Comme on peut le voir sur les figures 6 à 9, l'élément de rupture
15 est de forme circulaire bombée convexe et est prévu pour être monté
sur un orifice de sortie, non représenté, d'une cuve 2 maintenue serrée
entre deux brides 33, 34 en forme de disques. L'élément de relâchement
comprend une partie de retenue 35 sous la forme d'un voile
métallique de faible épaisseur, par exemple en acier inoxydable, en
aluminium, ou en alliage d'aluminium. L'épaisseur de la partie de
10 retenue 35 peut être comprise entre-0,05 et 0,25 mm.
La partie de retenue 35 est pourvue de stries radiales 36 la
divisant en plusieurs portions. Les stries radiales 36 sont formées en
creux dans l'épaisseur de la partie de retenue 35 de façon qu'une rupture
se fasse par déchirement de la partie de retenue 35 en son centre et ce
15 sans fragmentation pour éviter que des fragments de l'élément de
relâchement 15 ne soient arrachés et déplacés par le fluide traversant
l'élément de relâchement 15 et risquent de détériorer une conduite située
à l'aval.
La partie de retenue 35 est pourvue de trous traversants 37 de
très faible diamètre répartis un par strie 36 à proximité du centre.
Autrement dit, plusieurs trous 37 sont disposés en hexagone. Les trous
37 forment des amorces de déchirure de résistance faible et garantissent
que la déchirure commence au centre de la partie de retenue 35. La
formation d'au moins un trou 37 par strie 36 assure que les stries 36 se
sépareront simultanément en offrant la section de passage la plus forte
possible. En variante, on pourrait envisager un nombre de stries 36
différent de six, et/ôu plusieurs trous 37 par strie 36. Le revêtement
d'étanchéité 50 est capable d'obturer les trous 37.
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La pression d'éclatement de l'élément de relâchement 15 est
déterminée, notamment, par le diamètre et la position des trous 37, la
profondeur des stries 36, l'épaisseur et la composition du matériau
formant la partie de retenue 35. De préférence, les stries 36 sont
5 formées sur toute l'épaisseur de la partie de retenue 35. Le reste de la
partie de retenue 35 peut présenter une épaisseur constante.
Deux stries 36 adjacentes forment un triangle 39 qui lors de la
rupture va se séparer des triangles voisins par déchirure de la matière
entre les trous 37 et se déformer vers l'aval par pliage. Les triangles 39
10 se plient sans déchirure pour éviter l'arrachement des dits triangles 39
susceptibles de détériorer une conduite aval ou de gêner l'écoulement
dans la conduite aval augmentant ainsi la perte de charge et ralentissant
la dépressurisation côté amont. Le nombre de stries 36 dépend
également du diamètre de l'élément de retenue 15.
15 La bride 34 disposée à l'aval de la bride 33 est percée d'un trou
radial dans lequel est disposé un tube de protection 41. Le détecteur de
rupture comporte un fil électrique 42 fixé sur la partie de retenue 35 du
côté aval et disposé en boucle. Le fil électrique 42 se prolonge dans le
tube de protection 41 jusqu'à un boîtier de connexion 43. Le fit
électrique 42 s'étend sur la quasi totalité du diamètre de l'élément de
retenue 15, avec une portion de fil 42a disposée d'un côté d'une strie 36
parallèlement à ladite strie 36 et l'autre portion de fil 42b disposée
radialement de l'autre côté de la même strie 36 parallèlement à ladite
strie 36. La distance entre les deux portions de fil 42a, 42b est faible.
Cette distance peut être inférieure à la distance maximale séparant deux
trous 37 de telle sorte que le fil 42 passe entre les trous 37.
Le fil électrique 42 est recouvert par un film de protection qui
sert à la fois à éviter sa corrosion et à le coller sur la face aval de la
partie de retenue 35. La composition de ce filin sera aussi choisie pour
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éviter de modifier la pression de rupture de l'élément de rupture 15. Le
film pourra =être réalisé en polyamide fragilisée. L'éclatement de
l'élément de rupture entraîne nécessairement la coupure du fil électrique
42. Cette coupure peut être détectée de façon extrêmement simple et
fiable par interruption de la circulation d'un courant passant par le fil 42
ou encore par écart de tension entre les deux extrémités du fil 42.
