Brevet FR2447091A1 — publié le 19800814

L'invention a pour objet un disjoncteur à gaz comprimé d'un type analogue à celui décrit dans le brevet suisse nO 574.673. Un tel disjoncteur comporte une première pièce de contact mobile reliée à une commande, et passant à travers la paroi de séparation entre une chambre de coupure et une chambre d'expansion. Cette commande doit donc être suffisamment puissante pour actionner la première pièce de contact qui est relativement lourde. Une deuxième pièce de contact du disjoncteur comporte une couronne de doigts de contact faisant ressort et entourant une tige isolée et fixe,qui qui sert d'électrode auxiliaire dont l'extrémité libre dépasse de la couronne de doigts de contact vers la première pièce de contact. En position d'enclenchement la la première pièce de contact rentre dans ladite couronne et entoure ainsi la tige. Au cours du mouvement de coupure un premier arc s'établit d'abord entre la deuxième pièce de contact et la tige qui maintient la première pièce de contact mobile encore fermée. Ce premier arc chauffe le gaz d'extinction contenu dans la chambre de coupure et provoque ainsi une augmentation souhaitable de la pression. L'inconvénient de cette disposition réside dans le fait que l'arc ne commute que très difficilement et tout au plus partiellement des doigts de contact sur la bague pare-étincelles entourant la tige centrale, car entre bague pare-étincelles et doigts de contact reliés directement à une prise de courant du disjoncteur est interconnectée une bobine qui crée le champ magnétique nécessaire au mouvement de l'arc. De cette disposition il résulte que le premier arc ne brûlera pas, au moins temporairement, sur la bague pare-étincelles prévue à cet effet, mais sur le doigts de contact. L'invention a pour but un disjoncteur à gaz comprimé qui nécessite une puissance de manoeuvre moins importante, et où pendant la coupure le premier arc brûle entièrement sur les électrodes prévues à cet effet. L'invention a pour objet un disjoncteur a gaz comprimé ayant une enveloppe contenant un gaz extincteur et séparé par une cloison en une chambre de coupure et une chambre d'expansion et comprenant un premier contact tubulaire assurant la communication entre la chambre de coupure et la chambre d'expansion, un deuxième contact f Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description de modes de réalisation donnés à titre d'exemple et illustrés dans les dessins. La figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un premier mode de réalisation du disjoncteur selon l'invention. La figure 2 est une vue schématique en coupe axiale d'une variante de réalisation du disjoncteur selon la figure l. La figure 3 est une vue schématique en coupe axiale d'une deuxième variante de réalisation. La figure 4 est une vue schématique d'une variante de réalisation du disjoncteur selon la figure 3. Dans toutes les figures, la demi-coupe de droite représente le disjoncteur en position d'enclenchement et la demi-coupe de gauche en position de déclenchement, tandis que pour les parties ayant les mêmes fonctions les mêmes chiffres ont été utilisés. Dans la figure 1, le disjoncteur 10 comporte une enveloppe 11 remplie d'un gaz extincteur et dont l'intérieur est divisé transversalement par une paroi de séparation 12 en une chambre de coupure 13 et une chambre d'expansion 14. Un premier contact tubulaire et fixe 15 qui traverse d'une manière étanche la paroi 12, est relié dans la chambre d'expansion 14 sur une prise de courant fixe 16 sortant radialement de l'enveloppe 11. Un deuxième contact tubulaire et fixe 18, co-axial à la première pièce de contact 15, traverse la paroi 17 de l'extrémité supérieure de l'enveloppe 11 d'une façon étanche ; elle sert aussi de prise de courant. Comme on peut voir dans la figure 1, l'extrémité inférieure du contact tubulaire 18-située dans la chambre de coupure 13 est divisée par un certain nombre de tentes hélicoldaies 19 en un certain nombre de segments hélicoidaux 20, qui, surtout au moment de la coupure, créent un champ magnétique représenté par la ligne en tirets 21. Un corps massif en matière isolante 22 est disposé à l'intérieur du deuxième contact 18, et dont elle dépasse l'extrémité libre 23 sur laquelle est fixée une électrode auxiliaire 24 en forme de capuchon à une distance (a). L'électrode auxilaire 24 du contact 18 et le contact 15 ont pratiquement