Brevet FR2481512A1 — publié le 19811030

Disjoncteur à gaz comprimé de gi'ande puissance pour alternateur L'invention est relative à un disjoncteur à gaz comprimé de grande puissance pour alternateur relié à un réseau de transport d'énergie électrique. L'augmentation des puissances unitaires des alternateurs et l'accroissement des puissances de court circuit des réseaux de transport d'énergie électrique exigent des disjoncteurs de protection d'alternateurs de très grand pouvoir de coupure. Le pouvoir de coupure est essentiellement déterminé par la puissance de court-circuit apportée par le réseau via le transformateur .11 est de deux à trois fois plus important que la puissance de court-circuit fournie par l'alternateur et peut dépasser 300 000 ampères efficaces. Suivant l'endroit du défaut, le courant de court-circuit est donc variable.Dans le cas d'un défaut situé sur la liaison entre le disjoncteur d'alternateur et le disjoncteur à très haute tension du réseau, liaison qui comprend le transformateur élévateur lul-meme, le courant à couper par le disjoncteur d'alternateur peut atteindre 150 000 ampères efficaces, ce que le disjoncteur d'alternateur permet normalement de couper. Par contre, si le défaut se produit sur la liaison entre l'alternateur et le disjoncteur d'alternateur ou sur l'alternateur lui meme, le disjoncteur d'alternateur est traversé par un courant en provenance du reseau pouvant excéder 300 000 ampères efficaces, ce qui dépasse normalement ses possibilités de coupure. Enfin pour tout défaut situé sur le jeu de barres à très haute tension, le disjoncteur à très haute tension coupera le défaut et le disjoncteur d'alternateur n1 aura à couper qu'un courant inférieur à celui résultant du premier cas. Des mesures de cloisonnement métallique des conducteurs de phase sont prises afin d'écarter pratiquement la probabilité d'un défaut bi ou triphasé alors que les défauts homopolaires, toujours possibles, ont une amplitude réduite. Dans ces conditions un courant de défaut bi ou triphasé supérieur à 150 000 ampères bien que rarissime, entraine des dégâts importants et qui nécessitent d'utiliser dans ce cas de coupure des moyens de remise en état du disjoncteur. Corrélativement, avec un tel défaut sur le jeu de barres, il est normal de n'effectuer qu'une seule manoeuvre d'ouverture du disjoncteur d'alternateur. Pour couper des très grands courants dépassant 200 000 ampères avec un disjoncteur d'alternateur, on peut augmenter sa puissance de soufflage de l'arc, soit en augmentant la section des buses, soit en utilisant des résistances d'amortissement de très faible valeur, inférieure à 1 ohm par exemple. On peut aussi augmenter le nombre de chambres de coupure en série, ou encore synchroniser l'appareil afin d'obtenir de faibles durées d'arc. Parfois il est nécessaire de combiner toutes ces dispositions qui compliquent le disjoncteur, l'alourdissent et le rendent moins fiable. La présente invention a pour but un dispositif complémentaire, permettant un accroissement des performances d'un disjoncteur d'alternateur. L'invention a pour objet un disjoncteur à gaz comprimé comportant, en parallèle aux bornes d'une chambre principale de coupure, une chambre auxiliaire de coupure en série avec une résistance de faible valeur, caractérisé en ce qu'un enclencheur en série avec un fusible est disposé aux bornes de la résistance, la fermeture dudit enclencheur étant comnandée, lors de l'ouverture du disjoncteur, audelà d'un seuil normal de coupure des chambres du disjoncteur. Selon une caractéristique, 1' enclencheur comporte une tige de contact mobile commandée par un vérin pneumatique. Selon une autre caractéristique, la résistance et les fusibles sont constitués par des ensembles d'éléments disposés pour présenter entre eux une faible self-induction. Selon une autre caractéristique, les éléments fusibles sont disposés en U autour des éléments de résistance. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple et illustré dans les figures. La figure 1 est une représentation du schéma électrique des éléments d'un disjoncteur d'alternateur selon l'invention. La figure 2 est une vue schématique de face d'un disjoncteur d'alternateur selon l'invention. La figure 3 est une vue schématique en coupe de la figure 2, suivant ADB pour la demi-coupe de gauche et suivant ADC pour la demicoupe de droite. La figure 4 est une vue schématique partielle plus détaillée de l'enclcncheur de la figure 2 et des éléments attenants. Dans la figure 1, on a désigné par 1 et 5 les bornes d'entrée et de sortie d'un disjoncteur à gaz comprimé pour alternateur comportant une chambre principale 2 capable de transiter le courant nominal de l'alternateur et de couper des courants de défauts. Le disjoncteur comporte, en parallèle avec la chambre principale 2, en série avec une résistance 4, une chambre auxiliaire 3 capable de couper le courant ohmique limité par la résistance 4. De plus, aux bornes de la résistance 4 se trouvent placés un enclencheur rapide 6 et un fusible 7. Un tel disjoncteur dont les éléments 1 à 5 sont connus, permet de couper des courants pouvant atteindre 200 000 ampères, grâce à la faible valeur ohmique la résistance 4 qui est insérée à l'ouverture et qui, après l'extinction de l'arc dans la chambre 2, limite le courant de court-circuit Pour des courants plus grands que 200 000 ampères, l'insertion de la résistance 4 est plus difficile, mais cette difficulté est palliée grâce à la présence du fusible 7. Lors de la fermeture du disjoncteur, la chambre principale 2 se ferme d'abord, puis la chambre auxiliaire 3 se firme à son tour, tandis que l'enclencheur 6 reste ouvert. Lors de l'ouverture, qu'elle soit à vide, en charge, ou sur courant de court-circuit ne dépassant pas 150 000 à 200 000 ampères, la chambre principale 2 s'ouvre, en premier lieu. Après extinction de l'arc dans la chambre principale 2, le courant transite entièrement à travers la chambre principale 3 et la résistance 4. Il est alors limité par la résistance 4 et la chambre auxiliaire 3 s'ouvre ensuite pour couper ce courant limité. Dans ce cas de courant de court-circuit dépassant 200 000 ampères, un détecteur de courant à seuil, classique et non représenté, donne simultanément l'ordre de 1' enclencheur 6 de se fermer, et à la chambre principale 2 de stouvrir, 1' enclencheur 6 se-ferme avant séparation des contacts de la chambre principale 2, par exemple 10 à 15 millisecondes auparavant ; le fusible 7 est alors parcouru par un faible courant car le courant va se partager entre la chambre principale 2, la résistance 4 et le fusible 7, la plus grande partie du courant passant dans la chambre principale 2. A la séparation des contacts de la chambre principale 2, le soufflage de gaz comprimé très énergique force le courant à passer dans le fusible 7 qui a une résistance très faible vis-à-vis de la résistance 4. La présence du fusible 7 facilite donc l'extinction du courant de commutation dans la chambre principale 2 ; ce courant s'éteint rapidement mais pas forcément au passage naturel par zéro de la sinusoïde dans la chambre 2. En effet, plus la self du circuit formé par la chambre de coupure auxiliaire 3, 1' enclencheur 6 et le fusible 7 est faible par rapport à celui de la chambre principale 2, plus l'extinction du courant de commutation sur les contacts de la chambre principale 2 sera rapide.On choisit le calibre du fusible 7 pour que le temps de préarc, pour le courant considéré traversant le disjoncteur, soit de 1 à 2 millisecondes, ce qui assure à la chambre principale 2 en cours d'ouverture une tenue diélectrique suffisante pour ne pas réamorcer sur la pointe d'extinction consécutive à la fusion du fusible. Cette pointe d'extinction est relativement peu élevée car les fusibles sont shuntés par la résistance 4 de faible valeur ohmique. La tension d'arc sur le fusible 7 s'élève et reporte de ce fait le courant sur la résistance 4. Il y a donc limitation du courant et l'ouverture des contacts de la chambre auxiliaire 3 permet de couper le courant réduit par la résistance 4. Le fusible 7 tient donc lieu à la fois de résistance variable de très faible valeur ohmique pour son insertion dans le circuit, et de résistance à très forte valeur, pour l'insertion de la résistance 4 dans le circuit. Dans les figures 2 à 4, le disjoncteur est logé dans une enveloppe métallique 1 1 en alliage d'aluminium comportant à ses extrémités des bornes équipotentielles 21 et 30 pour le raccordement avec des enveloppes des jeux de barres blindés servant à la liaison avec l'alternateur d'une part, le transformateur élévateur d'autre part, qui ne sont pas représentés dans les figures. L'alimentation du disJoncteur en air comprimé se fait par la canalisation 16. La chambre