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Modélisation de phénomènes électromagnétiques transitoires d'un disjoncteur à haute tension comportant plusieurs chambres de coupure en série

Antoine Mailhot

Master's thesis (2023)

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Abstract

In some cases, high-voltage circuit breakers consist of several interrupting chambers in series for the highest-voltage levels of a transmission network. This thesis lists different circuit breaker models using an equivalent circuit, while simulating the circuit breaker switching with a logic model. This transient electromagnetic modelling is used to simulate the high frequency behaviour of a high-voltage circuit breaker during an opening or closing operation. The mechanical desynchronization of a circuit breaker and other elements of the sequence of events occurring during the operation are parameterized in a model simulated in EMTP software. According to this thesis results, mechanical desynchronization at the limit allowed by the current electrical standards can lead to numerous reignitions during opening or excessive overvoltages during closing, phenomena that are not simulated with usual circuit breaker models. The developed models allow simulation of vacuum circuit breakers at rated voltages above 145 kV. This simulation requires the series configuration of several vacuum switches, to demonstrate the challenges and possible improvements specific to this technology. Finally, the proposed transient electromagnetic modelling of a high-voltage circuit breaker allows a simulation based on experimental data measured from various input sources to refine the transient response of a switching operation.

Résumé

Dans certains cas, les disjoncteurs à haute tension sont constitués de plusieurs chambres de coupure en série pour les plus hauts niveaux de tension d’un réseau de transport. Le présent mémoire de maîtrise propose différents modèles de disjoncteurs avec un circuit équivalent d’analyse, tout en simulant la coupure ou l’établissement de courant du disjoncteur avec un modèle logique. Cette modélisation électromagnétique transitoire permet de simuler le comportement à haute fréquence d’un disjoncteur à haute tension durant une manœuvre d’ouverture ou une manœuvre de fermeture. Les désynchronisations mécaniques d’un disjoncteur et d’autres éléments issus de la séquence d’événements survenant durant la manœuvre sont paramétrés dans un modèle simulé dans le logiciel EMTP. Selon les résultats présentés, une désynchronisation mécanique aux limites des normes actuelles peut engendrer de nombreux réallumages en ouverture ou des surtensions excessives en fermeture, des phénomènes qui ne sont pas simulés avec un modèle de disjoncteur usuel. La modélisation présentée permet la simulation de disjoncteurs à vide à des tensions assignées supérieures à 145 kV. Cette simulation requiert la mise en série de plusieurs modèles d’interrupteurs à vide, pour permettre d’en relever les défis et les améliorations possibles propres à cette technologie. Finalement, la modélisation électromagnétique transitoire proposée d’un disjoncteur à haute tension permet l’utilisation de données expérimentales de diverses sources pour raffiner les simulations transitoires d’une manœuvre.

Department: Department of Electrical Engineering
Program: Génie électrique
Academic/Research Directors: Jean Mahseredjian, Ryszard Pater and Sébastien Poirier
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/54154/
Institution: Polytechnique Montréal
Date Deposited: 13 Nov 2023 10:56
Last Modified: 13 Apr 2024 06:06
Cite in APA 7: Mailhot, A. (2023). Modélisation de phénomènes électromagnétiques transitoires d'un disjoncteur à haute tension comportant plusieurs chambres de coupure en série [Master's thesis, Polytechnique Montréal]. PolyPublie. https://publications.polymtl.ca/54154/

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