Brevet FR2519470A1 — publié le 19830708

Disjoncteur à gaz comprimé La présente invention est relative à un disjoncteur dans lequel l'arc formé entre les contacts d'arc au moment de la coupure est coupé par l'action combinée d'un soufflage thermique par le gaz interne au disjoncteur porté à haute température et forte pression par l'arc lui- même et par soufflage mécanique d'un gaz comprimé pendant l'ouverture des contacts du disjoncteur et brusquement libéré. On connatt de tels disjoncteurs qui permettent la coupure de cou- rants d'intensités diverses: l'action du soufflage mécanique sera suf- fisante pour les courants de faible amplitude; l'action du soufflage thermique intervient avec d'autant plus d'importance que les courants à couper ont une amplitude plus grande. Un but de la présente invention est de réaliser un disjoncteur à soufflage par effet thermique et par effet mécanique, dans lequelle l'énergie nécessaire au soufflage mécanique soit minimale pour un résul- tat aussi efficace que possible. Un autre but de l'invention est de réaliser un disjoncteur dans lequel la chaleur engendrée par l'arc soit diffusée très rapidement dans le gaz pour éviter les points chauds, tout en -conservant un volume de gaz faible pour permettre la création d'une pression élevée. L'invention a pour objet un disjoncteur à gaz comprimé muni, d'une part d'un dispositif de soufflage comprenant un piston, un cylindre et un orifice de soufflage pour envoyer un jet de gaz comprimé sur la zone o se forme, à la séparation des contacts d'arc un arc électrique, d'autre part d'un volume contenant un gaz susceptible de s'échauffer par l'ac- tion de l'arc, ledit volume comportant une ouverture pour permettre au gaz bhaud de s'échapper, caractérisé en ce que ledit orifice de soufflage et ladite ouverture sont disposés côte à côte et très proche l'une de l'autre. De préférence ladite ouverture et ledit orifice du soufflage sont annulaires. Dans un premier mode de réalisation le disjoncteur est caractérisé en ce que ledit orifice de soufflage est disposé à une extrémité d'un volume annulaire délimite par une buse de soufflage de révolution et un déflecteur de révolution ledit volume étant délimité par ledit déflec- 2 - teur et un premier contact d'arc, l'ouverture dudit volume étant située à côté dudit orifice de soufflage, l'ouverture dudit volume et ledit ori- fice de soufflage étant obturés par un second contact d'arc lorsque le disjoncteur est fermé, cette ouverture et cet orifice étant successive- ment libérés par le déplacement relatif des contacts d'arc. Avantageusement le premier contact d'arc est une couronne de doigts disposés en nombre incomplet selon une couronne de manière à laisser des passages entre certains doigts ou groupe de doigts, le second contact d'arc étant tubulaire. En variante le premier contact d'arc est une couronne de doigts portés par des porte-contacts munis d'orifices le second contact d'arc étant tubulaire. 1 Dans un autre mode de réalisation l'orifice de soufflage est dis- posé à une extrémité d'un volume annulaire délimité par un premier contact d'arc de révolution et un déflecteur de révolution, ledit volume étant délimité par ledit déflecteur et une buse isolante de révolution, ladite ouverture dudit volume et ledit orifice étant disposés côte à côte et obturés par un second contact d'arc de révolution lorsque le disjonc- teur est fermé cette ouverture et cet orifice étant successivement libérés par le déplacement relatif des contacts d'arc. L'invention sera bien comprise par la description donnée ci-après de plusieurs modes de réalisation de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel La figure 1 est une demi-coupe partielle du disjoncteur selon un pre- mier mode de réalisation. La figure 1 A est un schéma montrant la disposition des doigts de contact mobile d'arc. La figure 2 est une demi-coupe partielle du disjoncteur selon une première variante de réalisation. La figure 3 est une demi-coupe partielle du disjoncteur selon une seconde variante de réalisation. La figure 4 est une demi-coupe partielle du disjoncteur selon une troisième variante de réalisation. La figure 5 est une demi-coupe partielle du disjoncteur selon une quatrième variante de réalisation. 