Brevet FR2337456A1 — publié le 19770729

La présente invention concerne le domaine des dispositifs de commutation des transformateurs, notamment les dispositifs statiques pour la régulation et pour la limitation du courant dans les réseaux électriques de distribution. Elle peut être appliquée dans les systèmes pour la régulation de la tension des transformateurs de réseau et des transformateurs d'utilisation, notamment pour la régulation de la puissance des fours à arc et des fours de traitement thermique des minerais, ainsi que dans les réseaux électriques de distribution pour la rébulation et la limitation du courant. Le probléme de la création de dispositifs statiques pour la re- gulation et pour la limitation du courant est d'une actualité par ticulière pour les réseaux électriques. Dans la réalisation de dispositifs de ce genre on se heurte å une série de complications techniques, dues au fait que, d'une part, l'algorithme de commutation du dispositif doit être simple, et que d'autre part, il est souhaitable que les valves soient calculées seulement pour le régime nominal de l'installation, une protection fiable de ces valves lors des troubles étant assurée. On connait des dispositifs statiques pour la régulation, comprenant des groupes de thyristors connectés aux bornes d'un transformateur. Ces groupes sont soit raccordés directement aux bornes, comme par exemple dans le dispositif pour la régulation en charge de la tension d'un transformateur avec un grand nombre d'échelons, soit raccordés aux formes par l'intermédiaire de ponts à quatre branches, comme par exemple dans un régulateur de tension alternative. Les commutations s'effectuent dans le premier cas avec utilisation d'un groupe de résistances ohmiques assurant la limitation du courant lors du court-circuit des sections. Dans le second cas, les commutations s'effectuent à l'instant où le courant traversant le groupe de thyristors se mettant au repos, passe par sa valeur séro. Les dispositifs connus présentent une série d'inconvénients. I - L'algorithme de commutation dépend du caractère de la charge (dans le second cas). Cet inconvénient entraîne un fort abaissement de la fiabilité des dispositifs commutateurs; des courts-circuits ou des ruptures du circuit de la charge peuvent se produire en cas de défaillance des circuits de commande. 2 - Le nombre de résistances de limitation du courant est important (dans le premier cas), surtout dans les dispositifs à grand nombre de positions. 3 - Il est nécessaire de choisir les valves de façon qu'elles admettent le passage de la première onde de choc du courant de court-circuit dans le réseau de distribution. Cet inconvénient existe pour les deux dispositifs considérés. I1 implique un accroissement de l'encombrement, du poids et du prix des dispositifs. 4 - I1 est impossible de conjuguer la fonction de régulation à la fonction de limitation du courant de choc en cas d'incident dans le réseau de distribution. Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients précités. On s'est proposé de créer un dispositif fiable, entièrement statique, de régulation et de limitation du courant, qui permettrait d'effectuer la commutation et de réaliser la régulation et la limitation du courant à tous les régimes du réseau de distribution. L'invention a donc pour objet un dispositif statique pour la régulation et pour la limitation du courant dans les réseaux électriques de distribution, comprenant un commutateur avec des ponts à quatre branches, réalisés avec des valves commandées et non commandées connectées aux bornes de réglage, caractérisé en ce que chacune des bornes de réglage est raccordée à la charge par l'in- termédiaire d'un pont à quatre branches du commutateur, dont deux branches sont constituées par des valves commandées, et les deux autres, par des valves non commandées communes à toutes les bornes, une réactance étant branchée dans la diagonale du pont. I1 est avantageux de brancher également une source de courant continu dans la diagonale du pont, en série avec la réactance. Un tel agencement du dispositif permet d'assurer la commutation rapide des bornes du transformateur de puissance, indépendamment du caractère de la charge, de protéger les valves contre les courts-circuits en cas d'indident et de limiter le courant dans le réseau de distribution. Tout cela permet de réaliser une économie notable, résultant a) de la possibilité de choisir les valves du commutateur seulement d'après le courant nominal, car en cas d'anomalie la premier re alternance du courant est limLtée; b) de la création d'un commutateur rapide avec un lisitateur commun à tous les échelons; c) de la possibilité de réaliser le dispositif régulateur de façon qu'il assure simultanément la commutation de grandes puissances, y compris les puissances ne pouvant être commutées par des appareils électromécaniques ordinaires, grâce à la limitation de l'onde de choc du courant de court-circuit. Ceci permet, à son tour, de créer des réseaux de distribution à grande puissance de court-circuit, d'augmenter leur capacité de transport et d'améliorer la qualité de l'énergie électrique dans les réseaux de distribution. D'autres caractéristiques de l'invention apparattront au cours de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple et sur lesquels - la Fig. 1 représente le schéma électrique de principe d'un dispositif statique pour la régulation et pour la limitation du courant dans les réseaux électriques de distribution, suivant 1' invention; - la Fig. 2 représente les courbes des courants et des tensions lors du fonctionnement du dispositif suivant l'invention. Le dispositif peut etre réalisé pour un nombre de bornes quelconque. La Fig. 1 donne à titre d'exemple le schéma d'un dispositif pour un transformateur dont la zone de réglage comporte cinq bornes sur la Fig. 1, les sorties de la zone de réglage sont repérées par les numéros de référence 1,2, les thyristors sont indiqués par 3 à 12, les valves non commandées par 13, 14, la réactance par 15, la source de courant continu par 16, les sections de l'enroulement par 17 à 20. Comme le montre la Fig. 1, les valves du dispositif commutateur constituent des ponts monophasés dont deux branches sont formées par les thyristors 3, 4; 