Brevet FR2356256A1 — publié le 19780120

La présente invention concerne un dispositif de limitation du courant par mise en oeuvre d'un interrupteur électrique de puissance avec allongement de l'arc électrique de coupure par soufflage avec un gaz sous pression, où sont prévues des barres de cheminement de l'arc pour l'aL longement de l'arc et plusieurs tuyères réalisées en un matériau isolant pour prolonger ensuite l'allongement de l'arc. Les principales difficultés, pour la réalisation de disposé tifs de limitation du courant dans les réseaux à haute tension, consistent en ce que le dispositif doit remplir plusieurs conditions : le dispositif doit être en mesure de conduire un courant permanent déterminé ; la tension qui limite le courant doit déjà être établie quelques millisecondes après le début du courant de court-circuit ; cette tension de limitation du courant doit monter à une valeur supérieure à la valeur instantannée de la tension active dans le réseau, elle ne doit cependant pas dépasser le niveau d'isolement du réseau ; le courant ainsi limité doit être interrompu au moment de l'un des passages ultérieurs par zéro. Dans l'article de P. BRUCKNER et T. KEDERS "Coupure sélective dans des temps extrêmement coties avec limitation de Ils", paru dans la revue ETZ-A, Vol. 81, cahier 20/21, 1960, pages 741 et suivantes, on décrit et on représente un dispositif de limitation du courant. Le temps de manoeuvre extrêmement court du limiteur est obtenu avec l'utilisation d'une capsule fulminante qui, en cas d'incident, provoque en moins de 0,1 ms une coupure métallique du circuit du courant principal et dérive le courant sur le dispositif d'extinction, où s'effectue alors l'interruption du courant. Ce dispositif d'extinction se présente sous la forme d'un fusible à haut pouvoir de coupure, commandé par la tension, dimensionné pour un courant nominal de faible valeur. Dans la publication allemande DT-OS 25 01 607 on décrit et on représente un disjoncteur de puissance électrique. Il s'agit là d'un dio joncteur de puissance avec allongement de l'arc électrique de coupure par soufflage avec un gaz sous pression. Le gaz d'extinction est emmagasiné sous une pression très élevée dans un réservoir intermédiaire, dont la capacité est dimensionnée au moins pour un déclenchement ; des barres de guidage pour les pieds de ltarc de coupure sont prévues à l'intérieur dlune chambre de soufflage de faible largeur où s'effectue l'allongement de l'arc sous l'influence d'un écoulement de gaz sous pression ; pour la poursuite de l'allongement de l'arc, qui a lieu ensuite, il est prévu un certain nombre de tuyères isolantes ; le gaz d'extinction sert en meme temps pour la commande du contact mobile. L'objet de l'invention consiste en particulier à réaliser un dispositif de limitation du courant du type mentionné dans le préambule, qui assure l'établissement d'une tension de limitation du courant, du même ordre de grandeur au moins que la tension active dans le réseau, très rapidement après le début du courant de court-circuit, et qui interrompt le courant ainsi limité au moment de l'unis d?S passages ultérieurs du courant par la valeur zéro. L'objectif ainsi défini est atteint, selon l'invention trace au fait que dans la zone d'écoulement du gaz sous pression il est prévu au moins un intercepteur d'arc relié à une borne servant au raccordement d'un dispositif élaborant une tension et/ou d'un dispositif pour la limitation de la surtension, les autres points de raccordement pour le dispositif é laborant une tension et/ou pour le dispositif limitant la surtension pouvant aussi être constitués par les bornes du disjoncteur. L'avantage de l'invention consiste particulièrement dans le fait qu'après la coupure d'un courant, le dispositif de limitation du courant peut être réenclenché. L'intercepteur d'arc peut être disposé dans une paroi du bloc de tuyères, en amont de l'entrée des tuyères par rapport au sens de l'écoulement du gaz ou bien à la sortie, dans le divergent d'une tuyère. Le dispositif élaborant la tension comporte judicieusement une résistance et/ou un fusible limiteur du courant. Le dispositif pour la limitation de lå surtension peut comporter une résistance et/ou un "parafoudre". Dans le dessin, on a représenté d'une manière simplifiée des exemples de réalisation de l'objet de l'invention. Les différentes figures montrent respectivement