Analyse Technique Résistance et Optimisation des Unités de Répartition à Arc Interne avec Isolation Totale au SF6 (RMUs)
Les unités principales à isolation totale au SF6 (ci-après dénommées RMUs) se composent principalement d'unités de commutateurs de charge et d'appareils combinés de commutateurs de charge à courant alternatif haute tension et de fusibles (ci-après dénommés appareils combinés). Selon les besoins des utilisateurs, elles peuvent être configurées en structures monobloc ou unitaires.
Dans les applications pratiques d'ingénierie, les connexions électriques sont généralement établies à l'aide de barres de liaison isolées solides montées en haut ou de barres de liaison à branchement latéral. Parmi les divers paramètres techniques, le courant de transfert de l'unité d'appareil combiné et la capacité de fermeture de l'unité de commutateur de charge représentent des défis clés dans le développement. De plus, en raison des préoccupations croissantes en matière de sécurité, les défauts d'arc interne ont attiré une attention accrue de la part des utilisateurs ces dernières années.
1. Analyse des problèmes techniques
Lors du développement et de la production des RMUs, les aspects suivants nécessitent une attention particulière :
1.1 Courant de transfert
Le courant de transfert d'un appareil combiné fait référence au courant triphasé symétrique auquel la fonction d'interruption passe du fusible au commutateur de charge. Pour les courants supérieurs à cette valeur, l'interruption est effectuée exclusivement par les fusibles. Dans les plages de courant de défaut inférieures, les temps de fusion des trois fusibles présentent une variabilité inhérente. Le fusible ayant le temps de fusion le plus court interrompt en premier, et son percuteur active le mécanisme de déclenchement pour ouvrir le commutateur de charge.
L'interruption des deux phases restantes dépend de la comparaison entre les caractéristiques réelles de temps-courant de leurs fusibles respectifs (où le courant dans les deux phases restantes est d'environ 87 % du courant triphasé) et le temps d'ouverture du commutateur de charge initié par le percuteur du fusible qui interrompt en premier. Si la fusion du fusible est retardée, les deux phases restantes sont interrompues par le commutateur de charge. Ainsi, l'interruption du courant de défaut dans cette plage est partagée entre le fusible et le commutateur de charge.
Le courant de transfert de l'appareil combiné est déterminé par deux facteurs clés : le temps de déclenchement du commutateur de charge initié par le percuteur du fusible et les caractéristiques réelles de temps-courant du fusible. Le courant de transfert nominal est un paramètre technique critique, représentant le courant maximum que le commutateur de charge peut interrompre en toute sécurité. Lors de la sélection de fusibles limitateurs de courant, leurs caractéristiques de temps-courant doivent être évaluées pour s'assurer que le courant de transfert résultant est inférieur au courant de transfert nominal de l'appareil combiné. Cela assure une coordination fiable et sûre entre le commutateur de charge et le fusible, permettant une protection efficace des transformateurs.
1.2 Capacité de fermeture
Lors des essais de commutateurs de charge, des opérations de fermeture infructueuses se produisent occasionnellement, généralement classées en deux catégories : non-respect du nombre requis d'opérations de fermeture ou incapacité à fermer aux courants de court-circuit nominaux. L'analyse des résultats des essais indique que ces échecs sont principalement causés par une érosion excessive des contacts principaux, ce qui compromet leur capacité à supporter le courant de court-circuit nominal.
Par conséquent, minimiser ou prévenir l'érosion des contacts principaux est crucial pour obtenir des résultats d'essai réussis. Des recherches et des essais approfondis ont démontré qu'ajouter des contacts auxiliaires en alliage cuivre-chrome à point de fusion élevé aux contacts principaux originaux peut protéger indirectement les contacts principaux en cuivre à point de fusion plus bas. L'approche de conception spécifique peut être adaptée de manière flexible en fonction de la structure des contacts utilisés, que ce soit du type mouvement linéaire ou lame rotative.
2. Résistance aux défauts d'arc interne
Un arc électrique réagit violemment avec l'air environnant, provoquant des augmentations rapides de température et de pression. S'il n'est pas correctement contenu, il peut poser des risques graves pour le personnel et les équipements. Les essais de défauts d'arc interne doivent être réalisés séparément pour le compartiment de gaz (compartiment de commutation) et le compartiment de câbles du RMU. Pour passer l'essai, les critères suivants doivent être respectés :
Les panneaux et portes de l'armoire de distribution doivent rester fermés ; une déformation limitée est acceptable.
