EP0647955A1 - Disjoncteur à haute tension capable de couper des courants de défaut à passage par zéro retardé - Google Patents

Disjoncteur à haute tension capable de couper des courants de défaut à passage par zéro retardé Download PDF

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EP0647955A1
EP0647955A1 EP94402269A EP94402269A EP0647955A1 EP 0647955 A1 EP0647955 A1 EP 0647955A1 EP 94402269 A EP94402269 A EP 94402269A EP 94402269 A EP94402269 A EP 94402269A EP 0647955 A1 EP0647955 A1 EP 0647955A1
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EP
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instant
circuit breaker
tzmax
blowing
fault
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Jocelyn Tremblay
René Doche
André Lefrancois
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Grid Solutions SAS
Original Assignee
GEC Alsthom T&D SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/32—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts
    • H01H3/52—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts with means to ensure stopping at intermediate operative positions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/006—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means adapted for interrupting fault currents with delayed zero crossings

Definitions

  • the present invention relates to a high voltage circuit breaker capable of breaking delayed zero crossing fault currents.
  • a high-voltage circuit breaker capable of breaking alternating fault currents of pseudo-period T and delayed zero crossing, passing through zero after a maximum period of time tzmax-t0 after the instant t0 of appearance of the fault, this period of time tzmax-t0 being determined by simulations or by tests, comprising a plurality of interrupting chambers in series equipped with means for opening at an instant t1 subsequent to the instant of the fault t0 and with blowing means of the arc designed to operate between instant t1 and an instant tc prior to tzmax-T.
  • the aim of the present invention is to solve the problem of breaking delayed zero-crossing fault currents with only conventional breaking chambers, the circuit breaker according to the invention requiring only a modification of the control apparatus. particularly simple.
  • the circuit breaker comprises means for reducing the blowing flow rate adapted so that the blowing is extended up to an instant t2 between tzmax-T and tzmax + T.
  • the advantage of this arrangement is that it does not require any device for intelligent detection of the fault current and that it is fully automatic.
  • the instant t2 is substantially equal to tzmax.
  • the time t2-t0 is substantially equal to 7 pseudo-periods.
  • the means for decreasing the blowing rate are means for slowing down the moving assembly from a threshold d of its normal displacement.
  • the threshold d is between 2D / 3 and D, D being the normal total travel of the moving assembly.
  • the slowdown of the moving assembly is carried out at constant speed.
  • the slowing means consist of a cylindrical part disposed between the piston and the cone, the ring being adjusted to obtain a certain radial clearance between it and the cylindrical part.
  • Figure 1 is a graph showing the variations of a delayed zero-crossing alternating current.
  • Figure 2 is a partial longitudinal sectional view of a conventional circuit breaker.
  • FIG. 3 is a graph representing as a function of time the displacement of the movable arcing contact of a circuit breaker according to the invention according to a first variant.
  • FIG. 4 is a graph representing as a function of time the displacement of the movable arcing contact of a circuit breaker according to the invention according to a second variant.
  • Figure 5 is a longitudinal sectional view of the end of a hydraulic cylinder comprising slowing means according to the invention.
  • the oscillogram in Figure 1 shows the fault current with the delayed current going through zero. On the abscissa is represented time and on the ordinate the intensity of the current.
  • the fault current appears at time t0 and contributes to delaying the next passage by zero until a certain time.
  • Such behaviors are determined by tests and / or simulations and it is therefore possible to determine, for a given network and the predicted fault currents, the maximum time lapse before the passage through zero and therefore the instant tzmax of this passage through zero.
