WO2015014981A1 - Systeme de commutation de charge hvdc et procede de mise en œuvre de ce systeme - Google Patents

Systeme de commutation de charge hvdc et procede de mise en œuvre de ce systeme Download PDF

Info

Publication number
WO2015014981A1
WO2015014981A1 PCT/EP2014/066584 EP2014066584W WO2015014981A1 WO 2015014981 A1 WO2015014981 A1 WO 2015014981A1 EP 2014066584 W EP2014066584 W EP 2014066584W WO 2015014981 A1 WO2015014981 A1 WO 2015014981A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
busbar
capacitor
auxiliary
earth
resistor
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/066584
Other languages
English (en)
Inventor
Wolfgang Grieshaber
Original Assignee
Alstom Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alstom Technology Ltd filed Critical Alstom Technology Ltd
Publication of WO2015014981A1 publication Critical patent/WO2015014981A1/fr

Links

Classifications

    • 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
    • H01H33/59—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle
    • H01H33/596—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle for interrupting dc

Definitions

  • the invention relates to a HVDC ("High Voltage Direct Current") switching system and method for implementing the system.
  • HVDC High Voltage Direct Current
  • This document describes the operation of an HVDC source in a so-called "point-to-point" link, that is to say a link between a power source and a consumer connected by an overhead line or a cable.
  • the referenced document [2] relates to a HVDC 500 KV air circuit circuit breaker and its operation. The interruption of the direct current is based on a passive switching circuit. This document describes the breaking of the direct current using a conventional operating mode.
  • the document referenced [3] relates to a circuit breaker SF6 (sulfur hexafluoride) HVDC for switching load currents and fault currents, which is the result of the integration of a SF6 HVAC switch (high-voltage alternating current) in a HVDC circuit breaker.
  • This document describes the breaking of the current using a mode of operation with interlocking.
  • each arc chamber has an own auxiliary circuit, which comprises an oscillating circuit LC in parallel with a surge arrester. .
  • the object of the invention is to propose a compact HVDC switching system which makes it possible to interrupt the direct current in normal operation by avoiding any cut-off in the presence of a fault, in which an auxiliary circuit is shared between several breaking chambers. which results in a saving of space and a reduction of the cost.
  • the invention also relates to a method for implementing this system.
  • the invention relates to an HVDC load switching system comprising busbars located between external high-voltage lines or cables connected to consumer nodes or energy suppliers, several breaking chambers, each of which may comprise one or more arc chambers. connected directly in series, providing the DC switch function being arranged on each busbar, characterized in that it comprises two phases consisting of a first and a second DC busbar of + and - polarities and a third phase consisting of by an auxiliary busbar, and a centralized auxiliary circuit.
  • the auxiliary circuit comprises an oscillating circuit comprising an inductor, a resistor and a capacitor in series, a resistor and a first surge arrester being arranged in parallel with this capacitor.
  • the auxiliary circuit is located between two switches HVHS (High Voltage High Speed), a first HVHS switch, in a load configuration, being connected between the auxiliary busbar and the ground through a resistor, a second switch HVHS being connected between a busbar selector and the earth through a resistor; two second arresters being respectively disposed between the input and the output of the auxiliary circuit and earth.
  • HVHS High Voltage High Speed
  • a resistor in series with a capacitor are arranged in parallel with each of these resistors.
  • the system of the invention may comprise at least one three-position disconnector and / or at least two two-position disconnectors.
  • the invention also relates to a method for implementing this system in which the capacitor of the oscillating circuit of the auxiliary circuit is preloaded.
  • the capacitor of the oscillating circuit of the auxiliary circuit is preloaded.
  • U its i + U its 2 ⁇ U sa ' transition of voltages across each second arrester and U its': transition voltage across the first arrester.
  • the precharging of the capacitor takes place directly from the voltage in the network in which the direct current must be interrupted.
  • the capacitor of the oscillating circuit of the auxiliary circuit is discharged.
  • the switching system of the invention has the following advantages. It allows:
  • the set of busbars (positive voltage, negative and auxiliary voltage) forming a three-phase busbar, already well known in the field of alternating current, allowing a profitability of the corresponding busbar; - Slowing the disconnector of this auxiliary busbar for auxiliary connections for the operating mode with latches since they are present only in the centralized circuit and not near each interrupting chamber;
  • Isolation coordination to dissipate energy which is only required in a high efficiency surge arrester system supported from grounded parts.
  • FIG. 1 illustrates the switching system of the invention.
  • FIG. 2 illustrates a first mode of operation of the switching system of the invention.
  • FIG. 3 and 4 illustrate a second mode of operation of the switching system of the invention.
  • FIG. 5 illustrates a third mode of operation of the switching system according to the invention.
  • Figure 6 illustrates an alternative embodiment
  • the invention relates to a HVDC load switching system 10, for example gas insulated switchgear (GIS) or air insulated switchgear (AIS), three-phase comprising three busbars 11, 12 and 13, several breaking chambers 14 providing the DC switch function 15, in which it is desired to stretch an arc.
  • GIS gas insulated switchgear
  • AIS air insulated switchgear
  • First two phases are used as two first busbars 11 and 12 DC + and - polarities
  • a third phase constituted by the third busbar 13, or auxiliary busbar, is used as a temporary connection to connect the centralized auxiliary circuit to Any of the cut-off chambers 14.
  • a centralized auxiliary circuit 16 is disposed at a specific location in the system.
  • FIG. 10 is connected on both sides to high voltage lines or cables not shown in the figure. These are the inputs and outputs of the system that are connections to the outside. Each is connected to consumer nodes or energy providers. If one of connections to the outside is directed, for example, to a storage unit, its role may change over time.
  • This system thus comprises a first and a second busbar HVDC 11 and 12 and a third busbar 13, which is an auxiliary busbar.
