Différence typique entre les équipements de commutation SF6 et à vide en haute tension
Comparaison des interrupteurs à vide et à SF6 dans les équipements de haute tension
Lorsqu'il s'agit d'interrompre les courants de défaut, en particulier ceux associés à un taux de montée très élevé de la tension de récupération transitoire (TRV), les interrupteurs à vide présentent un avantage significatif par rapport aux interrupteurs à SF6 (hexafluorure de soufre) en raison de leurs meilleures caractéristiques de récupération diélectrique. Voici une comparaison détaillée, incluant les principales différences en termes de statistiques de claquage, de comportement de claquage tardif et de performance dans des applications spécifiques comme le commutateur de charge inductive et le commutateur de banc de condensateurs.
1. Récupération diélectrique et Tension de Récupération Transitoire (TRV)
Interrupteurs à Vide:
Récupération Diélectrique Rapide: Les interrupteurs à vide sont connus pour leur récupération diélectrique extrêmement rapide, ce qui est crucial lorsqu'on traite avec des taux de TRV élevés. Après l'interruption du courant, l'écart de vide restaure rapidement ses propriétés isolantes, ce qui le rend très efficace pour gérer des conditions de TRV abrupte.
Performance Supérieure en TRV Abrupte: Ce temps de récupération rapide permet aux interrupteurs à vide de gérer plus efficacement les tensions de récupération transitoires avec un taux de montée très élevé que les interrupteurs à SF6. La restauration rapide de l'isolation minimise le risque de réallumage pendant la phase de TRV.
Interrupteurs à SF6:
Récupération Diélectrique Plus Lente: Bien que toujours efficaces, les interrupteurs à SF6 ont une récupération diélectrique plus lente que les interrupteurs à vide. Cela signifie qu'en cas d'événement de TRV abrupte, il y a un risque plus élevé de réallumage ou de claquage avant que l'isolation ne se restaure complètement.
Moins Adaptés aux TRV Abruptes: Dans les applications où la TRV a un taux de montée très élevé, les interrupteurs à SF6 peuvent ne pas performer aussi bien que les interrupteurs à vide, potentiellement entraînant une plus grande contrainte sur l'interrupteur et un risque accru de défaillance.
2. Statistiques de Claquage
Interrupteurs à Vide:
Tension de Claquage Élevée: En principe, les écarts de vide ont une tension de claquage très élevée, ce qui les rend hautement fiables dans la plupart des conditions de fonctionnement.
Petite Probabilité de Claquage à Tension Modérée: Malgré la tension de claquage élevée, il y a encore une très faible probabilité de claquage à des tensions relativement modérées. Cependant, cette probabilité est extrêmement faible et n'est généralement pas une préoccupation dans les applications pratiques.
Interrupteurs à SF6:
Tension de Claquage Inférieure: Les écarts de SF6 ont généralement une tension de claquage inférieure par rapport aux écarts de vide, ce qui signifie qu'ils sont plus susceptibles de claquer dans certaines conditions.
Performance Plus Consistante: Bien que les interrupteurs à SF6 aient une tension de claquage inférieure, ils tendent à avoir une performance plus prévisible et constante sur une large gamme de conditions de fonctionnement.
3. Comportement de Claquage Tardif
Interrupteurs à Vide:
Claquage Tardif Spontané: Une caractéristique unique des interrupteurs à vide est qu'ils peuvent subir un claquage tardif spontané, qui peut survenir jusqu'à plusieurs centaines de millisecondes après l'interruption du courant. Ce phénomène est rare mais peut se produire en raison de l'ionisation résiduelle ou d'autres facteurs.
Conséquences Limitées: Les conséquences de tels événements de claquage tardif sont minimales car l'écart de vide restaure immédiatement son isolation après le claquage. Cette propriété d'autoguérison assure que l'interrupteur reste fonctionnel et sûr.
Interrupteurs à SF6:
Aucun Claquage Tardif: Les interrupteurs à SF6 ne présentent pas de comportement de claquage tardif, car le gaz SF6 se dé-ionise rapidement après l'interruption du courant, restaurant les propriétés isolantes de l'écart.
