Disjoncteur à huile : types, marquage + spécificités d'utilisation

Parmi les équipements de commutation, le disjoncteur à huile occupe une place d'honneur, tel un vétéran, utilisé aussi bien dans les installations de distribution fermées qu'ouvertes de toute tension.

Sa fonction principale est l'enclenchement et le déclenchement de lignes individuelles, que ce soit dans un système électrique en fonctionnement normal ou dans des situations anormales. Le déclenchement s'effectue automatiquement ou manuellement selon les circonstances.

Dans cet article, nous examinerons les types existants de ces dispositifs, leur classification et leur marquage. Nous nous intéresserons également aux avantages et inconvénients de ces disjoncteurs, à leurs particularités et aux règles d'utilisation. Pour une meilleure compréhension du sujet, nous avons sélectionné des schémas, des tableaux, des photos explicites et des vidéos thématiques.

Avantages et inconvénients des disjoncteurs à huile

Ces dispositifs ont une structure relativement simple. Ils offrent une bonne capacité de coupure et ne dépendent pas des conditions météorologiques. En cas de panne, des travaux de réparation peuvent être effectués. Les disjoncteurs à huile à bac conviennent à une installation extérieure. Il existe des conditions pour l'installation de transformateurs de courant intégrés.

La vitesse de séparation des contacts joue un rôle important dans le fonctionnement du disjoncteur à huile. Une situation peut survenir où les contacts se séparent à une vitesse extrême et l'arc atteint instantanément une longueur qui lui est critique. Dans ce cas, la valeur de la tension de rétablissement peut ne pas être suffisante pour percer l'intervalle entre les contacts.

Les disjoncteurs à bac présentent davantage d'inconvénients. Le premier est la présence d'un grand volume d'huile, donc des dimensions considérables de ces appareils et des installations de distribution. Le second est le risque d'incendie et d'explosion ; en cas de situations anormales, les conséquences peuvent être des plus imprévisibles.

Le niveau d'huile, tant dans le bac que dans les traversées, ainsi que son état, doivent être contrôlés périodiquement. Si les réseaux d'alimentation électrique entretenus comprennent des disjoncteurs à huile, il est nécessaire de disposer d'une installation spéciale de gestion de l'huile.

Sur la photo, un disjoncteur à huile VMG. Il peut couper tout courant de charge et de court-circuit, y compris le courant de coupure maximal. Ce type est largement utilisé dans les postes de transformation.

Classification des disjoncteurs à huile

L'utilisation des disjoncteurs à huile a commencé à la fin du XIXe siècle. Jusqu'au milieu du XXe siècle, il n'y avait tout simplement pas d'autres dispositifs de coupure dans les réseaux haute tension.

Il existe deux grands groupes de ces appareils :

1. Les appareils à réservoir, caractérisés par la présence d'un grand volume d'huile. Pour cet équipement, l'huile sert à la fois de milieu dans lequel l'arc est éteint et d'isolant.
2. Les appareils à faible teneur en huile ou à petit volume. Le nom en dit long sur la quantité de remplissage. Ces disjoncteurs contiennent des éléments diélectriques, et l'huile n'est nécessaire que pour l'extinction de l'arc.

Les premiers sont principalement utilisés dans les installations de distribution de 35 à 220 kV. Les seconds, jusqu'à 10 kV. Les appareils à faible teneur en huile de la série VMT sont également utilisés dans les postes extérieurs conçus pour 110 et 220 kV.

Le principe d'extinction de l'arc est identique pour les deux types. L'arc qui apparaît lors de l'ouverture des contacts haute tension du disjoncteur provoque une évaporation rapide de l'huile. Cela conduit à la formation d'une enveloppe gazeuse autour de l'arc. Cette enveloppe est composée de vapeurs d'huile (environ 20 %) et d'hydrogène (H2).

L'intervalle d'arc est déionisé par le refroidissement rapide du canal de l'arc grâce au mélange de gaz à haute et basse température dans l'enveloppe.

