Brevet FR2291601A1 — publié le 19760611

L'invention concerne les dispositifs de coupure autocoupression d'un interrupteur électrique, mettant en oeuvre pour l'extinction de ltarc un soufflage de gaz diélectriques tels que, par exemple, l'air ou l'hexafluorure de soufre. Ces dispositifs de compression comportent kabituellement un piston et un cylindre L'un de ces deux organes est généralement fixe, tandis que l'autre est mobile et porte un des contacts de coupure. De tels dispositifs ont l'avantage d'être simples et autonomes. Toutefois, ils présentent l'inconvénient de ne produire une pression suffisante pour l'extinction de l'arc qu'apyres une course assez importante du contact mobile.Conne une distance d'ouverture d'ouverture minimale est imposée par la tenue diélectrique entre entrée et sortie du dispositif, cette réalisation conduit à une grande durée d'arc et un important développesent d'énergie, ce qui augmente l'usure et le temps total de coupure tout en réduisant le pouvoir de coupure. L'invention a pour but un dispositif de coupure dans lequel la course du contact mobile, nécessaire pour-ltobtention d'tue pression suffisante pour la coupure, est réduite. L'invention a pour objet un dispositif de coupure autocompression de gaz diélectrique pour interrupteur élèctrique, comprenant un cylindre et un piston, l'un de ces organes étant fixe, l'autre étant mobile, et supportant le contact mobile de coupure, caractérisé en ce qu'un piston flottant est disposé a l'inté- rieur du cylindre entre les deux organes de compression, ledit piston séparant le volume intérieur du cylindre en un compartiment antérieur disposé du côté du contact mobile de coupure et un compartiment postérieur disposé du côté opposé, et étant librement positionné à une extrémité d'un ressort dont I'autre extrémité est fixe. Selon une caractéristique un moyen établit une conslmication entre les deux compartiments sous l'action du déplacement de l'organe mobile lorsque la pression du compartiment antérieur devient inférieure à celle du compartiment postérieur. Le moyen peut être constitué par un clapet anti-retour disposé sur le piston, ou encore par une tuyauterie débouchant sur la paroi latérale du cylindre et constituant un bypass entre les deux compartiments. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la descflp tion de divers exemples de réalisation donnés dans la description et illustrés dans les dessins annexes. La figure I représente un schéma de principe d'un dispositif selon l'invention. La figure 2 représente un schéma de principe d'une variante de la figure 1. La figure 3 est un diagramme représentatif du fonctionnement d'un dispositif selon l'invention. Les figures 4, 5, 6 et 7 sont des coupes axiales de diverses variantes de réalisation de dispositifs selon l'invention. Dans la figure I on a représenté un interrupteur électrique en position de fermeture comportant un premier contact fixe constitué par une tige 1 et un deuxième contact fixe constitué par un piston fixe 4. Le dispositif de coupure comprend un cylindre de compression 3 mobile sur le piston fixe 4. Le cylindre mobile 3 est muni sur son fond d'un contact mobile de coupure 2 coopérant avec la tige de contact fixe 1. Entre le fond du cylindre mobile 3 et le piston fixe 4; on a disposé à l'intérieur du cylindre un piston flottant 5. Le piston flottant 5 sépare l'intérieur du cylindre en un premier compartiment 7 dit antérieur et disposé entre ce piston et le fond du cylindre, et'en un deuxième compartiment 8 dit postérieur disposé à l'opposé entre ce piston et le piston fixe 4.Le piston flottant 5 est librement disposé à l'intérieur du cylindre mobile 3 a l'extrémité libre 38 d'un ressort 6 dont l'autre extrémité 39 est fixée contre le piston fixe - 4. Sur le piston flottant 5 est monté un clapet anti-retour 9 qui se ferme lorsque la pression dans le compartiment 'antérieur 7 est plus élevée que la pression dans le compartiment postérieur 8 et s'ouvre dans le cas contraire. D'autre part sur le piston 4 on a monté un clapet anti-retour 10 qui se ferme lorsque la pression dans le compartiment postérieur 8 est supérieure à la pression du gaz diélectrique régnant à l'extérieur 11 du cylindre 3 et s'ouvre dans le cas contraire. Lors d'une manoeuvre d'ouverture, le cylindre 3 est déplacé de la droite vers la gauche et comprime le gaz contenu dans le compartiment antérieur 7, ce qui déplace le piston flottant 5 vers la gauche