Brevet FR2000977A1 — publié le 19690919

La présente invention se rapporte aux interrupteurs du type à piston d'éjection de fluide, et plus particulièrement à un interrupteur pourvu de deux bobines fixes d'accélération disposées dans le corps d'un cylindre isolé, fixe, et d'une bobine 5 d'accélération modèle disposée dans le piston associé. Le mémoire descriptif du Brevet Français N° de Série 1 535 395 illustre et décrit un interrupteur du type à jet de fluide utilisant un ensemble de piston et un appareil d'entraînement fixé à ce dernier, comprenant deux bobines d'accélération 10 mobiles et une bobine d'accélération fixe disposée dans la plaque d'extrémité fixe d'un cylindre de commande. L'interrupteur décrit dans le susdit brevet est logé dans un gros cylindre métallique mis à la terre, pourvu d'une paire de manchons de bornes dirigés vers le bas, traversant les parois supérieures du logement métal-15 lique à la~terre, et servant de support au bloc interrupteur y contenu. Aucours du fonctionnement d'ouverture, un mécanisme de commande convenable fait initialement mouvoir l'ensemble de piston et le bloc d'entraînement, qui au moment de l'établissement initial de l'arc, introduit les trois bobines d'accélération en série dans 20 le circuit électrique; et les forces de répulsion et d'attraction de ces dernières aident le mécanisme de commande à assurer le mouvement rapide de propulsion de fluide de l'ensemble de piston. Un perfectionnement désirable de la construction d'un interrupteur du type susdit consisterait à réduire au minimum la 25 masse des parties mobiles, et à.perfectionner dlune façon générale les forces d'accélération assistant le mouvement de propulsion de fluide de 1*ensemble de piston. •- Les principaux buts de la présente invention sont donc : 30 - de perfectionner l'interrupteur à jet de fluide du brevet français N° de Série 1 535 395, pour en réduire la dimension ainsi que la masse des parties mobiles en utilisant une bobine mobile d'accélération au lieu de deux. - de réaliser un type souffleur-magnétique perfectionné, 35 d'interrupteur à jet de fluide, utilisant des bobines d'accélération qui sont introduites dans le circuit électrique en série au cours du fonctionnement d'ouverture, appareil dans lequel les deux bobines fixes d'accélération sont enrobées dans un logement 69 01895 -2- 2000977 de résine coulée, et une unique bobine d'accélération seulement se déplace avec l'ensemble de piston. Par suite, le lourd logement extérieur métallique à la terre, utilisé dans la construction du susdit brevet, se trouve éliminé. 5 - de réaliser un interrupteur à jet de fluide perfec tionné, de construction simple, assurant une réductiorj appréciable de la masse des parties mobiles, ce qui permet une plus grande rapidité de coupure et réduit les conditions requises de mécanisme» - de réaliser un interrupteur perfectionné du type 10 souffleur-magnétique simplifié dans lequel l'usage de deux bobines fixes d'accélération et d'une seule bobine mobile se déplaçant avec l'ensemble de piston, simplifie la connexion des bobines et assure un agencement de transfert de bobines d'une plus grande efficacité. 15 La présente invention consiste en un interrupteur du type à piston d'éjection de fluide, comprenant un cylindre isolé fixe dans lequel sont logées une première et une seconde bobines fixes d'accélération, espacées axialement le long et à 1*intérieur du corps de ce cylindre, et un piston associé dans lequel est 20 logée une troisième bobine d'accélération, agencée pour mouvement de va-et-vient dans le cylindre, un dispositif de contacts relativement fixes s'associant au dispositif de contacts mobiles pourvu d'un contact mobile principal et d'un contact aûxiliaire d'arc isolé de ce dernier, l'agencement étant pourvu de moyens 25 pour l'établissement d'un arc entre le contact mobile principal et le contact fixe, ainsi que pour le transfert d'une borne de l'arc au contact mobile d'arc afin d'introduire ainsi les trois bobines d'accélération en série dans le circuit électrique, et de moyens dirigeant le fluide de refroidissement, agencés de 30 manière à introduire le fluide comprimé par le piston, dans l'arc pour en effectuer l'extinction. Suit la description de l'invention, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : La Figure 1 est une perspective, en élévation de côté, 35 d'un interrupteur a jet de fluide réalisé selon les principes.de la présente invention; . „ La Figure 2 est une coupe verticale longitudinale de l'interrupteur de la Figure I, suivant la ligne II-IÎ de la 69 01895 -3- 2000977 