COMMUTATEUR AU C02 C02 SWITCH
POUR UN RESEAU A COURANT CONTINU HAUTE TENSION FOR HIGH VOLTAGE CONTINUOUS CURRENT NETWORK
La présente invention concerne le domaine technique général des réseaux de transmission à courant continu haute tension (HVDC, acronyme pour en anglais, High Voltage Direct Current) ou à courant continu moyenne tension ( VDC, acronyme pour en anglais, Médium Voltage Direct Current). The present invention relates to the general technical field of high-voltage direct current (HVDC) transmission networks or medium-voltage direct current (VDC), which is an acronym for Medium Voltage Direct Current.
L'invention vise plus particuiièrement, les commutateurs à gaz HVDC ou MVDC interrompant un courant continu dans une ligne d'un réseau de transmission à courant continu haute ou moyenne tension. More particularly, the invention relates to HVDC or MVDC gas switches interrupting a direct current in a line of a high or medium voltage DC transmission network.
L'objet de l'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine technique des réseaux à courant continu haute ou moyenne tension afin de pouvoir aiguiller la puissance d'un chemin vers un autre du réseau en cas par exemple de défaillance sur un pôle ou d'opérations de maintenance prolongées sur un pôle du réseau. The object of the invention finds a particularly advantageous application in the technical field of high or medium voltage DC networks in order to be able to direct the power of a path to another of the network in the event of, for example, failure on a pole or extended maintenance operations on a network hub.
Dans les réseaux à courant continu, il est connu d'utiliser des commutateurs comportant une branche avec un disjoncteur de courant continu comportant des organes actifs de coupure enfermés dans une enceinte étanche contenant un fluide gazeux. L'état de la technique a proposé de nombreuses solutions techniques pour réaliser un disjoncteur de courant continu à gaz. In DC networks, it is known to use switches having a branch with a DC circuit breaker having active cut-off members enclosed in a sealed chamber containing a gaseous fluid. The state of the art has proposed numerous technical solutions for producing a gas continuous current circuit breaker.
Par exemple, un disjoncteur connu a été décrit, dans "Journal of Power-Energy Division Conférence 1994 of Institute of Electrical Engeeners», n 621, pp. 824-825. Le disjoncteur à courant continu à gaz est placé dans une branche d'une ligne du réseau continu. En parallèle de cette branche contenant ce disjoncteur sont montés d'une part, une branche avec un élément d'absorption d'énergie pour absorber toute surtension, et d'autre part, un circuit résonnant présentant une capacité donnée et une inductance donnée. For example, a known circuit breaker has been described in "Journal of Power-Energy Conference Division 1994 of the Institute of Electrical Engeeners", No. 621, pp. 824-825. The gas-fired circuit breaker is placed in a branch of a line of the continuous network In parallel with this branch containing this circuit breaker are mounted on the one hand, a branch with an energy absorbing element to absorb any overvoltage, and on the other hand, a resonant circuit having a given capacitance. and a given inductance.
Le disjoncteur à courant continu est du type à soufflage et comporte des organes actifs de coupure enfermés dans une enceinte étanche contenant un fluide gazeux. Le disjoncteur comporte un contact fixe pour permettre l'écoulement du courant continu et un contact mobile dans un
cylindre de soufflage avec une buse diélectrique fixée sur celui-ci. Dans l'état ouvert, un arc électrique est généré entre les contacts lorsqu'une tige de piston intégrée au contact mobile est déplacée par rapport au piston de soufflage fixée sur le contact fixe. Lorsque la tige de piston se déplace, un gaz d'extinction d'arc, typiquement du SF6, contenu à l'intérieur de l'enceinte est comprimé pour être pulvérisé sur l'arc. The DC circuit breaker is of the blowing type and comprises active cut-off members enclosed in a sealed chamber containing a gaseous fluid. The circuit breaker has a fixed contact to allow the flow of direct current and a movable contact in a blow cylinder with a dielectric nozzle fixed on it. In the open state, an electric arc is generated between the contacts when a piston rod integrated in the movable contact is moved relative to the blower piston fixed on the fixed contact. As the piston rod moves, an arc extinguishing gas, typically SF6, contained within the enclosure is compressed to be sprayed onto the arc.
Dans le cas du courant continu, la pulvérisation simplement de l'arc à courant continu avec le gaz SF6 peut ne pas être suffisante pour interrompre et l'éteindre avec succès en raison du fait que, contrairement au courant alternatif, le courant continu ne traverse pas périodiquement le point zéro de courant. In the case of direct current, simply spraying the DC arc with the SF6 gas may not be sufficient to interrupt and extinguish it successfully due to the fact that, unlike AC current, the DC current does not cross not periodically the current zero point.
Pour éteindre l'arc, le circuit résonnant qui comporte une inductance et un condensateur est ainsi couplé en parallèle au disjoncteur pour superposer un courant oscillant au courant continu, pour fournir un passage par zéro au disjoncteur. Ceci permet au gaz SF6 comprimé par le piston de soufflage d'être soufflé et pulvérisé contre l'arc forçant son extinction. To extinguish the arc, the resonant circuit which includes an inductor and a capacitor is thus coupled in parallel with the circuit breaker to superimpose an oscillating current to the DC current, to provide a zero crossing at the circuit breaker. This allows the SF6 gas compressed by the blowing piston to be blown and sprayed against the arc forcing its extinguishing.