Figure 1 - un schéma fonctionnel du dispositif de limitation du courant selon l'invention, Figure 2 - un exemple de réalisation d'un interrupteur avec des intercepteurs d'arc et Figures 3 à 6 - deux exemples de dispositifs pour l'élaboration de la tension et/ou de dispositifs pour la limitation de la surtension. Selon la figure 1,le repère A désigne une branche parcourue par le courant permanent, le repère B désigne une branche secondaire comportant un dispositif élaborant la tension et le repère Cdésigne une branche secon daire comportant un dispositif pour la limitation de la surtension. Le repère 1 désigne un interrupteur de coupure, le repère 2 un interrupteur de commutation, le repère 3 un dispositif pour l'élaboration de la tension et le repère 4 un dispositif pour la limitation de la surtension. Le courant permanent normal passe par la branche A où l'interrupteur de coupure est normalement fermé, tandis que l'interrupteur de commutation 2 est ouvert, de sorte qu'aucun courant ne peut passer dans les branches secondaires B et C.S'il apparat un courant de court-circuit, au moyen d'un mécanisme à action rapide on ferme l'interrupteur-de commutation 2 et on ouvre l'interrupteur de coupure 1,L'interrupteur de coupure t est-conçu de telle manière, que le courant de court-circuit se commute rapidement et en totalité dans la branche secondaire B, ce qui peut etre obtenu, par exemple, gr8- ce à une commutation forcée de l'un des pieds ou extrémités de l'arc de coupure. Le dispositif 3 prévu dans la branche secondaire B pour l'élaboration de la tension est réalisé de telle manière, que du fait du courant de court-circuit ainsi commuté il développe entre ses bornes la tension de limitation du courant de valeur convenable.La branche secondaire C comprend le dispositif 4 pour la limitation de la surtension. L'interrupteur de coupure 5 monté en série sert à couper le courant ainsi limité au moment de l'un de ses passages ultérieurs par la valeur zéro. On va décrire le fonctionnement du dispositif de limitation du courant plus en détail à l'aide de la figure 2. Une source d'air comprimé 6 est reliée à un réservoir d'air comprimé 9 à l'aide d'une canalisation 8 et à travers une soupape commandée 7. Des pièces isolantes intermédiaires 10 sont prévues entre le réservoir d'air comprimé 9 d'une part, un premier ensemble support 11 et un deuxième ensemble support 18 d'autre part. Une première barre de cheminement de l'arc électrique 12 est reliée au premier ensemble support 11, qui est électriquement conducteur. A l'intérieur de ce premier ensemble support Il est disposé un doigt de contact 13 équipé d'un ressort 14 assurant la pression de contact.Une lèpre d'étanchéité 15, également disposée dans le premier ensemble support 11, est équipée de ressorts à disques (rondelles Belleville) 16. Une première borne 17 de l'interrupteur est disposée sur le premier ensemble support 11. Le deuxième ensemble support 18 porte un loquet 19 et un piston 20, monté mobile sur un guide de piston 21. Le piston 20 et le guide de piston 21 constituent une deuxième barre de cheminement de l'arc. Entre le guide de piston 21 et le piston 20 sont disposées des lomes de contact 22 et un joint d'étanchéité 23. Un autre joint d'étanchéité 24 est disposé entre le deuxième ensemble support 18 et le piston 20. Dans la chambre intérieure du piston 20 est disposé un ressort amortisseur 25, prenant appui sur le guide de piston 21. Une deuxième borne 26 de l'interrupteur est prévue sur le guide de piston 21. Des tuyères 28 à 31 sont réalisées dans un bloc de tuyères 27 fabriqué en un matériau isolant, par exemple en polyéthylène ou en polytétrafluoréthylène. Un capteur d'arc 32 est prévu sur le bloc de tuyères 27, un capteur d'arc 32( se trouve en avant de l'entrée des tuyères et un autre capteur d'arc 34 se trouve à la sortie des tuyères. Les capteurs d'arc 33, 33' et 35 sont équipés de bornes de raccordement, qui sont protégées contre l'action de l'arc électrique au moyen de blocs isolants 36. Une troisième borne 37 de l'interrupteur est reliée à la première barre de--.cheminement de l'arc 12. Le repère 38 désigne une zone où s'effectue l'écoulement du gaz sous pression.Dans les figures 3 à 6 le repère 39 désigne un fusible limiteur du-courant; le repère 40 une résistance et le repère 41 un "parafoudre". Selon la figure 2, c'est tout d'abord le loquet 19 qui est