EP0966013B1 - Dispositif limiteur pour disjoncteur haute tension à cuve métallique mise à la terre - Google Patents
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- 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
- H01H33/02—Details
- H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
- H01H33/16—Impedances connected with contacts
Definitions
- the invention relates to a limiter device for a high voltage circuit breaker, of the type said "dead tank” with earthed metal tank, placed upstream of a line high voltage electricity in an energy distribution or transport network and more particularly a device for limiting the speed of recovery of voltage after interruption, following an online fault.
- a high voltage circuit breaker placed upstream of a line high voltage electrical equipment must be able to interrupt line faults which are likely to operate downstream up to distances of a few kilometers and which are characterized by very high current intensities. These intensities can reach for example 57 kA for a supply at 145 kV and 60 Hz.
- a problem that arises after an interruption caused by a fault in this kind is to respect the conditions for restoring the tension which are planned at network level, in particular with regard to recovery speed of voltage du / dt. It is for example asked to respect a speed of restoration of 13.6 kV / ⁇ s in the case of the 145 kV and 60 Hz supply considered above.
- circuit breakers do not currently allow such a constraint, it is conventionally expected to place a capacitor between earth and line downstream of a circuit breaker in order to limit the speed of recovery of voltage below the value that can be supported by the breaker.
- the capacitor provided in such a device cannot intervene only to reduce a voltage being restored downstream of the circuit breaker and it has no effect on that of the voltage, upstream of the source side.
- a dead tank circuit breaker which is directly connected to a power bar, upstream side, has no significant capacity likely to act, the output crossing bringing a small capacity of the order of 50 to 100 pF. He must however be able to support the sum of the re-establishment of tensions upstream and downstream.
- a speed value of upstream voltage recovery du / dt from 2 to 7.8 kV / ⁇ s is usual, the value of downstream recovery speed having the value of 13.6 kV / ⁇ s.
- the high value of upstream voltage recovery rate corresponding to 7.8 kV / ⁇ s is the consequence of a high frequency voltage oscillation due to reflections on the first major discontinuity present at the level of the busbars connecting the source.
- the invention therefore proposes a limiting device for a high-voltage circuit breaker, known as "dead tank” with earthed metal tank, comprising two terminals intended for be connected one to a high voltage power line and the other to a link leading to a source which makes it possible to supply the line through the circuit breaker, this device being intended to limit the speed of voltage recovery, following a cut caused by an online fault.
- the device comprises a capacitor which is placed outside the circuit breaker tank and which is electrically mounted between the two terminals of the circuit breaker to limit the speeds of voltage recovery upstream and downstream of the circuit breaker, following a power cut due to an online fault.
- Figure 1 shows a block diagram of a device according to the invention.
- Figure 2 presents a diagram of the / dt showing the evolution of the upstream voltages and downstream during a recovery.
- Figures 3, 4 and 5 respectively present three oscillograms relating to a example of a limiting device according to the invention
- FIG. 1 The diagram shown in Figure 1 includes a high voltage circuit breaker 1, of the type "dead tank”, supposedly placed downstream from a source and upstream from a power line high voltage which is supplied through it.
- This circuit breaker has externally a terminal 2, for the connection of an overhead line wire 3 high voltage, and a terminal 4, for the connection of a busbar connection supply conductor 5, source side.
- This circuit breaker is for example a model HGF1012 or 1014 from the company GEC Alsthom.
- a limiting device is associated with circuit breaker 1 in order to maintain the speed of voltage recovery to an allowable value, when the voltage power is restored, after being cut by the circuit breaker, following the appearance of an online fault sufficient to have caused a trip of this circuit breaker.
- a limiting device comprising only a capacitor 6 mounted between terminals 2 and 4 of the circuit breaker so as to be connected on the one hand to the wire 3 and on the other hand to the busbar 4.