L'enveloppe ne doit pas se rompre, et aucun fragment pesant plus de 60 g ne doit être éjecté.
Aucun trou ne doit apparaître sur les surfaces accessibles de l'armoire de distribution jusqu'à une hauteur de 2 m.
Les indicateurs horizontaux et verticaux utilisés lors de l'essai ne doivent pas être enflammés par les gaz chauds.
L'enveloppe doit rester connectée au point de mise à la terre tout au long de l'essai.
2.1 Courant de rupture de court-circuit nominal
Le courant de rupture de court-circuit nominal de l'appareil combiné est déterminé par le fusible sélectionné. Les considérations suivantes s'appliquent :
Le courant de rupture de court-circuit nominal du fusible doit être supérieur ou égal au courant de défaut maximal prévu au point d'installation dans le système de distribution.
Le courant de rupture de court-circuit nominal du fusible doit être raisonnablement adapté au courant de tenue à court terme nominal du commutateur de charge dans l'appareil combiné.
Trois fusibles du même modèle et spécification doivent être installés ; sinon, les performances d'interruption peuvent être affectées négativement.
Les fusibles doivent être installés correctement et complètement pour s'assurer que le percuteur s'active au moment approprié et déclenche de manière fiable le mécanisme de déclenchement du commutateur de charge.
Après l'opération d'un ou deux fusibles, tous les trois devraient être remplacés, sauf si on est certain que les fusibles non fondus n'ont pas transporté de courant.
2.2 Fonctionnement en altitude élevée
La conception des compartiments de gaz scellés dans les RMUs est généralement basée sur un fonctionnement à des altitudes inférieures à 1 000 m. À des altitudes plus élevées, l'air devient plus fin et la pression atmosphérique diminue. Comme la densité de gaz interne reste constante, la pression relative à l'intérieur du compartiment scellé augmente. Cela peut entraîner une augmentation de la contrainte mécanique sur l'enveloppe, entraînant une déformation et un risque accru de fuite de gaz. Dans de tels cas, la résistance de l'enveloppe doit être renforcée et validée par des essais. Réduire la pression de remplissage de gaz (ou la densité) n'est pas une solution scientifiquement valable ou recommandée.
2.3 Contrôle du taux d'humidité
L'article 6.5.1 de la norme DL/T 791-2001, Lignes directrices pour la sélection de l'appareillage de distribution intérieur à isolation gazeuse à courant alternatif, spécifie le taux d'humidité dans les compartiments de gaz : “Lorsque la pression de remplissage nominale est inférieure ou égale à 0,05 MPa, le taux d'humidité ne doit pas dépasser 2 000 μL/L (en volume).” D'autres normes ne fournissent pas de directives spécifiques. Dans la production de RMUs, le contrôle du taux d'humidité à 1 000 μL/L (à 20°C) est considéré comme raisonnable, sur la base des éléments suivants :
Le commutateur de charge interrompt des courants relativement faibles (630 A), avec un maximum de courant de transfert (environ 1 500 à 2 200 A).
La pression de remplissage est faible (nominale de 0,03 à 0,05 MPa), significativement inférieure à celle des GIS haute tension (environ 0,5 MPa).
Les performances de serrage sont excellentes, entraînant une pénétration très lente de l'humidité depuis l'environnement extérieur.
Les résultats des essais montrent une quantité minimale de produits de décomposition du SF6 après interruption.
Lors des essais, les échantillons n'ont pas été soumis à un contrôle de l'humidité intentionnel, et aucune défaillance due à un excès d'humidité n'a été observée.
Par conséquent, négliger complètement le contrôle de l'humidité pendant la production n'est pas justifiable, tout comme adhérer strictement aux limites basées sur l'isolation sans tenir compte des exigences d'extinction d'arc. Sur la base de nombreuses années d'expérience pratique de production et d'exploitation, maintenir le taux d'humidité à 1 000 μL/L (à 20°C) pendant la fabrication est techniquement solide et raisonnable.
3. Conclusion
Les RMUs sont fabriqués et exploités en Chine depuis de nombreuses années, démontrant une technologie mature, des performances stables et une forte acceptation sur le marché. Il est espéré que davantage de fabricants entreront dans ce domaine et continueront à explorer, discuter et partager des idées sur les défis techniques rencontrés dans la recherche, la fabrication et l'exploitation, afin de contribuer collectivement à l'avancement de la technologie des RMUs et à son amélioration continue.
