Connaissances de base des appareillages de commutation haute tension

Les armoires de distribution haute tension sont largement utilisées dans les réseaux de distribution d'énergie électrique pour la réception et la distribution de l'énergie. Elles permettent de mettre en service ou hors service une partie des équipements ou des lignes électriques en fonction de l'état du réseau. En cas de défaillance d'un équipement ou d'une ligne, la partie défaillante peut être rapidement isolée du réseau, garantissant ainsi le fonctionnement normal de la partie non défaillante du réseau, ainsi que la sécurité des équipements et du personnel d'exploitation et de maintenance. Par conséquent, les appareillages de distribution haute tension constituent un élément essentiel de la distribution d'énergie, et leur fonctionnement sûr et fiable est primordial pour le système électrique.

1. Classification des appareillages de commutation haute tension

Type de structure :
Type blindé. Tous les types sont isolés et mis à la terre par des plaques métalliques, comme les types KYN et KGN.
Type à intervalle. Tous les types sont séparés par une ou plusieurs plaques non métalliques, comme le type JYN.
Le type « boîte » possède une coque métallique, mais le nombre de compartiments est inférieur à celui des véhicules blindés de type standard ou à compartiments, comme le type XGN.
Emplacement du disjoncteur :
Type de plancher : Le chariot à disjoncteurs a été posé et poussé dans l'armoire.
Le chariot manuel central est installé au milieu de l'armoire électrique, et son chargement et son déchargement nécessitent un chariot de chargement et de déchargement.

Chariot à bras monté au milieu

Chariot de manutention au sol

Type d'isolation
appareillage de commutation métallique isolé à l'air
Appareillage de commutation métallique isolé au gaz SF6 (armoire gonflable)

2. Structure de composition de l'armoire de commutation haute tension KYN

L'armoire de commutation est composée d'un corps fixe et de parties amovibles (appelées chariot manuel).

 

un. Armoire
L'enveloppe et les cloisons de l'appareillage sont en tôle d'acier zinguée-aluminium. L'ensemble de l'armoire présente une grande précision, une excellente résistance à la corrosion et à l'oxydation, ainsi qu'une robustesse mécanique élevée et une esthétique soignée. L'armoire est assemblée par emboîtement à l'aide d'écrous à sertir et de boulons haute résistance, garantissant ainsi l'uniformité dimensionnelle de l'appareillage.
L'armoire électrique est divisée par des cloisons en salle des chariots manuels, salle des barres omnibus, salle des câbles et salle des instruments de relais, et chaque unité est bien mise à la terre.
Salle A-Bus
Le local des barres omnibus est situé dans la partie supérieure arrière de l'armoire électrique. Il permet l'installation et l'agencement des barres omnibus triphasées haute tension et leur raccordement aux contacts statiques par l'intermédiaire de barres de dérivation. Toutes les barres omnibus sont protégées par des manchons isolants et scellées sous plastique. Lors du passage d'une barre omnibus à travers la cloison de l'armoire, celle-ci est fixée par une traversée. En cas d'arc électrique interne, cette traversée limite la propagation du défaut aux armoires adjacentes et garantit la résistance mécanique de la barre omnibus.

 

Salle du chariot B (disjoncteur)
Un rail de guidage spécifique est installé dans le local du disjoncteur pour permettre le déplacement du chariot. Ce dernier peut se déplacer entre la position de travail et la position de test. Un séparateur d'électrodes est installé sur la paroi arrière du local du chariot. Lors du passage du chariot de la position de test à la position de travail, le séparateur s'ouvre automatiquement et le chariot est déplacé en sens inverse pour une neutralisation complète, garantissant ainsi que l'opérateur n'entre pas en contact avec un corps électrifié.
Les disjoncteurs peuvent être classés selon leur mode d'extinction d'arc :
• Disjoncteur à bain d'huile. Il existe deux types de disjoncteurs : les disjoncteurs à bain d'huile à forte et à faible teneur en huile. Tous les contacts sont ouverts et reliés par de l'huile, celle-ci servant de fluide d'extinction de l'arc.
• Disjoncteur à air comprimé. Un disjoncteur qui utilise de l'air comprimé à haute pression pour éteindre l'arc électrique.
• Disjoncteur SF6. Un disjoncteur qui utilise le gaz SF6 pour éteindre l'arc électrique.
• Disjoncteur à vide. Disjoncteur dont les contacts s'ouvrent et se ferment sous vide, et l'arc électrique s'éteint dans ces conditions.
•Disjoncteur à générateur de gaz solide. Un disjoncteur qui utilise des matériaux générateurs de gaz solides pour éteindre l'arc électrique en décomposant le gaz sous l'action de la température élevée de l'arc.
• Disjoncteur à souffleur magnétique. Disjoncteur dans lequel l'arc électrique est soufflé dans la grille d'extinction par un champ magnétique présent dans l'air, de sorte qu'il s'allonge et se refroidisse pour éteindre l'arc.

