Brevet FR2181830A1 — publié le 19731207

Par la demande de brevet allemand n 1 154 548 on connaît un interrupteur électrique comportant un gaz électronégatif et fluoritique servant à l'isolement et au soufflage ainsi que des contacts mobiles les uns par rapport aux autres entre lesquels un arc esttiré lors de la coupure. Afin de limiter autant que possible la détérioration de ces contacts et la. formation de produits de décomposition sous l'effet de l'arc, ces contacts sont en carbone, de préférence en graphite. Ces contacts en graphite sont massifs et insérés dans des électrodes, en forme de pot, dont les parois s'engagent , au moins en partie dans des contre-dépouilles prévues dans la surface latérale des contacts. On obtient ainsi une liaison mécanique et électrique sure. La présente invention concerne un appareil de coupure électrique à haute tension, en particulier un disjoncteur à haute tensionJcomportant un isolant gazeux et des contacts dont la face frontale porte des électrodes en graphite. Selon l'invention, ces électrodes ont la forme d'un anneau dont le pourtour présente un profil en U entre les branches duquel est placé un élément support. L'invention permet de réaliser des électrodes en graphite, en forme de buse, pour des contacts qui sont creux en vue de l'évacuation des gaz engendrés à la coupure. Ces électrodes annulaires qui sont destinées à guider l'arc non seulement par leur. face frontale mais aussi par leur surface latérale intérieure, doivent entre en une matière graphitique présentant de bonnes caractéristiques d'usure. Mais un tel matériau ne se prête que difficilement à la réalisation d'un montage robuste, c'est-à-dire résistant à la rupture. Cet inconvénient est d'autant plus fâcheux que pour les disjoncteurs à haute tensionvltemploi d'éléments en graphite en forme de buse s'avère très avantageux du fait de leurs propriétés de guidage des arcs. La présente invention vise, en outre, à souffler magnétiquement l'arc tiré entre les électrodes? de façon qu'il soit attiré à l'intérieur des électrodes en graphite en forme de buse.Pour le soufflage magnétique dans les disjonc- teurs à haute tension, il est déjà connu d'utiliser le courant d'arc lui-mEme et de susciter la formation d'une boucle (voir par exemple brevet allemand nO 1 212 617). Un tel profil en U a, toutefois7 pour effet d'altérer les caractéristiques mécaniques (qui, de toute façon , sont défavorables) des corps en graphite en forme de buse. C'est pourquoi la présente invention prévoit d'agencer, entre les branches du U des électrodes annulaires, un élément support qui renforce les deux branches et, par conséquent, l'ensemble du corps de la buse. L'avantage particulier de la forme de réalisation prévue par l'invention réside dans le fait qu'étant renforcées et rendues robustes, les électrodes peuvent alors entre pourvues d'évidements permettant d'améliorer l'influence magnétique exercée sur l'arc. Des électrodes fendues obliquement par rapport à leur face frontale permettent de provoquer une rotation de l'arc autour de l'axe des électrodes de forme annulaire. Dans une première forme de réalisation de l'invention, l'élément support est def forme annulaire et constitué d'une résine coulée, notamment d'une résine époxy. Dans une variante quelque pew diffé-rente, cet 6iémentsupport est en céramique. Pour permettre un accroissement des sollicitations mécaniques, en particulier en vue de recourir, pour le montage d'une électrode, à une liaison par frottement lui assurant une assise ferme, l'élément support peut être associé à une armature métallique. Il est alors avantageux que la branche extérieure du U du profil de l'électrode soit enserrée entre l'élément support, en particulier entre cette armature métallique et une douille extérieure de la pièce de contact. L'élément support peut ainsi servir avantageusement de contre appui pour une liaison par frottement. Dans tous les cas, il est préférable que le matériau de l'élément support ait, dans une plage de températures comprises entre -40 C et + lsO0C, un coefficient de dilatation sensiblement égal à celui de la matière graphitique constituant l'électrode. Si