Brevet FR2461953A1 — publié le 19810206

L'invention est relative à un capteur optique de dé- placement d'un organe mobile de disjoncteur électrique haute ten- sion à enveloppe étanche remplie de gaz isolant à rigidité diélec- trique élevée, comportant: - un système de lecture par exploration optique coopérant avec le- dit organe mobile, - un câble de transmission à fibres optiques connecté entre ledit système de lecture et un élément photosensible intégré dans un dis- positif de mesure et de traitement disposé à l'extérieur de l'en- veloppe. Selon un dispositif connu du genre mentionné, le sys- susceptibles tème de lecture optique comporte des éléments photosensibles/de re- pérer la position d'une broche mobile d'un sectionneur de poste blindé isolé au SF6, notamment en fin de course de fermeture et d'ouverture. Ce système ne permet néanmoins pas de contrôler le dé- placement de la broche entre les deux positions fin de course. Pour certains appareils de coupure à haute performance, notamment des disjoncteurs haute tension à coupure rapide, le con- trôle de la vitesse de déplacement du contact mobile durant la course d'ouverture peut s'avérer intéressant pour donner des infor- mations sur l'état du disjoncteur. Le but de l'invention consiste à réaliser un capteur op- tique fiable de construction simple susceptible de mesurer la vi- tesse de déplacement et le repérage d'un contact mobile sous ten- sion, indépendamment de certains phénomènes perturbateurs, notam- ment les parasites lumineux, les vibrations de la chambre de cou- pure, les dépôts de poussière, les produits de décomposition du SF6, le champ électrique. Le capteur est caractérisé par le fait que ledit sys- tème de lecture optique est agencé à l'intérieur de l'enveloppe sur un support rigide disposé en regard d'une pluralité de dents ou de bossages échelonnés le long dudit organe mobile dans la di- rection axiale de déplacement, tel que le défilement des dents de- vant le système de lecture détermine la vitesse de déplacement de l'organe mobile dont l'affichage par ledit dispositif de mesure permet de tester l'état du disjoncteur sous tension nominale. Le dispositif de mesure et de traitement comporte avan- tageusement un microprocesseur susceptible de détecter certaines anomalies dans le mécanisme de commande du disjoncteur lorsque la vitesse affichée est inférieure à un seuil prédéterminé nécessaire pour que la coupure s'effectue dans de bonnes conditions. Selon une caractéristique de l'invention, la succession desdites dents forme une crémaillère à coloration alternée, chaque dent présentant une partie saillante de couleur claire, séparée de la dent adjacente par un fond recouvert par une couche de peinture sombre. Selon une autre caractéristique de l'invention, les dents d'extrémités de ladite crémaillère coopèrent avec le système de lecture optique pour indiquer la venue de l'organe mobile dans l'une des positions fin de course de fermeture ou d'ouverture du disjoncteur, et que la détermination de la vitesse dudit organe dépend du défilement des dents intercalaires disposées entre les dents d'extrémités. Selon un développement de l'invention, ledit câble de transmission comporte des fibres optiques émettrices alimentées en lumière par une source lumineuse extérieure, et des fibres récep- trices raccordées audit élément photosensible du dispositif de me- sure, lesdites fibres réceptrices étant disposées concentriquement autour desdites fibres émettrices en formant une âme protégée par une gaine souple en polyéthylène percée d'une pluralité de trous pour le passage dudit gaz isolant contenu dans l'enveloppe. Les fibres optiques du câble de transmission sont réalisées en un ma- tériau plastique à base de métacrylate de méthyle entouré d'un re- vêtement de polymère fluoré. 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 représenté aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue partielle en coupe axiale d'un disjoncteur à autosoufflage équipé d'un capteur optique selon l'invention; la figure 2 est une vue partielle de la crémaillère agencée sur le cylindre d'autosoufflage; la figure 3 montre une coupe selon la ligne IIIIII de la figure 1; la figure 4 représente une tête de lecture vue selon la ligne IV-IV de la figure 1. En référence à la figure 1, un disjoncteur blindé haute tension à coupure rapide comporte une enveloppe 10 étanche dont le compartiment 12 interne est rempli d'un gaz isolant à rigidité di- électrique élevée, notamment de l'hexafluorure de soufre sous pression. Le disjoncteur est doté d'un dispositif à autosoufflage à piston cylindre susceptible d'engendrer un écoulement de gaz de soufflage chassé vers l'intervalle de coupure pour l'extinction de l'arc tiré entre les contacts en position séparée. Selon l'invention, le disjoncteur est équipé d'un cap- teur optique 14 agencé à l'intérieur du compartiment 12 pour dé- terminer la vitesse et le repérage du contact mobile 16 déplaçable selon la direction de l'axe XX' entre les positions extrêmes d'ou- verture (traits pleins) et de fermeture (traits en pointillé). Le capteur 14 comporte un système de lecture 17 par exploration op- tique d'une pluralité de dents 18 ou bossages échelonnés dans la direction de l'axe XX' en formant une crémaillère 