 

Selon les différentes formes d'énergie utilisées par le mécanisme de fonctionnement, ce dernier peut être divisé en plusieurs types :
Mécanisme manuel (CS) : Désigne le mécanisme de fonctionnement qui utilise la force humaine pour fermer le frein.
2. Mécanisme électromagnétique (CD) : désigne le mécanisme de fonctionnement qui utilise des électroaimants pour se fermer.
3. Mécanisme à ressort (CT) : désigne un mécanisme de fermeture à ressort qui utilise la force humaine ou un moteur pour stocker de l'énergie dans le ressort afin d'obtenir la fermeture.
4. Mécanisme moteur (CJ) : désigne le mécanisme de fonctionnement qui utilise un moteur pour fermer et ouvrir.
5. Mécanisme hydraulique (CY) : désigne le mécanisme de fonctionnement qui utilise de l'huile à haute pression pour pousser le piston afin de réaliser la fermeture et l'ouverture.
6. Mécanisme pneumatique (CQ) : désigne le mécanisme de fonctionnement qui utilise de l'air comprimé pour pousser le piston afin de réaliser la fermeture et l'ouverture.
7. Mécanisme à aimant permanent : Il utilise des aimants permanents pour maintenir la position du disjoncteur. Il s’agit d’un mécanisme à commande électronique, reposant sur un fonctionnement électromagnétique et un système de maintien par aimant permanent.

Salle des câbles C
Des transformateurs de courant, des interrupteurs de mise à la terre, des parafoudres (protecteurs de surtension), des câbles et autres équipements auxiliaires peuvent être installés dans le local des câbles, et une plaque d'aluminium fendue et amovible est prévue au fond pour faciliter la construction sur site.

salle des instruments à relais D
Le tableau de la salle des relais est équipé de dispositifs de protection à microprocesseur, de poignées de commande, de plaques de pression de sortie de protection, de compteurs, de voyants (ou d'afficheurs) d'état, etc. La salle des relais comprend des borniers, des interrupteurs d'alimentation CC pour la boucle de commande de protection à microprocesseur, une alimentation CC pour le fonctionnement de la protection à microprocesseur, un interrupteur d'alimentation (CC ou CA) pour le fonctionnement du moteur de stockage d'énergie et des équipements secondaires nécessitant des spécifications particulières.

Trois positions dans le chariot à bras pour appareillage de commutation

Position de fonctionnement : le disjoncteur est connecté à l’équipement principal. Après sa fermeture, l’énergie est transmise du jeu de barres à la ligne de transport via le disjoncteur.

Position de test : La fiche secondaire peut être insérée dans la prise pour obtenir l’alimentation électrique. Le disjoncteur peut être fermé ou ouvert, et le voyant correspondant s’allume ; le disjoncteur n’est pas connecté à l’équipement principal et peut effectuer diverses opérations, mais il n’aura aucun effet côté charge, c’est pourquoi on l’appelle la position de test.

Position de maintenance : il n'y a pas de contact entre le disjoncteur et l'équipement principal (barre omnibus), l'alimentation de fonctionnement est coupée (la prise secondaire a été débranchée) et le disjoncteur est en position ouverte.

dispositif de verrouillage d'armoire électrique

L'armoire électrique est dotée d'un dispositif de verrouillage fiable répondant aux exigences de la prévention des incidents graves et protège efficacement la sécurité des opérateurs et des équipements.