  • the system comprises at least one three-position disconnector 20 or at least two two-position disconnectors 21, for example three disconnectors with three positions 20 and two disconnectors with two positions 21 in the embodiment illustrated in the figures, which allow the third busbar 13 to couple to the terminal of a breaking chamber 14, which is opposite to the busbars.
  • It also comprises a busbar selector 22, which is a switch allowing connection to the first or second busbars 11 or 12.
  • auxiliary circuit 16 with an oscillating circuit LC comprising an inductor L, a resistor R and a capacitor C in series; a first arrester SA 'to protect the capacitor C and a discharge resistor R''being connected in parallel with this capacitor C.
  • Two switches 23 and 24 of the third busbar 13, which are connected to each end of the branch LC, are HVHS (High Voltage High Speed) switches.
  • the auxiliary circuit 16 is thus arranged between these two HVHS switches 23 and 24, a first HVHS switch 23 being connected between the auxiliary busbar 13 and the earth through a resistor R, a second HVHS switch 24 being connected between the busbar selector 22 and the Also, a second resistor SA1 and SA2 are arranged between the input and the output of the auxiliary circuit and earth.
  • Examples of values may be the following: for L of the order of 10 to several tens of ⁇ , for C of the order of a few yF to several tens of yF, for R of the hundred or so Ohm to several thousand of 'Ohm, for R' a threshold limit, which is the resistance of the inductor and which is well below 0.1 Ohm, several hundred Ohm in mode 3 and for R '' of the order of 100 kOhm to a few million Ohm.
  • the DC switches 15 of the first and second busbars 11 and 12 are closed (or open as required at the moment) as well as the HVHS switches 23 and 24 of the auxiliary circuit.
  • the current is to be interrupted in one of the DC switches 15 of the first and second busbars 11 and 12, one of the following three operating modes can be selected:
  • Mode 1 Classic operating mode at . Initial state
  • All disconnectors 20 and 21 which are located on the high voltage line side for each breaking chamber 14, are in their neutral position, i.e. they are not connected to a busbar.
  • the busbar selector 22 connects to the first or second busbar where the current is to be interrupted (the breaking chamber 14 at the top left in FIG. 1). Then one and only one of the disconnectors 20 or 21 line side, the closest to the breaking chamber 14 that will work, closes. This interrupting chamber 14 is activated and the interruption is performed.
  • Mode 2 operating mode with capacitor auxiliary circuit discharged
  • Both HVHS switches 23 and 24 are grounded or in a neutral position.
  • the busbar selector 22 connects to the first or second busbar where the current must be interrupted (switch at the top left in Figure 1). So one and only one of the disconnectors 20 and 21 line side, the closest to the chamber of cutoff 14 which will operate, closes, as shown in FIG. 3. If they are not already there, the two HVHS switches 23 and 24 leave their initial position and reach their neutral position, that is to say that they are neither connected to earth nor connected to the third busbar 13. Then one of the HVHS switches 23 or 24 connects in parallel with the chamber 14 which will cut off the current, as illustrated in FIG. cutoff is activated. Shortly after the other HVHS switch also connects to the third busbar and the interruption is performed.
  • This operation of the second HVHS switch must be fast, allowing a rapid reduction of the dielectric strength, in order to be accurate in time.
  • This moment when the HVHS switch operates should be located in a very narrow cut-off time band.
  • This time band should be about +/- 5ms wide or preferably +/- 2ms wide.
  • HVHS switch 23 which can be replaced by a permanent link, as illustrated in FIG. 2.
  • the two resistors, which lead to the earth, can then be removed, as in FIG. HVHS 24 can then replace the busbar selector 22. Exactly 2 is obtained with only one difference: the busbar selector 22 must be an HVHS switch.
  • the electrical closing moment (including the pre-arc) of an HVHS switch is preferably adjusted according to the current to be switched. For low load currents to be interrupted further low inrush currents are required. They can be generated with low arc voltages. For high load currents higher arc voltages are required.
  • the busbar selector 22 connects to the first or second busbar where the current must be interrupted (switch at the top left in FIG. 1). Then only one of the disconnectors on line 20 or 21, the closest to the break chamber 14 that will work, closes, as shown in FIG. 3.
  • the difference with mode 2 consists of preloading capacitor C through the overhead line or cable voltage leaving the system.
  • one or the other of the HVHS switches leaves its initial position and connects to the game.
  • capacitor C is charged, the HVHS switch connected to ground moves to its neutral position.
  • the interrupting chamber is activated, then shortly after this last HVHS switch completes the paralleling of the circuit 16 with the breaking chamber 14 and the interruption is performed.
  • the transition voltage of the surge arresters SA1, SA2 and SA ' illustrated in FIG. 1, has a particular isolation co-ordination.
  • the objective is to dissipate the energy contained in the transmission means, that is to say the overhead lines or the cables leaving the system, in the two second surge arresters SA1 and SA2 which are connected to the earth, but not in the first arrester SA 'in parallel to the capacitor C.
  • This is achieved by considering the following relationship between the different transition voltages across the second arresters SA1 respectively (U its i), SA2 (U its 2) and the first arrester SA '(U sa' ):
  • the energy dissipated in the first arrester SA ' is only very limited.
  • the first surge protector SA ' which must be kept isolated from the earth, can be at least twice as light as if it were to absorb the energy.
  • each of these second surge arresters SA1 and SA2 consists of individual arresters mounted in parallel.
  • the discharge of the capacitor is done with a time constant which is worth R '' x C.
  • This time constant must be much greater than the duration of the cutoff, otherwise the effect of the entire oscillating circuit is canceled. .
  • the charging time constant of the capacitor is (R + R ') xC and must be small compared to the operating time of the HVHS switches so as not to delay the sequence of maneuvers necessary for the breaking of the direct current.
  • the capacitor must be charged, ie the current must be low so that the arc can be turned off in the HVHS switches.
  • the arc is unstable and can be easily cut if the current is less than a few Amperes (typically less than 3A).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)