principale 2 comporte des contacts de coupure logés dans une enveloppe isolante 24, et commandés par un mécanisme 23. Des silencieux 13 et 25 disposés de part et d'autre recueillent les gaz comprimés rejetés lors de la coupure. Après détente dans les silencieux 13 et 25 les gaz de coupure sont rejetés sous faible pression, dont avec un peu de bruit à travers la partie creuse de supports isolants 15 et 31 suivant les flèches 17 et 32. Les prises de courant principales sont en 12 et 29. La chambre auxiliaire 3 comporte, logés dans une enveloppe isolante 27, les contacts dtinsertion et de coupure de la résistance 4, un mécanisme 26 de commande de ces contacts et un silencieux 14 relié au silencieux 13. La résistance 4 est constituée par un ensemble de quatre résistances élémentaires 38 sous forme de cylindres isolants renfermant des disques de résistance. Les quatre résistances 38 sont disposées en parallèle et reliées électriquement entre la chambre auxiliaire 3 et une connexion 40 les reliant à un silencieux 28. Pour le refroidissement du gaz entourant les contacts de la chambre principale 2, des échangeurs de température 19 coiffent l'enveloppe 11 du disjoncteur. Ils sont reliés au disjoncteur par des isolateurs 18 et 22 et des canalisations 20 et 21, des moteurs actionnant des circulateurs non représentés pouvant accélérer le mouvement de l'air comprimé. Un enclencheur 6, raccordé aux bornes des résistances 38 reliées à la chambre auxiliaire 3, est placé en série avec un fusible 7 constitué par un ensemble de dix fusibles élémentaires disposés en parallèle afin d'atteindre un pouvoir de coupure dépassant 300 000 ampères. Les dix cartouches fusibles 39 sont placées en parallèle et montées autour des résistances et arrangées en forme de V afin d'offrir une self réduite. Les cartouches fusibles 39 sont reliées d'une part à 1' enclen- cheur 6 et d'autre part au silencieux 28 par une connexion 41. Des portes 33 ménagées dans les parois de l'enveloppe li permettent d'accéder aux fusibles 39 par leur remplacement après fusion. L'enclencheur 6 est manoeuvré par un vérin pneumatique 35 alimenté en air comprimé par des tuyauteries isolantes 36 et 37. La figure 4 montre plus en détail l'enclencheur 6, le vérin 35 et les éléments fusibles 39. L'enclencheur 6 est logé dans une enveloppe isolante 56 munie du collier 57 pour sa fixation sur porte-contact 55 de prise de courant et d'un collier 58 pour sa fixation sur une plaque de fond 60. Le porte-contact 55 a une partie transversale extérieure servant de borne pour le raccordement avec le collier conducteur de la chambre auxiliaire 3, collier situé entre la chambre auxiliaire 3 et les résistances 38. Il a une autre partie cylindrique intérieure comportant des rainures circulaires pour le logement des contacts coulissants 59 un orifice central 64 est prévu pour le passage d'une tige 52 de piston 51. La plaque de fond/60 supporte un porte-contact 61 muni de doigts 62. Une tige de contact pleine ou creuse 53 coulisse dans les contacts 59 et se prolonge par la tige 52 du piston 51. Le piston 51 est disposé coulissant dans le cylindre 50 du vérin pneumatique 35. Un ressort 54 est situé à l'intérieur du cylindre 50 entre le piston 51 et le portecontact 55. L'alimentation du vérin en air comprimé est assurée par des tuyauteries isolantes 36 et 37. Sur la plaque de fond 60 est monté un râtelier 70 qui porte des mâchoires 71 disposées en forme de V pour le logement des prises de courant des fusibles 39. Un autre râtelier 72 similaire à 70 et porteur de mâchoires 71 reprend le courant à l'autre extrémité des fusibles 39. Une connexion 41 relie le râtelier 72 au silencieux 28 et à la prise de courant 29. En service normal, que le disjoncteur soit ouvert ou fermé, l'enclencheur 6 est ouvert (position en traits pleins du piston 51 et de la tige 5 Le cylindre 50 du vérin 35 commandant ltenclencheur 6 est rempli d'air comprimé, alimenté en pression par les tuyauteries 36 et 37. Le ressort 54 compense la pression différentielle qui agirait sur le piston 51. L'air comprimé autorise une faible distance d'ouverture entre la tige 53 et les doigts de contact 62. L'égalisation des pression de part et d'autre du porte-contact 55 est assurée par l'orifice calibré 64. Si le courant de défaut dépasse 200 000 ampères un dispositif de détection, classique et non représenté, donne simultanément