LTB vs DTB vs GIS : Comparaison des disjoncteurs haute tension

Le sens de base d'un disjoncteur haute tension est, en termes simples, qu'il est utilisé pour ouvrir (interrompre, déclencher) et fermer (établir, reclore) des circuits, des alimentations ou des charges spécifiques - telles que celles connectées à des transformateurs ou des bancs de condensateurs. Lorsqu'une panne se produit dans le système électrique, les relais de protection activent le disjoncteur pour interrompre le courant de charge ou le courant de court-circuit, assurant ainsi le fonctionnement sûr du système électrique.

Un disjoncteur haute tension est un type de dispositif de commutation haute tension - également communément appelé "dispositif de commutation haute tension" - et est l'un des équipements clés dans une sous-station. Cependant, en raison des exigences de sécurité strictes des sous-stations haute tension, le personnel ne peut généralement pas entrer dans la sous-station pour s'approcher ou accéder physiquement à ces dispositifs. Dans la vie quotidienne, on voit généralement les lignes de transport haute tension de loin et on a rarement l'occasion d'observer ou de toucher de tels interrupteurs.

Alors, à quoi ressemble réellement un disjoncteur haute tension ? Aujourd'hui, nous allons brièvement discuter des classifications et types structurels courants des disjoncteurs. Contrairement aux interrupteurs basse tension que nous rencontrons dans la vie quotidienne - qui utilisent généralement uniquement l'air comme milieu d'extinction d'arc - les disjoncteurs haute tension exigent des performances extrêmement élevées en termes d'isolation et d'interruption d'arc, et nécessitent donc des milieux d'extinction d'arc spéciaux pour assurer la sécurité électrique, l'intégrité de l'isolation et l'extinction efficace de l'arc. (Pour plus de détails sur les milieux isolants, veuillez vous référer à nos articles à venir.)

Il existe deux principales méthodes de classification pour les disjoncteurs haute tension :

1. Classification par milieu d'extinction d'arc :

(1) Disjoncteurs à huile : subdivisés en types à grande quantité d'huile et à petite quantité d'huile. Dans les deux cas, les contacts s'ouvrent et se ferment dans l'huile, utilisant l'huile de transformateur comme milieu d'extinction d'arc. En raison de leurs performances limitées, ces types ont été largement abandonnés.

(2) Disjoncteurs à SF₆ ou à gaz écologique : utilisent le hexafluorure de soufre (SF₆) ou d'autres gaz écologiques comme milieux d'isolation et d'extinction d'arc.

(3) Disjoncteurs à vide : les contacts s'ouvrent et se ferment dans le vide, où l'extinction de l'arc se produit dans des conditions de vide.

(4) Disjoncteurs à extinction solide : utilisent des matériaux d'extinction d'arc solides qui se décomposent à haute température, produisant du gaz pour éteindre l'arc.

(5) Disjoncteurs à air comprimé : utilisent de l'air comprimé à haute pression pour souffler l'arc.

(6) Disjoncteurs à extinction magnétique : utilisent un champ magnétique dans l'air pour diriger l'arc vers un châssis d'arc, où il est étiré, refroidi et éteint.

De nos jours, les disjoncteurs haute tension utilisent principalement des gaz - tels que le SF₆ ou des alternatives écologiques - comme milieux d'isolation et d'extinction d'arc. Dans la gamme de tension moyenne, les disjoncteurs à vide dominent le marché. La technologie du vide a même été étendue aux niveaux de tension de 66 kV et 110 kV, où des disjoncteurs à vide ont déjà été développés et déployés.

2. Classification par emplacement d'installation :

Type intérieur et type extérieur.

De plus, en fonction de la méthode d'isolation par rapport au sol, les disjoncteurs haute tension peuvent être classés en trois types structurels :

1) Disjoncteur à cuve vivante (LTB) :
Aussi simplement appelé LTB. Par définition, c'est un disjoncteur dont la chambre d'interruption est logée dans un boîtier isolé de la terre. Structuralement, il présente un design d'isolateur de type poteau. L'interrupteur est à haut potentiel, enfermé dans un isolateur en porcelaine ou composite, et isolé du sol via des isolateurs de support.

Avantages clés : Des tensions plus élevées peuvent être atteintes en connectant plusieurs unités d'interruption en série et en augmentant la hauteur des isolateurs de support. Il est également relativement peu coûteux.

Les équipements basés sur le LTB forment des postes de coupure à isolation atmosphérique (AIS), et les sous-stations construites avec AIS sont connues sous le nom de sous-stations AIS. Ces dernières offrent un faible investissement et une maintenance simple, mais nécessitent de grandes surfaces et un entretien fréquent. Elles sont bien adaptées aux zones rurales ou montagneuses où l'espace est abondant, les conditions environnementales sont favorables et les budgets sont limités.

2) Disjoncteur à cuve morte (DTB) :
Aussi abrégé en DTB. Défini comme un disjoncteur dont la chambre d'interruption est enfermée dans un réservoir métallique mis à la terre. Le chemin conducteur est sorti via des embases.

La différence fondamentale entre le LTB et le DTB réside dans la mise à la terre : dans le DTB, le réservoir est à potentiel de terre.

Les avantages comprennent la possibilité d'intégrer directement des transformateurs de courant (TC) sur les embases, une structure compacte, une emprise au sol considérablement réduite par rapport au LTB, une meilleure résilience environnementale (adaptée aux conditions difficiles) et un centre de gravité plus bas - ce qui entraîne une meilleure performance sismique. L'inconvénient principal est le coût plus élevé.

Les postes de coupure basés sur le DTB sont appelés postes de coupure hybrides à isolation gazeuse (HGIS), et la sous-station résultante est appelée sous-station HGIS.

3) Structure combinée entièrement fermée - Poste de coupure métallique à isolation gazeuse, couramment appelé GIS (Gas-Insulated Switchgear) dans les applications haute tension. Ce terme couvre largement un tel équipement. Le composant du disjoncteur lui-même peut également être spécifiquement appelé GCB (Gas-Insulated Circuit Breaker).

Bien que similaire au DTB en ce que l'interrupteur est enfermé, le GIS diffère en intégrant non seulement le disjoncteur, mais aussi d'autres composants essentiels de la sous-station - y compris les sectionneurs, les interrupteurs de terre, les transformateurs instrumentaux, les parafoudres et les barres de liaison - tous scellés dans un boîtier métallique mis à la terre rempli de SF₆ (ou de gaz isolant alternatif) sous pression. Les connexions aux lignes aériennes externes sont effectuées via des embases ou des compartiments de gaz dédiés.

Les sous-stations construites de cette manière sont connues sous le nom de sous-stations GIS (ou Gas-Insulated Substations selon les normes IEE-Business). Le GIS est idéal pour les zones urbaines où le terrain est cher, ou pour des installations critiques comme les grandes centrales hydroélectriques ou nucléaires qui exigent une fiabilité ultra-élevée.

À ce stade, les distinctions entre les types de disjoncteurs haute tension - LTB, DTB, GCB - et les configurations de sous-station correspondantes - AIS, HGIS, GIS - devraient être claires.