Mesure de la condition sous vide dans l'interupteur à vide par méthode de surveillance mécanique de la pression
Surveillance de la condition du vide dans les interrupteurs à vide
Les intererrupteurs à vide (IV) servent de principal moyen d'interruption de circuit pour les systèmes électriques de moyenne tension et sont de plus en plus utilisés dans les systèmes de basse, moyenne et haute tension. La performance des IV dépend du maintien d'une pression interne inférieure à 10 hPa (où 1 hPa équivaut à 100 Pa ou 0,75 torr). Avant de quitter l'usine, les IV sont testés pour s'assurer que leur pression interne est ≤10^-3 hPa.
La performance d'un IV est liée à son niveau de vide ; cependant, elle n'est pas simplement proportionnelle à la pression interne. Au lieu de cela, la pression à l'intérieur d'un IV peut être classée en trois catégories :
• Basse pression : Inférieure à 10^-6 hPa
• Pression moyenne : D'environ 10^-3 hPa jusqu'à la pression minimale de Paschen
• Haute pression : Généralement indicative d'une défaillance conduisant à une exposition à l'air
Dans la plage de basse pression, les IV fonctionnent efficacement. Cependant, dans la plage moyenne, la résistance diélectrique et les capacités d'interruption se dégradent, une dégradation qui continue dans la plage "jusqu'à l'air". Il est intéressant de noter que bien que la performance diélectrique soit au plus bas dans la plage de pression moyenne, elle s'améliore quelque peu dans la plage "jusqu'à l'air" - bien qu'elle ne retrouve pas le niveau observé dans la plage de basse pression.
Il est crucial de reconnaître que aucune des techniques de surveillance discutées ne couvre l'ensemble de la plage de pressions à l'intérieur d'un IV, de la basse pression jusqu'à la plage "jusqu'à l'air". Chaque technique s'applique à une plage spécifique, détaillée dans le texte et résumée dans le Tableau 1. De plus, l'efficacité de certaines méthodes varie en fonction de la conception de l'IV, et certains résultats peuvent être influencés par la composition et la pression des gaz potentiellement fuyant dans l'IV, tels que l'air atmosphérique ou le gaz SF6 utilisé dans les postes de commutation GIS.
Le déploiement massif des IV dans les postes de commutation de moyenne tension souligne le défi de confirmer l'intégrité du vide sur le terrain, en particulier après plusieurs décennies de service. Les inspections des IV après plus de 20 ans d'utilisation ont donné des résultats mitigés. Il est important de noter que les IV ne sont qu'un composant d'un système plus large ; la fonctionnalité du mécanisme, du circuit de commande, de la conception du circuit et d'autres éléments est tout aussi critique pour le bon fonctionnement des IV.
Le Tableau 1 fournit un résumé des applications générales de ces techniques de surveillance dans les environnements SF6, ainsi que des considérations pratiques pour leur utilisation avec les postes de commutation GIS. Ce tableau présente également les résultats de diverses méthodes de test, mettant en évidence la complexité impliquée dans la garantie de la fiabilité à long terme des IV dans divers contextes opérationnels. Comprendre ces nuances est essentiel pour optimiser les performances et la durée de vie des systèmes électriques dépendants de la technologie des interrupteurs à vide.
Mesure de la condition de l'interrupteur à vide à l'aide de la surveillance de la pression mécanique
La pression atmosphérique exerce une force de fermeture substantielle sur le contact mobile des intererrupteurs à vide (IV). Pour les IV utilisés dans les disjoncteurs, cette force est généralement de plusieurs centaines de newtons. Lorsque le vide à l'intérieur de l'IV est complètement perdu, la pression interne se stabilise à la pression atmosphérique externe, réduisant considérablement la force de fermeture et modifiant le comportement mécanique de l'IV. Les méthodes de diagnostic basées sur la détection de ce changement ne peuvent identifier que lorsque l'IV a complètement perdu son vide, c'est-à-dire qu'il est "à l'air". Il est à noter que même à des pressions aussi élevées que celles proches du minimum de Paschen, il reste une pression suffisante à l'intérieur de l'IV pour maintenir la force de fermeture complète.
Méthode principale de surveillance de la pression mécanique
L'approche principale de la surveillance de la pression mécanique consiste à attacher un composant mobile supplémentaire à l'IV à l'aide d'un soufflet ou d'un mécanisme similaire (voir Figure 1). Lorsque le vide est complètement perdu, ce composant supplémentaire se déplace en raison de l'égalisation des pressions internes et externes. Contrairement au contact mobile, qui est contraint par le mécanisme du disjoncteur, ce composant supplémentaire est libre de se déplacer. Un système de détection surveille les changements de position de ce composant supplémentaire et réagit en conséquence. Selon le système de détection utilisé, cette configuration permet une surveillance continue de l'IV. Le mouvement du composant supplémentaire est déterminé par sa propre conception plutôt que par la conception globale de l'IV, rendant cette méthode applicable aux IV de basse, moyenne et haute tension.
