Brevet FR2237296A1 — publié le 19750207

L'invention concerne un-interrupteur à haute tension, en particulier un interrupteur à gaz comprimé, comportant un ensemble de contacts fixes et un ensemble de contacts mobiles pouvant se déplacer en direction de l-'ensemble de contacts fixes ou s'en éloigner, ou chacun des ensembles de contacts comporte des doigts de contact de puissance et des contacts de rupture et où les deux contacts de l des ensembles de contacts peuvent être déplacés dans une certaine limite l'un par rapport à l'autre afin de pouvoir augmenter, lors du mouvement de -séparation des contacts, la distance de coupure entre les contacts de rupture en au moins deux étapes avec un arrêt temporaire du mouvement relatif. n- est connu que le problème de l'extinction de l'arc, dont l'apparition est pratiquement inévitable lors de la manoeuvre d'ouverture, représente l'un des sujets les plus importants pour les constructeurs d'interrupteurs. On sait. également qu'ìl existe sur la distance de coupure une zone qui est la plus favorable pour la première extinction de l'arc et dans laquelle cette extinction est la plus probable, Cette zone est appelée par les spécialístes la "distance d'extinction ídéale" ; cette appellation n'est pas tout à fait exacte du fait qu'il ne s'agit pas d'une "distance", c'est-dire d'une étandure bien défine, mais au-contraire d'une zone. Mais, étant donné que le mouvement-d'ouverture s'effectue avec une très grande vitesse afin d'obtenir une durée d'arc très courts. 11 peut arriver que la distance d'extinction idéale soit.franchie en un intervalle de temps où aucun passage du courant par zéro ne se produit, ce qui est une autre condition de l'extinction de l'arc. Be ce fait, on a proposé des interrupteurs du type mentionné ci-dessus, dans lesquels les doigts de contact de puisaance parcourent la distance d'ouverture sans arrât, mais dans lesquels les contacts de rupture sont tout d'abord déplacés, puis sont maintenus à la distance d'extinction idéale pendant une courte durée, et seulement ensuïte éloignés à niouveua l'un de l'autre. Cela a été obtenu dans les disjoncteurs déjà connus grâce à la possibilité de déplacement dans une certaine limIte du- contact de rupture de L'ensemble de contacts fixes, ce contact de rupture étant loge -à 1 l'intérieur du doigt de contact de puissance correspondant et soumis à l'action d'un ressort qui tend à 9e pousser contre l'ensemble de contacts mobiles Lors de l'ouver d'un tel interrupteur, le contact-de rupture de l'ensemble de contacts fixes se déplace alors d'abord en suivant le contact de rupture mobile, puis il est maintenu par un ergot afin de provoquer la séparation des contacts de ruptrue.Le contact de rupture de l'ensemble de contacts fixes est ensuite déplacé dans le sens du contact mobile de rupture par l'intermédiaire d'une-tige d'entraînement décliquetable qui accompagne les mouvements de l'ensemble de contacts mobiles, de sorte que la distance entre les deux contacts de rupture - précisément la distance de coupure idéale - est maintenue pendant un certain temps, après quoi la tige d'entratnesent est décliquetée, ce qui provoque le brusque retour du contact "fixe" de rupture. Il résulte du fonctionnement de l'interrupteur connu que la réalisation de cet interrupteur nécessite des dispositions techniques entraanant des dépenses importantes Autre part, les contacts de rupture parcourent ensemble une certaine partie de la course totale de l'interrupteur afin de se maintenir à la distance d'extinction ideale l'un de l'autre. Cela a comme conséquence que la position momentanée dans laquelle se trouvent les ensembles de contacts l'un par rapport à l'autre ainsi que par rapport aux autres parties fixes de l'interrupteur lors de l'extinction réelle de l'arc (passage par zéro du courant), ne peut être déterminée.De plus, il est nécessaire de prévoir un élément mécanique de couplage (tige d'entraînement) entre l'ensemble