Analyse complète des disjoncteurs à vide : principes de fonctionnement et applications

Disjoncteur à vide est un type d'équipement de commutation spécialisé dans les systèmes électriques, qui peut rapidement couper le courant lorsque le circuit est défectueux, afin de protéger le circuit et l'équipement connexe. Dans cet article, nous examinerons en détail le principe de fonctionnement, les caractéristiques de conception du disjoncteur à vide et son importance dans le système électrique moderne.

Qu'est-ce qu'un disjoncteur à vide ?

Disjoncteur à vide, appelé disjoncteur avec interrupteur à vide, qui fonctionne dans un milieu sous vide afin d'obtenir une coupure et un enclenchement efficaces du courant. Cette conception permet aux disjoncteurs à vide d'avoir une isolation supérieure et des capacités d'extinction d'arc lorsqu'ils sont confrontés à des tensions élevées.

Principe de fonctionnement des disjoncteurs à vide

Le principe de base des disjoncteurs à vide est d'éliminer l'énergie d'arc dans les contacts (mobiles et statiques). Lorsque les contacts d'un disjoncteur sont ouverts dans le vide, un arc se crée entre les contacts. Cependant, comme les ions et les vapeurs métalliques se condensent rapidement sur les surfaces de contact, l'arc peut être éteint rapidement, ce qui renforce la résistance du diélectrique. Cette caractéristique fait que les disjoncteurs à vide conviennent parfaitement aux systèmes d'équipement électrique à haute tension.

Caractéristiques des disjoncteurs à vide

Le diélectrique isolant des disjoncteurs à vide présente une excellente capacité d'extinction d'arc, comparable à celle des disjoncteurs à air et à SF6. Les contacts fonctionnent dans un environnement sous vide et sont capables de couper le courant initial en dessous de zéro, ce qui augmente considérablement la résistance du diélectrique. Cette conception rend les disjoncteurs à vide efficaces, légers et rentables, tout en ne nécessitant pas d'entretien coûteux.

Nature des disjoncteurs à vide

La distance d'ouverture du contact est faible. La distance d'ouverture des contacts des disjoncteurs à vide est faible. Par exemple, un disjoncteur de 10kV ne nécessite qu'une distance d'ouverture d'environ 10 mm, avec une faible puissance de fonctionnement et une longue durée de vie mécanique.
Le temps de combustion de l'arc est court : le temps de combustion de l'arc d'un disjoncteur à vide est très court, généralement de l'ordre d'une demi-semaine d'ondes - environ 10 ms ; il n'a rien à voir avec la taille du courant.
Ceci est encore renforcé par les meilleures caractéristiques diélectriques du vide, qui le rendent approprié pour la déconnexion des défauts à proximité.
Durée de fonctionnement plus longue : étant donné que l'usure au moment de l'engagement du contact est trop faible, la durée de vie électrique d'un disjoncteur à vide est longue. Avec ce dispositif, 30 à 50 ouvertures à pleine capacité peuvent être effectuées et le courant nominal atteint peut être de 5000 cycles ou plus.
Dans le cas des disjoncteurs à vide, la taille et le poids sont inférieurs à ceux des disjoncteurs conventionnels, ce qui facilite l'installation et la maintenance.
Compatible avec une charge capacitive : capable de couper le courant d'une charge capacitive ; compatible avec l'application d'un réseau électrique à haute tension.

Type de disjoncteur à vide

La désignation typique d'un modèle de disjoncteur à vide comprend plusieurs lettres suivies d'un numéro, dont la combinaison définit les caractéristiques de conception et de performance. Quelques interprétations spécifiques suivent :
Code produit : pour représenter les lettres correspondant aux différents types de disjoncteurs, "Z" pour le disjoncteur à vide, d'autres sont "S" - disjoncteur sans huile, "K" - disjoncteur à air, "L" - disjoncteur à hexafluorure de soufre, etc.
Code d'emplacement de l'installation : "N" signifie installation à l'intérieur et "W" signifie installation à l'extérieur.
Numéro de la série de dessins ou modèles : 1, 2, 3, etc. sont des numéros indiquant une série de dessins ou modèles.
Tension nominale kV, ce qui signifie que la tension nominale du disjoncteur peut être de 10 ou 12 kV.
Courant nominal en A : Valeur du courant que le disjoncteur peut supporter en toute sécurité, par exemple 630A, 1250A, etc.
Courant de coupure nominal : valeur maximale du courant qu'un disjoncteur est capable de couper en cas de court-circuit, par exemple 20 kA, 25 kA, etc.
Par exemple, la signification du disjoncteur à vide de type ZN12-10 est la suivante
"Z" pour disjoncteur à vide
"N" = Installation à l'intérieur
"12" représente la série de dessins n°.
"10" indique que la tension nominale est de 10kV.

Applications des disjoncteurs à vide

Les disjoncteurs à vide sont utilisés dans les réseaux électriques dont la tension est comprise entre 11 et 33 kV. Pendant leur fonctionnement, les contacts sont complètement scellés dans un cylindre sous vide, ce qui permet de les séparer sans générer d'arc électrique. Parmi les avantages de cette conception, citons les faibles besoins de maintenance, l'absence d'émissions de gaz, la longue durée de vie et les faibles niveaux de bruit, ce qui en fait la solution idéale pour les environnements intérieurs.