Au moment de l'apparition des arcs dans la zone de contact, la température est très élevée – environ 6000⁰. Selon l'installation, on distingue les disjoncteurs utilisés pour les applications intérieures, extérieures, ainsi que pour les applications dans les cellules blindées (CRP) – les appareillages de distribution compacts.

Type n°1 — disjoncteur à huile à bac

L'équipement de commutation de ce type peut avoir un ou plusieurs réservoirs en fonction de la tension. Dans le premier cas, il s'agit de tensions jusqu'à 10 kV, parfois jusqu'à 35. Chaque phase des disjoncteurs fonctionnant dans des installations à haute tension est placée dans un réservoir individuel.

Tous les disjoncteurs à réservoir ont une configuration à peu près similaire. Le réservoir en acier, sur les traversées avec huile, contient les chambres de coupure. Les contacts extérieurs sont pontés par une traverse.

Les actionneurs, tant pour les disjoncteurs à réservoir que pour ceux à faible teneur en huile, peuvent être manuels, automatiques montés sur bobine de solénoïde de fermeture, ou à ressort. Dans le second cas, on utilise la propriété magnétique du solénoïde qui permet de tirer un noyau métallique relié par un système spécial à l'arbre du disjoncteur à huile (MV).

Lorsqu'un courant électrique continu est appliqué à l'enroulement du solénoïde, l'unité s'enclenche par l'enfoncement de la tige du circuit magnétique, suivi de la rotation de l'arbre du disjoncteur.

Un verrou spécial maintient l'arbre dans cette position. Simultanément à l'enclenchement, le solénoïde donne une position déterminée aux ressorts de déclenchement, qui, lors de la réception d'une impulsion électrique spéciale, déclencheront le disjoncteur à huile (MV).

Le processus de déclenchement est lancé par un second solénoïde qui éjecte le mécanisme à rouleaux (verrou). En conséquence, l'arbre tourne instantanément grace au ressort et le disjoncteur s'ouvre. Le fonctionnement de l'actionneur à solénoïde nécessite la présance d'une batterie d'accumulateurs pour l'alimenter en courant continu.

En l'absence de batterie, un entraînement à ressort est utilisé. L'enclenchement se fait à l'aide d'un moteur électrique ou par effort musculaire. Le déclenchement manuel est possible pour les unités de faible puissance avec des courants de court-circuit jusqu'à 30 kA, pour les désactiver, il faut appliquer un effort maximal de 25 kg.

Disjoncteur à huile monobloc à arc ouvert

Dans certains appareillages de distribution, on installe des disjoncteurs à huile sans chambres de coupure d'arc. L'arc électrique y est éteint de la manière la plus simple : par double rupture des contacts dans un réservoir rempli d'huile. Ces dispositifs à arc ouvert incluent les modèles nationaux VMB et VME. Ils sont conçus pour un courant nominal de 1,25 kA.

Schéma du VME-6-200. La construction se compose d'un réservoir (1), d'un couvercle (2), d'isolateurs en porcelaine (3), de contacts fixes (4), de contacts mobiles (5), d'une traverse (6), de contacts de coupure d'arc (7), de plaques (8), d'un ressort (9), d'un arbre (10).

Le symbole « E » désigne « excavateur », le chiffre 6 indique la tension nominale de 6 kV, et 200 le courant nominal en ampères. Le courant de coupure seuil pour ce disjoncteur à huile est de 1,25 kA. Le réservoir de ce disjoncteur est en acier et fixé au couvercle en fonte par des boulons. Les parois du réservoir sont recouvertes d'isolant (13).

Six isolateurs en porcelaine traversant le couvercle se terminent par des brides en cuivre qui servent de contacts fixes de travail. La série VME est dotée d'une commande manuelle à volant.

Sur la traverse ou le pont de contacts se trouvent les contacts mobiles. On y trouve également les contacts mobiles de coupure d'arc en forme d'équerres en laiton. Les plaques en cuivre avec embouts en laiton situées en bas aux extrémités des isolateurs sont les contacts de coupure d'arc fixes. La tige isolante transmet le mouvement aux contacts mobiles par l'intermédiaire du contact avec le mécanisme d'entraînement.

