Brevet FR2010847A1 — publié le 19700220

19839. 1 2010347 La présente invention concerne un disjoncteur haûte tension, -et' plus particulièrement un disjoncteur dans lequel des résistances sont préalablement connectées dans le circuit pendant la fermeture afin de réduire la sévérité des surtensions de commutation au'moment de la fermeture du circuit. 5 Quand un disjoncteur est fermé pour alimenter une ligne de transport d'énergie il peut se produire des surtensions d'une amplitude relativement importante. Un procédé bien connu pour réduire l'amplitude de ces surtensions consiste à connecter une résistance d'une valeur faible convenable dans le circuit pendant l'opération de fermeture juste avant l'instant auquel les 10 contacts principaux viennent se toucher. Ce mode de fonctionnement*es.t décrit par exemple dans la demande de brevet des'Etats-Onis d'Amérique-N°434.'270 du 23 février 1965, dans un article 'de Hedman et al intitulé "Switching of EHV Circuits, II-Surge Réduction with Circuit Breaker Resistor", IEEE Transactions on Power Apparatus. and Systems, décembre 1964, pages 1196-1205, 15 et dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3.291.947. Il est bien connu que la présence d'une résistance shuntant les contacts du disjoncteur peut être utile aussi bien pendant l'ouverture du circuit que pendant sa fermeture, Pendant l'ouverture, la résistance peut servir à limiter les surtensions de pointe et aussi peut réduire la vitesse 20. d'augmentation de la tension de rétablissement, ce qui permet au disjoncteur de supporter plus facilement la tension de rétablissement et d'effectuer l'interruption complète. Dans de nombreux disjoncteurs utilisant des résistances aussi bien à la fermeture qu'à l'ouverture, la même résistance est utilisée pour ces 25 deux opérations, par exemple de la façon décrite dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N°434.270 précitée. Bien que cela permette de^ simplifier le disjoncteur, cette solution a l'inconvénient d'obliger à un compromis pour la valeur de la résistance qui doit être comprise•entre la ' v valeur idéale pour l'ouverture et la valeur idéale pour la fermeture. En 30 général il est désirable que la valeur dë la résistance soit"plus élevée pour l'ouverture que pour la'fermeture. A ce point de vue, quand la résistance pour l'ouverture est réduite à des valeurs approchant de la valeur idéale pour la fermeture, le courant à travers la résistance atteint une valeur telle à l'ouverture que l'interruption devient difficile et que le 35 prix de l'appareil est augmenté en raison de la nécessité de .dissiper la chaleur importante produite par effet Joule dans la résistance. Dans un disjoncteur antérieur, cette difficulté est en partie supprimée par l'utilisation de deux résistances séparées pour chaque interrupteur principal, une pour l'ouverture et l'autre pour la fermeture. L'inconvénient de - - ■ - .. T. .... .... .. . 69 198.39 2 2010847 cette solution est la nécessité pour chaque interrupteur principal de deux commutateurs séparés pour les résistances, 1'un; ùtïlisé'â l'ouverture et l'autre à la fermeture, ces deux commutateurs nécessitant dès- dispositifs de commande très précis. ■ . 5 La présente invention a pour objet un dispositif pour établir * des valeurs différentes de la résistance à l'ouverture et à là fermeture sans qu'il soit nécessaire d'utiliser des commutateurs séparés fonctionnant avec précision à l'ouverture et à la fermeture pour les résistances. • " Conformément à l'invention, le disjoncteur comporte1 pour■les 10 résistances un dispositif commutateur fermé pendant la partie initiâlé'dë l'opération d'ouverture du circuit pour connecter deë résistances en parallèle avec les contacts principaux associés, afin d'établir uh'ë pîëmière valeur prédéterminée de résistance en parallèle avec l'intervalle d'ouverture des contacts principaux pendant cette période initiale d'ouverture 15 du circuit. Un dispositif est utilisé pour ouvrir le dispositif commutateur des résistances pour interrompre le circuit à travers les résistances .après la séparation des contacts