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WO2013004660A1 - Dispositif de commande a ressort d'un appareillage de commutation haute ou moyenne tension - Google Patents

Dispositif de commande a ressort d'un appareillage de commutation haute ou moyenne tension Download PDF

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Publication number
WO2013004660A1
WO2013004660A1 PCT/EP2012/062832 EP2012062832W WO2013004660A1 WO 2013004660 A1 WO2013004660 A1 WO 2013004660A1 EP 2012062832 W EP2012062832 W EP 2012062832W WO 2013004660 A1 WO2013004660 A1 WO 2013004660A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
actuator
coil
current
spring
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2012/062832
Other languages
English (en)
Inventor
Peter Von Allmen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GE Vernova GmbH
Original Assignee
Alstom Technology AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alstom Technology AG filed Critical Alstom Technology AG
Publication of WO2013004660A1 publication Critical patent/WO2013004660A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/28—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H33/40—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using spring motor
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    • H01H83/20—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current operated by excess current as well as by some other abnormal electrical condition
    • H01H2083/205—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current operated by excess current as well as by some other abnormal electrical condition having shunt or UVR tripping device with integrated mechanical energy accumulator
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    • H01H47/22—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for supplying energising current for relay coil
    • H01H47/26—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for supplying energising current for relay coil having thermo-sensitive input
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    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere

Definitions

  • the invention relates to a spring-loaded control device of a high or medium voltage switchgear. It is particularly useful in the context of gas-insulated station circuit breakers.
  • the field of the invention is that of trigger mechanisms that can be used in the control of high or medium voltage circuit breakers.
  • a high or medium voltage circuit breaker in a gas-insulated station is adapted to a control, which provides sufficient energy and torque to close and open its moving contacts. It can use hydraulic, pneumatic or spring loaded controls.
  • the invention relates to spring loaded controls.
  • a trigger mechanism is then used to allow a spring drive to operate mechanically. When a spring loaded control operates, it opens and closes the circuit breaker contacts.
  • a conventional trigger mechanism includes an actuator coil that drives the magnetic actuator when a current flows therethrough. The magnetic actuator is connected to a detent device. The coil, the actuator and this latching device to unlock the mechanical operation of the spring drive.
  • a known solution comprises a 1103-turn coil which carries a current for the movement of the actuator and the detent device.
  • the high number of turns and the fact that the coil is wound on a magnetic core results in a high L inductance. Since the time constant ⁇ of a coil is proportional to its inductance L, the trip delay thus reaches values as high as 5.5 ms, which contributes significantly to the rated break-down time of the circuit breaker.
  • the cut-off time is limited to 33.3 ms. It is therefore necessary to limit the tripping time of the tripping mechanism to an absolute minimum value.
  • a technical problem to be solved by the invention is therefore to provide a triggering mechanism for a spring-loaded control device with a minimum nominal cut-off time.
  • Another technical problem to be solved by the invention is related to the expected life of an electronic circuit controlling an actuator which is lower than that of the circuit breaker. Indeed, a high or medium voltage circuit breaker is typically in service for 25 to 40 years. On the other hand, electronic components (semiconductors) such as transistors, diodes, PTC elements ("Positive Thermal Coefficient") typically do not last that long. It is therefore necessary to implement a redundancy. That is, if an electronic component of the electronic circuit that drives the actuator fails, the trigger mechanism must still be able to unlock the spring drive.
  • a trip mechanism must be able to close or open the circuit breaker in less than 300 milliseconds after any previous closing or opening operation.
  • the dead time of the triggering mechanism must be less than 300 milliseconds, which corresponds to a nominal operating cycle detailed in IEC 62271-100 clause 4. 104.
  • the operation of the gas valve connected to the first coil 11 thus depends on the pulse rate emitted by the output 13 of the microprocessor 10.
  • the first coil 11 continues to supply a current through a diode of rectifier 15 and thus charges a capacitor 16.
  • This capacitor 16 which is connected to the second coil 12 through a negative resistance device 17, causes a current through this second coil 12.
