Arrangement de commutation électrique haute tension sous en- veloppe métallique

La présente invention concerne un arrangement de commutation électrique haute tension sous enveloppe métallique selon le préambule de la revendication 1.

Les postes électriques sous enveloppe métallique (ou Gas In- sulated Substation en anglais, communément désigné par la terminologie GIS) comprennent des éléments de coupures élec ^¬ triques adaptés à disjoncter ou alimenter des réseaux élec- triques à haute tension. Ces éléments de coupure électrique sont commandés par des modules comprenant au moins un arran ^¬ gement de commutation sous enveloppe métallique aussi appe ^¬ lées sectionneurs . Un tel arrangement cité par référence est décrit par WO2010- 149482 ainsi qu'aux figures 1 et 2 de la présente demande de brevet sous respectivement une vue de côté et une vue de des ^¬ sus en section d'un sectionneur comprenant un arrangement se ^¬ lon cet état de la technique. Figure 1 et 2 représentent ain- si un arrangement (10) de commutation (sectionneur) électrique haute tension sous enveloppe métallique (300) compre ^¬ nant :

- un commutateur (20) régissant sous un premier mode de commutation l'établissement de contact électrique entre le pre- mier connecteur (30) et un troisième connecteur (50) relié à la masse (un deuxième connecteur 40 - en tant que contact fixe d'une phase de sectionneur - étant isolé des autres con ^¬ necteurs ) ,

- le deuxième connecteur (40) et le troisième connecteur (50) sont distincts entre eux ainsi que disposés à distance du commutateur (20),

- le commutateur (20) comprend un premier moyen de poussée (80, 100, 150, 200) d'un élément de contact (120) permettant le premier mode par un déplacement dudit élément de contact (120) entre les premier et troisième connecteurs (30, 50),

- le commutateur (20) comprend également un deuxième moyen de déplacement (70, 90, 150, 200) d'un élément de contact (110) permettant sous un deuxième mode de commutation

l'établissement de contact électrique entre le premier con- necteur (30) et un deuxième connecteur (40) et permettant sous un troisième mode de commutation un isolement électrique des trois connecteurs (30, 40, 50) par un déplacement dudit élément de contact (110) entre le deuxième connecteur (40) et un point de contact électrique du commutateur (20) .

En relation avec les figures 1 et 2, trois positions pos ^¬ sibles du commutateur 20 sont définies par deux types de fonctionnalité de sectionneur :

- une première fonction dite de sectionneur, permettant de connecter ou de séparer, au moyen du contact mobile 110, des premier et deuxième connecteurs (30, 40) ;

- une seconde fonction dite de sectionneur de terre, permet ^¬ tant de relier, au moyen du contact mobile 120, le premier et le troisième connecteur (30, 50), ledit troisième connecteur (50) étant relié à l'enveloppe (300) et donc à la masse (ou à la terre) , cette fonction assurant ainsi la mise à la terre du premier connecteur (30) .

Selon ces deux fonctionnalités, les trois modes de commuta- tions permettent un établissement des trois positions de fonctionnement du commutateur selon le schéma de positionne ^¬ ment suivant :

- i ^iere position 1 (1 ^er mode de commutation) : sectionneur de terre fermé et sectionneur ouvert, avec le premier connecteur (30) à la fois mis à la terre et isolé du deuxième connecteur -2 ^ieme position 2 (3ième mode de commutation) : sectionneur de terre ouvert et sectionneur ouvert, les trois connecteurs (50, 30, 40) sont isolés entre eux ;

- 3 ^ieme position 3 (2ième mode de commutation) : sectionneur de terre ouvert et sectionneur fermé, avec les premier et deuxième connecteurs (30, 40) connectés électriquement.

Un mécanisme de commande du commutateur fait ainsi passer successivement de la position 1 à la position 2, puis de la position 2 à la position 3, et vice-versa.

Pour pouvoir intervenir au cours d'opérations de maintenance sur une partie de l'appareillage, par exemple en partie aval vers la gauche de la figure 1, alors que la tension va rester présente en partie amont vers la droite de la figure 1, un exploitant du réseau électrique va devoir réaliser une consi ^¬ gnation électrique. Partant de la situation de la position 3, la consignation électrique va comprendre une première étape consistant à ouvrir le sectionneur pour atteindre la position 2, et ainsi séparer la partie en aval de la source de ten ^¬ sion, puis une seconde étape consistant à fermer le section ^¬ neur de terre pour atteindre la position 1, et ainsi mettre à la terre la partie en aval pour assurer la maintenance en toute sécurité.

Une procédure de consignation en deux étapes fait intervenir deux personnes différentes : la première doit uniquement réa ^¬ liser la première étape, puis condamner, au moyen d'un cade ^¬ nas par exemple, le sectionneur en position 2 "ouvert' ; la seconde personne doit uniquement réaliser la seconde étape, puis condamner, au moyen d'un cadenas par exemple, le sec ^¬ tionneur de terre en position 1 "fermé".