Compte tenu que les réseaux à courant continu nécessitent des tensions de plus en plus hautes, les commutateurs associés doivent augmenter la performance de commutation en valeur de courant pouvant atteindre jusqu'à 6 000 A. Cette performance de commutation en valeur de courant doit intervenir également pour une grande plage de température de fonctionnement des commutateurs. Typiquement, de tels commutateurs doivent conserver leur performance de commutation en valeur de courant alors que la température de fonctionnement peut atteindre -50°C. Since DC networks require higher and higher voltages, the associated switches have to increase the switching performance by up to 6000 A current value. This switching performance in current value must also be implemented. for a large operating temperature range of the switches. Typically, such switches must maintain their switching performance in current value while the operating temperature can reach -50 ° C.
Le brevet US 5 737 162 propose de conserver des disjoncteurs à courant continu avec une enceinte étanche standard mais à mettre en série ces disjoncteurs. Cette solution présente l'inconvénient d'une emprise au sol importante et d'un coût élevé. US Patent 5,737,162 proposes to keep DC circuit breakers with a standard sealed enclosure but to put in series these circuit breakers. This solution has the disadvantage of a large footprint and a high cost.
Le brevet EP 0 740 320 propose d'optimiser les valeurs de l'impédance et de la capacité du circuit résonnant en fonction de la valeur d'interruption du courant continu.
Il a été proposé également d'utiliser différents types de gaz d'extinction comme indiqué par exemple dans la demande de brevet US 2016/261095 qui propose d'utiliser le dioxyde de carbone en remplacement du SF6 pour l'extinction de l'arc électrique dans un appareil électrique pour la production, le transport, la distribution et / ou l'utilisation d'énergie électrique. Cependant, comme chaque type de gaz utilisé modifie les conditions d'extinction de l'arc électrique, ce document ne donne pas d'enseignement pour sa mise en œuvre dans un disjoncteur à courant continu comportant un circuit résonnant. EP 0 740 320 proposes to optimize the values of the impedance and the capacitance of the resonant circuit as a function of the interruption value of the direct current. It has also been proposed to use different types of extinguishing gas as indicated for example in the patent application US 2016/261095 which proposes to use carbon dioxide instead of SF6 for the extinction of the electric arc in an electrical apparatus for the production, transportation, distribution and / or use of electrical energy. However, as each type of gas used modifies the extinction conditions of the electric arc, this document does not teach for its implementation in a DC circuit breaker comprising a resonant circuit.
De même, la demande de brevet US 2011/0175460 décrit un commutateur pour un réseau à courant continu comportant un circuit résonnant et des organes actifs de coupure enfermés dans une enceinte contenant du SF6. Pour un tel milieu gazeux SF6, ce document propose de prendre une valeur de la capacité suffisamment grande pour commuter le courant continu, quel que soit le choix de la valeur de l'inductance. Cette solution ne permet pas d'optimiser le dimensionnement du circuit résonnant en tenant compte du critère de stabilité de l'arc électrique qui restreint en pratique la plage d'utilisation de l'inductance L du circuit LC. Similarly, US patent application 2011/0175460 discloses a switch for a DC network comprising a resonant circuit and active breaking members enclosed in an enclosure containing SF6. For such a SF6 gaseous medium, this document proposes to take a value of the capacity large enough to switch the direct current, whatever the choice of the value of the inductance. This solution does not make it possible to optimize the sizing of the resonant circuit by taking into account the criterion of stability of the electric arc which in practice restricts the range of use of the inductance L of the LC circuit.
Dans l'état de la technique, il est également connu par exemple par la demande de brevet FR 2 975 819 d'utiliser un milieu contenant du dioxyde de carbone, comme milieu d'isolation électrique et/ou d'extinction des arcs électriques dans un appareil électrique moyenne ou haute tension. Cette demande de brevet ne fournit pas d'informations sur sa mise en œuvre en relation d'un circuit résonnant. In the state of the art, it is also known for example from the patent application FR 2 975 819 to use a medium containing carbon dioxide, as a medium for electrical insulation and / or extinction of electric arcs in a medium or high voltage electrical appliance. This patent application does not provide information on its implementation in relation to a resonant circuit.
La présente invention vise à remédier aux inconvénients énoncés ci-dessus en proposant un commutateur pour un réseau à courant continu haute ou moyenne tension, mettant en œuvre un disjoncteur mécanique associé à un circuit d'injection d'un courant oscillant, un tel commutateur étant simple et peu encombrant tout en présentant des hautes performances de commutation en valeur de courant continu pour une grande plage de température de fonctionnement des commutateurs.