20 agencée sur la surface latérale du cylindre 22 mobile de soufflage, solidaire mécaniquement du contact mobile 16. Le système de lecture 17 est porté par un support 24 rigide insensible aux vibrations laté- rales de la chambre de coupure, et s'étendant le long de la cré- maillère 20 à l'extérieur du cylindre 22. Le support 24 fixe est muni d'orifices 26 de logement du système 17 comprenant trois têtes de lecture 28, 30, 32, superposées décalées axialement les unes des autres et disposées en regard des dents 18 de la cré- maillère 20. L'extrémité opposée de chaque. tête de lecture 28, 30, 32 est connectée à un dispositif de mesure et de traitement 33 ex- térieur par l'intermédiaire d'un câble de transmission 34 à fibres optiques" traversant le couvercle 36 de l'enveloppe 10 au moyen d'un bouchon 38 d'étanchéité. Les trois têtes 28, 30, 32 et leurs câbles 34 de transmission optique étant identiques, seule la tête centrale 30 sera décrite en détail par la suite. Les fibres émet- trices et réceptrices sont séparées dans le bouchon 38. Chaque câble de transmission 34 comprend une âme 39 do- tée de fibres émettrices 40 alimentées en lumière par une source lumineuse 42 extérieure, notamment une lampe ou un organe opto- électronique à diode, et de fibres réceptrices 44 raccordées à un élément photoélectrique (non représenté) intégré dans le disposi- tif de traitement 33. La disposition concentrique des fibres ré- ceptrices 44 autour des fibres émettrices 40 au niveau de la tête de lecture 30 (fig. 4) permet d'augmenter la précision du capteur 14. Le câble 34 est souple et présente une forme courbe de lon- gueur voisine du double de la distance séparant l'enveloppe 10 de la tête de lecture 30, de manière à ne pas s'étendre parallèlement aux lignes du champ électrique. Les fibres optiques 40, 44 de l'âme 39 présentent un diamètre de 250 microns et sont réalisées en un matériau plastique à base de métacrylate de méthyle entouré d'un polymère fluoré. L'âme 39 est protégée par une gaine 46 tubulaire en polyéthylène percée d'une pluralité de trous (non représentés) permettant l'im- prégnation du gaz SF6 entre la gaine 46 et les fibres 40, 44 de l'âme 39. Ces trous sont percés au voisinage du bouchon 38 o le champ électrique est le plus faible. Le support 24 rigide du système de lecture 17 a une section transversale en forme de croissant (fig. 3) à bords arron- dis épousant la surface latérale du cylindre 22 d'autosoufflage de manière à projeter son ombre sur les têtes de lecture 28, 30, 32, rendant le capteur insensible aux parasites lumineux, notamment à la lumière d'arc. Une couronne de poils 47, fixés sur le support 24, entoure les têtes 28, 30 et 32 et affleure la surface des dents 18. Ces poils 47 opaques protègent les têtes de lecture de la lu- mière d'arc et des dépôts de poussière. La crémaillère 20 du cylindre 22 d'autosoufflage com- porte une succession de dents 18 trapézoïdales de coloration al- ternée tel que chaque dent 18 présente une arête 48 saillante brillante séparée de l'arête adjacente par un fond 50 recouvert par une couche de peinture noire ou un revêtement obtenu par ano- disation. L'intervalle radial entre le fond 50 et l'arête 48 des dents 18 est suffisamment grand pour rendre le capteur 14 insen- sible aux dépôts de poussière sur la crémaillère 20. Les dents d'extrémité supérieure 52 et inférieure 54 de la crémaillère 20 font saillie des dents 18 intercalaires et coopèrent respective- ment avec les têtes de lecture 28, 32 pour indiquer les positions de fin de course d'ouverture et de fermeture de l'équipage mobile du disjoncteur. Ces têtes de lecture 28, 32 fin de course sont agencées dans un même plan parallèle à l'axe XX' et en retrait ra- dial de la tête de lecture centrale 30, destinée à la mesure de la vitesse du cylindre 22. L'interstice radial entre les dents 18 in- tercalaires de la crémaillère 20 et la tête de lecture 30 centrale est inférieur à celui ménagé par les dents 18 lors de leur passage devant les têtes de lecture d'extrémités 28, 32 durant le déplace- ment de l'équipage mobile entre les positions extrêmes de ferme- ture et d'ouverture. 246 1953 Le fonctionnement du capteur optique 14 de vitesse et de repérage du contact mobile 16 selon l'invention est le suivant Lors de l'ouverture du disjoncteur, le défilement des dents 18 intercalaires de la crémaillère 20 devant la tête de lec- ture 30 centrale est détecté par les fibres réceptrices 44 correspondantes connectées à un élément photoélectrique extérieur qui élabore des impulsions de fréquences proportionnelles à la vitesse de déplacement du cylindre 22 d'autosoufflage et du contact mobile 16 sous tension. Le dispositif de traitement 33 comporte avanta- geusement un microprocesseur dont l'entrée est raccordée aux élé- ments photoélectriques et dont la sortie délivre un signal à un système d'affichage numérique. L'indication de la vitesse permet de tester l'état du disjoncteur sous tension nominale et de déce- ler certaines anomalies dans le dispositif de déplacement de l'équipage mobile, notamment le vérin hydraulique de commande ou le ressort de déclenchement, susceptiblesde limiter les perfor- mances de coupure du disjoncteur. Les têtes de lecture 28, 32 fin de course sont insensi- bles au défilement