Brevet FR2242768A1 — publié le 19750328

Cette invention concerne les sections de coupure de disjoncteurs à double circulation de gaz du type à auto-soufflage, et plus particulièrement les améliorations concernant la forme d'une tuyère en matériau isolant dont le rôle est de diriger 5 vers l'arc un gaz d'extinction d'arc mis sous pression par le cylindre et le piston du compresseur. Au cours des récentes années, on a noté un accroissement de la demande de courant électrique qui a rendu nécessaire le transport d'un courant de haute tension et de haute intensité. 10 Etant donné cette tendance, la capacité de coupure requise pour les disjoncteurs se trouve également accrue. Il y a actuellement une demande de disjoncteurs ayant un pouvoir de coupure de . 40 à 50 kilcvolts/ampères à utiliser dans un circuit dont la tension dépasse loo kilovolts. 15 Dans les disjoncteurs à extinction d'arc par soufflage de gaz, on produit un gaz d'extinction d'arc sous pression élevée en commandant le déplacement du cylindre- du compresseur et ce gaz est soufflé contre un arc produit entre les contacts de façon à éteindre cet arc, ce qui coupe le courant. On peut 20 employer comme gaz d'extinction d'arc l'hexafluorure de soufre gazeux SF ou tout autre milieud'extinction isolant. o Dans les disjoncteurs à double écoulement de gaz du type à auto-soufflage de la technique antérieure, le contact auxiliaire mobile creux appelé encore pare-étincelles, qui est 25 placé contre le contact fixe en forme de bloc, ainsi que le contact principal mobile constitué par plusieurs pièces conductrices et entourant le contact auxiliaire mobile creux sont tous deux disposés dans un volume creux placé du côté amont de la tuyère en matériau isolant, cette tuyère étant 30 conçue pour souffler contre l'arc un gaz d'extinction d'arc comprimé par le piston et par le cylindre du compresseur. Grâce à cet agencement, le contact fixe et le contact mobile (y compris le contact auxiliaire mobile creux) sont amenés en contact l'un de l'autre à l'intérieur de la tuyère, ceci 35 rend nécessaire l'accroissement du volume (ou du diamètre) de la portion de la tuyère disposée du côté amont, ce qui accroît inévitablement l'espace mort à l'intérieur de la tuyère. Ainsi le gaz d'extinction d'arc mis sous pression par le cylindre et par le piston du compresseur voit sa pression considérablement 40 abaissée lorsque le gaz atteint l'arc, ce qui diminue le 2 2242768 pouvoir de coupure des disjoncteurs de ce type. Le diamètre du col de la tuy.ère est choisi de telle façon qu'il est plus grand que le diamètre du contact fixe, ce qui permet au contact fixe de traverser le col de la tuyère. Il en 5 résulte que la quasi-totalité du gaz d'extinction d'arc sous pression se déplace en traversant le col de la tu/ère en direction du côté aval de la tuyère, si bien que le volume du gaz d'extinction d'arc mis sous pression passant dans l'alésage du contact auxiliaire mobile creux est nettement abaissé. En 10 conséquence, le déplacement de l'arc le long de la paroi intérieure du contact auxiliaire mobile creux et son refroidissement sont gênés, ce qui provoque un abaissement du pouvoir de coupure des disjoncteurs de ce type. Dans le cas ôù le col de la tuyère aurait un diamètre 15 plus grand, une portion du gaz d'extinction d'arc mis sous pression est évacuée par le col de la tuyère sans contribuer à l'extinction de l'arc. Etant donné ce que nous venons de dire, il est nécessaire de produire un gaz d'extinction d'arc sous pression en quantité plus grande que nécessaire à l'aide 20 du cylindre et du piston du compresseur. Cette nécessité rend à son tour nécessaire l'accroissement des dimensions du cylindre et du piston du compresseur, d'où l'impossibilité d'obtenir un dispositif de commande du disjoncteur de faible encombrement. Un objectif de l'invention est de fournir une section de 25 coupure d'un disjoncteur à double circulation de gaz du type à auto-soufflage qui présente un pouvoir de coupure élevé. Un autre objectif de l'invention est de fournir une section de coupure d'un disjoncteur à double circulation de gaz du type à auto-soufflage dans lequel la quasi-totalité du volume du gaz 30 d'extinction d'arc mis sous pression par le cylindre et le piston du compresseur contribue à l'extinction de l'arc. Les caractéristiques remarquables de l'invention sont les suivantes. Le contact