A. La porte de la salle des instruments est équipée d'un bouton de signalisation ou d'un commutateur de transfert pour empêcher la fermeture et la division accidentelles du disjoncteur.

B, la main du disjoncteur en position de test ou de travail, le disjoncteur peut être actionné, et lors de la fermeture du disjoncteur, la main ne peut pas bouger, afin d'éviter la surcharge du véhicule par une poignée de poussée incorrecte.

C. Le chariot porte-disjoncteur ne peut être déplacé de la position de test/maintenance à la position de travail que lorsque l'interrupteur de terre est en position ouverte. L'interrupteur de terre ne peut être actionné que lorsque le chariot porte-disjoncteur est en position de test/maintenance. De cette manière, on évite toute activation accidentelle ou intempestive de l'interrupteur de terre.

D. Lorsque l'interrupteur de terre est en position ouverte, la porte inférieure et la porte arrière de l'armoire électrique ne peuvent pas être ouvertes afin d'éviter toute coupure de courant accidentelle.

E, disjoncteur manuel en position de test ou de travail, pas de tension de commande, ne peut être fermé que manuellement.

F. Lorsque le chariot du disjoncteur est en position de travail, la fiche secondaire est verrouillée et ne peut pas être retirée.

 

G, chaque boîtier peut réaliser un verrouillage électrique.

H. Le raccordement entre le second fil de l'appareillage de commutation et le second fil du chariot de disjoncteur est réalisé par un connecteur secondaire manuel. Le contact mobile de ce connecteur est relié au chariot de disjoncteur par une gaine thermorétractable ondulée en nylon. Le connecteur secondaire peut être branché et débranché du chariot de disjoncteur uniquement en position de test ou de déconnexion. En position de fonctionnement, le connecteur secondaire est bloqué mécaniquement et ne peut être retiré.

3. Procédure de fonctionnement des appareillages de commutation haute tension

Bien que la conception de l'appareillage de commutation garantisse le bon fonctionnement de la séquence d'interverrouillage, l'opérateur doit néanmoins, pour actionner l'équipement, respecter scrupuleusement les procédures d'exploitation et les exigences associées. Toute opération non planifiée est proscrite, et il est impératif de ne pas s'arrêter en cours d'opération sans analyse préalable, sous peine d'endommager l'équipement, voire de provoquer un accident.

procédure de fonctionnement de transmission des appareillages de commutation haute tension

(1) Fermez toutes les portes de l'armoire et les plaques d'étanchéité arrière et verrouillez-les.

(2) Insérez la poignée de commande de l'interrupteur de mise à la terre dans le trou hexagonal situé en bas à droite de la porte centrale, tournez-la dans le sens inverse des aiguilles d'une montre d'environ 90° pour mettre l'interrupteur de mise à la terre en position ouverte, retirez la poignée de commande, le panneau d'interverrouillage du trou de commande se remettra automatiquement en place, recouvrira le trou de commande et la porte arrière de l'armoire de l'interrupteur sera verrouillée.

(3) Observez si les instruments et les signaux de la porte supérieure de l'armoire sont normaux. Normalement, le voyant d'alimentation du dispositif de protection du micro-ordinateur est allumé, le voyant de position de test manuel, le voyant d'ouverture du disjoncteur et le voyant de stockage d'énergie sont allumés. Si tous les indicateurs ne sont pas allumés, ouvrez la porte de l'armoire et vérifiez que l'interrupteur d'alimentation du bus est fermé. S'il est fermé et que le voyant n'est toujours pas allumé, il faut alors vérifier la boucle de contrôle.

