Brevet FR2239750A1 — publié le 19750228

L'invention se rapporte à un disjoncteur avec un système de chambre de soufflage fermé rempli d'un gaz sous pression, en particulier de SFg , et'comportant au moins un contact fixe et au moins un contact mobile, l'arc étant, lors d'une action de oupure, étiré entre les contacts fixe et mobile. Dans les disjoncteurs à gaz comprimé avec extinction d'arc par-des courants de gaz électronégatifs, en particulier du SF6, il est connu d'envoyer de l'extérieur, le courant de gaz d'extinction sur l'arc. Pour cela, on utilise un circuit fermé de gaz comportant des chambres à haute et basse pression. Mais de telles formes de construction sont, en raison des dispositifs accessoires nécessaires, tels que soupapes d'enclenchement et de commande, compresseur et dispositifs correspondants de commande, relativement compliquées et chères. Onconnat, en outre, des disjoncteurs dits à compression, dans lesquels le courant de gaz d'extinctior est provoqué par un piston de soufflage mis en action lors du processus de coupure. Mais ici également, la dépense en pièces mobiles et en moyens d'entrainement, est encore relativement élevée. On connait enfin, d'après le brevet allemand 1 285 594, un dispositif pour disjoncteur électrique, dans lequel sont emmagasinées dans les électrodes de l'arc des matières non métalliques dégageant des gaz électronégatifs dans une partie de la chambre d'extinction. Dans ce cas sont libérés par l'arc de coupure, des gaz qui, par suite d'une certaine augmentation de pression dans une partie de la chambre, créent un courant de produit extincteur. L'arc se trouve ainsi soufflé vers-un point de rupture auxiliaire possédantine électrode creuse conduisant à un autre endroit de la chambre de soufflage Toutefois, un tel disjoncteur ne possède pas de capacité notable de coupure. Le but de l'invention est de créer un disjoncteur électrique du modèle cité au début, dans lequel, dlune part sont évités les inconvénients des disjoncteurs connus et dans lequel des dispositiI-s spéciaux de soufflage ne sont pas nécessaires. suivant l'invention, ce problème sera résolu en ce que le système de chambres de soufflage présente au moins deux chambres séparées entre elles par une cloison isolante ; de celle-ci , une première chambre au moins reçoit les endroits de contact de soufflage, et est reliée aux chambres voisines par une ouverture s'élargissant en forme de tuyère, un contact mobile passant, à l'enclenchement, à travers chacune de ces ouvertures, et au déclenchement, les contacts mobiles sont retirés par ces ouvertures de la première chambre, de sorte que l'arc à éteindre partant des contacts fixés dans la première chambre s'allonge jusqu'aux contacts mobiles dans les chambres voisines ; il augmente ainsi la pression et la température dans la première chambre et il s'établit ainsi un courant de gaz extincteur entre celui-ci et les chambres voisines. Il est avantageux de pourvoir, en supplé- ment, le contact fixe d'une électrode disposant d'un moyen pour imprimer un mouvement de rotation à l'arc. On prévoit alors comme moyen de création de la rotation de l'arc, un enroulement comportant au moins une spire. Dans une autre réalisation, on prévoit une plaque pourvue, à partir du point central de fentes en forme de spirales. En raison de la uonstitution d'électrodes créant la rotation de l'arc, il se produit dans une des chambres où se trouve le contact fixe, une forte et brusque augmentationtant de la pression que de la température. De la sorte, un courant de gaz sous pression s'établit à partir de la chambre contenant les contacts fixes, vers chacune des chambres voisines à travers les ouvertures s' élargissant en forme de tuyères, courant qui souffle axialement et, par suite, éteint l'arc passant par l'ouverture. En raison de l'exécution suivant l'invention du système dé chambres de soufflage, des mesures particulières pour le soufflage de l'arc ne sont plus nécessaires, tout au moins pour des courants élevés I1 est avantageux de monter sur le contact fixe un doigt de contact travaillant avec le contact mobile. D'autre part il est également possible de constituer, sous forme de contact tulipe le doigt de contact travaillant avec le contact mobile. I1 est avantageux de disposer l'ouverture en forme de tuyère et le contact mobile dans l'axe médian du disBoncteur électrique. Une autre exécution consiste à