Brevet FR2267625A1 — publié le 19751107

L'invention concerne des disjoncteurs à haute tension du type comprenant des interrupteurs à ruptures multiples qui fonctionnent dans un milieu isolant sous pression utilisé égale- ment pour aider à l'extinction des arcs qui se produisent quand on dtablit ou quand on coupe un circuit électrique à grande puissance.L'invention est particulièrement mais non exclusivement applicable à des disjoncteurs du type général précité ayant des interrupteurs du type à soufflage places à l'intérieur dtune enceinte contenant un milieu gazeux tel que du SF6 I1 existe de nombreux types de mécanismes pour actionner des disjoncteurs de ce genre, comprenant des biellettes reliées à des pistons moteurs qui utilisent une pression hydraulique ou autre pour réaliser l'entratnement. Un objet de l'invention est un type amélioré de iéca- nisme de commande pour un disjoncteur du type précité, qui peut eatre construit de façon à avoir une efficacité supérieure à celle des dispositifs connus. D'après l'invention, un disjoncteur à haute tension du type précité est muni d'un mécanisme de commande qui comprend des moyens pour utiliser la pression statique du milieu isolant sous pression en vue d'exercer dans la direction d'ouverture une poussée mécanique sur au moins un contact mobile et/ou sur une tringlerie qui actionne un tel contact, et des moyens pour résister à cette poussée afin de maintenir le disjoncteur fermé. Par exemple, les moyens pour résister à la poussée précitée peuvent comprendre une détente escamotable qui, quand elle est en position de travail, maintient la tringlerie qui actionne le contact mobile dans la position de fermeture du disjoncteur. Les moyens pour exercer une poussée mécanique peuvent oomprendre au moins un joint d'étanchéité à diaphragme roulant soumis à la pression statique du milieu sous pression et relié à la tringlerie de commande du contact mobile pour lui transmettre la poussée précitée. Dans un mode de réalisation préféré, on utilise un ensemble constitué par deux joints d'étanchéité opposés à diaphragme roulant reliés par un mécanisme en forme de ciseaux ayant entre eux un point de pivotement fixe, en association avec le ou avec chaque interrupteur, ou avec la totalité de ces interrupteurs. En variante, au lieu d'un ou de plusieurs joints d'é étanchéité à diaphragme roulant, on peut utiliser un ou plusieurs pistons coulissant dans un cylindre. L'invention peut être mise en oeuvre en pratique de diverses manières, mais deux modes de réalisation typiques et une variante de détail vnnt maintenant être décrits, à titre d'exemples et avec référence aux dessins annexés. La figure 1 montre schématiquement un disjoncteur à haute tension du type à cuve hors tension, ayant deux interrupteurs à double rupture du type à soufflage, actionnés par un mécanisme de commande qui comprend des joints d'étanchéité à diaphragme roulant. ta figure 2 montre schématiquement un disjoncteur à haute tension du type à cuve sous tension, ayant des interrupteurs analogues à ceux de la figure 1 et actionnés par un mécanisme de commande analogue La figure 3 est un schéma montrant une extrémité d'une variante du disjoncteur de la figure 1. Dans le mode de réalisation représenté schématiquectent figure 1, le disjoncteur possède deux interrupteurs 10 du type à soufflage dont la construction est décrite dans le brevet fran çais de la même Société déposé le mêzte jour pour "Perfectionnements aux disJoncteurs" ta cuve 11 du disjoncteur est en metal et de forme générale cylindrique; deux manchons isolants d'entrée 12 entourant des conducteurs de cuivre 13 snnt fixés sur cette cuve. tes conducteurs 13 sont creux et leurs alésages sont en liaison avec l'atmosphère. A la base de la cuve 11, dans un boîtier 14, se trouve un mécanisme de déclenchement représenté dans son ensemble par 15 et qui sera décrit plus en détail ciaprès. ta cuve 11 contient un milieu gazeux isolant sous pression, par exemple du SF6 sous une pression de 482 à 566 pièzes. Les deux interrupteurs 10 sont placés entre deux supports de bornes rigides 16 en forme de manchons qui sont fixés aux conducteurs 13 de façon que l'intérieur de chaque conducteur 13 communique avec l'intérieur de son support 16. Des deux cotés de l'ouverture 17 de chaque support 16 à travers laquelle passe le conducteur 13 associé sont fixés deux joints d'étanchéité 18 et 19 à diaphragme roulant, placés à une certaine distance l'un de l'autre et reliés par une tringlerie 