- This arrangement makes it possible to reduce the speed of voltage recovery du / dt on the upstream side of circuit breaker 1, during a recovery, during the phase so-called transient initial recovery voltage (TTRI). It also allows reduce the speed of recovery of the / dt on the downstream side during the first rise in voltage recovery at line level.
- TTRI transient initial recovery voltage
- the voltage components of the transient voltage recovery signal when of such recovery, do not have same natural frequencies, as shown schematically on the tension diagram presented by way of example in FIG. 2.
- the frequency on the upstream side is of the order of megahertz (curve I), while the downstream side frequency is around 250 kilohertz (curve II) for a circuit breaker here considered without condenser limiting device (s).
- the capacitor 6 of the limiting device according to the invention is effective both in reducing the speed of downstream recovery and in to reduce the upstream recovery speed.
- This capacitor 6 can have a capacity lower than the sum of those of the capacitors otherwise provided for upstream and downstream of the circuit breaker, due to its positioning. He is no longer necessary to mount one or more capacitors upstream and / or downstream of the circuit breaker which avoids the drawbacks which ensued.
- test oscillogram presented by way of example in FIG. 3 shows the evolution of the transient initial recovery voltage TTRI. This is essentially influenced by the electrical characteristics which are specific to the set of power bars including the conductive bar 5 connected to the terminal 4 upstream of circuit breaker 1 considered.
- This oscillogram includes abscissa values measured in microseconds and ordinate values corresponding to kilovolts. It clearly shows the steep du / dt slope which characterizes the initial phase of a voltage recovery, starting at time t1, after a very small number of small amplitude oscillations and before a phase of damped oscillations returning to a normal regime at the end of recovery.
- the oscillogram presented on figure 4 illustrates an example of transient tension of recovery at the terminals of the circuit breaker, when the transient initial recovery voltage TTRI.
- This voltage curve in function of time is represented with the same units of voltage and time than the previous one.
- Transient voltage is the sum of a low component frequency due to source side voltage recovery and high component frequency due to line side voltage recovery.
- FIG. 5 corresponds to the real case where there is simultaneously a transient voltage of initial recovery TTRI, of the type illustrated in FIG. 3, upstream of the circuit breaker and an oscillating voltage variation due to the downstream line of the circuit breaker, this variation in oscillatory shape being of the type illustrated in figure 4.
- This curve is characterized by a speed of voltage recovery very high and by the fact that the tension is restored without delay from the instant of cut-off.
- the device according to the invention in which the capacitor 6 is inserted between the circuit breaker 1 terminals, is more particularly interesting, when the performance requirements are high. This is the case when the expected current at 145 kV and at 60 Hz reaches 63 kA and makes it difficult to obtain a speed of admissible recovery on the upstream side of the circuit breaker 6.
- the value of the capacitance of a capacitor 6 is, for example, chosen from the order from 1 to 5 nF.
- a capacitor 6 with a capacity equal to 5 nF is for example installed in the case of a circuit breaker which is designed to operate under the conditions mentioned above and who may have to cut an online fault corresponding to 90% of 63 kA, This capacitor reduces the recovery speed of 13.8 kV / ⁇ s to 6.6 kV / ⁇ s on the downstream side of the circuit breaker and that on the upstream side of 7.8 kV / ⁇ s to 2.7 kV / ⁇ s.
- the capacitance value of a capacitor can be further reduced by means of a appropriate dimensioning of the active parts of the circuit breaker 1. Such a reduction requires that the breaking chamber of circuit breaker 1 has performances in correspondence, these performances having to be all the more that the planned reduction is significant. Capacity values of 600 or more usually 1000 to 1500 pF are quite possible.
- the capacitor 6 is mounted outside the circuit breaker 1 and more precisely at the outside of its sealed tank so as not to penalize the bulk of the tank and the cost of the circuit breaker.
