Introduction au schéma d'extinction d'arc parallèle des interrupteurs-sectionneurs à vide sans SF6 dans l'unité principale MVRing

Lorsque le circuit haute tension est déconnecté, la tension décompose l'air pour produire des gaz libres à haute température et à haute conductivité, qui apparaissent comme des étincelles instantanées à haute température, qui sont des arcs.

Les dommages causés par un arc électrique sont très importants : il génère une température élevée, ce qui provoque l'abrasion de la surface du contact et la combustion du matériau isolant. La présence d'un arc électrique a entraîné la formation d'un courant entre les deux contacts initialement déconnectés, ce qui a prolongé le temps de déconnexion du circuit par l'interrupteur et aggravé les dommages causés par les courts-circuits dans le réseau électrique. Les arcs électriques peuvent provoquer des incendies, voire des explosions.

L'extinction d'arc est donc devenue un élément essentiel des équipements électriques haute tension. Prenons l'exemple du disjoncteur principal en boucle. Il doit assurer la commutation des circuits haute tension et être installé dans des zones à forte densité de population telles que les aéroports et les zones résidentielles. Sa sécurité doit être garantie.

Pour éliminer les arcs, les méthodes traditionnelles incluent principalement les idées suivantes :

1. Laissez tomber le Vtension.

En parlant de réduction de tension, certains espèrent réduire directement la tension du circuit, mais c'est évidemment impossible. Après tout, l'équipement doit assurer la déconnexion complète du circuit lors d'une transmission haute tension. Il ne peut pas toujours passer d'une transmission haute tension à une transmission basse tension. La chute de tension correspond ici à la tension au moment où le contact de chute est déconnecté ! Nous savons que U = IR, lorsque le contact est déconnecté, R augmente instantanément. Pour minimiser U, il faut s'assurer que le courant traversant le contact est minimal au moment de sa déconnexion. Notez également que dans les circuits CA, les passages à zéro du courant et de la tension sont souvent décalés, selon le type de charge.

Pour minimiser la tension au contact lorsque celui-ci est ouvert, assurez-vous que l'action se produit lorsque le courant passe par zéro. Idéalement, I est exactement égal à 0, U = IR = 0, donc aucun arc ne se produira. Or, ce n'est pas le cas. Cette idée est complexe. La difficulté réside dans le fait qu'une structure mécanique doit fonctionner avec précision sous un courant de 50 Hz. Comparés aux variations rapides du courant (50 Hz), les contacts mécaniques se déplacent trop lentement. Plus important encore, le décalage temporel entre les deux actions est également différent ! Lors du déclenchement, le contact se déconnecte après 15 ms, et lors du déclenchement suivant, il se déconnecte après 22 ms. Cette plage de gigue est très importante sous un courant de 50 Hz.

2. Air Bvoulant Eéteindre le UNrc.

Une fois l'arc généré, il peut être éteint par soufflage d'air, souvent appelé soufflage d'arc. Ce procédé utilise un flux d'air pour refroidir l'arc, augmenter la pression dans la zone d'arc et éliminer les gaz résiduels, offrant ainsi une excellente performance d'extinction. Le soufflage d'arc peut être horizontal ou vertical.

De plus, des grilles peuvent être ajoutées autour de la zone où l'arc est généré, afin de pouvoir le couper. Cela permet d'éteindre rapidement l'arc.

Bien entendu, éteindre l'arc ne consiste pas à trouver quelqu'un sur qui souffler. Le flux d'air généré par le contact peut être utilisé pour compléter l'opération de soufflage de l'arc.

En temps normal, la plupart des méthodes de soufflage d'arc sont utilisées. Après tout, leur coût de mise en œuvre est faible. Par exemple, diverses chambres d'extinction d'arc sont équipées de mécanismes et de grilles de soufflage d'arc.

3. Remplacer le M.média.

En remplaçant le milieu par un isolant plus performant et en coupant le circuit dans ce milieu, l'arc électrique peut être réduit. Le plus simple est de penser au vide. L'effet d'extinction de l'arc électrique par un interrupteur à vide est excellent, mais son coût est élevé et sa durée de vie est courte.