  • FIG. 2 A breaking chamber of a circuit breaker according to the invention capable of breaking such fault currents is shown in FIG. 2. It is a conventional chamber comprising in an insulating envelope 10 the breaking elements comprising a first metal tube 2 constituting the main fixed contact and a second tube 3 coaxial with the first and forming the fixed arcing contact. These two contacts are connected to a first socket.
  • the envelope is filled with a gas with good dielectric properties such as sulfur hexafluoride under a pressure of a few bars.
  • the moving assembly comprises a metal tube 4 extended by a corona hood 5 and provided with a transverse metal partition 8 carrying contact fingers 6 constituting the movable main contact and a blowing tube 7 extended by contact fingers 8 constituting the movable arcing contact.
  • the partition 8 is pierced with holes for the passage of the blowing gas and carries a blowing nozzle 9 made of insulating material.
  • the blowing is provided by a fixed piston 11 disposed inside the tube 4. This tube 4 is connected to a second socket.
  • the circuit breaker comprises a plurality of such interrupting chambers per phase.
  • the displacement of the moving assembly is defined on the graphs represented in FIGS. 3 and 4.
  • the series interrupting chambers are equipped with means for opening at an instant t1 subsequent to the instant of the fault t0 and with arc blowing means operating between instant t1 and a subsequent instant.
  • the moving assembly is subjected to a normal opening movement at a normal opening speed defined by the normal operating conditions and this movement is interrupted at time tc shown in the figures.
  • the displacement of the mobile assembly is modified from a threshold d of its normal displacement to end at the instant t2 comprised between tzmax-T and tzmax + T and advantageously t2 is substantially equal to tzmax.
  • the threshold d is preferably between 2D / 3 and D. At this threshold d, the moving assembly is slowed down to a speed preferably constant in order to reach the total stroke D at time t2.
  • the threshold d is equal to the normal total opening stroke D.
  • the total stroke D ' is then increased and is greater than D.
  • the time t2 is preferably substantially equal to 110 milliseconds.
  • the modification of the movement of the mobile assembly can be carried out in various ways.
  • FIG. 5 The preferred embodiment of the means for slowing down the movable assembly, the latter being moved by means of a hydraulic cylinder, is shown in FIG. 5.
  • This figure represents the hydraulic cylinder in the tripping position, that is to say the opening of the contacts.
  • the piston 20 of the jack is at the end of the stroke.
  • the opening order was transmitted by a control coil causing the evacuation of a pressurized fluid by the valve 21.
  • the sliding valve 22, released from the thrust of the slide 23, s' is therefore moved to the right (according to the figure) under the action of its return spring 24. It therefore closed the passage of the pressurized oil through the channel 25 supplied by the inlet 32 and the pressurized oil which held the piston 20 in the high position corresponding to the closed position of the contacts was evacuated through the channel 26 released by the slide 23.
  • the piston 20 is equipped with a damping cone 27 which, during opening, cooperates with a ring 28 mounted in its housing with longitudinal play and also having radial play.
  • the purpose of this arrangement is, at the end of opening, to slow down the piston 20 along the section of curve A in FIGS. 3 or 4.
  • the play of the ring 28 allows on the one hand its self-adjustment around the cone 27 and on the other hand, the passage of the oil between it and the cone 27.
  • the retarding means according to the invention consist of a cylindrical part 29 disposed between the piston 20 and the cone 27 and preferably integral with the latter.
  • This cylindrical part 29 is of length 1.
  • the ring 28 is adjusted to obtain a certain radial clearance j between it and the cylindrical part 29.
  • the movement of the contacts is first of all slowed down in a conventional manner by the cone 27 along the section of curve A, then slowed down at constant speed taking into account the play j chosen and for a time t2-tc taking into account the length 1 chosen according to the straight section B shown in FIGS. 3 or 4.
  • the implementation of the invention therefore requires minimal adaptation of an existing circuit breaker.
  • switching chambers can be used depending on the characteristics of the network.
  • at least four rooms can be provided.
  • four rooms will be provided for a line with a voltage of 800kV.