Figure 3, le dispositif de contact étant illustré dans la position de fermeture du circuit; La Figure 3 est une coupe longitudinale du bloc interrupteur de la Figure 2, suivant la ligne III-III de cette' figure, 5 le dispositif de contact étant encore représenté dans la position de fermeture du circuit; La Figure 4 est une vue similaire à celle de la Figure 2, mais illustrant la disposition des diverses parties au cours du fonctionnement d'ouverture, au moment de l'amorçage de l'arc; 10 La Figure 5 est une coupe transversale suivant la ligne V-V de la Figure 2; La Figure 6 est une coupe transversale suivant la ligne VI-VI de la Figure 2; La Figure 7 illustre, en perspective, l'agencement géné-15 rai des deux bobines fixes d'accélération et leurs connexions; et La Figure 8 est un schéma des connexions électriques de l'interrupteur. En référence à la Figure 1, le chiffre 1 désigne un interrupteur à jet de fluide du type magnétique. Cet interrupteur 1 •20 coaporte des pattes terminales de bornes 2, 3, auxquelles sont fixées les connexions de lignes L^ et L'interrupteur est pourvu d'une gaine isolante composite 4. Les isolateurs de support 5, 6, supportent de manière isolante l'ensemble interrupteur, latéralement à une distance suf-25 fisante de résistance à la tension, par rapport à un châssis de support à la terre, 7, composé de cornières 8, 9, 10, en acier de construction, et d'entretoises verticales 12, 13. L'appareil est pourvu d'un mécanisme 14 destiné à communiquer le mouvement rotatif d'ouverture et de fermeture à une manivelle extérieure de 30 commande 15, selon l'explication plus détaillée qui va suivre. En référence aux Figures-2 et 3, le bloc interrupteur est logé dans un cylindre isolant composite 4. Les bobines magnétiques fixes 17, 18, sont constituées d'une bande de cuivre bobinée sur champ, par exemple, à laquelle sont brasés ou fixés d'autre 35 manière les blocs de bornes à prises. Les bobines 17, 18, après bobinage et brasure des bornes, sont pourvues d'un guipage de tours individuels de ruban de mica, par exemple; puis chaque bbbine Complète 17 ou 18 est comprimée et guipée, en un bloc, avec .un 69 01895 -4- 2000977 ruban de Dacron, par exemple, et ensuite imprégnée d'une résine époxyde. Les deux bobines 17, 18, sont alors disposées sur le tube 4b et maintenues en place au moyen de cales (non représentées) de la même matière que celle utilisée pour le tube extérieur 4a, 5 Les bornes sont ensuite boulonnées aux blocs de bornes des bobines, avec les pattes des connecteurs dépassant dans le volume interne ou l'intérieur du cylindre 4 de commande, à travers les fentes 23 formées dans la paroi tubulaire 4a. Des mandrins lubrifiés, à ajustage serré, (non représentés) sont alors placés 10 à l'intérieur du tube 4a, par l'une et l'autre extrémité, de façon à se rencontrer à la position des connecteurs. Un moule fendu est ensuite placé autour de cet ensemble, puis le logement 4a est coulé selon les techniques classiques de coulée de résine époxyde. 15 Aux deux extrémités du logement cylindrique 4, sont fixées, au moyen de boulons 24 vissés dans des pièces rapportées 25 de métal, les pièces de bornes ou parties terminales coulées 26 et 27. Ces pièces de bornes pénètrent d'une courte distance dans le logement cylindrique, et leur étanchéité est gssurée par 20 des joints toriques 28. A la pièce de borne 26 est fixé, au moyen de boulons étanches 29, un conducteur fixe 31 de forme en U# A 1* extrémité ouverte du conducteur 31 en U sont braséésides sections 33 de cuivre profilé, par exemple, qui servent de pivots aux doigts 34 à boucle inverse. Ces doigts 34 sont rappelés intérieurement 25 par des ressorts 35 (Figure 3) et sont retenus par des pinces 36* Aux sections profilées 33 est fixé, au moyen de boulons 37 (Figure 3), un disque 39 de matière isolante résistant au gaz SF^, disque qui s'adapte intimement au diamètre interne du tube cylindrique 4, et dont 1'étanchéité est assuré par un joint torique 40. 