l'on utilise une résine coulée, cette adaptation du coefficient de dilatation peut s'obtenir en recourant à des charges dont la structure peut être, par exemple, granulaire, pailletée ou fibreuse. Pour constituer l'armature, il convient de préférer des métaux qui, dans la plage de températures considérée, ont un coefficient de dilatation cor- respondant à celui du graphite. Un métal comportant 36 % de nickel, et du fer pour le complément, s'est avéré particulièrement avantageux à cet égard.On peut aussi utiliser avantageusement un métal comportant 28 * de nickel et 18 % de cobalt, le complément étant constitué par du fer. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront à la lecture des exemples non limitatifs suivants décrits en se référant au dessin annexé sur lequel la figure l représente schématiquement un dispositif de coupure électrique selon l'invention, en l'oc curraure un disjoncteur à hauté tension ; la figure 2 représente un contact du disjoncteur selon la figure 1 avec une électrode en graphite la figure 3 représente un contact avec une électrode en graphite quelque peu différente ; et la figure 4 représente une autre variante d'une électrode en graphite assemblée à un contact. Le disjoncteur/représenté sur la figure 1 comporte une chambre de coupure 10 éventuellement en porcelaine, qui renferme un agent isolant gazeux, par exemple de l'hexafluorure de soufre. A l'intérieur 12 de cette chambre de coupure 10 sont installés deux contacts 1 dont les faces frontales libres, situées en regard l'une de l'autre, portent chacune, par l'intermédiaire d'un corps électriquement conducteur 4, une électrode en graphite 6 destinée à conduire l'arc. Chaque électrode en graphite est de forme annulaire, par exemple en forme de buse, et sert à l'évacuation des gaz chauds engendrés pendant la durée de l'arc. Ces gaz sont acheminés par l'intérieur des contacts 1 qui sont creux Dans le présent exemple de réalisation, le disjoncteur, à la position représentée à droite de la ligne médiane, se trouve en position de fermeture, et, à la position représentée à gauche de cette ligne médiante, à la position d'ouverture. A la position de fermeture, les deux contacts 1 sont reliés électriquement par une pièce de liaison mobile 11.A la position de coupure, cette pièce 1l libère, après avoir été déplacée dans le sens de la flèche 13, la section de coupure comprise entre les deux contacts I Sur la figure 2, on a représenté schématiquement, à une échelle agrandie, un contact 1 pour le disjoncteur à haute tension selon la figure 1, ce contact étant creux afin de permettre l'évacuation des gaz chauds produits pendant le processus de coupure. L'agent isolant gazeux utilisé, en particulier l'hexafluorure de soufre, sert généralement aussi, lorsqu'il s'agit d'un disjoncteur à haute tension, d'agent d'extinction.Ce dernier est amené sous une pression déterminée, de 10 bars par exemple, à la section de coupure lorsque le disjoncteur passe à la position de déclenchement, et de -là est évacué par les électrodes en graphite en forme de buse et par les contacts creux. Le contact 1 porte, sur sa face frontale 2 un filetage 3, pour recevoir une douille tubulaire canductrice 4, elle-mEme maintenant l'électrode en graphite 6. Cette der- nière est de forme annulaire et présente un pourtour à profil en U. Entre les branches 7 et 8 ce profil en U est disposé un élément support 9 de forme également annulaire. Cet élément support peut être en résine coulée, en céramique, ou encore composé de ces deux matériaux. La fabrication de l'électrode en graphite 6 peut se faire, par exemple, en aménageant dans le corps en graphite une gorge intérieure annulaire dans laquelle on coule ensuite une résine.Cette résine est pourvue de charges de structure fibreuse, pailletée ou granuleuse, conférant à l'élément support un coefficient de dilatation correspondant à celui de graphite. Sur la figure 3, on a représenté, d'une fa çon analogue au mode de représentation de la figure 2, le contact 1 avec la douille 4 maintenant par friction l'électrode en graphite 6. Dans cette forme de réalisation, une armature métallique 14 est assemblée à