Brevet FR2005239A1 — publié le 19691212

Cette invention concerne un interrupteur commandé par un fluide gazeux sous pression pour très hautes tensions alternatives, c'est-à-dire pour tensions de l'ordre de 1000 kV. La transmission de force motrice avec des tensions aus-5 si élevées impose de fortes contraintes aux interrupteurs intercalés dans les lignes de transmission. Ces interrupteurs doivent être dotés d'une période de coupure particulièrement courte, et doivent se prêter à la fermeture simultanée et à l'ouverture également simultanée de tous les points de coupure des trois 10 pôles de l'interrupteur, et ils ne doivent complémentairement engendrer que de faibles surtensions, ou autant que possible aucune surtension, aussi bien pendant l'interruption de petits courants inductifs ou capacitifs que pendant la mise en circuit ou la remxise en circuit rapide de conducteurs jusque là hors 15 circuit. Il est connu de répondre de diverses manières aux conditions précitées. Dans la construction*d'interrupteurs commandés par un fluide gazeux sous pression, et destinés aux hautes tensions, on a cependant en premier lieu tendance à réduire 20 les périodes de coupure, et on a proposé à cet effet des dispositifs de commande permettant de synchroniser l'interruption par ^apport au passage d'un courant réduit à zéro. Ceci facilite la coupure de courants engendrés par des courts-circuits, notamment dans le cas de défauts d'espacement, et rend possible également 25 une augmentation de la puissance et de la tension en chaque point de coupure. Lorsqu'il s'agit d'interrupteurs pour très " hautes tensions, les dispositifs connus jusqu'ici pour la réduction des surtensions pendant la fermeture sont cependant moins bien appropriés. Pour cette dernière application, on utilise 50 par conséquent des résistances dites de fermeture. Pour produire l'effet désiré, ces résistances doivent cependant présenter une valeur du même ordre que l'impédance d'onde de la ligne de haute tension, c'est-à-dire d'environ 300 -A-. Or, ces résistances d'une valeur ohmique relativement faible deviennent extrêmement 35 encombrantes et coûteuses lorsqu'il s'agit de tensions du type en question. Le principal but de l'invention est de proposer une solution plus avantageuse et moins coûteuse du problème, laquelle consiste à réduire les surtensions apparaissant pendant la fermeture d* interrupteurs à fluide gazeux comprimé pour hautes 4-0 tensions. 6907872 2 2005239 Le dispositif interrupteur selon l'invention commandé par un fluide gazeux sous pression comprend au moins un point de coupure ou interrupteur de puissance et un point de coupure ou sectionneur de tension connecté en série avec le premier, et 5 l'interrupteur de puissance se referme automatiquement après une ouverture, tandis que le sectionneur de tension reste ouvert dans la position de coupure et assure la fermeture du dispositif interrupteur. Ce dispositif interrupteur est caractérisé en ce que le sectionneur de tension est conçu sous la forme d'un orga-10 ne établissant le passage du courant et comprend à cet effet un dispositif de contact monté dans une chambre remplie d'un flui-. de gazeux sous pression et porté au potentiel de haute tension, ce dispositif de contact étant formé par deux électrodes fixes présentant l'une à l'autre des faces bien arrondies et reliées 15 entre elles par un élément de contact en forme de bouchon monté à coulissement axial au centre de l'une des électrodes et dont l'extrémité libre coopère avec un élément de contact tubulaire encastré au centre de l'autre électrode, la fermeture du sectionneur de tension étant assurée par un dispositif de Commande 20 électrodynamique connu en soi, recevant l'énergie nécessaire à sa fermeture à partir d'un accumulateur porté au potentiel de haute tension. Dans un dispositif interrupteur comprenant un sectionneur de tension séparé de l'interrupteur de puissance, et conçu de la manière précédemment décrite, l'intervalle de rup-25 ture du sectionneur de tension, notamment, peut être choisi relativement faible, et l'élément de contact mobile de ce sectionneur de tension peut recevoir du dispositif de commande électrodynamique une accélération initiale particulièrement forte. Il devient ainsi possible d'obtenir une très courte 30 période de fermeture du dispositif interrupteur, ce qui permet à son tour de synchroniser la fermeture, par exemple avec le passage à zéro de la tension. Cette fermeture synchronisée permet de répondre à la condition, selon laquelle les surtensions de coupure doivent être faibles-sans qu'il soit nécessaire 35 de doter le dispositif interrupteur de résistances de fermetures encombrantes et coûteuses. Grâce à la courte période de fermeture, il est également possible de répondre à la condition selon laquelle tous les contacts du dispositif interrupteur doivent fonctionner simultanément. 