Brevet FR2297487A1 — publié le 19760806

L'invention concerne les appareils d'interruption, tels que disjoncteurs ou interrupteurs, assurant l'extinction de l'arc au moyen du soufflage d'rm gaz, l'hexafluorure de soufre par e uple, produit par'un dispositif a autocompression. Le pouvoir de coupure des appareils courants dans lesquels un des deux éléments de l'organe de compression, cylindre ou piston, est mobile et l'autre fixe, peut etre accru en déplaçant siuiltaeenent et symétriquement ces deux éléments en sens inverse. Yais cette disposition, qui permet de doubler le velue du gaz soufflé, est beaucoup soins efficace pour accroître le pouvoir de coupure que l'augientation de la pression a l'instant de l'extinction de l'arc. Par ailleurs, dans les dispositifs courants, le soufflage s'effectue après une course de précompression au cours de laquelle le gaz comprimé dans le cylindre ne peut s'échapper que par les jeux existants entre les contacts d'arc fixe et mobile et entre le col de la buse de soufflage et le contact qui pénètre a l'intérieur de cellci. L'accroissement de la pression dépend de la course de precowpression et de la vitesse de la partie mobile. Compte tenu de la plaise de cette dernière, une augmentation de sa vitesse nécessite d'accroître forte en l'énergie de l'organe de manoeuvre.Une augmentation de la course de précompres- sion accrolt, d'une part le teeps d'ouverture et, d'autre part, pour obtenir une même distance entre contacts en position d'ouverture, la course totale de la partie mobile. De plus, dans les dispositifs courants, une coipression inutile du gaz se poursuit après l'extinction de l'arc. L'invention a pour but un disjoncteur qui permet d'accroitre la pression de l'extinction de l'arc, sans augmenter la course et la vitesse des parties iles, et de réduire au minimum la coopression inutile du gaz apres l'extinction de l'arc, ce qui limite la perte d'énergie après la coupure et améliore le rendement. L'invention a pour objet un disjoncteur a soufflage par autocoopression de gaz diélectrique obtenue par le déplace'ent l'un vers l'autre de deux pistons disposés a l'intérieur d'un même cylindre fixe, caractérisé par le fait qu'il comporte des soyas tels que, l'un de ces pistons, dit premier piston, effectue une course continue dans le sens de l'ouverture du disjoncteur, tandis que l'autre, dit second piston, effectue simultanément d'abord une course de compression en sens inverse de celle du premier piston, puis s'arrête en une position de rebroussement pour achever sa course dans le me"e sens. Selon une caractéristique, lors de la fermeture du disjoncteur, lesdits pistons effectuent des courses inverses de celles effectuées lors de l'ouverture. Selon une autre caractéristique, le disjoncteur comporte un contact d'arc mobile supporté par le prunier piston. Selon une autre caractéristique, les moyens de déplacement du premier piston couportent une tringlerie assujettie a la position de l'organe de manoeuvre du disjoncteur, Selon une autre caractéristique, les moyens de déplacement du deuxième piston comportent un organe élastique commandé par le déplacement de l'organe de manoeuvre et présentant un passage a un point sort d'immobilisation du deuxième piston. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparattront dans la description d'un mode de réalisation donné a titre d'exemple et illustré dans les dessins. La figure 1 est une vue en coupe verticale d'un disjoncteur selon l'inven- tion en position de fermeture, La figure 2 est une vue en coupe selon SY du disjoncteur selon la figure 1. La figure 3 est une desi-vue en coupe de droite du disjoncteur selon la figure 1, correspondant au voisinage de la position d'extinction de l'arc. La figure 4 est une deni-vue en coupe de gauche du disjoncteur selon la figure I en position d'ouverture. La figure 5 représente un diagramme fonctionnel de la course des pistons. Dans les figures, on a représente un appareil de coupure tel qu'un disjonc- teur comportant deux chambres d'extinction, l'une de gauche 1 et l'antre de droite 2. Ces charres sont disposées symétriquement dans le prolongement 12UDe