Guide complet des mécanismes de fonctionnement des disjoncteurs à haute et moyenne tension

Qu'est-ce que le mécanisme de ressort dans les disjoncteurs haute et moyenne tension ?

Le mécanisme de ressort est un composant essentiel des disjoncteurs haute et moyenne tension. Il utilise l'énergie potentielle élastique stockée dans les ressorts pour initier les opérations d'ouverture et de fermeture du disjoncteur. Le ressort est chargé par un moteur électrique. Lorsque le disjoncteur fonctionne, l'énergie stockée est libérée pour entraîner les contacts mobiles.

Caractéristiques clés :

• Le mécanisme de ressort utilise l'énergie élastique stockée dans les ressorts.

• Il initie les opérations d'ouverture et de fermeture du disjoncteur.

• Le ressort est chargé par un moteur et libère son énergie stockée lors de l'opération pour entraîner les contacts mobiles.

Comment fonctionne le mécanisme hydraulique dans les disjoncteurs haute tension ?

Le mécanisme hydraulique dans les disjoncteurs haute tension est utilisé pour ouvrir ou fermer les contacts du disjoncteur. Il fonctionne sur la base de la dynamique des fluides hydrauliques pour contrôler le mouvement du disjoncteur. Lorsqu'une opération est requise, la pression hydraulique est libérée, ce qui cause l'ouverture ou la fermeture des contacts selon les besoins. L'incompressibilité et la fluidité des systèmes hydrauliques en font des solutions idéales pour fournir le mouvement rapide et puissant nécessaire dans le commutation haute tension.

Note : Le diagramme ci-dessous illustre le principe d'un mécanisme hydraulique à ressort. La série HMB est un pionnier bien connu de cette technologie.

Caractéristiques clés :

• Le mécanisme hydraulique utilise la dynamique des fluides pour contrôler le fonctionnement du disjoncteur.

• La pression hydraulique est libérée pour ouvrir ou fermer les contacts lorsque nécessaire.

• L'incompressibilité et les caractéristiques de flux du système le rendent adapté aux opérations rapides et à forte force dans les applications HT.

Quel est le rôle des mécanismes d'entraînement à moteur dans les disjoncteurs haute tension ?

Les mécanismes d'entraînement à moteur sont utilisés dans les disjoncteurs haute tension pour contrôler les opérations de commutation. Ce mécanisme utilise un moteur électrique pour charger le ressort ou entraîner directement les parties mobiles. Le moteur tourne pour enrouler le ressort ou déplacer les composants, permettant ainsi l'ouverture ou la fermeture du circuit. Cette conception offre une grande précision et un contrôle, essentiels pour gérer les systèmes haute tension.

Note : Après qu'ABB a introduit le mécanisme à moteur, plusieurs entreprises nationales (par exemple, PG) ont développé des conceptions similaires il y a plus d'une décennie. Cependant, la plupart de ces projets ont finalement été abandonnés et sont rarement vus aujourd'hui.

Caractéristiques clés :

• Le mécanisme à moteur utilise un moteur électrique pour contrôler le fonctionnement du disjoncteur.

• Le moteur charge le ressort ou déplace directement les composants pour ouvrir ou fermer le circuit.

• Il fournit une grande précision et un contrôle, nécessaires pour les applications haute tension.

Mécanismes magnétiques dans les disjoncteurs moyenne tension

Le mécanisme magnétique dans les disjoncteurs moyenne tension utilise la force magnétique pour opérer le disjoncteur. Il implique un électroaimant — une bobine qui génère un champ magnétique lorsque le courant circule à travers elle. Lorsqu'il est alimenté, le champ magnétique sépare rapidement les contacts, interrompant le circuit. Ce mécanisme est très fiable et fournit une activation rapide, ce qui le rend particulièrement adapté aux applications MV.

Caractéristiques clés :

• Le mécanisme magnétique utilise la force générée par un champ magnétique pour opérer le disjoncteur.

• Il implique un électroaimant (bobine) qui produit un champ magnétique lorsqu'il est alimenté.

• La force magnétique sépare rapidement les contacts, permettant une opération rapide et fiable, idéale pour les systèmes MV.

Comment le choix du mécanisme d'entraînement affecte-t-il les performances du disjoncteur ?

Le choix du mécanisme d'entraînement a un impact significatif sur les performances du disjoncteur. Chaque type — ressort, hydraulique, à moteur et magnétique — présente des avantages uniques et convient à différents niveaux de tension et applications.

• Les mécanismes à ressort sont largement utilisés en raison de leur simplicité et fiabilité.

• Les mécanismes hydrauliques offrent un contrôle précis et à haute puissance, idéal pour les applications haute tension.

• Les mécanismes à moteur fournissent une grande précision et programmabilité.

• Les mécanismes magnétiques sont très fiables avec des temps de réponse rapides, idéaux pour les disjoncteurs MV sous vide.

En fin de compte, la sélection dépend des exigences spécifiques de l'application, y compris le niveau de tension, les conditions de charge et les facteurs environnementaux.

Résumé :

• Le choix du mécanisme d'entraînement affecte considérablement les performances du disjoncteur.

• Chaque type (ressort, hydraulique, à moteur, magnétique) présente des avantages distincts pour différentes tensions et usages.

• La sélection doit être basée sur les besoins spécifiques de l'application, pas seulement sur le coût.

