Brevet FR2400251A1 — publié le 19790309

L'invention, due à la eollaboration de Messieurs Aimé BADON et Ken Ichi TANIMURA, est relative à un disjoncteur haute tension à autosoufflage comprenant - une chambre de coupure logée à l'intérieur d'une enveloppe étanche remplie de gaz isolant à haute rigidité diélectrique > - un dispositif à autosoufflage à piston cylindre de compression du gaz délimitant un volume pistonnable susceptiblé d'envoyer un écoulement de gaz de soufflage et d'extinction d'un arc électrique, tiré entre des contacts séparables lors de ltouverture du disjonc- teur, vers un intervalle de coupure ménagé à l'intérieur d'une buse coaxiale auxdits contacts, - un réservoir collecteur principal agencé dans la zone inférieure de l'enveloppe pour stocker le gaz isolant liquéfié aux basses températures ambiantes, - et des moyens de pompage coopérant avec ledit réservoir pour refouler le gaz liquéfié en direction de l'intervalle de dans lequel la température élevée de l'arc provoque la vaporisation dudit gaz liquéfié lors de la séparation des contacts. En dessous de la température de liquéfaction du gaz iso- lant contenu dans l'enveloppe, les performances de coupure ne peuvent pas Autre garanties compte tenu de la baisse de densité du gaz dans l'intervalle de coupure En exploitation normale du disjoncteur dans des régions froides, les contacts sont en position de fermeture et le passage du courant permanent dans la chambre de coupure provoque un échauffement par effet Joule du gaz contenu dans l'appareil. Une coupure après une longue durée de fermeture sera moins défavorable que si le disjoncteur reste ouvert pendant très longtemps et soit obligé de réaliser subitement un cycle fermeture - ouverture.Au cours d'une telle ouverture prolongée du disjoncteur, en période de grand froid, le gaz se condense sur les parois froides de la chambre de coupure et est récupéré à l'étant liquide dans le réservoir collecteur situé à la partie inférieure de la chambre. Selon un disjoncteur connu du genre mentionné, à phase de précompression du gaz isolant, -lesdits moyens de pompage du gaz liquéfié sont constitués par une pompe d'injection distincte do dispositif à autosoufflage, assurant l'admission du gaz liquéfié dans l'intervalle de coupure lors de l'ouvertùre du disjoncteur. Une dose déterminée de gaz1 liquéfié est ainsi injectée durant la phase de précompression avant la séparation des contacts, et la pompe est formée par un cylindre mobile auxiliaire solidaire du contact mobile et monté à coulissement sur un piston auxiliaire fixe situé dans la partie basse du réservoir collecteur. Le cylindre est prolongé par un conduit effilé, à tête percée d'orifices, logé à l'intérieur du contact mobile et assurant le refoulement d'un jet axial de gaz liquéfié vers l'intervalle de coupure lorsque le contact mobile est actionné vers la position d'ouverture. Après la phase de précompression, la séparation des contacts engendre ltarc électrique, et le dispositif à autosoufflage envoie alors un jet radial de gaz dans l'intervalle de coupure, l'action combinée des deux jets axial et radial provoquant l'extinction de l'arc au bout d'une course déterminée du contact mobile. La différence de densites du gaz des deux jets distincts est néanmoins néfaste pour une coupure rapide de l'arc électrique, et l'obtention du jet axial nécessite une pompe d'injection spéciale. Selon d'autres dispositifs connus, un chauffage électrique auxiliaire commandé en fonction de la température enté~ rieure réchauffe l'enveloppe pour éviter d'attekidre la température de liquéfaction du gaz isolant. L'invention a pour but dtéviter ces inconvénients et de réaliser un disjoncteur à autosoufflage simplifié dépourvu de pompe d'injection spéciale du gaz liquéfié ou de chauffage électrique auxiliaire, et présentant une fiabilité optimum dans les régions de grand froid. Le disjoncteur selon l'invention est caractérisé par le fait que lesdits moyens de pompage comportent des conduits de communication entre le réservoir collecteur et le volume pistonnable du dispositif à autosoufflage tel que la dépression engendrée dans le volume pistonnable lors de l'actionnement du