l'élément support 9 en résine, de façon que la branche extérieure 8 du profil en U de l'électrode 6 soit enserrée entre cette armature 14 et la douille 4. On est ainsi assuré que la matière de l'électrode d'arc 6 ne sera sollicitée qu'en pression dans la plage de température allant de -40 C à + 1500C. L'armature 14 est de forme annulaire et avantageusement moulé avec l'élément support 9. Cet élément, et en particulier l'armature 14 sert, dans l'exemple représenté, de contre-appui pour la fixation par frottement constituée par la douille 4. Comme matériau pour l'armature 14, il s'est avéré avantageux d'utiliser-unétal qui, dans plage de tem- pératures comprises entre -40 C et + 1500C , présente un coefficient de dilatation sensiblement égal à celui du matériau de l'électrode. Si, pour réaliser l'armature, on adopte un métal comportant 36 * de nickel, et le reste en fer, la forme de réalisation représentée conserve, jusqu'à une température d'environ +200 C, sa stabilité du point de vue des forces de liaison par frottement agissant sur l'électrode en graphite 6. Ce n'est que lorsque la température est supérieure à +2000C que ces forces de liaison par frottement diminuent. Pour des sollicitations supérieures, en particulier pour une plage de températures pouvant excéder 4000C, il s'est avéré avantageux d'utiliser, pour la douille 4 électriquement conductrice, un métal comportant 28 % de nickel, 18 * de cobalt, et le complément en fer. La dilatation relative d'un tel métal correspond sensiblement, jusqu'à +4000C, à celle du graphite. Grâce à l'invention, l'électrode en graphite, présente, en dépit de sa forme annulaire, une stabilité et une résistance à la rupture telles que l'on peut, en outre, aménager dans 1' électrode des fentes et des évidements obliques par rapport à sa face frontale, comme on peut le voir sur la figure 4. Des fentes 16, que l'on peut répartir à intervalles égaux sur la périphérie de l'électrode, sont orientées obliquement par rapport à la face frontale 15 de l'électrode 6. Ces fentes 16, obtenues par exemple par sciage peuvent être ensuite remplies d'une résine de même composition que la résine de l'élément support Le remplissage des fentes 16 avec de la résine peut aussi se faire en mime temps què celui de l'espace compris entre les branches 7 et 8 u profil en U. Au lieu de fentes obliques 16, on peut aussi prévoir des fentes parallèles à l'axe de l'électrode. Dans un tel cas, il n'y a plus de composantes magnétiques supplémentaires provoquant une rotation de l'arc autour de l'axe de l'électrode. Toutefois, du fait de la formation de boucles, on dispose toujours de l'action magnétique désirée, laquelle influence favorablement l'arc. REVENI)ICATI0S 1. Appareil de coupure électrique à haute~ tension, en particulier disjoncteur à haute-tension, comportant un agent isolant gazeux et des contacts dont la face frontale porte des électrodes en graphite, caractérisé par le fait que les électrodes ont la forme d'un anneau dont le pourtour présente un profil en U entre les branches duquel est placé un élément support. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les électrodes sont fendues obliquement par rapport à leur face frontale. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément support est de forme annulaire et en résine coulée. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'éliment support est en céramique. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4,caractérisé par le fait qu'une armature métallique est associée à l'élément support. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5,caractérisé par le fait que la branche extérieure du profil en U de l'électrode est enserrée entre l'élément support et une douille extérieure de la pièce de contact. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'élément support de soutien sert de contre-appui à un mode de liaison par frottement. 8. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le matériauxde l'élément support présente, dans une plage de températures comprises entre en- viron -40 C et + 1500C, sensiblement leêcoeficient de dilatation que le matériau de l'électrode guidant l'arc.