Brevet FR2711447A1 — publié le 19950428

DISJONCTEUR A HAUTE TENSION CAPABLE DE COUPER DES COURANTS DE DEFAUT A PASSAGE PAR ZERO RETARDE. La présente invention se rapporte à un disjoncteur à haute tension capable de couper des courants de défauts à passage par zéro retardé. Elle concerne plus précisément un disjoncteur à haute tension destiné à couper des courants de défaut d'intensité proche de celle du courant nominal, de pseudo-période T et à passage par zéro retardé passant par zéro après un laps de temps maximal tzmax-t0 après l'instant to d'apparition du défaut, ce laps de temps tzmax-tO étant déterminé par simulations ou par essais, comprenant une pluralité de premières chambres de coupure en série pourvue à leurs bornes chacune d'un condensateur de répartition de même capacité et équipées de moyens pour s'ouvrir à un instant tl ultérieur à l'instant du défaut tO et antérieur à l'instant tzmax-T. La coupure des courants à grande composante continue ou à passage par zéro retardé, que l'on rencontre par exemple dans les réseaux alternatifs à haute tension à compensation série, lors de l'apparition de certains types de défaut, pose de gros problèmes. La présence de la composante continue peut entraîner le non passage par zéro du courant pendant plusieurs pseudo-périodes. I1 est alors difficile de couper le courant à l'aide de disjoncteurs classiques à hexafluorure de soufre. I1 est bien connu pour remédier à ces problèmes d'augmenter la tension d'arc par des moyens convenables. Une tension d'arc élevée permet en effet d'absorber l'énergie de la composante continue du courant et de la faire tendre par zéro. Dans ce but il a été proposé d'utiliser une chambre de coupure munie de moyens pour créer plusieurs arcs en série dans le document de brevet français n2 681 724. I1 a également été proposé d'utiliser une chambre de coupure à fusibles permanents en série avec une chambre de coupure haute tension classique dans le document de brevet français n02 678 770. La fusion des fusibles lors d'une opération de déclenchement sur défaut produit une très forte tension d'arc qui fait décroître très rapidement la composante continue du courant de défaut. I1 est connu également d'absorber l'énergie du réseau due à la composante continue en insérant temporairement une résistance sur le circuit. Une résistance convenable permet en effet de faire tendre vers zéro en un temps relativement court cette composante continue. Un tel agencement est décrit dans le document de brevet français ns2 683 937. I1 est aussi connu que la présence en parallèle sur une chambre de coupure d'un disjoncteur d'un condensateur de grande capacité en série avec une inductance produit à l'ouverture du disjoncteur des oscillations du courant qui augmentent la tension d'arc et engendrent une instabilité de l'arc favorisant la décroissance de la composante continue du courant et son passage par zéro. C'est le cas décrit dans le document de brevet français n*2 684 486. Ces solutions nécessitent l'emploi d'appareils nouveaux. Le but de la présente invention est de résoudre le problème de la coupure de courants de défaut à passage par zéro retardé avec uniquement des chambres de coupures classiques, le disjoncteur conforme à l'invention ne nécessitant qu'un équipement de commande particulièrement simple. Conformément à l'invention, le disjoncteur comprend au moins une chambre de coupure supplémentaire en série avec lesdites premières chambres et équipée de moyens pour s'ouvrir à un instant t2 après l'instant d'apparition du défaut tO compris entre tzmax-T et tzmax+T, ladite chambre de coupure supplémentaire étant pourvue à ses bornes d'un condensateur de répartition ayant la même capacité que les condensateurs de répartition desdites premières chambres et d'une varistance. Cet agencement a pour avantage de ne nécessiter aucun dispositif de détection intelligente du courant de défaut et d'être totalement automatique. Le fait que toutes les chambres de coupure comportent un condensateur de capacité identique permet que la tension de rétablissement soit rétablie également sur toutes les chambres de coupure. De préférence le temps t2 est sensiblement égal à tzmax. Avantageusement, toutes les chambres de coupure sont identiques. Selon des considérations constitutives, le temps t2 est avantageusement sensiblement égal à 7 pseudo-périodes et le disjoncteur peut comporter deux chambres de coupure supplémentaires. L'invention est décrite ci-après plus en détail à l'aide de figures ne représentant qu'un mode de réalisation préféré de l'invention. La figure 1 est un graphe montrant les variations d'un courant alternatif à passage par zéro retardé. La figure 2 est une vue de face d'un disjoncteur conforme à l'invention. La figure 3 est une vue du schéma électrique de commande d'un disjoncteur conforme à l'invention. La figure 4 est un graphe représentant le courant en fonction du temps après l'ouverture de la chambre supplémentaire. La figure 5 est un graphe représentant la tension en fonction du temps après l'ouverture de la chambre supplémentaire. L'oscillogramme de la figure 1 montre le courant de défaut avec le passage par zéro du courant retardé. En abscisses est représenté le temps et en ordonnées l'intensité du courant. Le courant de défaut apparaît à l'instant tO et contribue à retarder le passage suivant par zéro jusqu'à un certain instant. De tels comportements sont déterminés par essais et/ou simulations et il est donc possible de déterminer, pour un réseau donné et les courants de défaut prévus, le laps de temps maximal avant le passage par zéro et donc l'instant tzmax de ce passage par zéro. Le disjoncteur conforme à l'invention capable de couper de tels courants de défaut est représenté sur la figure 2. I1 comprend une pluralité de chambres de coupure 1 classiques en série pourvue à leurs bornes chacune d'un condensateur de répartition 2 de même