Innovation dans le domaine de la haute tension - Disjoncteurs à vide et isolation "Clean-Air" Dr.-Ing. Dirk Helbig, CTO High Voltage Products

 
Innovation dans le domaine de la haute tension - Disjoncteurs à vide et isolation "Clean-Air" Dr.-Ing. Dirk Helbig, CTO High Voltage Products
Innovation dans le domaine de
la haute tension
Disjoncteurs à vide et isolation «Clean-Air»
Dr.-Ing. Dirk Helbig, CTO High Voltage Products
Unrestricted © Siemens Suisse SA 2018. All rights reserved.   siemens.ch
Innovation dans le domaine de la haute tension - Disjoncteurs à vide et isolation "Clean-Air" Dr.-Ing. Dirk Helbig, CTO High Voltage Products
Le système de valeurs des exploitants de réseaux devient toujours plus complexe.
Exemple ewz: La sécurité de l’approvisionnement, l’innovation et la durabilité sont des valeurs de grande
importance pour les parties prenantes.

                                                                                Des thèmes majeurs sont examinés annuellement par
                                                                                des groupes de spécialistes internes et externes.

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Innovation dans le domaine de la haute tension - Disjoncteurs à vide et isolation "Clean-Air" Dr.-Ing. Dirk Helbig, CTO High Voltage Products
La gamme des produits haute tension – un portefeuille complet
pour la durabilité et la rentabilité
 Installations de     Disjoncteurs                Sectionneurs et          Parafoudres             Transformateurs           Bobines                 Traversées             Isolateurs
 distribution isolées                             sectionneurs de                                  de mesure
 au gaz                                           mise à terre

  • GIS 8VM1             • Live Tank SF6 &        • Coupure centrale       • AIS Porcelaine        • Transfo. de courant     • Bobine sèche Air      • Traversée de          • Isolateur en polymer
    jusqu’à 72,5 kV        Disjoncteur à vide                                                        AIS (Oil, SF6 & Air)      Type Reactors           transformateur          pour les lignes de
                                                  • Pantographe            • AIS Composite
  • GIS 8VN1             • Dead Tank SF6 &
                                                                                                     GIS (Ind. & Sensors)
                                                                                                                             • Line Traps
                                                                                                                                                       AC & DC                 transmission jusqu’à
                                                  • Semi-Pantographe       • GIS (SF6 & Air)                                                           OIP, RIP, RIS           550 kV
    jsuqu’à 145 kV         Disjoncteur à vide                                                      • Transfo. de tension
                                                                                                                             • Bobine de
                                                  • Coupure verticale      • HVDC                    AIS (Inductif                                   • Traversée de mur
                         • Dead Tank                                                                                           suppression d’arc
                                                                                                     Oil, SF6 & Air; Cap.)                             AC & DC
  • GIS 8DN8               Compact /              • Coupure latérale       • FACTS
                                                                                                     GIS (Ind. & RC-D.)      • Limiteur de courant     RIP
    jusqu’à 170 kV         Module hybride
                                                  • Double coupure         • Distribution                                      de défaut Super-
                                                                                                   • Transfo. combiné                                • Traversée GIS
  • GIS 8DN9             • Disjoncteur              latérale                                                                   conducteur
                                                                           • Chemin de fer           AIS (Oil, SF6 & Air)                              (SF6 & Air)
    jusqu’à 245 kV         débrochable
                                                  • Type genouillère
                                                                           • Parafoudre de ligne   • HVDC (RC-Div.)                                  • Traversée de
  • GIS 8DQ1             • Disjoncteur pour GIS
                                                  • Type V                                                                                             générateur
    jusqu’à 550 kV                                                                                 • Produits capacitfs
                                                                                                                                                       RIP
                                                  • Sectionneur de terre

          SF6                      SF6                                              SF6                     SF6                                             SF6
    Zero CO2e               Zero CO2e                Zero CO2e                Zero CO2e               Zero CO2e                 Zero CO2e               Zero CO2e               Zero CO2e