Pour atteindre un tel objectif, le commutateur pour un réseau à courant continu haute ou moyenne tension, comporte une branche avec un disjoncteur de courant continu comportant des organes actifs de coupure enfermés dans au moins une enceinte étanche contenant un fluide gazeux, cette branche étant insérée dans la ligne du réseau et en parallèle de laquelle sont montés d'une part, une branche avec un élément d'absorption d'énergie, et d'autre part, un circuit résonnant présentant une capacité donnée et une inductance donnée. The present invention aims to remedy the drawbacks stated above by proposing a switch for a high or medium voltage DC network, implementing a mechanical circuit breaker associated with an oscillating current injection circuit, such a switch being simple and compact while having high DC switching performance for a large operating temperature range of the switches. To achieve such an objective, the switch for a high or medium voltage DC network comprises a branch with a DC circuit breaker comprising active breaking members enclosed in at least one sealed chamber containing a gaseous fluid, this branch being inserted. in the line of the network and in parallel of which are mounted on the one hand, a branch with an energy absorbing element, and on the other hand, a resonant circuit having a given capacitance and a given inductance.
Selon l'invention, l'enceinte étanche du disjoncteur de courant continu contient un fluide gazeux comportant au moins 70% en volume de dioxyde de carbone à une pression de remplissage comprise entre 0,65 MPa et 1,1 MPa mesurée à une température de 20°C et pour une valeur de capacité C en pF, l'inductance L en μΗ est inférieure à 2700*C0,84. According to the invention, the sealed enclosure of the DC circuit breaker contains a gaseous fluid comprising at least 70% by volume of carbon dioxide at a filling pressure of between 0.65 MPa and 1.1 MPa measured at a temperature of 20 ° C and for a capacitance value C in pF, the inductance L in μΗ is less than 2700 * C 0.84 .
De plus, le commutateur selon l'invention peut contenir en outre en combinaison au moins Tune et/ou l'autre des caractéristiques additionnelles suivantes : In addition, the switch according to the invention may furthermore contain in combination at least one and / or the other of the following additional characteristics:
- pour une valeur de capacité C en pF, l'inductance L en μΗ est comprise entre 400*C0 84 et 2700*C0 84 ; for a capacitance value C in pF, the inductance L in μΗ is between 400 * C 0 84 and 2700 * C 0 84 ;
- un fluide gazeux constitué exclusivement de dioxyde de carbone à une pression de remplissage comprise entre 0,65 et 1,1 MPa, mesurée à une température de 20°C ; a gaseous fluid composed exclusively of carbon dioxide at a filling pressure of between 0.65 and 1.1 MPa, measured at a temperature of 20 ° C .;
- un fluide gazeux constitué d'un mélange de dioxyde de carbone et d'hexafluorure de soufre ; a gaseous fluid consisting of a mixture of carbon dioxide and sulfur hexafluoride;
- entre 20% et 30% en volume d'hexafluorure de soufre ; between 20% and 30% by volume of sulfur hexafluoride;
- un fluide gazeux constitué d'un mélange de dioxyde de carbone et de tetrafluorure de carbone ; a gaseous fluid consisting of a mixture of carbon dioxide and carbon tetrafluoride;
- entre 20% et 30% en volume de tetrafluorure de carbone ; between 20% and 30% by volume of carbon tetrafluoride;
- un fluide gazeux constitué d'un mélange de dioxyde de carbone et de fiuoronitrile ; a gaseous fluid consisting of a mixture of carbon dioxide and fluoronitrile;
- entre 4% et 10 % en volume de fiuoronitrile ; between 4% and 10% by volume of fluoronitrile;
- un fluide gazeux constitué d'un mélange de dioxyde de carbone et de dioxygène ;
- entre 5% et 15% en volume de dioxygène ; a gaseous fluid consisting of a mixture of carbon dioxide and oxygen; between 5% and 15% by volume of oxygen;
- un fluide gazeux constitué d'un mélange ternaire de dioxyde de carbone, de dioxygène et de fluorocétone ; a gaseous fluid consisting of a ternary mixture of carbon dioxide, dioxygen and fluoroketone;
- entre 5 % et 15% en volume de dioxygène et entre 4% et 10 % en volume de fluorocétone. between 5% and 15% by volume of oxygen and between 4% and 10% by volume of fluoroketone.
Un autre objet de l'invention est de proposer un réseau à courant continu haute ou moyenne tension comportant au moins un commutateur conforme à l'invention. Another object of the invention is to propose a high or medium voltage DC network comprising at least one switch according to the invention.
Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. Various other characteristics appear from the description given below with reference to the accompanying drawings which show, by way of non-limiting examples, embodiments of the subject of the invention.
La Figure 1 est un schéma d'un exemple de réalisation d'un réseau de transmission à courant continu haute ou moyenne tension mettant en œuvre au moins un commutateur à gaz HVDC conforme à l'invention. Figure 1 is a diagram of an exemplary embodiment of a high or medium voltage DC transmission network implementing at least one HVDC gas switch according to the invention.
La Figure 2 est un schéma bloc fonctionnel illustrant un commutateur à gaz HVDC conforme à l'invention. Figure 2 is a block diagram illustrating an HVDC gas switch according to the invention.
La Figure 3 est un schéma donnant les valeurs de l'inductance L en μΗ en fonction des valeurs de la capacité C en pF, permettant d'illustrer ie dimensionnement du circuit résonnant d'un disjoncteur d'un commutateur à gaz HVDC conforme à l'invention. FIG. 3 is a diagram giving the values of the inductance L in μΗ as a function of the values of the capacitance C in pF, making it possible to illustrate the dimensioning of the resonant circuit of a circuit breaker of a HVDC gas switch conforming to FIG. 'invention.