des dents 18 intercalaires de la crémaillère 20, et détectent uniquement le passage des dents d'extrémités 52 et 54 pour signaler dans le dispositif 33 le repérage du contact mobile respectivement en position fin de course d'ouverture et de fermeture. L'invention n'est bien entendu nullement limitée au mode de mise en oeuvre plus particulièrement décrit et représenté aux dessins annexés, mais elle s'étend bien au contraire à toute va- riante restant dans le cadre des équivalences électrotechniques, notamment celle dans laquelle la crémaillère 20 serait agencée sur un autre organe de l'équipage mobile différent du cylindre 22 d'autosoufflage ou celle dans laquelle une seule tête de lecture optique, par exemple 30, serait utilisée pour indiquer à la fois la vitesse et le repérage du contact mobile 16. Les dents interca- laires 18 de la crémaillère 20 et les dents d'extrémités 52, 54 présentent alors des formes ou des dimensions différentes permet- tant l'identification des données par le dispositif de traitement 33. REVENDICATIONS 1. Capteur optique de déplacement d'un organe mobile de disjoncteur électrique haute tension à enveloppe étanche remplie de gaz isolant à rigidité diélectrique élevée, comportant: - un système de lecture par exploration optique coopérant avec le- dit organe mobile, - un câble de transmission à fibres optiques connecté entre ledit système de lecture et un élément photosensible intégré dans un dispositif de mesure et de traitement disposé à l'extérieur de l'enveloppe, caractérisé par le fait que ledit système de lecture optique est agencé à l'intérieur de l'enveloppe sur un support ri- gide disposé en regard d'une pluralité de dents ou de bossages échelonnés le long dudit organe mobile dans la direction axiale de déplacement, tel que le défilement des dents devant le système de lecture détermine la vitesse de déplacement de l'organe mobile dont l'affichage par ledit dispositif de mesure permet de tester l'état du disjoncteur sous tension nominale. 2. Capteur optique de vitesse et de repérage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la succession des- dites dents forme une crémaillère à coloration alternée, chaque dent présentant une partie saillante de couleur claire, séparée de la dent adjacente par un fond recouvert par un revêtement de couleur sombre. 3. Capteur optique de vitesse et de repérage selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les dents d'extrémi- tés de ladite crémaillère coopèrent avec le système de lecture op- tique pour indiquer la venue de l'organe mobile dans l'une des po- sitions fin de course de fermeture ou d'ouverture du disjoncteur, et que la détermination de la vitesse dudit organe dépend du dé- filement des dents intercalaires disposées entre les dents d'ex- trémités. 4. Capteur optique de vitesse et de repérage selon la revendication 3, pour disjoncteur à autosoufflage, caractérisé par le fait que les dents de ladite crémaillère sont réparties sur la surface latérale de l'organe mobile, et que les dents d'extrémi- tés sont décalées radialement des dents intercalaires par une dis- tance prédéterminée. 5. Capteur optique selon la revendication 4, caracté- risé par le fait que ledit organe mobile est formé par le contact mobile du disjoncteur. 6. Capteur optique selon la revendication 4, pour dis- joncteur comprenant un dispositif d'autosoufflage à piston - cylin- dre de compression du gaz isolant susceptible d'envoyer un écoule- ment de gaz de soufflage vers l'intervalle de coupure, caractérisé par le fait que ledit organe mobile est formé par l'élément mobile du dispositif d'autosoufflage, notamment le piston ou le cylindre, solidaire du contact mobile. 7. Capteur optique selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé par le fait que ledit système de lecture comporte une première tête de mesure de la vitesse coopérant avec les dents intercalaires de la crémaillère, et deux autres têtes coopérant avec les dents d'extrémités pour le repérage des positions fin de course fermeture et ouverture de l'organe mobile. 8. Capteur optique selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel ledit câble de transmission comporte des fibres op- tiques émettrices alimentées en lumière par une source lumineuse extérieure, et des fibres réceptrices raccordées audit élément photosensible du dispositif de mesure, caractérisé par le fait que lesdites fibres réceptrices sont disposées concentriquement autour desdites fibres émettrices en formant une âme protégée par une gaine souple en polyéthylène percée d'une pluralité de trous pour le passage dudit gaz isolant contenu dans l'enveloppe. 9. Capteur optique selon l'une des revendications 1 à 8, pour disjoncteur à isolement au SF6, caractérisé par le fait que les fibres optiques du câble de transmission sont réalisées en un matériau plastique à base de métacrylate de méthyle entouré d'un revêtement du polymère fluoré. 10. Capteur optique selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé par le fait que ledit support du système de lecture est conformé pour projeter son ombre sur ledit système entouré de deux écrans à poils, rendant le capteur insen- sible aux poussières et aux parasites lumineux à l'intérieur de l'enveloppe, notamment à la lumière d'arc.