  • the threshold of the two actuator coils 11 and 12 and the pulse rate emitted by the microprocessor 10 are adjustable parameters of the circuit illustrated in FIG. 1. It is possible to drive one of the coils 11 and 12 by varying these parameters. But this patent describes a mechanism of energy preservation, to be used in a furnace control. It does not describe a spring control device.
  • the two actuator coils 11 and 12 are connected directly or indirectly to the same NPN switching transistor 14. This transistor 14 is closed or open depending on the output signal 13 of the microprocessor 10. If the transistor 14 or the microprocessor 10 fails, neither of the two actuator coils 11 and 12 can be closed. or open. It is not necessary for the entire microprocessor to fail for the circuit to fail. If the output 13 of the microprocessor 10 is defective, the entire circuit ceases to function, which can happen, for example, when the microprocessor 10 can not provide a sufficiently high output current to drive the transistor 14.
  • patent application JP20010353337 discloses an electromagnetic contactor comprising two PTC elements connected in series with a coil.
  • the current which passes through the coil to close the main switch contact, heats the two PTC elements.
  • the electrical resistance of these two PTC elements increases by about four times as the temperature goes from 20 ° C to 300 ° C.
  • the temperature of these two PTC elements reaches 200 ° C, they begin to limit the current through the coil.
  • placing a coil and two PTC elements in series makes it possible to limit the current through the coil. It typically takes 300 milliseconds, during which no current passes through the coil, so that both PTC elements return to their conductive state at ambient temperature after any operation of the contactor.
  • the contactor can not close in less than 300 milliseconds from the last closing-opening operation.
  • the object of the invention is to propose an advantageous solution making it possible to solve the technical problems listed above.
  • the invention relates to a spring-loaded control device of a switchgear, for example a circuit breaker, high or medium voltage comprising an actuator circuit and at least one secondary switch, characterized in that this actuator circuit comprises, between a terminal of and a power supply terminal, a PTC element in series with a first actuator coil, an actuator element, for example a second actuator coil, being arranged in parallel with this PTC element, the impedance of this element. actuator element being greater than that of the first actuator coil.
  • the actuator circuit comprises a diode in series with the second actuator coil, in parallel with the PTC element.
  • the device of the invention can be used in a gas-insulated station (GIS) but it can also be used in other types of station.
  • the spring loaded control of the invention may also be used in an air-insulated switching device such as an oil-bath circuit breaker, or a low oil volume circuit breaker. In addition it can be used in indoor or outdoor applications.
  • the two actuator coils 11 and 12 are controlled by adjusting the output pulse rate of the microprocessor 10.
  • the microprocessor In order to function thus the microprocessor must be programmed to send pulses through the microprocessor. one of its output terminals.
  • the circuit described in this patent fails if a transistor fails.
  • the device of the invention does not require a microprocessor, and requires no programming. It does not include any critical semiconductor element for the operation of the entire circuit.
  • the device of the invention is capable of a 0-300 millisecond-CO sequence.
  • the second activator coil which is parallel to the PTC element, allows reclosing and opening (CO) in just 300 milliseconds after an open operation (0).
  • the second actuator coil facilitates the second opening operation.
  • Figure 1 illustrates a device of the prior art.
  • FIG. 1 illustrates the device of
  • FIG. 3 illustrates the operation of the device of the invention DETAILED PRESENTATION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
  • the device of the invention comprises a PTC element 20 connected in series with a first actuator coil 21, an actuator element 22, for example a second actuator coil, with a higher impedance to that of the first coil 21 being connected in parallel to the PTC element.
  • a positive temperature coefficient (PTC) element is a thermistor whose resistance increases greatly with temperature in a limited temperature range, but decreases outside this range.
  • the PTC element allows the first coil 21 to withstand high current initially when energized. It also limits the current through this first coil 21 to a lower value, to prevent the first coil 21 and the secondary switch from being damaged by excessive currents.
  • the second coil 22 facilitates the reclosing of the circuit breaker after only 300 milliseconds. Since the temperature of the PTC element has not returned to room temperature after 300 milliseconds, the second coil 22 is needed to avoid dead time. Otherwise the trigger mechanism would fail, because the current so limited by the PTC element is too small for the mechanism to work.
  • the second coil 22 also provides redundancy. If the first coil 21 which is in series with the PTC element 20 fails, the second coil 22 allows the trigger mechanism to operate.