Lorsque la traverse est en position haute, les contacts fixes sont fermés, le ressort de déclenchement est comprimé, le disjoncteur est enclenché. Le disjoncteur est relié à l'arbre d'entraînement du verrou qui le maintient en position de travail. Lors de tout déclenchement, le verrou se libère, le ressort se détend et la traverse descend rapidement. Il se produit alors une ouverture successive des contacts de travail : 4 et 5, puis 7 et 8.

Cela provoque sur chaque pôle du disjoncteur une ouverture du circuit en deux points, l'apparition d'un arc et la décomposition de l'huile. À l'intérieur des enveloppes 12, la pression atteint de 0,5 à 1 MPa, activant ainsi le processus de déionisation. En un maximum de 0,1 s, les arcs sont éteints, et les enveloppes, en s'élevant, se retrouvent sous le couvercle et augmentent le volume du coussin d'air.

Lorsque toutes les phases du disjoncteur à huile se trouvent dans un même réservoir, l'huile isole les contacts entre eux et par rapport au corps du réservoir, qui doit impérativement être mis à la terre.

Cette dernière joue le rôle de tampon, réduisant la force d'impact lors de l'extinction de l'arc. La hauteur normale du coussin d'air est d'environ 25 % du volume. Le dépassement de ce seuil peut entraîner une explosion.

Ces disjoncteurs sont simples à utiliser, relativement peu coûteux et pratiques à installer dans les postes extérieurs. Cependant, les vapeurs d'huile chaudes s'enflamment facilement au simple contact de l'oxygène.

La combustion de l'arc dans un milieu huileux déclenche un processus de polycondensation, ce qui détériore la rigidité diélectrique de l'huile. Le réservoir est obstrué par des dépôts de particules de carbone. Par conséquent, des révisions de l'appareil avec remplacement de l'huile sont nécessaires.

Disjoncteurs à huile avec chambre d'extinction d'arc

La présence d'une chambre d'extinction d'arc augmente considérablement la capacité de coupure et la fiabilité des disjoncteurs de type cuve. Celle-ci est placée dans l'huile contenue dans la cuve. Dans les disjoncteurs à trois cuves, chaque phase est disposée dans une cuve séparée.

Un pôle d'un disjoncteur de type cuve en coupe. Il est équipé d'une chambre d'extinction d'arc C-35-630-10. Le marquage indique que le disjoncteur est destiné à être installé dans un appareillage de distribution de 35 kV et plus, conçu pour un courant nominal de 630,4 kA, et un pouvoir de coupure de 10 kA.

La construction est plus complexe que celle des disjoncteurs à huile sans chambres d'extinction d'arc et se compose de :

• pôle (1) ;
• transformateur de courant (2) ;
• corps du mécanisme de commande (3) ;
• tige (4) ;
• contact fixe (5) ;
• chambre d'extinction d'arc (6) ;
• isolation (7) ;
• élément chauffant (8) ;
• dispositif de vidange d'huile (9).

La partie supérieure de la chambre est équipée d'un contact fixe. Lors de la fermeture, un contact mobile en forme de tige y pénètre. En cas d'ouverture, la tige quitte le contact fixe, ce qui provoque l'apparition d'un arc dans la chambre. La pression qui en résulte est d'un ordre de grandeur supérieur au paramètre correspondant des disjoncteurs non équipés de chambre d'extinction d'arc.

La pression de 8-7 MPa réduit le diamètre de l'arc, augmente la rigidité diélectrique de l'intervalle après le passage du courant par zéro. Il en résulte un processus d'extinction d'arc plus rapide. Après la sortie du contact mobile de la chambre, un échappement de gaz avec entraînement partiel d'huile se produit par l'orifice libre.

Le fût de l'arc se refroidit rapidement, une déionisation intense se produit. Avec l'augmentation du courant, l'efficacité de fonctionnement de la chambre d'extinction d'arc augmente. Le disjoncteur à huile peut également fonctionner comme un équipement à arc ouvert en cas de coupure de faibles courants.

