Brevet FR2132905A1 — publié le 19721124

La présente invention est relative à une méthode pour couper un courant de grande intensité passant par un disjoncteur calibré pour le passage permanent du courant, et elle est également relative à un disjoncteur comprenant un groupe de deux éléments de con-5 tact fixes distants et un archet de contact mobile dont une extrémité fait butée avec un des éléments de contact, et dont l'autre extrémité est pivotante de façon à faire butée avec l'autre élément de contact lors de la fermeture des contacts et à s'écarter de ce dit autre élément de contact lors de l'ouverture des contacts. 10 Les méthodes et les disjoncteurs connus jusqu'à présent pour couper les très hautes intensités et tensions comportent l'inconvénient d'une utilisation de disjoncteurs plutôt encombrants du fait que les éléments de contact ont été calibrés à la fois pour le passage du courant permanent et pour la coupure de la haute intensité, 15 de sorte que la chambre de disjonction comprend toujours à la fois la voie de courant principale et la voie de courant de disjonction, ce qui rend cette chambre volumineuse lorsque le disjoncteur doit être calibré pour de fortes intensités nominales. Ceci implique que l'intensité et la tension d'arc deviennent très fortes, et que le 20 matériel du disjoncteur est exposé à des contraintes thermiques extrêmement élevées. En outre, il existe sur ce type de disjoncteurs le risque de contre-amorçage aux parcours d'extinction. Il a été fréquemment constaté à ce sujet que les surfaces de contact se soudent ensemble dès la fermeture des contacts en raison de la forte 25 densité de courant au moment où les contacts se touchent, sans tenir compte du fait que le processus de disjonction a pour résultat d'user par brûlure la surface des contacts, de sorte qu'il est nécessaire de changer les pièces de contact après un court temps de service. De plus, les disjoncteurs connus ont l'inconvénient de ne 30 jamais indiquer si les éléments de contact d'ouverture et de fermeture d'un disjoncteur de force ont été soudés ensemble lors de la fermeture des contacts aux grandes intensités. Ceci peut provoquer des détériorations au tableau de commande dans lequel le disjoncteur est installé, au cas où le disjoncteur ne fonctionnerait pas 35 au moment prévu et de la façon désirée du fait que les surfaces des contacts ont été soudées ensemble. Ces inconvénients se trouvent supprimés grâce à la méthode de la présente invention, résidant dans le fait que le courant, immédiatement avant le processus de disjonction, est transféré du dis-40 joncteur à un élément de contact de disjonction exclusivement cali 72 13664 2 2132905 bré pour la coupure du courant, avec en conséquence ouverture du-dit élément de contact, et les inconvénients précités sont également supprimés grâce au disjoncteur de la présente invention, et à savoir du fait que le disjoncteur comprend un groupe supplémentaire 5 se composant des mêmes éléments de contact fixes et du même élément de contact mobile, les deux groupes étant couplés en parallèle l'un à l'autre et à des éléments cames commandés en synchronisation qui, lors d'une opération d'ouverture du disjoncteur : maintiennent durant une phase initiale un premier groupe en position de fermeture 10 et le deuxième groupe en position d'ouverture ; maintiennent durant une phase préparatoire consécutive ledit premier groupe en position de fermeture et amènent le deuxième groupe en position de fermeture; maintiennent durant une première phase d'ouverture des contacts qui suit le deuxième groupe en position de fermeture et amènent le pre-15 mier groupe en position d'ouverture ; et maintiennent durant une autre phase d'ouverture de contacts le premier groupe en position d'ouverture, en amenant le deuxième groupe en position d'ouverture. la présente invention va être décrite de façon détaillée en se reportant aux dessins ci-annexés montrant plusieurs mises en oeuvre 20 de l'invention. Les fig. 1 à 4 montrent schématiquement un disjoncteur de la présente invention dans différentes positions au cours d'une opération de disjonction, en fonction des phases successives. La fig. 5 montre un disjoncteur correspondant à celui de la 25 fig. 1, vu de côté. ' La fig. 6 est un schéma de couplage pour le disjoncteur selon la fig. 5. La fig. 7 montre un autre disjoncteur vu de côté. La fig. 8 est un schéma de couplage pour le disjoncteur de la 30 fig. 7. Le disjoncteur de la fig. 1, prévu pour les courants forts, c'est-à-dire pour les courants à grande intensité et à haute tension, comprend un premier système de contacts A et un deuxième système de contacts B, comportant deux éléments de contact fixes 10, 35 12 couplés en parallèle l'un à l'autre et à des éléments de contact fixes similaires 14, 16 couplés en parallèle l'un à