30 A l'intérieur du cylindre se déplace longitudinalement un ensemble de piston 43, lequel est actionné par des biellettes isolantes 44 qui sont fixées par des axes 45 aux embouts 46 en U, faisant partie de l'ensemble de piston 43. Les extrémités opposées des biellettes 44 sont fixées par des axes 47 au levier 48, lui-même 35 fixé à l'arbre 49 au moyen de goupilles 50, L*arbre de commande 49 traverse la pièce coulée 4 de borne, et, à son extrémité externe, est électriquement soudé le levier de commande 15, L*étanchéité au gaz est assurée par un joint 52, 69 01895 -5- 2000977 L'ensemble de piston 43 est érigé sur un disque moulé 54, de matière isolante, qui s'adapte intimement au diamètre interne du tube 4, la fuite de gaz étant maintenue faible par le segment 55 du piston. Dans le piston sont vissées les tiges-guides 5 56, 57, qui sont maintenues en place par des écrous de blocage 58. Les bornes 61, 62 de la bobine 60 de piston sont maintenues en contact avec les tiges-guides 56, 57, par des entretoises métalliques 63 et des écrous 64. Au contact principal mobile tubu-laire 66 est brasé un croisillon métallique 67, qui est fixé au 10 piston 43 par des boulons 68. Dans une cavité 69, formée dans le disque 54 du piston, et reposant sur le Croisillon 67, est em-boitée une pile d'écrans de refroidissement 70. Une pièce de retenue 71, percée d'orifices convenables 71a, comprime la pile d'écrans 70, et est maintenue en place par le tube isolant de 15 guidage de passage de gaz. La totalité de l'ensemble est maintenue assemblée par la plaque isolante d'obturation 74, laquelle est fixée par les boulons 68 du croisillon et les boulons 77 des embouts en U. Le tube 66a de contact mobile principal passe à travers une ouverture 78 (Figure 2) formée dans la plaque d'extré-20 mité 39, la fuite de gaz étant empêchée par une bague d'étanchéité 81» Au tube 66a de contact mobile principal est vissé un contact 83, allongé dans le sens voulu pour effectuer le contact avec les doigts 34 de contact fixe quand le disjoncteur 1 est en position de fermeture du circuit, ainsi qu'illustré aux Figures 2 et 3. 25 Concentriquement situé par rapport au tube 66 de contact principal, se trouve un tube 85 de contact d'arc, localisé, à son extrémité inférieure par un isolateur 87 et à son extrémité supérieure par une barrette isolante 88, laquelle est fixée au contact 83 par des boulons (non représentés). La barrette isolante 88 est 30 également fixée aux tiges-guides 56, 57, par des écrous de blocage 90. Le tube 85a de contact mobile d'arc est relié à la tige-guide 56 par une barrette conductrice 92. La tige-guide 57 passe dans un contact glissant à billes 94 (Figure 2) qui est électriquement connecté à la barrette de borne 95 (Figure 2) de la bobine 35 fixe 17 d'accélération. En référence a la Figure 5, la barrette de borne 95 de la bobine d'accélération 17 est boulonnée, en 97 par exemple, à un prolongement 98 de l'une des sections profilées 33. 69 01895 -6- 2000977 En référence aux Figures 2 et 3, on remarquera que le contact fixe 100 est serré dans une pièce coulée fixe conductrice 101 qui est boulonnée à la pièce coulée d'extrémité 4 au moyen de boulons 102„ Les connexions au circuit extérieur L^, I^, de 5 l'interrupteur, sont effectuées au moyen des pattes de bornes 2,3, et l'interrupteur est supporté par le châssis métallique à la terre, 7 (Figure 1), qui est fixé aux isolateurs de support, selon la précédente description. Dans la position de fermeture de l'interrupteur, repré-1C sentée aux Figures 1 et 2, le courant passe dans celui-ci de la connexion de ligne L-^, par la patte de borne 2, la plaque d'extrémité 26, le dispositif 34 de contact fixe, le dispositif 83 de contact mobile, le tube 66a de contact principal, le contact mobile 66, le contact fixe 100, le tube 100a de contact principal-15 fixe, la pièce coulée conductrice de support 101, puis par la partie terminale coulée 27 et la patte de borne 3, à la borne inférieure de ligne I^. Quand le mécanisme 14 fonctionne pour abaisser l'ensemble 43 de piston selon les Figures 2 et 3, des arcs 111, 113 sont amorcés entre le dispositif de contact 34, 83 20 et également entre le dispositif de contact 66, 100, le gaz SF^ 115 se trouvant ainsi comprimé par l'ensemble 43 de piston à l'intérieur de l'espace 117. Le gaz descend vers le bas dans l'arc 113 établi entre les contacts principaux mobile et fixe 66, 100, et transfère celui-ci au contact mobile d*arc 85 et au 25 contact fixe d'arc 100b. Cette nouvelle position 113a de l'arc est représentée à la Figure 4. Le courant passe alors de la connexion de ligne L^, par la pièce d'extrémité 26, le contact fixe 33, la barrette de borne 96, la bobine fixe 18 (Figure 7) d'accélération, la connexion 119 de bobine, la bobine fixe 17 30 d'accélération, la borne 95 de bobine, le contact à billes 94, la tige-guide conductrice 57, la connexion 62 de bobine, la bobine mobile 60 d'accélération, la borne 61 de bobine mobile, la tige-guide conductrice 56, la barrette conductrice 92, le tube 85a de contact mobile d'arc, le contact mobile 85 d'arc, l'arc 113 35 (Figure 4), l'intérieur de l'ajutage 100b de contact fixe, le support conducteur coulé 