40 On a trouvé qu'il est avantageux d'utiliser l'accumula- - -™., ^ 690787:? d'énergie du dispositif cie commande sous ?a^ Çcètfë^d'un condensateur, dont la charge est fournie par une génératrice portée s au potentiel de haute tension. Cette génératrice peut être entraî née en rotation par un arbre isolant au moyen d'un moteur porté 5 au potentiel de la masse. Une autre possibilité consiste à entraîner la génératrice au moyen d'un moteur hydraulique porté au potentiel de haute tension, et recevant un fluide hydraulique par des conduits isolants partant d'une pompe portée au potentiel de masse. Il est également possible d'entraîner la génératrice au 10 moyen d'une turbine actionnée par de l'air comprimé prélevé par exemple sur la source de fluide gazeux sous pression du dispositif interrupteur. La charge du condensateur peut également avoir lieu en partant du potentiel de la masse, par l'intermédiaire de transformateurs de tension. Par rapport à la charge du condensateur en 15 partant du réseau de haute tension, et par l'intermédiaire de diviseurs de tension et de transformateurs d'intensité, ces dispositifs destinés à charger le condensateur offrent notamment•un avantage en ce sens qu'ils fonctionnent même lorsque le réseau est en panne de tension ou d'intensité. Le condensateur peut être avantageusement connecté au 20 dispositif de commande électrodynamique par l'intermédiaire de photothyristors, dont l'entrée en action est déclenchée par la lumière d'une lampe-éclair portée au potentiel de masse, la transmission de la lumière pouvant avoir lieu directement ou par l'intermédiaire de conducteurs de lumière. Pour obtenir un 25 déclenchement simultané de tous les contacts du dispositif interrupteur, il est avantageux d'utiliser une source lumineuse commune pour tous les éléments de contact. Dans ce cas, les rayons lumineux doivent être divisés au moyen de prismes en un certain nombre de faisceaux lumineux et, pour améliorer la sensi-30 bilité à la lumière, on peut également remplacer les photothyristors par des photodiodes en combinaison avec des thyrisfcors ordinaires. Il est également possible de décharger le condensateur à travers un intervalle d'éclatement, qu'on peut par exemple amorcer avec -une lumière de laser. Dans certains cas, il peut être 35 avantageux d'intercaler dans le circuit de décharge des intervalles d'éclatement dotés d'une électrode d'amorçage, l'amorçage ét alors de préférence déclenché par une impulsion lumineuse qu'une photodiode transforme en impulsion électrique pour la transmettre à l'électrode d'amorçage de l'intervalle d'éclatement par 40 l'intermédiaire d'un amplificateur. BAD ORIGINAL, 6907872 4 2005239 L'invention sera décrite ci-après en détail en regard du dessin annexé, qui montre à titre d'exemple un bloc interrupteur faisant partie d'un dispositif interrupteur à fluide gazeux sous pression pour très hautes tensions. Chaque pôle du dispositif 5 interrupteur comprend plusieurs blocs interrupteurs du type précité, qui sont connectés en série. Le bloc interrupteur représenté présente deux points de coupure ou interrupteurs de puissance 1 connectés en série, qui sont à leur tour connectés en série avec deux points de 10 coupure ou sectionnexir de .tension 2. également connectés en série. Pour la commande des tensions, ces interrupteurs et sectionneurs . sont court-circuités par des condensateurs de commande 3» Les interrupteurs de puissance 1 peuvent être alternativement dotés de résistances de commande 4, connectées en parallèle et présen-15 tant des valeurs ohmiques relativement élevées. Chaque interrupteur de puissance est conçu sous la forme de deux tuyères fixes 5 et 6 séparées l'une de l'autre par un certain intervalle, et le passage du courant est assuré par un organe de contact tubu-laire 7 entourant les tuyères. L'organe de contact 7 sert égale-20 ment de soupape par le fait qu'il coopère avec une garniture d'étanchéité annulaire 8 solidaire.de la tuyère 5« Les tuyères sont complémentairement dotées d'éléments de contacts spéciaux 9 et 10. Chaque sectionneur de tension est conçu sous la forme de deux électrodes fixes 11 et 12 présentant l'une à l'autre 25 des faces sphériques. Les deux électrodes peuvent être reliées entre elles par un élément de contact 13 en forme de bouchon monté à coulissement axial dans l'électrode 12, et -dont l'extrémité libre pénètre, pendant la fermeture du sectionneur de tension, dans un alésage central 14 formant tua contact tubulaire 30 dans l'électrode 11. Les interrupteurs de puissance aussi bien que les sectionneurs de tension sont respectivement