mais avec un peu de retard et avec une vitesse plus faible que celle du contact mobile 2 et du cylindre 3, car le piston 5 possède une assez importante inertie qui retarde et qui ralentit son mouvement. De plus, le mouvement du piston 5 comprime le gaz du compartiment postérieur 8. Dans ces conditions, la pression croit plus rapidement dans le compartiment 7 qu'elle ne croîtrait dans l'enseible des deux compartiments 7 et 8 s'il n'y avait pas de piston 5, ce qui assure une pression plus élevée à la séparation des contacts 1 et 2 et permet une coupure plus rapide. Après la séparation des contacts 1 et 2, le gaz diélectrique s'échappe par l'orifice constitué par l'intérieur des contacts 2, ce qui entraîne une croissance moins rapide de la pression dans le compartiment 7. Comme le piston 5 possède une inertie assez importante et continue à se déplacer vers la gauche en comprimant le gaz du compartiment 8, on réalimente le compartiment 7 par le gaz continu dans le compartiment 8 en assurant dans une certaine position une communication entre les deux compartiments,- ce qui permet de poursuivre le soufflage. On peut, dans ce but, utiliser le clapet anti-retour 9 monté sur le piston 5 comme le montre la figure 1. On-peut aussi utiliser une tuyauterie 12 fixée sur le cylindre 3 et constituer un by-pass entre les compartiments 7 et 8, comme le montre la figure 2. Lorsque, dans son mouvement vers la- gauche, le piston 5 découvre l'orifice 13 de la tuyauterie 12, il assure la coumunication entre les deux compartiments 7 et 8. Lors d'une manoeuvre de fermeture, le déplacement vers la droite du cylindre 3 provoque une dépression dans le compartiment 7, qui se transmet au compartiment 8 par la tuyauterie 12 ou le clapet 9. Le fonctionnement du clapet 10 évite, à la fermeture, la mise en dépression des compartiments 7 et 8 et réduit I'énergie nécessaire a la manoeuvre. Dans la figure 3 on représente sur un même diagramme et en fonction de la course du contact mobile 2 portée sur l'axe des abscisses 0 X la pression de soufflage de l'arc engendrée dans le cylindre d'autocompression portée sur l'axe des ordonnées 0 Y. La courbe 14 en traits interrompus correspond à la pression développée avec un dispositif classique ; la courbe 15 en trait continu correspond à la pression obtenue avec le dispositif selon l'invention comportant un piston flottant 5. Dans la figure 4, une buse de soufflage 16 solidaire du cylindre mobile 3 est disposée autour du contact fixe 1 en regard du contact mobile 2. L'autre contact fixe est constitué par un double piston comportant d'une part, en regard du compartiment 8, le piston interne 4 avec le clapet anti-retour 10, et d'autre part, en regard de l1extérieur 11, un piston externe 40 muni de contacts glissants 17 contre la paroir latérale interne du cylindre mobile 3. Les pistons 4 et 40 délimitent un compartiment interne 18 qui est en cormxtnication avec la pression du gaz diélectrique régnant à l'extérieur il grâce à des orifices 19 à travers le piston 40. Dans la figure 5 le contact mobile de coupure du cylindre mobile 3 est constitué par un tube 20 comportant une extrémité antérieure L4 coopérant avec les doigts de contact de coupure 25 portés par le contact fixe, lui-même constitué par un tube coaxial au tube 20 ayant une extrémité antérieure 42 et une extrémité postérieure 43. L'extrémité postérieure 41 du tube 20 porte sur des contacts glissants 44 solidaires du piston fixe 4. Le tube 2O est solidaire du fond 21 du cylindre 3 qui est percé d'orifices 22 autorisant un libre passage du gaz du compartiment 7 le long d'une piece isolante 23 ; cette pièce assure le guidage du gaz en position de coupure autour des doigts de contact 25. Lors de la manoeuvre d'ouverture, le gaz comprimé s'évacue dans deux directions opposées par les extremités 24 du tube 20, et 42 du tube 26. Dans la réalisation de la figure 6 le dispositif de coupure est une variante de celui de la figure 5. Lacotnmunîcation-entre les compartiments 7 et 8 est assurée non plus par un clapet anti-retour 9 comme dans la figure 5, mais par une tuyauterie 12 comme dans la figure 2. Qaund le piston 5 découvre l'orifice 13 de la tuyauterie 12, il met en communication les compartiments 7 et 8. Ce mode de commlmication entre les faces avant et arrière du piston flottant 5 est applicable non seulement a la réalisation de la figure 5 mais également a celle des figures 4 et 7. Dans la figure 7 le cylindre