Outre l'augmentation de la pression du mélange de vapeur dans l'intervalle de l'arc, on utilise une méthode telle que le soufflage renforcé du cocktail de vapeur dans la zone de l'arc pour accélérer l'extinction de l'arc. Il existe un soufflage longitudinal, transversal et opposé.

Le type de soufflage automatique est déterminé par la conception de la chambre de coupure. Dans le premier cas, le vecteur du mélange de vapeurs a une direction longitudinale par rapport à la colonne d'arc (fragment a). En cas de direction transversale, le flux de soufflage se déplace dans une direction perpendiculaire à la colonne d'arc ou selon un certain angle (fragment b).

Lorsque le flux a une direction opposée au vecteur de déplacement du contact mobile avec l'arc, il se produit un soufflage en opposition. Il n'est pas rare que les dispositifs de coupure utilisent des combinaisons de ces méthodes.

L'arc dans le disjoncteur à huile est éteint en trois étapes. Dans la première (a), de l'énergie électrique est libérée dans l'arc et une haute pression est générée dans l'enveloppe fermée. Au moment où le mélange sort de l'enveloppe, la deuxième étape (b) commence. La troisième (c) consiste à évacuer de la chambre les gaz chauds résiduels et les produits de décomposition.

La dernière étape consiste à préparer la chambre pour le prochain cycle de déclenchement. Cette étape est extrêmement importante pour le réenclenchement automatique.

Type n°2 — disjoncteurs à pot ou à faible volume d'huile

Dans les installations fermées, les disjoncteurs à pot sont utilisés comme disjoncteurs générateurs et de distribution. Dans les installations ouvertes, ils sont utilisés comme disjoncteurs de sous-station et de distribution. Dans ce type de disjoncteur, l'huile n'assure pas de fonction d'isolation ; elle n'est nécessaire que comme milieu d'extinction de l'arc.

Les risques d'incendie et d'explosion des disjoncteurs à faible volume d'huile sont nettement inférieurs à ceux des disjoncteurs à réservoir. Ils sont installés aussi bien dans les postes extérieurs que dans les postes intérieurs pour toutes les tensions jusqu'à 110 kV. Le rôle de l'isolation des pôles entre eux et par rapport à la terre est assuré par des diélectriques tels que la porcelaine, la résine moulée, la stéatite.

L'huile dans ces disjoncteurs occupe seulement 3 à 4% du volume du pôle. Le faible volume d'huile, la masse réduite et les dimensions pratiques sont des avantages indéniables de cet équipement. Cependant, ils sont utilisés dans les nœuds du système où les exigences envers les disjoncteurs ne sont pas élevées.

Ces limitations s'expliquent par la forte dépendance du pouvoir de coupure au courant de coupure et par l'inadaptation de la conception à un fonctionnement dans des conditions de coupures fréquentes.

Une autre raison réside dans les difficultés de mise en œuvre de réenclenchements automatiques rapides multiples. Dans les disjoncteurs à faible volume d'huile, les types de soufflage d'huile suivants sont utilisés : transversal, longitudinal, mixte. Les spécialistes considèrent le premier comme le plus efficace.

Pour les disjoncteurs de ce type destinés aux postes intérieurs, les contacts sont placés dans une cuve en acier. Les disjoncteurs à huile de tension nominale 35 kV et plus ont une enveloppe en porcelaine. L'équipement le plus utilisé est le type suspendu 6-10 kV. Son boîtier est fixé sur un châssis commun à tous les pôles. Les trois pôles sont équipés d'une chambre de coupure, chacun étant conçu pour une seule rupture de contact, et pour les tensions plus élevées, pour deux ruptures ou plus.

La conception des disjoncteurs à faible huile comprend les contacts mobiles et fixes (1 et 3), la chambre de soufflage (2), les contacts de travail (4).

Selon ce schéma, les disjoncteurs VMP, VMG, MG sont fabriqués pour des tensions allant jusqu'à 20 kV. La particularité de la conception des disjoncteurs pour les courants de calibre élevé est que les contacts de travail sont placés à l'extérieur, tandis que les contacts d'extinction d'arc sont à l'intérieur du réservoir.