Abstract

L'invention concerne un système de commutation de charge HVDC comprenant des jeux de barres (11, 12, 13) situés entre des lignes ou câbles haute tension extérieurs reliés à des nœuds consommateurs ou fournisseurs d'énergie, plusieurs chambres de coupure (14) assurant la fonction d'interrupteur DC (15) étant disposées sur chaque jeu de barres. Ce système comprend deux phases constituées par un premier et un second jeu de barres DC (11, 12) de polarités + et -, une troisième phase constituée par un jeu de barres auxiliaire (13), et un circuit auxiliaire centralisé (16).

Description

SYSTEME DE COMMUTATION DE CHARGE HVDC ET PROCEDE DE MISE EN ŒUVRE DE CE SYSTEME
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L' invention concerne un système de commutation de charge HVDC (« High Voltage Direct Current », ou « courant continu haute tension ») et un procédé de mise en œuvre de ce système.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Le document référencé [1] en fin de description décrit un commutateur pour des applications DC (courant continu) . La plupart des systèmes de transmission haute tension à courant continu (HVDC) bipolaires utilisent des interrupteurs DC pour commuter le courant d'un chemin de conduction à un autre, et permettre la reconfiguration du système en fonctionnement normal ou après une panne, sans interrompre la transmission d'énergie. En fonction des chemins de conduction concernés, différents types de commutateurs DC peuvent alors être considérés. Ce document donne une explication détaillée sur l'interaction entre arc et circuit auxiliaire qui fait apparaître des oscillations de courant dans la boucle crée par le circuit oscillant et l'arc. Ce document décrit le fonctionnement d'une source HVDC dans une liaison dite « point à point » c'est-à-dire une liaison entre une source d'énergie et un consommateur reliés par une ligne aérienne ou un câble. Le document référencé [2] concerne un disjoncteur de circuit HVDC 500 KV à air comprimé et son fonctionnement. L'interruption du courant continu est basée sur un circuit de commutation passif. Ce document décrit la coupure du courant continu en utilisant un mode de fonctionnement classique.
Le document référencé [3] concerne un disjoncteur SF6 (hexafluorure de soufre) HVDC pour commuter des courants de charge et des courants de défaut, qui est le résultat de l'intégration d'un interrupteur SF6 HVAC (haute tension courant alternatif) dans un disjoncteur HVDC. Ce document décrit la coupure du courant en utilisant un mode de fonctionnement avec enclencheur.
Le document référencé [4] présente une alternative d'un commutateur par rapport à ce qui est décrit dans le document précédent.
Dans les documents de l'art antérieur, chaque chambre de coupure (« arc chamber ») , permettant d'étirer un arc, possède son propre circuit auxiliaire, qui comprend un circuit oscillant LC en parallèle avec un parafoudre (« surge arrester ») .
L'invention a pour objet de proposer un système de commutation HVDC compact qui permette d' interrompre le courant continu en fonctionnement normal en évitant toute coupure en présence d'un défaut, dans lequel un circuit auxiliaire est partagé entre plusieurs chambres de coupure, ce qui entraîne un gain de place et une diminution du coût. L'invention concerne également un procédé de mise en œuvre de ce système . EXPOSÉ DE L' INVENTION
L' invention concerne un système de commutation de charge HVDC comprenant des jeux de barres situés entre des lignes ou câbles haute tension extérieurs reliés à des nœuds consommateurs ou fournisseurs d'énergie, plusieurs chambres de coupure, chacune pouvant comprendre une ou plusieurs chambres à arc connectées directement en série, assurant la fonction d' interrupteur DC étant disposées sur chaque jeu de barres, caractérisé en ce qu'il comprend deux phases constituées par un premier et un second jeu de barres DC de polarités + et - et une troisième phase constituée par un jeu de barres auxiliaire, et un circuit auxiliaire centralisé.
Avantageusement le circuit auxiliaire comprend un circuit oscillant comprenant une inductance, une résistance et un condensateur en série, une résistance et un premier parafoudre étant disposés en parallèle de ce condensateur.
Avantageusement le circuit auxiliaire est situé entre deux interrupteurs HVHS (High Voltage High Speed) , un premier interrupteur HVHS, dans une configuration de charge, étant connecté entre le jeu de barres auxiliaire et la terre au travers d'une résistance, un second interrupteur HVHS étant connecté entre un sélecteur de jeu de barres et la terre au travers d'une résistance ; deux seconds parafoudres étant respectivement disposés entre l'entrée et la sortie du circuit auxiliaire et la terre. Dans une variante de réalisation une résistance en série avec un condensateur sont disposées en parallèle de chacune de ces résistances.
Le système de l'invention peut comprendre au moins un sectionneur à trois positions et/ou au moins deux sectionneurs à deux positions.