  • the PTC element 20 may be a Vishay type element PTCLL07H161FTE066. Such an element has a resistance which has a value of 4 ohms at 25 ° C and 8 ohms at 75 ° C (switching temperature) and which can reach high values such as 700 ohms at 125 ° C and 10 kOhms at 150 ° vs.
  • the maximum reset time of this element at 25 ° C is 90 seconds. Since the operating temperature of this PTC element is -25 ° C, circuits requiring work at temperatures such as -50 ° C require different PTC elements. The invention is not limited to such a PTC element.
  • the impedance of the two coils 21 and 22 is different.
  • the second coil 22 comprises for example 1000 turns with an impedance of about 35 ohms.
  • the first coil 21 comprises for example 363 turns with an impedance of about 3.55 ohms. These impedance values are indicative values. Other values may be used as long as the impedance of the second coil 22 is greater than that of the first coil 21.
  • the sum of the impedances of the first and second coils 21 and 22 is sufficiently high to limit the current through the circuit.
  • the PTC element reaches temperatures above 70 ° C, its resistance is much higher than the resistance of the second coil.
  • the PTC element 20 can then be considered as practically insulating.
  • Most of the current flows through the branch circuitry comprising the second coil 22. This current must be low enough that a secondary switch (not shown in Figure 2) can cut the current through the entire circuit shown in the figure. As defined above, the secondary switch is essentially limited to 4A (DC).
  • the two coils 21 and 22 therefore well limit the current through the circuit to a value that can be interrupted by a secondary switch.
  • the curve of FIG. 3 then illustrates the temporal evolution of the current through the circuit, that is to say the current as measured near the power supply or the ground terminal. Due to the low resistance of the PTC element, most of the current flows through the branch comprising the PTC element 20. This current is higher than the current that flows through the branch comprising the second element. coil 22, which makes it possible to trigger the operation of the spring control more quickly.
  • a diode 23 in the branch comprising the second coil 22.
  • This diode is an effective means for reducing the inductive coupling between the two coils 21 and 22.
  • the coupling inductive becomes indeed a problem if the two coils are wound on the same core.
  • Using such a diode 23 the tripping time is reduced from 5.6 milliseconds to 3.2 milliseconds.
  • the coils 21 and 22 and the PTC element 20 can operate above their nominal continuous currents and / or their nominal continuous voltages. Indeed, when the coils 21 and 22 and the element 20 are used in a spring drive for a high-voltage circuit breaker, they carry currents for only a fraction of a second. However, these coils and the PTC element are capable of withstanding thermal, mechanical and electrical stresses resulting from a temporary overload.
  • a secondary switch in its closed state can temporarily withstand currents above the nominal value, but its nominal breaking capacity must be considered a strict upper limit. Also, at the time of interruption, the current flowing through the secondary switch must not exceed its nominal breaking capacity. To to overcome this limit, one can use several secondary switches connected in series.
  • Prior art spring control devices for high voltage circuit breakers meet the requirements of IEC 62271-100 clause 4.104 for fast reclosing. It is often referred to the corresponding operating sequence as O-300 milliseconds-CO.
  • the O in this expression, corresponds to an opening operation and C to a closing (or reclosing) operation.
  • the spring control opens (O) the movable contacts of the circuit breaker, then remains inactive for 300 milliseconds before reclosing (C). Even after reclosing, the spring drive has stored enough energy to open (O) the moving contacts of the circuit breaker again.
  • a PTTCL07H16FTE066 PTC element of the vishay type takes 90 seconds to reset. Therefore a delay of 300 milliseconds between a opening operation and subsequent closing-opening operations is insufficient to allow a reset of the PTC element.
  • the current flowing through the PTC element may not be sufficient to control the actuator.
  • the actuator operates according to the current flowing through the two coils21 and 22, which is smaller than the current flowing through the PTC element 20. Therefore, the triggering of the spring-loaded control is slower than when controlled by a current. through the PTC element. In other words, the second opening operation ("0") of a 0-300 millisecond CO sequence is not triggered as quickly as the first opening operation.
  • the second actuator coil 22 may be replaced by any element which allows a sufficient flow of current.