fixe principal est constitué de plusieurs pièces conductrices disposées en forme de cercle; le contact 35 mobile principal placé contre le contact fixe principal est disposé à la périphérie extérieure de la tuyère en matériau isolant afin de permettre au gaz d'extinction d'arc mis sous pression par le cylindre et le piston du compresseur de se déplacer en direction de l'arc; et le contact auxiliaire mobile creux 40 seul est disposé dans l'intérieur creux de la tuyère du côté amont 3 2242768 de cette dernière. Le contact auxiliaire fixe en forme de bloc est disposé concentriquement au contact fixe principal et placé contre le contact auxiliaire mobile creux, si bien que le contact auxiliaire fixe peut se déplacer à travers le col de 5 la tuyère en matériau isolant et venir en contact avec le contact auxiliaire mobile creux dans la portion intérieure creuse de la tuyère du côté amont de cette dernière. La tuyère comporte une paroi intérieure qui est profilée de telle façon que, lorsque le disjoncteur est en position de 10 déclenchement, c'est-à-dire dans la position où le contact fixe principal et le contact mobile principal sont séparés l'un de l'autre, la résistance offerte au courant de gaz sous pression (gaz d'extinction d'arc) émis par la chambre de compression délimitée par le cylindre et le piston du compresseur 15 et dirigé vers 1'alésage du contact auxiliaire mobile creux est inférieure à la résistance offerte au courant d'un gaz d'extinction d'arc sous pression qui se déplace en direction du col de la tuyère à partir de la chambre de compression. Grâce à cet agencement, plus de la moitié du volume total du gaz d'extinction 20 d'arc s'écoule dans l'alésage du contact auxiliaire mobile creux. On va maintenant décrire brièvement le dessin. Le dessin est une vue en coupe de la section de coupure du disjoncteur à double circulation de gaz du type à auto-soufflage selon l'invention, ce dessin représentant la section de coupure 25 du disjoncteur en position de déclenchement. Le dessin est une vue en coupe de la section de coupure du disjoncteur à double écoulement de gaz du type à auto-soufflage qui constitue l'un des modes de réalisation de l'invention; ce dessin représente la section de coupure du disjoncteur dans sa 30 position de déclenchement, c'est-à-dire dans la position où il ouvre le circuit. Dans le dessin, les contacts principaïcc entraînent un contact fixe principal 21 et un contact mobile principal 22. Le contact fixe principal 21 est constitué par plusieurs pièces conductrices disposées cylindriquement et 35 il comporté des moyens élastiques 23 montés à son extrémité antérieure, un blindage 24 destiné à abaisser l'intensité du champ électrique est prévu à la périphérie extérieure des moyens élastiques 23. Dans la portion centrale du contact fixe principal 21 se 40 trouve un contact auxiliaire fixe 25 en forme de bloc qui est 4 2242768 fixé à un élément immobile (non représenté) auquel le contact fixe principal 21 est également fixé. Le contact auxiliaire fixe 25 présente une portion antérieure qui est constituée d'un matériau résistant à l'arc. 5 Par ailleurs le compresseur qui comprend un cylindre 26 et « un piston 27 est prévu du côté du contact mobile. Le contact mobile principal 22 qui sert en coopération avec un élément de support de la tuyère isolante à maintenir la base de la tuyère isolante 28 en place est fixé par des boulons 30 à une paroi 10 latérale 38 du cylindre 26 du compresseur. La tuyère isolante 28 comporte du côté aval un col dont le diamètre intérieur est supérieur au diamètre extérieur du contact auxiliaire fixe 25 et qui diverge constamment en se dirigeant vers l'extérieur. Un contact auxiliaire mobile creux 31 est prévu à l'intérieur 15 du contact mobile principal 22 et présente une extrémité antérieure qui est constituée d'un matériau résistant à l'arc, comme c'est le cas de la portion terminale antérieure du contact auxiliaire fixe 25. Le cylindre 26 et le piston 2 7 du compresseur délimitent 20 entre eux une chambre de compression 32 qui contient un gaz d'extinction d'arc. Dans la paroi latérale 38 du cylindre 2 6 sont ménagés des orifices 33 d'alimentation en gaz que traverse le gaz d'extinction d'arc contenu dans la chambre de compression 32 et qui permettent au gaz d'être soufflé contre l'arc produit 25 entre le contact auxiliaire fixe 25 et le contact auxiliaire