Brevet FR2333338A1 — publié le 19770624

L'invention, due à la collaboration de Monsieur André DUCLUZAUX, est relative à un interrupteur hybride à commande individuelle de chaque pôle, comprenant nar pôle, un contact mécanique inséré dans une phase d'in circuit électrique parcouru par un courant alternatif à couper, un circuit dérivé comportant un sem-- conducteur et connecté en parallèle dudit contact mécanique pour une commutation du courant dans le circuit dérivé lors de llouver- turne du contact mécanique et une commande d'ouverture dudit contact mécanique. Un interrupteur connu du genre mentionné permet la commutation du courant dans un circuit dérivé et ltouverture du contact mécanique sans arc. L'interruption du courant s'effectue automatiquement rs du passage à zéro du courant, le circuit dérivé étant alors non conducteur et bloqué par le semi-conducteur. En vue de limiter la charge du ou des semi-conducteurs en série dans le circuit dérivé il a déjà été proposé de synchroniser l'ou- verture du contact mécanique avec le courant, celle-ci intervenant un court instant avant le passage au zéro du courant. La valeur du courant commuté dans le circuit dérivé juste avant le passage à zéro est relativement faible et rapidement décroissante et la capacité ou le nombre des semi-conducteurs peut ainsi être limité à une valeur inférieure à celle correspondant à la valeur maximale ou moyenne du courant à couper. Le coût prohibitif de ces interrupteurs est ainsi notablement abaissé, mais des précautions particulières sont indispensables pour éviter des surcharges et la destruction des semi-conducteurs, incapables de conduire le courant pendant une alternance complète.La durée de 10 millisecondes d1une alternance du courant alternatif du réseau implique une pré- cision d'ouverture du contact mécanique inférieure à la milliseconde et si l'on veut éviter le réallumage de l'arc entre les contacts mécaniques séparés, après le passage à zéro du courant, l'écartement des contacts doit être suffisant pour tenir la tension de rétablissement. A l'impératif d'une synchronisation précise s'ajoute celui d'une ouverture suffisamment rapide des contacts pour éviter tout réallumage de l'arc dans l'alternance suivante.Il n'est donc pas étonnant que ces propositions n1 aient jamais conduit à des réalisations pratiques, malgré le long délai d'une vingtaine d'annéesqui s'est écoulé depuis leur formulation. La présente invention a pour but de remédier aux in convénlents précités et de permettre, par une combinaison apprepriée de moyens, la réalisatiof. d'un interrupteur hybride @inable et compétitif. l'interrupteur selon la présente invention est carae terise par le fait qu'il comporte un condensateur d'accumulation d'énergie électrique, un actionneur électrodynamique de transfor- mation de ladite énergie électrique en une impulsion mécanique par décharge du condensateur, ledit actionseur étant relié mécanique- ment au contact mécanique pour déplacer ce dernier en position d'ouverture lors de ladite décharge du condensateur, et un disso- sitif électronique de synchrenisation de commande d'un thyristor inséré dans le circuit de décharge du condensateur, piloté nr ledit courant de manière a amorcer le thyristor et ouvrir ledit contact mécanique juste avant le passage à zéro du courant pendant l'alternance du courant correspondant au sens de conduction du semi-conducteur du circuit dérivé. La commande électronique de synchronisation est couplée à l'actionneur électrodynamique par le thyristor de commande de décharge du condensateur dont la rapidité de réponse et ia fiabilité sont connues. L'actionneur électrodynamique, notamment å effet Thomson, présente les qualités complémentaires requises pour la réalisation d'un interrupteur hybride synchrone. La faible masse de l'équipage mobile d'un actionneur électrodynamique alliée à la force de répulsion brusque par effet électrodynamique, se traduit par un déplacement rapide des contact à un instant prédéterminé et par une séparation suffisante des contacts pour tenir la terision de rétablissement.Les moyens mis en oeuvre sont simples et chaque pôle de " interrupteur est équipé de moyens individuels de comman- de d'ouverture synchrone juste avant le passage à zéro dn courant. L'ouverture du contact mécanique s'effectue sans are lorsque l'impédance du eireuit dérivé est faible et que de dernier ne comporte qu'un ou quelques semi-condueteurs ou diodes, c'est-àdire en basse tension. En moyenne tension, nécessitart une colonne de diodes en série, un are fugitif rapidement éteint @@@ apparaitre lors de l'ouvertore du contaet mecanique, set are he modifiant d'ailleurs guère le fonctionnement de l'interrueteur. Il est avantageux de sectionner le eircuit après interruption du courant en isclant ralvantiquement le senf-condueteur par quverture d'un deuxième eontaet méeami@@@@@@. Ceti@ orvertun doit interzenir nendant la deuxième ait-ra@@ee de @@@@@conduction du semi-conducteur, de préférence dès le début de cette alternance pour limiter la tension appliquée au semi-conducteur bloqué. Selon un développement important de l'invention, le deuxième contact est commandé par le même actionneur avec une temporisation judicieuse. Le deuxième contact est inséré dans le circuit dérivé ou dans le circuit principal en aval des circuits shuntés. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront plus elairement de ltexposé qui va suivre dtun mode de mise en oeuvre de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 montre le schéma électrique d'un pôle d'un interrupteur hybride selon 1 t invention; la figure 2, analogue à la figure 1, illustre une variante de réalisation; la figure 3 montre la courbe de variation du courant à couper. Sur la figure 1, une phase d'un circuit principal 10 comporte un contact mécanique, désigné dans son ensemble par le repère 12, et matérialisé par un pont de contact mobile 14 coopérant avec une paire de contacts fixes 16. Un circuit dérivé 18 est connecté en parallèle au circuit principal 10, de. manière à shunter le contact mécanique 12 et comporte branchés en série, un deuxième contact mécanique 20 et un semi-conducteur, notamment une diode 22. Une colonne de diodes (non représentée), adaptee aux tensions mises en jeu, remplace le cas échéant la diode 22, notamment en moyenne tension. Une partie mobile 24 du contàct mécanique 20 est solidarisée et commandée par une tige dXactionnement 26 assujettie au contact mobile 14 et à un disque conducteur 28.Le contact mobile 24 coopère à coulissement avec une paire de contacts fixes 3O, de manière a s ouvrir après une course prédéterminée de la tige 26, tandis que le pont de contact 14, du type à pression directe, s'ouvre dès l'amorce du coulissement de la tige 26. Un décalage à l'o1uverture entre les contacts 12, 20 s'opère ainsi automatiquement, mais cette temporisation peut etre réalisée de toute autre manière opérante, notamment par une course morte ou analogue. Un ressort de compression 32, intercalé entre une butée 34 et le disque 28, sollicite l'équipage mobile, formé par les contacts mobiles 24, 14, la tige 26 et le disque 28, en position de fermeture des contacts, dans laquelle le disque 28 vient en regard à très faible écartement d'un bobinage annulaire 36 noyé dans un support 38. Les bornes (non représentées) du bobinage 36 sont reliées à un circuit de commande 40 qui comprend en série une batterie de condensateurs 42 et un commutateur de décharge, tel qu'un thyristor 44. Un circuit de charge (non représenté) des condensateurs 42 permet une accumulation d'énergie électrique susceptible de se décharger à travers le bobinage 36 lors de l'amorçage du thyristor 44.Les courants induits dans le disque conducteur 28 par le courant parcourant le bobinage 36 lors de cette décharge, engendrent par effet électrodynamique, une répulsion brusque du disque et un déplacement vers la position d'ouverture de l'qui page mobile d'une manière bien connue en soi et par exemple décrite dans le brevet français N" 2.247.118 auquel on se référera avantageusement pour de plus amples détails. La gâchette 46 du thyristor 44 est reliée à un bloc électronique de commande 48, piloté par le courant parcourant le circuit principal 10 par I'intermédiaire d'un capteur 50, schématiquement représenté à titre d'exemple sur la figure 1 par un transformateur d'intensité relié au bloc 48 par un conducteur 52. Le bloc électronique 48 est agencé pour délivrer un signal de déblocage à la gâchette 46 du thyristor 44, à l'instant tl (voir figure 3) pendant l'alternance A du courant, dont la polarité correspond au sens de conduction du circuit dérivé 18, juste avant le passage du courant à zéro à l'instant t2. il est inutile de dé crire le schéma du bloc électronique 48, qui ne fait pas partie de la présente invention et peut être d'un type connu, par exemple tel que décrit dans le brevet français NO 2.097.222. Le dispositif inventif fonctionne de la manière suivante Dans la position de fermeture de l'interrupteur, représentée à la figure 1, le courant passe essentiellement par le circuit principal 10. Un ordre d'ouverture de l'interrupteur donné par tout moyen approprié, non représenté, par exemple manuellement, rend opératif les blocs électroniques de commande 48 des différents pôles. Seule llouverture du pôle représenté à la figure 1 est décrite ci-dessous, celles des autres étant identiques. Le bloc 48 piloté par le capteur 50 rend conducteur le thyristor 44 à llir.