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Innovation dans le domaine de la haute tension - Disjoncteurs à vide et isolation "Clean-Air" Dr.-Ing. Dirk Helbig, CTO High Voltage Products
Propriétés du SF6 et des gaz alternatifs
   Le gaz idéal n‘existe pas

                                                      SF6                     Clean Air                        Fluornitrile                  C5-Fluorkétone
Formule chimique                        SF6                      N2 + O2 (79,5%/20,5%)                   (CF3)2CFCN                    (CF3)2CFC(O)CF3
Equivalent CO2                          22.800                   0                                       2.100                         1
Point d‘ébullition (°Celsius)           -64°                     < -183°                                 -4,7°                         +26,9°
                                                                       Mélange gaz
Vecteur du gaz                          Pure ou mélangé avec     -                                       96% pour GIL                  83% CO2 / 11% O2
                                        N2, CF4                                                          94% CO2 pour GIS
Equivalent CO2                          ≤ 22.800                 0                                       327…462                        920 K (irréversib.)                ~ 970 K (irréversib.)
     SF6de
Produits  -Alternativen
            décomposition erfordern               Aucune lors de conditions
                                       Kompromissbereitschaft
                             Acide fluorhydrique,                               F-Nitril
                                                                     im Vergleich        [4]: HF, CO, COF2, CFSF
                                                                                    bestehenden               3CN, C-Anlagen
                                                                                                                     F CN, C2F6 C5-K. [6]: HF, CF4,
                                                                                C F , C  F  O, C  F , C F ,C HF   62 5
                             SO2, composants      d‘exploitation normales (VIU)  2 6 5 10        3 8 4 10 3     7

                                                                                C4F8, C4F6, C3F6, C2F3N, C2N2 in MS GIS mit Luft
                             sulfurés             Lors d‘une panne: Ozone,
                                                                                         Caractéristique préférée Caractéristique compromis
   Unrestricted © Siemens Suisse SA 2018. All rights reserved.   Stickoxide
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Innovation dans le domaine de la haute tension - Disjoncteurs à vide et isolation "Clean-Air" Dr.-Ing. Dirk Helbig, CTO High Voltage Products
Technologie d’isolation Clean Air : Une plus-value pour l’exploitation,
l’environnement et un potentiel d’économie par rapport aux gaz F

 Plus value pour l‘exploitation, l‘environnement et l‘économie                                                 Valeur           Economie
     Pas d’effet de serre potentiel: Global Warming Potential (GWP) = 0                                           +                +
     Pas de potentiel de destruction de l‘ozone: Ozone Depletion Potential (ODP) = 0                              +                +
     Non toxique (pas d’effets toxicologiques connus: LC50, TLV-TWA, CMR): ventilation pas nécessaire             +                ++
     Non inflammable: peu de frais pour la protection incendie                                                    +                +
     Très stable: monitoring de qualité de gaz ou échange de gaz pas nécessaire                                   +                ++
     Point d’ébullition bas, pas de liquéfaction lors d’utilisation à basse température: bâtiment et chauffage
      pas nécessaire                                                                                               +                ++
     Isolation Clean Air combinée avec des matériaux connus et testés: échange de pièces pas nécessaire           +                +
     Isolation sans gaz à effet de serre fluoré (gaz F), isolation libre, peu exigeant en formation, transport,
      installation, exploitation et recyclage                                                                      +                ++
     Sans gaz C, sans risque de produits de décomposition C : surveillance du carbone ou échange de gaz
      pas nécessaire                                                                                               +                ++
     Pas d’obligation de documenter ou d’informer: Pas de tâches de régulation des gaz F                          +                +
     Pas de coûts de compensation CO2 ni de risques au niveau d’impositions futures ou de frais de compensation   +                +
     Pas de recyclage et pas de frais en fin de vie liés au gaz                                                   +                +

