Brevet FR2382087A1 — publié le 19780922

La présente invention concerne un disjoncteur a gaz comprimé autopneumatique, comportant un dispositif compresseur, constitué par un piston fixe et un cylindre déplacé par une tige de commande, ainsi qu'une buse isolante solidaire du cylindre, un contact principal mobile et un contact fixe. La demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne publiée sous le nO 23 63 171 décrit par exemple un disjoncteur à gaz comprimé autopneuinatique de ce type, dans lequel le contact principal mobile est solidaire de la buse isolante et du cylindre du dispositif compresseur. Pour la coupure, un piston fixe attire le cylindre et comprime le gaz situé dans ce dernier (précompression). Le gaz commence à s'écouler et l'arc est soufflé uniquement quand le contact fixe n'obture plus la buse isolante. Ce modèle présente une propriété gênante pour le pouvoir de coupure avant le début du soufflage, l'arc est entretenu dans un gaz sous pression élevé (par suite de la précompression), à l'intérieur de la buse isolante. Il en résulte un échauffement de la partie de la buse essentielle pour l'extinction ultérieure, ainsi qu'un encrassement des contacts par le matériau brûlé. Le gaz extincteur, initialement frais, est en outre contaminé par du gaz ionisé l'intérieur de la buse et, par reflux, partiellement aussi dans la chambre de compression. Lorsque dans un disjoncteur du modèle décrit, un soufflage inverse doit s'effectuer dans la broche de commande mobile creuse, il peut être avantageux d'obturer d'abord le trajet du gaz par un mécanisme de valve supplémentaire, pendant la phase de compression, afin d'éviter des pertes de gaz (brevet de la République fédérale d'Allemagne nO 23 29 501). Ce premier modèle présente notamment l'avantage d'un trajet très court du gaz jusqu'à la buse. Un autre modèle de disjoncteurs à gaz comprimé autopneumatiques, décrit par exemple par la demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne publiée sous le nO 21 08 871 et le modèle d'utilité M 33 68, comprend une buse isolante, qui est immobile par rapport au contact fixe et au piston de compression, et ne suit donc pas le mouvement du contact mobile. Ce dernier obture d'abord la buse fixe, puis y pénètre. pour la coupure. Le soufflage n'est libéré ou'après pénétration totale du contact dans la buse. Ce modèle présente l'avantage suivant : l'arc se forme d'abord à l'extérieur, puis dans la buse, mais sous une faible pression de base et avec une faible puissance.tes produits de décomposition sont donc beaucoup moins abondants. La broche de commande isole d'abord la chambre de compression, contenant le gaz extincteur précomprimé, qui ne peut donc pas se mélanger au gaz ionisé. La précompression s'effectue en outre sans aucune perte de gaz. La partie inférieure de la buse, la plus importante pour l'extinction, n'est soumise que très brièvement a l'arc. La broche.de commande mobile ne libère la chambre de compression et declenche le soufflage que lorsque la distance d'extinction nécessaire est atteinte entre les contacts principaux. Les disjoncteurs du second modèle précédemment décrit présentent toutefois l'inconvénient que les dispositifs compresseurs présentent nécessairement des trajets de gaz relativement longs entre la chambre de compression et la buse isolante. Une perte de charge gênante est produite par le long trajet d'écoulement et la résistance élevée a l'écoulement. Les trajets d'écoulement forment en outre un volume mort qui, dans de nombreux disjoncteurs, augmentent encore pendant la phase de compression (demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne publiee sous le nO 21 08 871). Il est impossible d'obtenir des pressions de compression très elevées, car le piston de compression ne peut pas refouler le gaz dans ce volume.Un autre inconvénient réside dans le fait que la course de compression des disjoncteurs connus est généralement terminée au début du soufflage, de sorte que la pression du gaz diminue relativement vite pendant la phase d'extinction. L'invention vise a allier les avantages des deux modèles connus et a notamment pour objet un disjoncteur à gaz comprimé autopneumatique, caractérisé par une constitution simple et permettant une compression très elevée avec de courts trajets de gaz. La perte de gaz extincteur doit en outre être aussi faible que possible jusqu'a ce que la distance d'extinction soit atteinte et la conversion d'énergie par le circuit de coupure doit être faible. La durée d'arc doit simultanément être faible. Une poursuite de la compression doit enfin être possible après le début du soufflage. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le contact principal est mobile en translation par rapport à la tige de commande, dans un guide solidaire de cette dernière. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillee ci-dessous de quatre exemples de réalisation et des dessins annexés sur lesquels la figure 1 est la coupe longitudinale d'un premier exemple de réalisation du disjoncteur en position de fermeture; la figure 2 est la coupe longitudinale du disjoncteur selon figure 1, juste avant la séparation des contacts; la figure 3 est la coupe longitudinale du disjoncteur selon figure 1, pendant la phase d'extinction; la figure 4 est la coupe longitudinale d'un second exemple de réalisation du disjoncteur, juste avant la séparation des contacts; la figure 5 est la coupe longitudinale d'un troisième exemple de réalisation du disjoncteur en position de fermeture; et la figure 6 est la coupe longitudinale d'un quatrième exemple de réalisation du disjoncteur en position de fermeture. Toutes les pièces n'entrant pas dans le cadre de l'invention, telles que commande, isolateurs supports, boitier, condensateurs en parallèle, etc'., sont omis par raison de clarté sur les figures 1 à 6. Les mêmes pièces portent les mêmes repères sur toutes les figures. Le disjoncteur renrésenté par les figures 1 à 3 comprend deux bornes 35, 36. Le dispositif de contact fixe 1 comporte un contact auxiliaire 2 et un contact principal 3. Un ressort de compression 14 repousse vers le bas le contact principal 6, mobile en translation dans un guide 7. Dans l'état de fermeture (figure 1), un dispositif de verrouillage 8 relie le contact principal 6 au contact principal 3 fixe. Une tige de traction 5, articulée à l'aide de l'axe 38, est déDla- cée vers le bas pour la coupure. Le guide 7, la buse isolante 4 et le cylindre 12 se déglacent simultanément vers le bas. Le gaz extincteur contenu dans la chambre 37 est comprimé. Le contact principal 3 fixe obture le canal d'alimentation en gaz extincteur et l'ouverture de la buse pendant la phase initiale. Un rainurage tres fin du contact principal fixe 3 interdit toute perte de gaz. Le contact principal mobile 6 demeure d'abord verrouillé par le contact 3, de sorte que le ressort de compression 14 est bandé. Comme le montre la figure 2, le canal d'alimentation en gaz extincteur et l'ouverture de la buse demeurent ainsi obturés. Le verrouillage est supprimé dès que l'épaulement annulaire 13 vient en contact avec le bord supérieur du guide 7 (figure 2). A cet instant, les contacts principaux 3, 6 sont écartés, puis le ressort 14 repousse le contact 6 dans la buse 4. Un arc non soufflé se forme entre les contacts principaux séparés. Le contact 6 peut aussi être déplacé vers le bas par la pression du gaz, agissant à la place ou en plus du ressort de compression 14. Dans ce cas, l'espace annulaire compris entre le guide 7 et le contact 6 est relié à la partie supérieure de la chambre de compression 37 par des perçages 48 dans le guide 7 (figure 6). Lorsque le contact principal 6 dégage la tuyère 4 et le canal d'alimentation, la phase de grecompression est terminée et le soufflage de l'arc par le gaz extincteur précomprimé commence. L'instant de la séparation des contacts et les vitesses de la tige de commande 5 et du contact principal 6 sont adaptés de façon qu'à cet instant, la pression du gaz extincteur et la distance des contacts suffisent pour l'interruption du courant de court-circuit. La réduction croissante de la chambre 37 poursuit le soufflage. Le flux de gaz extincteur s'échappe à l'extérieur en partie par la buse 