Considérations pratiques
Bien que théoriquement possible, l'utilisation de la force de fermeture sur le contact mobile de l'IV pour détecter la perte de vide présente des défis. La pression atmosphérique applique normalement une force de plusieurs centaines de newtons au contact mobile de l'IV, tandis que le disjoncteur lui-même applique une force de fermeture de plusieurs milliers de newtons. Par conséquent, identifier une réduction de la force de fermeture de l'IV à travers le comportement mécanique du disjoncteur est difficile en raison de la faible magnitude de la force de fermeture de l'IV comparée à celle du disjoncteur. Dans les contacteurs à vide, cependant, où la force appliquée par le mécanisme du contacteur est plus faible, le diagnostic de la perte complète de vide à travers le comportement mécanique peut être plus réalisable.
En utilisant un composant mobile supplémentaire et un système de détection, la surveillance de la pression mécanique offre une solution pratique pour évaluer continuellement la condition de vide des IV. Cette technique fournit un moyen fiable de détecter la perte totale de vide, bien qu'elle ne puisse pas identifier les augmentations partielles de pression à l'intérieur de l'IV. Néanmoins, elle représente un outil précieux pour assurer l'intégrité et la fonctionnalité des IV dans divers niveaux de tension et applications.
Cette méthode assure que toute perte significative de vide est rapidement détectée, permettant des actions de maintenance ou de remplacement opportunes, améliorant ainsi la fiabilité et la sécurité des systèmes électriques dépendants des IV.
Contexte de la surveillance de l'interrupteur à vide à l'aide de la méthode de surveillance de la pression mécanique
La méthode de surveillance de la pression mécanique évalue l'intégrité du vide d'un interrupteur à vide (IV) en détectant les changements de comportement mécanique dus à la perte de force de fermeture causée par la pression atmosphérique sur le contact mobile. Cette méthode fournit une mesure binaire, pass/fail, indiquant si l'IV a perdu son vide et est "à l'air". Les pressions autour du minimum de Paschen et d'autres points critiques où la performance de l'IV commence à se dégrader sont trop faibles pour causer un changement mécanique détectable à l'aide de cette méthode.
Avantages et inconvénients de la méthode de surveillance de la pression mécanique
Avantages :
• Compatibilité : La méthode est généralement compatible avec divers types d'isolation, y compris le SF6, l'huile et l'isolation solide, pourvu que des problèmes pratiques tels que les contraintes d'espace et le guidage de la lumière vers les équipements de détection puissent être gérés.
• Avantages de la technique optique : L'utilisation d'une technique optique permet de déplacer les composants non optiques dans le compartiment basse tension du poste de commutation, ce qui peut améliorer la sécurité et la facilité de maintenance.
Inconvénients :
• Exigence d'installation : La partie mobile nécessaire à la surveillance de la pression doit être installée lors de la fabrication initiale de l'IV. Elle ne peut pas être rétrofit sur des IV déjà construits. Bien qu'il soit théoriquement possible d'intégrer des IV équipés de cette fonctionnalité dans des disjoncteurs existants avec les équipements de surveillance nécessaires, les défis pratiques liés à l'ajustement de l'extension pour la pièce supplémentaire dans les installations existantes rendent souvent cela impraticable.
• Problèmes de fiabilité : La fiabilité des équipements de mesure par rapport à l'IV lui-même pose un risque significatif. Les pièces supplémentaires brasées ajoutées à l'IV introduisent de nouveaux chemins potentiels de fuite et peuvent être plus susceptibles de subir des dommages pendant l'installation, pouvant potentiellement entraîner une perte de vide.
Fragilité des composants :
Techniques optiques : Les fibres optiques utilisées dans le système de détection sont vulnérables aux malalignements, aux dommages pendant l'installation et aux obstructions dues à la condensation ou à la poussière.
Méthode de contact électrique : La détection de mouvement via des contacts électriques nécessite un microcircuit alimenté près de l'IV, qui doit également être isolé électriquement. Cela introduit plusieurs modes potentiels de défaillance, y compris des problèmes de fiabilité du microcircuit, de transmission réussie du signal, d'alimentation du circuit et de maintien de l'isolement électrique.
En résumé, bien que la méthode de surveillance de la pression mécanique offre un moyen simple de confirmer si un IV a complètement perdu son vide, elle comporte des limitations notables. Ces limitations incluent l'impossibilité de rétrofit des IV existants, des préoccupations de fiabilité concernant les composants supplémentaires et des défis pratiques liés à l'installation et à l'exploitation. Une prise en compte attentive de ces facteurs est essentielle pour décider de la pertinence de cette méthode pour des applications spécifiques. Une conception robuste et une mise en œuvre soignée peuvent aider à atténuer certains de ces risques, améliorant ainsi la fiabilité et l'efficacité globales des systèmes de surveillance des interupteurs à vide.