Les disjoncteurs de la série VMP sont souvent utilisés dans les appareils fermés, ainsi que dans les cellules KRU 6-10 kV. Dans les postes de distribution complets, on installe des disjoncteurs de la série VK. Ils sont équipés d'un actionneur électromagnétique ou à ressort intégré et sont conçus pour des courants de coupure de 20 à 31,5 kA et des calibres de courant de 630 à 3150 A.

Les disjoncteurs à colonne, fabriqués spécialement pour les KRU, sont de type extractible. Dans les installations 35 kV, on installe des disjoncteurs à huile (VM) de type colonne des séries VMK et VMUÉ. Les postes 110, 220 kV sont équipés de disjoncteurs de la série VMT. L'unité a une base soudée sur laquelle sont placés ses trois pôles. La commande est à ressort.

Sur la photo, le disjoncteur VMT-110. L'image de gauche montre les composants qui le composent : actionneur à ressort (1), isolateur de support du pôle du disjoncteur (2), dispositif d'extinction d'arc (3), socle (4), mécanisme de commande (5).

Sur le côté droit de la photo, on voit le module où : 1 — conducteur de courant, 2 — contact mobile connecté au conducteur de courant via des dispositifs de collecte de courant. La chambre d'extinction d'arc est indiquée par le numéro 3, le contact fixe — 5. Tout ce qui précède est placé dans un isolant creux (4) en porcelaine. À l'intérieur se trouve de l'huile de transformateur, et sur le dessus se trouve un capuchon (6).

Ce dernier est équipé d'un manomètre pour permettre le contrôle de la pression dans le module. De plus, sur le couvercle se trouvent un orifice de remplissage de gaz comprimé, une soupape de décharge automatique, un indicateur de niveau d'huile (8). Le contact mobile et le mécanisme de commande sont reliés par des tiges d'isolation.

La conception du pôle est identique pour toute la série de disjoncteurs. Dans les réservoirs des disjoncteurs à huile (MV) pour les calibres de courant de 630 à 1600 A, il y a 5,5 kg d'huile, de 1600 à 3150 A inclus — 8 kg.

Pour améliorer la fiabilité, des éléments de commande et de protection supplémentaires sont inclus dans la conception de certains disjoncteurs :

• électroaimants de déclenchement ;
• relais à action instantanée et temporisée en cas de courant de seuil ;
• relais de minimum de tension ;
• contacts supplémentaires.

Selon la disposition, il existe des disjoncteurs à faible huile avec la chambre d'extinction d'arc en position basse et l'inverse — en position haute. Dans le premier cas, le contact mobile se déplace de haut en bas, dans le second — l'inverse. La capacité de coupure de ces derniers est plus élevée.

Marquage des disjoncteurs à huile

Le décodage du marquage apposé par le fabricant sur le disjoncteur à huile permettra de se familiariser avec les informations de base le concernant. Prenons par exemple le marquage du disjoncteur VMG-133. Le premier symbole « V » indique qu'il s'agit d'un disjoncteur.

Ce schéma présente la composition de la désignation symbolique des disjoncteurs haute tension, y compris pour les équipements remplis d'huile.

Le second — «M» désigne le type de disjoncteur, dans ce cas — à faible volume d'huile. La lettre «G» indique l'appartenance à un type spécifique — à pot. 133 — série MV.

Règles d'exploitation des disjoncteurs à huile

Le personnel de maintenance, d'exploitation et les spécialistes liés à l'entretien et à l'exploitation des disjoncteurs à huile doivent connaître les instructions correspondantes, la construction et le principe de fonctionnement de l'équipement.

Les travailleurs qui entretiennent les MV doivent contrôler pendant l'exploitation :

1. La tension de service, le courant de charge. Les valeurs ne doivent pas dépasser les plages indiquées dans les tableaux.
2. La hauteur de la colonne d'huile dans les pôles, l'absence de fuites.
3. La présence de lubrifiant sur les pièces en frottement. Les contacts peuvent perdre leur mobilité et se bloquer si le lubrifiant des éléments frottants devient épais et sale.
4. La poussière dans les locaux où se trouvent les dispositifs de distribution.
5. La conformité des caractéristiques mécaniques des disjoncteurs en service aux normes des tableaux.