le même diamètre extérieur. Dans la chambre de coupure 13 se trouve un manchon de contact 25 entourant le contact 15 et déplaçable le long de celui-ci, et comportant un bottier 26 entourant une couronne de doigts de contact 27 qui reposent, par des ressorts sur sa paroi intérieure. Sur le bottier 26 est fixée une tringle de manoeuvre 28 en matière isolante qui de façon étanche passe à travers la paroi de séparation 12 et la paroi inférieure 29 du boîtier 11, elle est déplaçable. Par son extrémité inférieure la tringle de- manoeuvre 28 est raccordée à une commande non représentée qui permet le déplacement du manchon 25 entre la position de déclenchement représentée à gauche sur la figure 1 et la position d'enclenchement représentée à droite. Dans la position d'enclenchement les doigts de contact 27 s'appliquent d'un coté sur l'enveloppe extérieure du contact 15 et de l'autre côté sur l'enveloppe extérieure du contact 18 et établissent ainsi une connexion électrique entre ces deux pièces de contact. Le contact 15 comporte une tige tubulaire 30 qui porte à son extrémité en regard du contact 15 et de l'électrode auxiliaire 24 une bague pare-étincelles 31 en matière résistant å l'arc et conductrice. Un passage axial- 32 traversant le contact 15 réalise la communication entre la chambre de coupure 13 et la chambre d'expansion 14. Le fonctionnement du disjoncteur lors d'une coupure s'établit comme suit. A partir de la position représentée sur la figure 1 à droite, le manchon de contact 25 descend, dès que les doigts de contact 27 quittent l'extrémité 23 du contact 18 un premier arc auxiliaire 33 s'établit et est mis en rotation par le champ magnétique. Ce premier arc 33 cahauffe le gaz d'extinction contenu dans la chambre de coupure 13 et augmente ainsi la pression du gaz. Mais cette pression ne peut pas encore s'échapper par le passage 32 car le manchon de contact 25 est toujours en contact par sa partie supérieure avec l'électrode auxiliaire 24. Au moment où les doigts de contact 27 rentrent en contact avec cette électrode auxiliaire l'arc 33 est commuté sur l'électrode auxiliaire 24. Le passage 32 est libéré seulement quand le manchon de contact 25 quitte l'électrode auxiliaire 24. Ainsi un deuxième arc de coupure 35 qui se développe entre l'électrode auxiliaire 24 et les doigts de contact 27 est commuté plus tard sur la bague pare-étincelles 31 où il est soufflé fortement suivant la direction de la flèche 34 pendant que le premier arc 33 continue à chauffer le gaz extincteur dans la chambre- de coupure. L'arc de coupure 35 est poussé par le souffle à l'intérieur du contact 15 ou il est allongé et éteint lors du prochain passage du courant par zéro.Pendant la coupure le volume de la chambre de coupure 13 n'augmente que du volume de la partie de la tringle de manoeuvre 38 qui se retire de la chambre de coupure 13, donc d'une valeur négligeable. L'augmentation de la pression créée par l'arc auxiliaire 33 est disponible entièrement pour le soufflage de l'arc de coupure 35. Dans la variante de la figure 2 le disjoncteur se différencie de celui de la figure 1 par des moyens particuliers pour éviter de libérer le passage 32 au moment où le manchon de contact 25 quitte l'électrode auxiliaire 24, et pour ne le libérer que plus tard. Ceci a pour résultat que l'arc de coupure 35 contribue aussi, au début de sa durée, à l'échaut- fement du gaz extincteur contenu dans la chambre de coupure 13. A cet effet un bras 36 tourné radialement vers l'intérieur, est fixé sur la tringle de manoeuvre 28. Par son extrémité ce bras 36 entoure de manière à permettre un coulissement, une tige 39 munie d'une butée 38 et d'un épaulement qui rentre vers le haut dans le passage 32. A son extrémité supérieure la tige 39 porte une pièce de fermeture 40. Un ressort de compression 41, qui est disposé entre l'épaulement 37 et l'extrémité intérieure du bras 36 de compression, a tendance à pousser la tige 39 et donc la pièce de fermeture 40 vers le haut, c'est-à-dire de maintenir la bague pare-étincelles 31 fermée. En position enclenchée le ressort 41 est tendu au maximum. Pendant la course de coupure le ressort 41 se détend au fur et à mesure du mouvement descendant de la tringle 28, donc la force de fermeture appliquée sur la pièce de fermeture 40 diminue aussi. Quand l'augmentation de la pression dans la chambre de coupure 13 provoquée par les arcs 33, 35 dépasse