(4) Insérez la manivelle du chariot de disjoncteur et appuyez fermement dessus. Tournez la manivelle dans le sens horaire, effectuez environ 20 tours sur le tableau de distribution 6 kV. Lorsque la manivelle se bloque, un clic se fait entendre. Retirez la manivelle. Le chariot est alors en position de travail et la deuxième prise est verrouillée. Passez la manivelle dans le chariot et vérifiez le signal correspondant (les voyants de travail du chariot s'allument, tandis que le voyant de test manuel s'éteint). Notez que lorsque le chariot est en position de travail, la plaque de verrouillage au niveau de l'orifice de fonctionnement du coupe-circuit est verrouillée et ne peut pas être actionnée.

(5) L'instrument de commande sur la porte coupe l'alimentation du disjoncteur, le voyant rouge de fermeture de l'instrument s'allume simultanément sur la porte, le voyant vert du frein s'allume, vérifiez l'affichage électrique, l'emplacement des points mécaniques du disjoncteur et les autres signaux connexes, tout est normal, 6 (opération, interrupteur, nous montrera la poignée dans le sens horaire vers l'emplacement du panneau, la poignée de commande devrait se réinitialiser automatiquement à la position prédéfinie après relâchement).

(6) si le disjoncteur s'ouvre automatiquement après fermeture ou s'ouvre automatiquement en fonctionnement, il est nécessaire de déterminer la cause du défaut et d'éliminer le défaut qui peut être retransmis selon la procédure ci-dessus.

4. Mécanisme de fonctionnement du disjoncteur

1. Mécanisme de fonctionnement électromagnétique

Le mécanisme de commande électromagnétique est une technologie éprouvée, utilisant un type de mécanisme de disjoncteur plus ancien. Sa structure est simple, avec environ 120 composants mécaniques. Il utilise la force électromagnétique produite par le courant dans le noyau de l'interrupteur de la bobine de fermeture, actionnant un mécanisme de liaison de fermeture par impact. L'énergie de fermeture dépend entièrement de l'intensité du courant de commutation, nécessitant ainsi un courant de fermeture important.

Les avantages du mécanisme de fonctionnement électromagnétique sont les suivants :

La structure est simple, le travail est plus fiable, les exigences de traitement ne sont pas très élevées, la fabrication est facile, le coût de production est faible ;

Permet le fonctionnement à distance et la réenclenchement automatique ;

Elle présente de bonnes caractéristiques de vitesse d'ouverture et de fermeture.

Les inconvénients du mécanisme de fonctionnement électromagnétique sont principalement les suivants :

Le courant de fermeture est important et la puissance consommée par la bobine de fermeture est élevée, ce qui nécessite une alimentation électrique CC de forte puissance.

Le courant de fermeture étant important, les contacts auxiliaires et relais classiques ne peuvent répondre aux exigences. Un contacteur CC spécial doit être installé, et le contact de ce contacteur, associé à une bobine d'extinction d'arc, est utilisé pour contrôler le courant de fermeture et ainsi commander l'action de la bobine d'ouverture et de fermeture.

La vitesse de fonctionnement du mécanisme est faible, la pression du contact est faible, ce qui peut facilement provoquer un saut de contact, le temps de fermeture est long et la variation de la tension d'alimentation a une grande influence sur la vitesse de fermeture ;

Coût des matériaux, mécanisme encombrant ;

Le corps et le mécanisme de commande d'un disjoncteur de sous-station extérieure sont généralement assemblés ensemble. Ce type de disjoncteur intégré ne possède généralement que des fonctions électriques et manuelles, et non une fonction manuelle. En cas de panne du boîtier du mécanisme de commande et de refus d'alimentation électrique du disjoncteur, une procédure de coupure de courant est nécessaire.

2, mécanisme de fonctionnement à ressort

Le mécanisme de commande à ressort est composé de quatre parties : stockage d'énergie du ressort, maintien en position fermée, maintien en position ouverte et ouverture. Il comprend environ 200 pièces et utilise l'énergie stockée par l'étirement et la contraction du ressort pour commander l'ouverture et la fermeture du disjoncteur. Le stockage d'énergie du ressort est assuré par le mécanisme de décélération du moteur de stockage d'énergie, tandis que l'ouverture et la fermeture du disjoncteur sont commandées par la bobine d'arrêt. Ainsi, l'énergie nécessaire à l'ouverture et à la fermeture du disjoncteur dépend de l'énergie stockée dans le ressort et est indépendante de l'intensité de la force électromagnétique, ce qui permet de réduire considérablement le courant requis.

