Brevet FR2422246A1 — publié le 19791102

L'invention est relative à un dispositif de coupure pour interrupteur à autosoufflage logé dans une enceinte étanche remplie d'un gaz à rigidité diélectrique élevée, notamment l'hexafluo- rure de soufre, et comprenant - une paire de contacts alignés séparables, - une tige de commande pour l'actionnement en translation axiale du contact mobile entre les positions de fermeture et d'ouverture, - un dispositif d'autosourflage pneumatique susceptible d'envoyer un écoulement de gaz vers la zone d'extension de l'arc tiré entre les contacts séparés, - et un organe de soufflage magnétique doté d'une bobine engendrant un champ électromagnétique dans ladite zone pour imposer une rotation dudit arc. Un interrupteur connu du genre mentionné utilise un dispositif de soufflage pneumatique à piston de compression solidaire du contact mobile, associé à des moyens magnétiques, notamment une bobine annulaire, engendrant un champ électromagnétique dans la zone d'extension de l'arc, de manière à exercer un effet combiné de soufflage pneumatique et de soufflage magnétique de l'arc. Ce soufflage pneumatique additionnel est indépendant de l'intensité du courant et assiste le soufflage magnétique entraenant la rotation de ltarc dans le cas de coupure de faibles courants. I1 nécessite néanmoins un cylindre fixe auxiliaire à l'intérieur duquel coulisse le piston mobile pour la compression du gaz.Le guidage de l'écoulement gazeux vers la zone de formation d'arc n'est pas toujours parfait dû à l'absence de buse de soufflage diminuant l'ef- fet du soufflage additionnel. L'invention a pour but de remédier aux inconvénients précités, et de permettre l'amélioration du pouvoir de coupure de ce type d'interrupteur à autosoufflage par l'utilisation d'un dispositif de soufflage pneumatique simple et efficace. Le dispositif de coupure est caractérisé par le fait qu'une paroi radiale percée d'une pluralité d'orifices de passage du gaz est associée au contact mobile et conformée en élément de compression dudit dispositif d'autosoufflage pneumatique, et qu'un déflecteur est assujetti latéralement à ladite paroi pour former une buse de soufflage mobile entourant coaxialement le contact mobile et orientant l'écoulement gazeux vers ladite zone d'extension d'arc. Selon une caractéristique de l'invention, ledit déflecteur de la buse de soufflage présente une surface latérale tronconique dirigée vers la zone d'extension de l'arc. Selon une autre caractéristique de l'invention, le contact mobile coopère à embottement avec un contact fixe conjugué lors de la fermeture de l'interrupteur, et que ladite paroi est montée à coulissement limité le long d'une rainure axiale du contact mobile, ce dernier étant animé d'un mouvement relatif par rapport à la buse de soufflage, de manière à occuper deux positions axiales distinctes, l'une inactive au début de la course d'ouverture laissant la buse immobile, l'autre active d'entratnement de la buse vers la position d'ouverture après rattrapage d'une course morte prédéterminée. Selon un développement de l'invention, ladite buse est en matériau conducteur et comprend une extension cylindrique agencée en contact mobile principal coopérant en position de fermeture de l'interrupteur avec un contact principal fixe entourant coaxialement ladite bobine électromagnétique de forme annulaire. Le contact principal fixe comporte des doigts élastiques répartis circonférentiellement autour de la bobine pour former un cylindre creux fendu selon des encoches axiales imbriquées entre lesdits doigts. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description 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 la figure 1 est une coupe axiale schématique d'un dispositif de coupure selon l'invention, représenté en position de fermeture sur la demi-vue de droite, et en cours d'ouverture sur l'autre demi-vue; la figure 2 est une vue en plan de la buse du dispositif d'autosoufflage pneumatique; la figure 3 est une vue analogue à celle de la fig. 1, illustrant une variante de réalisation;; les figures 4 et 5 sont des coupes axiales de deux autres variantes de réalisation représentées respectivement en position de fermeture sur la demi-vue de gauche, et en position d'ou- verture sur la demi-vue de droite. En référence aux figures 1 et 2, le dispositif de coupure à autosoufflage magnétique et pneumatique d'un arc 6 élec trique est logé dans une enceinte étanche (non représentée) d'un ptle d'interrupteur ou de disjoncteur moyenne tension, remplie d'un gaz isolant à rigidité diélectrique élevée, notamment de l'hexafluorure de soufre. Chaque parole comporte une paire de contacts creux alignés fixe 1 et mobile 2, ce dernier étant solidaire d'une tige d'actionnement 13 du mécanisme de commande {non représenté), animée d'un mouvement vertical de translation selon l'axe XX' du p81e durant la course d'ouverture pour former entre les contacts 1, 2 séparés une zone d'extension 14 de l'arc 6 ou intervalle de coupure.Le contact mobile 2 tubulaire pénètre en position de fermeture à l'intérieur des doigts du contact fixe 1 conformés en tulipe. Une bobine électromagnétique 4 annulaire est montée fixe dans l'enceinte et entoure coaxialement le contact 1 en tulipe disposé en retrait d'une électrode 3 auxiliaire en liaison éleetrique avec un conducteur de sortie de la bobine 4. Le conducteur d'entrée de cette dernière est relié à use borne du ptle par un support conducteur 5, de manière à former un circuit de shuntage des contacts 1, 2. L'électrode 3 de forme annulaire est perpendiculaire à l'axe XX' et est dotée d'un orifice 15 central approprié au passage du contact 2 mobile. Selon l'invention, le soufflage magnétique du disjoncteur à arc tournant lors de l'excitation de la bobine 4 est eombi- né à un soufflage additionnel pneumatique engendré par le déplacement vers le bas d'une buse 9 mobile de forme tronconique. La buse g en matériau isolant entoure coaxialement le contact mobile 2 et comporte une paroi médiane 12 perpendiculaire à lfaxe XX' et mon- tée à coulissement limité le long d'une rainure 16 axiale du contact 2 mobile.Ce dernier est animé d'un mouvement relatif par rapport à la buse 9, de manière à occuper deux position axiales distinctes, l'une active d'entratnement de la buse 9 (fig. 1, demivue de gauche), l'autre inactive au début de la course d'ouverture du contact 2 laissant la buse 9 immobile (demi-vue de droite). La paroi 12 agit en piston mobile et est percée d'une pluralité de trous 10 inclinés, traversés lors de la course d'ouverture par un jet de gaz comprimé chassé selon un écoulement tourbillonnaire vers la zone d'extension 14 de l'arc 6 selon les flèches F. Un ressort de compression 11 intercalé entre la tige d'actionnement 13 et la paroi 12 sollicite la buse 9 vers la position active au fond de la rainure 16 et en engagement contre un épaulement 8 du contact mobile 2, dont la translation vers le bas provoque l'entraSnement de la buse g après rattrapage d'une course morte nd" prédéterminée, délimitée par les deux positions active et inactive de la buse 9. Le fonctionnement du dispositif de coupure selon les figures 1 et 2 est le suivant En position fermée du disjoncteur, représentée sur la demi-vue de droite de la figure 1, le contact mobile 2 est monté à embottement dans le contact 1 en tulipe et le courant passe en totalité dans les contacts 1, 2. La bobine électromagnétique 4 insérée dans le circuit de shuntage se trouve hors circuit, et la buse g est maintenue en position inactive en appui contre l'électrode 3 par la compression du ressort 11. La paroi 12 médiane de la buse 9 est séparée de ltépaulement 8 par une distance axiale correspondant à la course morte "d. L'ouverture du disjoncteur est commandée par le déplacement vers le bas de la tige d'actionnement 13 et du contact mobile 2 tubulaire. La buse 9 reste immobile dans la position inactive au début de l'ouverture jusqu'au rattrapage de la course morte td1' correspondant à la détente maximum du ressort 11. La séparation des contacts 1, 2 avec formation d'un arc se produit presque simultanément avec la venue en butée de l'épaulement 8 contre la paroi 12. L'entratnement de la buse 9 tronconique vers le bas provoque un écoulement tourbillonnaire de gaz SF6 (flèches F, fig. 2) vers la