Après chaque déclenchement dû à un court-circuit, il faut inspecter l'équipement. Les informations sur ces déclenchements sont consignées dans un registre spécial. Un registre des défauts doit être disponible pour enregistrer les informations sur les anomalies détectées pendant le fonctionnement de l'appareil. Le disjoncteur qui a déclenché à la suite d'un court-circuit doit être inspecté.

On vérifie s'il y a une éjection d'huile. Si cela s'est produit, et en grande quantité, cela indique un déclenchement anormal dû à un court-circuit. L'équipement est mis hors service et soumis à une inspection. Lorsque l'huile est foncée, un remplacement est nécessaire. La viscosité de l'huile, qui augmente lorsque la température baisse, affecte négativement la vitesse d'ouverture.

Il est parfois nécessaire de remplacer l'ancienne graisse lors de la réparation par une nouvelle : Tsiatim-221, GOI-54 ou Tsiatim-201.

Tableau avec les caractéristiques techniques des disjoncteurs à huile. Si les valeurs réelles ne correspondent pas aux valeurs d'usine, le réglage est refait.

Après la mise hors service du MV, les isolateurs de support, les tiges, l'isolation des cuves doivent être soigneusement inspectés pour détecter les fissures. L'isolation très sale est essuyée. La nécessité d'une réparation extraordinaire apparaît après un certain nombre de courts-circuits.

L'inspection périodique (IP) est effectuée mensuellement. On prête attention au degré d'échauffement du disjoncteur. La réparation courante (RC) est réalisée chaque année. Elle comprend des travaux tels que la vérification et l'élimination des défauts de fixation, de la cinématique de l'entraînement, du niveau d'huile, des joints. On vérifie également l'intégrité des pièces d'isolation.

Après 3 à 4 ans suivant une révision générale, vous effectuez une réparation moyenne (RM). Elle inclut l'ensemble des travaux de réparation courante (RC) plus des mesures de résistance de transition des pôles et des vérifications des paramètres mécaniques et de vitesse.

En cas de non-conformité des caractéristiques contrôlées avec les données du tableau, vous démontez le disjoncteur, effectuez le réglage et l'ensemble complet des tests haute tension.

Lors d'une réparation exceptionnelle, vous essayez principalement de conserver le réglage précédent. Pour cette raison, vous démontez le disjoncteur au minimum. La périodicité de la révision générale est de 6 à 8 ans. Dans le cadre de celle-ci, vous effectuez une inspection générale, déposez les cylindres du châssis, déconnectez les barres omnibus, réparez le mécanisme de commande, les dispositifs d'extinction d'arc et les contacts auxiliaires.

Après tout cela, vous effectuez le réglage, la peinture, reconnectez les barres omnibus et réalisez les tests. Vous documentez tous les travaux.

Outre les disjoncteurs à huile, d'autres appareils de coupure sont utilisés dans les réseaux haute tension. Par exemple, les disjoncteurs à gaz SF6 et à vide. Sur notre site, vous trouverez d'autres articles détaillant les caractéristiques et la structure de ces types de disjoncteurs ainsi que leurs particularités d'utilisation :

• Interrupteur sous vide : fonctionnement et principe + nuances de sélection et de connexion
• Disjoncteurs SF6 : critères de choix et règles de branchement

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Structure, types, fonction et exploitation des disjoncteurs à huile (MV) :

Aperçu détaillé du VMP-10 :

Les disjoncteurs à huile répondent également à toutes les exigences principales imposées aux disjoncteurs fonctionnant dans des conditions de haute tension. La plupart d'entre eux sont sûrs et fiables en fonctionnement, assurent une coupure rapide et sont faciles à installer. Malgré cela, les fabricants s'efforcent d'assurer une conformité encore plus grande aux exigences imposées aux disjoncteurs à huile (MV).

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