  • the impedance of this element must be sufficiently low for the current through the first actuator coil 21 to be sufficient to trigger the spring-loaded mechanical operation.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Relay Circuits (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un dispositif de commande à ressort d'un appareillage de commutation haute ou moyenne tension comprenant un circuit actionneur et au moins un interrupteur secondaire dans lequel ce circuit actionneur comprend, entre une borne de masse et une borne d'alimentation, au moins un élément PTC (20) en série avec une première bobine d'actionneur (21), un élément d'actionneur (22) étant disposé en parallèle avec cet élément PTC (20), l'impédance de cet élément d'actionneur (22) étant supérieure à celle de la première bobine (21).

Description

DISPOSITIF DE COMMANDE A RESSORT D'UN APPAREILLAGE DE COMMUTATION HAUTE OU MOYENNE TENSION
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne un dispositif de commande à ressort d'un appareillage de commutation haute ou moyenne tension. Elle est notamment utilisable dans le cadre de disjoncteurs de stations isolées au gaz .
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Le domaine de l'invention est celui des mécanismes déclencheurs pouvant être utilisés dans la commande de disjoncteurs haute ou moyenne tension. Un disjoncteur haute ou moyenne tension dans une station isolée au gaz est adapté à une commande, qui fournit une énergie et un couple suffisants pour fermer et ouvrir ses contacts mobiles. Il peut utiliser des commandes hydrauliques, pneumatiques ou à ressort. L'invention concerne les commandes à ressort. Un mécanisme de déclenchement est alors utilisé pour permettre à une commande à ressort de fonctionner mécaniquement. Lorsqu'une commande à ressort fonctionne, elle ouvre et ferme les contacts mobiles du disjoncteur. Un mécanisme de déclenchement classique comprend une bobine d' actionneur qui pilote cet actionneur magnétique lorsqu'un courant la traverse. L' actionneur magnétique est connecté à un dispositif d' encliquetage . La bobine, l' actionneur et ce dispositif d' encliquetage permettent de débloquer le fonctionnement mécanique de la commande à ressort.
Une solution connue comprend une bobine de 1103 tours qui véhicule un courant permettant le mouvement de l'actionneur et du dispositif d' encliquetage . Le nombre élevé de tours et le fait, que la bobine est enroulée sur un cœur magnétique ont pour conséquence une inductance L élevée. Etant donné que la constante de temps τ d'une bobine est proportionnelle à son inductance L, le délai de déclenchement atteint donc des valeurs aussi élevées que 5,5 ms, qui contribue de manière significative à la durée de coupure nominale du disjoncteur. Dans le cas d'un disjoncteur haute tension de réseau électrique 60 Mz, qui est souvent nécessaire pour éliminer un défaut en moins de 2 cycles, la durée de coupure est limitée à 33,3 ms . Il faut donc limiter le délai de déclenchement du mécanisme de déclenchement à une valeur minimale absolue .
Un problème technique que se propose de résoudre l'invention est donc de réaliser un mécanisme de déclenchement pour un dispositif de commande à ressort avec un délai de coupure nominal minimal.
Un autre problème technique que se propose de résoudre l'invention est lié à la durée de vie espérée d'un circuit électronique pilotant un actionneur qui est inférieure à celle du disjoncteur. En effet, un disjoncteur haute ou moyenne tension est typiquement en service pendant 25 à 40 ans. Par contre des composants électroniques (semi-conducteurs) tels que des transistors, des diodes, des éléments PTC (« Positive Thermal Coefficient ») typiquement ne durent pas aussi longtemps. Il est donc nécessaire de mettre en œuvre une redondance. C'est-à-dire, que si un composant électronique du circuit électronique qui pilote l'actionneur tombe en panne, le mécanisme de déclenchement doit toujours pouvoir débloquer la commande de ressort.
En outre, un mécanisme de déclenchement doit permettre de fermer ou d'ouvrir le disjoncteur en moins de 300 millisecondes après n'importe quelle opération préalable de fermeture ou d'ouverture. En d'autres termes, le temps mort du mécanisme de déclenchement doit être inférieur à 300 millisecondes, ce qui correspond à un cycle de fonctionnement nominal détaillé dans la norme IEC 62271-100, clause 4. 104.