capacité et équipées de moyens 3 pour s'ouvrir le plus rapidement possible après l'instant d'apparition d'un courant de défaut. Selon l'exemple représenté, ces premières chambres 1 sont au nombre de quatre et forme un disjoncteur classique de coupure du courant de la ligne conçu sans considération de coupure de courant de défaut à passage par zéro retardé. Conformément à l'invention, ce disjoncteur comporte également une chambre de coupure supplémentaire 4 en série avec lesdites premières chambres 1, identique à celles-ci et équipée de moyens 6 pour s'ouvrir à un instant t2 après l'instant du défaut tO compris entre tzmax-T et tzmax+T, ladite chambre de coupure supplémentaire 4 étant pourvue à ses bornes d'un condensateur de répartition 5 ayant la même capacité que les condensateurs de répartition 2 desdites premières chambres 1 et d'une varistance 11. A l'instant tl correspondant de préference à un cycle de pseudo-période T, les permières chambres 1 s'ouvrent et coupent le courant de défaut de façon classique, lors d'un défaut normal avec passage par zéro. La chambre supplémentaire 4 s'ouvre donc ensuite à vide. Toutes les chambres 1, 4 sont fermées par contre simultanément. Si le courant de défaut correspond au courant le plus défavorable représenté sur la figure 1, à l'instant tl où les premières chambres 1 sont ouvertes, l'absence de passage par zéro du courant ne leur permet pas de réaliser la coupure du courant pendant le laps de temps où ces chambres 1 soufflent sur l'arc formé dans chacune d'elles. Après ce laps de temps les chambres 1 ne soufflent plus sur l'arc et il n'y a plus de possibilité d'extinction pour ces premières chambres 1 même lors de l'apparition du zéro de courant. L'arc est donc maintenu entre les contacts ouverts de ces premières chambres 1 qui doivent supporter les effets thermiques de cette situation et le gaz de ces premières chambres 1 se ionise. A l'instant t2 où la chambre supplémentaire 4 s'ouvre, il existe des passages par zéro du courant. Au premier passage par zéro après t2, sous l'effet du soufflage de la chambre supplémentaire 4, le courant est interrompu et la tension commence à se rétablir aux bornes du disjoncteur. Si l'ionisation dans les premières chambres 1 est telle que toute la tension est reportée sur la chambre supplémentaire 4, la tension est limitée par la varistance 11 comme représenté sur la figure 5, cette varistance 11 étant calculée pour que la chambre 4 puisse tenir toute cette tension. La courbe C représente alors le courant passant dans la varistance 11. Lorsque la tension aux bornes du disjoncteur décroît (courbe A), la varistance 11 bloque la courant à zéro pendant plusieurs millisecondes (courbe B) ce qui permet la dés ionisation définitive des premières chambres 1 et la coupure définitive du courant. La tension est alors rétablie sur toutes les chambres 1 et 4 sensiblement uniformément grâce aux condensateurs de répartition 2 et 5 de même capacité, la capacité de la varistance 11 étant largement inférieure à celle de chaque condensateur de répartition 2 et 5. Des études d'essais et de simulations ont montré que, dans la pratique, le temps t2 est de préférence sensiblement égal à 7 pseudo-périodes. Plusieurs chambres de coupure supplémentaires 4 peuvent être utilisés selon les caractéristiques du réseau. Dans la pratique, deux chambres supplémentaires 4 peuvent être prévues. La figure 3 représente un exemple de schéma électrique de commande d'un disjoncteur conforme à l'invention. A la détection d'un courant de défaut, l'ordre de protection est transmis à un premier électro-aimant 7 qui commande de façon classique l'ouverture des premières chambres 1 à l'instant tl, tl pouvant être aisément déterminé par essais. I1 actionne simultanément un temporisateur 8 réglé au temps t2-tl, t2 étant choisi entre tzmax-T et tzmax+T et de préférence sensiblement égal à tzmax, et après ce laps de temps t2-tl, le temporisateur 8 met en actionnement par l'intermédiaire d'un commutateur 9 un second électroaimant 10 commandant de façon classique l'ouverture de la chambre supplémentaire 4. Aucun dispositif de détection intelligente des différentes phases du courant de défaut n'est donc nécessaire et les chambres de coupures 1, 4 fonctionnent normalement en deux cycles à l'ouverture. REVENDICATIONS 1) Disjoncteur à haute tension destiné à couper des courants de défaut alternatifs d'intensité proche de celle du courant nominal, de pseudo-période T et à passage par zéro retardé passant par zéro après un laps de temps maximal tzmax-t0 après l'instant to d'apparition du défaut, ce laps de temps tzmax-t0 étant déterminé par simulations ou par essais, comprenant une pluralité de premières chambres de coupure (1) en série pourvue à leurs bornes chacune d'un condensateur de répartition (2) de même capacité et équipées de moyens (3) pour s'ouvrir à un instant tl ultérieur à l'instant du défaut tO et antérieur à tzmax-T, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une chambre de coupure supplémentaire (4) en série avec lesdites premières chambres (1) et équipée de moyens (6) pour s'ouvrir à un instant t2 après l'instant du défaut tO compris entre tzmax-T et tzmax+T, ladite chambre de coupure supplémentaire (4) étant pourvue à ses bornes d'un condensateur de répartition (5) ayant la même capacité que les condensateurs de répartition (2) desdites premières chambres (1) et d'une varistance (11). 2) Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le temps t2 est sensiblement égal à tzmax. 3) Disjoncteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la chambre supplémentaire (4) est identique aux premières chambres de coupure (1). 4) Disjoncteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le temps t2 est sensiblement égal à 7 pseudo-périodes. 5) Disjoncteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte deux chambres de coupure supplémentaires (4).