1 1 LA
COURBE DE DÉPLACEMENT
|
Retour au début
|
|
1.1 Description |
Retour au début |
|
Lors de
la synchronisation d'un disjoncteur, une mesure
des temps de fonctionnement à partir de l'apparition
de la commande aux bornes de la bobine de commande
jusqu'au basculement du contact principal est
tracée à l'aide de l'appareil
de synchro, par exemple le CBA32P de ZENSOL.
Cette
mesure donne une information précieuse sur
l'état du disjoncteur et permet dans
la plus part des cas de vérifier avec exactitude
la présence ou non des anomalies. Mais cette
mesure précieuse et même essentielle
ne révèle pas tous les secrets du disjoncteur.
De l'information importante reste toujours à
l'abri.
Là
où c'est possible, une mesure point par
point du mouvement des parties internes du disjoncteur,
depuis le début du mouvement jusqu'à
l'arrêt final, permet de tracer une courbe
appelée COURBE DE DÉPLACEMENT.
Alors
que la courbe de temps du contact principal donne
l'instant du début du mouvement et l'instant
de basculement de contact seulement, l'information
révélée par la courbe de déplacement
est intéressante car elle nous permet de suivre
le déroulement du mouvement du début
jusqu'à la fin.
|
|
|
1.2 Fonctionnement à l'ouverture |
Retour au début |
|
Fig 1.2 Courbe de déplacement à l'ouverture
Un exemple de courbe de déplacement à l'ouverture
est tracé à la Fig. 1.2 superposée
avec une courbe de temps d'ouverture du contact
principal (en rouge).
Même si l'allure globale de la courbe en général
est la première à vérifier, trois
Zones (encerclées sur Fig. 1.2) reçoivent
une attention particulière.
Zone A : le début du mouvement
Zone B : l'instant de la séparation des
contacts.
Zone C : le début du ralentissement jusqu'à
l'arrêt final.
|
| |
|
|
1.2.1 Zone A : début du mouvement |
Retour au début |
|
C'est la zone où le mouvement commence. Il est
extrêmement important de savoir si le mouvement
a commencé à la bonne place. A titre
d'exemple, Un retard avec la valeur de référence
signifie la présence d'un problème,
électrique ; si la bobine n'est pas excitée
à temps ou mécanique ; quelque part
entre le mécanisme de commande où le
mouvement est initié et le contact mobile du
disjoncteur lui-même. |
| |
|
|
1.2.2 Zone B : séparation des contacts |
Retour au début |
C'est la zone où les contacts principaux se
séparent. À cet instant précis
l'arc prend naissance et le disjoncteur met
ses moyens pour son extinction. La vitesse de séparation
prend un aspect important et devient un paramètre
primordial pour réussir la coupure.
La méthode de calcul de la vitesse moyenne dans cette
zone est propre au concepteur de l'appareil.
C'est à lui seul à déterminer
la méthode de calcul pour établir la
valeur de référence. |
| |
|
| 1.2.3 Zone C : ralentissement |
Retour au début |
|
C'est la zone où le mouvement décélère
jusqu'à l'arrêt complet du
contact mobile du disjoncteur.
L'énergie mise en œuvre dans le processus
de coupure est d'autant plus importante que
le courant à couper est important. Une fois
l'interruption du courant et l'extinction
de l'arc réussis, l'énergie
développée se trouve excessive.
Des moyens efficaces d'amortissement sont alors mis
en œuvre pour absorber cet excès d'énergie
et réduire le risque d'endommager les
parties internes du disjoncteur. L'observation
de cette zone permet de vérifier si l'amortissement
est optimisé c'est à dire si l'arrêt
se fait en douceur.
Un amortissement non suffisant, qu'on appelle sous-amortissement,
laisse les parties en mouvement entrer en choc avec
la fin de course, produisant des dommages importants.
Un amortissement sec provoque l'absorption de l'énergie
cinétique développée par les
parties mobiles résultant des dommages similaires
au cas précédant, on dit alors qu'on
est en sur-amortissement. |
| |
|
| 1.3 Fonction à la fermeture |
Retour au début |
|
Un exemple de courbe de déplacement à la fermeture
est tracé à la Fig. 1.3 superposée
avec une courbe de temps de fermeture du contact principal
(en rouge).