La Figure 4 est un schéma donnant les valeurs de la capacité C en pF en fonction des valeurs de l'inductance L en μΗ pour diverses valeurs de courant à commuter permettant d'illustrer la limite de performance en courant dans le plan LC. FIG. 4 is a diagram giving the values of the capacitance C in pF as a function of the values of the inductance L in μΗ for various current values to be switched, making it possible to illustrate the current performance limit in the LC plane.
La Figure 5 est un schéma illustrant à titre d'exemple la géométrie d'une enceinte étanche d'un disjoncteur à courant continu pour la mise en œuvre de l'invention. Figure 5 is a diagram illustrating by way of example the geometry of a sealed enclosure of a DC circuit breaker for the implementation of the invention.
La Figure 6 est un schéma donnant le ratio de la capacité C (en pF) sur l'inductance L (en μΗ) pour un courant continu DC normalisé (par unité), en fonction de l'utilisation d'un milieu SF6 et d'un milieu C02. Figure 6 is a diagram giving the ratio of the capacitance C (in pF) on the inductance L (in μΗ) for a standard DC continuous current (per unit), as a function of the use of an SF6 medium and of a medium C0 2 .
La Fig, 1 illustre à titre d'exemple un réseau de transmission à courant continu 1 haute ou moyenne tension (HVDC ou MVDC) mettant en œuvre au
moins un, et d'une manière générale, plusieurs commutateurs 2i à gaz HVDC ou MVDC conformes à l'invention, interrompant un courant continu dans une ligne du réseau. De manière classique, un tel réseau de transmission à courant continu 1 comporte au moins d'un côté, des convertisseurs 3 de courant alternatif/continu et d'un autre côté, des convertisseurs 4 de courant continu/alternatif. Les convertisseurs 3, 4 de courant ne sont pas décrits en détail car ils ne font pas partie spécifiquement de l'invention et sont bien connus de l'homme du métier. FIG. 1 illustrates by way of example a high or medium voltage DC transmission network 1 (HVDC or MVDC) implementing at least one, and in general, several switches 2i gas HVDC or MVDC according to the invention, interrupting a direct current in a line of the network. Conventionally, such a DC transmission network 1 comprises at least one side, AC / DC converters 3 and, on the other hand, converters 4 DC / AC. Current converters 3, 4 are not described in detail because they are not specifically part of the invention and are well known to those skilled in the art.
Les commutateurs conformes à l'invention sont désignés par la référence 2î avec i variant de a, b, ... à n. Ces commutateurs 2i conformes à l'invention sont montés entre les convertisseurs 3, 4 et des points du réseau 1 pour permettre d'aiguiller la puissance d'un point du réseau vers un autre. Ces commutateurs 2i permettent par exemple de maintenir un flux de puissance réduit en cas de défaillance sur un pôle ou d'opérations de maintenance prolongées sur un pôle du réseau. Par exemple, un réseau 1 comporte des commutateurs adaptés 2a, 2b conformes à l'invention et des commutateurs de court-circuit 10 pour transférer la puissance depuis le conducteur de terre Ct vers le conducteur métallique aérien Ca. Il est à noter que les commutateurs de court-circuit 10 comportent uniquement une fonction pour court-circuiter un pôle indisponible du convertisseur à la différence des commutateurs 2i conformes à l'invention qui possèdent une capacité de commutation à l'ouverture. The switches according to the invention are designated by the reference 2 i with i varying from a, b, ... to n. These switches 2i according to the invention are mounted between the converters 3, 4 and points of the network 1 to allow to direct the power from one point of the network to another. These switches 2i allow for example to maintain a reduced power flow in case of failure on a pole or extended maintenance operations on a network pole. For example, a network 1 comprises adapted switches 2a, 2b according to the invention and short-circuit switches 10 for transferring the power from the earth conductor Ct to the aerial metallic conductor Ca. It should be noted that the switches Short circuit circuit 10 comprises only one function for short-circuiting an unavailable pole of the converter, unlike switches 2i according to the invention which have an opening switching capability.
Pour transférer cette puissance, le commutateur 2a disposé sur le conducteur de terre Ct qui est initialement fermé, ouvre et commute ie courant du conducteur de terre Ct vers le conducteur métallique aérien Ca à travers les commutateurs 2b conformes à l'invention et les commutateurs de court-circuit 10, placés en série entre le conducteur de terre Ct et le conducteur métallique aérien Ca et qui auront été préalablement fermés. To transfer this power, the switch 2a disposed on the ground conductor Ct which is initially closed, opens and switches the current of the earth conductor Ct to the overhead metal conductor Ca through the switches 2b according to the invention and the switches of short circuit 10, placed in series between the earth conductor Ct and the aerial metal conductor Ca and which have been previously closed.
Tel que cela ressort plus précisément de la Fïg. 2, un commutateur 2i est placé sur une ligne du réseau 1 parcouru par un courant continu ÏDC, par exemple entre les points A-A' comme illustré. Chaque commutateur 2i comporte entre, les points A-A', une branche avec un disjoncteur 5 de
courant continu de tous types connus en soi constitué de une ou plusieurs enceintes étanches disposées en série, présentant un courant d'arc larc et une tension d'arc Uarc. As it appears more specifically from the Fíg. 2, a switch 2i is placed on a line of the network 1 traversed by a DC current ÏDC, for example between points AA 'as illustrated. Each switch 2i has between, points A-A ', a branch with a circuit breaker 5 of dc current of all types known per se consisting of one or more sealed enclosures arranged in series, having arc current arc and arc voltage Uarc.