L' invention concerne également un procédé de mise en œuvre de ce système dans lequel le condensateur du circuit oscillant du circuit auxiliaire est préchargé. Avantageusement on a la relation : Usai + Usa2 < Usa', avec Usai et Usa2 : tensions de transition aux bornes de chaque second parafoudre et Usa' : tension de transition aux bornes du premier parafoudre. Avantageusement le préchargement du condensateur s'effectue directement à partir de la tension dans le réseau dans lequel il faut interrompre le courant continu .
Dans une variante de réalisation, le condensateur du circuit oscillant du circuit auxiliaire est déchargé.
Le système de commutation de l'invention présente les avantages suivants. Il permet :
- une grande réduction de place parce que le circuit auxiliaire est centralisé et partagé par plusieurs interrupteurs DC ;
- une grande diminution de coût pour les composants du circuit auxiliaire, l'ensemble des jeux de barre (tension positive, tension négative et auxiliaire) formant un jeu de barre triphasé, déjà bien connu dans le domaine du courant alternatif, permettant une rentabilisation du jeu de barres correspondant ; - un ralentissement du sectionneur de ce jeu de barres auxiliaire pour des connections auxiliaires pour le mode de fonctionnement avec enclencheurs puisqu' ils ne sont présents que dans le circuit centralisé et non à proximité de chaque chambre de coupure;
- une interruption du courant continu avec des chambres de coupure standard, aucune modification de celles-ci n'étant nécessaire, que ces chambres de coupure utilisent un seul arc électrique ou plusieurs arcs électriques directement connectés en série ;
- une possibilité de connection lente des sectionneurs , du fait de temps de commutation non critiques, pour connecter le circuit auxiliaire centralisé en parallèle avec n' importe laquelle des chambres de coupure ;
une coordination d' isolement pour dissiper l'énergie, qui n'est nécessaire que dans un système à parafoudre à haut rendement soutenu à partir de parties mises à la terre.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La figure 1 illustre le système d commutation de l'invention.
La figure 2 illustre un premier mode d fonctionnement du système de commutation d 1 ' invention .
Les figures 3 et 4 illustrent un secon mode de fonctionnement du système de commutation d 1 ' invention . La figure 5 illustre un troisième mode de fonctionnement du système de commutation selon 1 ' invention .
La figure 6 illustre une variante de réalisation.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
L'invention concerne un système 10 de commutation de charge HVDC, par exemple à isolation gazeuse (« Gas Insulated Switchgear » ou GIS) ou à isolation aérienne (« Air insulated Switchgear » ou AIS) , triphasé comprenant trois jeux de barres 11, 12 et 13, plusieurs chambres de coupure 14 assurant la fonction d'interrupteur DC 15, dans lesquelles on veut étirer un arc.
Deux premières phases sont utilisées comme deux premiers jeux de barres 11 et 12 DC de polarités + et - Une troisième phase constituée par le troisième jeu de barres 13, ou jeu de barres auxiliaire, est utilisée comme connection temporaire pour relier le circuit auxiliaire centralisé à n' importe laquelle des chambres de coupure 14. Un circuit auxiliaire centralisé 16 est disposé en un endroit déterminé du système .
Le système de commutation de l'invention
10, illustré sur la figure 1, est relié de part et d'autre à des lignes ou câbles haute tension non représentés sur la figure. Ce sont les entrées et sorties du système qui sont des connexions vers l'extérieur. Chacune est reliée à des nœuds consommateurs ou fournisseurs d'énergie. Si une des connexions vers l'extérieur est dirigée, par exemple, vers une unité de stockage, son rôle peut changer au cours du temps .
Ce système comprend donc un premier et un second jeu de barres HVDC 11 et 12 et un troisième jeu de barres 13, qui est un jeu de barres auxiliaire. Le système comprend au moins un sectionneur à trois positions 20 ou au moins deux sectionneurs à deux positions 21, par exemple quatre sectionneurs à trois positions 20 et deux sectionneurs à deux positions 21 dans l'exemple de réalisation illustré sur les figures, qui permettent au troisième jeu de barres 13 de se coupler à la borne d'une chambre de coupure 14, qui est opposée aux jeux de barres. Il comprend également un sélecteur de jeu de barres 22, qui est un interrupteur permettant une connection au premier ou au second jeu de barres 11 ou 12. Il comprend enfin un circuit auxiliaire 16 avec un circuit oscillant LC comprenant une inductance L, une résistance R' et un condensateur C en série ; un premier parafoudre SA' pour protéger le condensateur C et une résistance de décharge R' ' étant montés en parallèle avec ce condensateur C. Deux interrupteurs 23 et 24 du troisième jeu de barres 13, qui sont connectés à chaque extrémité de la branche LC, sont des commutateurs HVHS (« High Voltage High Speed ») . Le circuit auxiliaire 16 est ainsi disposé entre ces deux interrupteurs HVHS 23 et 24, un premier interrupteur HVHS 23 étant connecté entre le jeu de barres auxiliaire 13 et la terre au travers d'une résistance R, un second interrupteur HVHS 24 étant connecté entre le sélecteur de jeu de barres 22 et la terre au travers également d'une résistance R. Deux seconds parafoudres SA1 et SA2 sont respectivement disposés entre l'entrée et la sortie du circuit auxiliaire et la terre. Des exemples de valeurs peuvent être les suivants : pour L de l'ordre de 10 à plusieurs dizaines de μΗ, pour C de l'ordre de quelques yF à quelques dizaines de yF, pour R de la centaine d'Ohm à plusieurs milliers d'Ohm, pour R' d'une limite seuil, qui est la résistance de l'inductance et qui est bien inférieure à 0.1 Ohm, à plusieurs centaines d'Ohm dans le mode 3 et pour R' ' de l'ordre de 100 kOhm à quelques millions de Ohm.