4 et en partie par le contact creux 6 et les per çages 40 (soufflage inverse). La douille isolante 16, repoussée vers le haut par un ressort de compression 15, protège le dispositif de verrouillage 8 contre l'action de l'arc. Une bague plastique 17 d'amortissement est prévue pour freiner le contact principal 6 mobile atteignant sa position limite. Le mouvement ascendant de la tige de commande 5 produit la refermeture du disjoncteur et le verrouillage automatique des contacts principaux. Le disjoncteur selon figure 4 diffère de celui précédemment décrit par le montage dans le piston fixe fl du dispositif de verrouillage 9 du contact principal 6 mobile. Cette solution présente l'avantage de ne pas soumettre le dispositif de verrouillage à l'arc. Le dispositif de verrouillage 9 est constitue par plusieurs axes 19, biseautés a l'avant, répartis sur la circonférence du guide 7 et mobiles en translation dans des perçages radiaux 20 du piston 11. Ils présentent à l'avant un talon 21 pour l'appui du contact principal mobile 6. Des ressorts de compression 22 repoussent les axes 19 vers l'intérieur contre une butée 23. Afin de permettre aux axes 19 de traverser le guide mobile 7, ce dernier comporte plusieurs fentes longitudinales 24. La figure 4 représente la position précédant immédiatement le déverrouillage du contact 6. Juste avant l'arrivée de l'épaulement 13 sous le bord supérieur du guide 7, les biseaux 32 situés à l'extrémité supérieure des fentes longitudinales 24 repoussent les axes 19 vers l'exte- rieur, le contact 6 est déverrouillé et le ressort 14 l'accelère,comme précédemment decrit. Le talon 21 se trouve au milieu de la face antérieure biseauté des axes 13 et pénètre dans une gorge correspondante du biseau 32. Cette solution garantit le recul complet des axes 19 dans les perçages radiaux 20. La tige de commande 5 est déplacée vers le haut pour la refermeture. Une douille 39, fixée sur le contact principal 6, interdit la pénétration de l'axe 19 dans le ressort 14. Un talon 41 à l'extrémité inférieure du contact 6 permet la pénétration du talon 21 sous le contact 6 et par suite son verrouillage. La figure 5 représente une autre variante du dispositif de verrouillage 10 du contact 6. il s'agit d'un dispositif connu, décrit sous l'appellation de "verrouillage à segment de piston" dans le brevet de la Republique fédérale d'Allemagne nO 15 40 062. Ce mode de verrouillage présente l'avantage suivant par rapport à l'encliquetage : la force produite est répartie sur une surface relativement grande, ce qui permet de maîtriser des forces très importantes. Le verrouillage représente est constitué par un segment 25 de piston, logé dans une gorge annulaire 26 d'un anneau porteur 27 et prenant appui même dans l'état verrouillé sur une surface annulaire 28 du piston 11. L'anneau porteur 27 est fixé sur plusieurs axes 29, répartis sur le pourtour du contact principal mobile 6 et pénétrant dans le guide 7 par des fentes longitudinales 24. Une goupille 31, chargée par un ressort de compression 30, ecarte le segment 25 de piston. A partir de l'état de fermeture représenté, la tige de commande 5 et le guide 7 sont déplacés vers le bas pour la coupure. Dès que la goupille 31 est repoussée vers l'extérieur par une goupille 13 biseautée à l'avant et fixée sur le guide 7, contre la force exercée par le ressort 30, la face annulaire 28 biseautée enfonce le segment 25 dans la gorge 26 de l'anneau porteur 27 et déverrouille ainsi le contact 6. Ce dernier est accéléré par le ressort 14 et amorti dans la position par un coussin de gaz 18 et une bague plastique 17. Pour la refermeture, une surface annulaire biseautée 34 du piston 11 comprime le- segment 25, pendant le mouvement ascendant du guide 7, et le ramène dans la position représentée. La figure 6- représente un disjoncteur comportant plusieurs points de coupure en série par pôle. Le point de coupure inférieur d'un pôle du disjoncteur est représenté en position de fermeture. Des barreaux isolants 42 assurent la liaison mécanique pour l'entrainement des pièces mobiles du point de coupure voisin. Un cylindre isolant