20 en forme de ciseaux dont le pivot central 20A est pi voté au support 16. Chacun des joints 18 et 19 comprend un disque rigide 18a ou 19e à la périphérie duquel est fixée de façon étanche une extrémité d'un manchon flexible 18b ou 19b dont l'autre extrémité est fixée de façon étanche au support 16 associé. Les tringleries 20 relient les deux disques 18a et 19a à chaque extrémité de la cuve 17 de façon qu'un mouvement d1un disque dans une direction axiale à l'intérieur d'un support 16 produise un mouvement correspondant de l'autre disque dans ce support mais dans le sens opposé, ces mouvements des disques étant permis et accompagnés par un mouvement roulant de chacun des manchons flexibles associés 18b, I9b. Le disque 18a à chaque extrémité de la cuve 11 ést relié par un levier coudé 21 à une tige de commande 22; les deux tiges de commande sont reliées par des leviers coudés 23 à 1 > or- gane de sortie d'un mécanisme de déclenchement classique actionné par solénoide > - qui constitue le mécanisme de déclenchement 15 mentionné précédemment. Des blindages électrostatiques 24 entourent les extrémités intérieures et extérieures des deux supports 16 à l'intérieur de la cuve 11. Le disque rigide 19a de chaque joint intérieur 19 porte une tige de contact mobile 25 qui s1 étend à travers et se trouve en contact coulissant en 24a avec le blindage intérieur 24 relié au support 16 associé. L'espace compris entre les joints 18 et 19 dans chacun des supports 16 est à la pression atmosphérique, par l'intermédiaire de l'alésage du conducteur 13 associe. Par contre, les surfaces externes des deux joints 18 et 19 à chaque extrémité de la cuve 11 sont soumises à la totalité de la pression du gaz comprimé à l'intérieur de la cuve, ta différence de pression du gaz qui en résulte exerce une poussée mécanique qui tend à solliciter l'un vers l'autre les deux joints 18 et 1o, et cette poussée vers l'intérieur rencontre la résistance des tringleries 20 à 23 quand le mécanisme de déclenchement 15 du disjoncteur est au repos avant une opération de déclenchement. te mécanisme 15 comprend une série classique de bras articulés 26 dont le bras 27 situé à l'extrémité intérieure dans la position représentée en tirets sur la figure 1 est bloqué par une détente escamotable 28 commandée par un solénoïde 29. Dans cette position, la détente empeche une relaxation des bras articulés, de sorte que le levier 26A situé à ltextrémité de sortie constitue une butée fixe qui empêche la rotation des leviers coudés 23 et stoppose à la poussée statique du gaz sous pression exercée sur les joints 18 et 19, ce qui maintient le disjoncteur en position de fermeture.Quand le solénoïde est excité et amène la détente 28 hors de sa position de blocage, les bras articulés 26 se relâchent sous la poussée des joints 18, 19 transmise par les tringleries 20 à 23, ce qui libère les tiges 22, qui peuvent se déplacer longitudinalement vers l'extérieur et permettre aux joints 18 et 19 situés à chaque extrémité de la cuve d'entre sollicités l'un vers l'autre par la pression différentielle du gaz; ce mouvement écarte vers l'extérieur la tige de contact 25 associée par rapport au contact fixe associé dans chaque interrupteur 10. Chacun des interrupteurs 10, comme indiqué précédemment, est du type décrit en détail dans le brevet français précité déposé le meme jour, et comprend deux cylindres métalliques 30 et 31 disposés télescopiquement; le cylindre 30 est fixé par une armature conductrice 32 à une série de tiges isolantes 33 munies de condensateurs de répartition 34, et le cylindre 31 de l'interrupteur peut coulisser télescopiquement à l'intérieur du cylindre 30 et sur un piston de soufflage fixe 35. Les deux cy cylindres 30 et 31 portent à leurs extrémités extérieures respectives des buses 36 et 37 pour souffler du gaz; la buse 36 coopère avec la tige 25 située à l'extérieur par rapport à elle, tandis que la buse 37 coopère avec une extrémité d'une tige de contact fixe 38 reliée aux tiges 33 par l'intermédiaire d'une armature 40 de façon à se trouver entre les interrupteurs 10. Le cylindre mobile 31 de chaque interrupteur 10 est relié par des tirants isolants 39 au disque 19a qui porte la tige 25 de cet interrupteur, de sorte que chacun des deux cylindres 31 est déplacé par les tirants 29 avec la.tige 25 associée. Ainsi, quand le disjoncteur est déclenché et que les disques rigides 18a et 19a des joints 18 et 19 situés à chaque extrémité de la cuve sont sollicités l'un