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Abstract

La présente invention concerne un disjoncteur à haute tension capable de couper des courants de défaut alternatifs de pseudo-période T et à passage par zéro retardé, passant par zéro après un laps de temps maximal tzmax-t0 après l'instant t0 d'apparition du défaut, ce laps de temps tzmax-t0 étant déterminé par simulations ou par essais, comprenant une pluralité de chambres de coupure (1) en série équipées de moyens pour s'ouvrir à un instant t1 ultérieur à l'instant du défaut t0 et de moyens de soufflage de l'arc conçu pour fonctionner entre l'instant t1 et un instant tc antérieur à l'instant tzmax-T. Il comporte des moyens de diminution du débit de soufflage adaptés pour que le soufflage soit prolongé jusqu'à un instant t2 compris entre tzmax-T et tzmax+T. <IMAGE>

Description

  • La présente invention se rapporte à un disjoncteur à haute tension capable de couper des courants de défauts à passage par zéro retardé.
  • Elle concerne plus précisément un disjoncteur à haute tension capable de couper des courants de défaut alternatifs de pseudo-période T et à passage par zéro retardé, passant par zéro après un laps de temps maximal tzmax-t0 après l'instant t0 d'apparition du défaut, ce laps de temps tzmax-t0 étant déterminé par simulations ou par essais, comprenant une pluralité de chambres de coupure en série équipées de moyens pour s'ouvrir à un instant t1 ultérieur à l'instant du défaut t0 et de moyens de soufflage de l'arc conçu pour fonctionner entre l'instant t1 et un instant tc antérieur à tzmax-T.
  • La coupure des courants à grande composante continue ou à passage par zéro retardé, que l'on rencontre par exemple dans les réseaux alternatifs à haute tension à compensation série, lors de l'apparition de certains types de défaut, pose de gros problèmes. La présence de la composante continue peut entraîner le non passage par zéro du courant pendant plusieurs pseudo-périodes. Il est alors impossible de couper le courant à l'aide de disjoncteurs classiques à hexafluorure de soufre.
  • Il est bien connu pour remédier à ces problèmes d'augmenter la tension d'arc par des moyens convenables. Une tension d'arc élevée permet en effet d'absorber l'énergie de la composante continue du courant et de la faire tendre par zéro.
  • Dans ce but il a été proposé d'utiliser une chambre de coupure munie de moyens pour créer plusieurs arcs en série dans le document de brevet français n°2 681 724.
  • Il a également été proposé d'utiliser une chambre de coupure à fusibles permanents en série avec une chambre de coupure haute tension classique dans le document de brevet français n°2 678 770. La fusion des fusibles lors d'une opération de déclenchement sur défaut produit une très forte tension d'arc qui fait décroître très rapidement la composante continue du courant de défaut.
  • Il est connu également d'absorber l'énergie du réseau due à la composante continue en insérant temporairement une résistance sur le circuit. Une résistance convenable permet en effet de faire tendre vers zéro en un temps relativement court cette composante continue. Un tel agencement est décrit dans le document de brevet français n°2 683 937.
  • Il est aussi connu que la présence en parallèle sur une chambre de coupure d'un disjoncteur d'un condensateur de grande capacité en série avec une inductance produit à l'ouverture du disjoncteur des oscillations du courant qui augmentent la tension d'arc et engendrent une instabilité de l'arc favorisant la décroissance de la composante continue du courant et son passage par zéro. C'est le cas décrit dans le document de brevet français n°2 684 486.
  • Ces solutions nécessitent l'emploi d'appareils nouveaux. Le but de la présente invention est de résoudre le problème de la coupure de courants de défaut à passage par zéro retardé avec uniquement des chambres de coupures classiques, le disjoncteur conforme à l'invention ne nécessitant qu'une modification de l'appareillage de commande particulièrement simple.
  • Conformément à l'invention, le disjoncteur comporte des moyens de diminution du débit de soufflage adaptés pour que le soufflage soit prolongé jusqu'à un instant t2 compris entre tzmax-T et tzmax+T.
  • Cet agencement a pour avantage de ne nécessiter aucun dispositif de détection intelligente du courant de défaut et d'être totalement automatique.
  • De préférence, l'instant t2 est sensiblement égal à tzmax.