continu 42 fixe contient les parties fixes des points de coupure, c'est-à-dire le contact fixe 1, constitue par le contact principal 3 et le contact auxiliaire 2, ainsi que le fond 47 fixe de la chambre de compression 37, sur lequel est fixé un dispositif de verrouillage 10. La fixation s'effectue par exemple au moyen de vis (non représentées). tes pièces mobiles du disjoncteur comprennent une buse isolante 4, des barreaux isolants 42 fixés sur ladite buse, un guide 7 avec un piston 43 et une commande (non représentée), reliée au guide 7 par une tige isolante 5 et un axe 38. Un contact principal 6 est mobile axialement dans le guide 7; il est soumis à la pression d'un ressort 14 et verrouillable avec le piston 11 par le dispositif 10. La borne -inférieure 36 du disjoncteur est fixée sur le piston 11 fixe. Le courant circule ensuite dans un contact annulaire 44, le guide 7, un second contact annulaire 45 et le contact principal 6 mobile. Le circuit se prolonge parole contact fixe 1, constitué par le contact principal 3 et le contact auxiliaire 2. La borne supérieure du pôle du disjoncteur (non représentée) est reliée au contact fixe 1 du point de coupure supérieur. La tige 5 est déplacée vers le bas, à partir de la position repré sentée, pour la coupure. Le guide 7 se déglace donc aussi vers le bas, avec la buse isolante 4 et le contact auxiliaire. Le contact principal 6 demeure d'abord dans la position de fermeture, car il est maintenu dans sa position initiale par le dispositif de verrouillage 10. Le mouvement descendant du guide 7 bande le ressort 14. Le mouvement descendant du piston 43 comprime simultanément le gaz extincteur contenu dans la chambre de compression 37. Un rainurage très fin du contact 3 interdit un échappement prématuré du gaz extincteur. Des que la partie supérieure du guide 7 atteint un bord 13 du contact principal 6, ce dernier est déverrouillé par une goupille 33. Le dispositif de verrouillage 10 correspond au "verrouillage à segment de piston" précédemment décrit. Les avantages du disjoncteur selon l'invention seront rappelés cidessous. 1. Courte durée d'arc jusqu'à ce que la distance d'extinction soit atteinte grâce à l'entraînement rapide du contact principal mobile par ressort. 2. Absence de soufflage de l'arc avant que la distance d'extinction ne soit atteinte. 3. L'arc est entretenu sous une faible pression de gaz jusqu'à ce que la distance d'extinction soit atteinte, d'ou une faible distance contact-buse et un nombre élevé de coupures sur court-circuit avant révision. 4. La zone de la buse isolante essentielle pour l'extinction n'est atteinte par l'arc qu'en position d'extinction. 5. La chambre de compression est isolee de l'arc jusqu'à la position d'extinction, d'où absence de contamination du gaz frais. 6. Courts trajets du gaz entre la chambre de compression et la buse, et par suite faible perte de charge. 7. Très faible volume mort de la chambre de compression, permettant d'obtenir des pressions finales élevées. 8. Le soufflage de l'arc commence uniquement quand la distance d'extinc tion minimale nécessaire est atteinte. 9. Le gaz extincteur continue à être comprime pendant le soufflage, une fois la distance d'extinction minimale atteinte. 10. Le contact principal creux mobile ne comporte aucune soupape inter -disant un soufflage inverse prématuré. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications t. Disjoncteur à oaz comprimé autopneumatique, comportant un dispositif compresseur, constitué par un piston fixe et un cylindre déplacé par une tige de commande, ainsi qu'une buse isolante solidaire du cylindre, un contact principal mobile et un contact fixe, et caractérisé en ce que le contact prncipal est mobile en translation par rapport à la tige de commande, dans un guide solidaire de cette dernière. 2. Disjoncteur à gaz comprimé selon revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre extérieur du contact principal mobile est égal au diamètre intérieur de la buse isolante, afin de fermer cette dernière. 3. Disjoncteur à gaz comprimé selon revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le contact principal mobile est verrouillable avec le contact fixe par un dispositif d'encliquetage. 