disjoncteur vers la position de fermeture des contacts provoque l'aspiration automatique du gaz liquéfié dans ledit volume du dispositif à autosoufflage entraînant une augmentation de la densité dudit gaz isolant durant la phase de fermeture du disjoncteur. L'injection de gaz liquéfié dans le volume pistonnable s'effectue simultanément avec le remplissage du gaz isolant aspiré dans le compartiment interne de l'enveloppe lors de la fermeture du disjoncteur, et on utilise avantageusement la dépression dans le volume pistonnable du dispositif à autosoufflage pour aspirer à la fois le gaz liquéfié contenu dans le réservoir collecteur, et le gaz isolant de l'enveloppe. Cet agencement supprime la pompe d'injection spéciale et nécessite une simple tuyauterie entre le réservoir collecteur et le volume pistonnable. De plus, l'aspiration du gaz liquéfié a lieu exclusivement durant la phase de fermeture du disjoncteur et est stoppée au début de ltouverture du disjoncteur durant la précompression du gaz.Lors de la séparation des contacts, le dispositif à autosoufflage envoie un jetunique de gaz comprimé vers ltintervalle de coupure pour l'extinction rapide de l'arc électrique. Selon une caractéristique de l'invention, des chicanes sont agencées à 11 intérieur desdits conduits de communication. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque conduit de communication comprend une extrémité inférieure, qui plonge dans le réservoir collecteur de gaz liquéfié et une entrée mité supérieure, qui traverse l'élément fixe du dispositif à autosoufflage, notamment le piston ou le cylindre, pour délimiter un orifice d'entrée dudit volume pistonnable. Selon un développement de l'invention, ledit orifice d'entrée coopère aveo un clapet de retenue agencé dans le volume pis tonnable, ledit clapet étant respectivement sollicité vers une position dtadmission par la dépression régnant dans le volume lors de la fermeture du disjoncteur, et vers une position d'obturation pour assurer la compression dudit gaz lors de l'ouverture du dis joncteur. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de l'exposé qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et repré senté au dessin annexé, dans lequel la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un disjoncteur à autosoufflage équipé de moyens de pompage de gaz liquéfié selon l'invention, la position de l'équipage mobile étant représentée durant la course de fermeture du disjoncteur; la figure 2 est une vue analogue à la figure 1, et montre l'équipage mobile pendant la course d'ouverture du disjoncteur. Sur les figures, un pole de disjoncteur haute tension comporte une chambre de coupure 10 agencée à l'intérieur d'une envol loppe 12 étanche en matériau isolant, remplie de gaz isolant à haute rigidité diélectrique, notamment de l'hexafluorure de soufre sous pression. Un couvercle conducteur 14 de fermeture de l'enveloppe 12 sert de borne d'entrée au courant, et supporté le contact fixe 16 creux coopérant à embottement avec le contact mobile aligné 18 creux en position de fermeture du disjoncteur.Le contact mobile 18, monté à coulissement dans la chambre 10 selon la direction de l'axe XX', traverse le fond 20 en matériau conducteur agencé dans la zone inférieure de l'enveloppe 12 à l'opposé du couvercle 14 et est prolongé par une tige 22 isolante d'action- nement reliée au mécanisme de commande (non représenté) et stéten- dant axialement à l'intérieur d'un isolateur support 24 du pale. Un dispositif à autosoufflage 26 comprend un cylindre 28 porté par le contact mobile 18 et coopérant avec un piston fixe 30 pour confiner un volume pistonnable 32 de compression du gaz isolant susceptible d'envoyer un écoulement de gaz de soufflage vers l'intervalle de coupure 34 en position séparée des contacts 16, 18 Le cylindre mobile 28 est doté dlune buse 36 de soufflage à convergent divergent, entourant coaxialement les contacts en position de fermeture et dont le convergent communique par des ouvertures 38 ménagées dans le cylindre 28 avec le volume pistonnable 32 pour canaliser le gaz de soufflage comprimé vers l'intervalle de coupure 34.Le col de la buse entoure à faible jeu le contact fixe 16 en