disposés dans des chambres 15 et 16 remplies en permanence de fluide gazeux sous pression, et dans lesquelles ce fluide gazeux, porté au potentiel de masse, est introduit par un isolateur porteur 17* 35 Les interrupteurs de puissance 1 s'ouvrent au moment de la coupure pour arrêter le passage du courant, et se referment ensuite. Les sectionneurs de tension 2, qui s'ouvrent immédiatement après l'interruption du courant et avant la refermeture des interrupteurs de puissance 1, restent ouverts pour assurer ^•0 l'isolement nécessaire et la fermeture suivante du dispositif 6907872 5 2005239 interrupteur. L'ouverture des interrupteurs de puissance et la fermeture des sectionneurs de tension ont lieu sous l'action de dispositifs de commande électrodynamiques portés au potentiel de haute tension et disposés à proximité de chacun des points de 5 coupure. L'ouverture des sectionneurs de tension 2 est assurée par voie pneumatique et mécanique à partir des interrupteurs de puissance 1, chaque fois que ceux-ci exécutent leur mouvement d'ouverture. Chacun des dispositifs électrodynamiques de commande 10 comprend un enroulement d'induction 18, 19 et un condensateur 20, 21 qui est chargé à partir du potentiel de masse, et ce au moyen d'un moteur 22, d'un arbre isolant rotatif 23, d'une génératrice 24, 25, et éventuellement d'un transformateur 26, 27 et d'un redresseur 28, 29. Les dispositifs de commande sont 15 déclenchés par la lumière de lampes-éclairs 30, 31, par l'intermédiaire de phototyristors 32, 33 au potentiel de masse. La lumière est transmise directement aux phototyristors par des conducteurs de lumière spéciaux 34 et 35 montés dans l'isolateur porteur 17, mais il est bien entendu également possible 20 d'utiliser à cet effet des canaux ouverts. Au moment de l'ouverture, le dispositif interrupteur fonctionne de la manière suivante : Lorsque le phototyristor 32 est allumé par une impulsion de lumière émise par la lampe-éclair 30, le condensateur 20 se décharge à travers l'enroulement 18 25 qui induit un courant de sens opposé dans un piston 36 accouplé à l'élément de contact mobile 7 de manière à ne pousser celui-ci vers la position d'ouverture en partant de la position de fermetu re. La poussée engendrant ce mouvement est complétée dans le même sens par une autre poussée résultant de la pression exercée 30 par l'.air sur le piston 36. D'autre part, l'air passe par un canal 37 de l'élément de contact 7 dans une chambre 38 située du côté de la face postérieure du piston 36. Une soupape 39 est ains ouverte, permettant la vidange d'une chambre de piston 40 du dispositif de commande du sectionneur'de tension, l'évacuation 35 de l'air ayant lieu par un canal 41 prévu entre le sectionneur de tension et l'interrupteur de puissance, ce qui déclenche le mouvement d'ouverture de l'élément de contact mobile 13 du sectionneur de tension. Cet élément de contact mobile 13 est accouplé à deux pistons 42 et 43. Le piston 42 est plus grand 40 que le piston 43 et présente un siège de soupape 44. Dans la 6907872 s 2005239 position d'ouverture, ce siège coopère avec une garniture d'étanchéité 45. L'élément de contact 13 est ainsi maintenu dans la position d'ouverture par la poussée du piston 43 indépendamment du fait que le canal 41 est-sous pression ou non. 3ntre temps, 5 les pressions s'équilibrent sur les deux faces du piston 36 de l'interrupteur de puissance, et un ressort 46 intervient pour repousser l'élément de contact 7 vers la position de fermeture. La chambre à piston 38 est ainsi vidée par le canal 37 et les deux tuyères 5 et 6. La soupape 39 est fermée par la poussée d'un 10 ressort 47 et rétablit ainsi la pression dans le canal 41, ce ' qui met fin au cycle d'ouverture. Pour la fermeture, le photothyristor est allumé par un éclair de la lampe 3^• Le courant circulant dans 1'enroulement 19 déplace alors l'élément de contact mobile 13 à l'encontre de 15 la poussée exercée par le piston 43. Lorsque le siège 44 et là garniture d'étanchéité 45 ont été séparés l'un de l'autre, l'air du canal 41 pénètre alors dans la chambre de piston 40 et engendre ainsi une poussée complémentaire dans le sens du déplacement de l'élément de contact, afin d'amener celui-ci dans la position 20 de fermeture. Grâce au déclenchement et à la commande électro-optique, on obtient de très courtes périodes d'ouverture et de fermeture, ce qui permet de répondre à la condition d'un fonctionnement simultané de tous les points de coupure. De plus, les courtes 25 périodes de commande rendent possible une ouverture et une fermeture synchronisées. Cette synchronisation et l'utilisation d'interrupteurs de puissance à tuyères doubles permettent d'augmenter la puissance et la tension de coupure en chaque point de coupure, et il en résulte que le nombre des points de coupure 30 peut être réduit pour chaque pôle, ce qui est du-reste d'une grande importance pour répondre à la condition d'un fonctionnement simultané. De plus, il devient complémentairement possible de remplir la condition de faibles surtensions de commutation, sans qu'il soit nécessaire de doter le dispositif interrupteur 35 de résistances de fermeture, et de protection qui sont extrêmement encombrantes et du reste très coûteuses, ainsi qu'il a été indiqué précédemment. ~ Il est bien entendu que l'invention n'est nullement limitée à l'exemple de mise en oeuvre décrit en regard du dessin. 