Les avantages du mécanisme à ressort sont les suivants :

Le courant de fermeture et d'ouverture n'est pas important, il ne nécessite pas une alimentation électrique de forte puissance ;

Il peut être utilisé pour le stockage d'énergie électrique à distance, la fermeture et l'ouverture électriques, ainsi que pour le stockage d'énergie manuel local, la fermeture et l'ouverture manuelles. Par conséquent, il peut également être utilisé pour la fermeture et l'ouverture manuelles lorsque l'alimentation électrique disparaît ou que le mécanisme de commande refuse de fonctionner. Vitesse de fermeture et d'ouverture rapide, non affectée par les variations de tension d'alimentation, et refermeture automatique rapide.

Le moteur à stockage d'énergie a une faible puissance et peut être utilisé aussi bien en courant alternatif qu'en courant continu.

Le mécanisme de commande à ressort permet un transfert d'énergie optimal et permet d'utiliser un mécanisme de commande commun à tous les types de disjoncteurs, quel que soit leur courant de coupure. Le choix du ressort de stockage d'énergie est ainsi plus économique.

Les principaux inconvénients du mécanisme à ressort sont les suivants :

La structure est complexe, le processus de fabrication est complexe, la précision de traitement est élevée, le coût de fabrication est relativement élevé ;

Force opérationnelle importante, exigences élevées en matière de résistance des composants ;

Une panne mécanique peut facilement survenir et empêcher le mécanisme de fonctionnement de bouger, voire brûler la bobine de fermeture ou l'interrupteur de course ;

Il existe un phénomène de faux saut, parfois le faux saut après l'ouverture n'est pas en place, incapable de juger sa position combinée ;

Les caractéristiques de la vitesse d'ouverture sont médiocres.

3. Mécanisme de fonctionnement à aimant permanent

Le mécanisme de commande à aimant permanent adopte un principe de fonctionnement et une structure nouveaux. Il se compose d'un aimant permanent, d'une bobine de fermeture et d'une bobine de coupure-frein, supprimant ainsi le mécanisme à ressort, la bielle et le dispositif de verrouillage des mécanismes électromagnétiques. De structure simple et comportant très peu de pièces (environ 50), dont une seule pièce mobile, il offre une fiabilité très élevée. Il utilise un aimant permanent pour maintenir le disjoncteur en position. Ce mécanisme combine une commande électromagnétique, un maintien par aimant permanent et une commande électronique.

Principe de fonctionnement du mécanisme à aimant permanent : Après la fermeture de la bobine, le courant électrique généré par celle-ci crée un flux magnétique opposé à celui du circuit magnétique de l'aimant permanent. La force magnétique résultant de la superposition des deux champs magnétiques provoque le mouvement descendant du noyau dynamique. Après avoir parcouru environ la moitié de la course, la diminution de l'entrefer magnétique dans la partie inférieure entraîne un déplacement des lignes de champ magnétique de l'aimant permanent vers le bas, dans le même sens que le champ magnétique de la bobine de fermeture. Ceci accélère le mouvement descendant du noyau de fer et, à ce moment, le courant de fermeture disparaît. L'aimant permanent utilise le canal à faible magnéto-impédance créé par les noyaux de fer mobile et statique pour maintenir le noyau mobile en position fermée. Lors du déclenchement de la bobine de frein, le courant produit à la base du circuit magnétique et l'aimant permanent génèrent un flux magnétique de sens opposé. La force magnétique résultant de la superposition des deux champs magnétiques provoque le mouvement ascendant du noyau mobile. Après un déplacement d'environ la moitié de la course, la réduction de l'entrefer supérieur du circuit magnétique entraîne le transfert du champ magnétique de l'aimant permanent vers le haut. Le champ magnétique de la bobine de frein est alors aligné avec celui de l'aimant permanent, ce qui accélère le mouvement ascendant du noyau mobile. Ce dernier atteint finalement sa position finale. Lorsque le courant de grille disparaît, l'aimant permanent utilise à nouveau le canal à faible magnéto-impédance créé par les noyaux de fer mobile et statique pour maintenir le noyau mobile en position ouverte.

