Brevet FR2352386A1 — publié le 19771216

L'invention, due à la collaboration de Messieurs Joseph MILLON-FREMILLON et Jacques HENNEBERT, est relative à un disjonc- teur électricue à enveloppe étanche remplie de gaz isolant, notamment de grande rigidité diélectrique, comprenant une paire de contacts alignés dont l'un est creux et mobile selon I'axe longitudinal pour créer un intervalle de coupure en position séparée des contacts, et un dispositif d'autosoufflage muni d'une pluralité d'espaces de compression coaxiaux à 17axe longitudinal et suscet- tibles d'engendrer une précompression du gaz isolant an début de l'actionnement du contact mobile vers la position d'ouverture avant la séparation des contacts suivi dtun écoulement du gaz de soufflage à l'intérieur d'une buse coaxiale aux contacts alignés, pour l'extinction d'un arc tiré dans l'intervalle de coupure entre les contacts se séparant lors du déplacement poursuivi du contact mobile. Selon un dispositif connu du genre mentionné, deux espaces de compression coaxiaux agencés autour du contact mobile creux, engendrent deux écoulements gazeux chassés successivement vers l'intervalle de coupure en produisant respectivement des soufflages séparés axial et radial de l'arc, la libération du deuxième jet de gaz étant retardé en fonction de la course du contact mobile ou de la pression de gaz dans le premier espace de compression. Cet agencement permet une modulation de ltécoulement gazeux mais implique une course d'ouverture importante de l'éoui- page mobile. Pour réduire la course du contact mobile, il a déjà été proposé d'adjoindre un volume d'aspiration > l'espace de compression du dispositif d'autosoufflage, communituant entre eux, lors de l'ouverture du disjoncteur par une voie d'écoulement ineluant l'intervalle de coupure. La vitesse d'écoulement du gaz dans la voie d'échappement est augmentée permettant d'améliorer lteffet dtextinction de l'arc pour une course de compression raisonnable. Le débit de gaz comprimé dans itespace de compression reste néanmoins limité et n'autorise pas des pouvoirs de coupure importants. L'invention a pour but de remédier aux inconvénients précités et de réaliser un disjoncteur à dispositif d'autosoufflage perfectionné engendrant un débit de gaz de soufflage important tour une faible course de compression. Le disjoncteur selon l'invention est caractérisé nar le fait que le dispositif d'autosoufflage comprend une voie d'admission de gaz de soufflage à l'intervalle de coupure, avec les différents espaces de compression, pour permettre aux écoulements gazeux précomprimés dans l'ensemble desdits espaces d'être chassés simultanément-dans l'intervalle de coupure dès la-fin de la phase de précompression. Le débit maximum de gaz de soufflage est ainsi disponible dès la naissance de l'arc, et les espaces de compression coaxiaux sont avantageusement repartis autour de la voie d'admission dotée d'ouvertures de passage du gaz comprimé au niveau de chaque espace. Selon un premier mcde de réalisation de l'invention, le dispositif d'autosoufflage comporte une pluralité de fonds mobiles cylindriques, de mêmes diamètres, montés à coulissement selon l'axe longitudinal, et assujettis à intervalles prédéterminés au contact mobile, de manière à coopérer avec des fonds intermédiaires fixes imbriqués successivement entre les fonds mobiles pour délimiter lesdits espaces de compression. Selon un deuxième mode de réalisation, le dispositif d'autosoufflage comprend deux espaces de compression annulaires confinés par deux cylindres mobiles externe et interne de diamètres différents, emboîtés l'un dans l'autre et coopérant avec des pistons fixes concentriques. La voie d'admission est confinée soit par le canal interne du contact mobile creux, soit par un fourreau annulaire agencé entre le contact mobile et les espaces de compression. Selon un développement de l'invention, des moyens de réglage associés aux espaces de compression comportent des organes de oositionnement ajustables assurant une modification de la course de compression en vue