Fig 1.3 Courbe de déplacement à l'ouverture
Même si l'allure globale de la courbe en général
est la première à vérifier, trois
Zones (encerclées sur Fig. 1.3) reçoivent
une attention particulière.
Zone A : le début du mouvement
Zone B : l'instant de la fermeture des contacts
Zone C : le début du ralentissement jusqu'à
l'arrêt final. |
| |
|
| 1.3.1 Zone A : le début du mouvement |
Retour au début |
|
Comme dans le cas de la courbe de déplacement à
l'ouverture, c'est la zone où le
mouvement commence, et il est extrêmement important
de savoir si le mouvement a commencé à
la bonne place. |
| |
|
|
1.3.2 Zone B : l'instant de la fermeture des contacts |
Retour au début |
|
C'est la zone où les contacts principaux rentrent
en contact. Dans cette zone, appelée également
zone de pré-arc, à fur et à mesure
que les contacts se rapprochent, le diélectrique,
fonction de la distance de séparation, se trouve
insuffisant et un courant dit de pré-arc jaillit
sous forme d'arc dont la durée est fonction
de la vitesse des contacts.
La vitesse est alors un facteur important pour limiter l'usure
prématurée des contacts. |
| |
|
Comme dans le cas de l'ouverture, la méthode
de calcul de la vitesse moyenne dans cette zone est
également déterminé par le concepteur
de l'appareil. C'est à lui seul
à déterminer la méthode de calcul
pour établir la valeur de référence.
|
| |
|
|
1.3.3 Zone C : ralentissement |
Retour au début |
|
C'est la zone où le mouvement décélère
jusqu'à l'arrêt complet du
contact mobile du disjoncteur.
L'énergie mise en œuvre dans le processus
de fermeture est inférieure que celle mise
dans le processus de coupure mais reste néanmoins
importante.
Un excès d'énergie se traduit par une
sur-course qui, si elle dépasse les tolérances
permises, peut provoquer des dommages importants à
l'appareil. |
| |
|
|
1.4 Courbe de Vitesse |
Retour au début |
|
Une courbe dite de vitesse, est calculée par dérivation
de la courbe de déplacement à l'aide
du logiciel d'analyse, CBAWIN par exemple. La
courbe de vitesse donne la vitesse en fonction du
temps ce qui permet d'obtenir de nouvelles informations
sur le comportement dynamique de l'appareil. |
| |
|
|
1.5 Courbe d'accélération |
Retour au début |
|
De la même façon une courbe d'accélération
peut être tracée, par dérivation
de la courbe de vitesse, toujours par le biais du
logiciel d'analyse CBA, et une autre donnée
utile en découle. |
| |
|
|
2 RÉALISATION |
Retour au début |
|
Pour la réalisation de la courbe de déplacement
un montage entre l'appareil CBA32P de ZENSOL
et le disjoncteur est nécessaire. Un capteur
de déplacement est utilisé pour capter
le mouvement du contact mobile. Le logiciel CBAWIN
traite les données, trace la courbe de déplacement
et effectue les divers calculs de vitesse. Pour comprendre
le processus, une description sommaire du capteur,
de disjoncteur et du CBA32P dans les lignes suivantes. |
| |
|
|
2.1 Capteur de déplacement |
Retour au début |
|
2.1.1 Description
Le capteur de déplacement, dans sa forme la
plus élémentaire, est composé
d'une partie fixe et une autre mobile. La partie
mobile est connectée sur le contact mobile
du disjoncteur à vérifier et se déplace
avec celui-ci alors que la partie fixe constitue la
référence.
Plusieurs types de capteurs existent sur le marché.
Ils se distinguent par la méthode utilisée
pour identifier la valeur relative par rapport à
la valeur de référence. A titre d'exemples
de capteurs :
· Capteur magnétique
· Capteur optique
· Capteur résistif
· Etc.
Dans les lignes qui suivent, on va élaborer le capteur
résistif qui est le plus populaire. Ce genre
de capteur est constitué d'une résistance
et un curseur mobile le long de cette résistance.
