Avantages du GIS avec une conception à enveloppe commune triphasée dans la plage de tension 72,5–145 kV

Dans la plage de tension de 72,5–145 kV, les appareils à isolation gazeuse sous enveloppe métallique (GIS) avec une conception à enveloppe commune triphasée — où les conducteurs des phases A, B et C sont enfermés dans un seul boîtier métallique et partagent du SF₆ ou un gaz isolant écologique — sont devenus la configuration dominante. Par rapport à la conception à enveloppe séparée triphasée (chaque phase dans son propre boîtier), la conception à enveloppe commune offre les avantages principaux suivants :

1. Structure compacte avec encombrement considérablement réduit

L'intégration des conducteurs triphasés dans une seule enveloppe métallique réduit drastiquement les dimensions globales du GIS. Pour la plage de 72,5–145 kV (correspondant généralement aux réseaux électriques de 110 kV), fréquemment utilisée dans les centres urbains, les postes souterrains ou les zones à espace restreint, la conception à enveloppe commune triphasée maximise les économies d'espace tant en empreinte au sol qu'en hauteur, réduisant ainsi efficacement les coûts liés au foncier et aux travaux de génie civil.

2. Compensation du champ magnétique et réduction des pertes par courants de Foucault

• Dégagement de chaleur réduit : Dans la conception à enveloppe commune triphasée, les conducteurs sont disposés de manière compacte et symétrique. Le champ magnétique résultant s'annule partiellement, ce qui entraîne des pertes par courants de Foucault nettement inférieures sur l'enveloppe par rapport à la conception à enveloppe séparée.

• Sélection des matériaux optimisée : La réduction des pertes par courants de Foucault permet une plus grande flexibilité dans le choix des matériaux de l'enveloppe. Les conceptions dominantes adoptent couramment des enveloppes en alliage d'aluminium (ou en acier inoxydable à faible magnétisme), qui évitent les problèmes d'hystérésis et d'échauffement par courants de Foucault associés à l'acier au carbone, tout en garantissant une construction légère et une longue durée de vie. En revanche, les conceptions à enveloppe séparée triphasée doivent utiliser des matériaux anti-magnétiques coûteux pour chaque enveloppe de phase afin de résister au fort champ magnétique généré par les courants élevés monophasés, ce qui entraîne des coûts de matériaux et un poids structurel plus importants.

Schéma de principe des appareils à isolation gazeuse sous enveloppe métallique de la série RHG de Rockwill

3. Réduction des surfaces d'étanchéité pour des taux de fuite plus faibles

Les fuites de gaz SF₆ se produisent généralement au niveau des raccords à brides et des joints dynamiques. La conception à enveloppe commune triphasée réduit le nombre d'enveloppes, de brides, d'isolateurs à disque et de joints d'étanchéité d'environ deux tiers par rapport à la conception à enveloppe séparée. Cette réduction significative des surfaces d'étanchéité diminue directement le risque de fuite, permettant d'atteindre des taux de fuite de gaz annuels extrêmement bas et d'améliorer la fiabilité de l'étanchéité à long terme.

4. Économie de gaz isolant et de matériaux

Bien que l'enveloppe commune ait un diamètre plus grand qu'une seule enveloppe séparée, son efficacité volumétrique globale est supérieure. Cela permet non seulement de réduire le poids total du matériau de l'enveloppe métallique, mais aussi de diminuer significativement le volume total de remplissage du gaz SF₆, coûteux et à fort PRG (ou de ses alternatives écologiques), s'inscrivant ainsi dans les tendances de durabilité environnementale et de faible empreinte carbone.

Schéma de principe primaire RHD-145 pour travée d'entrée/sortie par câble à double jeu de barres

5. Liaison mécanique simplifiée et amélioration de la synchronisation triphasée

La conception à enveloppe commune triphasée permet une disposition plus compacte des contacts mobiles pour les disjoncteurs, les sectionneurs et les interrupteurs de mise à la terre.

• Cela permet aux trois phases de partager un seul mécanisme de manœuvre (par exemple, un mécanisme à ressort ou à moteur), réalisant ainsi une opération synchronisée triphasée grâce à de simples liaisons mécaniques internes.

• La réduction des composants de transmission et des mécanismes de manœuvre indépendants abaisse non seulement les taux de défaillance mécanique, mais garantit également intrinsèquement une excellente simultanéité de fermeture/ouverture triphasée.

6. Installation et maintenance facilitées

• Transport et assemblage : Le poids global est plus léger, et plusieurs travées ou même des ensembles complets de postes peuvent être assemblés et testés en usine avant le transport. Seuls des travaux d'interface minimaux sur site sont nécessaires, ce qui raccourcit considérablement les calendriers d'installation.

• Maintenance simplifiée : Le nombre de structures de support externes, de conduites de gaz et de points de surveillance de la densité est considérablement réduit, diminuant ainsi les charges de travail liées aux inspections et à la maintenance de routine.

Conclusion

Pour la plage de tension de 72,5–145 kV, où les exigences en matière de distances d'isolement restent gérables, la conception à enveloppe commune triphasée atteint un équilibre optimal entre économie, compacité, faibles pertes et haute fiabilité. Cela explique pourquoi presque tous les fabricants d'appareillage dominants dans le monde ont adopté cette conception pour leurs produits GIS de 145 kV et en dessous.

Le GIS RHG-145 de Rockwill illustre parfaitement cette philosophie de conception. Doté d'une enveloppe commune triphasée avec une largeur d'alvéole de seulement 0,8 mètre, il réduit considérablement l'emprise au sol des postes. Équipé d'un mécanisme de manœuvre à ressort CT26 et d'une technologie d'extinction d'arc par auto-compression, il offre un courant assigné de courte durée admissible de 40 kA, alliant d'excellentes performances électriques à une fiabilité opérationnelle. L'enveloppe en alliage d'aluminium élimine efficacement les pertes par courants de Foucault, offre une forte résistance à la corrosion et s'adapte à divers environnements hostiles. Des configurations intelligentes et conventionnelles sont toutes deux disponibles, répondant ainsi de manière flexible aux diverses exigences de construction du réseau.
Modifié à partir de :Garca