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Innovation dans le domaine de la haute tension - Disjoncteurs à vide et isolation "Clean-Air" Dr.-Ing. Dirk Helbig, CTO High Voltage Products
Technologie de disjoncteurs à vide
Valeurs opérationnelles et environnementales

 Plus de 40 ans d’expérience pratique dans la moyenne tension,
 depuis 2010 dans la haute tension

   Fiabilité élevée
    en raison du disjoncteur à vide hermétiquement étanche, empêchant tout influence de
    produits de décomposition
   Haute performance
    Convient parfaitement pour les applications de commutations fréquentes: Excellent
    pouvoir de coupure sous courant nominal et courant de court-circuit pendant tout la durée
    de vie du disjoncteur à vide, jusqu’à 30 coupures en court-circuit
   Parfaitement adapté aux basses températures
    Pas de liquéfaction du fluide de commutation
   Pas de maintenance
    Sans entretien grâce à la technologie “scellé à vie”, pas de coûts pour pièces de rechange
   Pas d’émissions CO2e
    Fluide de commutation (à vide) avec GWP=0;
    pas émissions CO2e pendant la durée de fonctionnement, pas de maintenance ni de
    recyclage
                                                                                           CO2 NEUTRAL
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Innovation dans le domaine de la haute tension - Disjoncteurs à vide et isolation "Clean-Air" Dr.-Ing. Dirk Helbig, CTO High Voltage Products
Historique de la technique de commutation sous-vide
    Milestones technologiques
Mio
Pièces
   5‘0

   4‘0                                                                                                                                                     Technologie
                                                                                                                                                           „à vide„ dans
                                                                                                                                                           la haute
   3‘0                                                                                                                                                     tension

   2‘0

   1‘0

                                                    Procédé „Queusot“ (aspiration)   Technologie soudure par brasure intégrale
     1970                       1980                              1990                         2000                              2010                                      2020

     1971                                                                                                                2010           2016
     Première production en                      • Plus de 45 années d‘expérience de production et                       Première       Introduction de la
     série des ampoules à vide                     d‘exploitation                                                       ampoule à vide gamme avec ampoules
                                                 • Plus de 5,5 mio d‘ampoules à vide livrées                            de 72,5 kV     à vide jusqu‘à 145 kV :
                                                                                                                                       Production en série

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Innovation dans le domaine de la haute tension - Disjoncteurs à vide et isolation "Clean-Air" Dr.-Ing. Dirk Helbig, CTO High Voltage Products
L’avenir de la technologie des appareils de commutation
haute tension de Siemens, une gamme d’appareillages neutres en CO2

                   Appareils haute tension AIS                                         Appareils haute tension GIS

CO2 NEUTRAL        Disjoncteurs                               Transfo de mesure

 145 kV                                                                    SAA blue
                                                                                                                              8VN1 blue
                                                3AV1 blue                  SVA blue
                                                                           SVAA blue

 72,5 kV                                                                                                                      8VM1 blue

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Innovation dans le domaine de la haute tension - Disjoncteurs à vide et isolation "Clean-Air" Dr.-Ing. Dirk Helbig, CTO High Voltage Products
Disjoncteurs 3AV1FG 72.5 kV
Données techniques

                                                              Propriétés du produit
                                                               • Premier Disjoncteur haute tension à ampoules à vide
                                                               • Sans entretien pendant 25 ans
                                                               • Commutations fréquentes aussi sans activités de service
                                                              Spécifications techniques
                                                               •   Entraînement tripolaire
                                                               •   Une unité de coupure sous vide par pôle
                                                               •   Isolation diélectrique des colonnes polaires avec de „l‘air technique“
                                                               •   Coupures de courant sur 2 périodes („2 cycles“)
                                                               •   Tension assignée jusqu’à 72.5 kV
                                                               •   Courant de service assigné jusqu’à 2500 A
                                                               •   Pouvoir de coupure assigné en court-circuit jusqu’à 31.5 kA
                                                               •   Fréquence assignée 50 Hz
                                                               •   Domaine de température (température ambiante) de -30°C à +55°C
                                                              Types / Variantes
                                                               • Entraînement tripolaire (FG)
                                                               • Isolateurs en porcelaine
                                                              Certification
                                                               • IEC 62271-100 (2008)