Par disjoncteur de courant continu 5, il est compris un appareil mécanique comportant des organes actifs de coupure enfermés dans une enceinte étanche contenant un fluide gazeux et un système de soufflage de l'arc par le fluide gazeux. Comme cela sera décrit plus précisément dans la suite de la description, le fluide gazeux est choisi pour son caractère isolant, notamment de manière à présenter une rigidité diélectrique supérieure à celle de l'air sec à pression équivalente, pour sa capacité de coupure de courant et sa capacité à fournir une tension d'arc élevée. By DC circuit breaker 5, there is included a mechanical device comprising active cutting members enclosed in a sealed enclosure containing a gaseous fluid and a system for blowing the arc by the gaseous fluid. As will be described more precisely in the description that follows, the gaseous fluid is chosen for its insulating nature, in particular so as to have a dielectric strength greater than that of dry air at equivalent pressure, for its capacity of power failure. and its ability to provide high arc voltage.
Un disjoncteur de courant continu 5 est par exemple décrit par la Fïg. 5. De manière classique, le disjoncteur de courant continu 5 comporte dans une enceinte étanche Sa, une paire de contacts d'arc 5b et 5c et une paire de contacts dits « permanents » 5d et 5e qui assurent le passage du courant lorsque le disjoncteur est en position fermée. Les contacts d'arc 5b et 5c ainsi que les contacts permanents se séparent lors de la manœuvre d'ouverture. Lorsque les contacts d'arc 5b et 5c se séparent, l'arc électrique s'établit entre eux et est confiné à l'intérieur de la buse de soufflage 5f. L'arc perdure jusqu'à ce qu'un passage par zéro du courant se présente auquel cas le gaz soufflé par la buse de soufflage 5f permet de remplacer le plasma par un gaz plus frais. Cette action de soufflage au passage par zéro du courant permet d'éteindre l'arc et permet au milieu gazeux compris entre les contacts d'arc 5b et 5c de tenir la tension transitoire de rétablissement imposée par le réseau sans réamorcer et rétablir le courant. A DC circuit breaker 5 is for example described by Fíg. 5. Conventionally, the DC circuit breaker 5 comprises in a sealed enclosure Sa, a pair of arc contacts 5b and 5c and a pair of so-called "permanent" contacts 5d and 5e which ensure the passage of the current when the circuit breaker is in closed position. The arcing contacts 5b and 5c as well as the permanent contacts separate during the opening maneuver. When the arcing contacts 5b and 5c separate, the electric arc is established between them and is confined inside the blowing nozzle 5f. The arc continues until a zero crossing of the current occurs in which case the gas blown by the blowing nozzle 5f can replace the plasma with a cooler gas. This blowing action at zero crossing of the current makes it possible to extinguish the arc and allows the gaseous medium comprised between the arc contacts 5b and 5c to hold the transient recovery voltage imposed by the network without restarting and restoring the current.
En parallèle de cette branche A-A' est monté d'une part, un circuit résonnant 6 non pré chargé et d'autre part, une branche avec un élément d'absorption d'énergie 7. Le circuit résonnant 6 non pré chargé présente en série, une capacité donnée C, une résistance et une inductance donnée L. Ce circuit résonnant 6 interagit avec la tension d'arc Uarc pour produire un courant oscillant exponentiellement croissant. Ce courant oscillant vient se
superposer au courant continu IDC pour fournir un passage à zéro du courant pendant lequel le fluide gazeux est soufflé pour éteindre l'arc. In parallel with this branch AA 'is mounted on the one hand, a resonant circuit 6 not pre-charged and on the other hand, a branch with an energy absorbing element 7. The resonant circuit 6 not pre-charged present in series , a given capacitance C, a resistance and a given inductance L. This resonant circuit 6 interacts with the arc voltage Uarc to produce an exponentially increasing oscillating current. This oscillating current comes superimpose on the IDC direct current to provide a zero crossing of the current during which the gaseous fluid is blown to extinguish the arc.
La branche avec l'élément d'absorption d'énergie 7 comporte un dispositif contre les surtensions de tous types connus en soi, tel qu'un parafoudre. Cet élément d'absorption d'énergie 7 est implanté pour permettre de fixer la surtension maximale aux bornes du condensateur C et du disjoncteur 5 et d'absorber l'énergie du réseau après la coupure par le disjoncteur 5. The branch with the energy absorbing element 7 comprises an overvoltage device of all types known per se, such as a surge arrester. This energy absorbing element 7 is implanted to enable the maximum overvoltage to be fixed across the capacitor C and the circuit breaker 5 and to absorb the energy of the network after the cut-off by the circuit-breaker 5.
