Interruption par disjoncteur à gaz haute tension à coussin d'air
Explication détaillée du processus d'extinction d'arc dans un disjoncteur SF6 à soufflante
Dans un disjoncteur SF6 à soufflante, le processus d'extinction d'arc est un mécanisme crucial qui assure l'interruption fiable des forts courants, en particulier lors de conditions de court-circuit. Ce processus implique l'interaction entre les contacts principaux, les contacts d'arc et une buse en PTFE (Polytétrafluoroéthylène), qui guide le flux de gaz SF6 comprimé pour éteindre l'arc. Voici une explication détaillée du processus d'extinction d'arc, étape par étape :
État initial : Contacts principaux ouverts, courant commuté vers les contacts d'arc
Contacts principaux : Les contacts principaux, qui sont plus grands et conçus pour supporter le courant nominal, sont placés concentriquement à l'extérieur des contacts d'arc. Dans cet état initial, les contacts principaux se sont déjà ouverts, et le courant a été transféré (commuté) aux contacts d'arc.
Contacts d'arc : Les contacts d'arc sont plus petits et spécifiquement conçus pour gérer les hautes températures et pressions générées pendant l'arcing. Ils s'apprêtent à s'ouvrir, et au moment où ils le font, un arc va s'allumer entre eux.
Allumage de l'arc : Les contacts d'arc commencent à s'écarter
Alors que les contacts d'arc commencent à s'écarter, le courant continue de circuler à travers le petit espace entre eux, formant un arc. À ce stade, l'arc est encore relativement stable, et la buse en PTFE, fixée au contact mobile, commence à guider le gaz SF6 comprimé depuis le volume de soufflante vers l'arc.
Le flux de gaz est initialement limité car la section de l'arc peut être grande, en particulier à des courants de court-circuit élevés. Ce phénomène, où la section de l'arc est plus grande que le diamètre de la gorge de la buse, est connu sous le nom de colmatage de courant. Pendant le colmatage de courant, le flux de gaz est partiellement bloqué par l'arc, empêchant son refroidissement efficace.
Accroissement de la pression du gaz et rétrécissement de l'arc
Mouvement mécanique et transfert de chaleur : Alors que les contacts d'arc continuent de s'écarter, le mouvement mécanique des contacts compresse davantage le gaz SF6 dans le volume de soufflante. De plus, la chaleur de l'arc est transférée au gaz, entraînant une augmentation rapide de sa température. Cette combinaison de compression mécanique et de transfert de chaleur conduit à une augmentation significative de la pression du gaz dans le volume de soufflante.
Approche du passage par zéro du courant : Lorsque l'arc s'approche de son passage naturel par zéro (le point où le courant alternatif passe par zéro), la section de l'arc commence à diminuer. Cette réduction de la taille de l'arc permet au gaz SF6 comprimé de s'écouler plus librement à travers la buse.
Décharge puissante de gaz : Juste avant que les contacts d'arc ne s'écartent complètement, le gaz comprimé dans le volume de soufflante est libéré à travers la buse, créant une décharge puissante qui souffle directement sur l'arc. Ce flux de gaz à haute vitesse refroidit rapidement l'arc, le distend et perturbe le plasma ionisé, conduisant à l'extinction de l'arc.
Extinction de l'arc et récupération de la résistance diélectrique
Extinction de l'arc : Une fois l'arc éteint au passage par zéro du courant, le flux de courant cesse, et l'arc n'existe plus. L'absence de l'arc signifie que la source de chaleur est supprimée, permettant au gaz SF6 de refroidir.
Recombinaison des particules de gaz : Après l'extinction de l'arc, les particules de gaz SF6 décomposées (telles que SF4, S2F10, etc.) commencent à se recombiner, restaurant la structure chimique originale du SF6. Ce processus de recombinaison restaure également les propriétés isolantes du gaz.
Récupération de la résistance diélectrique : La recombinaison rapide des particules de gaz et le refroidissement du gaz conduisent à une récupération rapide de la résistance diélectrique entre les contacts. Cela garantit que l'arc ne se rallume pas lorsque la tension entre les contacts augmente après le passage du courant par zéro.
Arrêt du mouvement des contacts : Avec l'arc éteint et la résistance diélectrique restaurée, le mouvement des contacts s'arrête. La pression du gaz à l'intérieur du disjoncteur (CB) se stabilise alors, et le système retourne à un état normal, non conducteur.
Points clés à noter :
Colmatage de courant : À des courants de court-circuit élevés, la section de l'arc peut être plus grande que le diamètre de la gorge de la buse, bloquant temporairement le flux de gaz. Ce phénomène est appelé colmatage de courant. Malgré cela, la pression du gaz continue de s'accroître en raison de la compression mécanique et du transfert de chaleur de l'arc.
Volume de soufflante et conception de la buse : Le volume de soufflante est un composant crucial qui stocke le gaz SF6 comprimé, qui est ensuite libéré à travers la buse en PTFE. La buse est conçue pour diriger précisément le flux de gaz sur l'arc, assurant un refroidissement et une extinction d'arc efficaces.
Récupération rapide de la résistance diélectrique : L'un des principaux avantages du gaz SF6 est sa capacité à récupérer rapidement ses propriétés isolantes après l'extinction de l'arc. Cela garantit que le disjoncteur peut interrompre en toute sécurité des courants élevés sans risquer la réignition de l'arc.
Conclusion
Le processus d'extinction d'arc dans un disjoncteur SF6 à soufflante est une méthode hautement efficace et fiable pour interrompre des forts courants, en particulier lors de conditions de court-circuit. La combinaison de la compression mécanique, du flux de gaz et des propriétés uniques du gaz SF6 assure que l'arc est rapidement éteint, et que la résistance diélectrique entre les contacts est rapidement restaurée. Cette conception permet au disjoncteur de gérer de grands courants de défaut tout en maintenant l'intégrité et la sécurité du système électrique.