40 Par exemple, il n'est pas nécessaire que le nombre des interrup 6907872 7 2005239 teurs de puissance soit égal à celui des sectionneurs de tension et il est même possible de faire varier ce nombre dans un rapport quelconque. De plus, il n'est pas nécessaire de grouper par paires des points de coupure du même type de la manière indiquée sur le dessin, et on peut au contraire imaginer de grou~ per en une paire un interrupteur de puissance et un sectionneur de tension. 6907872 8 2005239 REVENDICATIONS 1.- Un dispositif interrupteur commandé par un fluide gazeux sous pression pour hautes tensions alternatives, coœpre-. -:ct -aoins un point de coupure eu interrrirs^irr d .= U un point de coupure ou sectionneur de tension e©ûi_seté en aérie avec le premier,, et dana lequel I5interrupteur de puissance se referme automatiquement après son ouverture» tandis que le sectionneur de tension es? ouvert dans la position de coupure •3t assure la fermeture du dispositif interrupteur, caractérisé - sa û® que le sectionneur de tension est eonçu sous la forme 10 d'un organe établissant le passage du courant et comprend à cet effet un dispositif de contact monté dans line chambre remplie d'un fluide gazeux sous pression et porté au potentiel de haute tension, ce dispositif de contact étant formé par deux électrodes .Cf.^es présentant ?„?up® â i5 autre des fases' "fcisa arrondies et x-cdées entre «Use par m élément c.v. eontaGè f05?ï?.-3 de "Gone!?^ à aouliss-s^sr-yj axial a^. sezitr© ds i'-ur-* î%3 électrodes et 1c -i-scisr^iaiti li&t-w coopère avec? au élément de contact tubu-laire encastré au centre de l'autre électrode, la fermeture du sectionneur de tension étant assurée par un dispositif de commande 20 électrodynamique connu en soi, recevant l'énergie nécessaire à sa fermeture à partir d'un accumulateur porté au potentiel de haute tension. 2.- Dispositif interrupteur commandé par un fluide gazeux sous pression selon la revendication 1, caractérisé en ce 25 que sa fermeture est synchronisée avee un certain dëealage de 5 1?. tension* 5-c — ^Dispositif interrupteur• coamandé pas? »m fluide ex sous pression selon X& revendication ou 2- caractérisé •èn oe que l'aecuErulateur d'énergie est conçu îoîis la forme d'un :5û condensateur. 4.- Dispositif interrupteur'commandé par un fluide gazeux sous pression selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'énergie ést transmise à partir du potentiel de masse à l'accumulateur par un ou plusieurs transformateurs d'isolement. 35 5»- Dispositif interrupteur commandé par un fluide gazeux sous pression selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé 6907872 9 2005239 en ce que l'énergie est fournie à l'accumulateur par une génératrice portée au potentiel de haute tension. 6.- Dispositif interrupteur commandé par un fluide gazeux sous pression selon la revendication 5, caractérisé en 5 ce que la génératrice est entraînée en rotation par un arbre isolant au moyen d'un moteur porté au potentiel de masse. 7«- Dispositif interrupteur commandé par un fluide gazeux sous pression sélon la revendication 5, caractérisé en ce que la génératrice est entraînée en rotation par un moteur 10 hydraulique communiquant par un conduit à huile isolant avec une pompe hydraulique portée au potentiel de masse. 8.- Dispositif interrupteur commandé par un fluide gazeux sous pression selon la revendication 5t caractérisé en ce que la génératrice est entraînée en rotation par une tur-15 bine communiquant par l'intermédiaire d'un conduit isolant à gaz sous pression avec un compresseur porté au potentiel de masse, ou par l'ensemble des organes à fluide gazeux sous pression du commutateur. 9«- Dispositif interrupteur commandé par un fluide 20 gazeux sous pression selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'accumulateur d'énergie est connecté au dispositif de commande électrodynamique par l'intermédiaire d'un organe photosensible, et en ce que la fermeture du dispositif interrupteur est déclenchée par une impulsion optique 25 émise pair une source lumineuse portée au potentiel de masse.