[0001] La présente invention concerne de manière générale la coupure de courant dans une ligne d'alimentation en courant alternatif au moyen de dispositifs de coupure tels que des disjoncteurs ou des contacteurs.
[0002] On connaît des disjoncteurs et contacteurs à courant alternatif spécifiquement conçus pour couper le courant dans une ligne à courant alternatif. Des exemples de tels dispositifs sont les disjoncteurs à huile, à vide ou au gaz SF6. Un inconvénient majeur de ces dispositifs est qu'ils ne peuvent déclencher l'ouverture de la ligne, pour couper le courant, qu'aux instants où l'intensité de celui-ci est nulle. Comme illustré sur la fig. 1, un ordre donné au dispositif de coupure à un instant t ou une détection d'un courant trop élevé par le dispositif de coupure (disjoncteur) à ce même instant t ne déclenchera l'ouverture de la ligne qu'au premier instant suivant t0 où l'intensité du courant est nulle.
Ainsi, entre les instants t et t0 peut s'écouler un temps relativement long, supérieur à une demi-période du courant alternatif, au cours duquel de l'énergie reste présente dans la ligne. Cette énergie, qui est d'autant plus importante que la tension nominale de la ligne est élevée, peut provoquer des dommages dans la ligne et/ou dans le réseau électrique situé en aval.
[0003] La présente invention vise à proposer une solution permettant de réduire le temps de coupure d'une ligne à courant alternatif. A cette fin il est proposé une utilisation selon la revendication 1 annexée et un dispositif selon la revendication 6, des modes de réalisation particuliers étant définis dans les revendications dépendantes.
[0004] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante faite en référence aux dessins annexés dans lesquels:
<tb>la fig. 1, <sep>déjà commentée, montre en trait fin la courbe de l'intensité I du courant circulant normalement dans une ligne d'alimentation en courant alternatif en fonction du temps t, et en trait gras la courbe de cette même intensité dans une configuration où le courant est coupé à un instant t0 par un dispositif de coupure à courant alternatif;
<tb>la fig. 2 <sep>est un bloc-diagramme montrant une ligne d'alimentation en courant alternatif dans laquelle est disposée, conformément à l'invention, une série de dispositifs de coupure de courant continu bidirectionnels;
<tb>la fig. 3 <sep>montre en trait fin la courbe de l'intensité 1 du courant circulant normalement dans une ligne d'alimentation en courant alternatif en fonction du temps t, et en trait gras la courbe de cette même intensité dans une configuration où la ligne est ouverte à un instant t1 par la série de dispositifs de coupure de courant continu bidirectionnels illustrée à la fig. 2.
[0005] A la fig. 2, le repère 1 représente une ligne d'alimentation en courant alternatif qui alimente un réseau électrique (non représenté). La ligne d'alimentation 1 est typiquement à moyenne ou haute tension. Le réseau électrique est par exemple associé à un réseau ferroviaire.
[0006] Dans la ligne d'alimentation 1 sont connectés en série un nombre n de dispositifs de coupure de courant identiques 2, du type disjoncteurs ou contacteurs, de préférence disjoncteurs. Conformément à la présente invention, ces dispositifs de coupure 2, connus en soi, sont conçus pour couper du courant continu et sont bidirectionnels, c'est-à-dire insensibles au sens du courant. Le nombre n des dispositifs de coupure 2 peut être égal à un. Il est supérieur à un si la surtension de coupure du dispositif de coupure n'est pas supérieure à la tension nominale de la ligne d'alimentation 1.
[0007] Un système de répartition de tension, constitué par exemple par des résistances ou varistors 3, répartit la tension entre les dispositifs de coupure 2 pour que la tension appliquée aux bornes de chaque dispositif de coupure 2 soit inférieure à la tension maximale que celui-ci est capable de supporter.
[0008] Des dispositifs de commande 4, de type connu, associés respectivement aux dispositifs de coupure 2, et recevant des ordres d'un opérateur, peuvent commander l'ouverture et la fermeture desdits dispositifs de coupure 2 pour couper ou rétablir le courant dans la ligne 1. Si les dispositifs de coupure 2 sont des disjoncteurs, ceux-ci peuvent bien entendu également s'ouvrir automatiquement, sans intervention des dispositifs de commande 4, pour couper le courant dans la ligne 1 lorsque l'intensité du courant dépasse une valeur prédéterminée (court-circuit). Les dispositifs de coupure 2 et de commande 4, situés typiquement dans une partie électrique à moyenne ou haute tension, sont isolés d'une partie électrique de commande à basse tension BT par des transformateurs d'isolation 5.