- stant tl prédéterminé avant le passage à zéro du courant pendant l'alternance correspondant au sens de conduction du circuit dérivé 18.La conduction du thyristor 44 provoque la décharge des condensateurs 42 à travers le bobinage 7 et la répulsion du disque 28 qui intervient pratiquement à l'instant t1 en ouvrant le contact méeanique lc. Le courant est commuté dans le circuit dérivé 18 sans arc ûu à faible are au niveau du contact 12, la diode 12 étant conductrice pour ce sens du courant.Au passage à zéro du courant au temps t a polarité du courant s'inverse et la diode 22 non conductrice interrompt le courant dans le circuit dérivé 18 Le contact mécanique 12, dont l'ouverture s'est poursivie à vitesse élevée s'oppose égaiement au passage du courant, l'écarte ment des contacts et la déicrisation de l'intervalle empêchant tout claquage par la tension de rétablissement. La tenue correcte à la tension de rétablissement entre les contacts peu écartés im- plique que ces contacts sont contenus dans une enceinte renfermant un gaz sous oression à forte tenue diélectrique tel que le SF6. Par la suite le contact mécanique 20 s'ouvre également sans arc, au temps tz, et isole galvanicuement le circuit. Un accrochage, non représenté, maintient l'équipage mobile en position d'ouverture des contacts 12, 20. A titre indicatif, mais non limitatif il peut etre précisé que la vitesse de déplacement de l'équipage mobile par l'action électrodynamique peut être d'environ 10 m/sec., le temps t1 orécédant de 0,5 millisecondes le passage à zéro du courant au temps to. En prévoyant l'ouverture du contact 20 à l'instant t 3 après un déplacement de la tige 26 de olus de 5 mm on peut être assuré d'une temporisation suffisante pour une ouverture du contact 20 postérieure au passage à zéro. Les ouvertures des pôles des différentes phases sont échelonnées et indépendantes, en fonction du courant traversant chacue phase. La figure 2, dans laquelle les mêmes numéros de repère désignent les éléments correspondants de la figure 1, illustre une variante de réalisation dans laquelle le circuit dérivé 18 comporte la diode c2 mais pas de contact mécanique. Ce dernier 20 est inséré dans le circuit principal 10 en aval de la partie shuntée par le circuit dérivé 18, son ouverture après le passage à zéro du courant, de ia man ère décrite ci-dessus, réalisant une isolation galvanique du circuit. Le fonctionnement est identique. L'invention n'est bien entendu nullement limitée aux modes de mise en oeuvre plus particulièrement décrits et représen- tés au dessin annexé, mais elle s'étend bien au contraire à toutes variantes restant dans le cadre des équivalences, notamment à celle dans laouelle de deuxième contact mécanisus comporterait sa propre commande, temporisée par rapport à @mmsnde du premier contaet ou celle encore dans @@@@@@ puopuision de l'éopuipare mobile résulterait de l'acties de oyens différents. REVENDICATIONS 1. Interrupteur hybride à commande individuelle de chaque poSe, comprenant par pôle, un contact mécanique inséré dans une phase dlun circuit électrique parcouru par un courant alternatif a couPer, un circuit dérivé comportant un semi-conducteur et connecté en parallèle dudit contact mécanique pour une commutation du courant dans le circuit dérivé lors de ltouverture du contact mécanique et une commande d'ouverture dudit contact mécanique, ca ractérigé par le fait qu'il comporte un condensateur d'accumula- tion d'énergie électrique, un actionneur électrodynamique de transformation de ladite énergie électrique en une impulsion mécanique par décharge du condensateur, ledit actionneur étant relié mécaniquement au contact mécanique pour déplacer ce dernier en position d'ouverture lors de ladite décharge du condensateur, et un dispositif électronique de synchronisation de commande d'un thyristor inséré dans le circuit de décharge du condensateur, piloté par ledit courant de manière à amorcer le thyristor et ouvrir ledit contact mécanique juste avant le passage à zéro du courant pendant 1'alternance du courant correspondant au sens de conduction du semi-conducteur du circuit dérivé. 2. Interrupteur électrique selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte un bobinage inséré dans le circuit de décharge du condensateur et un disque conducteur disposé en regard du bobinage et relié au contact mécanique de telle manière qu T une décharge électrique à travers ledit bobinage engendre par effet Thomson une répulsion brusque dudit disque et un déplacement très rapide vers la position d'ouverture dudit contact mécanique. 3. Interrupteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il comporte un deuxième contact mécanique commandé par ledit actionneur et agencé de manière à s'ouvrir postérieurement audit premier contact mécanique et après le passage au zéro du courant. 4. Interrupteur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les deux contacts mécaniques sont actionnés par la même impulsion de l'actionneur, un procédé mécanique différant l'ouverture du deuxième contact mécanique après le passage au zéro du courant 5. Interrupteur selon la revendication 3 ou 4, caractérisé par le fait que ledit deuxième contact mécanique est inséré dans ledit circuit dérivé. 6. Interrupteur selon la revendication 3 ou 4, caractérisé par le fait que ledit deuxième contact mécanique est disposé en série du premier contact mécanique et du circuit dérivé.