101, à la plaque d'extrémité conductrice 27 et à la connexion de borne de ligne inférieure L^. On remarquera que le courant de court-circuit passe 69 01895 -7- 2000977 maintenant en série dans les trois bobines 18, 17 et 60 d'accélération de sorte que la bobine 60 ainsi repoussée par la bobine 18 et attirée par la bobine 17, aide puissamment le mécanisme de commande 14 à faire remonter l'ensemble 43 de piston pour son 5 mouvement de propulsion de gaz, éjectant ainsi ce dernier dans l'arc transféré 113a (Figure 4) pour sa coupure, les gaz s*évacuant par les deux dispositifs tubulaires de contact. De la précédente description, il ressort que l'invention apporte un interrupteur 1 compact, peu onéreux, d'une grande 10 efficacité de fonctionnement, et utilisant une masse minimale de pièces mobiles. Bien que la construction convienne plus particulièrement aux caractéristiques nominales de basse tension, telles que par exemple de 23 kV à 34,5 kV, il est évident que les caractéristiques générales de l'invention peuvent être appliquées 15 aux interrupteurs du type souffleur-magnétique possédant des caractéristiques nominales de tension plus élevée. Une caractéristique très importante de l'invention consiste en l'utilisation de l'énergie du courant défectueux pour assister le mécanisme de commande 14 à faire mouvoir l'ensemble 43 de piston dans le sens 20 de propulsion de fluide, assurant ainsi un jet de gaz suffisant au cours des.conditiohs rigoureuses d'arc, grâce a l'accroissement de l'effet magnétique exercé par les trois bobines d'accélération» La Figure 8 représente schématiquement, d'une façon 25 générale, les connexions du dispositif de contact mobile et des bobines de l'interrupteur. Au cours du fonctionnement de fermeture, le mécanisme 14 abaisse l'ensemble 66 de contact mobile et l'ensemble 43 de piston pour fermer à nouveau les contacts à la position de fer-30 meture de circuit illustrée aux Figures 2 et 3 des dessins. 69 01895 -8~ 2000977 REVENDICATIONS Interrupteur du type à piston d'éjection de fluide caractérisé par les revendications suivantes : 1.- Il comprend un cylindre isolé fixe dans lequel sont 5 logées une première et une seconde bobine fixes d'accélération, espacées axialement le long et à l'intérieur du corps de ce cylindre, et un piston associé dans lequel est logée une troisième bobine d'accélération agencée pour mouvement de va-et-vient dans le cylindre, un dispositif de contacts relativement fixes s'asso-10 ciant au dispositif de contacts relativement mobiles pourvu d'un contact mobile principal et d'un contact auxiliaire d'arc isolé de ce dernier, l'agencement étant pourvu de moyens pour l'établissement d'un arc entre le contact mobile principal et le contact fixe, ainsi que pour le transfert d'une borne de l'arc au contact 15 mobile d'arc, afin d'introduire ainsi les trois bobines d'accélération en série dans le circuit électrique, et de moyens dirigeant le fluide de refroidissement, agencés de manière à introduire le fluide comprimé par le piston, dans l'arc pour en effectuer l'extinction. 20 2.- Interrupteur selon revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens dirigeant le fluide de refroidissement consistent en un ajutage isolant agencé de manière à se déplacer avec le piston et à entourer au moins une partie du dispositif de contacts fixes. 25 3.- Interrupteur selon revendication 1 ou 2, caracté risé par le fait que le dispositif de contacts mobiles comprend une paire de tubes conducteurs, mobiles, concentriques. 4. -Interrupteur selon revendication 3, caractérisé par le fait que les tubes conducteurs passent à travers un orifice 30 d'une pièce d'obturation fixe située dans le cylindre et fixée à ce dernier. 5- Interrupteur selon l'une ou l'autre des revendications qui précèdent, caractérisé par le fait qu'une paire de tiges-guides conductrices constituent un parcours de courant de 35 la troisième bobine d'accélération au contact mobile d'arë et à la première bobine d'accélération. 6.- Interrupteur selon l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les première et 01895 -9- 2000977 seconde bobines d'accélération se situent respectivement adjacentes aux première et seconde extrémités du cylindre, 7.- Interrupteur selon l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les contacts mobile: et fixe sont de construction tubulaire et destinés à évacuer les gaz dans les deux sens au cours d'une coupure du circuit, 8,- Interrupteur du type à piston d'éjection de fluide construit et utilisé conformément à la précédente description en référence aux dessins annexés.