Brevet FR2780210A1 — publié le 19991224

L'invention concerne un dispositif limiteur pour disjoncteur haute tension, du type dit "dead tank" à cuve métallique mise à la terre, placé en amont d'une ligne électrique haute tension dans un réseau de distribution ou de transport d'énergie et plus particulièrement un dispositif limiteur de vitesse de rétablissement de tension après coupure, suite à un défaut en ligne. Comme il est connu, un disjoncteur haute tension placé en amont d'une ligne électrique haute tension doit pouvoir interrompre des défauts en ligne qui sont susceptibles d'intervenir en aval jusqu'à des distances de quelques kilomètres et qui se caractérisent par des intensités de courant très élevées. Ces intensités peuvent atteindre par exemple 57 kA pour une alimentation à 145 kV et 60 Hz. Un problème qui se pose après une interruption occasionnée par un défaut de ce genre est de respecter les conditions de rétablissement de la tension qui sont prévues au niveau du réseau, en particulier en matière de vitesse de rétablissement de tension du/dt. Il est par exemple demandé de respecter une vitesse de rétablissement de 13,6 kV/gs dans le cas de l'alimentation à 145 kV et 60 Hz envisagee ci-dessus. Comme les disjoncteurs ne permettent pas actuellement de respecter une telle contrainte, il est classiquement prévu de placer un condensateur entre terre et ligne en aval d'un disjoncteur en vue de limiter la vitesse de rétablissement de tension à une valeur inférieure à la valeur pouvant être supportée par le disjoncteur. Toutefois, le condensateur prévu dans un tel dispositif ne peut intervenir que pour réduire une tension en cours de rétablissement en aval du disjoncteur et il reste sans effet sur celui de la tension, en amont du côté source. Un disjoncteur dead tank qui est directement raccordé à une barre d'alimentation, côté amont, ne dispose d'aucune capacité significative susceptible d'agir, la traversée de sortie amenant une petite capacité de l'ordre de 50 à 100 pF. Il doit cependant pouvoir supporter la somme des rétablissements des tensions en amont et en aval. Dans l'exemple de réseau envisagé ci-dessus, une valeur de vitesse de rétablissement de tension amont du/dt de 2 à 7,8 kV/gs est usuelle, la valeur de vitesse de rétablissement aval ayant la valeur de 13,6 kV/p.s. La valeur élevée de vitesse de rétablissement de tension amont correspondant à 7,8 kV/Ws est la conséquence d'une oscillation de tension haute fréquence due aux réflexions sur la première discontinuité majeure présente au niveau du jeu de barres de liaison à la source. Même s'il est envisageable de réduire de moitié la valeur de vitesse de rétablissement aval en installant une capacité de forte valeur, par exemple un condensateur de 6 à 12 nF dans le cas d'une ligne sous 145 kV, il n'en demeure pas moins que la vitesse de rétablissement aux bornes du disjoncteur reste très élevée et très supérieure à ce que peut admettre un disjoncteur en cas de coupure. Il est aussi possible de placer un condensateur entre phase et terre, du côté source, en amont d'un disjoncteur pour réduire la vitesse de rétablissement de tension amont à une valeur compatible avec la limite fixée, en plus du condensateur placé côté ligne comme envisagé ci-dessus, . Toutefois cette solution ne peut être recommandée, car elle peut être très dommageable, si une défaillance du condensateur placé en amont du disjoncteur provoque un défaut à la terre. L'invention propose donc un dispositif limiteur pour disjoncteur haute tension, dit "dead tank" à cuve métallique mise à la terre, comportant deux bornes destinées à être reliées l'une à une ligne électrique haute tension et l'autre à une liaison aboutissant à une source qui permet d'alimenter la ligne au travers du disjoncteur, ce dispositif étant destiné à limiter la vitesse de rétablissement de tension, suite à une coupure occasionnée par un défaut en ligne. Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif comporte un condensateur qui est électriquement monté entre les deux bornes du disjoncteur et qui permet de limiter les vitesses de rétablissement de tension en amont et en aval du disjoncteur, suite à une coupure due à un défaut en ligne. L'invention, ses caractéristiques et ses avantages sont précisés dans la description qui suit en liaison avec les figures évoquées ci-dessous. La figure 1 présente un schéma de principe d'un dispositif selon l'invention. La figure 2 présente un diagramme du/dt montrant l'évolution des tensions amont et aval lors d'un rétablissement. Les figures 3, 4 et 5 présentent respectivement trois oscillogrammes relatifs à un exemple de dispositif limiteur selon l'invention Le schéma montré en figure 1 comporte un disjoncteur haute tension 1, de type "dead tank", supposé placé en aval d'une source et en amont d'une ligne électrique haute tension qui est alimentée par son intermédiaire. Ce disjoncteur comporte extérieurement une borne 2, pour le raccordement d'un fil 3 de ligne aérienne haute tension, et une borne 4, pour le raccordement d'une liaison par barre conductrice d'alimentation 5, côté source. Ce disjoncteur est par exemple un modèle HGF1012 ou 1014 de la Société GEC ALSTHOM. Un dispositif limiteur est associé au disjoncteur I afin de maintenir la vitesse de rétablissement de tension à une valeur admissible, lorsque la tension d'alimentation est rétablie, après avoir été coupée par le disjoncteur, suite à l'apparition d'un défaut en ligne suffisant pour avoir entraîné un déclenchement de ce disjoncteur. Selon l'invention, il est prévu un dispositif limiteur comportant uniquement un condensateur 6 monté entre les bornes 2 et 4 du disjoncteur de manière à être relié d'une part au fil 3 et d'autre part à la barre conductrice 4. Cette disposition permet de réduire la vitesse de rétablissement