Disjoncteurs de générateurs (GCB) par rapport aux disjoncteurs haute tension conventionnels : les principales différences

1. Interruption des courants de court-circuit à « traversée de zéro retardée »

• Disjoncteurs conventionnels : éteignent l'arc au passage naturel du courant par zéro. Dans un réseau de distribution typique, la composante continue du courant de court-circuit décroît rapidement, de sorte que le passage par zéro arrive presque immédiatement et l'interruption est simple.
• Disjoncteurs de générateur : font face à une situation très différente. Avec le rapport X/R extrêmement élevé du circuit du générateur, la composante continue décroît très lentement, ce qui peut repousser le passage par zéro loin dans le futur — une condition connue sous le nom de « traversée de zéro retardée ». Selon la norme IEC/IEEE 62271-37-013, le GCB doit être capable d'interrompre des courants portant un pourcentage très élevé de composante continue. Il y parvient en établissant une tension d'arc élevée lorsque les contacts s'écartent, forçant le courant à zéro afin que le défaut puisse être éliminé en toute sécurité.

2. Taux de croissance de la tension transitoire de rétablissement (TRV)

• Disjoncteurs conventionnels : présentent une croissance de la TRV relativement douce pour les défauts en bornes lors de la séparation des contacts, de sorte que les performances de récupération diélectrique requises sont modestes.
• Disjoncteurs de générateur : voient la TRV croître extrêmement rapidement avec très peu de retard temporel sur les défauts côté générateur. Pour y survivre, un GCB a besoin d'une vitesse de récupération diélectrique bien supérieure à ce qu'offrirait un disjoncteur de distribution de la même classe.

3. Niveau d'isolation et capacité de tenue

• Disjoncteurs conventionnels : sont isolés principalement contre les variations normales de tension du réseau.
• Disjoncteurs de générateur : doivent faire face à des changements rapides de tension lorsque le générateur est déconnecté, ce qui peut imposer des surtensions transitoires très élevées au disjoncteur. Les GCB sont donc construits avec des niveaux d'isolation et une capacité de tenue aux chocs de foudre nettement supérieurs à ceux des disjoncteurs de distribution de calibres comparables.

4. Ouverture et fermeture hors phase

• Disjoncteurs conventionnels : n'ont généralement aucune exigence obligatoire d'ouverture hors phase, ou seulement une exigence légère.

• Disjoncteurs de générateur : doivent offrir une forte ouverture hors phase. Si le générateur et le réseau sont désynchronisés — avec une tension et une fréquence non concordantes — l'espace de coupure est soumis à une tension extrêmement élevée. Les GCB sont donc spécifiés pour des courants de coupure hors phase bien supérieurs à ceux des disjoncteurs conventionnels, avec une composante continue admissible plus élevée dans le courant asymétrique également.

5. Courant assigné et pouvoir de coupure

• Disjoncteurs conventionnels : sont construits pour des calibres de courant modestes.
• Disjoncteurs de générateur : sont conçus pour des courants élevés. Leur courant assigné en service continu et leur courant de court-circuit admissible surpassent largement ceux des disjoncteurs de distribution, car ils doivent gérer les conditions de service extrêmes des grands groupes générateurs.

6. Construction et mécanisme de manœuvre

• Disjoncteurs conventionnels : en particulier à des tensions plus élevées, où l'espacement entre les phases est important — sont souvent construits comme des dispositifs à commande unipolaire, ce qui comporte le risque de manœuvre non simultanée des phases.
• Les disjoncteurs de générateur sont généralement équipés d'un mécanisme de manœuvre à verrouillage mécanique triphasé pour garantir une opération synchrone. Cela empêche le courant inverse que la manœuvre non simultanée produirait dans le stator du générateur, ce qui pourrait autrement endommager le rotor. Les GCB modernes ont également tendance à intégrer le disjoncteur, le sectionneur, l'interrupteur de mise à la terre et les transformateurs de mesure dans un assemblage compact unique.

Résumé

Un disjoncteur de groupe n'est pas simplement un disjoncteur haute tension conventionnel inséré dans le circuit du générateur ; c'est une protection à usage spécifique conçue pour les exigences uniques des systèmes de générateurs. Le disjoncteur conventionnel fonctionne dans un réseau de distribution où la composante continue se dissipe rapidement et l'impédance du système reste relativement stable, tandis que le disjoncteur de groupe doit faire face à des courants à passage par zéro retardé dus à des rapports X/R élevés, une TRV extrêmement raide, des manœuvres hors phase exigeantes et des calibres de courant très élevés.

Ajoutez le mécanisme à verrouillage triphasé, et vous obtenez une conception qui élimine le risque de dommages au rotor causé par un fonctionnement non simultané. Les disjoncteurs de distribution ne sont tout simplement pas à la hauteur des contraintes électriques à la sortie du générateur — seul un disjoncteur de groupe peut éliminer ces défauts en quelques millisecondes et assurer la protection dont dépendent les grandes unités de production et leurs transformateurs élévateurs.

Édité à partir de : Garca