de l'autre et reliées par un carter 3. L'ensemble repose sur un carter isolait creux 4 constituant une enceinte replie de gz tel que de l'bexafluorure de soufre et rendue étanche par des joints 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 et 12. Un orifioe 13 fait communiquer les chambres I et 2 avec l'interienr du support isolant 4. Les chambres de coupure I et 2 comportent chacune un contact principal fi 38 et 39 avec un contact auxiliaire tubulaire 36 et 37, ainsi qu'un cylindre fixe 30 et 31. A l'intérieur des cylindres fuses sont disposés des premiers pistons 22 et 23 et des deuxièmes pistons 57 et 58 délimitant entre eux des volumes intérieurs 28 et 29. Les premiers pistons comportent une tige de contact mobile 62 et 7 dont les extrémités 42 et 43 coopérent avec les contacts tubulaires 36 et 37 et des contacts mobiles principaux 24 et 25 coopérant avec les contacts fixes 38 et 39 par l'intermédiaire de doigts de contact fixes 61 et 71. Les premiers pistons sont munis de buses isolantes 34 et 35 dont les cols 40 et 41 entourent avec un faible jeu les contacts tubulaires 36 et 37, et ils comportent des ouvertures 32 et 33 faisant cnanuniquer les volutes intérieurs 28 et 29 avec les buses 34 et 35. Les premiers pistons 22 et 23 sont reliés par des bielles 20 et 21 à des leviers 16 et 17 articulés autour d'axes fixes 18 et 19 et eus-eoes reliés par des bielles 20 et 21 a un palonnier 15. Les deuxièmes pistons 57 et 58 sont reliés par des bielles 59 et 60 a des bras 66 et 69, dits premiers bras, de leviers 47 et 48 à trois bras articules autour d'axes fixes 49 et 50. Les leviers 47 et 48 comportent des deuxièmes bras 51 et 52 dont les extrémités sont munies d'axes 55 et 56 sur lesquels sont articulés des ressorts tels que 53 et 54. Ils comportent, en outre, des troisièmes bras 45 et 46 dont les extrémités sont disposées dans ltespace compris entre une rampe 44 et une butée 68 disposées en regard l'une de l'autre et constituant une sorte de fourchette. Le palonnier 15, la rampe 44 et la butée 68 sont supportés par une tige isolante 14 disposée dans l'axe du carter 4. La tige 14 constitue l'organe de manoeuvre du disjoncteur. A cet effet, elle est reliée à un organe moteur, non représenté et tel qu'un vérin, et elle transmet l'effort nécessité par le passage de la position d'ouverture du disjoncteur à la position de fermeture et inversement. Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant. En position de fermeture, représentée dans la figure 1, le courant traverse les deux chambres 1 et 2 en passant successivement par le contact fixe 38, les doigts de contact fixes 61, le contact mobile principal 24, la tige de contact mobile 62, des doigts de contact fixes 63 solidaires du cylindre fixe 30, le plateau 64, le carter 3, le plateau 65 et la chambre 2 qui comporte les mêmes éléments. Lors de la manoeuvre d'ouverture, la tige de manoeuvre 14 est actionnée vers le bas. Le palonnier 15 fait tourner les leviers 16 et 17 autour de leurs axes et les premiers pistons 22 et 23 sont soumis à un déplacement continu, les écartant des contacts fixes 38 et 39. La rampe 44 entre en contact avec les extrémités des bras 45 et 46 des leviers 47 et 48 et les fait pivoter autour de leurs axes. Après une faible rotation, les axes 55 et 56 des bras 51 et 52 se trouvent dans l'alignement avec les axes 49 et 50 des leviers, position qui constitue un point mort pour les ressorts 53 et 54.L'action motrice des ressorts est ainsi libérée et ils continuent de faire pivoter les leviers 47 et 48, communiquant ainsi aux pistons 57 et 58 un déplacement vers les contacts fixes 38 et 39, ctest-à-dire en sens inverse de celui des pistons 22 et 23. Ce déplacement s'effectue jusqu'à une position de rebroussement illustrée dans la figure 3 où les bras 66 et 69 passent dans l'alignement des bielles 59 et 60, ce qui constitue le point mort du système de déplacement des pistons 57 et 58 qui s' immobilisent. Mais les bras 66 et 69 poursuivant leur rotation au-delà de ce point mort sous l'action des ressorts 53 et 54, les pistons 57 et 58 poursuivent leur course, mais en sens inverse.Dans cette