L'élément de rupture 15 comprend également une partie de
renforcement 44' disposée entre les brides 33 et '34 sous la forme d'un
voile métallique, par exemple en acier inoxydable, en aluminium, ou en
alliage d'aluminium. L'épaisseur de la partie de renforcement 44 peut
être comprise entre 0,2 et 1 mm.
La partie de renforcement 44 comprend une pluralité de pétales,
par exemple cinq, séparées par des stries radiales 45 formées sur toute
leur épaisseur. Les pétales se raccordent à un bord extérieur annulaire,
une strie 46 en arc de cercle étant formée sur toute l'épaisseur de chaque
pétale sauf à proximité des pétales voisins, conférant ainsi aux pétales
une capacité à se déformer axialenent. L'un des pétales est relié à un
polygone centrai 47, par exemple par soudure. Le polygone 47 ferme le
centre des pétales et vient s'appuyer sur des crochets 48 fixés sur les
autres pétales et décalés axialement par rapport aux pétales de façon que
le polygone 47 soit disposé axialement entre les pétales et les crochets
48 correspondants. Le polygone 47 peut venir en contact avec le fond
des crochets 48 pour s'y appuyer axi.alement. La partie de renforcement
44 offre une bonne résistance axiale dans un sens et une très. faible
résistance axiale dans l'autre sens, le sens de l'éclatement de l'élément
de rupture 15. La partie de renforcement 44 est particulièrement utile
lorsque la pression dans la cuve 2 du transformateur 1 est inférieure à
celle de la chambre de dépressurisation 16 ce qui peut se produire si un
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vide partiel est fait dans la cuve 2 pour le remplissage du transformateur
1..
Entre la partie de retenue 35 et la partie de renforcement 44,
peuvent être disposés une partie d'étanchéité 49 comprenant un filin
mince 50 de matériau synthétique étanche par exemple à base de
polytétrafluoroéthylène entouré sur chaque face par un film épais 51 de
matériau synthétique prédécoupé évitant une perforation du film mince
50 par la partie de retenue 35 et la partie de renforcement 44. Chaque
film. épais 51 peut comprendre un matériau synthétique par exemple à
base de polytétrafluoroéthylène d'épaisseur de l'ordre de 0,1 à 0,3 min.
La prédécoupe des film épais 51 peut être effectuée selon un arc de
cercle d'environ 330 . Le film mince 50 peut présenter une épaisseur de
l'ordre de 0,005 à 0,1 mm.
L'élément de rupture 15 offre une bonne résistance à la pression
dans un sens, une résistance calibrée à la pression dans l'autre sens, une
excellente étanchéité et une faible inertie à l'éclatement.
Pour améliorer l'étanchéité, l'élément de rupture 15 peut
comprendre une rondelle 52 disposée entre la bride 33 et la partie de
retenue 35 et une rondelle 53 disposée entre la bride 34 et la partie de
renforcement 44. Les rondelles 52 et 53 peuvent être réalisées à base de
polytétrafluoroéthylène.
En outre, un moyen de refroidissement des fluides dans le
dispositif de prévention peut être prévu. Le moyen de refroidissement
peut comprendre des ailettes sur la conduite 17 et /ou le réservoir 18, un
groupe de climatisation du réservoir 18, et/ou une réserve de gaz
liquéfié, par exemple de l'azote, dont la détente est susceptible de
refroidir le réservoir 18.
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Dans le mode de réalisation des figures 10 et 11, le dispositif de
prévention est disposé sensiblement verticalement, par exemple sur le
couvercle 2b de la cuve 2. La chambre de dépressurisation 16 comprend
un cylindre d'axe vertical fermé à ses extrémités tout en étant relié à
l'élément de rupture 15, de diamètre supérieur à celui de l'élément de
rupture 15, montée en aval de l'élément de rupture 15. La chambre de
dépressurisation 16 forme également le réservoir de recueil. La conduite
19 se raccorde à une zone supérieure du cylindre de la chambre de
dépressurisation 16. Une conduite 54 se raccorde à une zone inférieure
du cylindre de la chambre de dépressurisation 16 pour le prélèvement de
liquide. Ce mode de réalisation est particulièrement compact, le
dispositif de prévention étant situé en grande partie au dessus de la cuve
2.