de tension du/dt du côté amont du disjoncteur 1, à l'occasion d'un rétablissement, pendant la phase dite de tension transitoire de rétablissement initial (TTRI). Elle permet aussi de réduire la vitesse de rétablissement du/dt du côté aval pendant la première remontée de rétablissement de tension au niveau de la ligne. Les composantes en tension du signal transitoire de rétablissement de tension, lors d'un tel rétablissement, n'ont pas mêmes fréquences propres, comme schématisé sur le diagramme de tension présenté à titre d'exemple sur la figure 2. La fréquence côté amont est de l'ordre du mégahertz (courbe I), alors que la fréquence côté aval est de l'ordre de 250 kilohertz (courbe II) pour un disjoncteur ici considéré sans dispositif limiteur à condensateur(s). Ceci conduit donc à ce que le condensateur 6 du dispositif limiteur selon l'invention soit efficace tant pour réduire la vitesse de rétablissement aval que pour réduire la vitesse de rétablissement amont. Ce condensateur 6 peut avoir une capacité inférieure à la somme de celles des condensateurs autrement prévus en amont et en aval du disjoncteur, du fait de son positionnement. Il n'est plus nécessaire de monter un ou des condensateurs en amont et/ou en aval du disjoncteur ce qui évite les inconvénients qui en découlaient. L'oscillogramme d'essai présenté à titre d'exemple sur la figure 3, montre l'évolution de la tension transitoire de rétablissement initial TTRI. Celle-ci est essentiellement influencée par les caractéristiques électriques qui sont propres au jeu de barres d'alimentation dont fait partie la barre conductrice 5 raccordée à la borne 4 d'amont du disjoncteur 1 considéré. Cet oscillogramme comporte des valeurs d'abscisse mesurées en microsecondes et des valeurs d'ordonnées correspondant à des kilovolts. Il montre clairement la forte pente du/dt qui caractérise la phase initiale d'un rétablissement de tension, débutant au temps tl, après un très petit nombre d'oscillations de faible amplitude et avant une phase d'oscillations amorties de retour à un régime normal en fin de rétablissement. L'oscillogramme présenté sur la figure 4, illustre un exemple de tension transitoire de rétablissement aux bornes du disjoncteur, lorsqu'il n'est pas tenu compte de la tension transitoire de rétablissement initial TTRI. Cette courbe de tension en fonction du temps est représentée avec les mêmes unités de tension et de temps que la précédente. La tension transitoire est la somme d'une composante basse fréquence due au rétablissement de tension côté source et d'une composante haute fréquence due au rétablissement de tension côté ligne. La figure 5 correspond au cas réel o il y a simultanément une tension transitoire de rétablissement initial TTRI, du type de celle illustrée en figure 3, en amont du disjoncteur et une variation de tension d'allure oscillatoire due à la ligne en aval du disjoncteur, cette variation d'allure oscillatoire étant type de celle illustrée en figure 4. Cette courbe est caractérisée par une vitesse de rétablissement de tension très élevée et par le fait que la tension se rétablit sans retard dès l'instant de coupure. Le dispositif selon l'invention, dans lequel le condensateur 6 est inséré entre les bornes du disjoncteur 1, est plus particulièrement intéressant, lorsque les performances demandées sont élevées. Tel est le cas, lorsque le courant prévu sous 145 kV et à 60 Hz atteint 63 kA et rend difficile l'obtention d'une vitesse de rétablissement admissible du côté amont du disjoncteur 6. La valeur de la capacité d'un condensateur 6 est, par exemple, choisie de l'ordre de 1 à 5 nF. Un condensateur 6 de capacité égale à 5 nF est par exemple installé dans le cas d'un disjoncteur qui est prévu pour fonctionner dans les conditions évoquées ci-dessus et qui peut avoir à couper un défaut en ligne correspondant à % de 63 kA, Ce condensateur permet de réduire la vitesse de rétablissement de 13,8 kV/pls à 6,6 kV/gs du côté aval du disjoncteur et celle du côté amont de 7,8 kV/gs à 2,7 kV/gs. La valeur de capacité d'un condensateur peut encore être réduite moyennant un dimensionnement approprié des parties actives du disjoncteur 1. Une telle réduction requiert que la chambre de coupure du disjoncteur 1 présente des performances en correspondance, ces performances devant être d'autant plus élevées que la réduction prévue est importante. Des valeurs de capacité de 600 ou plus usuellement 1000 àl1500 pF sont tout à fait envisageables. Le condensateur 6 est susceptible d'être monté à l'extérieur du disjoncteur 1 et plus précisément à l'extérieur de sa cuve étanche. Il peut alternativement être placé dans la cuve d'un disjoncteur dead tank, en particulier lorsque cette cuve est remplie d'un gaz diélectrique de protection, tel que du SF6. REVENDICATIONS 1/ Dispositif limiteur pour disjoncteur haute tension (1), dit "dead tank" à cuve métallique mise à la terre, comportant deux bornes (2, 4) destinées à être reliées l'une à une ligne électrique haute tension (3) et l'autre à une liaison (5) aboutissant à une source située en amont qui permet d'alimenter la ligne au travers du disjoncteur, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte un condensateur (6) qui est électriquement positionné entre les deux bornes du disjoncteur et qui permet de limiter les vitesses de rétablissement de tension en amont et en aval du disjoncteur, suite à une coupure due à un défaut en ligne. 2/ Dispositif, selon la revendication 1, dans lequel le condensateur (6) est monté à l'extérieur du disjoncteur. 3/ Dispositif, selon la revendication 1, dans lequel le condensateur (6) est situé à l'intérieur de la cuve étanche. 4/ Dispositif, selon la revendication 3, dans lequel le condensateur (6) est situé à l'intérieur de la cuve étanche remplie de gaz diélectrique de protection. .