Les limitations des interrupteurs secondaires doivent être également considérées. La clause 5.4.4.5.4 de la norme IEC 622271.1 détaille les capacités maximales de coupure des interrupteurs secondaires pour des disjoncteurs haute tension. Un courant maximal typique qui peut encore être interrompu est de 4 Ampères (DC) . Cette valeur introduit une limite supérieure de courant qui doit être interrompue par un interrupteur secondaire à la fin de n' importe quelle opération de fermeture ou d'ouverture. En d'autres termes le courant qui traverse un mécanisme de déclenchement à la fin de n' importe quelle opération doit être inférieur à 4 Ampères (DC) .
Un document de l'art connu, le brevet US 5,889,645, décrit un mécanisme de préservation et de transfert d'énergie. Ce brevet, comme illustré sur la figure 1, décrit un agencement dans lequel un microprocesseur 10 pilote des bobines d' actionneur 11 et 12 qui entraînent des relais de valve de gaz. Ces deux bobines d' actionneur 11 et 12 diffèrent en impédance. Afin de piloter ces bobines, la sortie 13 du microprocesseur envoie des impulsions DC vers la base d'un transitor de commutation NPN 14. Lorsque ce transistor 14 est fermé (« switch on ») , un courant traverse la première bobine 11. Si ce courant, dont la valeur moyenne dépend du taux d'impulsion émis par le microprocesseur 10, atteint un seuil de fermeture, le relais de la valve de gaz connecté à la première bobine 11 fonctionne. Le fonctionnement de la valve de gaz connecté à la première bobine 11 dépend ainsi du taux d'impulsion émis par la sortie 13 du microprocesseur 10. Lorsque le transistor 14 est ouvert, la première bobine 11 continue à fournir un courant à travers une diode de redressement 15 et charge ainsi un condensateur 16. Ce condensateur 16, qui est connecté à la seconde bobine 12 à travers un dispositif à résistance négative 17, provoque un courant à travers cette seconde bobine 12. Ainsi le seuil des deux bobines d' actionneur 11 et 12 et le taux d'impulsion émis par le microprocesseur 10 sont des paramètres ajustables du circuit illustré sur la figure 1. On peut piloter l'une des bobines 11 et 12 en faisant varier ces paramètres. Mais ce brevet, décrit un mécanisme de préservation d'énergie, à utiliser dans une commande de four. Il ne décrit pas un dispositif de commande de ressort. Les deux bobines d' actionneur 11 et 12 sont connectées directement ou indirectement au même transistor de commutation NPN 14. Ce transistor 14 est fermé ou ouvert en fonction du signal de sortie 13 du microprocesseur 10. Si le transistor 14 ou le microprocesseur 10 tombe en panne, aucune des deux bobines d' actionneur 11 et 12 ne peut être fermée ou ouverte. Il n'est pas nécessaire que le microprocesseur 10 entier tombe en panne pour que le circuit tombe en panne. Si la sortie 13 du microprocesseur 10 est défectueuse, le circuit entier cesse de fonctionner, ce qui peut arriver, par exemple, lorque le microprocesseur 10 ne peut pas fournir un courant en sortie suffisamment élevé pour piloter le transistor 14.
Un autre document de l'art connu, la demande de brevet JP20010353337 décrit un contacteur électromagnétique comprenant deux éléments PTC connectés en série avec une bobine. Le courant, qui traverse la bobine afin de fermer le contact principal du contacteur, chauffe les deux éléments PTC. La résistance électrique de ces deux éléments PTC augmente d'environ quatre fois lorsque la température passe de 20°C à 300°C. Lorsque la température de ces deux éléments PTC atteint 200°C, ceux-ci commencent à limiter le courant à travers la bobine. Ainsi la mise en série d'une bobine et de deux éléments PTC permet de limiter le courant à travers la bobine. Il faut typiquement 300 millisecondes, pendant lesquelles aucun courant ne traverse la bobine, pour que les deux éléments PTC reviennent à leur état conducteur à température ambiente après toute opération du contacteur. Aussi le contacteur ne peut pas se refermer en moins de 300 millisecondes à partir de la dernière opération fermeture-ouverture.