placer l'ouverture et le contact mobile en position excentrée. Une autre forme d'exécution consiste en ce que l'ouverture en forme de tuyère est en métal, de sorte qu'un arc s'allongeant entre le contact fixe et le contact mobile passe du contact fixe à la tuyère et de la tuyère au contact mobile. Une autre amélioration de l'invention con siste en ce que, lorsqu'il est prévu un produit extincteur liquide, en particulier du FS6, dans la chambre des contacts fixes, les surfaces de ces contacts fixes tournées vers les contacts mobiles dépassent chacune le niveau du liquide. Lorsqu'il doit etre prévu au total deux circuits de soufflage, les contacts fixes, électriquement reliés entre eux, sont disposés à un certain intervalle, et éventuellement séparés par une cloison. Les pièces de contact fixe constituées sous forme d'enroulements sont alors enroulées en sens inverse et électriquement montées en série. Pour autant que les contacts fixes sont sous forme de plaques, les fentes de ces plaques sont en spirale en sens inverse, les plaques elles-mwemes sont électriquement reliées entre elles par leurs points centraux. le mode de fonctionnement est le sui vant : Le contact mobile qui en position enclenchée traverse l'ouverture en forme de tuyère et est en contact avec lue contact fixe, sera lors d'une manoeuvre de coupure retiré, à travers l'ouverture, dans la chambre voisine. En raison de la constitution de la pièce de contact fixe, il se produit un champ magnétique qui chasse lI arc vers Xextérieur,et lui imprime un mouvement de rotation. Par suite, la quantité de gaz se trouvans dans cette chambre s'échauffe, la pression augmente également et les gaz commencent à s'écouler dans la chambre-voisine à travers l'ouverture en forme de tuyère. Il s'établit dans cette ouverture un courant atteignant la vitesse du son. Llarc pas- sant par cetteouver2;-ure est par suite axialement soufflé d'une façon intense, - Lorsque l'ouverture en forme de tuyère est métallique, l'arc s'établit tout d'abord entre les contacts fixe et mobile et lorsque-ce dernier est sorti de l'ouverture, entre le contact fixe et l'ouverture en forme de tuyère en mé- tal, et entre cette dernière et le contact mobile. En raison de l'arc tournant établi entre le contact fixe et l'ouverture en forme de tuyère, le gaz se trouvant dans cette chambre est chauvi. fé , l'arc amorcé entre l'ouverture en forme de tuyère et le contact mobile est alors fortement soufflé et éteint. I1 est alors avantageux que la chambre dans laquelle l'arc échauffe le gaz qui s'échappe ensuite par l'ouverture, sont d'un petit volume. D'une part on obtient une pression plus élevée pour une mtme puissance d'arc et le cas échéant un meilleur soufflage0 D'autres avantages de l'invention et des améliorations serent décrits et schématiquement expliqués à l'aide de-déssins dans deux exemples de réalisation0 On voit Figure 1, un dispositif de chambres de soufflage avec deux chambres Figure 2, un dispositif dé chambres de soufflage avec trois chambres le -disjoncteur 1 suivant l'invention est de forme cylindrique, deux chambres 4 et 5 étant constituées à l'aide d'une cloison 3 à l'intérieur d'une enveloppe extérieure cylindrique 2. Le rapport des volumes des deux chambres atteint dans l'exemple de réalisation décrit, environ 1 : Si B'est-à-di- re que la grande chambre est environ cinq fois plus grande que la petite. Naturellement les volumes peuvent, dans une autre forme de réalisation, eAtre les mêmes; On peut également concevoir que. le volume de- la chambre d'out sort le gaz soit plus grand que le volume-de la chambre dans laquelle il pénètre. I1 est thermodynamiquement plus favorable que le volume de la chambre d'où sort le gaz, ici donc la chambre 4, soit plus petit que celui de la chambre 5. Les deux chambres 4 et 5 sont reliées par une ouverture 6 en forme de tuyère désignée ci-dessous en abrégé par tuyère 6t en matière isolante et dont la section la plus trois te est repérée 6a. La tuyère 6 est une pièce de forme logée dans un perçage 3a pratiqué dans la cloison 3 . Dans une forme de réalisation non représentée ici, cette pièce de forme constituant la tuyère 6 peut eAtre fabriquée en métal.A l'in- térieur de la petite chambre 4 se trouve, en face de la tuyère 6, une pièce de contact fixe 7. Cette pièce de contact fixe 7 est constituée, pour l'essentiel, par un contact 9 en forme de tulipe, travaillant avec le