La performance de commutation de ce type de commutateur telle qu'illustrée par la Fig. 4 résulte de l'interaction intime entre l'arc électrique développé entre les contacts d'arc 5b et 5c d'un commutateur 2Î et du circuit résonnant LC qui lui est connecté en parallèle. Les caractéristiques de l'arc électrique dépendent essentiellement du milieu dans lequel celui-ci baigne. Ainsi, pour un même circuit résonnant LC parallèle à un commutateur 2i, la limite de performance de commutation du courant continu DC de ce commutateur est fortement influencée par le milieu gazeux dans lequel baigne l'arc électrique. Exprimé d'une autre manière, pour un même courant continu DC commuté visé, si l'on change le milieu gazeux dans lequel baigne l'arc électrique, le circuit résonnant LC parallèle à un commutateur 2î doit être modifié. Le fluide couramment utilisé pour cette application dans l'art antérieur est l'hexafluorure de soufre (SF6). The switching performance of this type of switch as shown in FIG. 4 results from the intimate interaction between the electric arc developed between the arc contacts 5b and 5c of a switch 2 1 and the resonant circuit LC connected thereto in parallel. The characteristics of the electric arc depend essentially on the environment in which it is bathed. Thus, for the same LC resonant circuit parallel to a switch 2i, the DC switching performance limit DC of this switch is strongly influenced by the gaseous medium in which the electric arc bathes. Expressed in another way, for the same DC switched direct current, if one changes the gaseous medium in which the electric arc bathes, the LC resonant circuit parallel to a switch 2 i must be modified. The fluid commonly used for this application in the prior art is sulfur hexafluoride (SF6).
Conformément à l'invention, l'enceinte étanche 5a du disjoncteur de courant continu 5 contient un fluide gazeux comportant au moins 70% en volume de dioxyde de carbone et présentant une pression de remplissage comprise entre 0,65 MPa et 1,1 MPa mesurée à une température de 20°C. Ainsi, par rapport au volume total du fluide gazeux contenu dans l'enceinte étanche 5a du disjoncteur de courant continu 5, cette enceinte contient en volume au moins 70% en volume de C02. Comme cela sera décrit dans les exemples de réalisation décrits ci-après, le fluide gazeux contient exclusivement du C02 ou un mélange de C02 avec d'autres composants, ie choix de la composition du mélange gazeux dépendant notamment des températures de fonctionnement des commutateurs. La pression est
mesurée à une température de 20°C lors du remplissage en fluide gazeux de l'enceinte étanche 5a. According to the invention, the sealed enclosure 5a of the DC circuit breaker 5 contains a gaseous fluid comprising at least 70% by volume of carbon dioxide and having a filling pressure of between 0.65 MPa and 1.1 MPa measured. at a temperature of 20 ° C. Thus, with respect to the total volume of the gaseous fluid contained in the sealed enclosure 5a of the DC circuit breaker 5, this enclosure contains in volume at least 70% by volume of CO 2. As will be described in the exemplary embodiments described hereinafter, the gaseous fluid contains exclusively CO 2 or a mixture of CO 2 with other components, the choice of the composition of the gaseous mixture depending in particular on the operating temperatures of the switches. The pressure is measured at a temperature of 20 ° C during the gaseous fluid filling of the sealed enclosure 5a.
La Fig, 6 illustre avantageusement les écarts de performance entre l'utilisation comme milieu gazeux dans l'enceinte étanche du disjoncteur, d'un milieu SF6 classique et d'un milieu gazeux conforme à l'invention comportant du C02. La Fig. 6 fournit ainsi des relevés d'essais comparatifs entre un milieu SF6 et un milieu conforme à l'invention contenant du C02. Cette Fig, 6 permet d'illustrer l'impact du changement de milieu gazeux dans une même géométrie de commutateur 2i sur la performance de commutation en courant continu DC et met en avant l'avantage de l'utilisation d'un milieu majoritairement constitué de C02. Les relevés d'essais indiquent qu'une variation du circuit résonnant LC sur une plage de C/L allant de ~0,05 à ~1,1 μΡ/μΗ n'a quasiment apporté aucun gain sur la performance de commutation dans le milieu SF6, celle-ci étant fixée en référence à 1 pu. A contrario, l'utilisation du milieu gazeux conforme à l'invention contenant du C02 montre systématiquement un gain de performance par rapport au milieu SF6. Cette performance est encore améliorée en modifiant le circuit résonnant LC alors que cela n'est pas le cas avec le milieu SF6. FIG. 6 advantageously illustrates the differences in performance between the use as a gaseous medium in the sealed chamber of the circuit breaker, of a conventional SF6 medium and of a gaseous medium according to the invention comprising CO 2. Fig. 6 thus provides comparative test records between an SF6 medium and a medium according to the invention containing CO 2. This FIG. 6 makes it possible to illustrate the impact of the change of gaseous medium in the same switch geometry 2i on the DC switching performance DC and puts forward the advantage of the use of a medium consisting mainly of C02. The test records show that a variation of the resonant LC circuit over a range of C / L from ~ 0.05 to ~ 1.1 μΡ / μΗ almost did not bring any gain on the switching performance in the medium. SF6, the latter being fixed with reference to 1 pu. On the other hand, the use of the gaseous medium according to the invention containing CO 2 systematically shows a performance gain with respect to the SF6 medium. This performance is further improved by modifying the LC resonant circuit while this is not the case with the SF6 medium.