L'invention a pour objet de proposer une solution avantageuse permettant de résoudre les problèmes techniques énumérés ci-dessus.
EXPOSÉ DE L' INVENTION
L'invention concerne un dispositif de commande à ressort d'un appareillage de commutation, par exemple un disjoncteur, haute ou moyenne tension comprenant un circuit actionneur et au moins un interrupteur secondaire, caractérisé en ce que ce circuit actionneur comporte, entre une borne de masse et une borne d'alimentation, un élément PTC en série avec une première bobine d' actionneur, un élément d' actionneur, par exemple une seconde bobine d' actionneur, étant disposé en parallèle avec cet élément PTC, l'impédance de cet élément d' actionneur étant supérieure à celle de la première bobine d' actionneur .
Avantageusement le circuit actionneur comprend une diode en série avec la seconde bobine d' actionneur, en parallèle avec l'élément PTC.
Le dispositif de l'invention est utilisable dans une station isolée au gaz (GIS) mais il est également utilisable dans d'autres types de station. La commande à ressort de l'invention peut aussi être utilisée dans un dispositif de commutation isolé à l'air tel qu'un disjoncteur à bain d'huile, ou un disjoncteur à faible volume d'huile. De plus il peut être utilisé dans des applications à l'intérieur ou à 1 ' extérieur . Dans le brevet US 5, 889, 645 les deux bobines d' actionneur 11 et 12 sont commandées en ajustant le taux d'impulsion en sortie du microprocesseur 10. Afin de fonctionner ainsi le microprocesseur doit être programmé pour envoyer des impulsions à travers l'une des ses bornes de sortie. Le circuit décrit dans ce brevet tombe en panne si un transistor tombe en panne. Par contre, le dispositif de l'invention ne nécessite pas un microprocesseur, et ne nécessite aucune programmation. Il ne comprend aucun élément semi-conducteur critique pour le fonctionnement du circuit entier.
Contrairement à la solution décrite dans la demande de brevet JP20016353337 , le dispositif de l'invention est capable d'une séquence 0-300 millisecondes-CO . La seconde bobine d' activateur, qui est parallèle à l'élément PTC permet une refermeture et une ouverture (CO) en seulement 300 millisecondes après une opération d'ouverture (0) . Ainsi tandis que l'élément PTC transmet un courant pendant la première opération d'ouverture, la seconde bobine d' actionneur facilite la seconde opération d'ouverture.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La figure 1 illustre un dispositif de l'art antérieur .
La figure 2 illustre le dispositif de
1 ' invention
La figure 3 illustre le fonctionnement du dispositif de l'invention EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Comme illustré sur la figure 2, le dispositif de l'invention comprend un élément PTC 20 connecté en série avec une première bobine d' actionneur 21, un élément d' actionneur 22, par exemple une seconde bobine d' actionneur, d'impédance supérieure à celle de la première bobine 21 étant connecté en parallèle à l'élément PTC. Un tel élément PTC (« Positive température coefficient » ou coefficient de température positif) est une thermistance dont la résistance augmente fortement avec la température dans une plage de température limitée, mais diminue en dehors de cette plage .
L'élément PTC permet à la première bobine 21 de supporter un courant élevé au commencement, lorsqu'elle est mise sous tension. Il permet également de limiter le courant à travers cette première bobine 21 à une valeur plus faible, pour éviter à la première bobine 21 et à l'interrupteur secondaire d'être endommagés par des courants excessifs. La seconde bobine 22 permet de faciliter la refermeture du disjoncteur après seulement 300 millisecondes. Etant donné que la température de l'élément PTC n'est pas revenue à la température ambiante après 300 millisecondes, la seconde bobine 22 est nécessaire pour éviter tout temps mort. Sinon le mécanisme de déclenchement tomberait en panne, parce que le courant ainsi limité par l'élément PTC est trop faible pour que le mécanisme puisse fonctionner. La seconde bobine 22 permet également d'assurer une redondance. Si la première bobine 21 qui est en série avec l'élément PTC 20 tombe en panne, la seconde bobine 22 permet au mécanisme de déclenchement de fonctionner.
