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~ 7 D3~
DISJONCTEUR A HAUTE TENSION CAPABLE DE COUPER DES
COURANTS DE DEFAUT A PASSAGE PAR ZERO RETARDE.
La présente invention se rapporte à un disjoncteur à
haute tension capable de couper des courants de défauts a
5 passage par zéro retardé.
Elle concerne plus précisément un disjoncteur à haute
tension capable de couper des courants de défaut alternatifs
de pseudo-période T et à passage par zéro retardé, passant
- par zéro après un laps de temps maximal tzmax-to après
10 l'instant t0 d'apparition du défaut, ce laps de temps tzmax-
t0 étant déterminé par simulations ou par essais, comprenant
une pluralité de chambres de coupure en série équipées de
;-; moyens pour s'ouvrir à un instant tl ultérieur à l'instant
du défaut t0 et de moyens de soufflage de l'arc conçu pour
15 fonctionner entre l'instant tl et un instant tc antérieur à
tzmax-T.
La coupure des courants à grande composante continue
~ ou ~ passage par zéro retardé, que l'on rencontre par
:- exemple dans les réseaux alternatifs à haute tension à
20 compensation série, lors de l'apparition de certains types
.
de défaut, pose de gros probl~mes. La présence de la
composante continue peut entrainer le non passage par zéro
~; du courant pendant plusieurs pseudo-périodes. Il est alors
impossible de couper le courant à l'aide de disjoncteurs
~' 25 classiques à hexafluorure de soufre. -~
-~ Il est bien connu pour remédier à ces probl~mes
~; d'augmenter la tension d'arc par des moyens convenables. Une
tension d'arc élevée permet en effet d'absorber l'énergie de
'; la composante continue du courant et de la faire tendre par
30 zéro. l
; Dans ce but il a été proposé d'utiliser une chambre de
coupure munie de moyens pour créer plusieurs arcs en série
dans le document de brevet français n~2 681 724.
Il a également été proposé d'utiliser une chambre de
35 coupure à fusibles permanents en série avec une chambre de
coupure haute tension classique dans le document de brevet
.
',
. ~.
3 ~
francais n~2 678 770. La fusion des fusibles lors d'une
opération de déclenchement sur défaut produit une tras forte
tension d'arc qui fait décroitre très rapidement la
composante continue du courant de défaut.
Il est connu également d'absorber l'énergie du réseau
due à la composante continue en insérant temporairement une
résistance sur le circuit. Une résistance convenable permet
en effet de faire tendre vers zéro en un temps relativement
court cette composante continue. Un tel agencement est
ls décrit dans le document de brevet français n-2 683 937.
Il est aussi connu que la présence en parallèle sur
une chambre de coupure d'un disjoncteur d'un condensateur de
' grande capacité en série avec une inductance produit à
l'ouverture du disjoncteur des oscillations du courant qui
15 augmentent la tension d'arc et engendrent une instabilité de
l'arc favorisant la décroissance de la composante continue
- du courant et son p~sAge par zéro. C'est le cas décrit dans
le document de brevet français n-2 684 486.
Ces solutions nécessitent l'emploi d'appareils
20 nouveaux. ~e but de la présente invention est de résoudre le
problème de la coupure de courants de défaut ~ passage par
zéro retardé avec uniquement des chambres de coupures
classiques, le disjoncteur conforme à l'invention ne
nécessitant qu'une modification de l'appareillage de
'~ 25 commande particulièrement simple.
~- Conformément à l'invention, le disjoncteur comporte
des moyens de diminution du débit de soufflage adaptés pour
que le soufflage soit prolongé jusqu'à un instant t2 compris
entre tzmax-T et tzmax~T.
'; 30 Cet agencement a pour avantage de ne nécessiter aucun
dispositif de détection intelligente du courant de défaut et
' d'être totalement automatique.
; De préférence, l'instant t2 est sensiblement égal à
tzmax.
Selon des considérations pratiques, le temps t2-tO est
sensiblement égal à 7 pseudo-périodes.
,,~,.,. ~;'
., .
.
11i7~3~
Dans le cas où les moyens de soufflage sont constitués
d'un piston coopérant par déplacement relatif avec un
'~ équipage mobile portant un contact d'arc mobile et soumis à
un déplacement normal d'ouverture à une vitesse normale
'' 5 d'ouverture définie par les conditions de fonctionnement
. normal, les moyens de diminution du débit de soufflage sont
des moyens de ralentissement de l'équipage mobile à partir
d'un seuil d de son déplacement normal.
