Comment prévenir les surtensions dans le mécanisme de fonctionnement d'un disjoncteur SF6
1. Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles une surtension interne du système électrique se déclenche :
1. Il existe à la fois des surtensions de fréquence industrielle causées par l'adaptation des paramètres de ligne et des surtensions de fonctionnement causées par le rallumage de l'arc pendant le fonctionnement du commutateur ;
2. De plus, il existe des surtensions causées par la coupure de charges inductives et des surtensions résonnantes causées par la connexion série inductance-condensateur. Des accidents causés par des surtensions internes, notamment de fonctionnement, se produisent occasionnellement ;
3. Selon les statistiques, la surtension générale de fréquence d'alimentation ne dépassera pas 2 fois la tension de phase, la surtension de fonctionnement causée par la coupure de la ligne non chargée et la surtension causée par des arcs intermittents ne dépasseront pas 3,5 fois la tension de phase, et la surtension de résonance ferromagnétique ne dépassera pas 3 fois la tension de phase.
4. Cependant, l'expérience d'exploitation réelle a montré que des accidents se produisent souvent lorsque plusieurs surtensions se superposent les unes aux autres, et le multiple de surtension atteint parfois 7 à 8 fois la tension de phase nominale.
2. Surtension de fonctionnement :
Dans un système à point neutre non directement mis à la terre de 6 à 35 kV, lorsque la charge est démarrée ou arrêtée ou qu'un accident se produit, l'arc entre les contacts du mécanisme de fonctionnement du disjoncteur SF6 se rallume, l'état de fonctionnement change soudainement, provoquant la conversion de l'énergie électromagnétique entre le condensateur et l'inducteur, ce qui entraîne une surtension oscillante, c'est-à-dire une surtension de fonctionnement.
(1) Surtension au démarrage et à la fermeture du moteur :
Théoriquement, lorsque le moteur est fermé et démarré, la surtension générée côté moteur est : où : est la valeur instantanée de la tension de fermeture ; z : est l'impédance de l'onde de choc du moteur ; Z : est l'impédance de l'onde de choc du câble. Généralement, Z = 100-5000 Q, z = 20-50 Q, donc lorsque le moteur est fermé et démarré, la surtension générée côté moteur peut atteindre le double de la tension de phase.
Pour le mécanisme à ressort des disjoncteurs SF6 , un préclaquage se produit souvent avant la fermeture des contacts, et l'arc peut brûler et s'éteindre des dizaines de fois. Cette surtension de préclaquage présente une amplitude importante et un front d'onde raide, ce qui peut menacer gravement l'isolation du moteur. Le moteur peut être équipé d'un dispositif de protection contre les surtensions de type moteur lorsqu'il génère une surtension.
(2) Surtension du moteur au démarrage :
L'expérience montre que lors de la déconnexion de la charge inductive, le courant inductif est coupé alors qu'il n'est pas nul (coupure de courant). L'arc électrique entre les contacts de l'interrupteur est alors très instable et la forme d'onde produit des oscillations à haute fréquence. Le courant soudain généré dans le circuit inductif induit une tension très élevée.
1) Surtension de coupure de courant. Le disjoncteur à vide offrant une bonne extinction d'arc, lors de la coupure d'un faible courant, l'arc sous vide s'éteint avant le passage à zéro. En cas de coupure brutale du courant, l'énergie retenue dans l'enroulement inductif du moteur charge inévitablement la capacité parasite de l'enroulement et se transforme en énergie de champ électrique. Pour les moteurs et les transformateurs, notamment à vide ou de faible capacité, cette surtension équivaut à une grande inductance, et la capacité du circuit est faible, ce qui génère une surtension importante. Elle peut générer une surtension très élevée, mais en raison de la perte et du claquage des contacts et des circuits causés par une certaine résistance, elle a un effet inhibiteur considérable sur la valeur de la surtension. Cependant, cet effet inhibiteur est limité et ne peut éliminer la surtension. Par conséquent, notamment pour les charges inductives, l'utilisation de disjoncteurs à vide comme éléments de commande nécessite l'installation de parafoudres. Il existe de nombreux types de parafoudres, que les utilisateurs peuvent choisir en fonction de leurs besoins de protection.