On trouve deux types :
· Le capteur à déplacement linéaire,
dit capteur linéaire (fig. 2.11a)
· Le capteur à déplacement rotatif, dit capteur
rotatif (fig.2.11b)
La différence entre les deux est par la disposition
physique de la résistance de référence
et dans la façon dont le curseur se déplace.
|
 |
|
|
Fig 2.11a Capteur Linéaire |
Retour au début |
Fig 2.11b Capteur rotatif
Pour le capteur linéaire le déplacement du
curseur est linéaire en ligne droite, alors
que pour le capteur rotatif le déplacement
est une rotation. |
| |
|
|
2.1.2 Fonctionnement |
Retour au début |
Le capteur vient se fixer solidement au support du
disjoncteur, alors que le curseur mobile est solidement
lié à la tringlerie de commande du contact
mobile.
Une source de tension fixe (E) est connectée aux bornes
(1) et (3) Lorsque le disjoncteur est en position
FERMÉ, la tension lue entre les bornes (2)
et (3) du capteur est (V1), à fur et à
mesure que le contact mobile se déplace vers
la position OUVERT, la tension lue (Vt) entre (2)
et (3) décroît en fonction du temps jusqu'à
la valeur (V2) inférieure à (V1) à
l'arrêt final du contact du disjoncteur. |
 |
|
|
2.2 Fig. 2.12 Fonctionnement d'un capteur de déplacement
linéaire |
Retour au début |
| |
|
|
2.2 Disjoncteur |
Retour au début |
Fig. 2.21 Principe du disjoncteur |
| |
|
|
2.2.1 Description |
Retour au début |
Un disjoncteur haute-tension est composé de
deux parties principales :
1. Partie Electrique de puissance (partie active)
2. Partie commande
La première est chargée d'établir
ou d'interrompre le courant de puissance dans
le circuit haute tension où le disjoncteur
est installé. La deuxième est chargée
de développer l'énergie nécessaire
pour la réalisation de ces opérations.
La liaison entre la commande et la partie active se fait
dans la plupart des cas par une tringle isolante,
montrée symboliquement en rouge dans la Fig.
2.21. |
| |
|
|
2.2.2 Partie Electrique de puissance |
Retour au début |
Cette partie est généralement constituée
de trois phases égales. Chaque phase comporte
un ensemble contact fixe et un autre ensemble contact
mobile. Lorsque les deux ensembles de contacts se
touchent, on dit que le disjoncteur est «FERMÉ»
et le courant passe dans le circuit de puissance.
Pour interrompre le passage du courant dans le circuit de
puissance, l'ensemble contact mobile est déplacé
mécaniquement loin de l'ensemble contact
fixe et arrêté à une distance
suffisante pour assurer l'isolation électrique.
Fig 2.22 Partie électrique de puissance
|
|
2.2.3 Partie commande |
Retour au début |
Cette partie est chargée de bâtir l'énergie
nécessaire pour réussir les opérations
mécaniques tant à l'ouverture
qu'à la fermeture.
3 types de commandes sont populaires dans le monde des disjoncteurs
haute-tension :
- Commande pneumatique
- Commande hydraulique
- Commande mécanique à ressort |
| |
|
|
2.2.3.1 Commande pneumatique |
Retour au début |
Equipe généralement les disjoncteurs
à air comprimé. Ce type de disjoncteur
utilise l'air comprimé comme fluide diélectrique
et possède des contacts mobiles de type piston.
Une série de valves activées à des moments
précis permet d'admettre la pression
de l'air comprimé sur un côté
du piston ce qui provoque son déplacement sous
l'effet de la différence de pression
des 2 bords du piston. Le mouvement du contact mobile
n'est généralement pas accessible
dans ce type de disjoncteur rendant presque impossible
l'utilisation des capteurs conventionnels. |
| |
|
|
2.2.3.2 Commande hydraulique |
Retour au début |
Ce type de commande possède un réservoir
d'énergie, appelé accumulateur,
sous forme d'azote sous pression ou des ressorts
comprimés par de l'huile hydraulique
et une pompe. Le contact mobile du disjoncteur est
lié au piston d'un vérin hydraulique
puissant par l'intermédiaire d'une
tringle isolante.
Un jeu de valves hydrauliques permet l'admission de
la pression accumulée préalablement
dans les accumulateurs, d'un côté
ou l'autre du piston du vérin qui se
déplace et le contact mobile dans la direction
souhaitée.
Fig 2.2.32 Commande hydraulique |
| |
|
|
2.2.3.3 Commande mécanique à ressort |
Retour au début |
Ce type de commande est le plus demandé pour
sa fiabilité démontrée et sa
faible fréquence de maintenance périodique.