Dans des conditions de fonctionnement normal, les interrupteurs DC 15 des premier et second jeux de barres 11 et 12 sont fermés (ou ouverts selon le besoin du moment) ainsi que les interrupteurs HVHS 23 et 24 du circuit auxiliaire. Lorsque le courant doit être interrompu dans l'un des interrupteurs DC 15 du premier et du second jeu de barres 11 et 12, un des trois modes de fonctionnement suivants peut être sélectionné :
1. un mode de fonctionnement classique, décrit dans le document référencé [2] ;
2. un mode de fonctionnement avec circuit auxiliaire à condensateur déchargé, décrit dans le document référencé [3] ;
3. un mode de fonctionnement avec circuit auxiliaire à condensateur préchargé qui est un mode de fonctionnement selon l'invention.
1. Mode 1 : mode de fonctionnement classique a . Etat initial
Aucun des deux interrupteurs HVHS 23 et 24 n'est connecté à la terre. Sur la figure 1, ces deux interrupteurs HVHS 23 et 24 sont en position haute. Ils peuvent également être enlevés de même que les connections de terre, comme illustré sur la figure 2.
Tous les sectionneurs 20 et 21 qui sont situés du côté ligne haute tension pour chaque chambre de coupure 14, sont dans leur position neutre, c'est-à- dire qu'ils ne sont pas connectés à un jeu de barres.
b . Fonctionnement
Le sélecteur de jeu de barres 22 se connecte au premier ou second jeu de barres où le courant doit être interrompu (la chambre de coupure 14 en haut à gauche sur la figure 1) . Alors un et seulement un des sectionneurs 20 ou 21 côté ligne, le plus proche de la chambre de coupure 14 qui va fonctionner, ferme. Cette chambre de coupure 14 est activée et l'interruption est réalisée.
2. Mode 2 : mode de fonctionnement avec circuit auxiliaire à condensateur déchargé
a . Etat initial
Les deux interrupteurs HVHS 23 et 24 sont reliés à la terre ou dans une position neutre.
b . Fonctionnement
Le sélecteur de jeu de barres 22 connecte au premier ou second jeu de barres où le courant doit être interrompu (interrupteur en haut à gauche sur la figure 1) . Alors un et seulement un des sectionneurs 20 et 21 côté ligne, le plus proche de la chambre de coupure 14 qui va fonctionner, ferme, comme illustré sur la figure 3. S'ils n'y sont pas déjà, les deux interrupteurs HVHS 23 et 24 quittent leur position initiale et atteignent leur position neutre, c'est-à- dire qu'ils ne sont ni connectés à la terre, ni connectés au troisième jeu de barres 13. Alors un des interrupteurs HVHS 23 ou 24 se connecte en parallèle à la chambre 14 qui va couper le courant, comme illustré sur la figure 4. La chambre de coupure est activée. Peu après l'autre interrupteur HVHS se connecte également au troisième jeu de barres et l'interruption est réalisée. Ce fonctionnement du second interrupteur HVHS doit être rapide, permettant une diminution rapide de la tenue diélectrique, afin d'être précis en temps. Ainsi le moment où l'interrupteur HVHS agit doit être situé dans une très étroite bande de temps de coupure. Cette bande de temps doit être large d'environ +/- 5ms ou même préférentiellement +/- 2ms. On peut également économiser l'interrupteur HVHS 23, qui peut être remplacé par une liaison permanente, comme illustré sur la figure 2. Les deux résistances, qui mènent à la terre, peuvent alors être supprimées, comme sur la figure 2. L'interrupteur HVHS 24 peut alors venir remplacer le sélecteur de jeu de barre 22. On obtient exactement la figure 2 avec une seule différence : le sélecteur de jeu de barre 22 doit être un interrupteur HVHS .
Le moment de fermeture électrique (incluant le préarc) d'un interrupteur HVHS est de préférence ajusté en fonction du courant à commuter. Pour de faibles courants de charge à interrompre de plus faibles courants d'appel (« Inrush current ») sont nécessaires. Ils peuvent être générés avec de faibles tensions d'arc. Pour des courants de charge élevés des tensions d'arc plus élevées sont nécessaires.
La tension d'arc fluctue statistiquement comme une fonction du temps, mais la courbe de sa valeur moyenne présente un maximum. Celui-ci passe de zéro au moment de la séparation des contacts, puis par un maximum avant de décroître jusqu'à une tension d'état stable plus faible. Lorsque des tensions d'arc plus faibles sont visées, il est préférable de viser des intervalles de temps d'arc avant le maximum. Dans le cas (malchanceux statistiquement) d'une tension trop faible (opposant en conséquence un courant plus faible que le courant de charge) il y a encore une chance de continuer selon le mode 1. Si de longs intervalles de temps d'arc sont visés, l'interruption devient moins probable . 3. Mode 3 : mode avec circuit auxiliaire à condensateur préchargé