de compression 27 est fixe, et le piston de compression 28 est mobile et monté sur un tube de contact mobile 29. Le tube 29 comporte au droit du compartiment antérieur- 7 des orifices 31 débouchant sur son extrémité antérieure 32, mais le tube 29 est fermé du côté opposé par une obturation 30. L'extrémité 32 pénètre a l'intérieur d'un contact fixe 34 coaxial mni de doigts de coupure 33. Lors de la coupure, le gaz comprimé du compartiment 7 s'écoule a travers les orifices 31 et est soufflé a l'extrémité 32 du tube 29 profilé en forme de buse sur l'arc qui apparaît entre cette extrémité et les doigts 33 du contact fixe 34.Pour réduire l'influence de la tension transitoire de rétablissement sur l'interruption de 17arc, on peut assurer l'insertion d'une résistance de limitation 35 et la coupure de courant réduit par cette dernière au moyen d'un soufflage transversal guidé par une pièce isolante 36, grâce à une électrode de commutation 37. A l'ouverture, l'arc apparaît entre l'extrémité 32 du tube et les doigts 33. Le soufflage des doigts commute l'arc entre l'extrémité 32 et l'électrode 37 insérant la résistance 35 qui réduit le courant de court-circuit. Environ un quart de période après l'insertion, le soufflage éteint 17arc à courant réduit existant entre l'extrémité 32 et l'électrode 37. I1 y a lieu de noter que les orifices 22 des cloisons 21 des figures 5 et 6 peuvent être remplacés par des orifices tels que l'orifice 31 du tube 29 de la figure 7. il est bien évident que l'invention ntest nullement limitée aux modes de réalisation qui viennent d'entre décrits et représentés et qui n'ont été donnés qu'a titre d'exemple ; en particulier on peut, sans sortir du cadre de l'invention, modifier certaines dispositions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents. PEVENDICATIONS 1/ Dispositif de coupure a autocompression de gaz diélectrique pour interrupteur électrique, comprenant un cylindre (3) et un piston (4), l'un de ces organes étant fixe, l'autre-étant mobile et supportant le contact mobile de coupure (2), caractérisé en ce qu'tm piston flottant (5) est disposé a l'intérieur Su cylindre entre les deux organes de compression, ledit piston séparant le volume intérieur du cylindre en un compartiment antérieur (7) disposé du côté du contact mobile de coupure (2), et un compartiment postérieur (8) disposé du côté opposé et étant librement positionné à une extrémité (38) d'un ressort v6) dont l'autre extrémité (39) est fixe. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un moyen établit une communication entre les deux compartiments (7, 8) sous l'action du déplacement de l'organe mobile (6), lorsque la pression du compartiment antérieur (7) devient inférieur à celle du compartiment postérieur (8). 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen est un clapet anti-retour (9) disposé sur le piston (4). 4/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le yen est constitué par une tuyauterie (12) débouchant sur la paroi latérale du cylindre et- constituant un-bp-pass entre les deux compartiments (7, 8). 5/ Dispositif selon l'une des revendications 1 a 4, caractérisé en ce qu'un clapet anti-retour (10) monté sur l'organe de compression fixe, d'une part lors de la manoeuvre de coupure, maintient la compression du gaz dans le compartiment posté- rieur (8), et d'autre part, lors de la manoeuvre de fermeture, établit la conmnr nication du compartiment postérieur (8) avec l'extérieur (il) du cylindre, assurant une mise en pression voisine de la pression régnant a l'extérieur. 6/ Dispositif selon I'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les contacts fixes. et mobiles associés en vue de la coupure sont constitués par des tubes (20, 26). 7/ Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le contact mobile tubulaire (29) comporte une ouverture (31) permettant l'issue des gaz du cylindre dans le tube et une deuxième ouverture sur son extrémité (32) coopérant avec le contact tubulaire fixe (34) pour assurer le soufflage de l'arc de coupure. 8/ Dispositf selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'une pièce isolante (36) de guidage permet l'insertion d'une résistance (35) et la coupure du courant limité par cette résistance. 9/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de compres- sion fixe est le piston (4). 10/ Dispositif selon la revendication I, caractérisé en ce que l'organe de compression fixe est le cylindre (27).