Tendances futures des mécanismes d'entraînement des disjoncteurs

Avec l'avancement de la technologie, on peut s'attendre à des innovations qui façonneront l'avenir des mécanismes d'entraînement :

• La science des matériaux pourrait mener à des ressorts plus durables et efficaces pour les mécanismes à ressort.

• Les améliorations de la technologie hydraulique pourraient aboutir à des systèmes plus précis et fiables.

• La technologie des moteurs pourrait permettre des mécanismes à moteur plus petits et plus économes en énergie.

• La technologie magnétique pourrait être améliorée pour une activation plus rapide et robuste.

Ces avancées mèneront à des mécanismes d'entraînement plus efficaces, compacts et fiables.

Résumé :

• Le progrès technologique façonnera l'avenir des mécanismes d'entraînement.

• Les avancées dans les matériaux, l'hydraulique, les moteurs et la magnétique amélioreront les performances.

• Les mécanismes futurs seront plus efficaces, fiables et compacts.

Exigences de maintenance pour différents mécanismes d'entraînement des disjoncteurs

Les besoins en maintenance varient selon le type de mécanisme :

• Mécanismes à ressort : Nécessitent des inspections régulières et un lubrification pour assurer l'intégrité du ressort et la fluidité mécanique.

• Mécanismes hydrauliques : Nécessitent des vérifications périodiques pour détecter les fuites d'huile et l'état du fluide ; les joints et les valves peuvent se dégrader au fil du temps.

• Mécanismes à moteur : Nécessitent l'inspection de la santé du moteur, des balais (si applicables) et des connexions électriques.

• Mécanismes magnétiques : Généralement peu exigeants en maintenance, mais l'électroaimant et les connexions électriques doivent être inspectés périodiquement.

Résumé :

• Les exigences de maintenance dépendent du type de mécanisme.

• Les mécanismes à ressort et hydrauliques nécessitent plus d'entretien mécanique ; les unités à moteur nécessitent des vérifications électriques.

• Les mécanismes magnétiques sont peu exigeants en maintenance, mais nécessitent toujours des inspections périodiques.

Comment le mécanisme d'entraînement affecte-t-il le coût du disjoncteur ?

Le type de mécanisme a un impact direct sur le coût du disjoncteur :

• Les mécanismes à ressort sont généralement moins coûteux en raison de leur conception simple et robuste.

• Les mécanismes hydrauliques, à moteur et magnétiques sont plus complexes et généralement plus chers.

Cependant, la sélection ne devrait pas être basée uniquement sur le coût. Des facteurs tels que le niveau de tension, le profil de charge, les conditions environnementales et les exigences de fiabilité doivent être pris en compte. Les mécanismes à ressort ont généralement une énergie d'exploitation plus faible, tandis que les mécanismes hydrauliques fournissent une force d'exploitation plus élevée.

Résumé :

• Le type de mécanisme affecte le coût global.

• Les mécanismes à ressort sont économiques ; les types hydrauliques, à moteur et magnétiques sont plus coûteux.

• Le choix doit être basé sur les exigences techniques, pas seulement sur le coût initial.

Impact environnemental des différents mécanismes d'entraînement des disjoncteurs

Les différents mécanismes ont des impacts environnementaux variables :

• Mécanismes à ressort : Impact environnemental minimal — ils s'appuient sur l'énergie mécanique sans fluides ni émissions.

• Mécanismes hydrauliques : Risque de fuite d'huile, qui peut causer la contamination du sol et de l'eau. La gestion de l'élimination du fluide hydraulique doit être soigneusement gérée.

• Mécanismes à moteur : Consomment de l'énergie électrique, contribuant à l'utilisation d'énergie opérationnelle et à l'empreinte carbone.

• Mécanismes magnétiques : Généralement écologiques, mais l'énergie est nécessaire pour générer le champ magnétique.

Résumé :

• L'impact environnemental varie selon le mécanisme.

• Les systèmes hydrauliques posent des risques de fuite ; les systèmes à moteur augmentent la consommation d'énergie.

• Les mécanismes magnétiques sont écologiques, bien que la consommation d'énergie doit être prise en compte.

Résumé : Fiabilité des mécanismes à ressort dans les applications haute tension (35 kV et au-dessus)

Pour les disjoncteurs haute tension (35 kV et au-dessus), les mécanismes à ressort sont structuralement simples et théoriquement plus fiables. Cependant, l'expérience récente de l'exploitation des réseaux électriques montre que les mécanismes à ressort ne sont pas exempts de problèmes, notamment :

• Fatigue du ressort conduisant à une ouverture/fermeture incomplète

• Blocage des composants de verrouillage causant un dysfonctionnement

• Déformation des trous de l'arbre modifiant les caractéristiques de déclenchement, entraînant un mauvais fonctionnement ou un dysfonctionnement

De plus, les ressorts enroulés de la série BLK ont montré des cas de rupture de ressort en raison d'une faible tolérance environnementale (par exemple, température, humidité).

Pour détecter les défauts dans les disjoncteurs et leurs mécanismes lors des tests de routine, des recherches approfondies ont été menées dans le monde entier. Bien que de nombreux dispositifs de test et méthodes d'analyse existent, l'utilisation de signaux de test et d'analyses avancées pour évaluer et améliorer la fiabilité des mécanismes reste une tâche difficile et en cours.