L'élément PTC 20 peut être un élément de type Vishay PTCLL07H161FTE066. Un tel élément a une résistance qui a une valeur de 4 ohms à 25°C et 8 ohms à 75°C (température de commutation) et qui peut atteindre des valeurs élevées telle que 700 ohms à 125°C et 10 kOhms à 150°C. Le temps de remise à zéro « reset time ») maximum de cet élément à 25 °C est de 90 secondes. Puisque la température de fonctionnement de cet élément PTC est de -25°C, des circuits nécessitant de travailler à des températures telle que -50°C nécessitent différents éléments PTC. L'invention n'est pas limitée à un tel élément PTC.
L'impédance des deux bobines 21 et 22 est différente. La seconde bobine 22 comprend par exemple 1000 tours avec une impédance d'environ 35 ohms. La première bobine 21 comprend par exemple 363 tours avec une impédance d'environ 3,55 ohms. Ces valeurs d'impédance sont des valeurs indicatives. D'autres valeurs peuvent être utilisées tant que l'impédance de la seconde bobine 22 est supérieure à celle de la première bobine 21.
La somme des impédances des première et seconde bobines 21 et 22 est suffisamment élevée pour de limiter le courant à travers le circuit. Lorsque l'élément PTC 20 atteint des températures supérieures à 70°C, sa résistance est beaucoup plus élevée que la résistance de la seconde bobine. L'élément PTC 20 peut alors être considéré comme pratiquement isolant. La plus grande partie du courant traverse donc la branche de circuit comprenant la seconde bobine 22. Ce courant doit être suffisamment faible pour qu'un interrupteur secondaire (non illustré sur la figure 2) puisse couper le courant à travers tout le circuit illustré sur la figure. Comme défini ci-dessus, l'interrupteur secondaire est essentiellement limité à 4A (DC) .
Si la tension entre l'alimentation V et la masse est 110 volts, la somme des impédances des deux bobines 21 et 22 devrait être 110V/4A=27,5 ohms. Or la somme des impédances des deux bobines selon l'exemple ci-dessus est 35 ohms + 3,55 ohms = 38,5 ohms. Les deux bobines 21 et 22 limitent donc bien le courant à travers le circuit à une valeur qui peut être interrompue par un interrupteur secondaire.
Lorsque la température de l'élément PTC est proche de 25°C, sa résistance est inférieure à la résistance de la seconde bobine 22, ce qui correspond à une configuration suivante du circuit :
- déclenchement moins de 20 millisecondes (approximativement) à partir de l'application de tension de l'alimentation,
avec une température de l'élément PTC avant mise sous tension de 25°C.
La courbe de la figure 3 illustre alors l'évolution temporelle du courant à travers le circuit, c'est-à-dire le courant tel que mesuré près de l'alimentation ou de la borne de masse. Du fait de la faible résistance de l'élément PTC, la plus grande partie du courant traverse la branche comprenant l'élément PTC 20. Ce courant est plus élevé que le courant qui traverse la branche comprenant la seconde bobine 22, ce qui permet de déclencher le fonctionnement de la commande de ressort plus rapidement .
Afin de permettre un fonctionnement de la commande de ressort encore plus rapide, on peut ajouter une diode 23 dans la branche comprenant la seconde bobine 22. Cette diode est un moyen efficace pour réduire le couplage inductif entre les deux bobines 21 et 22. Le couplage inductif devient en effet un problème si les deux bobines sont enroulées sur le même noyau. En utilisant une telle diode 23 le temps de déclenchement est réduit de 5,6 millisecondes à 3,2 millisecondes .
Les bobines 21 et 22 et l'élément PTC 20 peuvent fonctionner au dessus de leurs courants continus nominaux et/ou leurs tensions continues nominales. En effet, lorsque les bobines 21 et 22 et l'élément 20 sont utilisés dans une commande de ressort pour un disjoncteur haute tension, ils véhiculent des courants pendant seulement une fraction de seconde. Or ces bobines et l'élément PTC sont capables de supporter des contraintes thermique, mécanique et électrique résultant d'une surcharge temporaire.
