La présente invention se rapporte à un disjoncteur comprenant, pour chaque phase, au moins deux chambres de coupure principales ayant chacune une varistance montée en parallèle à ses bornes.
Dans la demande de brevet français 8 915 713 déposée le 29 novembre 1989 par la Demanderesse, est décrit un disjoncteur à deux chambres de coupure par phase. Chaque chambre est équipée d'une varistance reliée en série à un interrupteur et d'un condensateur. Le rôle de la varistance est de réduire la surtension et de répartir la tension de rétablissement pendant la coupure de la chambre principale. Le rôle du condensateur est de répartir la tension de rétablissement sur la chambre principale et sur la chambre auxiliaire (ou sur les contacts du dispositif d'insertion de la varistance incorporée) pendant la coupure du courant. En position ouvert, le condensateur sert à répartir la tension sur chaque élément de coupure pour assurer la tenue diélectrique.
Dans la demande de brevet français 9 007 426 déposée le 14 juin 1990 par la Demanderesse, est décrit un disjoncteur standard équipé de condensateurs de répartition et comprenant pour chaque phase au moins une chambre de coupure à varistance limitant la tension à 3 p.u, c'est-à-dire par rapport à la valeur crête de la tension normale contre terre, sans dispositif d'insertion.
Or il faut constater que dans le cas de disjoncteurs à SF6 à très haute tension (par exemple 420 kV ou 550 kV à deux chambres de coupure par phase), le prix des condensateurs est élevé, compte tenu de leurs dimensions.
Grâce à l'invention, il est démontré qu'il est possible de supprimer les condensateurs de répartition dans de tels disjoncteurs équipés de varistances.
Dans le cas où lès varistances sont montées en permanence aux bornes des chambres de coupure, chaque varistance est dimensionnée pour limiter la tension à sensiblement 3 p.u, aucun condensateur de répartition n'étant monté en parallèle aux bornes de chambres de coupure.
Dans le cas où chaque varistance est associée à un dispositif d'insertion, chaque varistance étant dimensionnée pour limiter la surtension à environ 1,2 p.u, les enveloppes isolantes des chambres de coupure sont d'une longueur proportionnelle au taux maximal de répartition, aucun condensateur de répartition n'étant monté en parallèle aux bornes de chambres de coupure.
En effet, la répartition de tension avec un point à la masse ne dépasse pas un certain pourcentage (ou taux) pour ce qui concerne les disjoncteurs ayant des dispositifs d'insertion de varistance.
Le surcoût dû à l'allongement des enveloppes isolantes est inférieur au prix du condensateur.
Selon une première variante, chaque varistance est logée avec son dispositif d'insertion dans une chambre de coupure auxiliaire et les enveloppes isolantes des chambres auxiliaires sont également d'une longueur proportionnelle au taux maximal de répartition.
Selon une seconde variante, chaque varistance est logée avec son dispositif d'insertion dans la chambre de coupure principale correspondante.
Le taux de répartition maximal étant de l'ordre de 65%, les enveloppes sont allongées, plus précisément, d'un coefficient sensiblement égal à 1,3, par rapport au cas classique d'une répartition 50%-50%.
L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide de dessins ne représentant que des modes de réalisation préférés.
La fig. 1 est une vue frontale d'un disjoncteur suivant un premier mode de réalisation de l'invention.
La fig. 2 est une vue frontale d'un disjoncteur suivant un second mode de réalisation de l'invention, selon une première variante.
La fig. 3 est une vue frontale d'un disjoncteur suivant le second mode de réalisation de l'invention, selon une seconde variante.
Prenons l'exemple d'un disjoncteur 420 kV à deux chambres de coupure en série à varistances limitant la surtension à 3 p.u sans dispositif d'insertion, et équipé de condensateurs de répartition.
Généralement, on a une repartition avec un point à la masse de 51%-49% à 52%-48%.
Sans condensateur de répartition, tel qu'il est représenté sur la fig. 1, on a une répartition de 63%-37% à 65%-35%. Cette répartition de 65% est appliquée sur la chambre de coupure 1 la plus chargée après l'extinction du courant dans la varistance. La répartition sur les deux chambres principales 1, contenant les contacts principaux 3 et de longueur L, est, pendant la coupure du courant de défaut, de l'ordre de 50%-50% puisqu'elle est assurée par deux varistances identiques 2.
Si la tension appliquée est élevée (supérieure ou égale à 2 p.u) et dure plusieurs alternances, on aura le fonctionnement des varistances à chaque alternance.