Dans une variante avantageuse, la conduite 54 est reliée au
réservoir d'appoint 8, voir pointillés sur la figure 10. Le volume
disponible du réservoir d'appoint- 8, c'est-à-dire la partie non occupée
par un, liquide, est disponible pour recevoir du liquide en provenance de
la chambre de dépressurisation 16. Un élément de rupture
supplémentaire 61 peut être disposé sur la conduite 54 entre la chambre
de dépressurisation 16 et le réservoir d'appoint 8. L'élément de rupture
supplémentaire 61 peut être taré à une pression de rupture plus élevée
que l'élément de rupture 15 en amont de la chambre de dépressurisation
16
En fonctionnement, la perte de charge dans la conduite 54 laisse
le temps au clapet automatique 10 de se fermer lors d'une rupture de
l'élément de rupture 15. Le réservoir d'appoint 8 recueille du liquide en
provenance de la chambre de dépressurisation 16, le clapet automatique
10 étant fermé.
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Comme illustré sur la figure 11., la chambre de dépressurisation
16 débouche dans la conduite 17 située dans le prolongement de la
conduite 26. La conduite 17 débouche dans le réservoir d'appoint 8.
Dans le mode de réalisation de la figure 12, le dispositif de
prévention comprend une vanne 13 montée sur une sortie de la cuve 2
disposée en un point du corps 2a situé sensiblement entre la moitié et
deux tiers de la hauteur du corps 2a. La conduite 17 est coudée vers le
haut après la chambre de dépressurisation 16 et comprend une portion
haute 17a. disposée à un niveau supérieur à celui des enroulements du
1.0 transformateur 1. A titre d'exemple, le bas de la portion haute 17a peut
être situé à environ 20 mm au dessus de l'extrémité supérieure des
enroulements. Ainsi, la décompression et la vidange partielle permet de
conserver l'immersion des enroulements et l'isolation qui en découle.
La conduite 9 est pourvue d'un détecteur de gaz 55 disposé entre
le clapet automatique 10 et le couvercle 2b de la cuve 2. Une conduite
56 relie la conduite 9 et la portion haute 17a de la conduite 17. La
conduite 56 se raccorde à la conduite 9 entre le détecteur de gaz 55 et le
clapet automatique 10. Sur la conduite 56 sont disposés une vanne
manuelle 57 maintenue en position ouverte sauf pour les opérations de
maintenance et une électrovanne 58 commandée par le boîtier de
commande 23, en position fermée en service normal et en position
ouverte après un relâchement de pression par l'élément 15, pour
récupérer des gaz inflammables présents dans la conduite 9.
En outre, les traversées 6 à isolement à huile sont également
pourvues d'un élément de relâchement de pression 59 débouchant dans
une conduite 60 reliée à la conduite 17. L'élément de relâchement de
pression 59 peut être de structure semblable à l'élément de relâchement
de pression 1.5 et de calibre adapté. Ainsi, la cuve, les traversées et le
changeur de prise en charge peuvent être pourvus d'éléments de
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relâchement de pression, permettant d'accroître la probabilité de
sauvegarde de leur intégrité.
Dans le mode de réalisation de la figure 13, le dispositif de
prévention comprend une vanne 13 montée sur une sortie de la cuve 2
5 disposée en un point bas du corps 2a. La conduite 17 est coudée vers le
haut' après la chambre de dépressurisation 16 et comprend une portion
haute 17a comme dans le mode de réalisation précédent.
Un tel système de protection est économique, autonome par
rapport aux installations voisines, d'encombrement faible et sans
10 maintenance.
L'unité de commande peut également être reliée aux capteurs
accessoires tels que détecteur d'incendie, capteur de vapeur (buchholz)
et au capteur de déclenchement de la cellule d'alimentation pour
déclencher une extinction de l'incendie en cas de défaillance de la
15 prévention d'explosion.
Grâce à l'invention, on dispose ainsi d'un dispositif de
prévention contre l'explosion dans un transformateur qui nécessite peu
de modifications des éléments du transformateur, qui détecte les
ruptures d'isolation de façon extrêmement rapide et agissent
20 simultanément de façon à limiter les conséquences en résultant, y
compris dans des lieux confinés. Cela. permet d'éviter les explosions des
capacités d'huile et les incendies qui en résultent en réduisant les dégâts
liés aux courts-circuits sur le transformateur ainsi que les changeurs de
prise en charge et les traversées.