l'ordre d'ouverture de la chambre principale 2 et de fermeture de la chambre principale 2 et de fermeture de la chambre auxiliaire 3, ainsi que la mise à l'atmosphère la face droite du piston 51 par vidange rapide de la canalisation 37. Sous l'action de la pression d'air fournie pour la canalisation 36, le piston 51 se déplace vers la droite et ferme le contact entre la tige 53 et le porte-contact 61 de l'enclencheur 6 mettant ainsi les fusibles 39 en parallèle aux bornes des résistances 38, (position en traits mixtes du cylindre 51 et de la tige 53). Une faible partie du courant de défaut passe dans les fusibles 39, suivant une loi qui dépend de la résistance des fusibles et de la self-induction du circuit dérivé, c'est-à-dire celui de la boucle constituée par la chambre auxiliaire 3 et les fusibles 39 en parallèle. Pour obtenir un temps de fusion suffisamment long de l'ordre de 1 à 2 millisecondes destiné à permettre une rapide désionisation de la chambre principale 2, il est nécessaire d'avoir des sections de fusibles 39 correctement dimensionnées. De même, il est souhaitable d'avoir une self la plus faible possible pour le circuit formé par la chambre auxiliaire 3, l'enclencheur 6 et les résistances 7, afin d'obtenir une extinction rapide du courant de commutation La tension d'arc qui apparat aux bornes des fusibles 39s donc aux bornes des résistances 38, force progressivement le courant à passer dans ces résistances. L'extinotion de l'arc s'effectue dans les éléments fusibles, plus facilement que lors de l'usage normal d'un fusible, puisqu'il s'agit, non pas dune coupure directe du courant de court-circuit, mais de courant résultant d'une commutation sur une résistance. Après extinction, la coupure définitive du courant réduit par la résistance est assurée par la chambre auxiliaire 3 comme pour le cas normal de coupure de courant. Après exotinction définitive, la remise sous pression du vérin pneumatique 35 par la canalisation 37 entraine la réouverture sans courant de l'enclencheur 6, et la remise sous pression de lenclen- cheur 6 lui-même, les pertes de gaz par l'orifice 64 de passage de la tige 52 du piston étant compensée3. Que le disjoncteur soit en position ouverte ou fermée, il n9y a pas de contrainte de tension permanente sur l'enclencheur 6. La tension apparait sur les contacts de l'enclencheur 6 seulement pendant le passage du courant dans la résistance 4, c' est-à-dire pendant environ une vingtaine de millisecondes La contrainte maximale de tension survient pandant la manoeuvre très rare d'ouverture en opposition de phases, qui ntentraînerait pas le fonctionnement des fusibles. La tension qui peut apparaitre aux bornes d'un tel enclencheur peut être de l'ordre d'une cinquantaine de kilovolts efficaces. Une distance d'ouverture de l'enclencheur 6 d'une dizaine de millimètres est suffisante pour tenir cette tension. Cette faible distance d'ouverture assure un temps de fermeture très court. Il est évident que l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits et représentés et qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple ; en particulier, on peut, sans sortir du cadre de l'invention, modifier certaines dispositions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents, ou encore remplacer certains éléments par d'autres susceptibles d'assurer la même fonction technique ou une fonction technique équivalente. REVENDICATIONS 1/ Disjoncteur à gaz comprimé comportant en parallèle aux bornes d'une chambre principale de coupure, une chambre auxiliaire de coupure en série avec une résistance de faible valeur, caractérisé en ce qu'un enclencheur (6) en série avec un fusible (7) est disposé aux bornes de la résistance (4), la fermeture dudit enclencheur étant commandée, lors de ltouverture du disjoncteur, au-delà d'un seuil normal de coupure des chambres du disjoncteur. 2/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enclen- cheur (6) comporte une tige de contact mobile (53) commandée par un vérin pneumatique (35). 3/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la résistance (4) et les fusibles (7) sont constitués par des ensembles d'éléments (38, 39) disposés pour présenter entre eux une faible self-induction. 4/ Disjoncteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les éléments fusibles (39) sont disposés en U autour des éléments de résistances (38 > .