Brevet FR2977972A1 — publié le 20130118

DISPOSITIF INTERRUPTEUR POUR HAUTE TENSION DANS UN RESEAU ELECTRIQUE DOMAINE TECHNIQUE 5 L'invention concerne un dispositif de coupure destiné à être utilisé comme disjoncteur dans un réseau haute tension comportant une enveloppe ayant un axe longitudinal, au moins un premier interrupteur à 10 soufflage de gaz disposé dans une première chambre de coupure à l'intérieur de ladite enveloppe, le premier interrupteur comportant une première paire de contacts d'arc qui peuvent être déplacés l'un par rapport à l'autre en translation dans la direction longitudinale 15 de l'enveloppe. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Lors des coupures de courant dans un réseau 20 électrique HT (haute tension) les interrupteurs HT des installations électriques doivent supporter des tensions transitoires de rétablissement TTR (TRV pour Transcient Recovery Voltage en anglais) générées par le réseau et dont l'influence est déterminante pour la 25 réussite de la coupure. Cette tension TTR se caractérise principalement par sa vitesse de montée (RRRV, pour Rate of Rise of Recovery Voltage), lors d'une phase appelée thermique, pendant les premières microsecondes ou dixième de microsecondes après la 30 coupure du courant, et par son amplitude maximale (AF pour amplitude factor) lors d'une phase appelée diélectrique, plusieurs centaines de microsecondes après la coupure du courant. L'amplitude maximale peut être exprimée comme le ratio entre la valeur maximale de la surtension et la tension nominale du réseau (en PU pour « Par Unité »). Une amplitude trop importante peut entraîner la reformation d'un arc électrique après la coupure du courant dans un réseau. La vitesse de montée, qui s'exprime en KV/µs, est un facteur qui va déterminer si un arc électrique va se reformer et s'entretenir aux bornes de l'appareillage de coupure dans le cas où ce dernier n'est pas adapté pour l'application. Considérer la phase thermique et la phase diélectrique séparément lors de la conception des chambres de coupures du disjoncteur conduirait à concevoir des chambres de coupures optimales différentes pour chaque phase. Par conséquent, pour que les chambres soient identiques il est nécessaire de trouver un compromis dans le choix des paramètres des chambres des coupures pour obtenir des coupures optimisées dans les deux phases. Dans les applications mettant en oeuvre des interrupteurs à soufflage de gaz ayant deux ou un nombre multiple de deux unités de coupure par pôles, il est possible d'éviter ce compromis en associant en série les paires d'unités de coupures ayant chacune une fonction qui lui est spécifiquement dédiée. Dans ce cas, une paire d'unités aura une conception optimisée, une unité pour supporter la tension transitoire de rétablissement durant la phase thermique et l'autre L2977972 3 unité sera optimisée pour supporter la tension transitoire de rétablissement durant la phase diélectrique. En d'autres termes, pour éviter le 5 compromis dans le choix des paramètres de conception des chambres de coupure il est nécessaire de prévoir des unités de coupures dédiées respectivement pour la phase thermique et la phase diélectrique. Les dispositifs avec unités de coupure 10 dédiées sont déjà connus, notamment, par le document EP 1 271 590 Al qui décrit un dispositif de coupure de type hybride comportant une enveloppe remplie d'un gaz diélectrique et ayant sur un axe longitudinal, un interrupteur à vide disposé dans l'enveloppe, 15 comportant une première paire de contacts d'arc constituée d'un premier contact qui est fixe et d'un second contact qui peut être déplacé en translation dans la direction longitudinale de l'enveloppe, des moyens prévus pour exercer sur le second contact une 20 force telle que la pression mutuelle entre les surfaces d'appui du premier et du second contact soit supérieure à une valeur déterminée tant que l'interrupteur à vide autorise le passage du courant, un interrupteur a gaz disposé dans l'enveloppe, comportant une seconde paire 25 de contacts d'arc constituée d'un troisième contact qui est fixe et d'un quatrième contact qui peut être déplacé en translation dans la direction axiale longitudinale, comportant de plus une chambre de soufflage qui comprend un volume de soufflage 30 thermique, une tige de manoeuvre reliée au quatrième contact et pouvant être immobilisée ou déplacée en translation par des moyens de commande. Ce dispositif comporte en outre un moyen de raccordement connectant électriquement les second et troisième contacts, apte à être déplacé en translation dans la direction axiale longitudinale solidairement avec le second contact, des moyens de déplacement reliés à ce moyen de raccordement et à la tige de manoeuvre pour les déplacer de manière à séparer les second et quatrième contacts respectivement des premier et troisième contacts. Le dispositif décrit ci-dessus comporte un interrupteur à soufflage de gaz et un interrupteur à vide. Ce dispositif n'est pas adapté aux situations de coupure sous une haute tension supérieure à 245kV. En plus, les interrupteurs à vide sont très coûteux en haute tension lorsque le courant de court-circuit dépasse 50 kA. Le but de l'invention est de proposer une 20 alternative peu coûteuse pour pallier les inconvénients de l'art antérieur décrit ci-dessus. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention préconise un dispositif de 25 coupure destiné à être utilisé comme disjoncteur dans un réseau haute tension comportant une enveloppe ayant un axe longitudinal, au moins un premier interrupteur à soufflage de gaz disposé dans une première chambre de coupure à l'intérieure de ladite enveloppe, le premier 30 interrupteur comportant une première paire de contacts d'arc qui peuvent être déplacés l'un par rapport à l'autre en translation dans la direction longitudinale de l'enveloppe. Le dispositif selon l'invention comporte en outre un deuxième interrupteur à soufflage de gaz disposé dans une deuxième chambre de coupure et un condensateur monté en parallèle avec le deuxième interrupteur à soufflage de gaz de sorte que lors d'une coupure en court-circuit, la tension de rétablissement générée par le réseau s'applique essentiellement au premier interrupteur à soufflage de gaz pendant la phase diélectrique de la coupure. Un deuxième interrupteur est configuré pour supporter la première partie de la tension transitoire de rétablissement (TRV pour transient recovery voltage) au cours d'une première phase dite thermique et le premier interrupteur est configuré pour supporter une deuxième partie de la tension transitoire de rétablissement au cours d'une deuxième phase dite diélectrique. Préférentiellement, le condensateur monté en parallèle avec le deuxième interrupteur a une capacité inférieure ou égale à 3 nF. La première et la deuxième chambre de coupure peuvent contenir un même gaz ou des gaz 25 différents. Selon une autre caractéristique de l'invention, le premier interrupteur à soufflage de gaz comporte une buse de soufflage de diamètre supérieur à celui de la buse de soufflage du deuxième interrupteur 30 à soufflage de gaz. Dans une première application, le dispositif selon l'invention est destiné à être utilisé comme disjoncteur dans un réseau haute tension dans des postes de type AIS (Air Insulated Switchgear). Dans une deuxième application, le dispositif selon l'invention est destiné à être utilisé comme disjoncteur dans un réseau haute tension dans des postes de type GIS (Gas Insulated Switchgear). Dans une troisième application, le dispositif selon l'invention est destiné à être utilisé pour un disjoncteur de type Dead tank. Dans un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention, le deuxième interrupteur est agencée perpendiculairement la direction longitudinale de l'enveloppe. Dans un deuxième mode de réalisation, le dispositif selon l'invention comporte des pôles en forme de V et deux interrupteurs à soufflage de gaz supportés par une colonne dans le plan horizontal. Dans un troisième mode de réalisation, le dispositif selon l'invention comporte des pôles en forme de V et les interrupteurs à soufflage de gaz sont agencés en V et supportés par une colonne. Dans un quatrième mode de réalisation, les 25 interrupteurs à soufflage de gaz sont agencés sur un même axe. Dans un cinquième mode de réalisation les interrupteurs à soufflage de gaz sont agencés sur deux axes perpendiculaires. 30 Selon un mode particulier de réalisation, le dispositif selon l'invention comporte quatre interrupteurs à soufflage de gaz par pôles, deux desdites interrupteurs à soufflage de gaz étant destinés à supporter la tension transitoire de rétablissement au cours de la phase diélectrique, et les deux autres interrupteurs étant destinés à supporter la tension transitoire de rétablissement au cours de la phase thermique. Selon un autre mode particulier de réalisation, le dispositif selon l'invention comporte quatre interrupteurs à soufflage de gaz par pôles, trois desdits interrupteurs à soufflage de gaz étant destinés à supporter la tension transitoire de rétablissement au cours de la phase diélectrique, et un interrupteur à soufflage de gaz étant destinés à supporter la tension transitoire de rétablissement au cours de la phase thermique. Dans tous les modes de réalisation de l'invention, la séparation des contacts se produit d'abord dans le premier interrupteur à soufflage de gaz, puis dans le deuxième interrupteur à soufflage de gaz. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, prise à titre d'exemple non limitatif, en référence aux figures annexées dans lesquelles: - la figure 1 illustre schématiquement un dispositif de coupure selon l'invention, - la figure 2 illustre schématiquement l'évolution de la tension TTR aux bornes du disjoncteur en fonction du temps lors d'un déclenchement du disjoncteur. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS 5 La figure 1 représente un dispositif de coupure 2 destiné à être utilisé comme disjoncteur dans un réseau haute tension comportant une enveloppe 4 ayant un axe longitudinal 6, un premier interrupteur à 10 soufflage de gaz 8 disposé dans une première chambre de coupure 10 à l'intérieure de l'enveloppe 4, le premier interrupteur 8 comportant une première paire de contacts d'arc constituée d'un premier contact 12 qui est fixe et d'un second contact 14 qui peut être 15 déplacé en translation dans la direction longitudinale de l'enveloppe 4 sous l'action d' un organe de manoeuvre non représenté via une tige longitudinale 18. Le dispositif comporte en outre un deuxième interrupteur à soufflage de gaz 20 disposé dans une 20 deuxième chambre de coupure 22 et un condensateur 24 monté en parallèle avec le deuxième interrupteur à soufflage de gaz 20 de sorte que lors d' une coupure en court-circuit, la tension de rétablissement générée par le réseau dans la phase diélectrique s'applique 25 essentiellement au premier interrupteur à soufflage de gaz. Le deuxième interrupteur à soufflage de gaz 20 comporte un contact fixe 30 et un contact mobile 32 relié à une pièce 34 qui se déplace perpendiculairement 30 à l'axe horizontale de l'enveloppe 4. Le dispositif comporte une glissière 50 reliée d'une part au second contact 14 via la tige mobile 18 et d'autre part, à la pièce 34. Lors d'un déclenchement du disjoncteur, l'organe de manoeuvre déplace la pièce 18 vers le bas pour séparer les contacts d'arc 12 et 14 du premier interrupteur 8. La forme de la glissière 50 est conçue de telle sorte que lors du déplacement de la tige 18 vers le bas, dans un premier temps, les contacts d'arc 12 et 14 restent immobiles pendant quelques millisecondes alors que le contact mobile 32 du deuxième interrupteur 20 se déplace par rapport au contact fixe 30 pendant ce laps de temps, de sorte que les contacts du premier interrupteur 8 s'ouvrent après ceux du deuxième interrupteur 20 avec un retard prédéterminé par la forme de la glissière 50. En effet, le déplacement de la pièce 18 vers le bas, combiné avec le mouvement de la glissière 50, entraînent d'abord un déplacement de la pièce 34 vers la gauche et donc l'ouverture des contacts de l'interrupteur 20. La figure 2 illustre schématiquement l'évolution de la tension TTR aux bornes du disjoncteur en fonction du temps après le déclenchement du disjoncteur. Comme on peut le voir sur cette figure 2, la tension TTR croit rapidement pendant un court intervalle de quelques microsecondes entre le début du rétablissement de tension et un instant tl pour atteindre une première valeur Ul, puis continue de croître moins vite pendant un intervalle plus long de plusieurs centaines de microsecondes entre l'instant tl et un deuxième instant t2 pour atteindre une valeur maximale Uc à l'instant t2. Le premier intervalle correspond à la phase thermique et le deuxième intervalle correspond à la phase diélectrique. Lorsque le courant passe par zéro, le disjoncteur réussit la coupure s'il est capable de supporter la tension TTR, d'abord dans la phase thermique, puis dans la phase diélectrique. Selon l'invention, lorsque la séparation des contacts du deuxième interrupteur 20 est suffisante, ce dernier permet de supporter la tension TTR pendant la phase thermique. A cet instant, la distance entre les contacts du premier interrupteur 8 est supérieure à celle qui sépare les contacts du deuxième interrupteur 20. La chambre de coupure du premier interrupteur 8 est conçue de sorte que sa buse de soufflage possède un diamètre supérieur à celui de la buse de soufflage du deuxième interrupteur 20. Ceci confère au premier interrupteur 8 une tenue de tension suffisante pendant la phase diélectrique. En plus, la présence du condensateur 24 en parallèle avec le deuxième interrupteur 20 a pour conséquence que la tension TTR est appliquée principalement au premier interrupteur 8 pendant la phase diélectrique. Le mode de réalisation montre que le premier interrupteur a un contact fixe et un contact mobile. Le même principe est applicable avec un premier interrupteur ayant deux contacts mobiles avec un mouvement relatif de l'un par rapport à l'autre, comme montré par exemple dans le brevet EP 1 032 009. REVENDICATIONS1. Dispositif de coupure (2) destiné à être utilisé comme disjoncteur dans un réseau haute tension comportant une enveloppe (4) ayant un axe longitudinal (6), un premier interrupteur à soufflage de gaz (8) disposé dans une première chambre de coupure (10) à l'intérieur de l'enveloppe (4), le premier interrupteur (8) comportant une première