L'application des disjoncteurs à vide haute tension intérieurs
Au premier semestre de 2007, en tant que participants au projet de la Compagnie d'Équipements Électromécaniques du Groupe Minier de Huaibei, nous avons effectué une transformation technique du poste de 10kV dans la Zone Est. Notre tâche principale était de remplacer les anciennes disjoncteurs à huile immergée de 10kV par des disjoncteurs haute tension sous vide ZN20 pour l'intérieur.
Auparavant, les disjoncteurs SN10-10 à huile immergée étaient en service depuis longtemps, ce qui a conduit à des fuites d'huile sévères dans leurs mécanismes. Cela nécessitait un ravitaillement tous les six mois, entraînant une charge de maintenance significative. De plus, leurs mécanismes de fonctionnement étaient manuels, et les dispositifs de protection étaient composés de relais traditionnels, qui présentaient une fiabilité médiocre et un taux de défaillance élevé. En outre, la protection par relais devait être calibrée une fois par an, une tâche à la fois laborieuse et complexe.
Pour assurer une production sûre, nous avons décidé de moderniser ces disjoncteurs en disjoncteurs sous vide. Cette transformation a non seulement résolu les problèmes opérationnels existants, mais a également jeté les bases d'une exploitation stable et efficace du poste dans le futur.
Caractéristiques structurelles des disjoncteurs sous vide
Dans la transformation technique du poste de 10kV dans la Zone Est, nous avons acquis une compréhension approfondie des caractéristiques structurelles du disjoncteur sous vide de type ZN20. Ce disjoncteur est principalement composé d'un mécanisme de commande, d'un boîtier, de tubes sous vide, de cadres d'isolation et d'isolateurs. Il présente une disposition tridimensionnelle avec le mécanisme de commande installé à l'avant.
À l'intérieur du boîtier en tôle fine, les composants haute tension sont fixés à l'arrière. Le mécanisme est connecté à l'arbre principal via des plaques de connexion. Lorsque l'arbre principal tourne, les bras de levier fixés dessus poussent les isolateurs, entraînant la tige conductrice mobile du tube sous vide pour effectuer des actions de commutation. Les opérations de fermeture et d'ouverture peuvent être commandées manuellement ou électriquement via le mécanisme de commande. De plus, il est équipé d'un moteur de stockage d'énergie AC/DC, de mécanismes de contact auxiliaire et d'un compteur d'opérations. Des indicateurs clairs "ON" et "OFF" sur le panneau facilitent la surveillance intuitive de l'état opérationnel du disjoncteur.
Le disjoncteur s'appuie sur des tubes sous vide pour interrompre les circuits haute tension. Comme le montre la Figure 1, un tube sous vide est composé d'une tige conductrice mobile, d'une tige conductrice statique, de contacts mobiles et statiques, d'un écran, d'un soufflet et d'un boîtier en céramique. Scellé dans le boîtier en céramique avec un haut degré de vide généralement compris entre 10⁻⁴ et 10⁻⁷ Torr (Note : La plage "104 - 10⁻⁷ Torr" dans le texte original pourrait être une erreur ; la plage correcte devrait être 10⁻⁴ à 10⁻⁷ Torr), le soufflet est soudé à la tige conductrice mobile d'un côté et à la couverture mobile de l'autre. Ce composant flexible permet l'opération externe des contacts tout en maintenant une herméticité complète. L'écran autour des contacts absorbe la vapeur métallique générée par l'arc sous vide lors de l'interruption du courant, évitant ainsi la contamination du boîtier d'isolation.
Grâce à l'expérience pratique acquise lors du projet de transformation, nous apprécions profondément les avantages des disjoncteurs sous vide par rapport aux disjoncteurs à huile immergée traditionnels :
Effets de l'application
En tant que participants au projet, nous comprenons profondément que le mécanisme de fonctionnement du disjoncteur sous vide ferme les contacts du tube sous vide grâce à l'énergie élastique du ressort de stockage d'énergie, indépendamment de la vitesse de stockage d'énergie manuelle, assurant ainsi une performance de fermeture rapide. Le mécanisme a trois états de mouvement : stockage d'énergie, fermeture et ouverture.
Le disjoncteur sous vide interrompt le courant en éteignant l'arc sous vide lorsque le courant atteint zéro. Au moment où l'arc sous vide s'éteint, la densité d'électrons, d'ions positifs et d'autres particules entre les contacts diminue rapidement. En quelques microsecondes, l'intervalle entre les contacts retrouve essentiellement son degré de vide initial et présente une haute tension de tenue, capable de supporter la tension de récupération sans rupture pour terminer le processus d'interruption. Ainsi, même si une haute tension est appliquée peu après le passage par zéro du courant, l'intervalle entre les contacts ne se rompra pas à nouveau, signifiant que l'arc sous vide peut être complètement éteint dès le premier passage par zéro du courant.
Effets de l'application
Depuis que les disjoncteurs haute tension sous vide ZN20 de 10kV ont été mis en service en juin 2007 après la transformation, ils ont montré d'excellentes performances. Les disjoncteurs présentent des vitesses de fermeture/ouverture rapides, un faible niveau sonore en fonctionnement et des actions précises et fiables.
Comparativement aux anciens disjoncteurs à huile immergée, qui nécessitaient des ravitaillements fréquents et un important volume de travail de maintenance, les disjoncteurs sous vide ont considérablement réduit les tâches et les coûts de maintenance, apportant des bénéfices économiques tangibles. Au cours des plus de 20 ans d'exploitation avant la transformation, le poste a connu plusieurs accidents de mauvaise manipulation (comme l'ouverture forcée du disjoncteur de sectionnement alors que le disjoncteur à huile immergée était en position fermée), causant divers degrés de dommages aux équipements.
Après la transformation, les appareillages haute tension ont éliminé les disjoncteurs de sectionnement, chaque circuit étant contrôlé par un seul disjoncteur sous vide. Lorsque le disjoncteur est ouvert, le chariot du disjoncteur peut être retiré, servant ainsi de disjoncteur de sectionnement haute tension. De plus, l'appareillage est équipé de verrous mécaniques et électriques conformément aux exigences des "Cinq Préventions", évitant efficacement les accidents de mauvaise manipulation, réduisant le taux d'accidents et assurant une exploitation sûre.