deuxième phase de leur course > ils se déplacent alors dans le mSme sens que les pistons 22 et 23 jusqu'à la position d'ouverture du disjoncteur illustrée dans la figure 4. Dans cette position, les pistons 57 et 58 sont arrêtés contre des butées 67 et 72 présentées par les cylindres fixes 30 et 31 et appuyés contre ces butées par les ressorts 53 et 54. Au cours de la première phase de la course des pistons 57 et 58, les volumes de gaz 28 et 29 sont comprimés à l'intérieur des cylindres 30 et 31 par les pistons 22 et 57 d'une part, 23 et 58 de l'autre. Le gaz comprimé passe par les ouvertures 32 et 33 et pénètre à l'intérieur des buses isolantes 34 et 35. Le faible jeu existant entre les cols 40 et 41 et les tubes 36 et 37 ainsi que le faible jeu entre les extrémités 42 et 43 des tiges et les tubes 36 et 37 empêchent le gaz comprimé de s'échapper jusqu'a la séparation des extrémités 42 et 43 d'avec les tubes 36 et 37. La pression de gaz comprimé dans les volumes 29 et 30 est maximale lorsque les pistons 57 et 58 atteignent leur point de rebroussement qui correspond sensiblement à l'instant de l'extinction de l'arc de rupture. Après extinction de l'arc, les pistons 57 et 58 poursuivent la deuxième phase de leur course jusqu'au point final d'ouverture. Pendant la manoeuvre de fermeture du disjoncteur, la tige de manoeuvre 14 qui est actionnée vers le haut entraîne les bielles 20 et 21, fait pivoter les leviers 16 et 17 et, par l'intermédiaire des bielles 26 et 27, entraîne les pistons 22 et 23 et les contacts mobiles principaux 24 et 25 jusqu'a la position de fermeture.La butée 68 vient en contact avec les extrémités 45 et 46 des leviers 47 et 48, fait pivoter ces leviers autour de leurs axes jusqu'au point mort des bras 66 et 69, ce qui rapproche les pistons 57 et 58 des contacts fixes 38 et 39, dans une course de même sens que celle effectuée par les pistons 22 et 23 et jusqu'à la position de rebroussement de la figure 3, Sous l'action de la butée 68, les leviers 47 et 48 poursuivent leur rotation et l'armement de ressorts 53 et 54 jusqu'au point mort dans lequel les bras 51 et 52 sont en alignement, position à partir de laquelle les ressorts 53 et 54 deviennent moteurs et achèvent de faire accomplir aux leviers 47 et 48 une faible rotation. Après le passage au point mort de la position de rebroussement, les pistons 57 et 58 accomplissent une course inverse de celle des pistons 22 et 23 et s'écartent des contacts fixes 38 et 39 pour revenir en appui contre les butées 67 et 72. Le diagramme de la figure 5 représente en ordonnée selon p le déplacement des pistons 22, 23 et 57, 58 en fonction de la course 1 de la tige isolante 14 portée en abscisse. La course effectuée par les pistons 22 et 23 indiquée par le tracé de la courbe 73 et leur course totale correspond à OC. La course effectuée par les pistons 57 et 58 est indiquée par le tracé de la courbe 74 et leur course totale correspond à CDC. La séparation des contacts correspond au point d'abscisse E et l'extinction de l'arc se produit au voisinage du point d'abscisse F, ctest-à-dire vers le point de rebroussement des pistons 57 et 58. Les avantages suivants peuvent être obtenus simultanément avec le dispositif selon l'invention : - Le déplacement des pistons 57 et 58 en sens inverse de celui des pistons 22 et 23, après une course de précompression de ces derniers, permet une augmentation importante de la pression du gaz conprimé au voisinage de l'instant de l'extinc- tion de l'arc et par conséquent un accroissement du pouvoir de coupure. - La coopération des mouvements des premiers pistons 22 et 23 et des deuxièmes pistons 57 et 58 pendant la course de précompression permet, sans accroissement de l'énergie et pour une mE^he pression, de réduire la course comprise entre l'origine du mouvement et la séparation des contacts, et par conséquent le temps d'ouverture de l'appareil. - Le déplacement du premier piston dans le meme sens que celui du deuxième piston pendant la deuxième partie de la course de ce dernier permet de réduire considérablement la pression après la coupure et accroît le rendement de l'appareil, ctest-a-dire