Brevet FR2496333A1 — publié le 19820618

Disjoncteur pour courant continu à haute tension Dans le transport d'énergie électrique en courant continu à haute tension, on utilise généralement un ou deux conducteurs formant une ligne entre deux stations de conversion de courant alternatif en courant continu et de continu en alternatif. La coupure du courant continu est difficile en haute tension car il faut créer un passage par zéro du courant continu ; ceci peut être obtenu par une tension d'arc élevée, par insertion de résistance de valeur ohmique croissant très rapidement ou en superposant une onde oscillante. Pour ces raisons, dans les installations existant à ce jour, la ligne n'est pas dotée de disjoncteur, la protection par disjoncteur étant reportée du côté alternatif de la station de conversion. Il peut être intéressant d'interrompre le courant continu dans le cas de défaut permanent à la terre, et un disjoncteur spécialement aménagé peut couper des courants continus d'amplitude réduite, voisine du courant permanent de la ligne, en tenant compte du fait qu'en cas de défaut le courant augmente pour atteindre de 2 à 4 fois le courant permanent appelé quelque fois courant de référence mais que la protection propre aux "thyristors" qui équipent la station de conversion tend à ramener le courant à sa valeur de référence par baisse de la tension fournie par la station de conversion cette tension atteint généralement seulement 20 à 25% de la tension de service. De plus l'inductance de lissage du courant redressé par la station de conversion est telle que la constante de temps est grande et qu'un disjoncteur ultra rapide, à temps d'arc réduit et à tension d'arc croissant rapidement fera passer par zéro le courant (à une valeur voisine de son courant de référence) avant que la tension de rétablissement ait pu augmenter ; par exemple pour un réseau à 500 kV en courant continu, le disjoncteur aura à couper environ 2000 A sur une tension de rétablissement d'environ 100 kV. Cette inductance de lissage en plus de sa fonction de base limite la vitesse d'augmentation du courant en cas de défaut sur la ligne ou en cas d'effondrement brusque de la tension inverse et assure un fonctionnement correct aux bas courants ; elle limite également la vitesse de diminution du courant donc la remontée correlative de la tension. Pour couper le courant de 20G0 Q sous 100 kv, il suffit de créer en quelques millisecondes une tension d'arc élevée, donc un allongement très important de l'arc ceci est ostenu dans un disjoncteur à air comprimé à faible course mécanique mais à allongement et centrage électrodynamiques de l'arc combiné à un soufflage d'air L'invention a donc pour objet un di sjonoteur à r comprimé pour courant continu à haute tension comportant en série plusieurs chambres de coupure par paire sur des supports isolants et remplies d'air comprimé, chaque chambre étant munie de- deux contacts fixes tubulaires et d'un contact mobile coaxial aux contacts fixes, les contacts fixes situés en vs-à-vis étant terminés chacun à leur extrémité en vis-à-vis par ure buse métallique de soufflage, l'autre extrémité étant obturée par des valves commandées, caractérisé en ce qu'à l'intérieur de chacun des contacts tubulaires fines est placé un solénoïde noyé en partie dans un fourreau qui isole électrique- ment d'une part entre-elles les spires du solénoïde et d'autre part l'ensemble du solénoïde vis-à-vis de l'intérieur du contact fixe tubulaire, ledit solénoïde étant par son extrémité située à côté de la buse métallique relié électriquement à cette buse, l'autre extrémité du solénofde étant terminée par une électrode à l'intérieur du solénoïde et proche de cette deuxième extrémité, ladite électrode étant profilée , centrée sur l'axe du solénoïde et dirigée vers la buse métallique, la distance entre les deux électrodes des deux contacts fixes tubulaires étant de 4 à 20 fois la distance entre les buses métalliques, chaque chambre étant shuntée par un condensateur pilote et par une résistance de plusieurs ohms. Selon un mode particulier de réalisation, le diamètre intérieur du solénoIde est sensiblement égal au diamètre de la buse métallique. Avantageusement l'électrode est en forme de goutte. L'invention sera bien comprise par la description donnée ei-après en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue schématique en élévation d'un pôle de disjoncteur à air comprimé pour