Brevet FR2396402A1 — publié le 19790126

La presente invention concerne la construction de chambres de coupure bas ces sur l'effet Coanda en vue de l'accroissement de la puissance de coupure des dzioncteurs haute tension utilises dans la commutation primaire de la partie electrique des centrales et postes electriques. On connaît des disjoncteurs è grande puissance de coupure, generaiement realises a partir des modules de plusieurs chambres de coupure de 11 arc electri- que, mais qui presentent l'inconvenient d'être encombrants, l'accroissement de leur puissance de coupure se faisant par la mise en série des chambres de coupure identiques. Lorsque le nombre des chambres de coupure est relativement grand, leur synchronisation en vue de l'enclenchement du disjoncteur se realise difficilement sur la phase ou entre phases, ce qui peut conduire à des regimes transitoires dangereux pour la stabilite des systèmes electriques. La chambre de coupure conforme a l'invention remedie a cet inconvenient par le fait qu'elle est munie d'un ajutage du type Coanda pour l'ecoulement du fluide d'extinction qui peut être realise comme une pièce séparée en un matériau meilleur marche, le cuivre par exemple, qui s'attache au contact mobile par une surface de contact, tout l'ensemble de pièces etant presse par un ressort spiral, ajutage dans lequel, à partir de l'instant où les contacts principaux sont separes, un jet de fluide mince et ionise est souffle par le canal de l'ajutage, le courant de fluide etant accelére et devie suivant la courbure de la paroi de l'ajutage et réalisant une amplification de l'effet de deionisation de la zone de l'arc electrique et un meilleur lavage de ses racines la courbure du jet extincteur suivant le profil de l'ajutage écoulement se realise en pratiquant dans la zone des contacts un faible dégagement interieur qui facilite l'apparition de l'effet Coanda du type interne ; les chambres de coupure sous forme tubulaire peuvent réaliser en plus 11 effet Coanda du type externe, la haute pression se localise d'abord à l'intérieur, tandis qu'ensuite, lors de l'ouverture des contacts, se réalise la courbure-du jet extincteur vers 1' extérieur des contacts, la déionisation ayant plus d' efficacité dans un ajutage Coanda du type externe ; les chambres d'extinction du type orthojecteur ont le contact fixe et les fentes du cylindre haute pression profilées sous forme d'ajutages du type Coanda,ce qui accroît l'effet de deionisation de l'arc électrique. Plusieurs formes d'exécution de l'invention sont décries ci-apres a titre d'exemples, en référence auxdessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une section longitudinale par les contacts d'un disjonc- teur où le jet d' air comprimé est canalisé par un ajutage Coanda du type interne, réalisé avec profil polygonal et une petite marche à.côté du bord du jet ; - la figure 2, est une section longitudinale par les contacts d'un disjoncteur où l'ajutage Coanda du type interne a le contour sous forme de courbe continue et dans lequel la marche à côté du bord présente un dégagement inté- rieur ;; - la figure 3 est une section longitudinale par une chambre de coupure d'un disjoncteur haute tension à l'air comprimé avec contact tubulaire ; - la figure 4 est une section longitudinale par les contacts d'un disjoncteur ayant les deux contacts tubulaires - la figure 5 est une section longitudinale par les contacts d'un disjonc- teur qui réalise un ajutage Coanda du type interne à contour polygonal et marche à côté du bord du jet ; - la figure 6 est une section longitudinale par deux contacts dont la surface extérieure est réalisée d'apres un contour permettant d'obtenir l'effet Coanda avec un aJutage du type externe ;; - la figure 7 est une section longitudinale par deux contacts qui réalisent 1' effet Coanda du type externe, lorsque l'un des contacts est tubulaire et l'autre est massif ; - la figure 8 est une section longitudinale par la chnwhre de coupure d'un disjoncteur orthojecteur. La chambre de coupure