principaux pendant l'opération d'ouverture du circuit. Un dispositif est aussi utilisé pour fermerjle dispositif commutateur des résistances pendant une opération de fermeture du disjoncteur avant qtie 20 les contacts principaux se touchent pour connecter au moins une partie de chaque résistance en parallèle avec l'intervalle d'ouverture des contacts principaux associés. Un commutateur auxiliaire est aussi utilisé pour réduire la valeur de la résistance à l'ouverture du disjoncteur et avant que le dispositif commutateur des résistances soit fermé pendant une 25 opération de fermeture du disjoncteur afin que la valeur efficace de la résistance en parallèle avec l'intervalle entre les contacts soit, pendant la partie finale de la fermeture, plus faible que pendant la partie initiale de l'ouverture. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus'particu-30 lièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple, et fai'te en se référant au dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 est une coupe verticale schématique d'un disjoncteur suivant un mode de mise en oeuvre de l'invention, complètement'ouvert, - la figure 2 est une coupe verticale schématique d'une partie 35 du disjoncteur de la figure 1, les organes dans les pbsitiahs occupées: immédiatement avant que le disjoncteur ait atteint la poSiitibh "d'ouverture complète, et "" : " 7 la "figure 3 représente''sch'ématiquëmënt* uiié' variante de dispositif suivant un autre mode de mise eh oeuvré' de" l'invention.1 *''' • ---■ ÈÂD ORlQ/jS/y^ 69 19839 2010847 Le disjoncteur haute tension, 10 représenté sur la figure 1 comprend une enveloppe ou récipient métallique 20 qui est à une tension élevée par rapport à la terre, et une colonne isolante creuse 17 supportant l'enveloppe 20 et l'isolant de la terre. Ce disjoncteur est en grande partie construit de la façon décrite dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 434.270 du 23 Février 1965 précitée. Comme de nombreux détails; du disjoncteur ne font pas partie de la présente invention, ils ne sont pas représentés, et les éléments nécessaires sont représentés sous une forme simplifiée. La figure 1 représente un schéma de connexions pour montrer les organes du disjoncteur logés à l'intérieur de l'enveloppe 20. Ce disjoncteur comprend deux paires de contacts en série, un contact de chaque paire étant mobile par rapport à l'autre. Chaque paire de contacts principaux comprend un contact fixe 25 et un contact mobile associé 26. La partie du circuit située entre les contacts mobiles est connectée électriquement à l'enveloppe 20 par une structure conductrice illustrée schématiquement en 27. Les deux contacts fixes sont supportés par des bornes 28 traversant les extrémités■ opposées de l'enveloppe métallique 20. Chaque borne comprend une tige conductrice 29 pour le passage du courant vers le contact 25 et un isolateur tubu-laire 30 pour isoler le conducteur 29 et le contact fixe 25 de l'enveloppe 20 quand le disjoncteur est ouvert de la façon représentée sur la figure 1. A la séparation des contacts de chaque paire de contacts principaux 22 et 24 pendant une opération d'ouverture du circuit, des arcs sont établis entre ces contacts. Pour faciliter l'extinction de ces arcs, un jet de gaz de soufflage est dirigé à travers la région des arcs. Ce jet de gaz est commandé par une vanne classique (non représentée ) qui est actionnée pour la projection du jet juste avant la séparation des contacts, le jet étant maintenu jusqu'à l'interruption complète. Cette combinaison est décrite, par exemple dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 2.783.338. Une combinaison série d'une résistance 32 et d'un commutatëur ou interrupteur de résistance 34 est connectée en parallèle de chaque paire de contacts principaux de la figure 1. L'interrupteur de résistance 34 comprend un contact fixe 36 et un contact mobile 37. Quand les résistances 32 sont connectées aux bornes de contacts principaux 22 et 24, elles servent à régler la valeur de pointe et la vitesse d'augmentation des surtensions développées pendant une opération d'ouverture du circuit. Quand ces résistances sont connectées aux bornes des contacts principaux 22 et 24, elles servent aussi à régler la valeur de pointe de la surtension, développée pendant' une opération de fermeture du circuit. 