Test de commutateurs haute tension avec synchroniseur

Les disjoncteurs sont un composant important et critique des systèmes d'alimentation électrique. Ils empêchent d'endommager les composants et le câblage du système lorsque le courant dans le circuit électrique dépasse les limites de conception. L'opérateur du système de transmission italien Terna S.p.A. voulait vérifier la fonction de commutation d'un vieux disjoncteur synchrone à haute tension. Les systèmes d'acquisition de données Dewesoft et le logiciel Power Analysis ont fait le travail.

Terna S.p.A. est un gestionnaire de réseau de transport (GRT) basé à Rome, en Italie. Il opère par l'intermédiaire de Terna Rete Italia, qui gère le réseau de transmission à haute tension italien. Un réseau de 74 669 km de lignes avec 888 sous-stations électriques, et 4 centres de contrôle gérant 320 milliards de kWh chaque année.

Le Synchronisateur

Les disjoncteurs sont des dispositifs de commutation mécaniques capables d'établir, de transporter et de couper le courant de notre réseau dans des conditions normales et anormales. Dans des conditions anormales, comme lorsque la foudre frappe un pylône de transmission, les disjoncteurs isolent les composants défectueux du système pour éviter des dommages supplémentaires. Idéalement, dans les conditions fermées, un disjoncteur devrait fonctionner comme un conducteur parfait pour assurer un flux de courant optimal.

Un synchroniseur est largement utilisé dans les disjoncteurs haute tension (HT) pour éviter que le contact ne soit ouvert ou fermé lorsque le flux de courant est élevé. L'ouverture d'un flux de courant élevé entraînerait des arcs électriques et réduirait la durée de vie du contact.

Le synchroniseur, connaissant les retards de l'actionneur, observe le timing de l'onde sinusoïdale et donne une commande au disjoncteur à un instant particulier, calculé de manière à avoir un courant instantané nul lorsque le contact se déplace.

Le même actionnement est effectué sur les trois phases, avec un timing différent puisque les trois ondes sinusoïdales sont décalées de 120 degrés.

Un installateur neuf est calibré pour fonctionner parfaitement et préserver les contacts pendant les opérations, mais malheureusement, au cours des années, il arrive que le temps d'ouverture/fermeture des contacts varie et entraîne un déclenchement au mauvais moment.

Objectif du test

Le but de ce test fonctionnel était d'analyser un ancien disjoncteur HT synchrone afin de vérifier les éventuelles déviations par rapport à la configuration initiale.

L'équipement de mesure utilisé

• Module de conditionnement et d'acquisition de signaux SIRIUS de Dewesoft, modèle SIRIUSi-HS 4xHV, 4xLV

• Trois pinces à courant alternatif Dewesoft modèle DS-CLAMP-15AC

• Logiciel d'acquisition de données DewesoftX

• Module d'analyse de puissance DewesoftX

Le module intègre des fonctions de conditionnement du signal, telles que la sélection du couplage AC ou DC, les gains programmables, la compensation de l'offset (provenant des transducteurs), les filtres passe-bas programmables, l'excitation des sondes de courant, et bien plus encore, y compris l'autoreconnaissance du courant et de la sensibilité des sondes à l'utilisation.

Parmi les différentes caractéristiques, il faut noter l'isolation galvanique à 1600V voie à voie et voie à la terre (GND).

Connexion de l'instrument au système

Les trois tensions ont été connectées sur les secondaires des transformateurs de tension avec un rapport de conversion de 1:3800, tandis que les trois courants ont été interceptés en aval des transformateurs de courant avec un rapport de conversion de 1:800.

Les deux signaux de commande (ouverture et fermeture) envoyés par le synchroniseur à l'interrupteur étaient également connectés, signaux à 110Vdc.

Réalisation de l'essai

Un essai typique de fermeture de disjoncteur peut être divisé en trois moments distincts : la mise sous tension des barres HT, la fermeture du disjoncteur à vide et la mise en charge.

Mise sous tension des barres HT

La mise sous tension des barres haute tension est mesurée par une séquence de décharges haute fréquence avec historique temporel.

Fermeture de l'interrupteur

Analyse des temps de fermeture

L'exécution du test de fermeture de l'interrupteur montre le signal de commande qui monte à 117V à un certain instant.

A partir de la tendance des signaux de courant, nous sommes en mesure de mesurer le délai d'activation égal à 163ms.

Le détail des signaux de courant à l'instant de la fermeture met en évidence une tendance très nerveuse, probablement due au déclenchement de décharges avec des pics de courant allant jusqu'à 900A.

L'absence de charge en aval de l'interrupteur est probablement la cause des importantes distorsions des signaux de courant après fermeture.

Analyse du comportement du synchroniseur

Une analyse détaillée de l'instant de commutation des interrupteurs met en évidence que la fermeture des trois phases ne se produit pas à intervalles réguliers et à des instants incorrects.

L'analyse montre que la phase 12 (rouge) est fermée lorsque la tension instantanée V12 est d'environ 24kV, suivie de la phase 4 (après 4,33ms) lorsque la tension instantanée V4 est d'environ 234kV, et enfin, la phase 8 (après 1,89ms) lorsque la tension instantanée V8 est de -317kV.

Ce comportement provoque des arcs électriques, clairement représentés par des pics sur le graphique des courants ci-dessus.

Retour sur charge

Analyse des vecteurs de phase

Une analyse des veteurs de phase met en évidence les désaccords et les déséquilibres dans les trois phases.

La figure suivante montre la tendance des tensions et courants de la première harmonique (h = 1, f = 50.011Hz) avec le commutateur fermé et sans charge.

Analyse harmonique

Bien qu'une analyse harmonique mette en évidence la présence de distorsions importantes, qui ont contribué à l'obtention d'un FP de 0,534

Autres

De nombreux autres paramètres sont calculés par le module Power de DewesoftX, l'écran d'analyse de puissance standard et personnalisable est présenté ci-dessous.

Conclusion

Suite aux tests effectués, il est clair que le synchroniseur testé ne fonctionne pas correctement, la fermeture des contacts ne se fait pas au bon moment provoquant des décharges importantes avec des courants allant jusqu'à 900A.

En outre, la fermeture des trois contacts ne se produit pas à intervalles réguliers, l'intervalle de fermeture entre la phase 12 et 4 est de 4,33ms tandis qu'entre la phase 4 et 8 l'intervalle est de 1,89ms, un symptôme clair de dysfonctionnement en cas de régime périodique triphasé.

L'analyse des phénomènes avec les systèmes d'acquisition de données Dewesoft permet de vérifier facilement l'exactitude des opérations. Il est possible d'automatiser cette vérification avec des séquences intégrées dans DewesoftX qui guident l'opérateur sur le terrain qui ne doit pas nécessairement être compétent dans la technologie utilisée.

Une vérification régulière des synchroniseurs est facile et suffisante pour identifier ceux qui ont des problèmes de vieillissement et qui nécessitent une maintenance pour revenir à un fonctionnement normal. Le bon fonctionnement des synchroniseurs est important pour préserver les contacts coûteux des disjoncteurs HT.

Références

Analyseur de puissanceMesure et analyse de haute précision de la puissance électrique [AC⚡DC]