Brevet FR2698214A1 — publié le 19940520

LIMITEUR DE COURANT A VARISTANCE ET A CIRCUIT MAGNETIQUE La présente invention se rapporte à un limiteur de courant à circuit magnétique et à varistance. Elle concerne un limiteur de courant à faibles pertes à insérer en série dans une ligne haute tension pour la protection contre les grands courants de court-circuit. Plus précisément, elle concerne un limiteur de courant inséré en série dans une ligne haute tension comprenant, par phase, en série avec un disjoncteur un premier enroulement en matériau conducteur et un deuxième enroulement en matériau conducteur ayant un nombre de spires supérieur à celui du premier enroulement et monté en parallèle au premier enroulement, les premier et deuxième enroulements bobinés séparément formant avec un noyau magnétique de section variable un circuit non saturé en cas de défaut. Dans la demande de brevet française n090 05 206 du 24 avril 1990 et dans sa demande de certificat d'addition n"90 07 427 du 14 juin 1990 déposées par la Déposante, a été décrit un limiteur hybride avec supraconducteur et avec un circuit magnétique saturable. La présente invention se propose de perfectionner un tel limiteur de courant en supprimant la bobine supraconductrice et en améliorant le fonctionnement du circuit magnétique. Conformément à l'invention, - le noyau magnétique comporte trois branches, deux branches d'extrémité et une branche centrale, reliées par deux culasses et dont l'une présente un entrefer et une section double de celle des autres branches, - le deuxième enroulement est bobiné sur cette branche à entrefer et est en série avec une varistance et une résistance, - le premier enroulement est constitué de deux enroulements similaires bobinés de façon que les flux magnétiques induits s'opposent dans au moins une partie des culasses, - la varistance est telle qu'elle permet par son fonctionnement quand le courant de court-circuit atteint environ 3 In (In étant le courant nominal), aux flux induits par les deux enroulements du premier enroulement de s'ajouter dans la branche à entrefer. Selon une première variante, la branche à entrefer est une branche d'extrémité. Dans ce cas, de préférence, les deux enroulements du premier enroulement sont bobinés sur les autres branches et liés en série ou alimentés en parallèle. Selon une seconde variante, la branche à entrefer est la branche centrale. Dans ce cas, de préférence, les deux enroulements du premier enroulement sont bobinés sur une culasse de part et d'autre de ladite branche et sont liés en série. Avantageusement, un troisième enroulement constitué de deux enroulements en série est monté en parallèle au premier enroulement. Eventuellement, l'entrefer est équipé d'un noyau magnétique mobile. Par ailleurs, la varistance est telle qu'elle permet par son fonctionnement l'augmentation de l'inductance du limiteur d'au moins quatre fois sa valeur permanente. Selon un détail de constitution, le nombre de spires du deuxième enroulement est supérieur ou égal à cinq fois celui du premier enroulement. Enfin, avantageusement, les sections des branches sont telles qu'elles ne saturent pas pour un courant de courtcircuit compris entre 3 In et 4 In. Les avantages et fonctions de ces différentes caractéristiques seront comprises grâce à la description suivante. L'invention est décrite plus en détail ci-après à l'aide de dessins ne représentant que des modes de réalisation préférés. Les figures 1 et 2 sont des vues schématiques d'une première variante de réalisation d'un limiteur conforme à l'invention. Les figures 3 et 4 sont des vues schématiques d'une seconde variante de réalisation d'un limiteur conforme à l'invention. La figure 5 est une vue de détail. Le limiteur de courant 1 conforme à l'invention est destiné à être inséré en série en permanence dans une ligne haute tension LL' et comprend, par phase, en série avec un disjoncteur 10 un premier enroulement en matériau conducteur El et un deuxième enroulement en matériau conducteur E2 ayant un nombre de spires supérieur à celui du premier enroulement El et monté en parallèle au premier enroulement El, les premier et deuxième enroulements E1,E2 bobinés séparément formant avec un noyau magnétique de section variable un circuit non saturé en cas de défaut. Le limiteur 1 comporte donc par phase un circuit magnétique 2 logé dans une enceinte métallique 3 remplie d'un fluide diélectrique 4 et pourvue à sa partie supérieure de deux traversées de tension 5,6. Comme représenté sur les figures 1 à 4, le noyau magnétique comporte trois branches ou colonnes 7,8,9, deux branches d'extrémité et une branche centrale, reliées par deux culasses 12,13 et dont l'une 9 présente un entrefer 11 et une section double de celle des autres branches 7,8. Les culasses 14,15 sont également de section double de celles de branches 7,8. Le deuxième enroulement E2 est bobiné sur cette branche à entrefer 9 et est en série avec une varistance 16 et une résistance 19. Le premier enroulement El est constitué de deux enroulements similaires El', El" bobinés de façon que les flux magnétiques induits +1', elle s'opposent dans au moins une partie des culasses 14,15.La varistance 16 est telle qu'elle permet par