Selon une variante préférée de réalisation, l'enceinte étanche 5a du disjoncteur de courant continu 5 contient un fluide gazeux constitué exclusivement de dioxyde de carbone à une pression de remplissage comprise entre 0,65 et 1,1 MPa, mesurée à une température de 20°C. Par exemple, pour des conditions de fonctionnement du commutateur à une température pouvant atteindre -40°C, le fluide gazeux peut être constitué exclusivement de dioxyde de carbone à une pression de remplissage de 1.1 MPa à 20°C Pour des conditions de fonctionnement du commutateur à une température pouvant atteindre -50°C, le fluide gazeux peut être constitué exclusivement de dioxyde de carbone à une pression de remplissage de 0,8 MPa à 20°C. According to a preferred embodiment, the sealed enclosure 5a of the DC circuit breaker 5 contains a gaseous fluid consisting exclusively of carbon dioxide at a filling pressure of between 0.65 and 1.1 MPa, measured at a temperature of 20 ° C. ° C. For example, for operating conditions of the switch at a temperature of up to -40 ° C, the gaseous fluid may consist exclusively of carbon dioxide at a filling pressure of 1.1 MPa at 20 ° C For operating conditions of the switch at a temperature of up to -50 ° C, the gaseous fluid may consist exclusively of carbon dioxide at a filling pressure of 0.8 MPa at 20 ° C.
Selon un autre exemple de réalisation, l'enceinte étanche 5a du disjoncteur de courant continu 5 contient un fluide gazeux constitué d'un
mélange de dioxyde de carbone et d'hexafluorure de soufre (SF6). L'enceinte étanche 5a du disjoncteur de courant continu 5 contient ainsi entre 20% et 30% en volume d'hexafluorure de soufre et en complément, du dioxyde de carbone. Cet exemple de réalisation permet des conditions de fonctionnement du commutateur à une température pouvant atteindre -50°C. According to another exemplary embodiment, the sealed enclosure 5a of the DC circuit breaker 5 contains a gaseous fluid consisting of a mixture of carbon dioxide and sulfur hexafluoride (SF6). The sealed enclosure 5a of the DC circuit breaker 5 thus contains between 20% and 30% by volume of sulfur hexafluoride and in addition, carbon dioxide. This exemplary embodiment allows operating conditions of the switch at a temperature of up to -50 ° C.
Selon un autre exemple de réalisation, l'enceinte étanche 5a du disjoncteur de courant continu 5 contient un fluide gazeux constitué d'un mélange de dioxyde de carbone et de tetrafluorure de carbone (CF4). L'enceinte étanche du disjoncteur de courant continu 5 contient entre 20% et 30% en volume de tetrafluorure de carbone et en complément, du dioxyde de carbone. Cet exemple de réalisation permet des conditions de fonctionnement du commutateur à une température pouvant atteindre -50°C. According to another exemplary embodiment, the sealed enclosure 5a of the DC circuit breaker 5 contains a gaseous fluid consisting of a mixture of carbon dioxide and carbon tetrafluoride (CF4). The sealed enclosure of the DC circuit breaker 5 contains between 20% and 30% by volume of carbon tetrafluoride and in addition, carbon dioxide. This exemplary embodiment allows operating conditions of the switch at a temperature of up to -50 ° C.
Selon un autre exemple de réalisation, l'enceinte étanche 5a du disjoncteur de courant continu 5 contient un fluide gazeux constitué d'un mélange de dioxyde de carbone et de fluoronitrile (2,3,3,3-tetrafluoro-2- (trifluoromethyl)-propanenitrile). Selon cet exemple, l'enceinte étanche du disjoncteur de courant continu contient entre 4% et 10 % en volume de fluoronitrile et en complément, du dioxyde de carbone. According to another exemplary embodiment, the sealed enclosure 5a of the DC circuit breaker 5 contains a gaseous fluid consisting of a mixture of carbon dioxide and fluoronitrile (2,3,3,3-tetrafluoro-2- (trifluoromethyl) -propanenitrile). According to this example, the sealed enclosure of the DC circuit breaker contains between 4% and 10% by volume of fluoronitrile and in addition, carbon dioxide.
Selon un autre exemple de réalisation, l'enceinte étanche 5a du disjoncteur de courant continu contient un fluide gazeux constitué d'un mélange de dioxyde de carbone et de dioxygène. Selon cet exemple, l'enceinte étanche du disjoncteur de courant continu contient entre 5% et 15% en volume de dioxygène et en complément, du dioxyde de carbone. According to another exemplary embodiment, the sealed enclosure 5a of the DC circuit breaker contains a gaseous fluid consisting of a mixture of carbon dioxide and oxygen. According to this example, the sealed enclosure of the DC circuit breaker contains between 5% and 15% by volume of oxygen and in addition, carbon dioxide.
Selon un autre exemple de réalisation, l'enceinte étanche 5a du disjoncteur de courant continu contient un fluide gazeux constitué d'un mélange ternaire de dioxyde de carbone, de dioxygène et de fluorocétone (CnFK). Selon cet exemple, l'enceinte étanche du disjoncteur de courant continu contient entre 5 % et 15% en volume de dioxygène et entre 4% et 10 % en volume de fluorocétone et en complément, un mélange ternaire de dioxyde de carbone.