conforme à l'invention représentée sur la figure 1, comporte un canal a d' écoulement du fluide extincteur sous forme d' ajutage Coanda du type interne. La zone de l'arc électrique initial est limitée par les surfaces des contacts I et 2 et s' en ecarte tres peu aux premiers instants, ces surfaces étant lavées par le jet mince formé par le fluide d'extinction. De cette manière, l'extinction de I'arc électrique se situe dans le domaine de l'écoulement des jets minces au voisinage des parois solides du type Coanda ou l'efficacité de ionisation de l'arc électrique est beaucoup plus grande. Le jet d'air comprimé jaillissant avec une vitesse supersonique par la mince fente circulaire créée aux premiers instants de l'ouverture des contacts 1 et 2 est courbé et accéléré dans la zone de la paroi 3 à profil polygonal du type ajutage interne Coanda. Aux premiers instants après l'ouverture, le noyau de plasma généré par l'arc électrique contribue considérablement à la croissance du front d'onde du jet extincteur qui est-dévié davantage vers les parois froides de l'ajutage en augmentant l'effet de déionisation de la zone d'arc. Pour-que l'adhésion du fluide extincteur au profil de I'ajutage soit parfaite, à côté du bord du jet on pratique un petit dégagement b, le deplol-ement efficace du phénomène Coanda dépendant de la réalisation précise du profil de l'ajutage et aussi de la grandeur de la marche d'entrée. L'arc electrique, dont les racines stappuient initialement sur les pièces de contact l et 2, est tendu et refroidi avec plus d'efficacité justement à cause de la couche de fluide limite qui s1 écoule à cSté de la paroi avec une vitesse plus grande que la vitesse initiale du jet.Les molécules de fluide frais de la zone centrale c du canal a sont entraînées vers la paroi de-l1ajutage où la pression est accrue à cause de l'effet Coanda, effet par lequel l'arc électrique est, dans ce cas-là, plus efficacement "lavé" par rapport à la forme-habituelle des cbntacts connus, qui n'exploitent pas au maximum les possibilités de la chambre de coupure au volume correspondant. L'ajutage a peut-etre réalisé comme une pièce séparée en un matériau meilleur marché, le cuivre par exemple, renonçant ainsi aux matériaux chers dont les contacts principaux 1 et 2 sont confectionnés, et il stattache à la pièce de contact 2 par une surface de contact d, tout l'en- semble de pièces 1, 2, 3 étant pressé par un ressort spiral 4. L'ajutage Coanda du type interne peut être réalise avec un contour qui suit une courbe continue, et la marche b à côté du bord du jet peut revetir la forme simple de la figure 1 ou la forme d'un degagement intérieur e comme sur la figure 2. Les mêmes formes d'ajutage sont utilisées aussi dans le cas où un seul contact est tubulaire, comme dans la figure 3, où l'angle d'incidence de la lamelle du jet mince et circulaire peut acquérir des valeurs comprises entre zéro et une valeurs J où l'effet de lavage des racines de l'arc est le plus efficace. Au cas où les deux contacts sont tubulaires, par raison de symétrie, l'admission du fluide d'extinction se produit dans un plan normal sur l'axe longitudinal, tandis qu'à l'intérieur la veine du fluide est déviée et recourbée vers les parois à profil Coanda, les contacts étant pourvues de dégagements 5, tel qu'il résulte des figures 4 et 5. Dans la figure 6, on a représenté une chambre de coupure ou les deux contacts sont tubulaires, leur surface extérieure représentant le profil d'un ajutage Coanda du type externe. Dans ce cas, le fluide d'extinction coule de l'intérieur des contacts vers l'extérieur. Pour les ajutages Coanda du type externe, le fait que le deuxième contact n1 est pas tubulaire n'a pas une importance trop grande. L'effet Coanda se produisant tout de même pour les deux contacts, ce qui accroît sensiblement la puissance de coupure de la chambre de disjoncteur représentée sur la figure 7. D'une toute aussi grande importance est, outre la géométrie de la marche à côté du bord du jet, la distance entre la