[0009] Un sectionneur 6 est également disposé dans la ligne 1 pour isoler celle-ci après l'ouverture de la ligne 1 par les dispositifs de coupure 2.
[0010] Etant conçus pour couper du courant continu, les dispositifs de coupure 2 sont capables de déclencher l'ouverture de la ligne 1 juste après avoir détecté que l'intensité du courant est trop élevée ou juste après avoir reçu un signal de commande des dispositifs de commande 4, et donc sans attendre que l'intensité du courant alternatif soit nulle comme le font les dispositifs de coupure à courant alternatif. La fig. 3 montre un exemple de coupure du courant selon l'invention, dans lequel l'ouverture de la ligne 1 est déclenchée à un instant t1 où l'intensité du courant est positive et croissante. Le temps qui s'écoule entre cet instant t1 et l'instant t2 où le courant est effectivement coupé dépend des caractéristiques des dispositifs de coupure 2.
Ce temps correspond typiquement au temps mis par l'arc électrique qui se forme entre les contacts de chaque dispositif de coupure 2 lors de l'ouverture pour atteindre la chambre de coupure, générer la surtension de coupure dans ladite chambre et disparaître.
[0011] On voit sur la fig. 3que non seulement le temps de coupure (t2-t1) du courant est réduit, par rapport à un dispositif de coupure à courant alternatif qui attendrait le passage de la courbe de courant à zéro pour déclencher l'ouverture de la ligne 1, mais aussi que l'intensité maximale du courant circulant dans la ligne 1 pendant ce temps de coupure est limitée à une valeur I1. Ainsi, la quantité d'énergie présente dans la ligne 1, dans les dispositifs de coupure 2 et dans le réseau électrique alimenté par la ligne 1 est réduite, ce qui diminue les risques de dommages.
[0012] La mise en série de plusieurs dispositifs de coupure bidirectionnels à courant continu selon l'invention est particulièrement avantageuse en ce sens qu'elle permet d'augmenter la surtension de coupure et ainsi de couper le courant alternatif dans une ligne d'alimentation à tension nominale élevée, tout en limitant les risques de dommages dans la ligne et le réseau électrique alimenté par cette ligne comme expliqué ci-dessus. Dans une application particulière de l'invention, la tension nominale de la ligne à courant alternatif 1 et du réseau électrique alimenté par cette ligne est égale à 15 kV, et les dispositifs de coupure 2 sont des disjoncteurs de puissance UR26-64 de la marque Sécheron et sont au nombre de trois.
La surtension de coupure de chacun de ces disjoncteurs étant d'environ 7 kV, la surtension de coupure globale des trois dispositifs de coupure 2 est d'environ 21 kV, ce qui est bien supérieur à la tension nominale de la ligne et du réseau. A une telle valeur de tension nominale, l'utilisation d'un dispositif de coupure à courant alternatif serait difficilement envisageable car les risques de dommages dans la ligne, le dispositif de coupure et le réseau lors de coupures du courant seraient trop importants.
The present invention generally relates to the power failure in an AC power supply line by means of cut-off devices such as circuit breakers or contactors.
[0002] AC circuit breakers and contactors are known specifically designed to cut the current in an AC line. Examples of such devices are oil, vacuum or SF6 gas circuit breakers. A major disadvantage of these devices is that they can trigger the opening of the line, to cut off the current, only at times when the intensity of it is zero. As illustrated in FIG. 1, an order given to the cut-off device at a time t or a detection of a current that is too high by the breaking device (circuit-breaker) at this same instant t will only trigger the opening of the line at the first instant following t0 where the intensity of the current is zero.
Thus, between the instants t and t0 can flow a relatively long time, greater than half a period of the alternating current, during which energy remains present in the line. This energy, which is all the more important that the nominal voltage of the line is high, can cause damage in the line and / or in the downstream electrical network.
The present invention aims to provide a solution for reducing the break time of an AC line. For this purpose it is proposed a use according to claim 1 attached and a device according to claim 6, particular embodiments being defined in the dependent claims.