zone d'extension 14 de l'arc, le débit de l'écoulement etant fonction de la position du contact mobile 2.Après une course déterminée au-delà de la position séparée des contacts 1, 2 (demivue de gauche, en pointillé), s'établit la commutation du courant dans le circuit de shuntage pour l'alimentation de la bobine, et l'arc est tire entre le contact mobile 2 et l'électrode 3. Simultanément au soufflage pneumatique de l'arc 6, le flux magnétique ffi engendré dans la zone d'extension 14 par ltexcitation de la bobine 4 provoque la rotation de l'arc 6 dont les racines migrent d'une part sur l'électrode 3 et d'autre part sur le pourtour du contact mobile 2 tubulaire.La demi-vue de gauche de la fig. 1 (en traits forts) représente le disjoncteur en cours d'ouverture où l'action combinée des soufflages pneumatique et magnétique est maximum entratnant une extinction rapide de l'arc 6, mEme pour des faibles intensités du courant. Le dispositif à autosoufflage pneumatique est dépourvu de cylindre fixe auxiliaire de compression et 1'effet du soufflage pneumatique est renforcé par la forme tronconique de la buse g mobile. L'échappement du gaz d'extinction s' opère par les canaux internes des contacts 1, 2 selon un double soufflage axial inversé. Selon la variante de la figure 3, la modification des dimensions de la buse 9 de soufflage et de sa position axiale le long de la rainure 16 permet de changer le guidage de l'écoulement gazeux vers la zone d'arc 14. Le déflecteur tronconique de la buse 9 peut ainsi avoir une inclinaison variable, et l'épaulement 8 de la rainure 16 se trouve au voisinage de l'extrémité du contact mobile 2, de manière à provoquer un soufflage pneumatique radial de l'arc 6 (flèche F de l'écoulement gazeux). La figure 4 est un développement de l'invention, les mimes repères étant utilisés pour désigner des pièces analogues ou identiques. Le dispositif de coupure comporte un contact d'arc mobile 2 creux coopérant en position de fermeture avec un contact d'arc fixe 1 en tulipe, entouré coaxialement à faible jeu par une bobine électromagnétique 4 de soufflage en liaison électrique avec une électrode 3 annulaire de captation de l'arc tournant. La bobine 4 de soufflage associée au support conducteur 5 est logée dans un intervalle annulaire ménagé entre le contact d'arc fixe 1 interne et un contact principal fixe 20 externe. Ce dernier comprend une pluralité de doigts de contact élastiques circonférentiellement répartis autour de la bobine 4 de manière à former un cylindre creux fendu selon des encoches axiales imbriquées entre les doigts.Les extrémités des doigts du contact principal 20 fixe sont agencées au voisinage du niveau de l'électrode 3 et coopèrent à emboetement avec un contact principal mobile 22 conformé en cylindre creux conducteur solidarisé au contact d'arc mobile 2 par une extension 24 radiale. Le diamètre du contact principal mobile 22 est compris entre ceux du contact principal fixe 20 et de la bobine 4 électromagnétique, et l'extension 24 perpendiculaire à l'axe XX' est pourvue de trous 26 pour le passage du gaz comprimédurant la course d'ouverture de la tige 13 d'actionnement.L'extension 24 joue le rAcle de piston mobile d'un dispositif d'autosoufflage pneumatique susceptible d'envoyer un jet de gaz SF6 vers l'intervalle de coupure 14 simultanément au soufflage magnétique de la bobine 4 provoquant la rotation de l'arc sur l'électrode 3. La disposition des contacts principaux 20, 22 autour de la bobine 4 et des contacts d'arc 1, 2 permet une réduction de l'encombrement axial du dispositif de coupure. Selon la variante de la figure 5, la paroi cylindrique du contact principal mobile comporte sur sa face interne un déflecteur 25 pour diriger le jet de gaz vers ltintervalle de coupure 14 et augmenter l'effet de soufflage pneumatique. L'extension 24 présente une cavité 28 d'admission de gaz en forme de convergent, et les trous 26 sont inclinés. Le déflecteur 25 et le convergent de l'extension 24 forment une buse 9 de soufflage jouant également le rAcle de contact principal mobile 22. Le fonctionnement des dispositifs de coupure selon les figures 4 et 5 est similaire