  • Selon des considérations pratiques, le temps t2-t0 est sensiblement égal à 7 pseudo-périodes.
  • Dans le cas où les moyens de soufflage sont constitués d'un piston coopérant par déplacement relatif avec un équipage mobile portant un contact d'arc mobile et soumis à un déplacement normal d'ouverture à une vitesse normale d'ouverture définie par les conditions de fonctionnement normal, les moyens de diminution du débit de soufflage sont des moyens de ralentissement de l'équipage mobile à partir d'un seuil d de son déplacement normal.
  • De préférence, le seuil d est compris entre 2D/3 et D, D étant la course totale normale de l'équipage mobile.
  • Avantageusement, le ralentissement de l'équipage mobile est effectué à vitesse constante.
  • Dans le cas d'un disjoncteur comportant un vérin hydraulique entraînant l'équipage mobile et comportant un piston relié à un cône d'amortissement coopérant avec une bague, avantageusement les moyens de ralentissement consistent en une partie cylindrique disposée entre le piston et le cône, la bague étant réglée pour obtenir un certain jeu radial entre elle et la partie cylindrique.
  • L'invention est décrite ci-après plus en détail à l'aide de figures ne représentant qu'un mode de réalisation préféré de l'invention.
  • La figure 1 est un graphe montrant les variations d'un courant alternatif à passage par zéro retardé.
  • La figure 2 est une vue en coupe longitudinale partielle d'un disjoncteur classique.
  • La figure 3 est un graphe représentant en fonction du temps le déplacement du contact d'arc mobile d'un disjoncteur conforme à l'invention selon une première variante.
  • La figure 4 est un graphe représentant en fonction du temps le déplacement du contact d'arc mobile d'un disjoncteur conforme à l'invention selon une seconde variante.
  • La figure 5 est une vue en coupe longitudinale de l'extrémité d'un vérin hydraulique comportant des moyens de ralentissement conformément à l'invention.
  • L'oscillogramme de la figure 1 montre le courant de défaut avec le passage par zéro du courant retardé. En abscisses est représenté le temps et en ordonnées l'intensité du courant.
  • Le courant de défaut apparaît à l'instant t0 et contribue à retarder le passage suivant par zéro jusqu'à un certain instant. De tels comportements sont déterminés par essais et/ou simulations et il est donc possible de déterminer, pour un réseau donné et les courants de défaut prévus, le laps de temps maximal avant le passage par zéro et donc l'instant tzmax de ce passage par zéro.
  • A l'apparition du courant de défaut à l'instant t0, l'ordre d'ouverture du disjoncteur est lancé et ce dernier s'ouvre à l'instant t1.
  • Une chambre de coupure d'un disjoncteur conforme à l'invention capable de couper de tels courants de défaut est représenté sur la figure 2. Il s'agit d'une chambre classique comportant dans une enveloppe isolante 10 les éléments de coupure comprenant un premier tube métallique 2 constituant le contact principal fixe et un second tube 3 coaxial au premier et formant le contact d'arc fixe. Ces deux contacts sont reliés à une première prise de courant. L'enveloppe est remplie d'un gaz à bonnes propriétés diélectriques tel que l'hexafluorure de soufre sous une pression de quelques bars.
  • L'équipage mobile comprend un tube métallique 4 prolongé par un capot pare-effluves 5 et pourvu d'une cloison métallique 8 transversale portant des doigts de contact 6 constituant le contact principal mobile et un tube de soufflage 7 prolongé par des doigts de contact 8 constituant le contact d'arc mobile. La cloison 8 est percée de trous pour le passage du gaz de soufflage et porte une buse de soufflage 9 en matériau isolant. Le soufflage est assuré par un piston fixe 11 disposé à l'intérieur du tube 4. Ce tube 4 est relié à une seconde prise de courant.
  • Le disjoncteur comporte par phase une pluralité de telles chambres de coupure.
  • Le déplacement de l'équipage mobile est défini sur les graphes représentés sur les figures 3 et 4.
  • Les chambres de coupure en série sont équipées de moyens pour s'ouvrir à un instant t1 ultérieur à l'instant du défaut t0 et de moyens de soufflage de l'arc fonctionnant entre l'instant t1 et un instant ultérieur.
  • De façon classique, l'équipage mobile est soumis à un déplacement normal d'ouverture à une vitesse normale d'ouverture définie par les conditions de fonctionnement normal et ce déplacement s'interrompt à l'instant tc représenté sur les figures. Conformément à l'invention, le déplacement de l'équipage mobile est modifié à partir d'un seuil d de son déplacement normal pour se terminer à l'instant t2 compris entre tzmax-T et tzmax+T et avantageusement t2 est sensiblement égal à tzmax.