                                                              Références
                                                               • Depuis 2010 des applications pilotes sont en service
                                                               • Plus de 6.500 coupures de courant
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Innovation dans le domaine de la haute tension - Disjoncteurs à vide et isolation "Clean-Air" Dr.-Ing. Dirk Helbig, CTO High Voltage Products
Expériences en exploitation
3AV1FG 72.5 kV

Phase de clients pilotes pour le disjoncteur 72,5kV
Quelques prototypes du disjoncteur type 3AV1FG
72.5kV sont installés dans le réseau européen afin
d‘acquérir des expériences complémentaires en
exploitation.
Début de la phase de test : Août 2010
A ce jour, plus de 6500 coupures ont été effectuées
avec succès. Ceci concerne autant les coupures de
courant nominal que la maîtrise des courants de court-
circuit. Les réactions des clients pilotes sont positives
et aucune anomalie n’a été observée.

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Disjoncteur 3AV1FG/FI 145 kV
Données techniques

                                                              Propriétés du produit
                                                               • Sans entretien pendant 25 ans
                                                               • Commutations fréquentes aussi sans activités de service
                                                               • Disponible pour des applications pilotes dès la fin 2017

                                                              Spécifications techniques
                                                               •   Entraînement tripolaire
                                                               •   Une unité de coupure sous vide par pôle
                                                               •   Isolation diélectrique des colonnes polaires avec de „l‘air technique“
                                                               •   Coupures de courant sur 2 périodes („2 cycles“)
                                                               •   Tension assignée jusqu’à 145 kV
                                                               •   Courant de service assigné jusqu’à 3150 A
                                                               •   Pouvoir de coupure assigné en court-circuit jusqu’à 40 kA
                                                               •   Fréquence assignée 50/60* Hz (*sur demande)
                                                               •   Domaine de température (température ambiante) de -60°C à +55°C

                                                              Types / Variantes
                                                               • Entraînement tripolaire(FG); Entraînement unipolaire(FI)*
                                                               • Isolateurs en composite; Isolateurs en porcelaine*

                                                              Certification
                                                               • IEC 62271-100 (2012)

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Transformateurs de mesure dans la technologie Clean Air –
Notre contribution pour une protection de l’environnement
durable

Un produit innovant et éprouvé
  50 ans d’expérience – >40.000 transformateurs de mesure isolés au gaz livrés
  Certifiés pour les normes internationales en vigueur
  Disponible en AIS (Transformateur de courant, Transformateur de tension, Groupe
  combiné) et en GIS (Transformateur de courant, Transformateur de tension)
  Utilisation du concept éprouvé des transformateurs de mesure SF6
  Caractéristiques de mesures de courant et tension identiques aux appareils conçus
  avec isolation au SF6
  Adapté pour une application en basse température -50°C et moins

Maintenance simple et utilisation conviviale
  Coûts d’exploitation et de maintenance:
  Aucun équipement particulier pour le traitement du gaz; aucun traitement de gaz
  sur la durée de vie                                                                      CO2 NEUTRAL
  Pas de coûts liés à l’établissement de rapports durant l’exploitation et le recyclage:
  Pas de taxe pour SF6 ou gaz F, ni pour risque future. Pas de compensation ou futur
  risque pour une émission de CO2e. F-gaz : pas de coûts pour documentation ou
  rapports ni pour recyclage.