En opposition de phase à 2 p.u, il faut s'assurer que les varistances puissent tenir la tension pendant quelques minutes.
Pour les tensions appliquées inférieures ou égales à 1,5 p.u, les varistances peuvent tenir indéfiniment la tension même avec la répartition de 65%-35%.
L'utilisation de deux varistances identiques 2 fonctionnant à 3 p.u permet ainsi d'assurer le bon fonctionnement en cas de tension élevée. Les condensateurs peuvent donc être supprimés sans nécessité d'allonger les enveloppes en porcelaine des chambres de coupure 1.
Prenons maintenant l'exemple d'un disjoncteur à deux chambres de coupure 10, contenant les contacts principaux 13, parallèles à une varistance 21 reliée à un dispositif 15 d'insertion 22 en série et sans condensateur de répartition, tel que représenté sur la fig. 2.
La varistance 21 et le dispositif d'insertion 22 sont logés dans la chambre auxiliaire 20. La répartition de tension est supposée de 65%-35%.
Cette répartition de 65% est appliquée sur la chambre de coupure 10 et sur la chambre auxiliaire 20 la plus chargée après l'extinction du courant dans la varistance 21. La répartition sur les deux chambres principales 10, après la coupure du courant de défaut, est quant à elle de l'ordre de 50%-50% puisqu'elle est assurée par deux varistances identiques 21.
La tension rétablie appliquée sur la chambre auxiliaire 20 la plus chargée en cas de coupure d'un défaut triphasé est de
1,5 (U/ 3) * 0,65 = 0,975 (U/ 3)
où U/ 3 est la tension simple ou tension par rapport à la terre.
Elle est donc pratiquement égale à la tension simple et similaire à la tension obtenue en cas de coupure en opposition de phase. En effet, dans le cas de coupure en opposition de phase avec deux chambres, la répartition est de 50%-50%, la tension totale appliquée étant de 2 * (U/ 3). Par chambre de coupure on a donc
2 * (U/ 3) * 1/2 = (U/ 3).
L'ouverture de l'interrupteur auxiliaire 22 après l'extinction du courant dans la varistance permet d'isoler la varistance 21 du circuit.
En position ouvert, chaque chambre de coupure devra tenir diélectriquement entre contacts 65% de la tension d'essai. Ceci est relativement facile avec les appareils modernes actuels utilisant le SF6 comme gaz diélectrique et de coupure.
Pour la tenue externe, il faut, par rapport au cas classique 50%-50%, rallonger l'enveloppe en porcelaine de la chambre principale 10 et de la chambre auxiliaire 20. Cet allongement est égal au rapport 65/50 = 1,3 appelé coefficient de surcharge, soit L' = 1,3 * L.
Comme représenté sur la fig. 3, il sera encore plus économique d'incorporer la varistance 11 et le dispositif d'insertion 12 dans la chambre de coupure principale 10, contenant les contacts principaux 13. On a ainsi seulement la chambre principale 10 à rallonger.
Dans le cas des disjoncteurs à trois chambres de coupure par phase, ces modalités d'application restent valables.
The present invention relates to a circuit breaker comprising, for each phase, at least two main breaking chambers each having a varistor mounted in parallel at its terminals.
In the French patent application 8 915 713 filed on November 29, 1989 by the Applicant, a circuit breaker with two interrupting chambers per phase is described. Each room is equipped with a varistor connected in series to a switch and a capacitor. The role of the varistor is to reduce the overvoltage and distribute the recovery voltage during the shutdown of the main chamber. The role of the capacitor is to distribute the recovery voltage on the main chamber and on the auxiliary chamber (or on the contacts of the built-in varistor insertion device) during the power cut. In the open position, the capacitor is used to distribute the voltage on each breaking element to ensure dielectric strength.
In French patent application 9 007 426 filed on June 14, 1990 by the Applicant, there is described a standard circuit breaker equipped with distribution capacitors and comprising for each phase at least one varistor breaking chamber limiting the voltage to 3 pu, c ' that is to say with respect to the peak value of the normal voltage against earth, without an insertion device.
However, it should be noted that in the case of very high voltage SF6 circuit breakers (for example 420 kV or 550 kV with two interrupting chambers per phase), the price of the capacitors is high, taking into account their dimensions.
Thanks to the invention, it has been demonstrated that it is possible to eliminate the distribution capacitors in such circuit breakers fitted with varistors.
In the case where the varistors are permanently mounted at the terminals of the interrupting chambers, each varistor is dimensioned to limit the voltage to substantially 3 p.u, no distribution capacitor being mounted in parallel at the terminals of the interrupting chambers.