5,6; 7,8; 9,10; 11,12, respectivement. Les soupapes non commandées 13, 14 forment les deux autres branches, communes à toute la zone de réglage. Dans la diagonale des ponts indiqués est branchée la réactance 15 et source de courant continu 16. La source 16 n'est pas un élément essentiel du point de vue du principe du dispositif. Si la réactance 15 est réalisée avec un haut facteur de qualité, la source 16 peut ne pas être utilise dans le montage. Le dispositif fonctionne de la façon suivante, La fermeture du circuit s'effectue aprQs 11 arrivée des signaux de commande à l'une quelconque des paires de thyristors 3, 4; 5,6; etc. A l'instant où la tension positive apparait à ces thyristors, l'angle de régulation est égal à zéro. Sur la diagonale du pont apparait alors une tension redressée sous l'effet de laquelle le courant circulant dans la réactance 15 augmente jusqu'à la valeur de crête du courant de charge (Fig.2). La réactance 15 est parcourue par un courant redressé qui est la résultante des courants il, i2, i3, i4 des branches du pont.Si le facteur de qualité de la réactance 15 est élevé, toutes les quatre valves 3, 4, 11, 12 du pont sont à l'état conducteur, l'angle de commutation du redresseur est égal à 180 , les courants des valves ont une composante continue, égale à la moitié de la valeur maximale du courant débité Im/2 et une composante sinusoldale d'amplitude Im/2. Le courant débité circule dans le montage de la façon suivante. Pendant l'alternance directe, le courant venant de la sortie 1 traverse, par exemple, les sections de l'enroulement 17, 18, 19, le thyristor 9, la réactance 15, la source de courant continu 16, si elle est prévue dans le montage, la diode 14 et parvient à la sortie 2. Pendant l'alternance inverse le courant débité venant de la sortie 2 passe à travers la diode 13, la réactance 15, la source 16, le thyristor 10, les sections de l'enroulement 19, 18, 17 et parvient à la sortie 1. Quand le commutateur est sur une autre borne, le courant débité circule d'une manière analogue. Etant donné que dans des circuits réels les thyristors 3 à 12, les valves non commandées 13, 14 et la réactance 15 ont une résis tance ohmique de valeur finie, le courant i passant dans la réac m tance dans l'intervalle de l'angle i de commutation s'amortit (Fig2) et il apparat dans le cycle de fonctionnement du dispositif commutateur au cours de la commutation, des intervalles durant lesquels la réactance 15 est mise en circuit entre les valves. Ces intervalles de fonctbnnement du pont peuvent atteindre quelques degrés électriques; des sauts unipolaires de tension U' ap- paraissent aux bornes de la réactance 15. L'influence de ces sauts sur les régimes de fonctionnement est faible, car leur valeur mo yenne est petite. La chute de tension moyenne u Le dispositif permet, au besoin, de supprimer totalement cette chute de tension. Pour cela on monte en série avec la réactance 15 une source de courant continu 16 qui peut être alimentée àpartir du réseau général. Le passage d'une borne à une autre peut etre réalisé à n'importe quel instant, les signaux de commande étant à cet effet prélevés sur le groupe de thyristors en action et applique à l'un quelcon- que des groupes voisin. Ainsi, quand les thyristors 11, 12 sont conducteurs, toute la zone de réglage de l'enroulement du transformateur de puissance étant parcourue par le courant débité, pour le passage à la borne voisine, à un instant quelconque "O" (Fig.2) les signaux de commande sont transférés des thyristors 11, 12 aux thyristors 9, 10. Au moment de ce transfert, comme montré plus haut, les thyristors 11, 12 et les valves non commandées 13, 14 sont traversés par le courant débité. Quand les thyristors 9, 10 sont devenus conducteurs, il se forme une voie court-circuitant la section 20.Cette voie comprend le thyristor 11, la valve non commandée 13, la réactance 15, le thyristor 10. Le courant de court-circuit croit jusqu'à la valeur de crête du courant de la réactance durant l'intervalle ~il , apres quoi l'un des thyristors 11, 12, en 1 t occurence le thyristor 12, passe à l'état bloqué et la réactance 15 se trouve insérée dans la voie de court-circuit dans laquelle elle limite l'intensité du courant à la valeur voulue. La commutation s'achève au bout du temps L , à l'instant où s'effectue la commutation naturelle du thyristor 11. Le passage à une autre borne quelconque s'effectue de la même façon. Le montage admet la commutation entre deux bornes quelconques. La source du courant continu 16 est nécessaire dans le montage, comme on l'a indiqué plus haut, si le facteur de qualité de la réactance 15 est insuffisant. L'utilisation de la source 16 permet de supprimer complètement l'influence du montage sur le régime du réseau de distribution. Le fonctionnement du dispositif au régime de limitation du courant dans le cas d'un court-circuit extérieur est analogue au cycle de commutation des bornes. La Fig. 2 montre le cycle de limi tation du courant pour un angle de court-circuit y et un courant de court-circuit attendu ## . Comme on le voit sur la Fig.2, pendant la première alternance du courant de perturbation, la réactance 15 est instrée paramétriquement dans le circuit où elle limite la deri-onde de courant durant le temps "00" inférieur à la période du réseau; la réactance 15 devient le siège d'une chute de tension u. Le degré de limitation du courant est déterminé par le choix des paramètres de la réactance 15. REVENDICATIONS 1 - Dispositif statique pour la régulation et pour la limitation du courant dans les réseaux électriques de distribution, comprenant un commutateur avec des ponts à quatre branches, réalisés avec des valves commandées et non commandées connectées aux bornes de reglage, caractérisé en ce que chacune des bornes de réglage est raccordée à une charge par l'intermédiaire d'un pont à quatre branches précité du commutateur, deux branches du pont étant constituées par des valves commandées, et les deux autres, par des valves non commandées communes à toutes les bornes, et en ce qu'une réactance est branchée dans la diagonale du pont. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans la dite diagonale du pont est connectée une source de courant continu, en série avec la réactance.