  • Selon la première variante représentée sur le graphe 3, le seuil d est de préférence compris entre 2D/3 et D. A ce seuil d, l'équipage mobile est ralenti à une vitesse de préférence constante afin d'atteindre la course totale D à l'instant t2.
  • Selon la seconde variante représentée sur la figure 4, le seuil d est égal à la course totale normale d'ouverture D. La course totale D' est alors augmentée et est supérieure à D.
  • Des variantes intermédiaires sont également envisageables, en modifiant la vitesse de ralentissement et/ou la course totale de l'équipage mobile.
  • Dans de telles conditions, à l'ouverture des contacts à l'instant t1, un arc se crée entre les contacts d'arc 3, 8 et en cas de défaut normal, il est soufflé par le gaz de soufflage de façon classique. Si le défaut est à passage par zéro retardé, le soufflage continuant jusqu'à l'instant t2 correspondant au cas le plus défavorable, l'arc peut être également soufflé.
  • Des études d'essais et de simulations ont montré que, dans la pratique, le temps t2 est de préférence sensiblement égal à 110 millisecondes.
  • Suivant toutes les variantes possibles, la modification du déplacement de l'équipage mobile peut être réalisée de façons diverses.
  • Le mode de réalisation préféré des moyens de ralentissement de l'équipage mobile, celui-ci étant déplacé grâce à un vérin hydraulique, est représenté sur la figure 5.
  • Cette figure représente le vérin hydraulique en position de déclenchement c'est-à-dire d'ouverture des contacts. Le piston 20 du vérin est en fin de course. Pour arriver à cette position, l'ordre d'ouverture a été transmis par une bobine de commande entraînant l'évacuation d'un fluide sous pression par le clapet 21. La valve coulissante 22, libérée de la poussée du coulisseau 23, s'est donc déplacée vers la droite (selon la figure) sous l'action de son ressort de rappel 24. Elle a donc fermée le passage de l'huile sous pression par le canal 25 alimenté par l'arrivée 32 et l'huile sous pression qui maintenait le piston 20 en position haute correspondante à la position fermée des contacts s'est évacuée par le canal 26 libéré par le coulisseau 23.
  • De façon classique, le piston 20 est équipé d'un cône d'amortissement 27 qui, lors de l'ouverture, coopère avec une bague 28 montée dans son logement avec un jeu longitudinal et présentant également un jeu radial. Cet agencement a pour fonction, en fin d'ouverture de ralentir le piston 20 selon le tronçon de courbe A des figures 3 ou 4. Le jeu de la bague 28 permet d'une part son auto-ajustement autour du cône 27 et d'autre part le passage de l'huile entre elle et le cône 27.
  • Les moyens de ralentissement conformes à l'invention consistent en une partie cylindrique 29 disposée entre le piston 20 et le cône 27 et de préférence solidaire de ce dernier. Cette partie cylindrique 29 est de longueur 1. La bague 28 est réglée pour obtenir un certain jeu radial j entre elle et la partie cylindrique 29.
  • Ainsi lors de l'ouverture, le déplacement des contacts est tout d'abord ralenti de façon classique par le cône 27 selon le tronçon de courbe A, puis ralenti à vitesse constante compte-tenu du jeu j choisi et durant un temps t2-tc compte-tenu de la longueur 1 choisie selon le tronçon de droite B représenté sur les figures 3 ou 4.
  • La mise en oeuvre de l'invention nécessite donc une adaptation minime d'un disjoncteur existant.
  • Cette adaptation est particulièrement limitée pour la mise en oeuvre de l'invention selon la courbe de la figure 3. Il suffit alors d'installer le cône d'amortissement 27 équipé de la partie cylindrique 29 sur le piston 20 existant, le carter 30 devant alors être allongé.
  • Dans le cas de la mise en oeuvre de la courbe de la figure 4, la course du piston 20 doit également être allongée et en conséquence sa tige et la chambre 31.
  • Plusieurs chambres de coupure peuvent être utilisés selon les caractéristiques du réseau. Dans la pratique, au moins quatre chambres peuvent être prévues. A titre d'exemple, quatre chambres seront prévues pour une ligne d'une tension de 800kV.
  • Aucun dispositif de détection intelligente des différentes phases du courant de défaut n'est donc nécessaire et les chambres de coupure fonctionnent normalement en deux cycles à l'ouverture.