à celui du dispositif des figures 1 et 2. L'invention n'est bien entendu nullement limitée aux 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 la buse 9 de souff Jauge aurait une forme différente. REVENDICATIONS 1. Dispositif de coupure pour interrupteur à autosoufflage logé dans une enceinte étanche remplie d'un gaz à rigidité diélectrique élevée, notamment l'hexafluorure de soufre et eomprenant : - une paire de contact alignés séparables, - une tige de commande pour l'actionnement en translation axiale du contact mobile entre les position de fermeture et d'ouverture, - un dispositif d'autosoufflage pneumatique susceptible d'envoyer un écoulement de gaz vers la zone d'extension de l'arc tiré entre les contacts séparés - et un organe de soufflage magnétique doté d'une bobine engendrant un champ électromagnétique dans ladite zone pour imposer une rotation dudit arc, caractérisé par le fait qu'unie paroi radiale percée d'une pluralité d'orifices de passage du gaz est associée au contact mobile et conformée en élément de compression dudit dispositif d'autosoufflage pneumatique, et qu'un déflecteur est assujetti latéralement à ladite paroi pour former une buse de soufflage mobile entourant coaxialement le contact mobile et orientant I'écoulement gazeux vers ladite zone d'extension d'arc. 2. Dispositif de coupure pour interrupteur à autosoufflage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit déflecteur de la buse de soufflage présente une surface latérale tronconique dirigée vers la zone d'extension de l'arc. 3. Dispositif de coupure selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit déflecteur est agencé en cylindre creux perpendiculaire à la paroi radiale. 4. Dispositif de coupure selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que le contact mobile coopère à embottement avec un contact fixe conjugué lors de la fermeture de l'interrupteur, et que ladite paroi est montée à coulissement limité le long d'une rainure axiale du contact mobile, ce dernier étant animé d'un mouvement relatif par rapport à la buse de soufflage de manière à occuper deux positions axiales distinctes, l'une inactive au début de la course d'ouverture laissant la buse immobile, l'autre active d'entratnement de la buse vers la position d'ouverture après rattrapage d'une course morte prédéterminée. 5. Dispositif de coupure selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'une des faces de ladite paroi coopère avec un ressort de compression pour le maintien de la buse de soufflage contre une électrode de captation d'arc lors du déplacement du contact mobile entre les positions inactive et active. 6. Dispositif de coupure selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le contact mobile comporte un épaulement venant en engagement en position active avec la face opposée de ladite paroi pour ltentraRnement de la buse assurant ledit soufflage pneumatique de l'arc. 7. Dispositif de coupure selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait-que ladite buse de soufflage est en matériau isolant. 8. Dispositif de coupure selon la revendication 1, 2 ou 3, dans lequel ladite paroi est fixée rigidement- à un contact d'arc mobile, caractérisé par le fait que ladite buse est en maté- riau conducteur et comprend une extension cylindrique agencée en contact mobile principal coopérant en position de fermeture de l'interrupteur avec un contact principal fixe entourant coaxialement ladite bobine électromagnétique de forme annulaire. 9. Dispositif de coupure selon la revendication 8, caractérisé par le fait que ledit contact principal fixe comporte des doigts élastiques répartis eirconférentiellement autour de la bobine pour former un cylindre creux fendu selon des encoches axiales imbriquées entre lesdits doigts. 10. Dispositif de coupure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que lesdits orifices de passage du gaz présentent des inclinaisons variables avec la direction de déplacement du contact mobile de manière à provoquer un écoulement tourbillonnaire de gaz dans la zone d'extension de l'arc lors de l'actionnement de la buse de soufflage vers la position d'ouverture.