d'une modulation de l'écoulement gazeux. Selon une autre variante de réalisation de l'invention, le dispositif d'autosoufflage comporte de plus un espace d'aspira- tion intercalé entre deux espaces de compression successifs et mis en communication avec la voie d'échappement pour augmenter la vitesse d'écoulement du gaz de soufflage. On utilise ainsi avantageusement le volume de séparation de deux espaces de compression successifs pour augmenter le voir de coupure sans modifier l'encombrement axial de ltappareil. Les voies d'admission et d'échappement sont coaxiales et narcou- rus par des écoulements gazeux de sens contraire, D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de l'exposé qui va suivre de plusieurs modes de mise en oeuvre de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels les figures 1 à 4 représentent des vues schématiques en coupe axiale de quatre variantes de disjoncteurs à auto-soufflage selon l'invention, montrés en position séparée des contacts lors du mouvement d'ouverture, et comprenant différents agencements des espaces de compression; les figures 5 et 6 illustrent des vues analogues de deux autres variantes d'exécution du disjoncteur selon la figure 1, dans lesquelles un espace d'aspiration est associé à deux espaces de compression successifs. Sur la figure 1, le disjoncteur comporte une enveloppe ou chambre 10 cylindrique étanche, remplie d'un fluide isolant 12, notamment un gaz à rigidité diélectrique élevée, tel que l'hexaflu- orure de soufre, et scellée à ses deux extrémités opposées par des couvercles 14, 16 de fermeture qui délimitent avec une cloison 18 intermédiaire, en matériau conducteur, deux compartiments amont 20 et aval 22. Une paire de contacts 24, 26 alignés selon l'axe longitudinal du disjoncteur est agencé dans le compartiment amont 20 et engendre un intervalle ou zone de coupure 28 en position séparée des contacts, le contact fixe 24 étant solidaire du couvercle 14.Le contact mobile 26 creux est associé à un organe ou tige d'actionnement 30 en matériau isolant, monté à coulissement dans une ouverture centrale 32 ménagée dans le couvercle 16 du compartiment aval 22 avec interposition d'un joint d'étanchéité 34, et se termine du coté de l'intervalle de coupure 28 par une couronne de doigts flexibles formant un contact en tulipe susceptible d'enserrer circonférentiellement le contact 24 conjugué fixe en position de fermeture du disjoncteur. Le contact mobile 26 traverse la cloison intermédiaire 18 munie d'un moyen de prise de courant 56 coopérant à coulissement avec le contact mobile 26 lors du mouvement d'ouverture. Un dispositif à autosoufflage du type à piston cylindre comprend deux espaces de compression 38, 40 engendrant un écoulement de gaz de soufflage dans une buse 42, en matériau isolant, coaxiale aux contacts 24, 26 alignés et entourant l'intervalle de coupure 28, Le premier espace de compression 38, situé dans le compartiment amont 20 est délimité par la cloison inter médiaire 18 et un piston mobile 44, accouplé au contact mobile 26 et coulissant le long de la surface cylindrique interne de l'enveloppe 10 jouant le rôle de cylindre fixe. Le second espace de compression 40, logé dans le compartiment aval 22 est défini par le couvercle inférieur 16 et un piston mobile 46 en matériau isolant, de meme diamètre que le premier piston 44, et fixé à la tige dac- tionnement 30.Des ouvertures 48, 50, 52 ménagées respectivement dans la tige d'actionnement 32, le contact mobile 26- et le piston 44 assurent l'écoulement du gaz de soufflage comprimé dans les deux espaces de compression 40, 38 vers l'intervalle de coupure 28 par l'intermédiaire d'un canal axial 54 du contact mobile 26 creux et d'un volume annulaire 56 compris entre le contact 26 et la buse 42 de soufflage supportée par le piston 44.Un clapet de retenue58 logé dans la cloison intermédiaire 18 est sollicité en position inactive de fermeture lors du mouvement d'ouverture de la tige 30 par la pression du gaz comprimé dans le premier espace de compression 38, puis en position active