Un interrupteur secondaire dans son état fermé peut supporter temporairement des courants au dessus de la valeur nominale, mais sa capacité de coupure nominale doit être considérée comme une limite supérieure stricte. Aussi, au moment de l'interruption le courant qui traverse l'interrupteur secondaire ne doit pas dépasser sa capacité de coupure nominale. Afin de surmonter cette limite, on peut utiliser plusieurs interrupteurs secondaires connectés en série.
Il n'est pas nécessaire de déconnecter le circuit de la figure 2 de son alimentation lorsque la résistance de l'élément PTC est faible. Comme illustré sur la figure 3, c'est typiquement le cas pour 20 millisecondes à partir de l'application de tension à l'alimentation. Pendant cette phase, le courant à travers la branche comprenant l'élément PTC peut dépasser la capacité de coupure de l'interrupteur secondaire. Après ces 20 millisecondes, la température de l'élément PTC a augmenté, réduisant de ce fait le courant à travers le circuit. Le circuit secondaire peut interrompre alors le courant réduit.
Les dispositifs de commande à ressort de l'art antérieur pour des disjoncteurs de circuits haute tension répondent aux exigences de la norme IEC 62271- 100, clause 4.104, pour une refermeture rapide. Il est souvent fait référence à la séquence de fonctionnement correspondant comme O-300 millisecondes-CO . Le O, dans cette expression, correspond à une opération d'ouverture et C à une opération de fermeture (ou refermeture) . En d'autres termes, la commande de ressort ouvre (O) les contacts mobiles du disjoncteur, puis reste inactif pendant 300 millisecondes avant refermeture (C) . Même après refermeture, la commande de ressort a emmagasiné suffisamment d'énergie pour ouvrir (O) à nouveau les contacts mobiles du disjoncteur.
A 25°C un élément PTC PTCCL07H16FTE066 de type vishay prend 90 secondes pour réinitialiser. Par conséquent un délai de 300 millisecondes entre une opération d'ouverture et des opérations suivantes de fermeture-ouverture est insuffisant pour permettre une réinitialisation de l'élément PTC. Dans ce cas, le courant traversant l'élément PTC peut ne pas suffire pour commander 1 ' actionneur . Mais l'actionneur fonctionne en fonction du courant traversant les deux bobines21 et 22, qui est plus petit que le courant traversant l'élément PTC 20. Par conséquent, le déclenchement de la commande à ressort est plus lent que lorsque commandé par un courant à travers l'élément PTC. En d'autres termes, la seconde opération d'ouverture (« 0 ») d'une séquence 0-300 millisecondes CO n'est pas déclenchée aussi rapidement que la première opération d'ouverture.
La seconde bobine d'actionneur 22 peut être remplacée par n' importe quel élément qui permette un flux suffisant de courant. L'impédance de cet élément doit être suffisamment faible pour que le courant à travers la première bobine d'actionneur 21 suffise pour déclencher l'opération mécanique de commande à ressort.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de commande à ressort d'un appareillage de commutation haute ou moyenne tension comprenant un circuit actionneur et au moins un interrupteur secondaire, caractérisé en ce que ce circuit actionneur comporte, entre une borne de masse et une borne d'alimentation, au moins un élément à coefficient de température positif (20) en série avec une première bobine d'actionneur (21), un élément d' actionneur (22) étant disposé en parallèle avec cet élément à coefficient de température positif (20), l'impédance de cet élément d'actionneur (22) étant supérieure à celle de la première bobine d'actionneur (21)
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'élément d'actionneur est une seconde bobine d'actionneur (22).
3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le circuit actionneur comprend une diode (23) en série avec la seconde bobine d'actionneur (22), en parallèle avec l'élément à coefficient de température positif (20) .
4. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel la seconde bobine comprend 1000 tours avec une impédance d'environ 35 ohms.
5. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la première bobine comprend 363 tours, avec une impédance d'environ 3,55 ohms.
6. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel l'élément à coefficient de température positif, a une résistance de valeur 4 ohms à 25°C et 8 ohms à 75°C et peut atteindre des valeurs élevées telle que 700 ohms à 125°C et 10 kOhms à 150°C.
7. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel l'appareillage de commutation est un disjoncteur.
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