Landscapes
- Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
Description
L'invention concerne un dispositif limiteur pour disjoncteur haute tension, du type
dit "dead tank" à cuve métallique mise à la terre, placé en amont d'une ligne
électrique haute tension dans un réseau de distribution ou de transport d'énergie
et plus particulièrement un dispositif limiteur de vitesse de rétablissement de
tension après coupure, suite à un défaut en ligne.
Comme il est connu, un disjoncteur haute tension placé en amont d'une ligne
électrique haute tension doit pouvoir interrompre des défauts en ligne qui sont
susceptibles d'intervenir en aval jusqu'à des distances de quelques kilomètres et
qui se caractérisent par des intensités de courant très élevées. Ces intensités
peuvent atteindre par exemple 57 kA pour une alimentation à 145 kV et 60 Hz.
Un problème qui se pose après une interruption occasionnée par un défaut de ce
genre est de respecter les conditions de rétablissement de la tension qui sont
prévues au niveau du réseau, en particulier en matière de vitesse de rétablissement
de tension du/dt. Il est par exemple demandé de respecter une vitesse de
rétablissement de 13,6 kV/µs dans le cas de l'alimentation à 145 kV et 60 Hz
envisagée ci-dessus.
Comme les disjoncteurs ne permettent pas actuellement de respecter une telle
contrainte, il est classiquement prévu de placer un condensateur entre terre et
ligne en aval d'un disjoncteur en vue de limiter la vitesse de rétablissement de
tension à une valeur inférieure à la valeur pouvant être supportée par le
disjoncteur. Toutefois, le condensateur prévu dans un tel dispositif ne peut
intervenir que pour réduire une tension en cours de rétablissement en aval du
disjoncteur et il reste sans effet sur celui de la tension, en amont du côté source.
Un disjoncteur dead tank qui est directement raccordé à une barre d'alimentation,
côté amont, ne dispose d'aucune capacité significative susceptible d'agir, la
traversée de sortie amenant une petite capacité de l'ordre de 50 à 100 pF. Il doit
cependant pouvoir supporter la somme des rétablissements des tensions en amont
et en aval.
Dans l'exemple de réseau envisagé ci-dessus, une valeur de vitesse de
rétablissement de tension amont du/dt de 2 à 7,8 kV/µs est usuelle, la valeur de
vitesse de rétablissement aval ayant la valeur de 13,6 kV/µs. La valeur élevée de
vitesse de rétablissement de tension amont correspondant à 7,8 kV/µs est la
conséquence d'une oscillation de tension haute fréquence due aux réflexions sur la
première discontinuité majeure présente au niveau du jeu de barres de liaison à la
source.
Même s'il est envisageable de réduire de moitié la valeur de vitesse de
rétablissement aval en installant une capacité de forte valeur, par exemple un
condensateur de 6 à 12 nF dans le cas d'une ligne sous 145 kV, il n'en demeure
pas moins que la vitesse de rétablissement aux bornes du disjoncteur reste très
élevée et très supérieure à ce que peut admettre un disjoncteur en cas de coupure.
Il est aussi possible de placer un condensateur entre phase et terre, du côté
source, en amont d'un disjoncteur pour réduire la vitesse de rétablissement de
tension amont à une valeur compatible avec la limite fixée, en plus du
condensateur placé côté ligne comme envisagé ci-dessus,. Toutefois cette solution
ne peut être recommandée, car elle peut être très dommageable, si une défaillance
du condensateur placé en amont du disjoncteur provoque un défaut à la terre.
L'invention propose donc un dispositif limiteur pour disjoncteur haute tension, dit
"dead tank" à cuve métallique mise à la terre, comportant deux bornes destinées à
être reliées l'une à une ligne électrique haute tension et l'autre à une liaison
aboutissant à une source qui permet d'alimenter la ligne au travers du disjoncteur,
ce dispositif étant destiné à limiter la vitesse de rétablissement de tension, suite à
une coupure occasionnée par un défaut en ligne.
Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif comporte un condensateur
qui est placé à l'extérieur de la cuve du disjoncteur et qui est électriquement
monté entre les deux bornes du disjoncteur pour limiter les vitesses de
rétablissement de tension en amont et en aval du disjoncteur, suite à une coupure
due à un défaut en ligne.
L'invention, ses caractéristiques et ses avantages sont précisés dans la description
qui suit en liaison avec les figures évoquées ci-dessous.
La figure 1 présente un schéma de principe d'un dispositif selon l'invention.
La figure 2 présente un diagramme du/dt montrant l'évolution des tensions amont
et aval lors d'un rétablissement.
Les figures 3, 4 et 5 présentent respectivement trois oscillogrammes relatifs à un
exemple de dispositif limiteur selon l'invention
Le schéma montré en figure 1 comporte un disjoncteur haute tension 1, de type
"dead tank", supposé placé en aval d'une source et en amont d'une ligne électrique
haute tension qui est alimentée par son intermédiaire. Ce disjoncteur comporte
extérieurement une borne 2, pour le raccordement d'un fil 3 de ligne aérienne
haute tension, et une borne 4, pour le raccordement d'une liaison par barre
conductrice d'alimentation 5, côté source.
Ce disjoncteur est par exemple un modèle HGF1012 ou 1014 de la Société GEC
ALSTHOM.
Un dispositif limiteur est associé au disjoncteur 1 afin de maintenir la vitesse de
rétablissement de tension à une valeur admissible, lorsque la tension
d'alimentation est rétablie, après avoir été coupée par le disjoncteur, suite à
l'apparition d'un défaut en ligne suffisant pour avoir entraíné un déclenchement de
ce disjoncteur.
Selon l'invention, il est prévu un dispositif limiteur comportant uniquement un
condensateur 6 monté entre les bornes 2 et 4 du disjoncteur de manière à être
relié d'une part au fil 3 et d'autre part à la barre conductrice 4.
Cette disposition permet de réduire la vitesse de rétablissement de tension du/dt
du côté amont du disjoncteur 1, à l'occasion d'un rétablissement, pendant la phase
dite de tension transitoire de rétablissement initial (TTRI). Elle permet aussi de
réduire la vitesse de rétablissement du/dt du côté aval pendant la première
remontée de rétablissement de tension au niveau de la ligne.
Les composantes en tension du signal transitoire de rétablissement de tension, lors
d'un tel rétablissement, n'ont pas mêmes fréquences propres, comme schématisé
sur le diagramme de tension présenté à titre d'exemple sur la figure 2. La
fréquence côté amont est de l'ordre du mégahertz (courbe I), alors que la
fréquence côté aval est de l'ordre de 250 kilohertz (courbe II) pour un disjoncteur
ici considéré sans dispositif limiteur à condensateur(s).
Ceci conduit donc à ce que le condensateur 6 du dispositif limiteur selon
l'invention soit efficace tant pour réduire la vitesse de rétablissement aval que
pour réduire la vitesse de rétablissement amont. Ce condensateur 6 peut avoir une
capacité inférieure à la somme de celles des condensateurs autrement prévus en
amont et en aval du disjoncteur, du fait de son positionnement. Il n'est plus
nécessaire de monter un ou des condensateurs en amont et/ou en aval du
disjoncteur ce qui évite les inconvénients qui en découlaient.
L'oscillogramme d'essai présenté à titre d'exemple sur la figure 3, montre
l'évolution de la tension transitoire de rétablissement initial TTRI. Celle-ci est
essentiellement influencée par les caractéristiques électriques qui sont propres au
jeu de barres d'alimentation dont fait partie la barre conductrice 5 raccordée à la
borne 4 d'amont du disjoncteur 1 considéré.
Cet oscillogramme comporte des valeurs d'abscisse mesurées en microsecondes et
des valeurs d'ordonnées correspondant à des kilovolts. Il montre clairement la
forte pente du/dt qui caractérise la phase initiale d'un rétablissement de tension,
débutant au temps t1, après un très petit nombre d'oscillations de faible amplitude
et avant une phase d'oscillations amorties de retour à un régime normal en fin de
rétablissement.