Une autre caractéristique de l'objet de l'invention est de déterminer les valeurs optimales de capacité C et d'inductance L pour le circuit résonnant 6 du disjoncteur à courant continu 5 en fonction de la valeur du courant de commutation et de la performance du disjoncteur 5 conforme à l'invention contenant au moins 70% en volume de C02. La Fig. 4, permet d'illustrer l'évolution de la capacité C requise pour le circuit résonnant 6 en fonction de la valeur du courant continu à commuter. Quand le courant à commuter I croît, il est nécessaire d'augmenter la valeur de la capacité C du condensateur afin de pouvoir générer l'instabilité de courant. Par contre, cette instabilité ne peut se maintenir et produire le courant oscillant exponentiellement croissant que si l'inductance du circuit résonnant 6 (y compris l'inductance parasite de la boucle) est inférieure à une valeur limite. According to another exemplary embodiment, the sealed enclosure 5a of the DC circuit breaker contains a gaseous fluid consisting of a ternary mixture of carbon dioxide, oxygen and fluoroketone (C n FK). According to this example, the sealed enclosure of the DC circuit breaker contains between 5% and 15% by volume of oxygen and between 4% and 10% by volume of fluoroketone and in addition, a ternary mixture of carbon dioxide. Another characteristic of the object of the invention is to determine the optimal values of capacitance C and of inductance L for the resonant circuit 6 of the DC circuit breaker 5 as a function of the value of the switching current and the performance of the circuit breaker according to the invention containing at least 70% by volume of CO 2. Fig. 4, illustrates the evolution of the capacitance C required for the resonant circuit 6 as a function of the value of the direct current to be switched. When the current to be switched I increases, it is necessary to increase the value of the capacitor C of the capacitor in order to be able to generate the instability of current. On the other hand, this instability can only be maintained and produce the oscillating current exponentially increasing if the inductance of the resonant circuit 6 (including the parasitic inductance of the loop) is lower than a limit value.
Conformément à l'invention, pour une valeur de capacité C en du circuit résonnant 6, l'inductance L en μΗ du circuit résonnant 6 reste inférieure à 2700*C"0,84. Selon une caractéristique avantageuse de réalisation, pour une valeur de capacité C en μΡ, l'inductance L μΗ est comprise entre 400*C0 84 et 2700*C0 84. According to the invention, for a capacitance value C in the resonant circuit 6, the inductance L in μΗ of the resonant circuit 6 remains less than 2700 ° C. "0.84 According to an advantageous characteristic of embodiment, for a value of capacitance C in μΡ, the inductance L μΗ is between 400 * C 0 84 and 2700 * C 0 84 .
Cette relation est illustrée par la Fig. 3. Par exemple pour une capacité requise de 30 F, pour être efficace, l'inductance L du circuit résonnant 6 interagissant avec l'arc électrique du disjoncteur 5 conforme à l'invention doit être comprise entre 23 μΗ et 155 μΗ. This relationship is illustrated in FIG. 3. For example, for a required capacity of 30 F, to be effective, the inductance L of the resonant circuit 6 interacting with the electric arc of the circuit breaker 5 according to the invention must be between 23 μΗ and 155 μΗ.
Il ressort de la description qui précède que les caractéristiques relatives au circuit résonnant et celles relatives au fluide gazeux interagissent pour produire un effet technique combiné. It follows from the foregoing description that the characteristics relating to the resonant circuit and those relating to the gaseous fluid interact to produce a combined technical effect.
En effet, le circuit résonnant LC du commutateur produit un courant oscillant si l'arc électrique est dans son domaine d'instabilité. La frontière entre le domaine de stabilité de l'arc électrique et son domaine d'instabilité résulte de l'interaction entre les grandeurs du circuit LC résonnant d'une part et tes caractéristiques intrinsèques de l'arc électrique d'autre part. Or, comme les caractéristiques intrinsèques de l'arc électrique dépendent du milieu gazeux dans lequel se développe l'arc électrique, les caractéristiques
relatives au circuit résonnant interagissent avec celles relatives au milieu gazeux. Indeed, the resonant circuit LC of the switch produces an oscillating current if the electric arc is in its field of instability. The boundary between the field of stability of the electric arc and its field of instability results from the interaction between the magnitudes of the resonant LC circuit on the one hand and the intrinsic characteristics of the electric arc on the other hand. Since the intrinsic characteristics of the electric arc depend on the gaseous medium in which the electric arc develops, the characteristics relating to the resonant circuit interact with those relating to the gaseous medium.
Un avantage de l'invention est que les performances d'interruption sont atteintes du fait que le disjoncteur à courant continu comporte un circuit résonnant dimensionné comme décrit ci-avant, permettant de profiter pleinement de la performance du disjoncteur à courant continu. Compte tenu que la capacité du circuit résonnant peut être maîtrisée, le coût d'un tel commutateur est réduit, la performance de commutation de courant est également augmentée. An advantage of the invention is that the interruption performance is achieved because the DC circuit breaker comprises a resonant circuit sized as described above, to take full advantage of the performance of the DC circuit breaker. Since the capacity of the resonant circuit can be controlled, the cost of such a switch is reduced, the current switching performance is also increased.
L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre.
The invention is not limited to the examples described and shown because various modifications can be made without departing from its scope.