cette. force de fermeture, la pièce de fermeture est alors poussée hors de la bague pare-étincelles 31, ce qui libère subitement le passage 32. Le ressort 41 continue de se détendre à mesure de la descente de la tringle 28, le passage 32 reste donc libre.Le soufflage de l'arc de coupure 35 s'effectue alors avec retard, mais ce soufflage est d'autant plus fort que le début du soufflage dépend non seulement directement de la course du manchon de contact 25 mais en plus de la différence de pression instantanée entre la chambre de coupure 13 et la chambre d'expansion 14, c'est-à-dire de l'intensité des arcs 33, 35. Pour le disjoncteur selon la figure 3 l'intérieur de l'enveloppe ll n'est pas seulement divisé par la paroi 12 en chambre de coupure 13 et chambre d'expansion 14, mais en plus par une paroi de séparation supplémentaire 42 en une chambre d'expansion supplémentaire 43. La deuxième pièce de contact 18 passe à travers cette paroi 42 d'une façon étanche et elle est fixée par son extrémité opposée à la chambre de coupure 13 à une prise de courant 44 sortant radialement de l'enveloppe 11. Le corps en matière isolante 22 fixé dans la deuxième pièce de contact 18 est tubulaire et porte une électrode auxiliaire en forme de capuchon 24 à-une distance (a) de l'extrémité libre 23 du deuxième contact 18. L'électrode auxiliaire 24 pénètre un peu dans le passage 45 ménagé dans le corps isolant 22 du contact 18.Ce passage 45 forme, dès que le manchon de contact 25 quitte l'électrode auxiliaire 24, une voie de communication entre la chambre de coupure 13 et la chambre d'expansion supplémentaire 43; Le fonctionnement du disjoncteur selon la figure 3 se distingue de celui de la figure 1 du fait que,dès que le manchon de contact 25 quitte l'électrode auxiliaire 24, l'arc de coupure 35 est soufflé axialement suivant deux directions opposées. Du fait de la présnce du corps isolant tubulaire 22 débouchant en deçà de la paroi de séparation 42 fixe de la chambre 13 dans une chambre d'expansion 43. Mais l'arc n'est poussé dans le contact 18 que sur la longueur de l'électrode auxiliaire 24 dans le passage 45. La présence des deux chambres d'expansion 14 et 43 dont le volume total correspond à environ deux à trois fois celui de la chambre de coupure 13 a pour résultat que, pendant le soufflage, dans ces chambres d'expansion il n'y a pratiquement pas d'augmentation de pression, qui pourrait agir contre la pression dans la chambre de coupure 13. Le disjoncteur selon la figure 4 peut être considéré comme un développement de la figure 3 en comportant, pour l'essentiel, deux différences qui peuvent être réalisées séparément ou ensemble. La paroi de séparation 42 n'est plus fixe dans l'enveloppe 11, mais déplaçable axialement et agit ainsi comme piston de pompe qui peut réduire le volume de la chambre de coupure 13 et augmenter celui de la chambre d'expansion 43. En position d'enclenchement du disjoncteur, la paroi de séparation 42 est plaquée contre un doigt de butée 46 fixé sur le boîtier du manchon 26. Dans la position de déclenchement elle est représentée en tirets contre un anneau de butée 47 fixé sur l'enveloppe. La paroi déplaçable 42 peut être poussée vers le bas par un ressort non représenté. Comme pour le disjoncteur selon la figure 2, le disjoncteur selon la figure 4 comporte une soupape qui retarde l'ouverture du passage 32 et le libère pendant la durée de l'arc de coupure 35. La tige 39 est fixée sur le bras 36. La pièce de fermeture 40 repose sur la tige 39 et peut être déplacée le long de celle-ci contre l'effet d'un ressort 41. Elle agit à l'extrémité opposée à la bague pare-étincelles de la pièce de contact 15. Comme pour la figure 2 la poussée décisive de l'arc de coupure 35 dans le premier contact 15 n'a lieu qu'une fois que cet arc 35 a déjà brûlé pendant une courte durée et que le gaz d'extinction dans la chambre de coupure est chauffé en conséquence. Dans une autre forme d'exécution, non représentée, la pièce de fermeture 40 a la forme d'un tube muni de passages transversaux, coulissant dans le premier contact 15. Dans ce cas le contact de fermeture tubulaire est fermé à son extrémité inférieure, fixée sur le bras 36, et ses passages transversaux sont disposés de telle manière qu'ils sortent du contact 15 à environ la moitié de la course de coupure et libèrent ainsi le flux de gaz à travers le contact 15 vers la chambre d'expansion 