contact mobile 10, par un enroulement de deuxspires isolées entre elles, entourant concentriquement le contaft 9, servant de glissière 8 pour l'arc et dtun conducteur de liaison 14 réunissant électriquement le contact 9 à la glissière 8. L'admission de courant se fait par une arrivée de courant coaxiale avec le contact 9 o tu lieu de pourvoir la glissière 8 de deux spires on peut aussi en prévoir trois ou plusieurs. On prévoiera un enroulement pour les raisons suivante. lorsque la tige de contact mobile 10, traversant en position enclenchée la tuyère 6, est retirée du contact 9, il s1 amorce un arc 5 entre le contact 9 et la tige de contact 10. le pied de l'arc 15 n'étant pas au centre du contact 9 mais excentré se déplacera, sous l'effet de son propre champ vers l'extérieur suivant le conducteur de liaison 14 jus- qu'à la glissière 8. Comme celle-ci a la forme dtun enroulement, l'arc 15 commence à tourner sur la glissière 8. te sens de marche de ltarc 15 dépendra du sens defotation de ltenroulement. Par la rotation de l'arc 15, la masse de gaz se trouvant dans la petite chambre sera chauffée d'une façon intense, de sorte que la pression du gaz crotfortement. Après que la tige de contact 10 est sortie de la tuyère 6, le gaz, en vue a'équilibrer les pressions, passe de- la petite chambre 4 dans la grande 5 suivant la flèche 16. Dans la section la plus étroite 6a de la tuyère 6 on obtient la vitesse du son , l'arc passant à travers la tuyère sera fortement soufflé axialement. En raison du vif mouvement de l'arc dans la chambre 6, celui-ci prend des formes hélicodales qui le conduisent en outre dans des endroits de la chambre où se trouvent encore des quantités importantes de gaz de remplissage froid. De plus, lorsque la chambre avec le petit volume est situé en dessous, on peut remplir de SF6 liquide, de telle sorte que la surface -de la glissière 8 tournée vers la tige de contact 10 soit juste au-dessus du niveau du liquide, Lorsqu'à la place d'un seul endroit de contact l'on veut prévoir un soufflage dit double, la chambre qui reçoit les pièces de contact, ici celle avec le petit volume sera disposée dans le milieu (voir figure 2) . Cette chambre porte le numéro de repère 21. De chaque cté de la chambre 21 sont disposées, respectivement séparées de celle-ci par des cloisons 27 et 28, yeux chambres 29 et 30 , dans lesquelles s'écoule le gaz lors d'une manoeuvre de coupure.Des tuyères 25 et 26 disposées dans les cloisons 27 et 28 et mettant en liaison la chambre 21 avec les deux grandes chambres voisines 29 et 30, s'élargissent vers les chambres 29 et 30. À l'intérieur de chaque chambre 29 et 30, se déplace une tige de contact mobile 31 et 32 qui, traversant, à l'état enclenché les tuyères 25 et 26, atteignent les points de contact fixes. La chambre 21 possède deux glissières 22 et 23 enroulées en sens inverse et disposées en spirale. Ces glissières 22 et 23 entourent un contact cylindrique creux 35 qui travaille avec les tiges de contact mobile s 31 et 32. Des conducteurs de liaison 24 et 24a sont montés entre le contact 35 et les glissières 22 et 23, de telle sorte que les glissières 22 et 23 sont électriquement montées en série. Lors d'une manoeuvre de coupure, les deux tiges de contact 31 et 32 seront retirées par les ouvertures llarc passe alors de la tige de contact 31 à travers la tuyère 25 jusqu a la glissière 22 et de la glissière 23 à travers la tuyère 26, à la tige de contact 32. Grâce à l'enroulement en sens inverse, et à la constitution en spirale des glissières 22 et 23, les tronçons d'arc 33 et 34 tournent et échauffent la chambre 21 de sorte que le gaz extincteur qui s'y trouve s'échappe dans les deux chambres de plus grands volumes. I1 s'ensuit que l'arc est soufflé axialement dans les tuyères0 Il est évident que les tuyères peuvent aussi etre-fabriquées en métal de sorte que l'arc s 'étend alors des tiges de contact mobiles aux.tuyères et de là à chacune des pièces de contact fixe s0 REVENDICATIONS lo Disjoncteur électrique avec un système fermé de chambres de soufflage remplie d'un gaz sous pression, en particulier de SF6, avec au moins une pièce de contact fixe et au moins une tige de contact mobile, l'arc s'amorçant lors d'une manoeuvre de coupure, entre les pièces de contact fixes et les tiges de contact mobiles ; ce disjoncteur est caractérisé en ce que le système de chambre de soufflage présente au moins deux