a . Etat initial
Les deux commutateurs HVHS sont reliés à la terre .
b . Fonctionnement
Le sélecteur de jeu de barres 22 se connecte au premier ou second jeu de barres où le courant doit être interrompu (interrupteur en haut à gauche sur la figure 1) . Alors seulement un des sectionneurs côté ligne 20 ou 21, le plus proche de la chambre de coupure 14 qui va fonctionner, ferme, comme illustré sur la figure 3. La différence avec le mode 2 consiste en un préchargement du condensateur C à travers la tension de ligne aérienne ou de câble qui quitte le système. En fonction de la polarité de la tension du jeu de barres par rapport à la terre et de la direction du flux de courant dans la chambre de coupure 14, l'un ou l'autre des interrupteurs HVHS quitte sa position initiale et connecte au jeu de barres, comme illustré sur la figure 5. Lorsque le condensateur C est chargé, l'interrupteur HVHS connecté à la terre se déplace vers sa position neutre. Alors la chambre de coupure est activée, puis peu après ce dernier interrupteur HVHS achève la mise en parallèle du circuit 16 avec la chambre de coupure 14 et l'interruption est réalisée.
De manière commune aux trois modes de fonctionnement, la tension de transition des parafoudres SA1, SA2 et SA', illustrés sur la figure 1, présente une coordination d'isolement particulière. L'objectif est de dissiper l'énergie contenue dans les moyens de transmission, c'est-à-dire les lignes aériennes ou les câbles qui quittent le système, dans les deux seconds parafoudres SA1 et SA2 qui sont connectés à la terre, mais pas dans le premier parafoudre SA' en parallèle au condensateur C. Ceci est obtenu en considérant la relation suivante entre les différentes tensions de transition aux bornes respectivement des seconds parafoudres SA1 (Usai) , SA2 (Usa2) et du premier parafoudre SA' (Usa') :
Usal+ Usa2 < Usa' L'énergie dissipée dans le premier parafoudre SA' n'est que très limitée. En conséquence le premier parafoudre SA' qui doit être maintenu isolé de la terre peut être au moins deux fois plus léger que si c'était lui qui devait absorber l'énergie.
Etant donné que toute l'énergie des lignes aériennes ou des câbles qui quittent le système doit être absorbée dans les seconds parafoudres SA1 et SA2 de la figure 1, et que cette quantité d'énergie peut aller jusqu'à des centaines de milliers de Joules par coupure, chacun de ces seconds parafoudres SA1 et SA2 est constitué de parafoudres individuels montés en parallèle .
Dans le mode 3, la décharge du condensateur se fait avec une constante de temps qui vaut R' ' x C. Cette constante de temps doit être nettement supérieure à la durée de la coupure, sinon l'effet du circuit oscillant tout entier est annulé. La constante de temps de charge du condensateur vaut (R+R' ) xC et doit être faible par rapport au temps de manœuvre des interrupteurs HVHS de manière à ne pas retarder l'enchaînement de manœuvres nécessaires à la coupure du courant continu. Au moment où l'on veut manœuvrer les interrupteurs HVHS, le condensateur doit être chargé c'est-à-dire le courant doit être faible de manière à pouvoir éteindre l'arc dans les interrupteurs HVHS. L'arc est instable et se laisse couper facilement si le courant est inférieur à quelques Ampères (typiquement inférieur à 3A) . Lors de la charge du condensateur C par la différence de tension entre le jeu de barre et la terre, c'est ce courant traversant les résistances R' ' , R' et R qui doit être faible.
Si les tensions du réseau à courant continu sont beaucoup plus élevée que la tension à laquelle le condensateur C doit être préchargé, il est possible que le temps d'attente de décharge du condensateur devienne bien plus long que les temps de manœuvre de l'appareillage de l'invention, retardant ainsi la coupure du courant continu.
Une alternative aux résistances R qui font la liaison entre les interrupteurs HVHS et la terre est illustrée sur la figure 6. L'ajout d'une branche résistance Rc - condensateur Ce occasionne une répartition de tension entre les condensateurs C et Ce. Le condensateur C n'est plus alors préchargé à la pleine tension U du réseau à courant continu, mais à une tension inférieure U x Ce / (Ce + C) , qui peut être choisie plus proche de celle qui est nécessaire pour permettre le fonctionnement rapide désiré.
Références
[1] Article de W. Grieshaber, A. Fanget, B.
Kayibabu et J.P. Dupraz intitulé « MRBT for DC applications : design and power tests » (2008 10 30 Grid Tech, 29-30 Janvier 2009, pages 1-8) .
[2] Article de B. Bachmann, G. Mauthe, E. Rnoss, H. P. Lips, J. Portez, J. Vithayathil intitulé « Development of a 500kw Airblast HVDC circuit breaker » (IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, vol. Pas-104, N°9, Septembre 1985, pages 2460- 2466) .
[3] Article de A. Lee, P. G. Slade, Y. H. Yoong, J. Porter, J. Vithayathil intitulé « The development of a HVDC SF6 Breaker » (IEEE transactions on Power Apparatus and Systems, vol. Pas-104, N°10, October 1985, pages 2721-2729) .
[4] EP2523204

