Disjoncteurs à vide haute tension — Conception et principe de fonctionnement

Parmi les équipements haute tension modernes conçus pour commuter les circuits électriques en électricité, une place particulière est réservée aux disjoncteurs à vide. Ils sont largement utilisés dans les réseaux de 6 à 35 kV et moins souvent dans les schémas de 110 ou 220 kV inclus.

Leur courant de coupure nominal peut aller de 20 à 40 kA et leur résistance électrodynamique est d'environ 50 ÷ 100. Le temps de déclenchement total d'un tel disjoncteur ou panne est d'environ 45 millisecondes.

Chaque phase du circuit est séparée de manière fiable par des isolateurs et, en même temps, tous les équipements sont structurellement assemblés sur un entraînement commun. Les jeux de barres de la sous-station sont connectés aux bornes d'entrée de l'interrupteur et la connexion de sortie aux bornes de sortie.

Les contacts de puissance fonctionnent dans le disjoncteur à vide qui sont pressés ensemble pour fournir une résistance de contact minimale et un passage fiable des courants de charge et de secours.

La partie supérieure du système de contact est fixée en permanence et la partie inférieure sous l'action de la force motrice peut se déplacer strictement dans la direction axiale.

La photo montre que les plaques de contact sont situées dans une chambre à vide et sont entraînées par des tiges contrôlées par les forces de tension des ressorts et des bobines des électroaimants. Toute cette structure est située à l'intérieur d'un système d'isolateurs, excluant l'apparition de courants de fuite.

Les parois de la chambre à vide sont constituées de métaux purifiés, d'alliages et de compositions céramiques spéciales qui assurent l'herméticité de l'environnement de travail pendant plusieurs décennies. Afin d'exclure l'entrée d'air lors des mouvements du contact mobile, un dispositif à manchon est installé.

L'armature d'un électroaimant à courant continu peut se déplacer pour fermer les contacts de puissance ou les rompre en raison d'un changement de polarité de la tension appliquée à la bobine. Un aimant circulaire permanent intégré à la structure d'entraînement maintient la partie mobile dans n'importe quelle position actionnée.

Le système de ressorts assure la création de vitesses de mouvement optimales de l'armature lors des commutations, l'exclusion des rebonds de contact et la possibilité d'effondrements dans la structure de la paroi.

Les circuits cinématiques et électriques avec un arbre de synchronisation et des contacts auxiliaires supplémentaires sont assemblés à l'intérieur du corps de l'interrupteur, ce qui permet de surveiller et de contrôler la position de l'interrupteur dans n'importe quel état.

Rendez-vous

En termes de tâches fonctionnelles, le casse-vide ne diffère pas des autres analogues d'équipements haute tension. Fournit :

1.Passage fiable de la puissance électrique nominale pendant le fonctionnement continu ;

2. la possibilité d'une commutation garantie de l'équipement par le personnel électricien en mode manuel ou automatique lors de la commutation opérationnelle pour modifier la configuration du circuit de travail ;

3. suppression automatique des accidents émergents dans les plus brefs délais.

La principale différence entre le disjoncteur à vide est la méthode d'extinction de l'arc électrique qui se produit lorsque les contacts sont déconnectés pendant l'arrêt. Si ses analogues créent un environnement pour l'air comprimé, l'huile ou le gaz SF6, alors un vide fonctionne ici.

Le principe d'extinction d'arc dans le circuit de puissance

Les deux plaques de contact fonctionnent dans un environnement sous vide formé en pompant les gaz de la chambre de chute d'arc à 10-6÷10-8 N / cm2. Cela crée une résistance diélectrique élevée caractérisée par des propriétés diélectriques améliorées.

Avec le début du mouvement de l'entraînement des contacts, un espace apparaît entre eux, qui contient immédiatement un vide. À l'intérieur, le processus d'évaporation du métal chauffé des pastilles de contact commence. Le courant de charge continue de circuler à travers ces paires. Il initie la formation de décharges électriques supplémentaires, créant un arc dans un environnement sous vide, qui continue de se développer en raison de l'évaporation et de la libération de vapeurs métalliques.

Sous l'action de la différence de potentiel appliquée, les ions formés se déplacent dans une certaine direction, créant un plasma.

Dans son environnement, le flux de courant électrique se poursuit, une ionisation supplémentaire se produit.

L'interrupteur fonctionnant en courant alternatif, son sens à chaque demi-période est inversé.Lorsque l'onde sinusoïdale passe par zéro, il n'y a pas de courant. De ce fait, l'arc est brusquement éteint et interrompu, et les ions métalliques rejetés cessent de se séparer et se déposent complètement en 7 à 10 microsecondes sur les surfaces de contact les plus proches ou sur d'autres parties de la chambre d'extinction d'arc.

À ce stade, la rigidité diélectrique de l'espace entre les contacts de puissance, rempli de vide, est restaurée presque immédiatement, ce qui assure l'arrêt définitif du courant de charge. Au demi-cycle suivant de l'onde sinusoïdale, l'arc électrique ne peut plus se produire.

Ainsi, pour mettre fin à l'action d'un arc électrique dans un environnement sous vide, lorsque les contacts de puissance sont ouverts, il suffit que le courant alternatif change de sens.

Caractéristiques technologiques des différents modèles

Les disjoncteurs à vide sont conçus pour un fonctionnement continu à l'extérieur ou dans des structures fermées. Les unités de montage externes sont fabriquées avec des poteaux solides fabriqués avec une isolation en silicone, et pour le travail interne, des composés époxy coulés sont utilisés.

Les chambres à vide sont fabriquées de manière mobile en usine, configurées de manière optimale pour être installées dans un boîtier moulé. Des contacts de puissance constitués de types spéciaux d'alliages alliés sont déjà placés à l'intérieur. Grâce au principe de fonctionnement et à la conception appliqués, ils assurent une extinction douce de l'arc électrique, excluent la possibilité de surtension dans le circuit.

Un actionneur électromagnétique universel est utilisé dans toutes les conceptions de disjoncteurs à vide. Il maintient les contacts de puissance à l'état fermé ou éteint grâce à l'énergie d'aimants puissants.

La commutation et la fixation du système de contact s'effectuent par la position du « loquet magnétique », qui commute la chaîne d'aimants pour reconnecter ou déconnecter l'armature mobile. Les éléments à ressort intégrés permettent une commutation manuelle par le personnel électrique.

Pour contrôler le fonctionnement de l'interrupteur à vide, des circuits de relais typiques ou électroniques, unités de microprocesseur, qui peuvent être situés directement dans le boîtier du variateur ou constitués d'appareils distants dans des armoires, des blocs ou des panneaux séparés.

Avantages et inconvénients des disjoncteurs à vide

Les avantages incluent :

• relative simplicité de conception;

• réduction de la consommation d'électricité pour la production d'interrupteurs ;

• commodité dans la réparation, qui consiste en la possibilité de remplacer en bloc une goulotte d'arc cassée;

• la capacité du commutateur à fonctionner dans n'importe quelle orientation dans l'espace ;

• grande fiabilité;

• résistance accrue aux charges de commutation;

• tailles limitées ;

• résistance au feu et à l'explosion;

• fonctionnement silencieux lors de la commutation ;

• respect de l'environnement élevé, à l'exception de la pollution atmosphérique.

Les inconvénients de la conception sont:

• courants admissibles relativement faibles des modes nominal et d'urgence ;

• l'apparition de surtensions de commutation lors d'interruptions de faibles courants inductifs ;

• ressource réduite du dispositif à arc en termes d'élimination des courants de court-circuit.