Elle comporte en général un ressort comprimé
pour accumuler l'énergie nécessaire
pour la fermeture et un autre ressort destiné
à accumuler l'énergie pour l'ouverture.
Le ressort de fermeture (E) est comprimé manuellement,
à l'aide d'une manivelle ou, électriquement
par le biais d'un moteur électrique.
Un jeu de cliquets de verrouillage à la fermeture
contrôle l'énergie accumulée
dans le ressort de fermeture.
Cette énergie lorsque libérée, par détente
du ressort de fermeture, provoque le déplacement
du contact mobile vers le contact fixe, par l'entremise
des bielles de liaison, et charge simultanément
le ressort d'ouverture qui maintient l'énergie
ainsi accumulée, par un jeu de cliquets de
verrouillage à l'ouverture, pour le prochain
ordre d'ouverture
Fig 2.2.33 Commande mécanique à ressort
|
| |
|
|
2.3 Choix du capteur |
Retour au début |
|
Le but recherché est de reproduire le mouvement exact
du contact mobile de la chambre de coupure du disjoncteur
qui est, en général, non accessible
car le tout est enfermé dans un volume clos.
Tandis que le déplacement final de ce contact
mobile est toujours linéaire, le mouvement
initial qui est généré par le
mécanisme de commande n'en est pas toujours
pour autant.
Le mouvement initié par le mécanisme de commande
peut être rotatif transformé par le biais
de jeu de leviers et de tringles de connexion au déplacement
linéaire final.
Lorsque le mouvement linéaire du contact est accessible,
indirectement, par le biais d'une tringle par
exemple Un capteur linéaire peut reproduire
fidèlement ce mouvement en se branchant correctement
sur la tringle en question. A la figure 2.3a vous
trouverez un exemple de mouvement linéaire
capter par un capteur linéaire. (Pour un exemple
d'un mouvement linéaire accessible)
|
 |
|
Fig 2.3a Exemples de capteurs linéaires
Dans le cas où le seul mouvement accessible est le
mouvement de la commande et que celui-ci est rotatif,
le mouvement final du contact mobile est acquis en
transformant ce mouvement rotatif par l'intermédiaire
de divers leviers de connexion de dimensions différents.
Les dimensions des leviers ajoutent des facteurs multiplicatifs
qui viennent influencer la courbe recherchée,
alors que le mouvement angulaire de ces leviers est
toujours le même. Dans ce cas l'utilisation
des capteurs rotatifs donne un meilleur résultat.
Une condition s'impose, cependant, c'est de tracer
préalablement, lors des essais de conception
une courbe de correspondance, point par point entre
le mouvement angulaire et le mouvement linéaire.
Un exemple d'utilisation de capteur rotatif est montré
à la fig. 2.3b. |
|
 |
|
Fig. 2.3b Exemples de capteurs rotatifs |
|
| |
|
|
2.4 Acquisition et affichage des résultats |
Retour au début |
|
Fig. 2.4a Zensol
CBA-32P instrument
The acquisition and the display of the results is
performed by the analog input channels of ZENSOL's
CBA32P (see Fig. 2.4a)
Each analog channel has three leads numbered (1), (2), and
(3) on the corresponding plug.
Between leads (1) and (3), a 10 volt DC signal is generated
during the test.. The signal collected from the displacement
transducer is measured between (2) and (3), and transmitted
to the CBA Win analysis software, which draws the
curve on the computer screen. Fig. 2.4b shows an example
of CBA Win's graphic report, as it is shown on the
computer screen.
Fig 2.4b Rapport graphique CBA Win tel que vu à l'écran
|
| |
|
|
2.5 Courbe de déplacement |
Retour au début |
|
La courbe de déplacement est généralement
tracée avec les millimètres (mm) à
l'axe des ordonnées et les millisecondes
(ms) à l'axe des abscisses. Des exemples
de courbes de déplacement à la fermeture
et l'ouverture sont montrés à
la Fig. 2.5.
 
Fig. 2.5 Exemples de courbes de déplacement à
la FERMETURE et à L'OUVERTURE |
| |
|
|
2.5.1 Vitesse |
Retour au début |
La vitesse des contacts à l'ouverture,
comme à la fermeture, est un paramètre
important pour le fonctionnement des disjoncteurs haute
tension. La courbe de déplacement sert aussi
à calculer la vitesse de déplacement des
contacts à un instant bien précis qu'on
appelle vitesse instantanée à cet instant,
ou bien la vitesse moyenne pour un intervalle de temps
bien déterminé qu'on appelle la
vitesse moyenne |
| |
|
|
2.5.2 Courbe de vitesse instantanée |
Retour au début |
Le logiciel CBAWIN affiche une courbe des vitesse instantanées,
calculée par dérivation des données
recurillies sur une courbe de déplacement.