d'ouverture lors de l'enclenche- ment du disjoncteur assurant la communication directe et l'équili- braye des pressions entre le compartiment aval 22 et l'espace 38. Le fonctionnement du disjoncteur selon la figure 1 découle de la description précédente, et il suffit de rappeler qu'en position de fermeture le courant nominal rentre dans le disjoncteur par le couvercle 14, circule dans les contacts fixe 24 et mobile 26 en position emboîtée pour ressortir par la cloison intermédiaire 18-après captation par le moyen de prise de courant 36. Lors de l'apparition d'un courant de défaut, le mécanisme de commande provoque le déplacement rapide de la tige d'actionnement 30 vers le bas selon le sens de la flèche 0. L'emboitement des contacts 24, 26 crée d'une manière connue une précompression du gaz isolant dans les espaces de compression 38, 40 au début de la course d'ouverture de la tige 30 avant la séparation des contacts.Un arc électrique est ensuite tiré dans l'intervalle de coupure 28 après la séparation des contacts, et la communication du canal axial 54 et du volume annulaire 56 de la buse 42 avec le compartiment amont 20 provoque l'échappement du gaz comprimé des deux espaces de compression 38, ho, qui engendre un soufflage axial et radial de l'arc. L'extinction de ce dernier nécessite une faible course de déplacement de l'équipage mobile grâce au débit important de gaz isolant chassé simultanément hors des deux espaces de compression 38, 40, disposés en série. Sur ]es figures suivantes, représentant différentes variantes de réalisation de l'invention, les mêmes numéros de repère sont utilisés pour désigner des pIèces analogues ou identiques à celles représentées à la figure 1. Selon la figure 2, les deux espaces de compression 38, 40, agencés coaxialement le long de l'axe longitudinal du disjoncteur, sont délimités par des pistons 44, 5 fixes coopérant avec des cylindres 50, 62 mobiles, de miêmes formes et diamètres, assujettis au contact mobile 26, le cylindre 60 situé au voisinage immédiat de 1 lintervalle de coupure 28, servant également de support à la buse 42.Les pistons 44, 46 fixes prennent appui sur le couvercle 16 inférieur par l'intermédiaire de bras supports 68, 70 dotés de lumières 72, et comportent des clapets de retenue 64, 66, autorisant la communication des espaces de compression 3S, 40 avec le volume interne de l'enveloppe 10 isolante lors de l1encîenche- ment du disjoncteur. L'organe de prise de courant ,5,coopérant à glissement avec le contact mobile 26, est solidaire du couvercle 16 inférieur en matériau conducteur.Le fonctionnement du disjoncteur de la figure 2, est semblable à icelui de la fig. 1, les espaces de compression en série produisant un débit important de gaz de soufflage dans le canal axial 54 engendrant des soufflages simultanés axial et radial de l'arc tiré dans l'intervalle de coupure 28. Le disjoncteur de la figure 3 comporte un dispositif de soufflage 76 à espaces de compression multiples 38, 78, 80 coaxiaux à l'axe longitudinal XX' et échelonnés à intervalles prédéterminés le long du contact mobile 26 creux. Le premier espace de compression 38 est confiné par un cylindre mobile 60, support de la buse isolante 42, et monté à coulissement sur un piston fixe 44 assujetti au couvercle 16 conducteur nar un organe de maintien cy lindrioue 82. Ce dernier joue également le rôle de cylindre fixe de guidage à l'intérieur duquel coulissent deux pistons 84, 86 mobiles faisant partie intégrante du contact mobile 26 et délimitant avec deux cloisons fixes intermédiaires 88, 90 les deuxième et troisième espaces de compression 78, 80.Un manchon 92 métallique, monté semi-fixe sur le contact mobile 26, comporte un embout 94 conformé en piston auxiliaire susce.ptible de faire varier le volume de l'espace de compression 78 en fonction de la pression du gaz de soufflage, assurant ainsi une modulation de l'écoulement gazeux dans le canai axial 54. Un ressort de compression 96 est interposé entre 1'embout 94 et la cloison intermédiaire C8 et une butée 98 coopère avec la