De La Foudre À L’arc Électrique

André Lefort

Sol

Cum

ulonimbus

Cinq Grands Types D’éclairs

• Décharges au sein du nuage et entre nuages (70 à 90% des décharges au cours d’un orage)

• Coup de foudre positif descendant• Coup de foudre positif ascendant• Coup de foudre négatif descendant• Coup de foudre négatif ascendant

Qu ’est ce que l ’appareillage

électrique?L ’appareillage électrique :

doit assurer la protection automatique en cas de court circuit

doit effectuer sur commande des opérations volontaires sur commande

assure ainsi la disponibilité du réseau et sa sûreté d ’emploi

Qu ’est ce que l ’appareillage électrique?

L ’appareillage électrique :

sectionneurs

interrupteurs

disjoncteurs

coupe circuit à fusible

parafoudres

...

Qu ’est ce que l ’appareillage

électrique?La basse tension de puissance: exemple de la gamme Masterpact

La très haute tension : exemple disjoncteur à air comprimé 420 kV

La moyenne tension : exemple de disjoncteur SM6

Le C60 pour les applications résidentielles

Qu ’est ce que l ’appareillage électrique ?Exemple d ’organisation

d ’un réseau interne d ’usine

EDF

Transformateur MT/BT

Transformateur MT/BT

Réseau BT

3 cellules disjoncteur

MT

Coupure Par Arc Électrique.

Première étape de la distribution de l’énergie électrique : de la centrale à la ligne à haute tension.

Disjoncteurs d’alternateur

jusqu’à 275 kVet 40000 A

Postes blindés jusqu’à 800 kV

Appareillage conventionnel de 72 kV à 800 kV

Équipement Disjoncteurs Haute Tension

Poste blindé

Disjoncteur Haute Tension

Phases d‘ouverture d‘un disjoncteurs HT

‘CLOSED’ position Start of opening Thermal effect Extinction ‘OPEN’ position

Simulations numériques dans les disjoncteurs HT

Simulations numériques dans les disjoncteurs HT

MCT ARC0101a.ppt 21/02/00

Station d‘essai en haute tension

Types D’appareils De Coupure Utilisés Selon Les Tensions.

Disjoncteur À Huile

Mise à défaut d’une phase par la présence de gaz dans l’appareil.

Disjoncteur À Air Type Solénarc

Disjoncteurs À Vide

Arc concentré (a) et arc diffus (b)

Baxial=0.07 T I = 12 kA

Texposition=25 microsecondes

Délectrode = 50 mm L = 6 mm

Texposition=75 microsecondes

Baxial =0.13 T I = 11.5 kA

Délectrode = 50 mm L = 4 mm

I = 2.5 kA

D = 20 mm

L = 8 mm

Low-temperature Plasma Physics

IOFFE Phys.-Techn. Institute

St Petersburg

Contacts créant un champ magnétique radial

Contacts créant un champ magnétique axial

Réalisation technique

Ensemble de cellules SF6 HTA : sur la partie haute, les liaisons par jeux de barres entre cellules sont visibles.

 Fusibles HTA sous une cellule SF6 : le dispositif mécanique de détection de déclenchement de percuteurs est visible.

 fusible HTA : plaque signalétique ; par transparence, l'élément de fusion et la silice sont visibles

Sections rétrécies

Une lame viergeUne lame fusible

Les fusibles haute tension

Les lames d’argent

Griffes

Lames d ’Ag

CalotteSupport

percuteur

Tube

Sable

Les fusibles haute tension: constitution

Contacts fermés

Ouverture des

contacts, création de

l’arc

IElectrodesou

rails

Création de l'arc

Chambrede coupurePréchambre

Contact fixe

Contact mobile

Arc

Principe de fonctionnement du disjoncteur

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

0 1 2 3 4 5 6 7

Time ( ms )

I limitedcurrent (A)U arc x 10(V)

Curent onmobilecontact

Iron recorded byP 5,6,7,8,9,10

Iron recorded byP 11,12

Temps (ms)

Allongement de l’arc

Arc

I

Commutation

Déplacement

Electrodesou

rails

Création de l'arc

Chambrede coupurePréchambre

Contact fixe

Contact mobile

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

0 1 2 3 4 5 6 7

Time ( ms )

I limitedcurrent (A)U arc x 10(V)

Curent onmobilecontact

Iron recorded byP 5,6,7,8,9,10

Iron recorded byP 11,12

Temps (ms)

L’arc atteint les plaques de

refroidissement

Arc

I

Commutation

Déplacement

Electrodesou

rails

Création de l'arc

Chambrede coupurePréchambre

Contact fixe

Contact mobile

• Insertion de l ’arc dans la chambre de coupure

• Découpe en de multiples sous-arcs

• Accroissement de la tension aux bornes du disjoncteur

• Absoption de l ’énergie

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

0 1 2 3 4 5 6 7

Time ( ms )

I limitedcurrent (A)U arc x 10(V)

Curent onmobilecontact

Iron recorded byP 5,6,7,8,9,10

Iron recorded byP 11,12

Temps (ms)

Phase d’extinction

(film)

Diagnostic: Film ultra-rapide (29500 i/s)

Thématiques de recherche et domaines physiques relatifs à la

coupure du courant

Hydrodynamique(écoulement desgaz chauds)

Physique des plasmas(propriétés de l ’arcélectrique)

Interaction arcparois plastiques

Aspectsdiélectriques

Autres …(magnétisme,actionneurs...)