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de commutation de charge HVDC comprenant des jeux de barres (11, 12, 13) situés entre des lignes ou câbles haute tension extérieurs reliées à des nœuds consommateurs ou fournisseurs d'énergie, plusieurs chambres de coupure (14) assurant la fonction d'interrupteur DC (15) étant disposées sur chaque jeu de barres, caractérisé en ce qu'il comprend deux phases constituées par un premier et un second jeu de barres DC (11, 12) de polarités + et -, une troisième phase constitué par un jeu de barres auxiliaire (13), et un circuit auxiliaire centralisé (16) .
2. Système selon la revendication 1, dans lequel chaque chambre de coupure comprend plusieurs chambres à arc connectées directement en série.
3. Système selon la revendication 1, dans lequel le circuit auxiliaire (16) comprend un circuit oscillant comprenant une inductance (L) , une résistance (R' ) et un condensateur (C) en série, une résistance (R' ' ) et un premier parafoudre (SA' ) étant disposés en parallèle de ce condensateur (C) .
4. Système selon l'une des revendications 1 ou 3, dans lequel le circuit auxiliaire est situé entre deux interrupteurs HVHS, un premier interrupteur HVHS (23) , dans une configuration de charge, étant connecté entre le jeu de barres auxiliaire (13) et la terre, un second interrupteur HVHS (24) étant connecté entre un sélecteur de jeu de barres (22) et la terre, deux seconds parafoudres (SA) étant respectivement disposés entre l'entrée et la sortie du circuit auxiliaire (16) et la terre.
5. Système selon la revendication 1, qui comprend au moins un sectionneur à trois positions (20) .
6. Système selon la revendication 1, qui comprend au moins deux sectionneurs à deux positions
(21) .
7. Système selon la revendication 4, dans lequel le premier interrupteur HVHS (23) est connecté entre le jeu de barres auxiliaire (13) et la terre au travers d'une résistance (R) et le second interrupteur HVHS (20) est connecté entre le sélecteur de jeu de barres (22) et la terre au travers d'une résistance (R) ·
8. Système selon la revendication 4, dans lequel le premier interrupteur HVHS (23) est connecté entre le jeu de barres auxiliaire (13) et la terre au travers d'une résistance (R) en parallèle avec un condensateur (Ce) et une résistance (Rc) en série, et, le second interrupteur HVHS est connecté entre le sélecteur de jeu de barres (22) et la terre au travers d'une résistance (R) en parallèle avec un condensateur (Ce) et une résistance (Rc) en série.
9. Procédé de mise en œuvre du système selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, dans lequel le condensateur (C) du circuit oscillant du circuit auxiliaire est préchargé.
10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel on a la relation : Usai + Usa2 < Usa' avec Usai et Usa2 : tensions de transition aux bornes de chaque second parafoudre et Usa' : tension de transition aux bornes du premier parafoudre.
11. Procédé selon la revendication 9, dans lequel le préchargement du condensateur (C) s'effectue directement à partir de la tension dans le réseau dans lequel il faut interrompre le courant continu .
12. Procédé de mise en œuvre du système selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le condensateur (C) du circuit oscillant du circuit auxiliaire est déchargé.
PCT/EP2014/066584 2013-08-02 2014-08-01 Systeme de commutation de charge hvdc et procede de mise en œuvre de ce systeme WO2015014981A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1357702A FR3009424B1 (fr) 2013-08-02 2013-08-02 Systeme de commutation de charge hvdc et procede de mise en œuvre de ce systeme
FR1357702 2013-08-02