4. Disjoncteur à gaz comprimé selon lune quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le contact principal creux contient une douille isolante mobile, chargée par un ressort de compression, pour la protection du dispositif d'encliquetage contre l'arc. 5. Disjoncteur à gaz comprimé selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce que le contact principal mobile comporte un talon 13 de déverrouillage. 6. Disjoncteur a gaz comprimé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par un ressort de compression logé dans la fente annulaire entre le contact principal mobile et le guide,sur lesquels il prend appui. 7. Disjoncteur à gaz comprimé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par un dispositif, constitué par une rondelle plastique et/ou une chambre de compression, pour l'amortissement du contact principal mobile en position limite. 8. Disjoncteur à gaz comprimé selon l'une quelconque des revendicationsl, 2, 5, 6, 7, caractérisé en ce que le contact principal mobile est verrouillable avec le piston fixe par un dispositif d'encliquetage 9. Disjoncteur à gaz comprimé selon revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif d'encliquetage est constitué par plusieurs axes biseautés à l'avant, repartis sur le pourtour du guide, mobiles en translation dans des perçages radiaux du piston et comportant un talon pour l'appui du contact principal mobile. 10. Disjoncteur à gaz comprimé selon revendication 9, caractérisé en ce que les perçages contiennent des ressorts de compression, qui repoussent les axes contre une butée. 11. Disjoncteur à gaz comprimé selon revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que le guide comporte plusieurs fentes longitudinales réparties sur son pourtour, dans lesquelles s'engagent les axes et comportant un biseau sur le bord supérieur. 12. Disjoncteur à gaz comprimé selon revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif d'encliquetage est constitué par un segment, logé dans une gorge annulaire d'un anneau porteur et prenant appui sur une face annulaire du piston. 13. Disjoncteur à gaz comprimé selon revendication 12, caractérisé en ce que l'anneau porteur est fixé sur plusieurs axes répartis sur le pourtour du contact principal mobile et s'engageant dans des fentes longitudinales du guide. 14. Disjoncteur à gaz comprimé selon revendication 12 ou 13, caractérisé par une goupille, chargée par un ressort de compression, pour l'écartement du segment de piston dans la position verrouillée du disjoncteur. 15. Disjoncteur à gaz comprimé selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que le guide porte une goupille biseautée à l'avant, pour le déverrouillage du dispositif de verrouillage pendant la coupure et qui repousse la goupille d'écartement du segment de piston, contre la force exercée par le ressort de ladite goupille. 16. Disjoncteur à gaz comprimé selon l'une quelconque des revendications 12 à 15, caractérisé par une face annulaire biseautée sur le piston pour la compression du segment pendant la fermeture. 17. Disjoncteur à gaz comprimé selon revendications 1 et 12, caractérisé en ce que chaque pôle comporte plusieurs points d'interruption en sériez et tous les points d'interruption sont disposés dans un cylindre isolant fixe continu, formant le contact fixe et le fond fixe de la chambre de compression de chaque point d'interruption, ainsi que la paroi extérieure de la chambre de compression. 18. Disjoncteur a gaz comprimé selon revendication 17, caractérisé en ce que le guide comporte plusieurs perçages annulaires pour l'accélération du contact principal mobile par la pression du gaz dans le dispositif compresseur. 19. Disjoncteur à gaz comprimé selon revendication 17, caractérisé en ce que le cylindre isolant contient des barreaux isolants pour la trans mission de force entre les points d'interruption en série, lesdits barreaux étant fixés sur la buse isolante du premier point d'interruption et sur I'extremité inférieure du guide du point d'interruption voisin.