l'autre. Les éléments de contact fixes 10, 14 du système de contacts A collaborent avec deux éléments de contact mobiles 18, 20 qui, dans la position de fermeture de contact montrée fig. 1, butent avec leurs 40 deux extrémités inférieures contre les éléments de contact fixes 10, 72 13664 3 2132905 14, alors que les éléments de contact mobiles 18, 20, dans la position d'ouverture de contacts montrée fig. 1, butent avec leurs extrémités inférieures contre l'élément de contact fixe 10, tandis que leurs extrémités supérieures sont écartées de l'élément de con-5 tact fixe 14, ce qui veut dire que les deux éléments de contact mobiles 18, 20 sont pivotants àutour de leur point d'appui sur l'élément de contact inférieur 10. Le système de contacts A, à savoir les pièces 10, 14, 18, 20, est prévu comme système de contact principal, et n'assure aucune fonction de disjonction. 10 De la même façon que les éléments de contact 10, 14, les élé ments de contact fixes 12, 16 du deuxième système de contacts B collaborent avec des éléments de contact mobiles, c'est-à-dire pivotants, 22, 24, la seule différence étant que les extrémités supérieures de l'élément de contact 16 et des deux éléments de contact 15 mobiles 22, 24 sont prévues pour assurer une fonction de disjonction, leur section transversale allant en diminuant à partir du point de disjonction et en créant une distance croissante entre ces extrémités afin de faciliter l'extinction des arcs entre l'élément de contact fixe et les deux éléments de contact mobiles. Le système 20 de contacts B (12, 16, 22, 24) est prévu comme système de contact de disjonction travaillant en collaboration avec le système de contact principal A à droite dans la fig. 1. Afin d'avoir une meilleure vue d'ensemble, le système de contact principal A et le système de contact de disjonction B sont 25 montrés côte à côte dans les fig. 1 à 4, mais en réalité, ces systèmes sont disposés en série et le long d'un axe commun 26 montré fig. 5. Sur cet axe sont prévus deux éléments cames rotatifs 28, 30, le premier de ces éléments, l'élément 28, collaborant avec les deux éléments de contact mobiles 18, 20, tandis que le deuxième, 30 l'élément 30, collabore avec les deux éléments de contact mobiles 22, 24. Les deux éléments cames 28, 30 sont disposés sur un arbre à cames commun 32 illustré dans la fig. 5. Les deux éléments de contact mobiles 18, 20, et les deux éléments de contact mobiles 22, 24 sont respectivement asservis par un ressort 34 et un ressort 36 35 ayant tendance à maintenir les éléments de contact mobiles 18, 20, et les éléments de contact mobiles 22, 24 en butée contre les éléments de contact fixes 14 et 16 respectivement, et contre les éléments cames 28 et 30 respectivement. L'arbre 32 supportant les éléments cames 28, 30 tourne dans le sens indiqué par la flèche 38, 40 son mouvement de rotation pouvant être commandé à la main, ou par 72 13664 4 2132905 force magnétique, ou par force motrice. Le système de contact principal A (10, 14, 18, 20) et le système de contact de disjonction B (12, 16, 22, 24) forment ensemble un seul disjoncteur de courant. Les différentes positions de couplage du disjoncteur de la 5 fig. 1 sont illustrées dans les fig. 1 à 4. Bans la position de repos, c'est-à-dire lorsque le disjoncteur est fermé, les différents éléments du disjoncteur se trouvant dans la position de la fig. 1, le système de contact principal A de la fig. 1, à droite, étant en position de fermeture, tandis que le système de contact de disjonc-10 tion B, à gauche dans la fig. 1, est en position d'ouverture et par conséquent n'est pas porteur de courant. Ceci signifie que le système de contact principal A pourra être soumis à tui certain échauffe-ment en raison du courant permanent passant par ses éléments de contact, tandis que le système de contact de disjonction B restera 15 froid. Lorsque le disjoncteur de la fig. 1 doit s'ouvrir, l'arbre 32 (fig. 5) tourne par exemple totalement de 90° autour de son axe, ce mouvement de rotation s'exécutant à une certaine vitesse déterminée. Les phases qui se présentent lors de ce mouvement de rotation sont 20 illustrées dans les fig. 2 à 4. Au début, après un mouvement de rotation de 15° environ, le système de contact de disjonction B est fermé, fig. 2, de sorte que le courant passe à la fois par le système de contact principal et par le système de contact de disjonction. Après un autre mouvement de rotation sur 30° environ, fig. 3, 25 le système de contact principal A s'ouvre de façon que tout le courant passe par le système de contact de disjonction B. Il ne se produira pas d'étincelle d'ouverture au système de contact principal A, étant donné que les points de contact d'ouverture au système de contact principal A sont branchés en dérivation ou court-circui-30 tés par le système de contact