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Transformateurs de mesure Portefeuille Blue
                    Feuille de route

                                                                                                                       420kV     420kV
                                                                                                                        VT     Combi + CT

                                                                                                        362kV
                                                                                                         VT
Niveau de tension

                                                      245kV                          245kV
                                                       VT                          Combi + CT

                       123 kV
                     GIS VT + CT                               123kV
                                                             Combi + CT

                                                                                                                                            CO2 NEUTRAL
                                               72.5kV
                                            Combi + CT + VT

                                                 2017                             2018                          2019                   2020
                    Unrestricted © Siemens Suisse SA 2018. All rights reserved.                 Année
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Premier disjoncteur Live Tank à vide 145 kV Clean Air et
Transformateur de courant et de tension Clean Air installés en Allemagne

Disjoncteur Live Tank à
coupure sous vide
Clean Air
3AV1 145 kV

                                                                           Transformateurs
                                                                           de courant et de
                                                                           tension Clean Air
                                                                           SVAA 145 kV

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Installations de distribution isolées au gaz
Gamme de produits: Technologie SF6 et coupure sous vide & Clean Air

Gamme de produits                       8VM1                  8VN1              8DN8             8DN9                                   8DQ1

                                             CO2 NEUTRAL

                                                                                                                   420 kV
Tension assignée           jusqu’à:      72.5 kV              145 kV   145 kV          170 kV     245 kV                               420 kV              550 kV
                                                                                                                  (245 kV)

Courant de court-circuit                                                                                            63 kA
                                          25 kA               40 kA     40 kA           63 kA      50 kA                                80 kA               63 kA
assigné                    jusqu’à :                                                                              (80/90 kA)

Courant assigné                                                                                  4000 A            6300 A              6300 A             5000 A
                                             -                3150 A   3150 A          4000 A
du jeu de barres           jusqu’à :

Courant assigné                          1250 A               3150 A   3150 A          4000 A    4000 A           5000 A               5000 A              5000 A
de départ                  jusqu’à :
                                                 Sous vide                                      Principe par auto-compression
Technologie de coupure
Technologie d‘isolation                             Air                                                     SF6

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Installation de distribution 8VM1 blue jusqu’à 72.5 kV / 25 kA
Premières installations au Danemark
Configurations d’installations de distribution pour éoliennes offshore disponibles

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8VM1 – Les 4 premières travées livrées sont mises sous tension!

                                                              Nos premières travées 8VM1
                                                              blue GIS d’éoliennes offshore
                                                              livrées ont été mises sous
                                                              tension avec succès!

                                                              Depuis le 17.02.2018 , le parc
                                                              éolien est connecté et produit
                                                              de l’énergie.

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Installation de distribution isolée au gaz 8VN1 blue jusqu‘à 145 kV / 40 kA
Travée de départ

1 Armoire de commande intégrée
                                                                  1           3   6        7   8        9

2 Disjoncteur à coupure sous vide
                                                                                                                          M                 M
3 Mécanisme d’entraînement à ressort                                                                                      - QZ 1            -QZ 2
  avec unité de contrôle du disjoncteur
  (commande tripolaire)
4 Jeu de barre I avec sectionneur et                                                                                               - Q0
  sectionneur de terre
5 Jeu de barres II avec sectionneur et
                                                                                                                          - T1
  sectionneur de terre
6 Transformateur de courant
                                                                                                                          M        - QZ 9
7 Module de départ avec sectionneur et
  sectionneur de terre
                                                                                                                          - T5

8 Transformateur de tension
9 Sectionneur de terre de départ (rapide)                                                                                 - Q8

10 Raccordement de câble                                                                                                 -Z1
                                                              5       4   2           10

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Installation de distribution isolée au gaz 8VN1 blue GIS jusqu‘à 145 kV / 40 kA
Transformateurs de mesure à technologie conventionnelle / non conventionnelle

 Transformateurs de mesure à technologie conventionnelle
 Transfo de tension inductif (conv) (TP)               Transfo de courant inductif (conv) (TI)