réseau à courant continu, - la figure 2 est un schéma électrique du pôle de la figure 1, - la figure 3 est une vue en coupe transversale d'une chambre de coupure contenant un disjoncteur selon l'invention. La figure 1 est une vue schématique d'un pôle de disjoncteur à air comprimé pour réseau à courant continu +500 kV. Le disjoncteur comporte six chambres de coupure 101 à 106 portées par paire par trois supports isolants 107, 108, 109 montés sur un châssis réservoir d'air comprimé 110 ; les chambres, les supports isolants et le réservoir sont remplis d'air comprimé sec à une pression de 30 à 40 bars. Un organe de manoeuvre 111 reçoit les ordres électriques d'enclenchement et de déclenchement et transmets mécaniquement des ordres aux chambres pour la fermeture ou l'ouverture d'une manière connue pour les disjoncteurs à courant alternatif. La répartition de tension entre les différentes chambres de coupure est particulière, elle est constituée d'un ensemble formé d'une résistance 112 de valeur ohmique très élevée (par exemple plusieurs mégohms) en parallèle avec un condensateur pilote 113 de quelques nanoFarads ; cette résistance et ce condensateur placés dans une ou deux enveloppes en céramique shuntent chaque chambre de coupure, comme cela apparaît dans la figure 2 montrant le schéma électrique ; les capacités 114, 115 et 116 sont les capacités par rapport à la terre des chambres de coupure et des supports isolants correspondants. Lorsque le disjoncteur est ouvert, la répartition de tension est obtenue principalement par la chatne des résistances 112 en série ; ces résistances étant de valeur ohmique très élevée, le courant les traversant est très faible et un sectionneur conventionnel peut sans difficulté couper ce courant et isoler la ligne de la station de conversion correspondante. Par contre au moment de la coupure la répartition capacitive est prépondérante à cause de la valeur variable de résistance de l'arc pendant la coupure. La figure 3 est une vue schématique d'une chambre de coupure telle que les chambres 101 à 106 qui enferme un disjoncteur selon l'invention. Le disjoncteur emprunte la plupart de ses éléments au disjoncteur décrit dans le brevet français nO 1 337 307 déposé le 2 juillet 1962. La chambre de coupure est supportée par une colonne isolante non représentée, qui, simultanément, sert d'enveloppe de protection au conduit d'alimentation de la chambre en air comprimé 1, et aux conduits donnant respectivement les ordres de fermeture 2 et d'ouverture 3. Le circuit électrique comprend la pièce métallique 4 reliée à la borne d'entrée, le contact glissant schématisé en 5 est recouvert par le capot de protection 6, le tube de contact 7 entrainé par le piston 8, les doigts de contact principaux 9 protégés par le capot 10 et supportés par la pièce métallique 11 reliée à la borne de sortie. L'ensemble est protégé des intempéries par l'enveloppe isolante 12. La face supérieure 13 du piston 8 communique par la tuyauterie 14 avec la soupape de fermeture 15 entrainée par le piston 16 qui est rappelé par un ressort 17 et comporte un orifice 18 pour l'équi- librage statique des pressions sur les deux faces après un temps prédéterminé fonction de la section de l'orifice. La soupape 15 relie le conduit 14, soit au conduit 19 relié à la tuyauterie sous pression 1, soit à la mise à ltatmosphère réalisée par l'orifice 20. La face inférieure 21 du piston 8 communique par le conduit 24 avec la soupape d'ouverture 25 entratnée par le piston 26 rappelé par un ressort 27 et comportant un orifice 28 pour l'équilibrage statique des pressions. Par l'intermédiaire des conduits 29 et 30, la soupape 25 relie la face inférieure 31 de la valve de soufflage 32, soit à l'alimentation en air comprimé à l'aide du conduit 33 relié à la tuyauterie sous pression 1, soit à la mise à l'atmosphère réalisée par l'orifice 34. La valve de soufflage 32 rappelée par le ressort 35 se déplace sous l'action de la pression existant dans l'espace 36 en communication avec la tuyauterie d'alimentation 1. L'intérieur des tubes 37 et 38 dont les extrémités 39 et 40, constituent des buses de soufflage est en relation par les conduits 41 et 42 avec la face inférieure 43 de la valve de soufflage 44 rappelée par le ressort 45 et sur lequel agit la pression existant dans l'espace 46 en communication avec le conduit 47 débouchant à l'intérieur de l'enveloppe isolante 12. Lorsque, durant la coupure