Le fluide le plus couramment utilisé aujourd'hui est l'hexafluorure de soufre SF6. Il s'agit d'un gaz synthétique synthétisé il y a 100 ans par deux chimistes français, Moissan et Lebeau.

L'hexafluorure de soufre présente les caractéristiques suivantes :

Sa conductivité thermique élevée permet d'évacuer rapidement la température de l'arc. Incolore, inodore, non toxique, il possède des propriétés chimiques stables et n'est pas sujet aux réactions chimiques à température ambiante. C'est pourquoi l'hexafluorure de soufre est largement utilisé dans le secteur de l'énergie comme isolant et agent de coupure pour les équipements électriques moyenne et haute tension. Cependant, l'hexafluorure de soufre est un gaz à effet de serre dont le potentiel de réchauffement global (PRG) est de 23 500, ce qui signifie qu'un kilogramme d'hexafluorure de soufre a le même impact que 23 500 kilogrammes de dioxyde de carbone. C'est très grave.

Existe-t-il des solutions sûres, respectueuses de l’environnement et ayant une longue durée de vie ?

4. Parallèle Vaspirateur jeinterruption (SVI) Ssolution.

Il s'agit d'une solution plus sûre et plus respectueuse de l'environnement, initialement proposée par Schneider Electric et utilisée dans les unités de commutation en boucle. Cette solution de coupure sous vide parallèle comprend une chambre d'extinction d'arc sous vide et un sectionneur d'isolement dans l'air, permettant ainsi le fonctionnement classique d'un interrupteur à trois positions avec un nombre réduit de pièces et un faible coût.

Prenons comme exemple la solution de Schneider Electric pour introduire le principe du SVI.

Lorsque les contacts mobiles se déplacent, le courant est transféré des contacts fixes vers l'interrupteur à vide. Il est à noter qu'au moment où les contacts mobiles et statiques sont séparés, comme ils sont au même potentiel, aucun arc ne se produit.

Le courant traverse ensuite l'interrupteur à vide en position fermée. Ensuite, entraînée par le contact mobile, la tige pivotante tourne et entraîne l'interrupteur à vide en ouverture et en fermeture.

Une fois l'interruption de courant terminée, le contact mobile libère la tige pivotante et continue sa rotation jusqu'à sa position d'isolement. Sous l'action du ressort tampon, la tige pivotante revient à sa position initiale, fermant ainsi l'interrupteur à vide.

Cette solution permet de réduire la taille et le coût de l'interrupteur à vide. Comme l'interrupteur à vide ne fonctionne qu'en phase de coupure, il résiste à la tension transitoire de rétablissement pendant la coupure, mais il n'a pas besoin de capacité de fermeture en court-circuit, de tenue au courant de courte durée ni de tenue au courant continu. Pendant la phase de fermeture, le courant ne traverse pas l'interrupteur à vide. De plus, pendant la phase de coupure, le temps de passage du courant dans l'interrupteur à vide n'est que de quelques millimètres.

Dans l'état d'isolement, les contacts mobiles et les contacts fixes sont isolés dans l'air sec.

En tant que milieu isolant, l’air sec présente les avantages suivants :

Non toxique et sans danger pour les opérateurs. Vous pouvez être assuré que l'équipement est installé à proximité de lieux publics sans risque de fuite de gaz toxique.

Il est non polluant, remplace l’hexafluorure de soufre et évite l’effet de serre.

Son utilisation est simple. Une fois l'équipement mis au rebut, le gaz n'a pas besoin de subir de processus de récupération complexe et peut être rejeté directement.

On peut constater que l’interruption du vide en parallèle présente des avantages et est susceptible de remplacer la solution d’hexafluorure de soufre.

De plus, nous avons constaté que l'ensemble du processus était identique à celui de l'interrupteur à hexafluorure de soufre à trois positions actuellement utilisé : une opération pour la coupure/l'isolement, et une seconde pour la mise à la terre. La solution d'unité principale en boucle de Schneider Electric présente le même encombrement que l'interrupteur à hexafluorure de soufre, et même la hauteur des barres de cuivre et des jonctions de câbles reste inchangée. Elle est facilement modifiable et le schéma d'origine à hexafluorure de soufre a été transformé en un nouveau schéma. Il s'agit donc d'une solution plus respectueuse de l'environnement et plus sûre.