cloison 88 en position d'écartement maximum du manchon 92. Des clapets de retenue 64, 66, 100 sont logés respectivement dans le pistor fixe 44, la cloison intermédiaire 90 et l'embout 94. Le dispositif d'autosoufflage du disjoncteur, illustré à la figure 4, comprend deux espaces externe et interne de compression 102, 104 en parallèle, agencés coaxialement autour de l'axe longitudinal XX' et constitués par deux pistons 106, le8 fixes concentriques, coopérant à coulissement respectivement avec deux cylindres mobiles 110, 112 de diamètres différents, emboltés ltun dans l'autre et assujettis au contact mobile 26 creux. Les courses 11 et 12 des deux cylindres 110, 112 sont différentes par l'adjonction d un manchon 92 semi-fixe sur le contact mobile 26, muni d'une butée 98 venant en appui contre le piston fixe îo8 interne en position allongée du ressort de compression 96 logé entre l'embout 94 et le piston fixe 108.Le volume de l'espace de compression 104 interne est inférieur à celui de l'espace de compression externe 102. La buse de soufflage 42, portée tar le cylindre mobile 110 externe, comporte dans la zone convergente un déflecteur 114, associé au cylindre mobile 112 interne, et percé dlollver- tures de communication entre les deux espaces, de manière à diriger deux jets séparés de gaz de soufflage dans l'intervalle de coupure 28. Le premier jet, engendré dans l'espace de compression externe 102, est canalisé entre le convergent de la buse 42 et le déflecteur 114, puis chassé vers l'amont suivant les flèches fl en direction du contact fixe 24, de manière à lécher tangiellement l'arc lors de l'ouverture du disjoncteur.Le deuxième jet, issu de l'espace de compression 104 interne, circule entre le déflecteur 114 et le contact mobile 26 et assure principalement un soufflage radial de l'arc suivi d'un échappement vers l'aval suivant la flèche f2 à travers le canal axial 54 en direction des ouverture 70 de communication avec l'intérieur de l'enveloppe 10 isolante eii forme de tonneau. La figure 5 est une variante du disjoncteur illustre à la figure 1, comprenant un dispositif d'autosoufflage à deux espaces de compression 38, 40 annulaires coaxiaux à l'axe longitudi- nal XX', $déterminés par deux cloisons intermédiaires 120, 122 et deux pistons mobiles 44, 46 solidaires du contact mobile creux 26 et montés a coulissement dans l'enveloppe 20 cylindrique remplie de gaz isolant 12.La buse de soufflage 42 supportée par le premier piston 44, est prolongée par une paroi cylindrique 124 de diamètre supérieur au contact creux 26 et s'étendant axialement jusqu au voisinage de la cloison 122, de manière à former une voie d'écoulement 126 annulaire autour du contact mobile 26, appropriée à l'admission du gaz de soufflage chassé des espaces de compression 38, 40 par des orifices 128 ménagés dans la paroi 124, en direction de l'intervalle de coupure 28. L'échappement s'effectue après la phase de pré compression à travers le canal axial 54 muni de lumières 129 suivant la flèche b1 en direction d'un volume mort 130 situé dans la partie aval de l'enveloppe 10 entre la cloison 122 et le couvercle 16, et d'un espace d'aspiration 132 à volume variable agencé entre la cloison 120 et le piston mobile 46.Lors du mouvement poursuivi d'ouverture du disjoncteur, le col de la buse 42 quitte le contact fixe 24 et une faible partie du jet d'échappement est ensuite chassée, selon le sens de la flèche b2 dans le compartiment amont disposé entre le couvercle 14 et le piston mobile 44. L'espace d'aspiration 132 à pression réduite lors de l'expansion du volume provoque une accélération du gaz d'échappement dans le canal axial 124 et assure ainsi une extinction rapide de l'arc et un pouvoir de coupure accru tout en conservant une faible course de déplacement de l'équipage mobile. Selon la figure 6, représentant une variante de réali- sation de la fig. 5, le parcours de ltécoulement gazeux est inversé: l'admission du gaz de soufflage comprimé dans les espaces de compression 40, 38 s'effectue par le canal axial 54 du contact mobile 26 