Aspectsthermiques

Interactionarc contact/ailettes

Émission lumineuseet transfert radiatif

Lampes fluo compactes(dites basse consommation)

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997

Année

0

50

100

150

200

250

300

350

400Classique

Electronique

Production

Ventes mondiales de CFLs

Meilleure efficacitéContrôle de la couleurMeilleure stabilitéEncombrement & poids réduitsPossibilité de gradationPas d'interaction avec le réseau

Colonne Positive34 Watt

Principe de fonctionnementde la lampe fluo

Emetteur: Hg (7 mTorr)Gaz tampon: Ar (3 Torr)

400 mA50 Hz

Pertesau ballast

Chaleur

Chaleur9.2W

VisibleV

is.

0.8

W UV

UV24W

Visible10 W

Chaleur30 W

Pertesaux électrodes

Ele

ctro

des

6W

Vis.9.2 W

Chaleur14.8 W Puissance

40 Watt

Puissance40 Watt

Parois

PoudreFluorescente

Une « équivalence » simple

mais économique…CFL

~36 lm/W

GLS~12 lm/W

20 W CFL60 W GLS

Prix moyen CFL 13 €, GLS 0,70 € Durée de vie CFL 10 000 h, GLS 1 250 h 1 CFL de 20W remplace une GLS de 60W Temps d’utilisation moyen: 3,5 h/jour

Gain: 0,018 €/an/kWh économisée

Exemples de "Couleur"

OriginalOriginalSodium

Basse pression

SodiumHaute

Pression

MercureHaute

Pression

Quel choix effectuer ?

0 100

12-14 lm/WCRI~100

200 lm/WCRI~0

Bon

Faible

Moyen

IRC

Sodium Haute Pression

MercureHaute Pression

MHL(quartz)

MHL(céramique)

Sodium Haute Pression

"White"

incandescence

Sodium Basse Pression

Eclairageintérieur

Eclairageroutier

Rendement

Pixel Matrix 1366 x 768

Pixel Pitch 0.972 x 0.972

Luminance 450 Cd/m2

Contrast Ratio (DR) 500:1

Nb. of Colors 16.7 Million

Set Thickness 133 mm

Les Écrans Plasmas

                                                                                          

 

Figure 4: CCD images at 3 different times of a current pulse in an AC matrix discharge in a macro-cell. The exposure time for each image is 500 ns. At 2.6 s the current is close to its maximum value. Gas pressure is 3 torr, gap length 1 cm, ITO electrodes, electrode width 16 mm, gas mixture Xe(10%)-Ne, sustain voltage 240 V, sustain frequency 1 kHz.

                                                                                 

Figure 5: CCD images at a time close to the time of maximum current in the same conditions as Fig. 4; a) without filter, b) with a filter cutting the wavelengths below 700 nm.

ITO: oxyde d’indium et d’étain

Xe – Ne : 10 – 90 , pression 600 mm de mercure

Évolution temporelle de la tension, de la densité du plasma, et de la densité de courant électrique.

Les Torches À Plasma

Torche à arc Torche ICP

(Inductively Coupled Plasma)

Torches ICP

Torche À Arc Non Transféré

Configuration étudiéeTorche OCP150 dans l’oxygène

1 : Coiffe2 : Tuyère3 : Injecteurs vortex4 : Cathode

1

2

34

dAir

Oxygène

Faible intensité - Fonctionnement entre 30 et 120A

Gaz plasmagène :- Oxygène

Tuyère :- Diamètre de tuyère très fin (entre 0.8 et 1.2 mm)

Epaisseur de tôles :entre 1 et 10mm

D: ISOTHERMES Ar-Cu 200A stationnaireD: ISOTHERMES Ar-Cu 200A stationnaire

Arc transféré

Plasma d’argon atmosphérique pour vitrification de déchets

Puissance 10kW

CORIA Rouen

Plasma de découpe atmosphérique CORIA Rouen

Plasma d’azote à 1mBar : simulation rentrée dans l’atmosphère

Mach 2, T = 6000K, puissance 15 à 20 kW

CORIA Rouen

Plasma d’air atmosphérique

Destruction de polluants atmosphériques

Puissance moyenne 1kW

CORIA Rouen

GLIDARC

Orléans GREMI

Z Pinch GREMI Orléans

+

Différence de potentielZone cathodique

10 V < Vc< 20 V

Colonne

1000 V/m < E < 10000V/m

Zone anodique

3 V < Va < 10 V

Espèces présentes : e- N O

N+ O+ N2 NO NO+ N2+ O2 O2

+

-

+