Other features and advantages of the present invention will appear on reading the following detailed description with reference to the accompanying drawings, in which:
<tb> fig. 1, <sep> already commented, shows in fine line the curve of the intensity I of the current flowing normally in an AC supply line as a function of time t, and in bold line the curve of this same intensity in a configuration where the current is cut at a time t0 by an AC cut-off device;
<tb> fig. 2 <sep> is a block diagram showing an AC power supply line in which, according to the invention, a series of bidirectional direct current cut-off devices are arranged;
<tb> fig. 3 <sep> shows in fine line the curve of the intensity 1 of the current flowing normally in an ac supply line as a function of time t, and in bold lines the curve of this same intensity in a configuration where the line is opened at a time t1 by the series of bidirectional direct current cutoff devices illustrated in FIG. 2.
In FIG. 2, the mark 1 represents an AC supply line which feeds an electrical network (not shown). The feed line 1 is typically medium or high voltage. The electricity network is for example associated with a rail network.
In the power supply line 1 are connected in series a number n of identical current cut-off devices 2, such as circuit breakers or contactors, preferably circuit breakers. According to the present invention, these switching devices 2, known per se, are designed to cut DC current and are bidirectional, that is to say insensitive in the current sense. The number n of the cutoff devices 2 may be equal to one. It is greater than one if the cut-off overvoltage of the cut-off device is not greater than the nominal voltage of the supply line 1.
A voltage distribution system, constituted for example by resistors or varistors 3, distributes the voltage between the switching devices 2 so that the voltage applied across the terminals of each switching device 2 is less than the maximum voltage that the -It is able to support.
Control devices 4, of known type, respectively associated with the cut-off devices 2, and receiving commands from an operator, can control the opening and closing of said cut-off devices 2 to cut or restore the current in line 1. If the cut-off devices 2 are circuit-breakers, these can of course also be opened automatically, without the intervention of the control devices 4, to cut off the current in the line 1 when the intensity of the current exceeds one predetermined value (short circuit). The switching devices 2 and control 4, typically located in a medium or high voltage electrical part, are isolated from a low voltage LV electrical control part by isolation transformers 5.
A disconnector 6 is also arranged in the line 1 to isolate it after the opening of the line 1 by the cut-off devices 2.
Being designed to cut DC, the cut-off devices 2 are able to trigger the opening of the line 1 just after detecting that the intensity of the current is too high or just after receiving a control signal of the control devices 4, and therefore without waiting for the intensity of the alternating current to be zero as do the ac breaking devices. Fig. 3 shows an example of breaking the current according to the invention, wherein the opening of the line 1 is triggered at a time t1 where the intensity of the current is positive and increasing. The time elapsing between this instant t1 and the instant t2 when the current is actually cut depends on the characteristics of the cut-off devices 2.
This time typically corresponds to the time taken by the electric arc that is formed between the contacts of each cut-off device 2 during opening to reach the breaking chamber, generate the cutoff overvoltage in said chamber and disappear.
We see in FIG. Not only is the current cut-off time (t2-t1) reduced compared to an AC cut-off device that would wait for the current curve to be zero to trigger the opening of line 1, but also that the maximum intensity of the current flowing in line 1 during this cut-off time is limited to a value I1. Thus, the amount of energy present in the line 1, in the cut-off devices 2 and in the electrical network fed by the line 1 is reduced, which reduces the risk of damage.
The series of several bidirectional dc breaking devices according to the invention is particularly advantageous in that it increases the cut-off overvoltage and thus cut the alternating current in a power supply line. at high nominal voltage, while limiting the risk of damage in the line and the power grid powered by this line as explained above. In a particular application of the invention, the nominal voltage of the AC line 1 and the electrical network supplied by this line is equal to 15 kV, and the cut-off devices 2 are UR26-64 power circuit breakers of the brand Sécheron and are three in number.
The cut-off overvoltage of each of these circuit breakers being approximately 7 kV, the overall cut-off overvoltage of the three cut-off devices 2 is approximately 21 kV, which is much greater than the nominal voltage of the line and the network. At such a nominal voltage value, the use of an AC breaking device would be difficult to envisage because the risk of damage in the line, the cut-off device and the network during power cuts would be too great.