Brevet FR2002074A1 — publié le 19691003

L'invention se rapporte à un circuit pour la commutation en charge et sans interruption de courant dans les transformateurs avec prises de réglage, circuit dans lequel on associe, à chaque bras sélecteur du commutateur à gradins, au moins un interrupteur pour la coupure en charge, Dans les interrupteurs pour coupure en charge du type habituel, il n'est dans beaucoup de cas pas possible de commuter facilement la charge avec une sécurité suffisante, quand les transformateurs sont soumis à des surintensités proches du courant de court-circuit, car les interrupteurs pour coupure en charge du type habituel, dont les contacts travaillent dans l'air ou dans l'huile, n'ont qu'un pouvoir de coupure limité, de sorte que le transformateur puisse être endommagé lors de manoeuvres sous fortes inten situés0 Ce danger existe également dans le cas de la commutation par gradins avec des courants de surcharge importants au moyen d'un circuit particulièrement favorable déjà connu, qui comporte une résistance de passage subdivisée en deux parties et dans lequel on associe à chaque bras sélecteur deux interrupteurs de coupnre en charge dont l'un est monté en série avec la demi-ré résistance, ce montage en série étant placé en parallèle sur l'autre interrupteur de coupure en charge du même bras sélectour. Les deux interrupteurs de coupure en charge associés à un bras sélecteur sont tout d'abord fermés et les deux interrupteurs de coupure en charge de l'autre bras sélecteur sont ouverts.Comme on le sait déjà, la manoeuvre des interrupteurs de coupure en charge s'effectue de telle manière que les bras sélecteur peuvent passer dans la nouvelle position au moment od ils ne sont parcourus par aucun courant. On commence donc d'abord par ouvrir le premier interrupteur de coupure en charge, raccordé sans résistance de passage à l'un des bras sélecteur et dont l'arc s'éteint au passage du courant par zéro, le courant qui a1imene la charge continuant à passer par l'intermédiaire de la demi-résistance et par le deuxième interrupteur de coupure en charge qui fait suite0 Aux bornes du contact ouvert du premier interrupteur en charge apparait la tension de rétablissement qui est égale au produit du courant par la valeur de la demi resistance. Tant que la charge supportée (courant de coupure x tension de rétablissement) par le premier interrupteur ouvert se trouve dans la plage du pouvoir de coupure, l'extinction-de l'arc peut déjà se produire au cours de lapremière phase de -la manoeuvre.Après l'ouverture du premier interrupteur de puissance, le troisième interrupteur, qui est raccordé à l'autre bras sélecteur par l'intermédiaire de l'autre demi-résistance, est fermé, de sorte que le courant de la charge se répartit maintenant par moitié sur chacune des deux demi-résistances en passant par les interrupteurs de coupure en charge qui leur sont associés. Au courant de charge se superpose un courant de compensation at à la tension entre les prises du transformateur et qui passe par les deux demi-résistances en série dans ce circuit. Cette position de manoeuvre est la position médiane.Une fois cette position franchie, la manoeuvre entre dans la seconde phase au cours de laquelle le deuxième interrupteur, associé au premier bras sélecteur et en série avec l'autre demi-résistance, s'ouvre et coupe ainsi la moitié du courant de la charge et le courant de compensation qui lui est superposé. Après ltou- verture de ce deuxième interrupteur de puissance, le quatrième interrupteur de puissance, qui est relié directement au second bras sélecteur, est fermé et laisse maintenant passer le courant vers la charge.Si, au-cours de la première phase de la manoeuvre, on ne peut pas arriver à éteindre l'arc quand l'interrupteur se trouve dans la position médiane et après le passage du courant par zéro, le courant de charge se répartira alors entre les deux demi-résistances, ue qui diminue la tension de rétablissement et par conséquent également la charge supportée par le premier interrupteur. On facilite ainsi l'extinction de l'arc. Ce qui précède montre clairement qu'avec les interrupteurs pour coupure en charge du type habituel, dont les contacts coupent dans l'air ou dans l'huile, on ne peut pas toujours assurer la commutation avec certitude dans le cas de fortes surintensités, en particulier pour les courants de court-circuit. Pour cela, il faut utiliser des interrupteurs de coupure en charge qui présentent un pouvoir de coupure plus élevé que celui qui est mentionné.On les contact déjà sous la forme des interrupteurs à coupure sous vide. le simple remplacement des interrupteurs de coupure en charge par des interrupteurs à coupure sous vide ne permet cependant pas de réaliser des circuits utilisables, car les interrupteurs sous vide, par suite de leur construction et aussi pour leur donner une durée de vie mécanique suffisante, n'admettent qu'une course des contacts relativement faible, de sorte que la rigidité diéiectrique de leur intervalle de coupure est relativement faible. Pour éliminer cet inconvénient des interrupteurs à coupure sous vide, il faut les monter en série avec des intervalles de coupure