des contacts mobiles et le contact de rupture de ensemble de contacts fixes, et cet élément de couplage doit nécessairement traverser la distance de coupure0 Cet élément de couplage est alors exposé aux gaz fortement ionisés qui se developpent lors de l'amorçage de l'arc, ce qui peut provoquer des dépôts et des courants de fuite le long de l'elément de couplage0 Un défaut de fiabilité, qui ne doit pas etre sous-estimé, risque alors de pénaliser cet interrupteur connu malgré le maintien des contacts de rupture à la distance d'extinction idéale. me un soufflage eveptuel de l'arc par un gaz d'extinction se décomposant difficilement n'apporte aucune amelioration. Au contraire, même en utilisant comme gaz d'extinction "l'hexafluorure de soufre" (SF6), dont l'emploi est très frequent, l'arc peut provoquer le dégagement d'ions fluor qui ont une action-corrosive sur pratiquement toutes les pièces. Le but de l'intention est de créer un interrupteur du type mentionne qui élimine largement les inconvénients rappelés ci-dessus et qui comporte une structure encore plus simple. L'invention propose ainsi un interrupteur à haute tension, caractérisé en- ce que le contact de rupture de l'ensemble de contacts mobiles est guidé dans la direction du mouvement de cet ensemble, est déplaçable par rapport au contact de puissance de l'ensemble de contacts mobiles et peut être déplacé par un accumulateur dtnergie agissant dans le sens de l'ouverture et déclenché par le contact de puissance0 Les doigts de contact et le contact de rupture de l'ensam- ble des contacts fixes de cet interrupteur sont alors des éléments fixes l'allure du mouvement qui, 'pour ainsi dire, s'effectue par échelons successifs entre les contacts de ltensemble de contacts fixes et l'ensemble de contacts mobiles, n'est obtenue que par la manoeuvre des contacts de l'ensemble de contacts mobiles0 Dans une réalisation de l'invention sous la forme d'un interrupteur à gaz comprimé, le contact de puissance de l'ensemble de contacts mobiles de l'inter rupteur à haute tension peut être constitué à l'une des extrémités d'un cylindre de compression pouvant être déplacé par rapport à un piston fixe, tandis que le contact de rupture est formé par une tige de contact disposée coaxialement par rapport au contact de puissance et entourée d'une buse de soufflage mobile avec le contact-de rupture et pouvant être reliée à l'intérieur du cylindre de compression0 Dans ce type d'interrupteur, le contact de rupture peut traverser le piston et former l'une des butées d'un ressort qui s'appuie par ailleurs sur la face du piston opposée au côté sous pressions Dans ce cas, le mécanisme complet de commande du mouvement par échelons du contact de rupture est logé à l'intérieur d'une enceinte diélctriquement neutre qui est d'autre part baignée par un gaz d'extinction "propre". D'autres détails et avantages ressortiront de la description qui va être donnée à l'aide du dessin joint, d'un exemple de mise en oeuvre de l'invention. La figure 1 représente une-coupe schématique des pièces essentielles d'un interrupteur à gaz comprimé. Les- figures. 2 à 4 représentent l'interrupteur à gaz comprimé de la figure I au cours des différentes -phases du mouvement d'ouverture. Dans l'interrupteur à gaz comprimé représenté, l'ensemble de contacts fixes 10 comprend un contact tubulaire de puissance - Il entourant un- contact de rupture 12 qui a la forme dtune douille. Les deux contacts 11 et 12 sont maintenues, par des moyens non représentés sur les figuresdans une position fixe l'une par rapport à l'autre, à l'intérieur d'une enveloppe qui n'est pas non plus repré- sentée. L'ensemble de contacts mobiles 13 comporte des doigts de contact de puissance 14 formés essentiellement d'une couronne composée de lamelles de contact à ressort 15, qui sont maintenues contre la surface extérieure du contact 11. La couronne composée de lamelles de contact 15 est fixée à l'extrémité supérieure