paire de contacts d'arc (12) et (14) qui peuvent être déplacés l'un par rapport à l'autre en translation dans la direction longitudinale de l'enveloppe (4), dispositif caractérisé en ce qu'il comporte en outre un deuxième interrupteur à soufflage de gaz (20) disposé dans une deuxième chambre de coupure (22) et un condensateur (24) monté en parallèle avec le deuxième interrupteur à soufflage de gaz (20) de sorte que lors d'une coupure en court-circuit, la tension de rétablissement générée par le réseau s'applique essentiellement au premier interrupteur à soufflage de gaz (8) pendant la phase diélectrique 2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel le deuxième interrupteur à soufflage de gaz (20) comporte un contact fixe (30) et un contact mobile (32) relié à une pièce (34) qui se déplace perpendiculairement à l'axe horizontal de l'enveloppe (4). 3. Dispositif selon la revendication 1 comportant en outre une glissière (50) reliée d'une 30 part au second contact (14) via la pièce mobile (18) etd'autre part, à la pièce (34) de telle sorte que lors d'un déclenchement, un organe de manoeuvre déplace la tige (18) vers le bas pour séparer les contacts d'arc (12) et (14) du premier interrupteur (8), la forme de ladite glissière (50) étant conçue de sorte que lors du déplacement de la tige (18) vers le bas, dans un premier temps, les contacts d'arc (12) et (14) restent immobiles pendant un laps de temps prédéfini, alors que le contact mobile (32) du deuxième interrupteur (20) se déplace par rapport au contact fixe (30) pendant ce laps de temps. 4. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel, le deuxième interrupteur est configuré pour supporter une première partie de la tension transitoire de rétablissement au cours d'une première phase dite thermique et le premier interrupteur est configuré pour supporter une deuxième partie de la tension transitoire de rétablissement au cours d'une deuxième phase dite diélectrique. 5. Dispositif selon la revendication 3 destiné à être utilisé comme disjoncteur dans un réseau haute tension dans des postes de type AIS (Air Insulated Switchgear). 6. Dispositif selon la revendication 3 destiné à être utilisé comme disjoncteur dans un réseau haute tension dans des postes de type GIS (Gas Insulated Switchgear). 7. Dispositif selon la revendication 3 destiné à être utilisé comme disjoncteur de type Dead 30 tank. 8. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel le deuxième interrupteur est agencé perpendiculairement la direction longitudinale de l'enveloppe. 9. Dispositif selon la revendication 1 comportant des pôles en forme de V, les interrupteurs à soufflage de gaz étant supportés par une colonne dans le plan horizontal. 10. Dispositif selon la revendication 1 comportant des pôles en forme de V, les interrupteurs à soufflage de gaz étant agencés en V et supportés par une colonne. 11. Dispositif selon la revendication 6 ou 7 dans lequel les interrupteurs à soufflage de gaz 15 sont agencés sur un même axe. 12. Dispositif selon l'une des revendications 6 ou 7 dans lequel les interrupteurs à soufflage de gaz sont agencés sur deux axes perpendiculaires. 20 13. Dispositif selon la revendication 2 comportant quatre interrupteurs à soufflage de gaz par pôles, deux desdites interrupteurs à soufflage de gaz étant destinés à supporter la tension transitoire de rétablissement au cours de la phase diélectrique, et 25 les deux autres interrupteurs étant destinés à supporter la tension transitoire de rétablissement au cours de la phase thermique. 14. Dispositif selon la revendication 2 comportant quatre interrupteurs à soufflage de gaz par 30 pôles, trois desdits interrupteurs à soufflage de gazétant destinés à supporter la tension transitoire de rétablissement au cours de la phase diélectrique, et un interrupteur à soufflage de gaz étant destiné à supporter la tension transitoire de rétablissement au cours de la phase thermique. 15. Dispositif selon la revendication 1 configuré de sorte que la séparation des contacts se produit d'abord dans le premier interrupteur à soufflage de gaz (8), puis dans le deuxième interrupteur à soufflage de gaz (20). 16. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel le condensateur (24) a une capacité inférieure ou égale à 3 nF. 17. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel la première chambre de coupure (10) et la deuxième chambre de coupure (22) contiennent un même gaz. 18. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel la première chambre de coupure (10) et la deuxième chambre de coupure (22) contiennent des gaz différents. 19. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel le premier interrupteur à soufflage de gaz (8) comporte une buse de soufflage de diamètre supérieur à celui de la buse de soufflage du deuxième interrupteur à soufflage de gaz (20).