De préférence, le seuil d est compris entre 2D/3 et D,
10 D étsnt la course totale normale de l'équipage mobile.
Avantageusement, le ralentissement de l'équipage
' mobile est effectué à vitesse constante.
-' Dans le cas d'un disjoncteur comportant un vérin
hydraulique entraînant l'~quipage mobile et comportant un
15 piston relié ~ un cône d'amortissement coopérant avec une
- bague, avantageusement les moyens de ralentissement
. consistent en une partie cylindrique disposée entre le
piston et le cône, la bague étant réglée pour obtenir un
~- certain jeu radial entre elle et la partie cylindrique.
L'invention est décrite ci-après plus en détail à
l'aide de figures ne représentant qu'un mode de réalisation
~; préféré de l'invention.
La fiyure 1 est un graphe montrant les variations d'un
courant alternatif à passage par zéro retardé.
- 25 La figure 2 est une vue en coupe longitu~i n~l e
~ partielle d'un disjoncteur classique.
-~ La figure 3 est un graphe représentant en fonction du
temps le d~placement du contact d'arc mobile d'un
disjoncteur conforme à l'invention selon une première
30 variante.
La figure 4 est un graphe représentant en fonction du
'- temps le déplacement du contact d'arc mobile d'un
disjoncteur conforme à l'invention selon une seconde
~ variante.
:'',
',.~,
,''.' ~
; ~,; :
'
La figure 5 est une vue en coupe longitu~;n~le de
l'extrémité d'un vérin hydraulique comportant des moyens de
ralentissement conformément à l'invention.
~ L'oscillogramme de la figure 1 montre le courant de
; 5 défaut avec le passage par zéro du courant retardé. En
: abscisses est repr~senté le temps et en ordonnées
l'intensité du courant.
~' Le courant de défaut apparait à l'instant to et
contribue à retarder le passage suivant par zéro jusqu'à un
lo certain instant. De tels comportements sont déterminés par
~; essais et/ou simulations et il est donc possible de
~; déterminer, pour un réseau donné et les courants de défaut
prévus, le laps de temps maximal avant le passage par zéro
et donc l'instant tzmax de ce passage par zéro.
A l'apparition du courant de défaut à l'instant tO,
l'ordre d'ouverture du disjoncteur est lancé et ce dernier
';~ s'ouvre à l'instant tl.
Une chambre de coupure d'un disjoncteur conforme à
l'invention capable de couper de tels courants de défaut est
20 représenté sur la figure 2. Il s'agit d'une chambre
classique comportant dans une enveloppe isolante 10 les
éléments de coupure comprenant un premier tube métallique 2
constituant le contact principal fixe et un second tube 3
co~ l au premier et formant le contact d'arc fixe. Ces
~- 25 deux contacts sont reliés à une première prise de courant.
L'enveloppe est remplie d'un gaz à bonnes propriét~s
~' diélectriques tel que l'hexafluorure de soufre sous une
pression de quelques bars.
L'équipage mobile comprend un tube métallique 4
30 prolongé par ~n capot pare-effluves 5 et pourvu d'une
cloison métallique 8 transversale portant des doigts de
contact 6 constituant le contact principal mobile et un tube
de soufflage 7 prolongé par des doigts de contact 8
constituant le contact d'arc mobile. La cloison 8 est percée -
35 de trous pour le passage du gaz de soufflage et porte une
buse de soufflage g en matériau isola~t. Le soufflage est
, '~
.... ~
';
;,~
7 ~ ~ ~
assuré par un piston fixe 11 disposé à l'int~rieur du tube
4. Ce tube 4 est relié à une seconde prise de courant.
Le disjoncteur comporte par phase une pluralit~ de
telles chambres de coupure.
Le déplacement de l'équipage mobile est défini sur les
graphes représentés sur les figures 3 et 4.
- Les chambres de coupure en série sont équipées de
moyens pour s'ouvrir à un instant tl ultérieur à l'instant
du défaut tO et de moyens de soufflage de l'arc fonctionnant
' 10 entre l'instant tl et un instant ultérieur.
De façon classique, l'équipage mobile est soumis à un
déplacement normal d'ouverture à une vitesse normale
d'ouverture définie par les conditions de fonctionnement
normal et ce déplacement s'interrompt à l'instant tc
15 représenté sur les figures. Conformément à l'invention, le
d~placement de l'équipage mobile est modifié à partir d'un
seuil d de son déplacement normal pour se terminer à
' l'instant t2 compris entre tzmax-T et tzmax+T et
avantageusement t2 est sensiblement égal à tzmax.