d'un cylindre de compression 16 par l'intermédiaire de dispositifs non représentés. Le cylindre de compression 16 peut entre déplacé axialement dans un tuge de guidage 17 grâce à des galets rotatifs- 18 placés à l'extrémité inférieure du cylindre0 Une colonne support 19, fixe sur la partie inférieure du tube de guidage-17,-traverse l'extrémité inférieure du cylindre de compression 16 et supporte à son extrémité supérieure un piston 20 ; ce dernier est étanche par rapport à la paroi intérieure du cylindre de compression 16 grâce à un joint 21. Une commande 22 de l'interrupteur (représentée schématiquement en traits interrompus) est reliée à l'extrémité inferieure du cylindre de compression 16. L'extrémité supérieure de la chambre de compression 23 du cylindre de compression 16 est fermée par une paroi 24 qui suit les mouvements du cylindre de compression 16. Cette paroi 24 est pourvue d'un orifice 25 à travers lequel passe le tuyau d'alimentation 26 d'une buse de soufflage 27 en matiere isolante. La buse de soufflage 27 est fixée, par des moyens non représentés, à une tige de contact 28 formant le contact de rupture de l'ensemble de contacts mobiles 13. Sur la figure 1, l'extrémité supérieure de la tige de contact 28 pénètre à l'intérieur de l'ouverture du contact de rupture 12, tandis que la tige de contact elle-mEme passe à travers le piston de compression ; elle est fixée sur un organe de guidage 29 qui est monté du côté opposé à la chambre de compression 23.Cet organe de guidage 29 forme l'une des butées d'un ressort de compression 30 qui repose, par ailleurs, sur la face du piston 20 opposée à la chambre de compression 23. L'organe de guidage 29 est, en outre, pourvu d'une ouverture 31 à travers laquelle passe une tige à cliquets 32 dont l'une des extrémités est articulée sur un axe solidaire du piston 20 ; l'autre extrémité porte un galet 34 qui tourne librement0 Un ressort, non représente, permet de maintenir la tige à cliquets 32 et son galet 34 appuyés contre la paroi intérieure de la partie inférieure du cylindre de compression 16. La tige à cliquets 32 comporte d'autre part deux redents 32' et 32", formant des butées pour l'ouverture 31 de l'organe de guidage 29, comme on le verra plus loin. Une coulisse de manoeuvre 33 coopérant avec une collerette d'arrêt annulaire 34 est fixée sur la paroi intérieure du cylindre de compression 16 au niveau de la tige à cliquets 320 Il en résulte que, contrairement aux interrupteurs à gaz comprimé classiques, le contact mobile de rupture 28 n'est pas solidaire du cylindre de compression 16 ou des lamelles de contact 15 fixées sur ce dernier.D'après la figure 1, la position du contact de rupture 28 est déterminée par le redent 32' de la tige à cliquets 32 qui, de son côté, ne peut pas se déplacer dans la direction de déplacement de ensemble de contacts mobiles0 La figure 2 représente l'interrupteur à gaz comprimé de la figure 1 peu après le début du mouvement d'ouverture0 On y voit le contact de puissance 11 et le contact de rupture 12 de l'ensemble de contacts fixes 10 et le contact de rupture 28 avec la buse de soufflage 27 de l'ensemble de contacts mobiles qui se trouve encore dans la mEme position relative par rapport aux contacts correspondants de-l'ensemble de contacts fixes0 Par contre, les doigts de contact 14 de l'ensemble de contacts mobiles !3 ont été séparés du contact 11 par l'intermédiaire de la comnande 22. Par suite de la position fixe du piston 20 et du fait que les lamelles de contact 15 accompagnent les mouvements du cylindre de compression 16, le volume de la chambre de compression 23 diminue, provoquant ainsi une pré-comptession du gaz d'extinction outil continent. Le gaz ne peut toutefois pas encore s'échapper par la buse de soufflage 27, car, comme le montre le dessin, la sortie de la buse de soufflage est encore maintenue fermée par la disposition étanche de la tige de contact 28 et de l'ouverture de sortie de