Phénomènes créés lors de la commutation de transformateurs à vide par un disjoncteur haute tension AIS
Introduction à l'isolateur haute tension
Différence entre les disjoncteurs haute tension et les interrupteurs de mise à la terre
Disjoncteur haute tension (disjoncteur) et interrupteur de mise à la terre sont deux dispositifs de commutation mécaniques différents, chacun jouant un rôle crucial dans les systèmes électriques.
Disjoncteur haute tension : Il est principalement utilisé pour indiquer si un circuit est ouvert ou fermé. Le disjoncteur a la capacité d'interrompre le courant, permettant de couper des forts courants sous tension et de maintenir la stabilité lorsque les points de contact sont séparés et qu'une tension de récupération est établie. Les disjoncteurs haute tension sont généralement utilisés pour protéger les systèmes électriques contre les défauts tels que les courts-circuits et les surcharges.
Interrupteur de mise à la terre : Sa fonction principale est de mettre à la terre diverses parties d'un circuit, y compris les équipements, assurant ainsi un contact sûr. Un interrupteur de mise à la terre n'a pas la capacité d'interrompre le courant, il ne peut donc pas être utilisé pour couper les courants de charge. Il est généralement utilisé en conjonction avec un disjoncteur haute tension pour s'assurer que, après l'ouverture du disjoncteur, toutes les parties du circuit peuvent être fiablement mises à la terre afin d'éviter tout choc électrique accidentel.
Limitations opérationnelles des disjoncteurs haute tension AIS
Dans les postes de distribution à isolation atmosphérique (AIS), un disjoncteur haute tension ne peut pas interrompre le courant pendant la conduction ou après que les contacts soient séparés et qu'une tension de récupération soit établie entre eux. Cela signifie que si le disjoncteur fonctionne sous tension, il ne peut interrompre efficacement que de petits courants. Spécifiquement, lorsque la tension nominale apparaît aux bornes, le disjoncteur peut interrompre de petits courants mais ne peut pas gérer de forts courants ou de fortes charges.
Fonction des interrupteurs de mise à la terre
Le rôle principal de l'interrupteur de mise à la terre est de mettre à la terre diverses parties d'un circuit, assurant la sécurité lors de la maintenance ou de l'inspection. Il peut être utilisé en conjonction avec un disjoncteur haute tension ou indépendamment. En mettant à la terre le circuit, l'interrupteur de mise à la terre élimine efficacement l'accumulation de charge statique, prévient les chocs électriques accidentels et assure la sécurité pour les travaux de maintenance ultérieurs.
Vue d'ensemble de la commutation de condensateurs et de transformateurs sans charge
Capacité de commutation de courant capacitif des disjoncteurs haute tension
Selon les normes IEC, les disjoncteurs haute tension ne sont pas spécifiquement conçus pour interrompre les courants de défaut, mais comme ils fonctionnent sous tension, on s'attend à ce qu'ils interrompent de petits courants. La définition IEC des isolateurs (déconnecteurs) stipule qu'un disjoncteur (isolateur) peut ouvrir ou fermer un circuit où le courant interrompu ou connecté est négligeable, ou où la tension entre les bornes des pôles du disjoncteur ne change pas.
Bien que cela ne soit pas explicitement mentionné, cette description peut être interprétée comme faisant référence à de petits courants de charge capacitifs et à la commutation de boucles (également appelée commutation parallèle), qui, dans certaines applications, sont appelées interrupteurs de transfert de bus. L'IEC 62271-102 confirme ceci et fixe une limite supérieure de 0,5 A pour les "courants de charge capacitifs négligeables", les valeurs plus élevées nécessitant un accord entre l'utilisateur et le fabricant.
Courant nominal de transfert de bus
Selon l'IEC 62271-102, le courant nominal de transfert de bus est spécifié comme suit :
Pour les niveaux de tension 52 kV < Ur < 245 kV, le courant de transfert de bus est de 80 % du courant nominal normal du disjoncteur, mais limité à 1600 A.
Pour les niveaux de tension 245 kV ≤ Ur ≤ 550 kV, le courant de transfert de bus est de 60 % du courant nominal normal du disjoncteur.