en direction de l'intervalle de coupure 28, et l'échap- pement se poursuit ensuite dans la voie d'écoulement 126 annulaire vers l'espace d'aspiration 132 et le volume mort 130, en position d'appui du col de la buse 42 sur le contact fixe 24. L'invention n'est bien entendu nullement limitée àux modes de mise en oeuvre plus particulièrement décrits et représentés aux dessins annexés, mais elle s'étend bien au contraire à toute variante restant dans le cadre des équivalences mécaniques et électriques, notamment celle dans laquelle le contact fixe 24 serait creux, ou celle dans laquelle. le dispositif d'autosoufflage comporterait un nombre différent d'espaces de compression ou d'aspiration. REVENDICATIONS 1. Disjoncteur électrique à enveloppe étanche remplie de gaz isolant, notamment de grande rigidité diélectrique, comprenant une paire de contacts alignés dont l'un est creux et mobile selon l'axe longitudinal pour créer ùn intervalle de coupure en position séparée des contacts, et un dispositif d'autosouffîage muni d'une pluralité d'espaces de compression coaxiaux à l'axe longitudinal et susceptibles d'engendrer une précompression du gaz isolant au début de l'actionnement du contact mobile vers la posi- tion d'ouverture avant la séparation des contacts, suivi d'un écoulement du gaz de soufflage à l'intérieur d'une buse coaxiale aux contacts alignés, pour l'extinction d'un-arc tiré dans l'in- tervalle de coupure entre les contacts se séparant lors du déplacement poursuivi du contact mobile, caractérisé par le fait que le dispositif d'autosoufflage comprend une voie d'admission de gaz de soufflage à l'intervalle de coupure, avec les différents espaces de compression, pour permettre aux écoulements gazeux précomprimés dans l'ensemble desdits espaces d'être chassés simultanément dans l'intervalle de coupure dès la fin de la phase de précompression. 2. Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits espaces de compression coaxiaux sont répartis sur la longueur de la voie d'admission s'étendant le long de l'axe longitudinal et dotée d'ouvertures de passage du gaz comprimé au niveau de chaque espace. 3. Disjoncteur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite voie d'admission est confinée par le canal interne du contact mobile tubulaire. 4. Disjoncteur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite voie d'admission comprend un fourreau annulaire logé dans l'intervalle de séparation du contact mobile et des espaces de compression. 5. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le dispositif d'autosoufflage comporte une pluralité de fonds mobiles cylindrigues, de memes diamètres, montés à coulissement selon ltaxe longitudinal, et assujettis à intervalles prédéterminés au contact mobile, de manière à coopérer avec des fonds intermédiaires fixes imbriqués successivement entre les fonds mobiles pour délimiter lesdits espaces de compression. 6. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le dispositif d'autosoufflage comprend deux esbaces de compression annulaires confinés par deux cylindres mobiles externe et interne de diamètres différents, emboîtés d'un dans l'autre et coopérant avec des pistons fixes concentriques. 7. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, muni de moyens de reglage associés aux espaces de compression pour assurer une modulation de l'écoulement gazeux, caractérisé range fait, que chaque moyen de réglage comporte un organe de positionnement ajustable assurant une modification de la course de compression de l'espace associé. 8. Disjoncteur selon l'ane quelconque des revendications 4 à 5, caractérisé par le fait que le dispositif d'autosoufflage comporte de plus un espage d'aspiration intercalé entre deux espaces de compression successifs et mis en communication avec la voie d'échappement pour augmenter la vitesse d'écoulement du gaz de soufflage. 9. Disjoncteur selon la revendication 8, carautérisé par le fait une lesdites voies d'admission et d'écha@pement sont coaxiales et parcourues par des écoulements gazeux de sens contraire.