L'oscillogramme présenté sur la figure 4, illustre un exemple de tension transitoire
de rétablissement aux bornes du disjoncteur, lorsqu'il n'est pas tenu compte de la
tension transitoire de rétablissement initial TTRI. Cette courbe de tension en
fonction du temps est représentée avec les mêmes unités de tension et de temps
que la précédente. La tension transitoire est la somme d'une composante basse
fréquence due au rétablissement de tension côté source et d'une composante haute
fréquence due au rétablissement de tension côté ligne.
La figure 5 correspond au cas réel où il y a simultanément une tension transitoire
de rétablissement initial TTRI, du type de celle illustrée en figure 3, en amont du
disjoncteur et une variation de tension d'allure oscillatoire due à la ligne en aval
du disjoncteur, cette variation d'allure oscillatoire étant du type de celle illustrée
en figure 4.
Cette courbe est caractérisée par une vitesse de rétablissement de tension très
élevée et par le fait que la tension se rétablit sans retard dès l'instant de coupure.
Le dispositif selon l'invention, dans lequel le condensateur 6 est inséré entre les
bornes du disjoncteur 1, est plus particulièrement intéressant, lorsque les
performances demandées sont élevées. Tel est le cas, lorsque le courant prévu
sous 145 kV et à 60 Hz atteint 63 kA et rend difficile l'obtention d'une vitesse de
rétablissement admissible du côté amont du disjoncteur 6.
La valeur de la capacité d'un condensateur 6 est, par exemple, choisie de l'ordre
de 1 à 5 nF. Un condensateur 6 de capacité égale à 5 nF est par exemple installé
dans le cas d'un disjoncteur qui est prévu pour fonctionner dans les conditions
évoquées ci-dessus et qui peut avoir à couper un défaut en ligne correspondant à
90% de 63 kA, Ce condensateur permet de réduire la vitesse de rétablissement de
13,8 kV/µs à 6,6 kV/µs du côté aval du disjoncteur et celle du côté amont de 7,8
kV/µs à 2,7 kV/µs.
La valeur de capacité d'un condensateur peut encore être réduite moyennant un
diménsionnement approprié des parties actives du disjoncteur 1. Une telle
réduction requiert que la chambre de coupure du disjoncteur 1 présente des
performances en correspondance, ces performances devant être d'autant plus
élevées que la réduction prévue est importante. Des valeurs de capacité de 600 ou
plus usuellement 1000 à 1500 pF sont tout à fait envisageables.
Le condensateur 6 est monté à l'extérieur du disjoncteur 1 et plus précisément à
l'extérieur de sa cuve étanche pour ne pas pénaliser l'encombrement de la cuve
métallique et le côut du disjoncteur.
Claims (1)
- Dispositif limiteur pour disjoncteur haute tension (1), dit "dead tank" à cuve métallique mise à la terre, comportant deux bornes (2, 4) destinées à être reliées l'une à une ligne électrique haute tension (3) et l'autre à une liaison (5) aboutissant à une source située en amont qui permet d'alimenter la ligne au travers du disjoncteur, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte un condensateur (6) qui est placé à l'extérieur de la cuve du disjoncteur et qui est électriquement positionné entre les deux bornes du disjoncteur pour limiter les vitesses de rétablissement de tension en amont et en aval du disjoncteur, suite à une coupure due à un défaut en ligne.
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| PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
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| PLBI | Opposition filed |
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Opponent name: ABB SCHWEIZ AG Effective date: 20040802 Opponent name: SIEMENS AG Effective date: 20040623 |
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| PLAX | Notice of opposition and request to file observation + time limit sent |
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| PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
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Free format text: 20050812 |
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| EUG | Se: european patent has lapsed | ||
| PLAB | Opposition data, opponent's data or that of the opponent's representative modified |
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