In the case where each varistor is associated with an insertion device, each varistor being dimensioned to limit the overvoltage to approximately 1.2 pu, the insulating envelopes of the breaking chambers are of a length proportional to the maximum distribution rate, none distribution capacitor not being mounted in parallel at the terminals of breaking chambers.
In fact, the voltage distribution with a point to earth does not exceed a certain percentage (or rate) with regard to circuit breakers having varistor insertion devices.
The additional cost due to the lengthening of the insulating envelopes is lower than the price of the capacitor.
According to a first variant, each varistor is housed with its insertion device in an auxiliary breaking chamber and the insulating envelopes of the auxiliary chambers are also of a length proportional to the maximum distribution rate.
According to a second variant, each varistor is housed with its insertion device in the corresponding main breaking chamber.
The maximum distribution rate being of the order of 65%, the envelopes are elongated, more precisely, by a coefficient substantially equal to 1.3, compared to the conventional case of a 50% -50% distribution.
The invention is set out below in more detail with the aid of drawings showing only preferred embodiments.
Fig. 1 is a front view of a circuit breaker according to a first embodiment of the invention.
Fig. 2 is a front view of a circuit breaker according to a second embodiment of the invention, according to a first variant.
Fig. 3 is a front view of a circuit breaker according to the second embodiment of the invention, according to a second variant.
Take the example of a 420 kV circuit breaker with two cut-off chambers in series with varistors limiting the overvoltage to 3 p.u without insertion device, and equipped with distribution capacitors.
Generally, we have a distribution with a point to the mass of 51% -49% to 52% -48%.
Without distribution capacitor, as shown in fig. 1, we have a distribution of 63% -37% to 65% -35%. This 65% distribution is applied to the most charged breaking chamber 1 after the current in the varistor has gone out. The distribution over the two main chambers 1, containing the main contacts 3 and of length L, is, during the breaking of the fault current, of the order of 50% -50% since it is ensured by two identical varistors 2.
If the applied voltage is high (greater than or equal to 2 p.u) and lasts several alternations, the varistors will operate at each alternation.
In phase opposition at 2 p.u, it must be ensured that the varistors can hold the voltage for a few minutes.
For applied voltages less than or equal to 1.5 p.u, the varistors can hold the tension indefinitely even with the distribution of 65% -35%.
The use of two identical varistors 2 operating at 3 p.u thus ensures correct operation in the event of high voltage. The capacitors can therefore be removed without the need to lengthen the porcelain enclosures of the breaking chambers 1.
Let us now take the example of a circuit breaker with two breaking chambers 10, containing the main contacts 13, parallel to a varistor 21 connected to a device 15 for insertion 22 in series and without distribution capacitor, as shown in FIG. . 2.
The varistor 21 and the insertion device 22 are housed in the auxiliary chamber 20. The voltage distribution is assumed to be 65% -35%.
This 65% distribution is applied to the breaking chamber 10 and to the most charged auxiliary chamber 20 after the current has been extinguished in the varistor 21. The distribution to the two main chambers 10, after breaking the fault current, is in the order of 50% -50% since it is provided by two identical varistors 21.
The restored voltage applied to the most charged auxiliary chamber 20 in the event of a three-phase fault interruption is
1.5 (U / 3) * 0.65 = 0.975 (U / 3)
where U / 3 is the single voltage or voltage with respect to earth.
It is therefore practically equal to the simple voltage and similar to the voltage obtained in the event of a cut in phase opposition. Indeed, in the case of cut in phase opposition with two chambers, the distribution is 50% -50%, the total applied voltage being 2 * (U / 3). By cut-off chamber we therefore have
2 * (U / 3) * 1/2 = (U / 3).
The opening of the auxiliary switch 22 after the extinction of the current in the varistor makes it possible to isolate the varistor 21 from the circuit.
In the open position, each breaking chamber must hold dielectrically between contacts 65% of the test voltage. This is relatively easy with modern modern devices using SF6 as the dielectric and breaking gas.
For the external holding, it is necessary, compared to the classic case 50% -50%, to lengthen the porcelain envelope of the main chamber 10 and the auxiliary chamber 20. This elongation is equal to the ratio 65/50 = 1.3 called overload coefficient, i.e. L '= 1.3 * L.
As shown in fig. 3, it will be even more economical to incorporate the varistor 11 and the insertion device 12 into the main breaking chamber 10, containing the main contacts 13. There is thus only the main chamber 10 to be extended.
In the case of circuit breakers with three interrupting chambers per phase, these application methods remain valid.