résistant au claquage, par exemple en montant des sectionneurs en série avec chaque interrupteur de puissance. A cause du nombre de points de coupure qui sont alors nécessaires pour assurer une manoeuvre correcte, cette solution entraîne un supplément de dépenses tout à fait indésirable. Le but de l'invention est de réaliser d'une manière simple un circuit du type mentionné plus haut qui fonctionne avec sécurité. Suivant l'invention, les interrupteurs à coupure sous vide prévus comme interrupteurs de puissance ont leur pôle d'entrée relié directement et/ou indirectement, par l'intermédiaire dtimpédance, aux bras correspondants du sélecteur et leur ptle de sortie en connexion directe avec un commutateursectionneur de contact unique, de telle sorte que le circuit de charge soit commuté lors du passage d'une prise à l'autre, de l'un des bras sélecteur avec son ou ses interrupteurs sous vide associés sur l'autre bras du sélecteur et ses interrupteurs sous vide associé en-passant par-les deux bras sélecteur avec leurs interrupteurs sous vide associés. On obtient un autre mode de réalisation avantageux de l'invention si chaque bras sélecteur est relié, au moyen d'un conducteur de pontage, à un contact qui est mis en circuit par le même commutateur sectionneur de contacts, le conducteur de pontage étant, en même temps que les contacts raccordés au pôle de sortie de l'interrupteur sous vide associé à chaque bras sélecteur, connecté à la ligne de départ vers la charge dans les positions extrêmes du commutateur. Pour éviter, dans .le cas de surintensités partïculièrement importantes, un déclenchement indésirable du transformateur par suite d'un fonctionnement incorr-ect des dispositifs de surveillance ou suite à une défaillance des résistances de p)as- sage, on détermine - suivant un autre mode de réalisation de l'invention - la succession des opérations de manoeuvre des interrupteurs sous vide dentelle façon que les-résistances de passage ne sont que momentanément parcourues par le courant La masse des résistances est suffisamment élevée pour que l'échauffement ne puisse pas entraîner une rworisation de l'huile ambiante ou un endommagement des résistances, lorsqu'on passe d'une prise à l'autre et que les courants sont de l'ordre des courants de court-circuit. Pour cela, il est avantageux de ne laisser passer le courant que momentanément dans les résistances de passage, en particulier dans les deux demi-résistances, de manière que sous courant nominal, l'extinction finale de l'arc se produise encore au cours de la première phase, après le premier passage du courant par zéro, et que l'extinction finale ne se produise en cas de surintensité que dans la position médiane. Pour un transformateur à 50 Hz, la première phase de la manoeuvre dure alors 10 à 12 ms environ et pour que la coupure soit symétrique, on donne à la seconde phase la meme durée. La position médiane peut durer deux fois plus longtemps soit environ 20 à 30 msO Le dessin représente à titre indicatif et non limitatif deux exemples de réalisation du circuit suivant l'invention, qui sont décrits en détail ci-après. Sur la figure 1, on prévoit un circuit comportant une résistance de passage subdivisée. les bras W1 et W2 du sélecteur sont respectivement amenés à la position n et n+l. Le bras W1 du sélecteur est relié au contact Kl une première fois directement par l'intermédiaire de l'interrupteur sous vide fll qui est fermé et une seconde fois par le montage en série de la demi-résistance R1 avec l'interrupteur sous vide V12 qui est également fermé.Le bras W2 du sélecteur est relié d'une manière analogue à un second contact K2, une première fois directement par l'intermédiaire de l'interrupteur sous vide V21 qui est ouvert et une seconde fois par ltintermédiaire du montage en série de l'autre demi-résistance R2 avec l'interrupteur sous vide V22 qui est également ouvert. les contacts Kl et K2 sont actionnés au moyen d'un segment de contact mobile du commutateur-sectionneur U ; dans la position extrême représentée, seul le contact K1 est raccordé à la ligne X de départ vers la eharge par l'intermédiaire du commutateur-sectionneur U.Pour le moment, on ne considère ni les contacts K10 et E20, ni les conducteurs de pontage L1 et L2 représentés en pointillé. La manoeuvre-de l'interrupteur à coupure sous vide se décompose dansune suite d'opérations représentées sur la figure 3. Comme on l'a déjà dit, les deux interrupteurs sous vide Vll et V12 sont fermés dans la position de départ du com mutateur-sectionneur U et les interrupteurs sous vide V21 et V22 sont ouverts. Avant une commutation de courant en charge, le commutateur-sectionneur U est actionné de telle manière que les contacts E1 et K2 soient reliés à la ligne L de départ vers la charge.Au début de la première phase I de la manoeuvre, l'interrupteur sous vide fll qui se trouve en position fermée "f" est ouvert, de sorte que le courant de la charge passe maintenant par l'intermédiaire de la demi-résistance R1 et par l'interrupteur sous vide V12 qui est fermé, Quand le courant de charge passe par-zéro, l'arc s'éteint dans l'interrupteur sous vide Vîl. Après la fermeture de l'interrupteur sous