Brevet FR2789817A1 — publié le 20000818

I L'invention concerne un dispositif de commutation pour impédance de compensation par gradins assurant une mise à la terre du neutre d'un réseau triphase. Comme il est connu, la mise à la terre d'un des conducteurs de phase d'une ligne de transport d'énergie électrique d'un réseau multiphasé peut produire des arcs électriques qui sont alimentés par les courants de dérivation capacitifs des conducteurs de phase de cette ligne. Une limitation de ces courants capacitifs est classiquement obtenue en réalisant une mise à la terre d'un point neutre, en sortie de transformateur d'alimentation de ligne au niveau d'un poste, par une impédance de compensation, de type bobine, couramment dénommée bobine d'extinction. Ceci se réalise simplement lorsque le réseau est de type étoile à neutre sorti. Il est par contre nécessaire de prévoir un montage de création de point neutre, bien connu de l'homme de métier, si tel n'est pas le cas. La réactance inductive d'une bobine d'extinction est choisie de manière que le courant inductif qui parcoure cette bobine compense sensiblement les courants de dérivation capacitifs produits au niveau des conducteurs de phase. Les capacités de dérivation existant entre la terre et les conducteurs de phase forment un circuit oscillant avec la bobine d'extinction et ce circuit permet que le courant de compensation inductif de la bobine soit égal aux courants de dérivation capacitifs à la résonance. Il est donc prévu d'agir sur la bobine d'extinction pour modifier la résonance du circuit oscillant qui la comporte. Cette action est obtenue par l'intermédiaire d'un dispositif de régulation permettant de modifier l'inductivité de cette bobine qui doit donc être prévue réglable. Une solution connue permet un réglage d'impédance par gradins, il est réalisé avec l'aide d'un dispositif de commutation qui est prévu pour mettre en circuit des bobines différentes parallèlement montées en s'arrangeant pour qu'il yen ait toujours au moins une en circuit afin d'éviter d'interrompre la mise à la terre ainsi réalisée. Lorsqu'une impédance de compensation par gradins est montée en série avec un montage de création de point neutre pour assurer une mise à la terre d'une ligne triphasée de réseau d'alimentation au niveau d'un poste, il peut apparaître des contraintes diélectriques élevées à fréquence industrielle en cas de défaut phase- terre du côté haute tension du poste et à proximité de ce dernier. Le courant de défaut s'écoulant vers la terre provoque une montée locale de la tension qui est proportionnelle au produit de la résistance à la terre par l'intensité du courant de défaut. Une différence de potentiel AU de valeur significative, typiquement de quclques kilovolts, apparaît entre la terre au niveau du poste et la terre lointaine à l'autre extrémité de la ligne. Cette différence de potentiel excite le circuit de résonant formé par l'impédance de compensation L en série avec la capacité homopolaire de la ligne triphasée. Il s'ensuit une forte surtension VN à la fréquence du réseau d'alimentation dont l'amplitude est égale à: AU x L Lc0- Loe - 3CGw Lorsque l'impédance est réglée près de l'accord, on a L0 = 3Cco La surtension peut atteindre ainsi plusieurs dizaines de kilovolts et solliciter très fortement l'entrée de l'impédance de compensation. Il est donc prévu de limiter la montée de cette surtension par des dispositions constructives appropriées modifiant les caractéristiques électriques des éléments constitutifs du circuit résonnant qui sont susceptibles d'être réglées. Par ailleurs, comme il est connu, il est indispensable de déterminer le niveau de tenue de l'impédance de compensation d'un poste par des essais dielectriques à tension élevée, par exemple sous 50 kilovolts à 50 Hz dans le cas d'un réseau 24 1 5 kilovolts. De ce fait, les dispositifs de commutation de l'impédance de compensation doivent être prévus pour tenir compte de ces facteurs. Il est connu de réaliser ces dispositifs au moyen de disjoncteurs choisis pour leurs caractéristiques de tenue. Toutefois, comme il est connu, de tels disjoncteurs sont de grande taille et relativement coûteux. L'invention propose donc un dispositif de commutation pour impédance de compensation par gradins assurant une mise à la terre d'un neutre de réseau triphasé, soit directement, soit au travers d'un montage de création de point neutre. L'impédance comporte une pluralité de bobines reliées d'une part au point neutre, réel ou créé, du réseau et d'autre part à la terre via chacune une unité individuelle de contact du dispositif de commutation. Celui-ci est contrôlé par une unité de commande de manière à assurer le maintien permanent du point neutre du réseau à la terre, via au moins une des unités de contact sélectionnée à cet effet. Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif comporte des unités de contact constituées chacune par un contacteur multiphasé dont les pôles comprennent chacun un module de contact incluant un contact fixe et un contact mobile respectivement raccordés chacun à une borne extérieure de raccordement et deux des modules de contact de chacun des contacteurs sont électriquement raccordés en série entre la terre et l'une des bobines de l'impédance de compensation par gradins. Selon une caractéristique de l'invention, le contacteur multiphasé de chaque unité de contact comporte deux modules comprenant chacun un contact fixe et un contact mobile qui sont reliés l'un avec l'autre par l'intermédiaire des bornes de raccordement de leurs contacts mobiles, alors que les bornes de raccordement des contacts fixes de ces deux modules sont respectivement reliées l'une à la terre et l'autre au point neutre du réseau, via une des bobines de l'impédance de compensation par gradins. Selon une caractéristique de l'invention, chaque unité de contact comporte un contacteur triphasé dont les contacts fixes sont situés à une extrémité d'un carter, en matériau isolant rempli de gaz isolant, à l'opposé d'un socle qui est relié à la terre et qui contient le mécanisme de commande des contacts mobiles en translation du contacteur. Les bornes de raccordement extérieur des contacts fixes sont situés à l'extrémité du carter o sont situés ces contacts fixes. Les bornes de raccordement extérieur des contacts mobiles, reliées par tresse souple à ces contacts sont situés au-dessus du socle à un niveau inférieur à celui des bornes de raccordement des contacts fixes. Les deux unités de contact du contacteur en série entre la terre et une des bobines de l'impédance de compensation sont reliées entre elles au niveau de leurs bornes de raccordement de contact mobile. L'invention propose aussi une impédance de compensation par gradins composée d'une pluralité de bobines destinées à être individuellement reliées d'une part au point neutre, réel ou créé, d'un réseau multiphasé et d'autre part à la terre, via un dispositif de commutation comportant une unité de contact par bobine pour la mise en liaison sur commande du point neutre à la terre, via cette bobine et son unité de contact. Selon une caractéristique de l'invention, cette impédance comporte un dispositif de commutation tel que défini ci-dessus. L'invention, ses caractéristiques et ses avantages sont précisés dans la description qui suit en liaison avec les figures évoquées ci-dessous. La figure I présente un schéma de principe montrant la mise aà la terre d'une ligne triphasée par l'intermédiaire d'une impédance de compensation par gradins au niveau d'un poste, lorsque l'impédance est reliée aux conducteurs de la ligne par l'intermédiaire d'un montage de création de point neutre. La figure 2 présente un schéma de principe connu d'une impédance de compensation par gradins comportant un dispositif de commutation selon I'invention. Les figures 3 et 4 présentent chacune un schéma d'un exemple de sectionneur, tel qu'utilisé dans un dispositif de commutation selon l'invention, d'une part, en perspective et en coupe, lorsque ce sectionneur est ouvert et, d'autre part, déconnecté et en coupe simple, lorsqu'il est fermé et donc connecté. Le schéma connu présenté en figure I montre une mise à la terre d'une ligne triphasée, qui est classiquement réalisée au niveau d'un poste, non représenté, par l'intermédiaire d'une impédance de compensation par gradins 1, dont une borne est reliée à une terre et dont l'autre borne est reliée au point neutre N de la ligne. Ce point neutre N est obtenu par l'intermédiaire d'un montage de création de point neutre 2, s'il n'est pas déjà sorti au niveau du poste o la mise à la terre est réalisée, ceci se présentant dans le cas d'un montage en triangle 3, tel que schématisé sur la figure 1. Le montage de création de point neutre 2 est obtenu par raccordement des trois conducteurs de phase LI, L2, L3 de la ligne chacun par une même impédance Il, I2 ou I3 en un même point qui constitue le point neutre N désiré. Dans l'exemple présenté, le montage de création de point neutre 2 est un montage de type zigzag. L'impédance de compensation par gradins I est constituée de plusieurs bobines, telles BI, B2, B3, Bn ayant chacune une extrémité reliée au point N et une extrémité reliée à la terre, par l'intermédiaire d'une unité de contact individuelle C1, C2, C3 ou Cn, d'un dispositif de commutation 4 permettant une commande sélective des unités de contact individuelles. Cette commande est assurée par l'intermédiaire d'une unité de commande S agencée, de manière connue en soi et par exemple mécaniquement, pour maintenir sans aucune interruption une continuité électrique entre le point de neutre N et la terre, via au moins l'une des unités de contact, au niveau du poste o se situent l'impédance de compensation par gradins I et le montage de création de point neutre 2. Dans une forme de réalisation connue, ces unités de contact font partie de disjoncteurs. Un dispositif de commutation 