14. Il est évident que l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits et représentés et qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple ; en particulier, on peut, sans sortir du cadre de l'invention, modifier certaines dispositions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents, ou encore remplacer certains éléments par d'autres susceptibles d'assurer la meme fonction technique ou une fonction technique équivalente. REVENDICATIONS 1/ Disjoncteur à gaz comprimé ayant une enveloppe (11) contenant un gaz extincteur et séparé. par une cloison (12) en une chambre de coupure (13) et une chambre d'expansion (14) et comprenant un premier contact tubulaire (15) assurant la communication entre la chambre de coupure et la chambre d'expansion, un deuxième contact (18) fixe, disposé dans l'alignement du premier contact et une électrode auxiliaire (24) isolée électriquement du deuxième contact, ladite électrode étant disposée de telle manière que lors de la coupure un premier arc auxiliaire (33), chauffant ledit gaz extincteur dans la chambre de coupure, s'établit d'abord entre le deuxième contact et l'électrode auxiliaire, puis un deuxième arc de coupure (35), soufflé par le gaz extincteur passant par le premier contact dans la chambre d'expansion, s'établit entre l'électrode auxiliaire et le premier contact, caractérisé par le fait qu'il comporte, pour établir la connexion électrique entre les deux, un manchon de contact (25) entourant le premier contact (15) fixe, déplaçable le long de celui-ci au moyen d'une commande et que l'électrode auxiliaire (24) se trouve à une distance axiale de l'extrémité libre (23) du deuxième contact (18). 2/ Disjoncteur à gaz comprimé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'électrode auxiliaire (24) a le même diamètre extérieur que le premier contact (15). 3/ Disjoncteur à gaz comprimé suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le deuxième contact (18) a le meme diamètre que le premier (15). 4/ Disjoncteur à gaz comprimé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que sur le premier contact (15) se trouve un siège de soupape agissant avec une pièce de fermeture (40) qui est attaché au manchon. de contact (25) et formé de telle manière que ladite pièce de fermeture est soulevée du siège de soupape pendant la course de coupure du manchon de contact (25). 5/ Disjoncteur à gaz comprimé suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que la pièce de fermeture (40) est accouplée au manchon de contact (25) par un raccord d'entraînement à ressorts (36, 39, 41). 6/ Disjoncteur à gaz comprimé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le deuxième contact (18) est tubulaire et revetu d'un tube isolant (22) et assure la communication entre la chambre de coupure (13) et une chambre d'expansion supplémentaire (43). 7/ Disjoncteur à gaz comprimé suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que la chambre d'expansion supplémentaire (43) se trouve dans l'enveloppe (11) et est séparéede la chambre de coupure (13) par une cloison (42) que traverse la deuxième pièce de contact (18). 8/ Disjoncteur à gaz comprimé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la cloison (42) est un piston, déplaçable dans l'envelop- pe (11) et le long du deuxième contact (18),et qu'en position d'enclenchement du disjoncteur, ledit piston est plaqué contre le manchon de contact (25) et suit le mouvement du manchon de contact pendant la course de coupure en réduisant le volume de la chambre de coupure (13) et en agrandissant le volume de la chambre d'expansion supplémentaire (43), ladite cloison 42 étant plaquée contre une butée fixe (47) en position de déclenchement du disjoncteur. 9/ Disjoncteur à gaz comprimé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le siège de soupape se trouve sur unie bague pare-étincelles (31) fixée à l'extrémité du premier contact (15) dans la chambre de coupure (13). 10/ Disjoncteur à gaz comprimé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le siège de soupape se trouve à l'extrémité de la première chambre d'expansion (14). 11/ Disjoncteur à gaz comprimé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que le deuxième contact (18) forme à son extrémité (23) adjacente à l'électrode auxiliaire (24) des moyens (20) pour créer un champ magnétique (21) provoquant la rotation du premier arc (33) en vue de sa coupure.