son fonctionnement quand le courant de court-circuit atteint 3 In, aux flux + 1" induits par les deux enroulements El', E1" du premier enroulement El de s'ajouter dans la branche à entrefer 9. La figure 1 représente une première variante de réalisation. Selon cette variante, la branche à entrefer 9 est une branche d'extrémité et les deux enroulements El', El" du premier enroulement El sont bobinés sur les autres branches 7,8 et liés en série. Les deux enroulements El', E1" sont identiques et ont le même nombre de spires et les mêmes dimensions. Ils sont bobinés pour créer des flux magnétiques +1' et +1" qui s'opposent dans les parties 14, 15 reliant les branches 7,8, des culasses 14,15, en régime permanent. Le premier enroulement El crée ainsi, avec le courant nominal, une chute de tension permanente de l'ordre de 2% à 3% de la tension phase-terre du réseau. Le deuxième enroulement E2 entoure la branche 9 et est relié avec sa varistance 16 et sa résistance 19 à la ligne LL' aux points M et N et sont donc montés en parallèle à l'enroulement El. Le fonctionnement de ce limiteur est le suivant. En régime normal, le disjoncteur 10 est fermé. Le courant nominal traverse les enroulements El' et E1" qui sont en série. Ce courant crée deux flux magnétiques opposés +1' et +1" permettant ainsi d'obtenir une inductance totale faible, donc une chute de tension faible aux bornes du limiteur, par exemple 2 à 3% de la tension phase-terre. Il n'y a pas de courant dans le deuxième enroulement E2 car la varistance 16 ne fonctionne pas en régime normal, étant donné la faible tension entre les points M et N. En régime de défaut, par exemple un défaut à la terre en T, le courant traversant les enroulements El' et El" augmente rapidement et donc également la tension entre les points M et N. Par exemple, à un courant de 3 In la varistance 16 fonctionne, soit quand on atteint 6 ou 9% de la tension phase-terre. Le fonctionnement de la varistance 16 entraîne la circulation d'un courant dans le deuxième enroulement E2. Ce courant crée un champ (ou une induction) magnétique +2 dans la branche 9 et dans l'entrefer 11. L'enroulement E2 est bobiné de telle sorte que les flux +1' et +1" s'ajoutent dans les parties de culasse 17 et 18 et se referment au travers de la branche 9. Les flux + 1" et +2 s'ajoutent donc dans la branche 9. L'inductance de l'enroulement El augmente alors très vite puisqu'il n'y a plus d'opposition de flux entre +1' et +1", permettant ainsi de limiter efficacement le courant de court-circuit. L'inductance de l'enroulement E2 qui est en parallèle avec celle de l'enroulement El, est déterminée pour avoir une valeur relativement élevée, puisque cet enroulement a un plus grand nombre de spires, de préférence supérieur ou égal à cinq fois celui du premier enroulement El. Ainsi, le courant traversant l'enroulement E2 et la varistance 16 est faible. Environ 30 ms après le défaut, le disjoncteur 10 s'ouvre et coupe le courant résiduel. L'entrefer 11 est de valeur suffisante pour éviter la circulation des flux magnétiques en régime permanent, il est par exemple de 100 mm à 150 mm. Soit Lo X la réactance du limiteur en régime permanent, on a Lg X dans le cas d'une chute de tension de 2%, In étant le courant nominal du réseau ou de la ligne et Un la tension nominale de la ligne. Si l'on veut limiter le courant assigné de défaut de moitié, il suffit que la réactance L X du limiteur en régime de défaut soit de 4 Lg . Si la chute de tension est de 3%, il suffit que L X soit égal à environ 2 Lg X pour réduire de moitié le courant assigné de défaut. Les sections des trois branches 7,8,9 et des culasses 12,13 sont déterminées pour qu'à 3 In il n'y ait pas de saturation et plus généralement, pour un courant de courtcircuit compris entre 3 In et 4 In. Dans la demande de brevet FR-90 07 427 déposée le 14 juillet 1990, le limiteur décrit a une branche de circuit magnétique de section faible qui se sature lors du défaut dans le but de découpler l'enroulement secondaire de l'enroulement primaire. La varistance sert uniquement à limiter la surtension au moment de la transition du fil supraconducteur. Dans la présente demande, la varistance 16 fonctionne par contre sous faible tension pour établir un courant dans le deuxième enroulement E2. En fonctionnant, elle présente une résistance faible. Pour cela, elle est de préférence formée de plusieurs éléments en parallèle et est de volume suffisant pour tenir thermiquement le courant pendant 30 ms jusqu'à l'interruption du courant par le disjoncteur 10. La varistance 16 est telle qu'elle permet par son fonctionnement l'augmentation de l'inductance du limiteur d'au moins quatre fois sa valeur permanente. La résistance 19 quant à elle permet en particulier dans le cas d'un défaut asymétrique de faire décroître plus rapidement la composante continue, donc de la crête de la première onde de courant, limitant ainsi plus efficacement le courant de défaut. Le limiteur représenté sur la figure 2 est du même type mais les deux enroulement El', El" du premier enroulement El sont alimentés en parallèle. Cette disposition permet de réduire la réactance permanente Lg X du limiteur. La varistance 16 est utilisée pour établir le