3 - La figure 1 est une vue partielle en demi-coupe axiale du disjonc- teur, en cours d'ouverture, montrant les contacts fixes et une partie de l'équipage mobile. L'ensemble doit être regardé comme une révolution autour de l'axe XX. La référence 1 désigne un contact principal fixe, fait de doigts de contact; la référence 2 désigne un contact d'arc fixe, qui est tubu- laire. L'équipage mobile comprend; un contact mobile principal tubu- laire 3 auquel est fixé un contact mobile d'arc fait de doigts 7. Lé disjoncteur est représenté en cours d'ouverture dans-la figu- re 1 Lorsque le disjoncteur est fermé, les contacts 1 et 2 coopérent avec les contacts 3 et 7 respectivement et viennent occuper les posi- tions représentées en tiretés et référencées 1 ' et 2 '. Le contact 3 porte une buse 4 isolante de révolution, à l'inté- rieur de laquelle se trouvent un déflecteur 5, qui peut être en matériau isolant ou conducteur. Ce déflecteur 5 définit avec la buse 4 un passage à section en forme de couronne. Ce passage communique, par des ouvertures 6 pratiquées dans le contact 3, avec l'intérieur d'un volume 13 de section en couronne, défini par le prolongement 3 A du contact mobile tubulaire 3, un cylindre 11 coaxial au contact mobile, et un piston 12 dont la tige, 12 A, est fixe. La position 12 ' du piston 12 lorsque le disjoncteur est fermé est repré- sentée en traits tiretés. Le contact mobile comporte en outre une portion tubulaire 8, située du côté de l'axe par rapport aux doigts 7, et coaxial à ces doigts. Elle s'étend au delà des doigts de contact 7 Le contact fixe 2 est engagé entre les doigts et ladite portion tubulaire lorsque le disjonc- teur est fermé Les doigts 7 sont disposés en couronne, mais de manière irrégulière (voie figure 1 A) de façon à ménager entre deux doigts ou groupes de doigts des passages 7 A dont le rôle sera expliqué plus loin. Le volume à section annulaire compris entre le déflecteur 5 et les doigts 7 est référencée 9; le volume annulaire compris entre les doigts 4- et la portion cylindrique 8 est référencée 9 A. Les extrémités du déflecteur 5 et de la portion tubulaire 8 défi- nissent un passage annulaire 1 OA. Le volume 14 défini par le déflecteur et la buse est également ouvert selon un anneau 1 OB, disposé au voisinage immédiat du passa- ge 10 A. Le contact 2 et la portion tubulaire 8 définissent respectivement des tuyères 15 et 16 d'échappement des gaz de soufflage. Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant: Quand le disjoncteur est fermé la position relative des éléments est montrée par les parties fixes représentées en tiretés, 1 ', 2 ', 12 ' et la partie mobile représentée en traits pleins. Lors de la coupure, le déplacement relatif de la partie mobile entratne la compression du gaz dans un volume 13 situé à gauche du piston 12 et le volume 14 entre buse et déflecteur 5; le gaz ne peut s'échapper le contact d'arc 2 obture la sortie du volume 14 A la sépara- tion des contacts d'arc 2 et 7, un arc jaillit entre eux, qui sera commuté entre le contact d'arc fixe 2 et la portion tubulaire 8; quand le contact 2 dégage la sortie du volume 14, le gaz accumulé dans ce volume s'échappe par les tuyères 15 et 16, soufflant l'arc Si le courant est de faible amplitude ce soufflage suffit pour l'éteindre au premier passage par zéro Si par contre le courant est d'amplitude élevée, et tant que les volumes 14 et 9 restent obturés par le contact 2, puis par la pression exercée par l'arc lui-même>l'arc entre les contacts 2 et 7, puis entre le contact 2 et la portion tubulaire 8, est intense; il chauffe très rapidement le gaz contenus dans le volume 9 Les gaz chauds poussent des gaz moins chauds situés au fond du volume 9 et s'échappent par les tuyères 15 et 16 lorsque le contact