Selon la première variante représentée sur le graphe
3, le seuil d est de préférence compris entre 2D/3 et D. A
ce seuil d, l'équipage mobile est ralenti à une vitesse de
préférence constante afin d'atteindre la course totale D à
l'instant t2.
Selon la seconde variante représentée sur la figure 4,
le seuil d est égal à la course totale normale d'ouverture
D. La course totale D' est alors augmentée et est supérieure
à D.
Des variantes intermédiaires sont également
30 envisageables, en modifiant la vitesse de ralentissement
et/ou la course totale de l'équipage mobile.
Dans de telles conditions, à l'ouverture des contacts
à l'instant tl, un arc se crée entre les contacts d'arc 3, 8
et en cas de défaut normal, il est soufflé par le gaz de
35 soufflage de façon classique. Si le défaut est à passage par
zéro retardé, le soufflage continuant jusqu'à l'instant t2 ~
, :
,, .
~ r~ 21~ 7~
.
correspondant au cas le plus défavorable, l'arc peut être
: également soufflé.
Des études d'essais et de simulations ont montré que,
~'dans la pratique, le temps t2 est de préférence sensiblement
f~5 égal à 110 millisecondes.
Suivant toutes les variantes possibles, la
modification du déplacement de l'équipage mobile peut être
réalis~e de fa~cons diverses.
Le mode de réalisation préféré des moyens de
'10 ralentissement de l'équipage mobile, celui-ci étant déplacé
grâce à un vérin hydraulique, est représenté sur la figure
~, 5.
Cette figure représente le vérin hydraulique en
-position de déclenchement c'est-à-dire d'ouverture des
15 contacts. Le piston 20 du vérin est en fin de course. Pour
arriver à cette position, l'ordre d'ouverture a été transmis
;par une bobine de commande entrainant l'évacuation d'un
fluide sous pression par le clapet 21. La valve coulissante
22, libérée de la poussée du coulisseau 23, s'est donc
20 d~plac~e vers la droite ~selon la figure) sous l'action de
~'son ressort de rappel 24. Elle a donc fermée le passage de
'l'huile sous pression par le canal 25 alimenté par l'arrivée
:32 et l'huile sous pression qui maintenait le piston 20 en
;~position haute correspondante à la position fermée des
25 contacts s'est évacuée par le canal 26 libéré par le
coulisseau 23.
De fàçon classique, le piston 20 est é~uipé d'un cone
d'amortissement 27 qui, lors de l'ouverture, coopère avec
une bague 28 montée dans son logement avec un jeu
. ~30 longitll~; nal et présentant également un jeu radial. Cet
~~agencement a pour fonction, en fin d'ouverture de ralentir
;';-'le piston 20 selon le tronçon de courbe A des figures 3 ou
-4. Le jeu de la bague 28 permet d'une part son auto-
ajustement autour du cône 27 et d'autre part le passage de
35 l'huile entre elle et le cône 27.
. ~. .,
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~ 7~b
Les moyens de ralentissement conformes à l'invention
consistent en une partie cylindrique 29 disposée entre le
piston 20 et le cône 27 et de préférence solidaire de ce
' dernier. Cette partie cylindrique 29 est de longueur 1. La
5 bague 28 est réglée pour obtenir un certain jeu radial j
entre elle et la partie cylindrique 29.
Ainsi lors de l'ouverture, le déplacement des contacts
est tout d'abord ralenti de façon classique par le cône 27
' selon le tronçon de courbe A, puis ralenti à vitesse
lo constante compte-tenu du jeu j choisi et durant un temps t2-
tc compte-tenu de la longueur 1 choisie selon le tronçon de
droite B représenté sur les figures 3 ou 4.
La mise en oeuvre de l'invention nécessite donc une
adaptation minime d'un disjoncteur existant.
15Cette adaptation est particulièrement limitée pour la
mise en oeuvre de l'invention selon la courbe de la figure
; 3. Il suffit alors d'installer le cône d'amortissement 27
équip~ de la partie cylindrique 29 sur le piston 20
existant, le carter 30 devant alors être allongé.
20Dans le cas de la mise en oeuvre de la courbe de la
figure 4, la course du piston 20 doit également ~tre
allongée et en conséquence sa tige et la chambre 31.
Plusieurs chambres de coupure peuvent être utilisés
selon les caractéristiques du réseau. Dans la pratique, au
25 moins quatre chambres peuvent être prévues. A titre
d'exemple, quatre chambres seront prévues pour une ligne
d'une tension de 800kV.
Aucun dispositif de détection intelligente des
- différentes phases du courant de défaut n'est donc
; 30 nécess~;re et les chambres de coupure fonction~ent
normalement en deux cycles à l'ouverture.
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