chambres séparées chacune par des cloisons isolantes, une premiere chambre au moins recevant les endroits de contact et étant raccordée aux autres chambres voisines chaque fois par une ouverture s1 élargissant en forme de tuyère ; à travers chaque ouverture passe, à l'état enclenché, une tige de contact mobile et lors d'une manoeuvre de coupure les tiges de contact mobiles peuvent dextre retirées, par les ouvertures, de la première chambre de sorte que l'arc à éteindre. s'étend, à travers les ouvertures, des contacts fixes de la première chambre jusqu'aux: contacts mobiles dans les chambres voisines, et augmente alors la pression et la température dans la première chambre, créant ainsi un courant de gaz extincteur de la première chambre dans les chambres voisines. 2. Disjoncteur suivant revendication l,ca- ractérisé en ce-que la pièce de contact fixe est constitué par un contact en forme de tulipe et est de plus pourvue de moyens imprimant à l'arc un mouvement de rotation. 3. Disåoncteur suivant la revendication 2, caractérisé en ceque, comme moyen pour créer une rotation de l'arc, il est prévu un enroulement en forme de glissière avec au moins une spires entourant le contact et électriquement relié à celui-ci par un conducteur de liaison. 4. Disjoncteur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que si plusieurs spires sont prévues, chacune d'elle est électriquement isolée par rapport aux autres. 5. Disjoncteur suivant la revendication 2 caractérisé en ce que, comme moyen pour créer une rotation de l'arc, il est prévu une plaque avec, partant du point central des fentes en forme de spirales, plaque électriquement reliée au contact en forme de tulipe. 6. Disjoncteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'ouverture en forme de tuyère et la tige de contant mobile sont situées dans l'axe médian du disjoncteur. 7. Disjoncteur électrique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que l'ouver- ture en forme de tuyère et la tige de contact mobile sont disposées excentriquement. 8. Disjoncteur électrique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'ouver- ture en forme de tuyère est pratiquée dans une pièce de forme qui est montée dans un perçage , dans chaque cloison. 9. -îsjoncteur électrique suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la pièce de forme est fabriquée en une matière isolante. 10. Disjoncteur électrique suivant la re vendication 8, caractérisée en ce que la pièce de forme est fabriquée en métal, de sorte qu'en position de coupure l'arc s'amorce entre le contact fixe et la pièce de forme, et entre celleci et la tige de contact mobile 11. Disjoncteur électrique suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que lorsqu'il est prévu-unmoyen extincteur liquide, en particulier du SF6 , dans la première chambre la surface du contact fixe tournée vers la tige de contact mobile dépasse le niveau du liquide. 12. Disjonctéuk électrique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que lorsqu'il est prévu un double soufflage, la première chambre dans laquelle sont les -endroits ae contact, se trouve au centre entre; deux autres chambres, et en ce que les pièces de contact fixes sont életrquemeat reliées entre elles, qu'elles sont écartées l'une de l'autre, et le cas échéant, séparées par une autre cloison. 13. Disjoncteur électrique suivant la revendication 12, caractérisé en ce que les contacts fixes travaillant avec les tiges de contact sont électriquement reliés entre euxO 14. Disjoncteur électrique suivant la revendication 13, caractarisé en ee qu!il et prévu un contact cylindrique creux travaillantdesdeux -catés avec les tiges de contact mobiles. i)isjoncteur électrique suivant l'ensem- ble des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que , sur les pièces de contact fixes sont prévus des moyens pour créer une rotation des arcs, 16. Disjoncteur électrique suivant la revendication 15 caractérisé en ce que comme moyens pour créer la rotation de ltarc sont prévus des enroulements avec au moins une spire, qui sont enroulés en sens inverse et électriquement branchés en série. 17. Disjoncteur électrique suivant la revendication 15 caractérisé en ce que comme moyens pour créer la rotation de 11 arc, sont prévues des plaques présentant des fentes en forme de spirales dïsposées en sens inverse,ces plaques étant électriquement reliées entre elles par leurs point s médians