69 19839 4 2010847 Pour assurer cette dernière fonction, chaque interrupteur de . résistance doit être fermé légèrement avant la fermeture des contacts * principaux pour lequel il établit le shunt. De plus, les interrupteurs des résistances doivent être fermés d'une façon pratiquement simultanée pour 5 réduire le risque de claquage de l'isolant en parallèle du dernier interrupteur fermé. A ce point de vue, il est nécessaire dans certains disjoncteurs, que tous les interrupteurs 34 soient feraés approximativement deux millisecondes, les uns par rapport aux autres pendant une opération de fermeture. La demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 434.270 du 23 Février 1965 10 précitée et le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3.333.071 décrivent un dispositif pour provoquer cette fermeture pratiquement simultanée des interrupteurs des résistances à un moment donné avant la fermeture des contacts principaux. : Il doit être noté que deux ou plus de deux disjoncteurs cor-15 respondant à celui de la figure 1, peuvent être connectés en série pour permettre des tensions plus élevées. Le mécanisme de commande de la demande de Brevet N°434.270 du 23 Février 1965 précitée est aussi utilisé pendant une opération d'ouverture- Ce mécanisme ouvre les contacts principaux d'une façon pratiquement 20 simultanée et peu après ouvre d'une façon pratiquement simultanée les interrupteurs des résistances. Des arcs éclatent entre les contacts des interrupteurs des résistances mais ils sont rapidement éteints par un jet de gaz commandé d'une façon convenable, par exemple par la vanne de soufflage décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N°2.783.338 précité. ; 25 Par un choix convenable des valeurs des résistances 32, il est possible de limiter la surtension de pointe de ligne à neutre développée à la fermeture à un maximum de 2,0 par unité, et même à moins, dans les conditions les plus sévères du circuit. Typiquement, la valeur totale de la résistance nécessaire pour limiter ainsi les surtensions à la fermeture est 30 assez faible et pour différentes raisons indiquées ci-dessus, "il est désirable d'utiliser une valeur de résistance plus élevée à l'ouverture. Par = exemple, pour un disjoncteur à jet d'air typique, pour une tension nominal*» de 500 kV comportant huit interrupteurs principaux en série, il peut être préférable d'établir 100 ohms aux bornes de chaque interrupteur principal à 35 l'ouverture et 50 ohms aux bornes de chaque interrupteur principal à la fermeture. Dans le disjoncteur représenté,. il est pos'sible d'établir une valeur plus faible de la résistance pour la fermeture que pour l'ouverture, 69 19839 5 2010847 en utilisant une paire de commutateurs auxiliaires 50 pour court-circuiter une partie de chaque résistance 32 après une ouverture du disjoncteur et avant une opération de fermeture du disjoncteur. Chaque commutateur auxiliaire comprend une paire de contacts 52 normalement ouverts et qui peuvent être fermés pour établir un court-circuit 53 aux bornes d'une partie 32a de la résistance 32, en laissant seulement l'autre partie 32b de la résistance pour son introduction dans le circuit de puissance à la fermeture des interrupteurs 36 et 37 des résistances. La figure 1 représente les commutateurs auxiliaires 50 en position fermée, occupée quand le disjoncteur est complètement ouvert. Les contacts de chaque commutateur auxiliaire 50 sont commandés par un mécanisme de commande 55 pouvant être de nïmporte quel type convenable. La figure 2 représente schématiquement un dispositif de commande satisfaisant. Sur la figure 2, les organes sont représentés à un instant près de la fin d'une opération d'ouverture.du disjoncteur, le commutateur auxiliaire 50 encore ouvert. Le mécanisme de commande 55 de la figure 2 comprend un piston 60 couplé aux contacts mobiles