Pour les niveaux de tension Ur > 550 kV, le courant de transfert de bus est de 80 % du courant nominal normal du disjoncteur, mais limité à 4000 A.
Application de la commutation de transformateurs sans charge
En pratique, notamment en Amérique du Nord, les disjoncteurs à air sont couramment utilisés pour la commutation de transformateurs sans charge. Le courant d'excitation d'un transformateur sans charge est généralement très faible, généralement de 1 A ou moins. Dans ce cas, le transformateur peut être représenté par un circuit RLC série (comme illustré dans la Figure 1), avec des oscillations sous-amorties, et un facteur d'amplitude de 1,4 ou moins par unité.
Commutation de boucles de transmission parallèles
Une autre pratique courante est d'étendre le transfert de bus à la commutation entre des boucles de transmission parallèles, bien que le courant soit plus faible en raison de l'impédance plus élevée de la boucle. Cette approche peut réduire efficacement la formation d'arc et les fluctuations de tension lors de la commutation.
Application de dispositifs de commutation auxiliaires
Une pratique largement utilisée en Amérique du Nord, mais moins courante dans d'autres régions, est l'ajout de dispositifs de commutation auxiliaires pour atténuer la gravité des événements de commutation. Par exemple, ces dispositifs peuvent minimiser la survenue de reprises ou atteindre une plus grande capacité de coupure. L'utilisation de dispositifs de commutation auxiliaires peut améliorer la fiabilité et la sécurité du système, en particulier lors de la gestion de forts courants ou de circuits complexes.
Commutation de transformateurs sans charge à l'aide d'isolateurs haute tension AIS
Pour la commutation de transformateurs sans charge dans la plage de 72,5 à 245 kV, les isolateurs haute tension AIS sont couramment utilisés. Étant donné que le courant d'excitation d'un transformateur sans charge est généralement très faible (généralement de 1 A ou moins), les isolateurs peuvent effectuer l'opération de commutation en toute sécurité. Le transformateur peut être simplifié en un circuit RLC série, avec des oscillations sous-amorties, et un facteur d'amplitude de 1,4 ou moins par unité.
Dans ce scénario, la tâche principale de l'isolateur est de s'assurer que le courant d'excitation du transformateur ne cause pas de arcs significatifs ou de fluctuations de tension lors de la commutation. Grâce à une conception et une exploitation appropriées, les isolateurs haute tension AIS peuvent accomplir efficacement cette tâche, assurant le fonctionnement sûr et stable du système électrique.
Un trace d'un événement de commutation réel est montré dans la Fig. 2.
La tension de récupération transitoire (TRV) à travers l'interrupteur de déconnexion est ainsi la différence entre la tension de source et l'oscillation côté transformateur, comme illustré dans la Fig. 3.
Interruption de courant : un événement diélectrique
L'interruption de courant se produit fondamentalement lorsque l'écart entre les contacts devient suffisamment grand pour résister à la tension de récupération transitoire (TRV). Ce processus est intrinsèquement un événement diélectrique, où la résistance diélectrique de l'air ou du vide entre les contacts dépasse la tension appliquée, éteignant effectivement l'arc et interrompant le flux de courant.
Interruption du courant d'excitation d'un transformateur sans charge
L'interruption du courant d'excitation d'un transformateur sans charge est un événement d'ouverture-fermeture répétitif qui peut entraîner de multiples reprises. Chaque reprise peut induire des courants de surintensité, prolongeant la durée de l'arc, allongeant le temps total de commutation et causant un usure sur les contacts d'arc. La nature répétitive de ces événements peut entraîner une contrainte importante sur l'équipement de commutation et potentiellement dégrader sa performance au fil du temps.
Pour atténuer ces effets, il est crucial de s'assurer que le dispositif de commutation est capable de gérer les caractéristiques spécifiques du courant d'excitation, telles que son comportement d'inrush et les tensions transitoires associées. Une conception et une sélection appropriées de l'équipement de commutation, ainsi que l'utilisation de dispositifs auxiliaires tels que des parafoudres ou des résistances d'amortissement, peuvent aider à réduire la probabilité de reprises et à minimiser l'impact sur le système.