mobile 31. Quoiqu'un seul orifice 33 d'alimentation en gaz soit représenté sur le dessin, quatre orifices 33 d'alimentation en gaz de môme surface sont fournis dans ce mode dé réalisation. La tuyère isolante 28 est construite de telle façon que 30 sa paroi intérieure qui est disposée du côté amont de la tuyère et qui est contiguë à 1*orifice est plane, et que la paroi intérieure plane de la tuyère 28 forme un angle © avec l'axe central longitudinal du disjoncteur qui est sensiblement de 90°. Une plaque de régulation d'écoulement 34 constituée par un matériau 35 isolant est prévue du côté extérieur du contact auxiliaire mobile creux 31 et cette plaque est construite de telle façon que sa surface principale forme un angle « avec l'axe central longitudinal du disjoncteur qui est également sensiblement égal à 90°. La fourniture de cette plaque de régulation d'écoulement 34 permet 40 de réduire le volume mort compris à l'intérieur de la tuyère et 5 2242768 empêche l'allumage par l'arc du prolongement du contact mobile principal 22 ou des boulons 30. Etant donné que le contact auxiliaire mobile 31 ne sert à produire un arc que lorsque le disjoncteur coupe le circuit, et que le courant s'écoule à 5 travers les contacts principaux 21 et 22 lorsque le disjoncteur est dans sa position d'enclenchement» c'est-à-dire sa position où il ferme le circuit, le contact auxiliaire mobile 31 peut ainsi être de faible dimension, puisqu'un courant élevé ne le traverse que pendant un très court intervalle de temps. 10 La tuyère isolante 28 est construite de telle façon que la distance l entre sa surface intérieure plane disposée du côté amont de cette dernière et contiguë à son col et la paroi latérale 38 du cylindre 26 est plus petite que le rayon R de la base de la tuyère isolante 28. Il en résulte une diminution 15 du volume mort à l'intérieur de la tuyère 28 que traverse le gaz d'extinction d'arc après avoir traversé les orifices 33 d1alimertation en gaz et avant d'avoir atteint l'arc qui se forme entre les contacts auxiliaires 25 et 31. La tuyère 28 est construite de telle façon que sa surface intérieure plane disposée 20 du côté amont de cette dernière et contiguë à l'orifice et la surface principale de la plaque de régulation d'écoulement 34 délimitent entre elles un volume dont la section droite est disposée perpendiculairement à la direction d'écoulement du gaz d'extinction d'arc sous pression et est sensiblement égale à 25 la somme des sections droites des quatre orifices d'alimentation en gaz 33. Ainsi, le volume mort qui existe dans la tuyère 28 se trouve encore réduit. Un arbre creux tubulaire 36 supportant le contact auxiliaire mobile creux 31 est ménagé dans la portion centrale du 30 cylindre 26 et est formé d'une seule pièce avec ce dernier. Le dispositif décrit ci-dessus est placé dans un réservoir sous pression (non représenté) qui est rempli d'hexafluorure de soufre gazeux ou de tout autre gaz isolant d'extinction d'arc. On va maintenant décrire la canmande du disjoncteur à 35 double courant de gaz du type à auto-soufflage, construit comme décrit précédemment. Lorsque le disjoncteur est amené dans sa position d'enclenchement dans laquelle il ferme un circuit, le courant traverse le contact fixe principal 21, le contact mobile principal 22 et le cylindre 27 du compresseur. Lorsqu'on amène 40 le disjoncteur dans sa position de déclenchement où il ouvre le 2242768 circuit, l'arbre 36 du cylindre est déplacé vers le bas (sur la figure) par un dispositif de commande de disjoncteur (non représenté) . ce dispositif de commande fait descendre d'une sele pièce le cylindre 26 du compresseur, la tuyère isolante 28, le 5 contact principal mobile 22 et le contact auxiliaire mobile 31, ce qui provoque la rupture entre les contacts principaux 21 et 22. Lorsque ceci se produit, le courant suit un trajet formé par le contact auxiliaire fixe 25, le contact auxiliaire mobile 31 et le cylindre 26. Lorsque l'arbre 36 continue son mouvement 10 vers le bas, il se produit alors une rupture entre les contacts auxiliaires 25 et 31, d'où la formation d'un arc 35 entre ces deux derniers contacts. Par ailleurs, le gaz d'extinction d'arc contenu dans la chambre de compression 32 délimitée entre le cylindre 2 6 et le 15 piston 2 7 est comprimé et traverse les orifices d'admission 33 de façon à être soufflé contre l'arc 35. Le gaz d'extinction d'arc soufflé contre -l'arc 35 s'écoule en formant deux courants dans deux directions différentes, soit d'une part vers l'alésage du contact auxiliaire mobile creux 31 et d'autre part vers 20 l'orifice de la tuyère isolante 28. Ainsi, le gaz est évacué vers la portion du réservoir à pression plus basse par les deux sorties. L'arc 35 s'éteint lorsque le gaz d'extinction d'arc sous pression est soufflé contre lui, ce qui interrompt le passage du courant. 