titré vers le bas au moyen d'un-dispositif de commande qui n'a pas été représenté. L'air comprimé repousse alors le piston 20 vers la droite. Le ressort amortisseur 25 atténue le choc du piston 20 sur le guide de piston 21. Du fait de ce déplacement du piston 20, c'est tout d'abord le passage qui s'ouvre entre le piston 20 et la lèvre d'étanchéité 15 et la zone de contact entre le piston 20 et le doigt de contact 13 se trouve soumise à un soufflage intense par le gaz sous pression;La branche conductrice du courant principal, comprenant la première bome 17 de l'interrupteur, le premier ensemble support 11, le ressort assurant la pression de contact 14, le doigt de contact 13, le piston 20, les lames de contact 22, le guide de piston 21 et la deuxième borne de l'interrupteur 26 est interrompu au moment où le piston 20 se décolle du doigt de contact 13 et au point de séparation, entre le doigt de contact 13 et le piston 20 il se forme un arc électrique dont les pieds, sous l'influence de -l'écoulement de l'air comprimé se déplacent le long de la première barre de cheminement de l'arc 12 et le long de la deuxième barre de cheminement constituée par le piston 20 et le guide de piston 21. L'arc est ensuite refoulé par l'écoulement dans des tuyères 28.à 31 et vient en contact avec les intercepteurs d'arc 32, 32', 34. La figure 3 montre à titre d'exemple une réalisation de l'invention. Un capteur d'arc 32 est disposé dans le bloc de tuyères 27entre la deuxième tuyère 29 et la troisième tuyère 30. Un groupement en parallèle d'un fusible limiteur du courant 39 et d'une résistance 40 est connecté entre la troisième borne 37 de l'interrupteur et la borne 33 du capteur d'arc 32. Un "parafoudre" 41 est connecté entre la deuxième borne 26 et la troisième borne 37 de l'interrupteur. Au bout d'un certain temps, ou retard, l'arc électrique a parcouru la zone d'écoulement 38 du gaz sous pression et s'est commuté sur la prise que constitue le capteur d'arc 32.Il en résulte que la chute de tension dans l'arc, qui a un effet de limitation du coura t se reporte entièrement dans les tuyères 30, 31 et que le courant d'arc passait en travers des tuyères 28 et 29 se commute en totalité dans le fusible limiteur du courant 39 et dans la résistance 40 connectée en parallèle. L'arc s'éteint alors dans les tuyères 28 et 29 et il se produit la un rétablissement de la rigidité diélectrique. Ensuite, c'est le fusible limiteur du courant 39 qui intervient, sous l'effet du courant ainsi commuté. Il s'ensuit un accroissement de la contretension agissant dans le circuit, entraînant un renforcement de l'action limitatrice du courant se commutant en totalité ou en partie du fusible limiteur du courant 39 dans la résistance 40. La pointe de surtension qui survient, le cas échéant, au moment de l'intervention du fusible de limitation du courant, se trouve li mitée en même temps à la valeur maximale admissible par l'intervention du "parafoudre" 41. A l'instant même où le courant total ainsi limité passe par la valeur zéro, il se produit une extinction de l'arc dans les tuyères 30 et 31, ce qui parachève le processus de limitation du courant. Il résulte de cette description du processus que les fonctions élémentaires représentées dans le schéma de principe de la figure 1 sont assurées par les éléments du montage et de la construction, représentés dans les figures 2 et 3, de la manière suivante: l'interrupteur de coupure 1 de la figure 1 correspond au point de séparation du contact entre le doigt de contact 13 et le piston 20 de la figure 2. La fonction de l'interrupteur de commutation 2 de la figure t est réalisée par le déplacement des pieds de l'arc électrique le long de la première barre de cheminement de l'arc 12 et de la deuxième barre de cheminement constituée par le piston 20 et le guide de piston 21 ainsi que par la commutation de l'arc sur le capteur d'arc 32.Le dispositif élaborant la tension 3, dans la figure 1, est réa lisé par le groupement en parallèle du fusible limiteur du courant 39 et de la résistance 40, ainsi que par les parties de l'arc qui jaillit en travers des tuyères 30 et 31 et qui se trouvent en série avec le groupement en parallèle ci-dessus. L'interrupteur de coupure série 5 de la figure 1 est remplacé par les parties de l'arc qui se trouvent dans les tuyères 30 et 31. Le dispositif 4 pour la limitation de surtension dans la figure 