la buse de soufflage 27 avec le contact de rupture 12.Le mouvement vers le bas du cylindre de compression 16 provoque également un déplacement vers le bas de la coulisse 33, dont la première rampe 33' s'apprête a écarter le galet 34 de la tige à cliquets 32 de sa position appuyée contre la paroi intérieure du cylindre 16. La position-de l'organe de-guidage- 29 ainsi que celle de la tige de contact 28 sont déterminées par le redent 32'. Dès que le galet 34 a été déplacé à partir de la paroi intérieure du cylindre 16 par l'intermédiaire de la rampe 33' de la coulisse 33 (voir figure 3), le- redent- 32' est-déplacé de sa position d'accrochage par rapport à l'ouver- ture 31 de l'organe de guidage 29 ; le ressort-de compression 30 entre en action à ce moment précis en déplaçant l'organe de guidage 29 et -la tige de contact 28 jusqu'au redent suivant 32" de la tige à cliquets 32* Ainsi, Ia tige de contact 28 est séparée du contact de rupture 12, l'ouverture de sortie de la buse de soufflage 27 est découverte ce qui provoque un soufflage intense de l'arc apparatssant entre le contact de rupture 12 et l'embout de la tige de-contact 28. I1 est à noter que la distance entre le redent 32' et le contact de rupture 12 a été choisie de façon à obtenir la "distance d'extInction idéale" mentionnée précédemment, entre l'embout de la tige de contact 28 et le contact de rupture 12 lors de la butée de organe de guidage 29 sur le redent 32'. Les doigts de contact 14 de l'ensemble de contacta mobiles 13 se sont également éloignés entre temps de l'ensemble de contacts fixes 10 et le volume de la chambre de compression 23 a continué à diminuer, de sorte que le soufflage de l'arc se poursuit. Lors d'un nouveau mouvement vers le bas du cylindre de compression 16, la coulisse 33 se déplace également vers le bas, j jusqu'à ces que sa deuxième rampe 33n éloigne encore davantage le galet 34 de la tige de manoeuvre 32, de la paroi intérieure du cylindre de compressione Ainsi, le deuxième redent 32" de la tige de manoeuvre 32 est également sépare de l'organe de guidage 29, de sorte que le ressort de compression 30 peut se détendre complètement et que organe de guidage 29 vient reposer sur la collerette 34'0 Cette position est représentée sur la figure 4. Ainsi, la tige de contact 28 et les doigts de contact 14 de ensemble de contacts mobiles t3 se retrouvent, l'un par rapport à l'autre, dans la mSme position que celle dans laquelle ils - se trouvaient en position dè fermeture (figure 1) ; le volume de la chambre de compression 23 est pratiquement réduit à zéro- et le gaz d'extinction qu'elle contenait a été souffle à travers la buse de soufflage 27, éliminant ainsi les résidus de gaz -ionisés qui peuvent être restés sur la distance de coupure entre l'ensemble de contacts fixes et l'ensemble de contacts mobiles, de sorte qu'un réamorçage de l'arc qui a été éteint lors du maintien des deux contacts de rupture à la distance d'extinction idéale, est exclu. Lors dela fermeture à partie de la position de l'interrupteur représentée sur la figure 4, la collerette 34' fixée sur le cylindre de compression 16 entrasse l'organe de guidage 29 de la tige de contact 28, assurant ainsi un déplacement identique des deux contacts de l'ensemble de contacts mobiles. Une soupape d'aspiration (non représentée), disposée dans le piston 20, permet en mMme temps, dans la chambre de compression 23 dont le volume augmente à nouveau lors du mouvement de fermeture, l'admission de gaz d'extinction frais provenant de la chambre du cylindre 16 opposée à la chambre de compression 23. I1 va de soi qu'un autre moyen que celui de la tige a cliquets 32 peut être utilisé pour commander le mouvement relatif de la tige de contact 28-par rapport au cylindre de compression 16 et, par conséquent, par rapport aux doigts de contact 14 de l'ensemble de contacts mobiles 13. En particulier, des butées peuvent être prévues sur la colonne support 19, et un