vers l'autre par la pression différentielle du gaz, chaque tige mobile 25 est éloignée de la buse adjacente 36 de l'interrupteur 10 associé, de façon à faire jaillir un arc, et en même temps le cylindre mobile 31 de cet interrupteur est éloigné par les tirants 39 de l'extrémité associée d la tige de contact fixe 38, de façon à faire jaillir un arc à chaque extrémité de cette tige. Le mouvement télescopique du cylindre 31 sur le piston fixe 35 à l'intérieur du cylindre 30 de l'interrupteur 10 envoie des jets de gaz à travers les buses 36 et 37; ces jets sont dirigés sur les arcs aux deux extrémités de l'interrupteur 10 associé, de façon à aider à leur extinction. On voit ainsi que grâce à ltutilisation des paires de joins 18 et 19 reliées par les mecanismes 20, la pression différentielle du gaz existant entre l'intérieur de la cuve 17 et l'espace compris entre chaque paire de joints déplace ceux-ci en accordéon quand le mécanisme 15 est déclenché pour réaliser d'une part la séparation de chaque tige mobile 25 d'avec la buse 36 associée, et d'autre part la séparation de chaque cylindre mobile 31 et de la buse 37 d'avec ltextrémité associée de la tige fixe 38.De cette façon, quatre arcs jaillissent en série dans le trajet conducteur constitué entre les conducteurs 13, via les supports 16, les coquilles 24, les tiges mobiles 25, les cylindres 30 et 31 et la tige fixe 38; en outre, des jets de gaz sont dirigés s sur ces quatre arcs par les deux interrupteurs 10, pour les éteindre à un courant zéro ou voisin de zéro. Pour refermer le disjoncteur, le mécanisme 15 est ramené en position de repos et efface les tiges de commande 22 pour écarter l'un de l'autre les joints 18 et 19 en surmontant la pression différentielle du gaz. Ce mouvement des joints rétablit la connexion électrique entre les tiges mobiles 25 et fixe 38, via les cylindres 30 et 31 des deux interrupteurs. La figure 2 montre un disjoncteur à cuve sous tension ayant la forme d'un Y, et comprenant deux récipients isolants sous pression 40 et 41 qui constituent les deux branches de l'y et sont montés sur une tête métallique de raccord 42 sous tension située au sommet d'un montant isolant vertical 43 à la base duquel se trouve un bottier 44 qui contient le mécanisme de commande 15. Dans ce mode de réalisation, les deux interrupteurs 10, qui sont du type décrit précédemment > sont montés respectivement dans les récipients 40 et 41; le cylindre mobile 31 de chaque interrupteur 10 coopère avec une tige de contact fixe 45 portée par un capuchon de borne 46 à l'extrémité extérieure du récipient 40 ou 41, et le cylindre fixe 30 coopère avec une tige de contact mobile 47 portée par le disque rigide 48 d'un joint étanche unique 49 ou 50 à diaphragme roulant monté à l'extrémité intérieure du récipient 40 ou 41 associé.Des coquilles métalliques 51 en contact coulissant en 51a avec les tiges 47 les relient électriquement au raccord 42. Les récipients 40 et 41 et le montant isolant 43 sont remplis comme précédemment de SF6 gazeux, et les intérieurs des récipients sont reliés à lXin- térieur du montant 43 par des passages 52 ménagés dans le raccord 42. Un troisième joint 53 à diaphragme rnulant est monté dans le raccord 42 à l'extrémité supérieure du montant 43. Les pace situé à l'intérieur du raccord 42 et délimité par les joints 49, 50 et 53 est relié à l'atmosphère par un orifice 54. Le disque rigide 55 du joint 53 au sommet du montant 43 est relié par une biellette 56 à un bras d'un levier 57 à trois bras pivoté en 58 dans le raccord 42. Les deux autres bras du levier 57 sont reliés respectivement par des biellettes 59 et 60 aux disques rigides 48 des joints 49 et 50. Le disque rigide 55 du joint 53 est également relié à l'extrémité supérieure d'une tige dé commande 61 qui s'étend vers le bas à travers l'intérieur rempli de gaz du montant 43 et est reliée à son extrémité inférieure à l'organe de sortie du mécanisme de déclenchement 15, dont la construction est la même que dans la figure 1. Le fonctionnernent de ce disjoncteur est trés analogue à celui du disjoncteur de la figure 1. Quand le mécanisme de déclenchement 15 est au repos dans la position représentée en tirets sur la figure 1 avec le disjoncteur fermé, il maintient la tige 61 dans sa position la plus basse et maintient ainsi le joint 53 en position escamotée contre la force de la pression différentielle de gaz qui s'exerce sur lui, Dans cette position du joint 53, la biellette 56, le levier 57 et les biellettes 