du commutateur auxiliaire et un ressort d'ouverture 62 rappelant les contacts vers la position d'ouverture représentée. Une vanne de commande normalement fermée 64 commande le fonctionnement du piston 60 Cette vanne permet normalement l'échappement à partir de la chambre 65 située au-dessus du piston 60. Quand le contact principal 26 du disjoncteur atteint un point convenable près, de la fin de sa course d'ouverture, de la façon représentée sur la figure 2, un poussoir 66 solidaire du contact agit sur un élément de commande 67 .qui provoque l'ouverture de la vanne de commande 64.. De ce fait, un gaz sous pression passe à travers la vanne 64 et le conduit 68 dans la chambre 65 pour repousser le piston 60 vers le bas et fermer le commutateur auxiliaire 50» Si nécessaire, la vanne de commande 64 peut être réglée pour ouvrir avec un léger retard, par exemple de plusieurs périodes électriques, pour assurer que l'opération d'ouverture du disjoncteur soit terminée au moment de la fermeture du commutateur auxiliaire 50. La vanne de commande 64 reste ouverte et le commutateur 50 fermé de la façon représentée sur la figure 1, jusqu'au passage des contacts principaux.26 du disjoncteur de la position d]ouverture représentée sur la figure là la position de fermeture complète. Quand les contacts principaux du disjoncteur atteignent la position .de fermeture complète, un second élément de commande 69 est actionné pour provoquer la fermeture de la vanne de commande 64 êt. l'échappement.à partir de. la chambre 65 au-dessus du piston 60-. De ce faitj . le commutateur auxiliaire 50 est ouvert rapidement sous l'action de son ressort 62. Cette ouverture du commutateur auxiliaire 50 69 19839 6 2010847 a lieu avant que les contacts principaux puissent être ouverts à nouveau, et par suite la valeur totale de la résistance 32 est en parallèle avec les contacts principaux pendant Une opération d'ouverture. Les mécanismes de commande 55 des différents commutateurs, auxi-, 5 liaires 50 sont pratiquement identiques, et la vanne de commande 64 est . utilisée pour commander les mécanismes 55 des deux commutateurs^auxiliaires. Ces deux mécanismes répondent ainsi au fonctionnement de la vanne de commande 64 de la façon décrite. Ce fonctionnement des commutateurs, auxiliaires 50 permet d'établir 10 pour la fermeture une valeur -plus-'faible de la résistance que pour l'ouverture. L'instant auquel a lieu là fermeture des commutateurs auxiliaires 50 pour réduire la valeur des résistances 32 n'a pas une importance critique, du moment que cette fermeture a lieu à n'importe quel instant suivant l'interruption complète à l'ouverture du disjoncteur et avant la fermeture des 15 interrupteurs 34 des résistances pendant une opération de fermeture. Le.temps disponible pour l'ouverture des commutateurs auxiliaires 50 à la fin d'une opération de fermeture des contacts principaux est plus court, mais cet' intervalle est encore suffisant pour que l'opération d'ouverture des commutateurs auxiliaires soit effectuée'dans le temps disponible.avec un mécanisme 20 de commande relativement simple. Il sera noté que les commutateurs auxiliaires 50 n'ont pas besoin d'avoir un pouvoir de coupure, parce que l'eur ouverture a lieu quand les contacts principaux sont fermés. Il existe ainsi un court-circuit autour des contacts du commutateur auxiliaire du fait des contacts principaux, ce court-25 circuit empêchant tout éclatement d'arc entre les contacts à l'ouverture du commutateur auxiliaire. L'absence de la nécessité de pouvoir dç coupure permet d'utiliser des commutateurs auxiliaires 50 relativement simples^, et il est inutile de prévoir le soufflage et. la vanne correspondante pour ces commutateurs. Le fait qu'une vanne de soufflage n'a pas besoin d'être actionnée 30 avant l'ouverture des commutateurs auxiliaires 50 facilite l'ouverture rapide des vannes auxiliaires pendant l'intervalle court disponible à la fermeture des contacts principaux. Comme 11 a été indiqué ci-dessus, un soufflage pneumatique est utilisé pour chaque interrupteur de résistance 34 pour permettre l'interrup-35 