Disjoncteurs moyenne tension : pourquoi les mécanismes à ressort sont-ils largement utilisés

Les disjoncteurs moyenne tension—tels que les disjoncteurs à vide courants de 12 kV, 24 kV et 40,5 kV—utilisent généralement des mécanismes d’action à ressort. Ceci s’explique principalement par le fait que les mécanismes à ressort assurent l’équilibre optimal, dans les applications moyenne tension, entre les caractéristiques de fonctionnement, la fiabilité, l’économie et la dépendance vis-à-vis de l’alimentation auxiliaire.

Compte tenu des caractéristiques techniques des appareils de coupure moyenne tension, les raisons spécifiques peuvent être résumées selon les aspects fondamentaux suivants :

Exigences extrêmement faibles en puissance d’action (séparation entre le stockage d’énergie et l’action)

Le mécanisme à ressort fonctionne selon le principe de « charge lente par moteur, libération instantanée du ressort ». Le moteur de charge consomme typiquement seulement quelques dizaines à quelques centaines de watts, tandis que le processus de charge dure plusieurs secondes à plus de dix secondes. Lors des opérations de fermeture ou d’ouverture, seul un courant très faible (quelques ampères) est nécessaire pour déclencher le verrou de déclenchement afin d’accomplir l’action.

• Comparaison avec les mécanismes électromagnétiques : les anciens mécanismes électromagnétiques d’action nécessitaient, au moment de la fermeture, un courant continu élevé de plusieurs dizaines à même plus d’une centaine d’ampères, ce qui exigeait des alimentations continues de forte capacité et des câbles de commande robustes dans les postes électriques. Le mécanisme à ressort résout entièrement ce problème, pouvant être facilement actionné aussi bien par une source de courant alternatif que par une source de courant continu, réduisant ainsi significativement le coût des systèmes auxiliaires.

Disjoncteur à vide Rockwill VD4 Photo réelle

Capacité d’action parfaite en cas de « perte de tension » (fiabilité en situation d’urgence)

Dans des conditions extrêmes telles que des défauts graves du réseau ou une panne totale du poste électrique, le fonctionnement fiable du disjoncteur revêt une importance critique.

• Tant que le ressort est chargé (état d’énergie stockée), aucune alimentation externe n’est requise : des boutons-poussoirs mécaniques permettent d’effectuer les opérations d’ouverture ou de fermeture afin d’isoler le défaut ou de rétablir l’alimentation.

• Même si le ressort n’est pas chargé et qu’aucune alimentation n’est disponible, les opérateurs peuvent utiliser une manivelle de charge manuelle pour charger mécaniquement le ressort, puis procéder à une fermeture ou une ouverture manuelles. Cette redondance mécanique robuste constitue une protection essentielle pour la sécurité du réseau.

Adaptation parfaite aux caractéristiques mécaniques des disjoncteurs à vide

La grande majorité des applications moyenne tension actuelles utilisent des disjoncteurs à vide (VCB). L’écart entre les contacts de l’interrupteur à vide est très faible (pour les disjoncteurs de 12 kV, cet écart est généralement compris entre 8 et 11 mm) et la course supplémentaire est également courte. Toutefois, les exigences imposent une vitesse initiale élevée lors de la fermeture et de l’ouverture, ainsi qu’un rebond minimal à la fermeture.

• Le ressort se libère avec une force instantanée considérable. Associée à la conception mécanique des cames, des bielles et des mécanismes à quatre barres, cette libération permet de délivrer précisément la pression initiale élevée sur les contacts et la vitesse d’ouverture élevée requises par l’interrupteur à vide, empêchant efficacement la soudure des contacts et assurant une extinction rapide de l’arc au passage à zéro du courant.

Absence de milieux fluides, bonne adaptabilité environnementale

• Comparaison avec les mécanismes hydrauliques ou pneumatiques : dans les applications haute tension ou très haute tension (110 kV et plus), où une grande énergie d’action est souvent requise, on utilise des mécanismes hydrauliques ou pneumatiques. Toutefois, dans le domaine moyenne tension, l’énergie d’action nécessaire aux disjoncteurs (quelques dizaines à quelques centaines de joules) reste largement dans les limites physiques de stockage d’énergie des ressorts. Les mécanismes à ressort reposent exclusivement sur des transmissions mécaniques, exempts de problèmes tels que les fuites d’huile ou de gaz, l’augmentation de la viscosité de l’huile à basse température, et sont moins sensibles aux variations de température ambiante, ce qui entraîne des coûts de maintenance réduits.

Pour répondre aux exigences de longue durée de vie, les disjoncteurs moyenne tension peuvent opter pour des mécanismes d’action à aimants permanents. Ces mécanismes utilisent des aimants permanents pour maintenir la position fermée, comportent très peu de pièces mobiles et peuvent atteindre des durées de vie mécaniques de dizaines de milliers à plus de cent mille opérations—largement supérieures à celles des mécanismes à ressort traditionnels (généralement environ 10 000 à 20 000 opérations).

Dans des applications spéciales nécessitant des opérations fréquentes ou des périodes d’absence d’entretien ultra-longues (telles que les chemins de fer électrifiés ou les fours à arc métallurgiques), les mécanismes à aimants permanents constituent un meilleur choix grâce à leur faible usure et à leur absence de réglage requis.

Toutefois, les mécanismes à aimants permanents nécessitent des contrôleurs dédiés et des batteries de condensateurs, et imposent des exigences extrêmement strictes quant à la fiabilité des composants électroniques. Par conséquent, sur le marché général des appareils de coupure moyenne tension, les mécanismes à ressort conservent encore aujourd’hui une position dominante absolue grâce à leur simplicité, leur autonomie et leur faible coût.

Conclusion

Les mécanismes d’action à ressort échangent le temps contre la puissance (charge lente, libération rapide), offrant un très haut degré d’autonomie et de redondance du système par des moyens purement mécaniques. Prenons l’exemple du Rockwill VD4 : son mécanisme d’action à ressort modulaire, fondé sur des avantages purement mécaniques, permet en outre un fonctionnement sans entretien à long terme, réduisant significativement les coûts d’entretien sur tout le cycle de vie.

Par ailleurs, sa structure polaire à isolation solide isole efficacement la pénétration de la poussière et de l’humidité, garantissant des performances d’isolation stables et constantes dans des conditions de fonctionnement sévères.

Ces caractéristiques correspondent parfaitement aux exigences fondamentales des réseaux électriques moyenne tension : "déploiement de grande envergure, coûts de maintenance faibles et fiabilité extrêmement élevée dans l'élimination des pannes."

Édité par :Garca