                                                                                                                        3.2 m
                                            +
                                                                                                                                                 5.5 m

 Transformateurs de mesure à technologie non conventionnelle (NCIT)

                                                                                                                                       2.9 m
                                            +                                          =
 1x sondes de champ électrique                      2x bobines de Rogowski pour              Traversée en résine avec
                                                                                                                                                         3.7 m
 Pour mesure tension                                mesure de courant redondante             capteurs intégrés

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Installation de distribution isolée au gaz 8VN1 blue GIS jusqu‘à 145 kV / 40 kA
La technologie NCIT dans les installations de distribution: avantages pour le client

 Design GIS compacte
  Réduction de poids des transformateurs de mesure et de tension (de 1500 kg à 85 kg),
  dimensions des travées réduites
 Câblage simplifié avec une sécurité améliorée
  Moins de câbles, pose simple, câbles plus fin, petits chemins de câbles, “low signal level“ pour une
  exploitation et maintenance sûres
 Taux d‘erreur réduit
  Erreurs de câblage réduites car moins probables
 Emission CO2 réduite                                                                                                    8VN1 blue GIS 145 kV
                                                                                                             Transformateurs de courant et de mesure inductifs
  NCIT sans gaz SF6  meilleure empreinte CO2 (lors d‘utilisation dans GIS SF6 )                                             (conventionnell)

 Engineering, autorisation („Plaque signalétique“) et logistique simplifés
  Seulement une variant hardware pour les mesures de courant et de tension
  Configuration unique pas d‘autorisation supplémentaire (à un état initial du projet) nécessaire
 Meilleur comportement des mesures
  Avec une large plage dynamique, grâce à l‘absence de l‘effet de saturation dans les capteurs de
  courant multifonctionnels, pas de pertes magnétiques et pas d‘effets de Ferrorésonnance
 Sécurité améliorée
  Minimisation du risque d’arc électrique interne grâce aux interfaces secondaires résistantes aux
  chocs
                                                                                                                           8VN1 blue GIS 145 kV
                                                                                                         Capteurs de courant et de tension non conventionnels (NCIT)

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Portefeuille Siemens neutre en CO2 : Feuille de route des qualifications
Nous vous soutenons dans la réalisation de vos objectifs de développement
durable

              Installation de distribution             Transfo. de mesure   Disjoncteur 145 kV         Installation de distribution
              72.5 kV isolée au gaz                    extérieur 145 kV     extérieur                  145 kV isolée au gaz                 CO2 NEUTRAL

                                                              SAA blue                   3AV1
                                                              SVA blue                   Live Tank
                             8VM1 blue                        SVAA blue                  blue                                   8VN1 blue

                                           2017                                                      2018

L’objectif: Qualification de produits neutres en CO2 pour les clients ayant des objectifs de développement durable
                                       145 kV Transfo. mesure ext.             145 kV Disjoncteur ext. 3AV1 blue
                                       SAVA blue
                                                                                                                      145 kV GIS 8VN1 blue
                    72,5 kV GIS 8VM1 blue pour éolienne
                                                                                         245 kV Transfo de mesure ext. SAA / SVAA blue
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Résumé: Le portefeuille blue est conçu pour aider les exploitants de
réseau à mettre en oeuvre une stratégie commerciale durable.

  Disponibilité: Disponibilité augmentée grâce à une technologie “scellé à vie” avec une entretien minimisé.

  Durabilité: Empreinte CO2 et fuite de SF6 nulles grâce à la technologie à vide et Clean Air

  Santé et Sécurité: Normes poussées et exploitation facilitée grâce aux technologies à vide et Clean Air

  Rentabillité: Réduction des coûts grâce aux technologies à vide “scellé à vie“ et Clean Air
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Merci beaucoup pour votre attention !

                                                              Dr.-Ing. Dirk Helbig
                                                              CTO High Voltage Products

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                                                              dirk.helbig@siemens.com

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