6, selon l'invention, est schématisé sur la figure 2, il prévoit d'utiliser des unités de contact, constituées par des contacteurs connus, pour assurer sur commande la mise en circuit des bobines BI, B2, B3, Bn d'une impédance de compensation par gradins 1'. Ces contacteurs sont en effet notablement moins encombrants et moins chers que des disjoncteurs, tout en permettant de satisfaire aux contraintes imposées en matière de sécurité sur le plan électrique. Il est par exemple prévu d'utiliser dans le cas d'un réseau 24 kilovolts des contacteurs triphasés, de type GYROFLUOR GFA de la demanderesse, dont la tension assignée est de 12 kilovolts, en raison de la tenue interne propres à ces contacteurs. Le dispositif de commutation 6, selon l'invention est alors réalisé à l'aide d'autant de contacteurs, tels CTI, CT2, CT3 et CTn, qu'il y a de gradins d'impédance prévus. Chaque contacteur, qui correspond donc à une unité de contact, est disposé pour pouvoir relier individuellement et sur commande le point neutre N du réseau à la terre, via l'une des bobines BI, B2, B3 ou Bn constituant l'impédance de compensation par gradins 1' selon l'invention. Comme il est connu, un contacteur triphasé, tel qu'envisagé ci-dessus, comporte un pôle et donc un module de contact par phase. Chaque module comporte un élément mobile susceptible d'être positionné soit de manière à relier électriquement deux bornes de raccordement comportées par ce module, soit de manière à les isoler l'une de l'autre, suivant le choix imposé par l'unité de commande qui pilote l'impédance de compensation par gradins. Selon l'invention, il est prévu d'exploiter deux des pôles et donc des modules de contact d'un contacteur du dispositif de commutation 6, dans une configuration série, pour la mise en liaison du point neutre N à la terre par l'intermédiaire de chacune des bobines de l'impédance de compensation par gradins 1'. Deux des trois modules de contact simultanément commandés d'un contacteur, sont donc électriquement montés en série, tels les modules de contact CTI I et CTI2 interconnectés par la liaison EL pour le contacteur CTI, ici supposé associé à une bobine B I de l'ensemble de bobines composant l'impédance de compensation par gradins 1'. La liaison permanente EL, réalisée entre les deux modules de contact mis en série pour relier une bobine à la terre, est en l'air, lorsque le contacteur affecté à cette bobine est à l'état ouvert, puisque ces deux modules ont leurs bornes de raccordement respectives électriquement isolées l'une de l'autre. Ceci élimine donc les risques de claquage susceptibles d'apparaître, en présence d'une haute tension, lorsqu'un seul module de contact est utilisé par bobine et qu'une borne de ce module est à la terre, alors que l'autre est reliée au point N. L'invention permet d'utiliser des contacteurs, pour la commutation des bobines de I'impédance de compensation par gradins, qui sont prévus pour une tension assignée plus faible que celle jusqu'ici prévue pour de telles impédances. Il est également prévu d'exploiter le fait que les deux bornes de raccordement ne sont pas à une même distance du carter les contenant qui est à la terre, dans les contacteurs du type GYROFLUOR GFA évoqué cidessus. Ceci est montré sur les figures 3 et 4 qui représentent chacune un même contacteur, l'une en position ouverte ou de connexion et l'autre en position fermée ou de déconnexion. Ce contacteur comporte un carter 8, réalisé en matériau isolant et rempli de gaz d'isolement, par exemple du SF6. Ce carter est monté sur un socle 9 dans lequel le mécanisme de commande du contacteur est logé. Comme il est connu, ce mécanisme comporte une poutre de commande permettant d'actionner simultanément les parties mobiles respectives de contact pour chacun des trois pôles et donc des trois modules de contact du contacteur. Il comporte aussi un électro-aimant de commande en translation des contacts qui est placé au centre de la poutre. Les pôles sont identiques et alignés l'un derrière l'autre, ce qui a conduit à ne représenter que le premier pôle de l'alignement sur les deux figures 3 et 4. Dans l'exemple de contacteur envisagé, l'une des deux bornes externes de raccordement moyenne tension que comporte un module de contact est fixée à l'extrémité du carter qui est située à l'opposé du socle. Cette borne référencée 10 est reliée à un contact en bout, fixe, 1 1 disposé à cette extrémité et à l'intérieur du carter. L'autre borne de raccordement moyenne tension 12 est latéralement située au-dessus du socle, approximativement à mi-hauteur de carter. Elle est reliée à un contact en bout mobile 13 par une tresse conductrice souple 14 de liaison avec une borne qui traverse la paroi isolante du carter. Le contact mobile 13 est monté à l'extrémité d'une tige de support isolante 15 avec lequel il se déplace longitudinalement sous l'action de l'électro-aimant de commande qui agit axialement sur cette tige, à l'encontre d'un