d'arc 2 et la portion tubu- laire 8 sont séparés La pression qui règne à la sortie du volume 14 est importante mais s'applique à une section faible, de telle sorte qu'elle nientralqe pas de ralentissement important de l'équipage mobile. La présence des ouvertures 7 A permet une intense circulation du gaz Ce brassage de gaz permet un meilleur refroidissement de l'arc et permet en outre d'éviter les points trop chauds qui gêneraient la régéné- ration du milieu isolant. - La figure 2 représente une variante de réalisation dans laquelle les éléments communs aux figures 1 et 2 ont reçu les mêmes numéros de référence. Dans cette réalisation, la couronne de doigts de contact d'arc mobile 7 est complète, mais le support 20 de ces doigts présente à sa base des passages 21 pour les gaz de soufflage Ceci est utile lorsque le nombre de doigts 7 ne permet pas un passage suffisant entre les groupes de doigts comme dans le cas de la figure 1. La figure 3 représente une autre variante de réalisation, dans laquelle les éléments communs aux figures 1 et 3 ont reçu les mêmes numéros de référence. La portion tubulaire 8 a été supprimée Le porte-doigts 20 ne comportent pas d'orifices, mais le nombre des doigts est incomplet. Les gaz s'échappent du volume 9 dès que les doigts 7 ont quitté le contact 2. Le passage offert aux gaz s'accroit en fonction de l'allongement de l'arc, ce qui rend le soufflage plus régulier. La figure 4 représente une autre variante de réalisation Les élé- ments communs aux figures 1 et 4 ont reçus les mêmes numéros de réfé- rence. Le r 8 le des volumes 9 et 14 de la figure 1 a été ici inversé. C'est ici le volume 9 B compris entre la buse 4 et le déflecteur 5 qui engendre le soufflage thermique; c'est le volume 14 B entre lé déflecteur et les doigts qui est cette fois en liaison avec le volume variable 13. Enfin, le déflecteur 5 est partiellement métallique et présente des ailettes isolantes 22 pour faciliter le brassage du gaz. Dans la figure 5, l'équipage mobile comprend les pièces 1 et 2 respectivement contact principal et contact d'arc, la buse isolante 4 et le déflecteur isolant 5; les doigts de contact d'arc et 8 sont fixes. Un cylindre 52 entoure le contact fixe; il est poussé contre l'action du ressort 53 par l'entraîneur 51; un déflecteur central isolant 50 obture partiellement le passage du c 8 té inférieur Le soufflage de gaz lors de l'ouverture est obtenu par débandage du ressort 53 qui comprime le gaz contenu en 13 entre le cylindre 52 et le fond 12 dudit cylindre Ce mode 6- de réalisation permet de réduire l'énergie de manoeuvre à l'ouverture. Le diajoncteur selon les divers modes de rélisations décrits, per- met un soufflage efficace de l'arc, quel que soit l'intensité du courant à couper; en raison de la proximité de la zone de soufflage da à l'effet thermique et de la zone de soufflage dû au gaz mécaniquement envoyé sur l'arc par le piston (soufflage pneumatique). Lorsque le courant à couper est faible le soufflage pneumnatique intervient quand la distance entre contacts d'arc est optimale et la pression la plus forte. Lorsque le courant à couper est élevé, la mise en pression du gaz due à l'arc qui échauffe ce gaz dans le volume 9, est immédiate. Le soufflage pneumatique n'est utilisé en pratique que pour les petite courants; la faible section de soufflage (par rapport à un dis- joncteur entièrement pneumatique) est telle que l'énergie pour le souf- flage est faible' et que la contre-pression, dans le cas de coupure de grands courants, ne freine pas, de manière appréciable, l'équipage mobi- le. Le déflecteur et la disposition des doigts d'arc sont tels qu'il se produit un brassage énergique entre gaz chauds et gaz moins chauds, ce qui refroidit plus efficacement l'arc, tout en gardant un volume 9 assez faible; en ef fet plus le volume 9 est faible, plus élevée sera la pression instantanée, mais si l'on désire un soufflage de durée suffi- sante pour éteindre l'arc, le volume ne doit pas être trop faible De plus, il