1, correspond au "parafoudre" 41. La figure 4 montre, à titre d'exemple, une autre variante de l'ob- jet de l'invention. Là on a utilisé deux capteurs d'arc 32 disposés sur le bloc de tuyères 32. La première borne 33 du capteur d'arc 32, disposé entre les tuyères 28 et 29, sert à la liaison avec les bornes d'un fusible limiteur du courant 39 et d'une résistance 40 connectée en parallèle avec le fu sible 39, dont les autres bornes sont reliées à la troisième borne 37 de borne l'interrupteur. Une autre résistance 40' est raccordée à cette troisième/F de l'interrupteur et à la borne 33 d'un deuxième capteur d'arc 32 disposé entre les tuyères 30 et 31.La contribution à la limitation du courant est fournie par les tensions d'arc de toutes les tuyères à l'exception de la tension d'arc de la première tuyère 28, ainsi que par la tension développée par le fusible de limitation du courant 39. La résistance 40' sert à la li mitation des surtensions. La figure 5 montre un autre exemple, où la commutation en deux stades du courant à limiter est obtenue d'abord avec le fusible limiteur du courant 39 et ensuite avec la résistance 40 connectée en parallèle. La tuyère 31 remplit la fonction de l'interrupteur de coupure série 5. Dans la figure 6 on a représenté un dernier exemple, où l'on utilise un capteur d'arc 34 disposé dans la sortie des tuyères. La résistance 40 est connectée à la troisième borne 37 de l'interrupteur et à la borne 35 du capteur d'arc 34. Ce montage sert à réaliser directement une commutation totale ou partielle du courant de l'arc sur la résistance 40, celle-ci assurant en meme temps une réduction de la surtension qui apparaît à l-'extinction de l'arc. L'objet de l'invention ne se limite évidemment pas à ce qui est représenté dans le dessin. C'est ainsi que l'on peut aussi recourir à une position différente des capteurs d'arc, on peut réaliser un nombre différent de tuyères, ou bien on peut aussi envisager d'autres possibilités de réalisation des dispositifs qui élaborent la tension et/ou des dispositifs pour la limitation des surtensions. Le gaz sous pression qui commande le déplacement du piston et qui donne naissance à l'écoulement de gaz sous pression peut aussi être fourni autrement que par un réservoir de gaz comprimé, par exemple au moyen d'un piston de compression, mis en mouvement au cours de la manoeuvre de coupure. Outre les bornes 26 et 37 de l'interrupteur et des bornes 33, 33' et 35, on peut aussi utiliser la première borne 17 de l'interrupteur pour le raccordement d'éléments de montage complémentaires. R EV ENDICAT IONS * . , 1. - Dispositif de limitation du courant par mise en oeuvre d'un interrupteur électrique de puissance avec allongement de l'arc électrique de coupure par soufflage avec un gaz sous pression, où sont prévues des barres de cheminement de l'arc électrique pour l'allongement de cet are et des tuyères réalisées en un matériau isolant permettant de prolonger ensuite l'allongement de l'arc, caractérisé par le fait que dons la zone d'écoulement du gaz sous pression (38) il est prévu au moins un capteur d'arc (32, 32', 34), relié à une borne (33, 33', 35) servant au raccordement d'un dispositif élaborant une tension (3) et/ou d'un dispositif (4) servant à la limitation des surtensions, les autres points de raccordement du dispositif élaboratevr de tension (3) et/ou du dispositif limiteur des surtensions (4) pouvant aussi être constitués par les bornes (26, 37, 17) de l'interrupteur. 2. - Dispositif de limitation du courant selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le capteur d'arc (32) est disposé dans une cloison du bloc de tuyères (27). 3. - Dispositif de limitation du courant selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le capteur d'arc (32') est disposé en amont de l'entrée des tuyères, par rapport à l'écoulement gazeux. 4. - Dispositif de limitation du courant selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le capteur d'arc (34) est disposé dans la sortie d'une tuyère. 5. - Dispositif de limitation du courant selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif élaborant la tension (3) comprend une résistance (40) et/ou un fusible limiteur du courant (39). 6. - Dispositif de limitation du courant selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif (4) pour la limitation des surtensions comprend une résistance (40') et/ou un parafoudre (41)