de disjonction B. Dans la dernière phase, c'est-à-dire lorsque le dispositif passe de la position de la fig. 3 à celle de la fig. 4, et que l'arbre 32 tourne complémen-tairement de 50°, il se produit l'opération de disjonction proprement dite du fait qu'il y a ouverture du système de contact de dis-35 jonction B. Le disjoncteur est en position d'ouverture lorsque les deux systèmes de contact A et B sont dans la position de la fig. 4. La fonction de fermeture s'effectue de la même manière, mais en séquence inverse. L'arc se produisant durant la fonction d'ouverture au système 40 de contact de disjonction B est entraîné vers le haut et en dehors 72 13664 5 2132905 de l'entrefer entre l'élément de contact 16 et les deux éléments de contact mobiles 22, 24, avec utilisation de la tendance de l'arc à prolonger- son chemin à l'aide du développement de force électrodynamique du courant. Hais il ne faut pas que cet effet auto-extinc-5 teur soit influencé de façon préjudiciable par des bobines de soufflage ou des bobines électro-magnétiques, ce qui implique qu'aucun matériau ferro-magnétique ne doit être présent dans l'environnement de l'arc. On renforce l'effet d'extinction en prévoyant une chambre de disjonction (40 dans la fig. 5) seulement autour du système de 10 contact de disjonction B. Cette chambre de disjonction comprend des lames tôle qui ont un effet de refroidissement pour les gaz ionisés de l'arc. Les surfaces des éléments de contact de disjonction 16, 22, 24 sont doublées de manière appropriée avec du tungstène ou tout autre matériau ayant une température de gaz élevée, afin d'aug-15 menter la sécurité de disjonction des éléments de contact et de réduire pour les surfaces de contact le risque de se souder ensemble. En formant les éléments cames 28, 30 de façon appropriée, il est possible de dimensionner sur une valeur optimum les différentes longueurs de temps durant les phases de la fonction de disjonction. 20 Le dispositif selon la présente invention permet le grand avantage de supprimer la nécessité de prévoir un disjoncteur dimen-sionné de la façon usuelle, avec des surfaces de contact devant être à la fois porteuses de courant à la fermeture du disjoncteur et coupe-circuit durant la fonction de disjonction ; au contraire, 25 le disjoncteur de la présente invention est prévu d'une part avec des éléments qui ne sont dimensionnés que pour le simple transport du courant, sans avoir à intervenir dans aucune fonction de disjonction quelconque, les surfaces de transition de contact pouvant consister en un matériau conduisant le courant de la façon la plus 30 avantageuse possible, tel que du cuivre ou de l'argent par exemple, et ledit disjoncteur est prévu d'autre part avec des éléments qui sont seulement dimensionnés pour un transport de courant de très courte durée et pour une charge de courant élevée (le temps de charge complet se situe approximativement entre 10 et 15 ms), sans 35 qu'il soit tenu compte de la résistivité du matériau. Le dispositif montré fig. 5 correspond au dispositif principal montré fig. 1 à 4. Les éléments de contact fixes 10, 12 et 14, 16 sont respectivement reliés l'un à l'autre au moyen de parties de barres connectrices 42 et 44 afin de réaliser ledit couplage en pa-40 rallèle du système de contact principal A et du système de contact 72 13664 6 2132905 de disjonction B. la fig. 6 montre les dispositifs de contact des fig. 1 à 5 couplés en parallèle, en schéma. La fig. 7 montre deux systèmes de contact principaux A couplés 5 en parallèle aussi bien l'un avec l'autre qu'avec un groupe de disjonction B consistant en deux systèmes de contact de disjonction couplés en série. Un système de contact principal A correspondant au dispositif de la fig. 5 et se composant des éléments 10, 18, 14» est couplé en parallèle avec un autre système de contact principal 10 46, 48, 50, afin d'augmenter la puissance nominale du disjoncteur. On peut naturellement obtenir une augmentation supplémentaire de l'effet de disjonction en couplant en parallèle un certain nombre de systèmes. On ne montre dans cette figure que les chambres de disjonction 40 et 52 des deux systèmes de contact de disjonction B. 15 L'arbre de came 32 est commandé par un organe de commande 60 qui est un mécanisme électro-magnétique ou un moteur électrique pourvu d'un contrôle de vitesse afin d'assurer une fonction de disjonction asservie pour les éléments de contact disjoncteurs mobiles tels que par exemple les éléments 22 et 24. En raison du peu d'importance de 20 la force mécanique nécessaire pour la commande de l'arbre à came, le dispositif de commande peut être réalisé de façon simple, contrairement aux dispositifs de commande usuels pour les disjoncteurs haute tension. Afin de diminuer quelque peu l'effet de disjonction, et par 25 conséquent d'augmenter