Claims (7)

1) Disjoncteur à haute tension capable de couper des courants de défaut alternatifs de pseudo-période T et à passage par zéro retardé, passant par zéro après un laps de temps maximal tzmax-t0 après l'instant t0 d'apparition du défaut, ce laps de temps tzmax-t0 étant déterminé par simulations ou par essais, comprenant une pluralité de chambres de coupure (1) en série équipées de moyens pour s'ouvrir à un instant t1 ultérieur à l'instant du défaut t0 et de moyens de soufflage de l'arc conçu pour fonctionner entre l'instant t1 et un instant tc antérieur à l'instant tzmax-T, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de diminution du débit de soufflage adaptés pour que le soufflage soit prolongé jusqu'à un instant t2 compris entre tzmax-T et tzmax+T.
2) Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'instant t2 est sensiblement égal à tzmax.
3) Disjoncteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le temps t2-t0 est sensiblement égal à 7 pseudo-périodes.
4) Disjoncteur selon l'une des revendications précédentes dont les moyens de soufflage sont constitués d'un piston (11) coopérant par déplacement relatif avec un équipage mobile portant un contact d'arc mobile (8) et soumis à un déplacement normal d'ouverture à une vitesse normale d'ouverture définie par les conditions de fonctionnement normal, caractérisé en ce que les moyens de diminution du débit de soufflage sont des moyens de ralentissement de l'équipage mobile à partir d'un seuil d de son déplacement normal.
5)Disjoncteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le seuil d est compris entre 2D/3 et D, D étant la course totale normale de l'équipage mobile.
6) Disjoncteur selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le ralentissement est effectué à vitesse constante.
7) Disjoncteur selon la revendication 6, comportant un vérin hydraulique entraînant l'équipage mobile et comportant un piston (20) relié à un cône d'amortissement (27) coopérant avec une bague (28), caractérisé en ce que les moyens de ralentissement consistent en une partie cylindrique (28) disposée entre le piston (20) et le cône (27), la bague (28) étant réglée pour obtenir un certain jeu radial (j) entre elle et la partie cylindrique (29).
EP94402269A 1993-10-12 1994-10-10 Disjoncteur à haute tension capable de couper des courants de défaut à passage par zéro retardé Expired - Lifetime EP0647955B1 (fr)

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BR (1) BR9404059A (fr)
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