59 et 60 maintiennent les autres joints 49 et 50 dans leurs positions les plus extérieures contre la pression différentielle du gaz qui tend à les solliciter vers l'intérieur. Dans ces positions des joints 49 et 50 > les interrupteurs 10 sont tous deux maintenus fermés0 Quand le mécanisme 15 est déclenché pour libérer la tige 61, la pression différentielle du gaz sollicite vers le haut le joint 53, de sorte que la tringlerie 56, 57, 59 libère les autres joints et leur permet un mouvement radial vers l'intérieur sous l'effet de la pression différentielle du gaz qui s'exerce sur eux. Ce mouvement des joints 49 et 50 écarte les tiges 47 des cylindres 31, ce qui ouvre les deux interrupteurs 10 et actionne le disjoncteur à la façon décrite précédemment. Ainsi, une fois encore le mécanisme de commande, quand il est en position de repos, maintient les joints 49 et 50 dans leurs positions qui correspondent à la fermeture des interrupteurs 10, contre l'action de la pression différentielle du gaz sur les joints. Dans ces conditions, un trajet électriquement conducteur est réalisé entre les capuenons 46, via les tiges fixes 45, les contacts Sia, les cylindres 31 et 30, les tiges mobiles 47, les coquilles 51 et le raccord 42. Quand le mécanisme 15 est déclenché, les joints 49 et 50 sont libérés et se déplacent radialement vers l'intérieur sous l'effet de la pression non équilibrée du gaz; ce mouvement actionne les interrupteurs 10 pour faire jaillir des arcs en série et diriger des jets de gaz sur ces arcs pour aider à leur extinction. Bien que dans la réalisation de-la figure 1, la connexion électrique entre chaque tige mobile 25 et le conducteur 13 associé se fait par l'intermédiaire du blindage intérieur 24, du contact coulissant 24a et du support 16, les tringleries en formerde ciseaux et leurs pivots aux supports 16 pourraient être utilisées pour réaliser ces connexions électriques. En variante, dans la réalisation de la figure 2 de meafle que dans celle de la figure 1, on pourrait d'ailleurs prévoir d'autres types de connexions électriques. La figure 3 est une vue partielle schématique montrant une extrémité d'une variante du disjoncteur représenté sur la figure 1. Dans ce mode de réalisation, les joints d'étanchéité 18 et 19 à diaphragme roulant sont remplacés par deux pistons 62 et 63, et le support 16 est remplaeé par une chambre cylindrique 64S dont des rebords 64a à 64d reçoivent des joints 65 qui constituent des joints pratiquement étanches aux gaz en coopération avec les faces latérales annulaires des pistons 62, 63; d'autres joints étanches 66 sont prévus dans les surfaces périphériques des pistons 62 et 63. Comme dans la réalisation de la figure 1, les pistons 62, 63 sont reliés par une tringlerie 20 en forme de ciseaux, et le piston extérieur 63 est relié par un levier coudé 21 à une tige de commande 22. La tige 22 est reliée au mécanisme de comman de 15 & à la facon décrite et représentée avec référence à la fi- gure 1. Les autres détails représentés sont également du type décrit avec référence à la figure lo Le fonctionnenent du disjoncteur de la figure 3 est analogue à celui qui a été décrit à propos de la figure 1, en raison du fait que l'espace compris entre les pistons 62 et 63 est à la pression atmosphérique grâce à l'alésage du conducteur 13 associé, tandis que les faces externes des pistnns 62 et 63 sont soumises à la pression totale du gaz comprimé situé dans la cuve.La présence des joints 65 et 66 en coopération avec la chambre 64 maintient l'étanchéité du gaz de l'ensemble aussi bien en circuit ouvert qu'en circuit fermé, On notera que la construction représentée figure 2 peut également être modifiée en remplaçant les joints 49 à 51 et leurs disques mobiles 48 et 55 par des pistons et des joints étanches à la façon représentée figure 3.En outre, dans l'un quelconque des modes de réalisation, ltensemble actionné par la pression du gaz, d'un ou de plusieurs joints d'étanchéité à manchon roulant et à disques ou de joints étanches et de pistons coulissants, que l'on a représenté sur les dessins au voisinage de chaque interrupteur 10 peut, si on le désire, être situé à un endroit quelconque de la transmission mécanique entre le mécanisme de déclenchement et chaque interrupteur 10. Par exemple, on peut utiliser une combinaison unique de ce genre à commande par pression de gaz, placée dans la région du mécanisme de déclenchement pour agir entre son organe extérieur et les deux tiges 22 de la figure 