position de fermeture du disjoncteur, et des doigts de prise de courant 40, logés à l'intérieur d'un tube conducteur 42 support du piston fixe 30, viennent en engagement avec le contact mobile 18 pour le passage du courant, qui circule dans le tube 42 vers le fond 20 équipe d'une borne de sortie 44. Un disjoncteur du genre précité est bien connu et il est inutile de le décrire en détail. En position de fermeture, le courant rentre par la borne d'entrée 14 et circule par les contacts 16, 18, les doigts de prise de courant 40, le tube 42, le fond 20, vers la borne de sortie 44. Le contact fixe 16 pénètre dans ltex- trémité du contact mobile 18 en forme de tuyère, et le convergent de la buse 36 est obturé par le contact fixe 16. L'ouverture du disjoncteur est commandée par coulissement vers le bas de la tige d'actionnement 22, qui entratne le contact mobile 18.Dans une première phase du mouvement, le contact fixe 16 reste emboîté dans la buse 36 et dans le contact mobile 18 empêchant tout échappement de gaz de soufflage, lequel est précomprimé par le cylindre 28 accompagnant le contact mobile 18 dans sa course de coulissement vers le bas. A la fin de cette première phase de précompression, le contact mobile 18 se sépare du contact fixe 16 tirant un arc à 11 intérieur de la buse 36 et libérant la voie d'échappement dugaz de soufflage. Dans la deuxième phase, le coulissement poursuivi du contact mobile 18 provoque l'échappement de l'écoulement gazeux précomprimé vers l'intervalle de coupure 34 et l'extinction de l'arc. Selon l'invention, le fond 20 de ltenvebppe 12 et le tube 42 support du piston fixe 30 forment un réservoir collecteur principal 48 pour stocker l'hexafluorure de soufre SF6 liquéfié aux basses températures ambiantes, et entourent coaxialement le contact mobile creux 18, Des moyens de pompage comportent des conduits de communication 50 ou des chicanes dont 11 extrémité inférieure plonge dans le réservoir collecteur 48 de gaz liquéfié, et dont l'extrémité supérieure traverse le piston fixe 30 pour délimiter un orifice dtentrée 52 dans le volume pistonnable 32.Cet orifice d'entrée 52 coopère avec un clapet 54 agencé dans le volume pistonnable 32 et sollicité respectivement vers une position d'admission par la dépression régnant dans le volume 32 lors de la fermeture du disjoncteur, et vers une position d'obturation pour assurer la compression du SF6 lors de l'ouverture du disjoncteur. Le piston fixe 30 présente une tête creuse en forme de cuvette ménageant un réservoir additionnel 56 de récupération de SF6 liquéfié dans le volume pistonnable 32. Le piston fixe 30, les réservoirs principal 48 et auxiliaire 56, le tube-conduoteur 42 et le fond 20 constituent une pièce monobloc, et les conduits de communication 50 s'étendent parallèlement à l'axe de coulissement XXt du contact mobile 18.D'autres ouvertures 58 associées à des clapets 60 assurent l'admlssion de gaz isolant aspiré dans lten- veloppe 12 lors de la fermeture du disjoncteur. Le fonctionnement du disjoncteur selon l'invention est le suivant Durant la course de fermeture représentée à la figure 1, le coulissement vers le haut de la tige d'actionnement 22 provoque une augmentation du volume pistonnable 32, et la dépression résultante sollicite les clapets 54 et 60 vers la position d'admission et assure l'aspiration automatique de gaz liquéfié stocké dans le réservoir 48, et de gaz isolant contenu dans le compartiment interne de l'enveloppe 12. I1 en résulte une augmentation de la densité du gaz avant l'ouverture du disjoncteur, Lors de ltouverture du disjoncteur, une précourse initiale de coulissement vers le bas du contact mobile 18 durant la première phase du mouvement provoque la précompression du gaz con tenu dans le volume pistonnable 32 après fermeture de l'orifice 52 et des ouvertures 58 en position d'obturation des clapets 54 et 60. L'aspiration de gaz liquéfié est stoppée durant cette phase de fonctionnement. Durant la deuxième phase du mouvement (figure 2) le coulissement poursuivi de la tige d'actionnement 22 sépare les contacts fixe 16 et mobile 18 entre lesquels est tiré un arc électrique dont la forte température assure instantanément la