2) Surtension de déconnexion simultanée triphasée :
La surtension de déconnexion triphasée simultanée est due au fait que, lorsque le disjoncteur coupe l'espace d'arc entre phases pour le rallumage, le courant haute fréquence qui le traverse provoque un passage rapide à zéro du courant à fréquence industrielle dans les deux espaces d'arc restants, provoquant la coupure de la phase non interrompue. Un phénomène similaire d'interception de grande ampleur se produit également dans les deux espaces d'arc restants, générant ainsi une surtension de fonctionnement plus élevée. La surtension générée s'ajoute à l'isolation entre phases. Une surtension de déconnexion triphasée est susceptible de se produire lors de la déconnexion de moteurs de petite et moyenne puissance ou de charges légères ; il est donc nécessaire d'installer un dispositif de protection triphasé combiné contre les surtensions.
3. Surtension de résonance :
Pour les systèmes électriques complexes, il s'agit d'une série de circuits oscillants présentant différentes fréquences d'auto-oscillation. La condition d'oscillation est que la réactance inductive et la réactance capacitive soient égales, soit 1, soit ∞L=, d'où la fréquence de résonance (fréquence d'auto-oscillation naturelle) fo =. Lors des commutations ou de la mise à la terre monophasée du système, la forme d'onde de puissance subit des variations dues au processus transitoire, et la forme d'onde de puissance non sinusoïdale contient une série d'harmoniques. Lorsqu'une des fréquences d'auto-oscillation du circuit est exactement égale à l'une des fréquences harmoniques de l'alimentation, une surtension résonante de cette fréquence se produit. La résonance est un phénomène stable, dont la durée peut être très longue. Une fois qu'elle se produit, elle a souvent de graves conséquences.
Surtension due à la résonance ferromagnétique
Dans des circonstances normales, l'inductance dans le circuit est supérieure à la capacité, mais pour une raison quelconque, la tension de l'inducteur augmente, l'inducteur est magnétiquement saturé, la réactance inductive diminue et la réactance inductive est égale à la réactance capacitive, ou même la réactance inductive est inférieure à la réactance capacitive pour former une inversion de phase, provoquant une résonance ferromagnétique, excitant une surtension de résonance ferromagnétique continue de haute amplitude, et la surtension de résonance ferromagnétique ne dépassera pas 3 fois la tension de phase.
La pratique montre que la plupart d'entre elles se situent entre 1,5 et 2 fois. La résonance ferromagnétique peut être une résonance fondamentale, une résonance harmonique d'ordre élevé et une résonance sous-harmonique. Bien que l'amplitude de la surtension générée par cette résonance soit faible, la fréquence de surtension étant souvent bien inférieure à la fréquence nominale, le noyau est fortement saturé. Elle peut se manifester par une augmentation de la tension relative, un courant d'excitation excessif ou une oscillation basse fréquence, provoquant un contournement de l'isolant, l'explosion du parafoudre, la génération d'une composante de tension homopolaire de forte valeur, un phénomène de mise à la terre virtuelle et une indication de mise à la terre incorrecte. Dans les cas graves, elle peut également provoquer un dysfonctionnement de la protection ou une surintensité dans le transformateur de tension, provoquant la combustion du téléviseur. Bien que le 10 kV soit équipé d'un dispositif de désaccord primaire, celui-ci ne fonctionnera pas tant que la résonance n'aura pas eu lieu. La résonance ferromagnétique peut durer longtemps, mais en raison de l'action du dispositif de désaccord primaire, la durée de résonance est très courte, mais elle ne peut pas éliminer la résonance de la source.
Qu'il s'agisse de surtension de fonctionnement, de résonance linéaire ou de résonance ferromagnétique, des protecteurs de surtension et des dispositifs de désaccord primaires doivent être installés côté bus 10 kV.