1, ou entre son organe extérieur et la tige 61 de la figure 2. Il doit être bien entendu que la cuve ayant la forme dtun Y représentée sur la figure 2 pourrait être remplacée sans sortir de l'esprit de l'invention par une cuve ayant une forme analogue, par exemple celle d'un T dont la tige serait verticale. REVENDICÂTIONS 1 - Disjoncteur à haute tension, caractérisé en ce qu'il possède un mécanisme de commande qui comprend des moyens pour utiliser la pression statique d'un milieu isolant sous pression en vue d'exercer une poussée mécanique, dans la direction d'ouverture, sur au moins un contact mobile et/ou sur une tringlerie commandant un tel contact, et des moyens pour résister à cette poussée afin de maintenir le disjoncteur fermé. 2 - Disjoncteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour résister à la poussée précitée comprennent une détente escamotable qui, quand elle est en position de travail, maintient la tringlerie qui actionne le contact mobile dans la position de fermeture du disjoncteur. 3 - Disjoncteur suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens pour exercer une poussée mécanique comprennent au moins un joint d'étanchéité à diaphragme roulant soumis à la pression statique du milieu isolant sous pression et relié à la tringlerie de commande ou au contact mobile pour lui transmettre la poussée précitée. 4 - Disjoncteur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens pour exercer une poussée mécanique comprennent, en association avec le, ou avec chaque interrupteur du disjoncteur, ou avec la totalité de ces interrupteurs, un ensemble constitué par deux joints d'étanchéité oposés à diaphragme roulant, reliés par un mécanisme en forme de ciseaux ayant un point de pivoterlent fixe. 5 - Disjoncteur suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens pour exercer une poussée mécanique comprennent, en association avec le ou avec chaque interrupteur, ou avec la totalité de ces interrupteurs, un ensemble comprenant deux pistons opposés qui coulissent dans un cylindre et sont reliés par un mécanisme en forme de ciseaux ayant un point de pivotement fixe, les pistons étant actionnés de façon opposée, sur une seule face de chacun d'eux, par la pression statique du milieu isolant sous pression, et l'autre face de chaque piston étant soumise à la pression atmosphérique. 6 - Disjoncteur suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que: a) le ou chaque interrupteur est du type à double rupture avec soufflage comprenant deux cylindres en un matériau conducteur de l'électricité qui sont mobiles télescopiquement l'un dans l'autre, un des cylindres étant maintenu immobile tandis que le second se déplace sur un piston de soufflage fixe associé, les cylindres portant à leurs extrémités extérieures des buses de soufflage et des contacts qui coopèrent avec les pointes de deux contacts supplémentaires alignés avec les cylindres, ces contacts supplémentaires étant situés aux extrémités opposées de ltensenble des cylindres et chacun de ces contacts étant monté en position fixe par rapport au cylindre qui en est le plus éloigné; et b) les moyens pour exercer une poussée mécanique sont reliés au second cylindre précité et au contact supplémentaire associé au premier cylindre pour produire un mouvement du second cylindre et du contact supplémentaire précité dans la direction d'ouverture par rapport à l'autre cylindre et à l'autre contact supplémentaire précité. 7 - Disjoncteur suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il possède deux interrupteurs en série alignés dans un récipient sous pression commun contenant le milieu isolant, les deux interrupteurs se partageant une tige de contact commune intermédiaire fixe qui pote deux des contacts supplémeptaires précités,et possédant un mécanisme de déclenchement commun. 8 - Disjoncteur suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il possède deux interrupteurs en série disposés en Y et un récipient en Y rempli d'un milieu isolant sous pression, les deux branches et la tige de l'y étant mécaniquement reliées à leurs extrémités intérieures par un boitier central creux soumis à la pression atmosphérique tandis que leurs intérieurs communiquants sont remplis du milieu isolant sous pression, les interrupteurs étant montés dans les branches de l'y, le mécanisme de déclenchement étant situé à la base de la tige de l'y, et le mécanisme de commande des contacts étant dirigé vers le haut à l'intérieur de la tige précitée,