Prévenir les Courants d'Appel Élevés dans la Commutation de Condensateurs : Stratégies Prouvées pour Systèmes Électriques Fiables

Comment Prévenir le Courant d'Appel Élevé dans la Commutation de Condensateurs ?

Introduction au Courant d'Appel Élevé dans la Commutation de Condensateurs

Les applications de commutation capacitive ne se limitent pas aux courants capacitifs ; elles s'appliquent aussi à l'energisation de batteries de condensateurs, lignes aériennes et câbles. La commutation de batteries de condensateurs cause de très fortes tensions transitoires aux contacts du disjoncteur.

La commutation capacitive se caractérise par la commutation de courants faibles à modérés dans réseaux industriels ou publics, et par une faible vitesse de montée de la tension de rétablissement. Les nouveaux disjoncteurs (longue vie mécanique/électrique sans maintenance) semblent adaptés ; le SF6 récent est conçu pour de meilleures performances avec moins d'interrupteurs par pôle, mais un scénario idéal reste inatteignable.

Dans les circuits de système électrique où les disjoncteurs préviennent les dommages, un déséquilibre de tensions aux bornes du disjoncteur peut mener à un fort courant d'appel ; toute interruption de courant capacitif peut causer des problèmes dans le diélectrique utilisé pour la commutation. Les condensateurs dans les batteries de condensateurs peuvent être endommagés par un fort courant d'appel.

De nombreuses batteries de condensateurs groupées sont présentes pour réguler la tension, améliorer le facteur de puissance (FP) et filtrer les harmoniques d'ordre élevé.

Dans la distribution, des réseaux de câbles génèrent une charge capacitive. Toute interruption de courant charge la charge capacitive, exposant le circuit à des dommages par réamorçage du diélectrique et surtensions.

Lorsque de forts courants d'appel traversent les postes, le système subit des conséquences sur le système de protection ; lors de la commutation, la tension dans la ligne oscille à fréquence légèrement inférieure, son amplitude devenant le double de la tension de crête du circuit, causant de graves risques. Cet article discute comment minimiser ce courant d'appel et les recommandations de base.

Méthodes d'Insertion des Condensateurs pour Prévenir le Courant d'Appel

Deux façons de placer les condensateurs pour minimiser le courant d'appel :

Circuit à Batterie de Condensateurs Unique

Premier scénario

Considérons le circuit ci-dessus : circuit monophasé avec éléments groupés pour circuit capacitif. Disjoncteur fermant ses contacts lors d'interruption, un condensateur et deux inductances, résistance ≈ 0, L₁ > L₂.

Le disjoncteur définit l'interruption. Ce circuit s'appelle batterie de condensateurs isolée.

Le courant dépend des paramètres du circuit et de l'état initial. Supposons le condensateur chargé à tension v₀ à l'instant t₀. Le courant se calcule par :

Où :

Dans ce scénario, l'amortissement fait diminuer le courant et le courant global s'établit.

Circuit à Batteries de Condensateurs dos à dos (Back-to-Back)

Second scénario : commutation capacitive batterie à batterie.

Deux condensateurs et deux inductances. Si le disjoncteur ferme lors d'interruption et qu'une rupture diélectrique se produit au point b-b' (différence de tension aux contacts), l'expression du courant est :
Où :

Ce courant peut être environ dix fois le courant de crête du circuit, mais n'affecte qu'un condensateur (local), le reste du système restant sûr.

Étapes pour Prévenir le Courant d'Appel Élevé

1. Une résistance doit être présente dans le circuit : la résistance augmente, le courant est utilisé à un certain niveau.
2. Une réactance supplémentaire peut être placée dans le système : pertes d'énergie supplémentaires et réduction des effets des condensateurs.

Commutation Synchrone

La surtension élevée est créée par la rupture du diélectrique entre contacts du disjoncteur. Pour éliminer ce problème, il faut s'assurer qu'à la fermeture du disjoncteur lors d'une interruption, il n'y a aucune différence de tension entre les contacts.

L'idéal étant inatteignable (facteur ± toujours présent), la commutation synchrone est une solution. Un dispositif nommé SmartClose Capacitor Switch convertit toute batterie en batterie synchrone via capteurs.

Fonctionnalités et Fonctionnement du Commutateur SmartClose

Il possède 6 capteurs de tension détectant la forme d'onde de tension des deux côtés (condensateur et source) de chaque interrupteur. Une commande de fermeture du contrôleur de batterie de condensateurs provoque la fermeture indépendante de chaque interrupteur quand la différence de tension est nulle, puis la commande de fermeture au SC (SmartClose) déclenche la fermeture à tension nulle dans tous les circuits.

Le contrôleur séparé de chaque batterie décide quand elle est nécessaire ; le commutateur SmartClose saisit cela et effectue la fermeture synchrone automatiquement.