vaporisation du SF6 liquide contenu dans le jet de gaz comprimé injecté par le dispositif d'autosoufflage 26 vers l'intervalle de coupure 34 à lMntérieur de la buse 36. La forte densité de SF6 avant la phase de pré compression est appropriée à une extinction rapide de l'arc prenant naissance dans des disjoncteurs installés dans des régions à climat rigoureux. L'invention test bien entendu nullement limitée au mode de mise en oeuvre plus particulièrement décrit et représenté au dessin annexé, mais elle s'étend bien au contraire à toute variante restant dans le cadre des équivalences mécaniques et électriques, notamment celle dans laquelle le dispositif à autosoufflage 26 associé aux contacts 16 > 18 serait dépourvu de phase initiale de précompression du gaz isolant. REVENDICATIONS 1. Disjoncteur haute tension à autosoufflage comprenant: - une chambre de coupure logée à l'intérieur d'une enveloppe étanche remplie de gaz isolant à haute rigidité diélectrique, - un dispositif à autosoufflage à piston cylindre de compression du gaz délimitant un volume pistonnable susceptibie d'envoyer un écoulement de gaz de soufflage et d'extinction dtun arc électrique, tiré entre des contacts séparables lors de l'ouverture du disjoncteur, vers un intervalle de coupure ménagé à l'intérieur d'une buse coaxiale auxdits contacts, - un réservoir collecteur principal agencé dans la zone inférieure de l'enveloppe pour stocker le gaz isolant liquéfié aux basses températures ambiantes, - et des moyens de pompage coopérant avec ledit réservoir pour refouler le gaz liquéfié en direction de l'intervalle de coupure dans lequel la température élevée de l'arc provoque la vaporisation dudit gaz liquéfié lors de la séparation des contacts, - caractérisé par le fait que lesdits moyens de pompage comportent des conduits de communication entre le réservoir collecteur et le volume pistonnable du dispositif à autosoufflage tel que la dépression engendrée dans le volume pistonnable lors de l'actionnement du disjoncteur vers la position de fermeture des contacts provoque l'aspiration automatique du gaz liquéfié dans ledit volume du dispositif à autosoufflage entraînant une augmentation de la densité dudit gaz isolant durant la phase de fermeture du dis j oncteur. 2, Disjoncteur à autosoufflage selon ia revendieation 1, caractérisé par le fait que des chicanes sont agencées à l'inté- rieur desdits conduits de communication. 3. Disjoncteur à autosoufflage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que chaque conduit de communication comprend une extrémité inférieure qui plonge dans le réservoir ool- lecteur de gaz liquéfié et une extrémité supérieure qui traverse l'élément fixe du dispositif à autosoufflage, notamment le piston ou le cylindre, pour délimiter un orifice d'entrée dudit volume pistonnable. 4. Disjoncteur à autosoufflage selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit orifice d'entrée coopère avec un clapet de retenue agencé dans le volume pistonnable, ledit clapet étant respectivement sollicité vers une position dSadmission par la dépression régnant dans le volume lors de la fermeture du dis joncteurJ et vers une position d'obturation pour assurer la compression dudit gaz lors de Itouverture du disjoncteur. 5. DisJoncteur à autosoufflage selon la revendication 1, 2, 3 ou 4, caractérisé par le fait qu 'un réservoir additionnelvde récupération de gaz liquéfié est ménagé dans le fond du volume pistonnable agencé en forme de cuvette. 6. Disjoncteur à autosoufflage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit gaz isolant est de lthexafluorure de soufre. 7. Disjoncteur à autosoufflage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'élément fixe du dispositif à autosoufflage et les réservoirs collecteur principal et additionnel de gaz liquéfié forment une pièce monobloc entourant coaxialement le contact mobile creux, monté à coulissement dans ladite chambre de coupure. 8. Disjoncteur à autosoufflage selon la revendication 7, caractérisé par le fait que lesdits conduits de communication agencés entre la pièce monobloc et la paroi interne de 1 'enve- loppe, stétendent parallèlement à l'axe de coulissement du contact mobile.