Un exemple de dérivation d'un signal de déplacement
(en vert) pour produire un graphique de l'évolution
de la vitesse de déplacement (en orange).
|
| |
|
|
2.5.3 Vitesse moyenne |
Retour au début |
La vitesse recherchée est généralement
à l ‘instant d'entrer en contact
(pour une opération de FERMETURE) ou de séparation
(pour une OUVERTURE) des contacts du disjoncteur.
Mais dû à la difficulté d'obtenir
une vitesse stable à chaque manœuvre,
on choisit de calculer la vitesse moyenne sur un intervalle
de temps autour de ce point.
La méthode précise de calcul doit être
obtenue du manufacturier du disjoncteur pour pouvoir
comparer les valeurs mesurées par les valeurs
de référence du manufacturier. |
| |
|
|
2.5.4 Exemple de calcul de la vitesse moyenne à l'OUVERTURE |
Retour au début |
Pour calculer la vitesse moyenne à l'ouverture
on détermine le point A sur la courbe de déplacement
qui correspond à l'instant de séparation
des contacts principaux. dT millisecondes (ms) après
le point A on détermine le point B sur la courbe
de déplacement.
L'ordonnée
du point A = YA mm
L'abscisse du point A = XA ms
L'ordonnée du point B = YB mm
L'abscisse du point B = XB ms
La vitesse moyenne à l'ouverture en mètre
par secondes (m/s) est calculée suivant la
formule suivante:
Vo(m/s) = (YA-YB) (mm)/ (XB-XA)(ms)
Dans ce cas XB-XA = dT = 100 ms
YA-YB = dY = 223.71 mm, alors
Vo = 223.71 / 100 = 2.24 m/s
|
| |
|
|
2.5.5 Exemple de calcul de la vitesse moyenne à la
FERMETURE |
Retour au début |
Pour calculer la vitesse moyenne à la fermeture on
détermine le point A sur la courbe de déplacement
qui correspond à l'instant d'entrée
en contact des contacts principaux. dT millisecondes
(ms) avant le point A on détermine le point
B sur la courbe de déplacement.
L'ordonnée
du point A = YA mm
L'abscisse du point A = XA ms
L'ordonnée du point B = YB mm
L'abscisse du point B = XB ms
La vitesse moyenne à la fermeture en mètre
par secondes (m/s) est calculée suivant la
formule suivante :
Vo(m/s) = (YA-YB) (mm)/ (XA-XB)(ms)
Dans ce cas XA-XB = dT = 100 ms
YA-YB =
dY = 240.5 mm, alors
Vo = 240.5 / 10 = 2.4 m/s
|
| |
|
|
2.5.6 PRÉCAUTIONS GÉNÉRALES |
Retour au début |
Lors de l'installation du capteur et le branchement
des différents fils certaines précautions
sont à observer : |
| |
|
|
2.5.6.1 Courbe inversée |
Retour au début |
En général les courbes de déplacement
présentent la position «FERMÉ» plus haut que la position «OUVERT».
Pour respecter cette règle il ne faut pas inverser
les fils entre les entrées 2 et 3 du capteur,
sinon la courbe se présentera inversée
(voir fig. 2.5.6a et b)
|
Fig 2.5.6a
Raccordements causant une courbe inversée de
déplacement
Fig 2.5.6b
Exemple inversé de courbe de déplacement (fermé) |
|
| |
|
|
2.5.6.2 Capacité du capteur |
Retour au début |
Lors de l'installation du capteur il faut s'assurer
que le mouvement mesuré ne sera pas plus grand
que la capacité du capteur sinon celui ci sera
endommagé et la courbe montrée ne représente
pas le mouvement réel du disjoncteur. Dans
la figure suivante on remarque un cas lorsque le capteur
fini sa course avant le disjoncteur à l'ouverture,
ceci est démontré par l'angle
sec à la fin de course.
|
 |
|
Fig. 2.5.6.2 Exemple
d'une courbe de déplacement excédant la gamme d'un
capteur
|