est intéressant que la diffusion de la chaleur s'opère le plus vite possible pour éviter des points chauds qui généraient la régéné- ration du milieu isolant (hexafluorure de soufre) le déflecteur 5 est isolant, mais il peut aussi être métallique de façon à jouer le r 8 le de répartition plus égal du champs électrique (Fig i à 3); mais dans ce cas il est en matériau mauvais conducteur par exemple acier inoxydable; car s'il était très bon conduc- teur, l'arc prendrait place entre le contact 2 et le déflecteur 5 lui- m&me, 'et l'échauffement du volume 9 serait inefficace; il est indispen- sable en effet que l'arc reste entre le contact 2 et la partie tubulai- re 8 prenant éventuellement appui sur le déflecteur. -7- REVENDICATIONS 1/ Disjoncteur à gaz comprimé muni, d'une part d'un dispositif de souf- flage comprenant un piston ( 12), un cylindre ( 3 A) et un orifice de souf- flage ( 10 B) pour envoyer un jet de gaz comprimé sur la zone o se forme, à la séparation des contacts d'arc ( 2, 7), un arc électrique, d'autre part d'un volume ( 9) contenant un gaz susceptible de s'échauffer par l'action de l'arc, ledit volume comportant une ouverture ( 10 A) pour per- mettre au gaz chaud de s'échapper, caractérisé en ce que ledit orifice de soufflage ( 10 B) et ladite ouverture ( 10 A) sont disposés côte à côte et très proche l'une de l'autre. 2/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite ouverture ( 10 A) et ledit orifice de soufflage ( 10 B) sont annulaires. 3/ Disjoncteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit orifice de soufflage ( 10 B) est disposé à une extrémité d'un volume annu- laire ( 14) délimité par une buse ( 4) de soufflage de révolution et un déflecteur ( 5) de révolution, ledit volume ( 9) étant délimité par ledit déflecteur ( 5) et un premier contact d'arc ( 7), l'ouverture ( 10 A) dudit volume étant située à côté dudit orifice ( 10 B) de soufflage, l'ouver- ture ( 10 A) dudit volume et ledit orifice ( 10 B) de soufflage étant obtu- rés par un second contact d'arc ( 2) lorsque le disjoncteur est fermé, cette ouverture ( 10 A)-et cet orifice ( 10 B) étant successivement libérés par le déplacement relatif des contacts d'arc ( 7, 2). 4/ Disjoncteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le pre- mier contact d'arc ( 7) est une couronne de doigts disposés en nombre incomplet selon une couronne de manière à laisser des passages ( 7 A) entre certains doigts ou groupe de doigts, le second contact d'arc ( 2) étant tubulaire. / Disjoncteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le pre- mier contact d'arc ( 7) est une couronne de doigts portés par des porte- contacts ( 20) munis d'orifices ( 21) le second contact d'arc ( 2) étant tubulaire - 6/ Disjoncteur selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'une portion tubulaire ( 8) de diamètre intérieur au second contact d'arc ( 2) est disposé coaxialement au premier contact d'arc ( 7) de manière à définir avec lui un volume annulaire ( 9 A) qui s'étend jusqu'au niveau de l'ouverture ( 10 A) de soufflage. 251947 O _ 8- 7/ Disjoncteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ori- fice ( 10 B) de soufflage est disposé à une extrémité d'un volume annu- laire ( 14 B) délimité par un premier contact d'arc ( 7) de révolution et un déflecteur de révolution ( 5), ledit volume ( 9 B) étant délimité par ledit déflecteur ( 5) et une buse ( 4) isolante de révolution, ladite ouverture ( 10 A) dudit volume et ledit orifice ( 10 B) étant disposés côte à côte et obturés par un second contact d'arc ( 2) de révolution lorsque le disjoncteur est fermé cette ouverture et cet orifice étant successi- vement libérés par le déplacement relatif des contacts d'arc ( 7, 2). 8/ Disjoncteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le déflecteur est partiellement métallique et comporte des ailettes ( 22) en matériau isolant. 9/ Disjoncteur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un volume de soufflage ( 13) est comprimé par un ressort.