25 Dans la section de coupure du disjoncteur selon l'invention, les contacts principaux 21 et 22 sont disposés à l'extérieur de la tuyère isolante 28 tandis que seuls les contacts auxiliaires 25 et 31 sont disposés à l'intérieur de la tuyère isolante 28. Ainsi le col de la tuyère isolante 28 peut avoir un diamètre 30 qui est suffisamment grand pour que la tuyère puisse recevoir le contact auxiliaire fixe 25 de faible capacité, ceci empêche qu'une quantité de gaz d'extinction d'arc plus importante qu'il n'est nécessaire pour éteindre l'arc ne soit évacuée par la tuyère, si bien que la chambre de compression 32 peut avoir un volume 35 qui est suffisamment important pour que soit produite la quantité minimale essentielle de gaz d'extinction d'arc sous pression. La surface intérieure plane de la tuyère isolante 28 disposée du côté amont de cette tuyère et contiguë au col de la tuyère fait un angle e avec l'axe longitudinal du disjoncteur, cet 40 angle étant sensiblement égal à 90°. La surface principale de la 7 2242,768 plaque de régulation d'écoulement 33 fait un angle « avec l'axe longitudinal du disjoncteur, cet angle étant également sensiblement égal à 90°. En vertu de ces caractéristiques, le gaz d'extinction d'arc sous pression émis par les orifices 33 5 d*alimentation en gaz peut être soufflé contre l'arc 35 formé . entre les contacts auxiliaires 25 et 31, en faisant un angle droit ou un angle obtus. En conséquence, le gaz d'extinction d'arc sous pression peut être introduit en plus grand volume dans l'alésage du contact auxiliaire mobile creux 31 que dans ÎO le col de la tuyère 28, et l'arc 35 qui s'est formé entre les contacts auxiliaires 25 et 31 peut être amené à se déplacer le long de la paroi intérieure du contact mobile auxiliaire creux 31 dans le même sens que le sens de déplacement du gaz d'extinction d'arc sous pression, si bien qu'on peut facilement 15 refroidir l'arc et l'éteindre efficacement. Etant donné que la distance entre le surface intérieure plane de la tuyère 28 disposée du côté amont de cette dernière et contiguë au col de la tuyère et la paroi latérale 38 du cylindre 26 disposée du côté contact est plus petite que le rayon 20de la base de la tuyère 28, le volume mort existant sur la trajectoire du gaz d'extinction d'arc lorsqu'il se déplace des orifices 33 d'alimentation en gaz jusqu'à l'arc 35 qui se forme entre les contacts auxiliaires 25 et 31 peut être réduit au minimum, et on peut empêcher un abaissement de la pression du 25 gaz d'extinction d'arc sous pression, ce qui améliore les caractéristiques du disjoncteur. Il est bien entendu à ce propos que la distance entre la surface intérieure plane de la tuyère 28 et la paroi latérale du cylindre du compresseur doit être égale au minimum à environ le tiers du rayon de la base de la 30 tuyère, parce que la section droite de la trajectoire du gaz d'extinction d'arc devient trop faible et la résistance offerte à l'écoulement de gaz devient trop grande si la distance est trop petite. 8 2242768 revendicaiio n s 1. Section de coupure d'un disjoncteur à extinction d'arc par soufflage de gaz, comprenant : (a)un contact fixe principal creux formé par plusieurs 5 pièces conductrices disposées en forme de cercle, (b) un contact auxiliaire fixe en forme de tige disposé dans la portion creuse dudit contact fixe principal, concentriquement à ce dernier, (c) un cylindre mobile qui est complémentaire dudit contact 10 fixe principal creux, (d) une paroi latérale qui ferme l'une des extrémités dudit cylindre mobile et qui est complémentaire dudit contact fixe principal creux, (e) un arbre creux disposé concentriquement audit cylindre 15 mobile et traversant ce dernier, ledit arbre creux étant fixé à ladite paroi latérale, (f) un piston fixe disposé dans ledit cylindre mobile afin de coopérer avec lui, (g) un contact auxiliaire mobile creux qui est complémentaire >0 dudit contact auxiliaire fixe