vide V22 qui se trouve en position ouverte "o , le courant de charge se répartit également sur les deux demi-résistances R1 et R2 et les interrupteurs sous vide V12 et V22 qui sont chacun montés en série avec une des demi-résistances. On se trouve dans la position médiane "m", Au courant de charge. se superpose un courant de compensation qui passe par l'enroulement T du transformateur et les deux circuits précités, Après environ 20 à 30 ms, on ouvre l'interrupteur sous vide V12, ce qui inaugure la deuxième phase de la manoeuvre II, à la fin de laquelle l'interrupteur sous vide V21 est fermé.Quand la commutation est terminée, le commutateur sectionneur U est, comme il ressort de la figure 3, placé dans la position extrême à droite, position dans laquelle le contact Xl est isolé de la ligne de départ X vers la charge, A cause de la longueur nécessaire pour la mise en contact simultanée des contacts Xl et K2 le segment de contact du commutateur-sectionneur U peut être utilisé également pour fermer de manière simple le contact E10 ou K20 dans les positions extrêmes du commutateur U ; les conducteurs de pontage L1 ou B2 dont une extrémité est reliée aux contacts K10 ou X20, établis- sent ainsiune liaison directe entre le circuit de charge et les bras sélecteurs0 Dans les positions extrêmes, le commutateur sectionneur permet ainsi d'abaisser le courant traversant les interrupteurs sous vide fermés du bras sélecteur inséré dans le circuit de charge et de réduire la tension s'établissant entre 'les contacts ouverts du c8té opposé, Cette réduction du courant de passage est particulièreme-nt importante pour la sécurité de fonctionnément des interrupteurs sous vide-baignant dans l'huile chaude du transformateur0 Elle permet, en outre, d'utiliser les" R E V E N D I C A T I O N S lo Circuit pour la commutation en charge et sans interruption u courant dans les transformateurs avec prises de réglage, circuit dans lequel on associe à chaque bras sélecteur du com mutateur à gradins, au moins un interrupteur pour la coupure en charge, caractérisé par le fait que les interrupteurs à coupure sous vide V1, Full, V12, V21, V22, qui servent à couper la charge ont leur pôle d'entrée relié directement et/ou indirectement, par l'intermédiaire d'impédances R, Rl, R2, aux bras correspondants W1, W2 du sélecteur et leur pele de sortie en connexion directe avec un commutateur-sectionneur de contacts U, de telle sorte que le circuit de charge soit commuté, lors du passage d'une prise à l'autre, de l'un des bras sélecteur avec son ou ses interrupii, sous vide associés sur l'autre bras du sélecteur avec ses inter rupteurs sous vide associés, en passant par les deux bras du sélecteur avec leurs interrupteurs sous vide associés. 2. Circuit suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque bras sélecteur W1, W2 est relié à un contact K10, K20 actionné au ioyen d'un comzatateur-sectionneur de contacts U, par l'intermédiaire d'un conducteur de pontage ia, 12 qui, en même temps que les contacts K1, 12 raccordés au pdle de sortie de l'interrupteur aous vide associé à chaque bras sélecteur, est connecté à la ligne L de départ vers la charge dans les positions extrêmes du commutateur-sectionneur U. 3. Circuit suivant la revendication 1 ou 2 avec une résistance de passage subdivisée, caractérisé par le fait que la suite des opérations constituant la manoeuvre des interrupteurs sous vide est réglée de manière que, sous des courants de l'or- dre de grandeur du courant nominal du commutateur à gradins, lextinction de l'arc se produise au cours de la première phase I de la Manoevre, alors qu'en cas de surintensité, l'extinction finale n'a lieu que dans la position médiane "m". 4. Circuit suivant la revendication 3,.caractérisé par le fait que les deux phases I et Il de la manoeuvre des in- terrupteurs sous vide lors du passage d'une prise à l'autre, ont une égale durée et par le fait que le passage par la position médiane hnw a une purée qui est environ le double de interrupteurs sous vide pour des courants supérieurs à ltin- tensité nominale admissible. les -avantages de l'invention ne se limitent pas seulement au circuit de la figure 1, mais elles stappliquent également à des circuits ne comprenant qu'une seule résistance de passage dans l'un des bras sélecteur (figure 2). Ces circuits déjà connus sont prévus dans des commutateurs sous charge de puissance moindre, de manière à pouvoir se tirer d'affaire avec un plus petit nombre d'interrupteurs sous vide et une seule résistance de passage. les composants qui sont communs aux montages des figures 1 et 2 portent une référence unique, le dispositif décrit permettant également de réduire l'intensité et la tension du courant passant dans les interrupteurs sous vide quand le commutateur-sectionneur se trouve dans ltune ou l'autre position de repos. celle prévue pour les phases I et II. 50 Circuit suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que la masse des résistances de passage est suffisante pour qu'elles restent, lors du passage d'une prise à l'autre, dans des limites de température déterminées et cela même si les surintensités sont de l'ordre du courant de court circuit0