Un tel commutateur (20) de type combiné « sectionneur et sec- tionneur de terre », ou aussi sectionneur à trois positions, ne permet pas de réaliser de façon appropriée une telle pro ^¬ cédure de consignation, puisqu'une fois le sectionneur con- damné en position "ouvert" par la première personne, le com ^¬ mutateur n'est plus manoeuvrable pour permettre la mise à la terre par la seconde personne, sauf ci celle-ci décondamne le sectionneur, ce qui serait contraire à la procédure de consi- gnation en deux étapes.

En d'autres termes, le commutateur (20) permet centralement de commuter au moins une phase d'un sectionneur grâce à son positionnement sous trois modes différents de commutation né ^¬ cessaires à l'utilisation ainsi que pour des étapes de consi ^¬ gnations usuelles de sectionneur généralement effectuées par des opérateurs de distributeur/gérant d'électricité, par exemple lors de maintenance.

En particulier, lors de telles étapes de consignations, plu ^¬ sieurs opérateurs interviennent successivement afin de mettre un sectionneur via son arrangement de commutation sous un puis un autre des modes commutation décrits ci-dessus, ceci étant faits sous des protocoles sécuritaires stricts afin de ne pas mettre en danger une installation électrique, des uti ^¬ lisateurs ou les opérateurs eux-mêmes. Ainsi, il est par exemple usuel pour répondre à des exigences spécifiques de client lors de consignations électriques de sécurité qu'un premier et un deuxième opérateurs interviennent en deux étapes successives (selon deux niveaux de qualifications d'opérateurs) consistant d'une part à isoler le sectionneur (voir « deuxième mode / position 2 » décrit ci-dessus) selon puis d'autre part à le mettre à la terre (voir « premier mode / position 1 » décrit ci-dessus) . Le premier opérateur agira ainsi au moyen du commutateur central (20) pour imposer le dit deuxième mode, puis verrouillera sécuritairement le dit commutateur par exemple au moyen d'un cadenas. Le deuxième opérateur devra ainsi pouvoir libérer le verrouillage (cade ^¬ nas) afin de pouvoir finalement mettre le sectionneur à la terre. Si ce deuxième opérateur ne dispose pas immédiatement des moyens de déverrouillage, il ne peut ainsi agir sur le commutateur central afin de faire basculer le deuxième mode sur le premier mode, ce qui est gênant voire fort pénalisant en cas d'urgence.

Le but de l'invention est donc de proposer un arrangement de commutation électrique haute tension sous enveloppe métal ^¬ lique permettant de ne pas ralentir des étapes successives de consignations électriques de sécurité nécessitant un bascule ^¬ ment entre au moins deux de trois modes de commutation tels que le mode d' isolement et le mode de mise à la terre néces ^¬ sitant un verrouillage intermédiaire central handicapant l'enchaînement des commutations de modes.

Enfin, l'arrangement proposé devrait rester compact, afin de ne pas devoir présenter un encombrement trop volumineux sous l'enveloppe métallique, cette dernière pouvant ainsi conser ^¬ ver son architecture externe et si possible interne inchangée par rapport à un arrangement décrit aux figures 1 et 2.

L' invention propose ainsi un arrangement de commutation élec ^¬ trique haute tension sous enveloppe métallique selon la re ^¬ vendication 1.

Un ensemble de sous-revendications présente également des avantages de l'invention et sont plus amplement décrits au travers des exemples de réalisation fournis à l'aide de fi ^¬ gures décrites :

vue de côté d'un arrangement de commutation selon l'invention, vue de dessus (en section) d'un arrangement commutation selon l'invention. Par analogie aux figures 1 et 2, figures 3 et 4 présentent ainsi deux vues (vues de côté et dessus en section) d'un ar ^¬ rangement (10) de commutation ( sectionneur ) électrique haute tension sous enveloppe métallique (300) comprenant :

- un premier commutateur (20) régissant sous un premier mode de commutation (position 1, voir description ci-dessus) l'établissement de contact électrique entre le premier con ^¬ necteur (30) et un troisième connecteur (50) relié à la masse, un deuxième connecteur (40) - en tant que contact fixe d'une phase de sectionneur - étant isolé des autres connec ^¬ teurs (30, 50),

- le deuxième connecteur (40) et le troisième connecteur (50) sont distincts entre eux ainsi que disposés à distance du commutateur (20),

- le premier commutateur (20) comprend un premier moyen de poussée (80, 100, 150, 200) d'un élément de contact (120) permettant le premier mode (position 1, voir description ci- dessus) par un déplacement dudit élément de contact (120) entre les premier et troisième connecteurs (30, 50) .