de l'arc, les valves 32 et 44 sont en position d'ouverture comprimant les ressorts 35 et 45, l'air de soufflage traverse les chambres 48 et 49, cette dernière étant en communication avec l'espace 50. Avant évacuation à l'atmosphère, le refroidissement des gaz de l'arc s'effectue dans les pare-flammes 51 et 52. En fin d'ouverture, la refermeture des valves de soufflage 32 et 44 sous l'action des ressorts 35 et 45 est commandée automatiquement par les tiroirs temporisés 53 et 54. Au repos en position d'ouverture ou de fermeture, l'ensemble de la chambre est normalement sous pression d'air comprimé. Selon la présente invention, chacun des tubes conducteurs fixes 37 et 38 comporte à son intérieur un solénoide 130 (131) à demi noyé dans un fourreau isolant 132 (133) ; le conducteur du solénoïde est nu dans sa partie tournée vers l'axe du solénolde ; il est isolé du tube conducteur 37 (38) sur toute la partie intérieure du tube, mais son extrémité proche de la buse de soufflage 39 (40) est reliée électriquement à la buse, l'extrémité opposée du solénoïde est libre et se termine par une électrode profilée 134 (135) de préférence en forme de goutte, située dans l'axe du solénoide et du tube 37 (38). La distance entre les électrodes 134 et 135 est comprise entre 4 et 20 fois la distance entre les deux buses 39 et 40. On ne décrira du fonctionnement que ce qui est propre à la présence des solénoïdes et on se référera au brevet précité pour plus de détails. En cas de défaut le courant augmente dans la ligne les relais élaborent un ordre de déclenchement, qui est exécuté quand le courant est ramené à sa valeur de référence par exemple 2000 A et la tension aux bornes de chaque chambre inférieure à 20 kV (car il y a 6 chambres en série). L'arc prend naissance entre 39 et 7, est commuté par l'air souflé à action centripète sur les buses 39 et 40 ; il s'engage alors, sous l'action de l'air, à l'intérieur des solénoldes. Alors qu'en l'absence des solénoides l'arc a tendance à rester court, car il se raccroche aux buses, la présence des solénoides permet de projeter très rapidement l'arc au fond des solénoides, sous l'action de la boucle et du soufflage d'air, l'arc reste rectiligne entre les électrodes 134 et 135 et ne se shunte pas sur les spires des solénoïdes et les buses, car il est centré grâce au champ électrique crée par les spires du solénoide. Ayant atteint tres rapidement les électrodes l'arc est long, sa résistance très élevée entralne un paysage par zéro du courant, donc llextinction rapide sous tme tension inférieure à 20 kV avant que la tension de rétablissement n'ait pu remonter à a valeur normale. Grâce à un déplacement de l'arc, à son allongement très rapide sous l'action de l'air comprimé et du champ électrique le disjoncteur coupe. REVENDICATIONS 1/ Disjoncteur à air comprimé pour courant continu à haute tension comportant en série plusieurs chambres de coupure par paire sur des supports isolants et remplies d'air comprimé, chaque chambre étant munie de deux contacts fixes tubulaires et dun contact mobile coaxial aux contacts fixes, les contacts fixes situés en vis-àvis étant terminés chacun à leur extrémité en vis-à-vis par une buse métallique de soufflage, l'autre extrémité étant obturée par des valves commandées, caractérisé en ce qu'à l'intérieur de chacun des contacts tubulaires fixes (37, 38) est placé un solénoïde (130, 131) noyé en partie dans un fourreau (132, 133) qui isole électriquement d'une part entre-elles les spires du solénoïde et d'autre part l'ensemble du solénoïde vis-à-vis de l'intérieur du contact fixe tubulaire, ledit solénoïde étant par son extrémité située à côté de la buse métallique relié électriquement à cette buse, l'autre extrémité du solénoïde étant terminée par une électrode (134, 135) à l'intérieur du solénoïde et proche de cette deuxième extrémité, ladite électrode étant profilée , centrée sur l'axe du solénoïde et dirigée vers la buse métallique, la distance entre les deux électrodes des deux contacts fixes tubulaires étant de 4 à 20 fois la distance entre les buses métalliques, chaque chambre étant shuntée par un condensateur pilote et par une résistance de plusieurs Mohms. 2/ Disjoncteur suivant 1, caractérisé en ce que le diamètre intérieur du solénoIde (130, 131) est sensiblement égal au diamètre de la buse métallique. 3/ Disjoncteur suivant 1, caractérisé en ce que l'électrode (134, 135) est en forme de goutte.