4. Performance dans la Commutation de Charge Inductive
Interrupteurs à Vide:
Taux de Réallumage Plus Élevé: Dans la commutation de charge inductive, en particulier lors de la commutation de réactances shunt, les interrupteurs à vide ont tendance à subir un nombre significativement plus élevé de réallumages répétés à un zéro de courant de fréquence de puissance. Cela est dû à la récupération diélectrique rapide, qui peut conduire à un réallumage si la TRV dépasse les capacités de l'interrupteur.
Stratégies d'Atténuation: Pour atténuer ce problème, des mesures spéciales telles que des résistances d'insertion préalable ou des circuits de snubber peuvent être utilisées pour limiter la TRV et réduire la probabilité de réallumage.
Interrupteurs à SF6:
Taux de Réallumage Plus Faible: Les interrupteurs à SF6 ont généralement un taux de réallumage plus faible dans les applications de commutation de charge inductive. Cela est dû à la récupération diélectrique plus lente du SF6, qui permet une augmentation progressive de l'isolation, réduisant ainsi les chances de réallumage.
5. Commutation de Banc de Condensateurs
Interrupteurs à Vide:
Inquiétudes Relatives à l'Arc Pré-commutation: Lors de la commutation de bancs de condensateurs, les interrupteurs à vide doivent éviter des courants d'inrush très élevés. L'arc de pré-commutation, qui peut survenir avant que les contacts ne se ferment complètement, peut détériorer les propriétés diélectriques du système de contacts, conduisant à des éventuelles défaillances.
Mesures d'Atténuation: Pour prévenir cela, les appareils de commutation à vide pour la commutation de bancs de condensateurs comprennent souvent des fonctionnalités comme des résistances d'insertion préalable ou des mécanismes de fermeture contrôlés pour limiter le courant d'inrush et protéger l'interrupteur.
Interrupteurs à SF6:
Meilleure Gestion des Courants d'Inrush: Les interrupteurs à SF6 sont généralement mieux adaptés à la commutation de bancs de condensateurs car ils peuvent gérer des courants d'inrush plus élevés sans une détérioration significative de l'isolation. Cela les rend préférés pour les applications où des courants d'inrush élevés sont attendus.
6. Conception du Système de Contacts
Les systèmes de contacts des disjoncteurs à vide et à SF6 diffèrent en conception pour s'adapter à leurs principes de fonctionnement respectifs:
Disjoncteur à SF6 (Gauche):
Le système de contacts d'un disjoncteur à SF6 est conçu pour fonctionner avec le milieu gazeux, qui offre d'excellentes propriétés d'extinction d'arc. Les contacts sont généralement plus grands et plus robustes pour gérer les courants plus élevés et la dissipation d'énergie associée au SF6.
Disjoncteur à Vide (Droite):
Le système de contacts d'un disjoncteur à vide est plus simple et plus compact, car l'environnement de vide offre d'excellentes propriétés d'isolation et d'extinction d'arc. Les contacts sont généralement fabriqués à partir de matériaux tels que des alliages cuivre-tungstène, qui ont des points de fusion élevés et une bonne conductivité.
Conclusion
En résumé, les interrupteurs à vide excellent dans les applications avec des tensions de récupération transitoires très abruptes en raison de leur récupération diélectrique rapide, ce qui les rend supérieurs pour gérer des taux de TRV élevés. Cependant, ils peuvent subir plus de réallumages dans la commutation de charge inductive et nécessitent une gestion attentive lors de la commutation de bancs de condensateurs pour éviter les arcs de pré-commutation. D'autre part, les interrupteurs à SF6 offrent une performance plus constante en termes de statistiques de claquage et sont mieux adaptés pour gérer des courants d'inrush élevés, ce qui les rend préférés pour la commutation de bancs de condensateurs. Le choix entre les interrupteurs à vide et à SF6 dépend de l'application spécifique et du type de charge commutée.