davantage encore la sécurité de la disjonction, il est possible d'intercaler une résistance 54 dan fi le branchement de contacts disjoncteurs couplés en série B, ladite résistance pouvant également être un condensateur. Dans ce cas, le courant à couper passe de l'élément de contact de borne fixe 14 à l'é-30 lément de contact fixe 10 via une barre de passage de courant 56, la résistance 54, le système de contacts dans la chambre de disjonction 52, une barre de passage de courant 58 et l'élément de contact dans la chambre de disjonction 40. Il est bien entendu que la résistance 54 peut être intercalée entre les systèmes de contact 35 dans les deux chambres de disjonction 40 et 52, c'est-à-dire en lieu et place de la barre de passage de courant 58. Pour des tensions nominales particulièrement élevées, par exemple pour des tensions allant jusqu'à 20 kV, on couple en série plus de deux systèmes de contact de disjonction B, chaque ligne de connexion entre 40 les systèmes de disjonction étant pourvue d'une résistance 54. La fig. 8 montre un schéma de connexions se rapportant au dispositif de la fig. 7. 72 13664 7 2132905 g_l_T_g_N_D_I_g_A_I_I_Q_B_g 1 - Méthode pour couper un courant de grande intensité au moyen d'un disjoncteur dimensionné pour un transport de courant permanent, caractérisée par le fait que le courant, immédiatement avant le processus de disjonction, est transféré du disjoncteur à 5 un élément de contact de disjonction dimensionné exclusivement pour la coupure du courant, ledit élément de contact de disjonction étant alors ouvert à ce moment. 2 - Méthode selon la revendication 1, dans laquelle le transfert du courant et l'ouverture de l'élément de contact de disjonc- 10 tion sont commandés à l'aide d'un arbre à came révolutif au moyen duquel sont asservis aussi bien le disjoncteur que l'élément de contact de disjonction. 3 - Méthode selon la revendication 2, dans laquelle la vitesse de rotation dudit arbre à came est asservie de façon à assurer une 15 durée de .disjonction optimum. 4 - Dijoncteur pour la mise en oeuvre de la méthode de la revendication 1, comprenant un groupe comportant d'une part deux éléments de contact fixes distants et d'autre part un archet de contact mobile dont une extrémité fait butée contre un desdits éléments 20 de contact fixes et dont l'autre extrémité est pivotante de façon à faire butée contre l'autre élément de contact fixe lors de la fermeture des contacts et à s'écarter dudit autre élément de contact fixe lors de l'ouverture des contacts, le dispositif étant caractérisé par le fait que le disjoncteur comprend un autre groupe des 25 mêmes éléments de contact fixes avec un élément de contact mobile, les deux groupes étant couplés en parallèle l'un à l'autre et deux éléments cames à commande synchronisée étant prévus: pour maintenir le premier groupe en position de fermeture et le deuxième groupe en position d'ouverture durant une opération d'ouverture du disjonc-30 teur ; pour maintenir le premier groupe en position de fermeture et pour amener le deuxième groupe en position de fermeture durant une phase préparatoire consécutive ; pour maintenir le deuxième groupe en position de fermeture et pour amener ledit premier groupe en position d'ouverture durant une première phase d'ouverture de con-35 tacts suivant les phases précédentes ; et pour amener le deuxième groupe en position d'ouverture durant une autre phase d'ouverture de contacts. 5 - Disjoncteur selon la revendication 4, dans lequel les deux éléments cames sont disposés sur un seul et même arbre. 72 13664 8 2132905 6 - Disjoncteur selon la revendication 5, dans lequel la vitesse de rotation de l'arbre à cames est contrôlée du fait qu'un organe de commande pour l'arbre est équipé d'un dispositif de contrôle de vitesse. 5 7 - Disjoncteur selon la revendication 4, dans lequel le deu xième groupe du disjoncteur est couplé en série avec une résistance ou un condensateur. 8 - Disjoncteur selon la revendication 4, dans lequel .le deuxième groupe dudit disjoncteur comprend un certain nombre d'élé- 10 ments de contact couplés en série. 9 - Disjoncteur selon la revendication 4» dans lequel le pre- . mier groupe du disjoncteur comprend un certain nombre d'éléments de contact couplés en parallèle. 10 - Disjoncteur selon la revendication 4, dans lequel chacun 15 des éléments de contact est pourvu d'un archet de contact supplémentaire, lesdits archets de contact supplémentaires étant disposés symétriquement par rapport aux premiers archets de contact, l'arbre à cames s'étendant le long d'un plan de symétrie dans un espace compris entre lesdits premiers archets de contact et lesdits archets 20 de contact supplémentaires. 11 - Disjoncteur selon la revendication 4, dans lequel le deuxième groupe exclusivement est entouré par une chambre de disjonction.