tion du courant de la résistance-pendant une opération d'ouverture.du. disjoncteur. '•• • . ' • • • - . ■ ,. _ . '''Un dispositif selon L'invention* est particulièrement, .utile, p;our " un disjoncteur à refermeture automatique.. Dans çë cas," la rèfermeture est 69 19839 2010847 effectuée automatiquement dans un délai de 40 cycles ou mime moins après l'ouverture et pratiquement toute la charge emprisonnée peut être encore présente dans la ligne ati moment où les contacts principaux viennent se toucher à nouveau. Cet état a tendance à provoquer des surtensions élevées, 5 mais la présence de la résistance ohmique faible aux bornes des contacts maintient la surtension de pointe à la valeur faible désirée.Le disjoncteur représenté est de préférence du type à refermeture automatique et dans ce cas, il comporte un dispositif de commande de refermeture par exemple tel que décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 2.582.027. 10 La figure 3 représente une variante de dispositif selon l'invention qui diffère de celui de la figure 1, du fait que les deux résistances 32 sont situées électriquement entre les deux interrupteurs 34 des résistances au lieu de se trouver sur les côtés opposés de ces interrupteurs. Les contacts mobiles 52 du commutateur auxiliaire 50 sont connectés 15 dans un circuit shunt 53a qui est fermé pour court-circuiter une partie de chaque résistance 32. Les commutateurs auxiliaires 50 fonctionnent de la même façon que dans le cas de la figure 1, et ils sont fermés quand le disjoncteur arrive près de la position d'ouverture complète, et ils sont ouverts quand les contacts principaux du disjoncteur sont fermés. Comme dans 20 le cas de la figure 1, ce fonctionnement des commutateurs auxiliaires établit pour la fermeture du disjoncteur une résistance d'une valeur plus faible que pour 1'ouverture du disjoncteur. Les éléments semblables des figures 1 et 3 sont désignés par les mimes références numériques. La connexion des résistances de la façon représentée sur la 25 figure 3, a l'avantage de permettre l'utilisation d'un seul commutateur auxiliaire 50 et d'un seul mécanisme de commande 55, au lieu des deux de la figure 1 pour commander la modification de la valeur efficace de la résistance shunt pour chaque paire de contacts principaux pendant 1fouverture ou la fermeture.Cependant 1'tnconv^Snient de la combinaison de la figure 3 30 par rapport à celle de la figure 1 est de nécessit.er un montage spécial pour les résistances et les interrupteurs des résistances, contrairement aux cas décrits dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N°434.270 du 23 Février 1965 ou dans le brevet dès Etats-Unis d'Amérique N°2.911.546. Ce montage spécial est nécessaire en raison des tensions développées entre 35 la partie du circuit comprise entre les deux interrupteurs 34 et l'enveloppe métallique 20. Dans le cas de la figure 13 cette partie du circuit est toujours à la même tension que l'enveloppe métallique et peut être connectée directement à celle-ci en n'importe quel point sauts interposition d'un isolant. Bien; entendu, la description qui précède n'est pas limitative, et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes, sans que 1ton sorte de son cadre. 69 19839 s 2010847 REVENDICATIONS 1 - Disjoncteur haute tension à courant alternatif caractérisé par plusieurs paires de contacts principaux connectées en série, ces contacts étant séparés pendant l'opération d'ouverture du disjoncteur, un dispositif 5 pour refermer ces contacts principaux après une ouverture du disjoncteur, un dispositif à résistance associé à chaque paire de contacts principaux, des interrupteurs de résistances fermés pendant la partie initiale de l'opération d'ouverture du disjoncteur pour connecter chaque résistance en parallèle avec l'intervalle entre contacts associés pendant une opération d'ouverture 10 du disjoncteur afin d'établir une première valeur efficace prédéterminée de la résistance en parallèle avec chaque intervalle entre contacts, un dispositif pour provoquer l'ouverture des interrupteurs des résistances pour couper le