De La Foudre À L'arc Électrique - André Lefort
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De La Foudre À L’arc Électrique
André LefortCumulonimbus
SolCinq 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 ascendantQu ’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 ’emploiQu ’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
Le C60 pour les
applications
La moyenne tension :
résidentielles
exemple de disjoncteur
SM6Qu ’est ce que l ’appareillage
électrique ?
Exemple d ’organisation
d ’un réseau interne
d ’usine
EDF 3 cellules Transformateur
disjoncteur MT/BT
MT
Réseau BT
Transformateur
MT/BTCoupure Par Arc Électrique.
Première étape de la distribution de l’énergie électrique : de la centrale à la ligne à haute tension.
Équipement Disjoncteurs Haute
Tension
Disjoncteurs
d’alternateur
jusqu’à 275 kV
et 40000 A
Postes blindés
jusqu’à 800 kV
Appareillage conventionnel
de 72 kV à 800 kVPoste 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
Station d‘essai en haute tension MCT ARC0101a.ppt 21/02/00
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
Low-temperature Plasma
D = 20 mm Physics
L = 8 mm IOFFE Phys.-Techn. Institute
St PetersburgContacts 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
Les fusibles haute
tension
Les lames d’argent
Unelame
Une lamefusible
vierge
Sections
rétréciesLes fusibles haute
tension: constitution
Tube
Support Calotte
Sable
percuteur
Lames d ’Ag
GriffesContacts fermés
Ouverture
des
contacts,
création de
l’arcContact fixe
Chambre
Préchambre de coupure
Electrodes I
ou Arc
rails
Contact mobile
Création de l'arc
Principe de fonctionnement
4500 du disjoncteur
I li m i t e d
c u rre n t (A )
4000 U a rc x 1 0
(V )
3500 C u re n t o n
m o b il e
c o n ta c t
3000
2500
2000
1500
1000
Iro n re c o rd e d b y Iro n re c o rd e d b y
P 5 ,6 ,7 ,8 ,9 ,1 0 P 1 1 ,1 2
500
0
0 1 Temps
2 (ms)
3 Î 4 5 6 7
T im e ( m s )Allongement de l’arc
Contact fixe
Chambre
Préchambre de coupure
Electrodes I
ou Arc
rails
Contact mobile
Création de l'arc Déplacement
4500
Commutation I limited
current (A)
4000 U arc x 10
(V)
3500 Curent on
mobile
contact
3000
2500
2000
1500
1000
Iron recorded by Iron recorded by
P 5,6,7,8,9,10 P 11,12
500
0
0 1 Temps 3(ms) Î4
2 5 6 7
Time ( ms )L’arc atteint les plaques de refroidissement
Contact fixe
Chambre
Préchambre de coupure
Electrodes I
ou Arc
rails
Contact mobile
Création de l'arc Déplacement
Commutation
4500
I limited
current (A)
4000 U arc x 10
(V)
3500 Curent on
mobile
contact
3000
2500
• Insertion de l ’arc dans la chambre de coupure
2000
• Découpe en de multiples1500
sous-arcs
• Accroissement de la tension
1000 aux bornes du disjoncteur
Iron recorded by Iron recorded by
P 5,6,7,8,9,10 P 11,12
• Absoption de l ’énergie 500
0
0 1 Temps3 (ms) Î
2 4 5 6 7
Time ( ms )Phase d’extinction
Diagnostic: Film ultra-rapide (29500 i/s)
(film)Thématiques de recherche et
domaines physiques relatifs à la
coupure du courant
Physique des
plasmas Hydrodynamique
(propriétés de l ’arc (écoulement des
électrique) gaz chauds)
Émission lumineuse
et transfert radiatif Aspects
diélectriques
Interaction
arc contact/ailettes
Aspects
Interaction arc thermiques
Autres …
parois plastiques (magnétisme,
actionneurs...)Lampes fluo compactes
(dites basse consommation)
Meilleure efficacité
Contrôle de la couleur Ventes mondiales de CFLs
Meilleure stabilité
Encombrement & poids réduits Classique
Possibilité de gradation 70,0
Electronique
400
Pas d'interaction avec le réseau Production
350
60,0
300
50,0
250
40,0
200
30,0
150
20,0
100
10,0 50
0,0 0
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997
AnnéePrincipe de
fonctionnement
de la lampe fluo
Puissance
Emetteur: Hg (7 mTorr)
40 Watt Poudre Gaz tampon: Ar (3 Torr)
Fluorescente
ChaleurVisible
Colonne Positive
34 Watt
Electrodes 6W
Pertes
aux électrodes
UV
24W
Vis. 0.8W
Chaleur 400 mA UV
9.2W 50 Hz
Chaleur Vis.
14.8 W 9.2 W Puissance
Parois Pertes 40 Watt
au ballast
Chaleur Visible
30 W 10 WUne « équivalence »
simple
mais économique…
CFL GLS
~36 lm/W ~12 lm/W
20 W CFL
60 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 Gain: 0,018 €/an/kWh économisée
Temps d’utilisation moyen: 3,5 h/jourExemples de "Couleur"
Sodium
Basse pression
Original
Mercure
Haute
Pression
Sodium
Haute
PressionQuel choix effectuer ?
Rendement
Sodium Eclairage
Bon Basse Pression routier
MHL MHL
Sodium (quartz) (céramique)
Haute Pression
Mercure
Haute Pression Sodium Eclairage
Moyen Haute Pression intérieur
"White"
incandescence
200 lm/W
CRI~0 12-14 lm/W
CRI~100
Faible
0 100 IRCLes Écrans Plasmas 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
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 µs 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 ICP
Torche à arc
(Inductively Coupled Plasma)Torches ICP
Torche À Arc Non Transféré
Configuration étudiée
Torche OCP150 dans l’oxygène
Oxygène
) Faible intensité 4
- Fonctionnement entre 30 et 3 1
120A
2
) Gaz plasmagène :
- Oxygène Air d
) Tuyère :
- Diamètre de tuyère très fin
(entre 0.8 et 1.2 mm) 1 : Coiffe
2 : Tuyère
) Epaisseur de tôles : 3 : Injecteurs vortex
4 : Cathode
entre 1 et 10mmArc transféré D: ISOTHERMES Ar-Cu 200A stationnaire
Plasma d’argon atmosphérique pour vitrification de déchets
Puissance 10kW
CORIA
RouenPlasma 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 RouenPlasma d’air atmosphérique
Destruction de polluants
atmosphériques
Puissance moyenne 1kW
CORIA RouenGLIDARC Orléans GREMI
Z Pinch GREMI Orléans
+
- Différence de potentiel
Zone cathodique
10 V < Vc< 20 V
Colonne
1000 V/m < E < 10000V/m
Espèces présentes : e- N O
N+ O+ N2 NO NO+ N2+ O2 O2+
Zone anodique
3 V < Va < 10 V
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