Technique de sélection des disjoncteurs à vide

Le choix du disjoncteur à vide approprié doit être basé sur les éléments suivants :

La sélection se fait en fonction du type d'appareillage :
Dans les appareillages fixes intérieurs, tels que les appareillages de 10kV, ce type de disjoncteur ZN28 est le plus approprié, car il possède des propriétés pour les opérations électriques et manuelles grâce à un mécanisme à ressort.
Dans les appareillages de commutation intérieurs du type à ouverture par déplacement, tels que le type KYN avec un mécanisme de commande à ressort intégré, le disjoncteur de type VS1 peut être choisi.
Sélection du courant nominal : Le courant nominal normal est de 630A, 1000A, 1250A, 1600A, etc. Il doit être sélectionné en fonction du calcul du courant de charge.
Par exemple, pour un transformateur de 2000 kVA ayant un courant nominal de 115,5 A, le choix se portera sur un disjoncteur de 630 A :.
Calibrage du courant de coupure Le courant de coupure nominal du disjoncteur doit être supérieur à la valeur de crête du courant de court-circuit sur le lieu d'installation.
Par exemple, lorsque le courant de court-circuit maximal est de 26 kA, la spécification suivante peut être sélectionnée : le disjoncteur dont le courant d'ouverture est de 31,5 kA.
Les autres variables d'étalonnage sont l'espacement relatif des phases, les paramètres dépendant de l'installation, les conditions de verrouillage, la présence d'une bobine de surintensité ou d'une bobine de perte de tension, entre autres, pour assurer la compatibilité du système.

Principe de fonctionnement des disjoncteurs à vide à haute tension

Les disjoncteurs à vide haute tension sont des appareils de commutation conçus pour les systèmes électriques à haute tension, utilisant le vide comme moyen d'isolation et d'extinction de l'arc électrique. Ils se caractérisent par leur petite taille, leur poids léger et leur simplicité d'entretien.

Composants des disjoncteurs à vide

Les composants importants d'un disjoncteur à vide comprennent les tirants, les raccords flexibles, les bornes, les indicateurs de vide, les leviers de commande, les cames de verrouillage et les ressorts du disjoncteur.

Les principaux composants d'un disjoncteur à vide sont les suivants :

Bouteille sous videLe composant central, utilisé pour l'isolation et la trempe de l'arc, est généralement fabriqué en céramique ou en verre, capable de résister à des températures et des pressions élevées.
Contacts : les principales pièces de connexion électrique, généralement en cuivre, avec une bonne conductivité électrique et une bonne résistance à l'usure.
Contacts fixes : contacts fixes situés dans le corps de la bouteille à vide pour assurer la stabilité et la sécurité du circuit.
Ressort : la principale source de force utilisée pour pousser la séparation de la bouteille sous vide et du contact mobile.
Levier de commande : le dispositif qui commande l'état de commutation du disjoncteur à vide, qui peut être actionné à la main ou par un moteur électrique.
Barre conductrice : composant électrique qui relie l'alimentation externe aux contacts internes du disjoncteur à vide.
Mécanisme de déclenchement : Mécanisme qui assure l'ouverture rapide du disjoncteur à vide dans des conditions anormales.

Interrupteur à vide : le composant principal, l'environnement interne à vide poussé.
Mécanisme de commande : contrôle l'ouverture et la fermeture du disjoncteur.
Pièces de support d'isolation : supportent les pièces et assurent l'isolation.
Connecteurs conducteurs : ils relient les différentes parties du circuit.
Coquille : protège les composants internes de l'environnement extérieur.

Mécanisme de fonctionnement

La chambre de l'interrupteur à vide est normalement maintenue dans un vide poussé inférieur à 10^-4 Pa, un environnement qui empêche efficacement la circulation du courant. Lorsque le circuit doit être déconnecté, les contacts mobiles et statiques se séparent rapidement et l'arc s'éteint rapidement en raison de l'absence de support gazeux, ce qui permet d'achever la déconnexion.

Le mécanisme de commande est responsable de l'ouverture et de la fermeture du disjoncteur et contient généralement un dispositif de stockage d'énergie à ressort qui actionne la séparation des contacts en libérant l'énergie stockée. Le mécanisme peut être commandé manuellement ou à distance.

Maintenance et applications

La maintenance des disjoncteurs à vide à haute tension est relativement simple et consiste principalement en des inspections régulières de l'apparence, du vide et de l'usure des contacts. Ils sont largement utilisés dans les sous-stations, les réseaux industriels de distribution d'électricité et les réseaux urbains pour assurer un fonctionnement sûr et fiable des systèmes électriques à haute tension.

Conclusion

Les disjoncteurs à vide haute tension sont largement utilisés dans les réseaux électriques haute tension en raison de leur grande fiabilité, de leur longue durée de vie et de leur simplicité d'entretien. À l'avenir, avec les progrès de la science et de la technologie et le développement du réseau intelligent, les disjoncteurs à vide joueront un rôle de plus en plus important dans la gestion efficace de l'énergie et le développement durable.