paroi 6 et les contacts 1 et 2.La haute pression étant localise à l'intérieur des contacts, la paroi 6 peut avoir les dimensions conformes à une résistance mecanique inférieure par rapport aux types ordinaires de disjoncteur, d'où il résulte une économie de matériel. Les modifications - apportées à la chambre de coupure pour obtenir le type de diSjoncteur conforme à l'invention peuvent être réalisées pour n'importe quel type de disjoncteur moderne fonctionnant à air comprimé, hexafluorure de soufre, expansine, faible volume d'huile, etc. Par exemple, dans le cas d'un disjoncteur avec-faible volume d'huile du type orthojecteur, comme représenté sur la figure 8, on ajuste les parois des contacts et surtout celle qui est fixe à la partie supérieure pour réaliser sur le trajet des gaz un ajutage du type Coanda. La même modification est apportée aux fentes 7 et à celles en matériel synthétique 8 qui se trouvent à l'inte- rieur, pour que le jet de gaz et d'huile s'écoule le plus légèrement possible en s'appuyant sur les parois à profil Coanda, ce qui mène à une efficacité accrue de la chambre de coupure de l'arc électrique, le restant des pièces et la technique de fabrication ntetant pas modifiés en leur essence. Le disjoncteur conforme à l'invention, présente les avantages suivants - il permet d'augmenter la puissance de coupure des disjoncteurs électriques haute tension, performance réalisée indépendamment de la forme des contacts, les deux ou un seul étant de forme tubulaire, sous forme d'entonnoir, etc, indépendamment de la nature de l'agent extincteur, air comprimé, hexafluorure de soufre, huile, expansine, etc, et indépendamnnt de la forme géométrique in térieure de la chambre de coupure au niême gabarit ; ; - les modifications constructives apportées aux chambres existantes par le disjoncteur sont minimales, en ayant soin que le jet de fluide s1 écoule par un ajutage du type Coanda, ces modifications pouvant être exécutées pour les types courants de disjoncteurs, indépendamment de l'agent d'extinction ttilisé ; - il permet des économies de matériel surtout dans l'utilisation de Effet Coanda du type externe. BEYENDICQTIOWS 1. Chambre de coupure pour les disjoncteurs electriques haute tension, caractérisée en ce qu'elle est pourvue d'un ajutage (a) du type Coanda pour ltécoulement du fluide extincteur, qui peut être réalisé comme une piece séparée en un matériau à meilleur marché, le -cuivre par exemple, attachée à la pièce de contact (2) par une surface de contact (d), tout 11 ensemble des pièces Cl, 2, 3) étant pressé par un ressort spiral (4), chambre où, à partir de il ions tant où les contacts principaux (l, 2) sont sépares, un jet mince et ionisé de fluide d'extinction est soufflé par le canal de l'ajutage (a), ce jet de fluide étant accéléré et dévié suivant la courbure de la paroi de l'ajutage, réalisant ainsi une efficacité accrue de déionisation de la zone de l'arc électrique. 2. Chambre de coupure selon la revendication 1, caractérisée en ce que dans la zone des contacts (l et 2) est pratiqué un dégagement sous forme de marche (b) qui assure la déviation du jet d'agent d'extinction vers la paroi de ajutage et réalise une meilleure déionisation de l'arc électrique. 3. Chambre de coupure selon les revendications 1-at 2, caractérisée en ce que dans la zone des contacts (l et 2) est pratiqué un dégagment (e) du type intérieur. 4. Chambre de coupure selon les revendications l et 2, caractérisée en ce qu'elle est formée de contacts tubulaires (l, 2) qui localisent initialement la haute pression et qui, à partir de l'instant où les contacts sont ouverts, réalisent la déviation du jet de fluide extincteur vers la surface extérieure des contacts par un ajutage Coanda du type externe t3) ; 5. Chambre de coupure selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le cylindre haute pression (7) et le contact fixe (1) ont la forme d'ajutages Coanda du type interne pour 11 accroissement de 11 efficacité de déionisa tion de la zone de l'arc électrique.