dispositif de rappel par ressort logé dans le socle. Le contact mobile d'un module est donc éloigné du contact fixe, tant que l'électro-aimant qui le commande n'est pas convenablement alimenté. L'agencement d'un tel contacteur conduit à ce que la tenue diélectrique du contact fixe 11 et du contact mobile 13 d'un même pôle ne soit pas identique, puisque l'un, situé en extrémité du carter, est plus proche que l'autre du socle qui est à la terre. Ceci conduit donc à relier en série les deux bornes 12 correspondant aux contacts mobiles des deux pôles ou modules de contact d'un contacteur qui est associé à une bobine d'impédance de compensation par gradins, dans le dispositif de commutation selon l'invention. Les deux bornes 10 correspondant aux contacts fixes de ces deux pôles sont alors séparément reliées l'une au point neutre N, via une des bobines et l'autre à la terre. Dans ces conditions et comme déjà indiqué plus haut, la tenue diélectrique minimale d'un contacteur est obtenue lorsque ses contacts mobiles 13 sont en position ouverte o ils sont séparés par une distance minimale dl du socle mis à la terre. Ceci est sans inconvénient puisque, dans le dispositif selon l'invention, les contacts mobiles utilisés sont alors en l'air. La tenue diélectrique maximale est obtenue pour un contacteur, lorsqu'il est mis en circuit et qu'il relie le point neutre N à la terre, alors que ses contacts mobiles 13 se sont déplacés jusqu'à ses contacts fixes 1 1 et que leur distance vis-à-vis du socle a atteint sa valeur maximale. Il est ainsi possible de bénéficier de la fiabilité et de l'endurance connues des contacteurs existants, pour le dispositif de commutation d'une impédance de compensation par gradins assurant une mise à la terre du point neutre d'un réseau triphasé. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de commutation pour impédance de compensation par gradins assurant une mise à la terre d'un neutre de réseau triphasé, soit directement, soit au travers d'un montage de création de point neutre, ladite impédance comportant une pluralité de bobines (B1 à Bn) reliées d'une part au point neutre (N), réel ou créé, du réseau et d'autre part à la terre via chacune une unité individuelle de contact (CI à Cn) du dispositif de commutation (4) qui est contrôlé par une unité de commande (5) pour assurer le maintien permanent du point neutre du réseau à la terre, via au moins une des unités de contact sélectionnée à cet effet, caractérisé en ce qu'il comporte des unités de contact constituées chacune par un contacteur multiphasé (CTI à CTn) dont les pôles comportent chacun un module de contact (CTII, CT12, CTnl, CTn2) incluant un contact fixe (11) et un contact mobile (13) respectivement raccordés chacun à une borne extérieure de raccordement (10 ou 12) et en ce que deux des modules de contact de chacun des contacteurs sont électriquement raccordés en série entre la terre et l'une des bobines de l'impédance de compensation par gradins. 2/ Dispositif, selon la revendication 1, dans lequel le contacteur multiphasé de chaque unité de contact comporte deux modules comprenant chacun un contact fixe ( 11) et un contact mobile (13) qui sont reliés l'un avec l'autre par l'intermédiaire des bornes de raccordement (12) de leurs contacts mobiles, alors que les bornes de raccordement des contacts fixes de ces deux modules sont respectivement reliées l'une à la terre et l'autre au point neutre (N) du réseau, via une des bobines de l'impédance de compensation par gradins. 3/ Dispositif, selon la revendication 2, o chaque unité de contact comporte un contacteur triphasé dont les contacts fixes (I 1) sont situés à une extrémité d'un carter (8), en matériau isolant rempli de gaz isolant, à l'opposé d'un socle (9) qui est relié à la terre et qui contient le mécanisme de commande des contacts mobiles en translation du contacteur, o les bornes de raccordement extérieur (10) des contacts fixes sont situés à l'extrémité du carter o sont situés ces contacts fixes, o les bornes de raccordement extérieur (12) des contacts mobiles, reliées par tresse souple à ces contacts sont situés au-dessus du socle à un niveau inférieur à celui des bornes de raccordement des contacts fixes et o les deux unités de contact du contacteur en série entre la terre et une des bobines de l'impédance de compensation (B1 à Bn) sont reliées entre elles au niveau de leurs bornes de raccordement de contact mobile. 4/Impédance de compensation par gradins composée d'une pluralité de bobines (BI à Bn) destinées à être individuellement reliées d'une part au point neutre (N), réel ou créé, d'un réseau multiphasé et d'autre part à la terre via un dispositif de commutation (4) comportant une unité de contact (Cl à Cn) par bobine pour la mise en liaison sur commande du point neutre à la terre, via cette bobine et son unité de contact, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de commutation5 selon l'une des revendications I à 3.