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015014981A1 true WO2015014981A1 (fr) 2015-02-05

Family

ID=49911612

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2014/066584 WO2015014981A1 (fr) 2013-08-02 2014-08-01 Systeme de commutation de charge hvdc et procede de mise en œuvre de ce systeme

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3009424B1 (fr)
WO (1) WO2015014981A1 (fr)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3122659A (en) * 1961-10-04 1964-02-25 Siemens Ag Switching device for disconnection of a load from a direct-current supply
US3796891A (en) * 1971-07-24 1974-03-12 H Hartel Circuit arrangement for the interruption of current
DE102010052136A1 (de) * 2010-11-22 2012-05-24 Siemens Aktiengesellschaft Schaltungsanordnungen für elektronisch gesteuerte DC-Netze

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3122659A (en) * 1961-10-04 1964-02-25 Siemens Ag Switching device for disconnection of a load from a direct-current supply
US3796891A (en) * 1971-07-24 1974-03-12 H Hartel Circuit arrangement for the interruption of current
DE102010052136A1 (de) * 2010-11-22 2012-05-24 Siemens Aktiengesellschaft Schaltungsanordnungen für elektronisch gesteuerte DC-Netze

Also Published As

Publication number Publication date
FR3009424A1 (fr) 2015-02-06
FR3009424B1 (fr) 2015-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2795645B1 (fr) Dispositif disjoncteur mécatronique et procédé de déclenchement associé et application à la coupure de courant continu élevé
EP1974362B1 (fr) Disjoncteur de générateur avec résistance insérée
US9478974B2 (en) DC voltage circuit breaker
CN105659459A (zh) 高压直流断路器
EP2729951B1 (fr) Système d&#39;interruption de courant continu apte à ouvrir une ligne de courant continu à comportement inductif
EP3903334B1 (fr) Dispositif de coupure de courant pour courant continu haute tension avec circuit d&#39;oscillation adaptatif et procédé de pilotage
FR3072826B1 (fr) Appareil de coupure electrique, procede et installation utilisant un tel appareil
FR3062512A1 (fr) Dispositif de coupure de courant continu haute tension
EP3942585B1 (fr) Dispositif de coupure de courant pour courant continu haute tension avec résonateur et commutation
EP3903333B1 (fr) Dispositif de coupure de courant pour courant continu haute tension avec circuit capacitif tampon et procédé de pilotage
EP3378083B1 (fr) Disjoncteur pour un réseau à courant continu haute tension, avec oscillation forcée de courant
WO2015014981A1 (fr) Systeme de commutation de charge hvdc et procede de mise en œuvre de ce systeme
FR2997196A1 (fr) Circuit de test de disjoncteur haute tension a courant continu
EP2631927B1 (fr) Procédé de coupure d&#39;un arc électrique, procédé et dispositif de protection d&#39;une installation contre les surtensions
JP6391993B2 (ja) 直流遮断装置
FR3042638A1 (fr) Chambre de coupure d&#39;un appareil de protection electrique et appareil de protection electrique comportant une telle chambre
EP4104195B1 (fr) Appareil de coupure mécanique de courant pour courant continu haute tension avec capacité dans un chemin secondaire, installation et procédé avec un tel appareil
US20050212453A1 (en) Current pause device for an electric power circuit interrupter
WO2022029379A2 (fr) Dispositif de coupure de courant pour courant électrique sous haute tension continue, installation avec un tel dispositif, procede de pilotage, et processus d&#39;evaluation de l&#39;integrite d&#39;un conducteur electrique
WO2019092834A1 (fr) Dispositif d&#39;interruption de courant continu
WO2023083761A1 (fr) Booster de courant de court-circuit dc
EP4315381A1 (fr) Dispositif de coupure pour courant électrique sous haute tension continue avec tube à plasma
EP4160637A1 (fr) Deconnexion de circuits haute tension
FR3038151A1 (fr) Alimentation electrique d&#39;une charge avec barre de distribution segmentee

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14747016

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14747016

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1