A la différence des figures 1 et 2 l'arrangement se caracté ^¬ rise en ce que

- le deuxième connecteur (40) comprend un deuxième commuta ^¬ teur (21) comprenant un deuxième moyen de déplacement (71, 91, 151, 201) d'un élément de contact (111) permettant sous un deuxième mode de commutation (position 3, voir description ci-dessus) l'établissement de contact électrique entre le premier connecteur (30) et un deuxième connecteur (40) et permettant sous un troisième mode de commutation (position 2, voir description ci-dessus) un isolement électrique des trois connecteurs (30, 40, 50) par un déplacement dudit élément de contact (111) entre le deuxième connecteur (40) et un point de contact électrique (P) du premier commutateur (20) . Au moyen du dédoublement sur deux commutateurs (20, 21) d'un commutateur central tel qu'aux figures 1 et 2, une dissocia ^¬ tion des fonctions cinématiques de commutation entre au moins deux des trois modes de commutation est ainsi avantageusement atteinte permettant ainsi de pouvoir répondre à des exigences spécifiques de client lors de consignations électriques de sécurité en deux étapes (par deux niveaux d'opérateurs) con ^¬ sistant à isoler l'appareil puis le mettre à la terre. En particulier lors de deux étapes de consignations usuelles, un premier opérateur peut réaliser l'isolement d'un sectionneur (troisième mode de commutation / position 2) au moyen de l'arrangement de commutation par action sur le deuxième commutateur (21), puis le verrouiller. Ensuite, un second opérateur peut indépendamment intervenir pour réaliser une mise à la terre du même sectionneur (premier mode / position 1) au moyen de l'arrangement de commutation par action sur le premier commutateur (20), sans devoir se préoccuper d'un déverrouillage du deuxième commutateur (21) . Les étapes de consi ^¬ gnations sont ainsi enchaînées indépendamment sans perte de temps .

Enfin, du fait que le deuxième commutateur (21) selon figure 3 est intégré dans le connecteur (40) au lieu d'être intégré centralement dans un commutateur commun (20) selon figure 1, il est donc uniquement déplacé dans l'enceinte de l'enveloppe métallique. Ceci a pour avantage que l'arrangement de commu ^¬ tation selon l'invention ne nécessite pas d'encombrement sup ^¬ plémentaire, en partie interne à l'enveloppe ainsi donc qu'externe. Il est donc possible d' interchanger un arrange- ment usuel (ou le sectionneur avec enveloppe) par un arrange ^¬ ment selon l'invention (ou le sectionneur avec enveloppe de même architecture) dans une travée d'appareillage électrique de type GIS. L'arrangement selon l'invention prévoit que chacun des moyens de déplacement comprend un actionneur (200, 201) étant idéa ^¬ lement soit mécanique soit électro-mécanique, chaque action ^¬ neur étant en particulier individuellement commandable par un moyen externement disposé à l'enveloppe métallique. Ces ac- tionneurs sont disposés entre les connecteurs usuels et donc ne nécessitant ainsi aussi aucun encombrement supplémentaires à celui d'un arrangement tel qu'aux figures 1 et 2. De plus, des dispositifs de commande (manuelle, électrique) voire té- lécommande des actionneurs sont placés hors de l'enceinte de l'enveloppe donc n'influent aussi pas sur l'architecture d'un sectionneur .

Un arrangement selon l'invention préférentiellement simple et restant compact par rapport aux figures 1 et 2 prévoit que 1' actionneur (200, 201) est un arbre rotatif couplé à une bielle (100, 91) exerçant, selon la direction de rotation de l'arbre, une poussée ou un retrait sur au moins un des élé ^¬ ments de poussée (120, 111) . L'arbre et la bielle peuvent alors être couplées par un moyen de transmission (80, 150 ;

71, 151), idéalement comprenant au moins une manivelle (150 ; 151) - par exemple sous forme de collier - solidarisée à l'arbre et munie d'une jonction de type pivot (80, 71), la dite manivelle étant fixée autour d'une section d'arbre et la jonction étant disposée sur le pourtour de manivelle afin de permettre un pivot de la bielle sur la jonction selon un axe parallèle et distinctement excentré de l'axe de rotation de 1 ' arbre . L'arrangement selon l'invention peut également prévoir que le moyen de déplacement est un système mu par des crémaillères, engrenages ou autres mécanismes d' entraînement qui sont insé- rables dans le volume formé par le (premier) commutateur (20) et le deuxième connecteur (40) d'une enceinte sous enveloppe usuelle. L'invention ne se limite donc pas à un type de moyen de déplacement, mais couvre tous ceux qui présentent un di- mensionnement égal ou inférieur à celui d'un ensemble mono ^¬ commutateur et tri-connecteurs adapté à un sectionnement d' au moins une des phases (PI, P2, P3) dans un sectionneur (10) .

Généralement, l'arrangement selon l'invention prévoit que l'arbre rotatif (200, 201) présente au moins une portion cy ^¬ lindrique électriquement isolante afin d'y disposer au moins deux moyens de déplacement (par exemple par poussée) , chacun des dits moyens étant associés à des éléments de contact (30, 40, 50) liés à une phase électrique (PI, P2, P3) de type mo ^¬ no-, bi- ou triphasé, chacune des phases étant disposée sous une même enveloppe métallique.