Les avantages du mécanisme de fonctionnement à aimant permanent sont les suivants :

Adopte un mécanisme bistable à double bobine. Le mécanisme de commande de fermeture des aiguillages utilise un aimant permanent. Ce dernier, associé à la bobine de fermeture, résout mieux le problème de la consommation d'énergie lors de la commutation des aiguillages à haute puissance. Grâce à l'énergie magnétique de l'aimant permanent, la bobine de fermeture nécessite moins d'énergie, ce qui réduit le courant de fermeture des aiguillages requis.

Par le mouvement de va-et-vient du noyau de fer mobile, via le bras de rotation, la tige isolante AGIT sur le contact dynamique de la chambre d'arc sous vide du disjoncteur, actionnant les points de coupure ou effectuant le fonctionnement du disjoncteur, remplaçant ainsi le mode traditionnel de verrouillage mécanique. La structure mécanique est grandement simplifiée, la quantité de matériaux est réduite, les coûts sont moindres, les points de défaillance sont réduits, la fiabilité de l'action mécanique est grandement améliorée, permettant une maintenance gratuite et des économies sur les coûts de maintenance.

La force magnétique permanente du mécanisme de commande à aimant permanent est quasiment inaltérable et sa durée de vie atteint 100 000 cycles. La force électromagnétique assure l'ouverture et la fermeture, tandis que la force magnétique permanente garantit le maintien de la position bistable. Ce système simplifie la transmission et réduit la consommation d'énergie et le bruit du mécanisme. La durée de vie du mécanisme à aimant permanent est plus de trois fois supérieure à celle des mécanismes électromagnétiques et à ressort.

Adoptez un interrupteur de proximité électronique sans contact, sans pièces mobiles, sans usure et sans rebond comme interrupteur auxiliaire ; il n’y a pas de problème de mauvais contact, un fonctionnement fiable, un fonctionnement non affecté par l’environnement extérieur, une longue durée de vie, une haute fiabilité, pour résoudre le problème du rebond de contact.

Adopter la technologie de commutation synchrone au passage par zéro. Le disjoncteur, à contact dynamique et statique, est contrôlé par le système de commande électronique. La forme d'onde de la tension du système à chaque niveau, ainsi que la forme d'onde du courant passant par zéro lors de la coupure, réduisent le courant d'appel et l'amplitude de la surtension, minimisant ainsi l'impact sur le réseau et le fonctionnement des équipements. À l'inverse, le fonctionnement aléatoire des mécanismes électromagnétiques et des mécanismes à ressort peut générer un courant d'appel et une amplitude de surtension élevés, ayant un impact important sur les réseaux électriques et les équipements.

Le mécanisme de commande à aimant permanent permet une ouverture et une fermeture locales/à distance, ainsi qu'une fonction de fermeture et de réenclenchement de protection. Il peut également être ouvert manuellement. Du fait de sa faible consommation d'énergie, l'alimentation est assurée par des condensateurs à découpage direct. Ces condensateurs présentent un temps de charge court, un faible courant de charge et une forte résistance aux chocs, permettant ainsi au disjoncteur de continuer à fonctionner après une coupure de courant.

Les principaux inconvénients du mécanisme de fonctionnement à aimant permanent sont les suivants :

Impossible de fermer manuellement, en cas de coupure de courant, le condensateur est déchargé ; si le condensateur ne peut pas être chargé, la fermeture est impossible ;

Ouverture manuelle : la vitesse d’ouverture initiale doit être suffisamment importante, ce qui nécessite beaucoup de force, sinon l’ouverture ne peut pas être effectuée ;

La qualité des condensateurs de stockage d'énergie est inégale et difficile à garantir ;

Il est difficile d'obtenir la caractéristique de vitesse d'ouverture idéale ;

Il est difficile d'augmenter la puissance de sortie à l'ouverture du mécanisme de fonctionnement à aimant permanent.