cliquet, articulé sur l'organe de guidage-29, peut s'accrocher sur ces butées, Ce cliquet peut être déplacé par l'intermédiaire de doigts de manoeuvre accompagnant les mowements du cylindre de compression 16 et etre escamote afin que la tige de contact 28 puisse être déplacée par le ressort 30, disposé entre le piston 20 et l'organe de guidage 29 d'un gradin supplémentaire dans son mouvement d'ouverture. Les avantages de l'interrupteur décrit peuvent être résumés de la manière suivante. La distance de coupure entre l'ensemble de contacts fixes 10 et l'ensemble de contacts mobiles 13, n'est shultEe, à part l'inévitable enveloppe (non représentée), par aucun autre élément de-lBinterrupteur. Dans ces conditions, la distance de coupure reste "propre" au point de vue diélectrique, permettant ainsi une meilleure mattrise du champ qui réapparaît avec la tension transitoire lors de la manoeuvre d'ouverture0 La commande du mouvement relatif entre le contact de rupture et les doigts de contact de puissance de l'ensemble de contacts mobiles est disposée dans un volume diélectriquement neutre, c'est-à-dire dans un volume où le champ est nulO Ce volume est en outre protégé contre l'action de gaz d'extinction fortement ionisés et en partie corrosifs REVENDICATIONS 1/ Interrupteur à haute tension, en particulier interrupteur à gaz comprimé comprenant un ensemble de contacts fixes et un ensemble de contacts mobiles~ pouvant, sous l'action d'une commande, se déplacer en direction de l'ensemble de contacts fixes ou s'en éloigner, chacun des ensembles de contacts comportant des contacts de puissance et des contacts de rupture pouvant être mis en contact les uns avec les autres, et les deux contacts de l'un des ensembles de contacts - peuvent être déplacés dans une certaine limite l'un par rapport à l'autre afin de pouvoir, lors du mouvement de séparation des contacts, augmenter la distance de coupure entre les contacts- de rupture en au moins deux étapes avec le maintien temporaire d'une distance constante, caractérisé en ce que le contact de rupture de l'ensemble de contacts mobiles guidé dans la direction du mouvement de cet ensemble est déplaçable par rapport au contact de puissance-de 11 ensemble de contacts mobiles et peut être déplacé par un accumulateur d'énergie agissant dans le sens de l'ouverture et déclenché par le contact de puissance. 2/ Interrupteur à haute tension selon la revendication I, réalise sous la forme d'un interrupteur à gaz comprimé dans lequel le contact de puissance de l'ensemble de contacts mobiles est constitue à l'une des extrémités d'un cylindre de compression pouvant être déplacé par rapport à un piston fixe, la contact de rupture est formé par une tige de contact disposée coaxialement par rapport au contact de puissance et entourée d'une buse de soufflage accompagnant -les mouvements du contact de rupture et pouvant être reliée à l'intérieur du cylindre de compression, caractérisé en ce que le contact de rupture traverse le piston et forme l'une des butées d'un ressort- s'appuyant par ailleurs sur la face du piston opposée au côté sous pression, des ergots, escamotables lors du déplacement du contact de puissance, étant prévus pour agir sur ladite butée. -3/ Interrupteur à haute tension selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une tige 7 cliquets est articulée sur la face du piston opposée au côté sous pression, les dents des cliquets de cette tige formant-lesdits ergots, et en ce que cette tige peut être déplacée de sa position d'accrochage, dans un mouvement pas a pas, par l'intermédiaire d'une coulisse se déplaçant avec le contact de puissance. 41 Interrupteur à haute tension selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'à l'extrémité du contact de rupture opposée à- la partie venant en contact est disposé un cliquet qui coopère avec des taquets fixes et qui peut être escamoté par un doigt de manoeuvre se déplaçant avec le contact de puissance0