courant dans le deuxième enroulement E2. Ce courant peut durer plusieurs centièmes de seconde jusqu'à l'ouverture du disjoncteur 10. Dans le cas où il n'y a pas de disjoncteur 10 ou dans le cas où le disjoncteur 10 possède un temps d'ouverture trop long, il est préférable d'utiliser un enclencheur ou court-circuiteur 20, représenté sur la figure 2, de faible temps de fermeture, par exemple 20 ou 30 ms, pour shunter la varistance 16 afin de réduire les contraintes thermiques. L'enclencheur 20, la varistance 16 et la résistance 19 peuvent être installés dans l'enceinte 3 ou hors de l'enceinte 3 avec interposition d'une traversée supplémentaire. La figure 3 représente une seconde variante de réalisation. Selon cette variante, la branche à entrefer 9 est la branche centrale et les deux enroulement El', E1" du premier enroulement El sont bobinés sur une culasse 12 de part et d'autre de ladite branche 9 et sont liés en série. Les deux enroulements El' et E1" se trouvent donc face à face , l'un dans le prolongement de l'autre. Cette disposition permet de réduire encore l'inductance permanente. Le limiteur représenté sur la figure 4 est du même type mais comporte en plus un troisième enroulement E3 constitué de deux enroulements E3', E3" en série et monté en parallèle au premier enroulement El. Les flux magnétiques +3' et +3" induits sont opposés en régime permanent. Cette agencement permet de réduire encore l'inductance permanente. La figure 5 représente un noyau magnétique mobile 37 pouvant équiper l'entrefer 11. Cette pièce magnétique mobile 37 est montée à l'intérieur du circuit magnétique 9 et est de préférence du même type que celle décrite dans la demande de brevet français 90 07 427. Le fonctionnement de la varistance 16 permet d'actionner la pièce 37 afin de réduire ou même supprimer l'entrefer 11 favorisant ainsi l'accroissement de la réactance L X du limiteur en régime de défaut. REVENDICATIONS 1) Limiteur de courant inséré en série dans une ligne haute tension (LL') comprenant, par phase, en série avec un disjoncteur (10) un premier enroulement en matériau conducteur (El) et un deuxième enroulement en matériau conducteur (E2) ayant un nombre de spires supérieur à celui du premier enroulement (El) et monté en parallèle au premier enroulement (El), les premier et deuxième enroulements (E1,E2) bobinés séparément formant avec un noyau magnétique de section variable un circuit non saturé en cas de défaut, caractérisé en ce que:: - le noyau magnétique comporte trois branches (7,8,9), deux branches d'extrémité et une branche centrale, reliées par deux culasses (12,13) et dont l'une (9) présente un entrefer (11) et une section double de celle des autres branches (7,8), - le deuxième enroulement (E2) est bobiné sur cette branche à entrefer (9) et est en série avec une varistance (16) et une résistance (19), - le premier enroulement (El) est constitué de deux enroulements similaires (El', E1") bobinés de façon que les flux magnétiques induits (+ 1") s'opposent dans au moins une partie des culasses (12, 13) - la varistance (16) est telle qu'elle permet par son fonctionnement quand le courant de court-circuit atteint environ 3 In (In étant le courant nominal), aux flux (01', +1") induits par les deux enroulements (El', E1") du premier enroulement (El) de s'ajouter dans la branche à entrefer (9). 2) Limiteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la branche à entrefer (9) est une branche d'extrémité. 3) Limiteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux enroulements (ex', E1") du premier enroulement (El) sont bobinés sur les autres branches (7,8) et liés en série. 4) Limiteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux enroulements (El', E1") du premier enroulement (El) sont bobinés sur les autres branches (7,8) et alimentés en parallèle. 5) Limiteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la branche à entrefer (9) est la branche centrale. 6) Limiteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les deux enroulements (El', El") du premier enroulement (El) sont bobinés sur une culasse (12) de part et d'autre de ladite branche (9) et sont liés en série. 7) Limiteur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un troisième enroulement (E3) constitué de deux enroulements (E3', E3") en série est monté en parallèle au premier enroulement (El). 8) Limiteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'entrefer (11) est équipé d'un noyau magnétique mobile (37). 9) Limiteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la varistance (16) est telle qu'elle permet par son fonctionnement l'augmentation de l'inductance du limiteur d'au moins quatre fois sa valeur permanente. 10) Limiteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le nombre de spires du deuxième enroulement (E2) est supérieur ou égal à cinq fois celui du premier enroulement (El). 11) Limiteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les sections des branches (7,8,9) sont telles qu'elles ne saturent pas pour un courant de court-circuit compris entre 3 In et 4 In. 12) Limiteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la varistance (16) et la résistance (19) sont installées à l'extérieur de l'enceinte (3).