et qui est supporté par ledit arbre creux du cylindre, (h) une tuyère en matériau isolant qui est concentrique audit contact auxiliaire mobile creux et qui est montée sur ladite paroi latérale, un col étant formé du côté 25 aval de ladite tuyère en matériau isolant et ayant un diamètre suffisamment grand pour permettre audit contact auxiliaire fixe en forme de tige de s'y mouvoir, (i) un contact mobile principal monté à la périphérie extérieure de ladite tuyère en matériau isolant et 30 disposé concentriquement à cette dernière de façon à être amené en contact glissant avec ledit contact fixe principal creux ou à être mis hors contact, ledit contact mobile principal étant connecté électriquement à ladite paroi latérale, et 35 (j) plusieurs orifices d'admission de gaz percés dans ladite paroi latérale afin de permettre au gaz sous pression, produit dans une enceinte délimitée dans ledit cylindre mobile entre ladite paroi latérale et ledit piston fixe, de les traverser et de se diriger du côté aval de ladite 40 tuyère en matériau isolant, tandis que ledit cylindre 9 2242768 mobile est entraîné par un dispositif de commande, caractérisée en ce que ladite tuyère en matériau isolant présente une paroi intérieure qui est profilée de telle façon que, lorsque le disjoncteur est dans sa position de fin de déclenchement, 5 c'est-à-dire dans la position de rupture du contact fixe principal et du contact mobile principal, la résistance offerte à un courant de gaz qui se déplace des différents orifices d'admission de gaz en direction de 1* alésage dudit contact auxiliaire mobile creux est éga& ou supérieure à la râeisfcEnce offerte à un courant 10 de gaz qui se dirige de chacun des nombreux orifices d'admission de gaz vers le côté aval de ladite tuyère en matériau isolant en traversant son col. 2. Section de coupure d'un disjoncteur à extinctiond'arc par soufflage de gaz selon la revendication 1, caractérisée 15 en ce que ladite tuyère en matériau isolant présente une paroi intérieure qui est profilée de telle façon que,quand le disjoncteur est dans sa position de fin de déclenchement, c'est-à-dire dans la position de rupture entre le contact fixe principal et le contact mobile principal, le volume d'un gaz sous pression qui 20 se déplace des différents orifices d'admission de gaz vers l'alésage dudit contact auxiliaire mobile creux est supérieur ou égal au volume d*un gaz sous pression se déplaçant desdits nombreux orifices d'admission de gaz vers le côté aval de ladite tuyère en matériau isolant en traversant le col de cette dernière. 25 3. Section de coupure d'un disjoncteur à extinction d'arc par soufflage de gaz selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite tuyère en matériau isolant présente une paroi intérieure qui est profilée de telle façon qu'un courant de gaz sous pression émis par lesdits nombreux orifices d'admission de 30 gaz et soufflé contre un arc formé entre ledit contact auxiliaire fixe en forme de tige et ledit contact auxiliaire mobile creux se déplace du côté amont de ladite tuyère en matériau isolant. 4. Section de coupure d'un disjoncteur à extinction d'arc 35 par soufflage de gaz selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite tuyère en matériau isolant est construite de telle façon que l'angle que fait sa paroi intérieure - disposée du côté amont de cette dernière et contiguë avec le dit col -avec le sens d'écoulement du gaz en direction du côté amont de 40 la tuyère, est sensiblement égal à 90°. 2242768 5. Section de coupure d'un disjoncteur à extinction d'arc par soufflage de gaz selon la revendication 4, gui comprend en outre : (k) une plaque de régulation d'écoulement eta 5 matériau isolant, disposée dans ladite tuyère en matériau isolant et recouvrant ladite paroi latérale tout en laissant à découvert l'alésage dudit contact auxiliaire mobile creux ainsi que les nombreux orifices d'admission de gaz. 10 6. Section de coupure d'un disjoncteur à extinction d'arc par soufflage de gaz selon la revendication 5, caractérisée en ce que ladite plaque de régulation d'écoulement est construite de telle façon que sa surface principale est disposée du côté opposé à ladite paroi latérale, ladite surface principale et 15 la ligne d'écoulement du gaz dirigé du côté amont de ladite tuyère en matériau isolant faisant l'une avec l'autre un angle qui est sensiblement égal à 90°.