circuit à travers chaque résistance après la séparation des contacts principaux correspondants pendant une opération d'ouverture du disjoncteur, 15 un dispositif pour fermer les interrupteurs des résistances pendant une opération de fermeture du disjoncteur avant la fermeture des contacts principaux pour connecter au moins une partie de chaque résistance en parallèle avec les contacts principaux associés, et des commutateurs auxiliaires pour réduire la résistance efficace de chaque dispositif à résistance à l'ouver-20 ture du disjoncteur et avant l'ouverture des interrupteurs des résistances pendant une opération de fermeture du disjoncteur afin que la valeur efficace de chaque résistance en parallèle avec chaque paire de contacts principaux soit plus faible pendant la partie finale de la fermeture que pendant la partie initiale de l'ouverture. 25 2 - Disjoncteur haute tension selon la revendication 1, carac térisé par un dispositif provoquant l'ouverture des commutateurs auxiliaires à la fermeture des contacts principaux, et avant la séparation des contacts principaux par l'opération consécutive d'ouverture du disjoncteur. 3 - Disjoncteur haute tension selon l'une des revendications 1 et 30 2 caractérisé par des commutateurs auxiliaires comportant des contacts séparables, les contacts de chaque commutateur auxiliaire étant connectés en parallèle avec une partie de la résistance et en série avec l'interrupteur de la résistance correspondante. 4 - Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé 35 en ce que le dispositif commutateur auxiliaire comprend plusieurs commutateurs auxiliaires respectivement associés aux résistances correspondantes, chaque commutateur auxiliaire comportant les contacts pouvant être séparés connectés en parallèle avec une partie de la résistance associée et en série avec l'interrupteur de la résistance associée. 69 19839 > 2010847 5 - Disjoncteur haute tension à courant alternatif caractérisé par plusieurs paires de contacts principaux connectés en série, les contacts de chaque paire pouvant être séparés pour établir un intervalle pendant une opération d'ouverture du disjoncteur, un dispositif de fermeture pour 5 refermer le contact après une opération d'ouverture du disjoncteur, une résistance associée à chaque paire de contacts principaux, un interrupteur de résistance fermé pendant la partie initiale de l'opération d'ouverture ■ du disjoncteur pour connecter la résistance associée en parallèle avec les contacts principaux associés pendant une qpération d'ouverture du disjoncteur 10 afin d'établir une première résistance efficace prédéterminée en parallèle avec chaque paire de contacts principaux, un dispositif pour ouvrir les interrupteurs des résistances afin de couper le circuit à travers chaque résistance après la séparation des contacts principaux pendant une opération d'ouverture du disjoncteur, un dispositif pour fermer l'interrupteur de 15 chaque résistance pendant une opération de fermeture du disjoncteur avant la fermeture des -contacts principaux pour connecter au moins une partie de chaque résistance en parallèle avec les contacts principaux associés, et un ■ dispositif pour réduire la valeur efficace de chaque résistance connectée à chaque paire de contacts principaux par la fermeture des interrupteurs de 20 . résistance pendant l'opération de fermeture du disjoncteur. 6 - Disjoncteur haute tension selon l'une des revendications 1 . à 5 caractérisé en ce que les deux résistances en parallèle avec les contacts principaux associés sont situées électriquement entre les interrupteurs correspondants de ces résistances et le dispositif commutateur auxiliaire 25 - comprend un circuit shunt connecté entre des points intermédiaires de deux résistances et des contacts pouvant être fermés pour compléter le circuit shunt et court-circuiter les parties, voisines des deux, résistances. ,1 - Disjoncteur selon l'.une des revendications 1 à 6, caractérisé par un dispositif pour la refermeture du disjoncteur dans un délai représenté 30 par 40 périodes électriques après une opération d'ouverture.