le rapport du pouvoir de coupure qui est fonction de la pression lors de l'extinction de l'arc et de l'énergie mise en jeu. - La séparation des sources d'énergie deplacant, d'une part les premiers pistons 22 et 23 et, d'autre part, les deuxièmes pistons 57 et 58 et la coordination de leurs mouvements respectifs, permet d'obtenir le soufflage maximal à l'instant optimal pour l'extinction de l'arc, donc d'accroftre le pouvoir de coupure. Pour une même pression du gaz comprimé, cette séparation des sources d'énergie réduit la vitesse des contacts mobiles liés aux premiers pistons 22 et 23 et l'énergie pendant la manoeuvre d'ouverture. - L'énergie permettant d'armer les ressorts 53 et 54 entraînant les deuxièmes pistons 57 et 58 est fournie, dans le cas d'un vérin, par l'organe moteur pendant la fermeture. Comice l'énergie nécessaire à l'ouverture est plus impor- tante que l'énergie nécessaire à la fermeture, ce transfert d'énergie de l'ouver- ture à la fermeture permet de mieux equilibrer les sections du vérin et l'organe moteur. - Les premiers pistons 22 et 23 constituent les parties mobiles conductrices et servent au passage du courant. il est évident que l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation qui vient d'entre décrit et représenté et qui n a été donné qu'à 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, ou encore remplacer certains éléments par d'autres susceptibles d'assurer la même fonction technique ou une fonction technique équivalente. RElElIDICATION5 1/ Disjoncteur à soufflage par autocompression de gaz diélectrique obtenue par le déplacement l'un vers l'autre de deux pistons disposés à l'intérieur d'un même cylindre fixe, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens tels que l'un (22, 23) de ces pistions, dit premier piston, effectue une course continue dans le sens de l'ouverture du disjoncteur, tandis que l'autre (57, 58) dit second piston, effectue simultanément, d'abord une course de compression en sens inverse de celle du premier piston, puis s'arrête en une position de rebroussement pour achever sa course dans le même sens. 2/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, lors de la fermeture du disjoncteur, lesdits pistons effectuent des courses inverses de celles effectuées lors de l'ouverture. 3/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il comporte un contact d'arc mobile (24) supporté par le premier piston (22). 4/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les moyens de déplacement du premier piston (22) comportent une tringlerie (15, 20, 16, 26) assujettie à la position de l'organe de manoeuvre (14) du disjoncteur. 5/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les moyens de déplacement du deuxième piston (57) comportent un organe élastique (47) commandé par le déplacement de l'organe de manoeuvre (14) et présentant un passage à un point mort correspondant à l'arrêt du deuxième piston. 6/ Disjoncteur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la position de rebroussement du deuxième piston (57) correspond au point mort et se situe à un instant postérieur à celui de la séparation du contact mobile (24) d'avec le contact fixe (38) auquel il est associé et avoisinant celui de l'extinction de l'arc. 7/ Disjoncteur selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les moyens de déplacement du deuxième piston (57) comprennent un levier à trois bras (47) articulé autour d'un axe (49), un premier bras (66) étant relié par une bielle (59) au deuxième piston (57), un deuxième bras (45) étant commandé lors de l'ouverture du disjoncteur par une rampe (44) solidaire de organe de manoeuvre (14) et à la fermeture par une butée (68) solidaire de cet organe, le troisième bras (64) étant soumis à l'action d'un ressort (53) entrainant ledit levier dans le sens correspondant à la course d'ouverture du deuxième piston (57) lorsqu'il a été entraîne par ladite rampe au-delà du passage à un point mort, ledit ressort communiquant audit levier une faible course en sens inverse au-delà de ce point mort après avoir été armé au cours de la manoeuvre de fermeture sous l'action de ladite butée.