Brevet FR2535518A1 — publié le 19840504

Chambre de coupure pour disjoncteur à gaz La présente invention est relative à une chambre de coupure pour disjoncteur à gaz sous pression à grand pouvoir de coupure et ne nécessi- tant pas une grande énergie de manoeuvre à la coupure On connaît des disjoncteurs répondant à ces exigences: ce sont les disjoncteurs à auto-compression thermique de gaz dans lesquels le gaz est de l'hexa- fluorure de soufre. L'énergie nécessaire à la coupure des courants de grande intensité est fournie par l'arc qui produit une forte élévation de la température du gaz entraînant une forte augmentation de pression L'énergie ainsi accumulée est utilisée pour faciliter le soufflage de l'arc. Lorsque l'intensité du courant à couper est faible, l'énergie développée par l'arc l'est également et devient insuffisante pour la coupure du disjoncteur On est obligé d'adjoindre un dispositif auxi- hlaire à auto-compression mécanique qui agit dans la phase finale de la coupure. Un but de la présente invention est de réaliser une chambre de coupure permettant la coupure des courants de toutes intensités avec une faible dépense d'énergie. L'invention a pour objet une chambre de coupure pour disjoncteur à gaz comprenant une enveloppe cylindrique isolante dans laquelle sont disposés de manière coaxiale un contact d'arc fixe, un contact principal fixe et un contact mobile traversant un fond de l'enveloppe, caracté- risée en ce que le contact mobile est tubulaire et, en position de fermeture du disjoncteur, est pénétré par le contact d'arc fixe sur une longueur donnée, les diamètres du contact d'arc fixe et du contact mobile étant choisis pour exclure toute liaison galvanique en position de fer- meture, l'enveloppe étant partagée par une cloison isolante transversale munie d'un orifice central pour le passage du contact mobile, en deux parties, une première partie contenant les contacts fixes, et une seconde partie divisée en deux zones adjacentes de section différente, la zone de plus petite section étant du côté dudit passage et constituant un cylindre pour un piston formé par une couronne annulaire solidaire du contact mobile de diamètre extérieur voisin de celle de ladite plus petite section, la course du piston s'étendant dudit passage à l'extré- 2 - mité de la seconde partie, la longueur de la zone de plus petite section étant sensiblement égale à la longueur de pénétration, en position de fermeture du disjoncteur, du contact mobile par le contact d'arc fixe. L'invention sera bien comprise par la description ci-après de divers modes de réalisation de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel: la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'une chambre de coupure selon un premier mode de réalisation, les figures 2, 3 et 4 sont des coupes axiales schématiques selon des variantes de réalisation, la figure 5 est une vue en coupe axiale d'une chambre de coupure selon une réalisation industrielle. La figure 1 est une vue en coupe axiale schématique d'une chambre de coupure selon un premier mode de réalisation; la demi-coupe gauche représente le disjoncteur en position de fermeture tandis que la demi- coupe droite le représente ouvert La chambre de la figure 1 est logée dans une enceinte non représentée remplie de gaz isolant, comme l'hexa- fluorure de soufre SF 6, sous une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique. Dans la figure 1, la référence 1 désigne une enveloppe cylindrique isolante fermée à ses extrémités par des fonds 2 et 3 servant de prises de courant. Le fond 2 porte un jeu de contacts fixes: un contact fixe prin- cipal formé d'une couronne de doigts 4 et un contact d'arc fixe pare- étincelles constitué d'un tube métallique 5 dont l'extrémité 5 A est en matériau conducteur réfractaire (tel que le-Wolfram), pour mieux résis- ter à l'usure due à l'arc électrique. La chambre comprend un contact mobile tubulaire 6 traversant le fond 3 et relié, à l'extérieur du corps 2, à un mécanisme de déplacement de type connu non représenté L'extrémité 6 A du contact mobile est éga- lement en matériau réfractaire Le contact d'arc fixe 5 pénètre dans le contact mobile 6 lorsque le disjoncteur est en position de fermeture, sur une certaine longueur L Ces deux contacts coaxiaux ne sont pas en liaison galvanique. Un joint 7 assure un certain degré d'étanchéité entre l'intérieur et l'extérieur du corps à la traversée par le contact mobile. 25355 1 8 -3 La liaison-électrique entre la tige mobile et le fond 3 est assuré par des contacts glissants 15. -L'intérieur du corps est fermé partiellement, à peu près au niveau de l'extrémité du contact pare-étincelles 5, par une cloison trasversale isolante 8, qui fait office de buse de soufflage. Cette cloison est, à cet effet, percée en son centre d'un orifice circulaire qui laisse passer le contact mobile 6 Le contact d'arc fixe arrive jusqu'au niveau de la cloison pour rendre à peu près étanche, en position de fermeture du disjoncteur, la chambre 11 située au-dessus de la cloison 8 La référence 12 désigne globalement le volume situé au- dessous de la cloison 8. Le volume 12 comprend une première zone 12 A du c 8 té de la cloison, et une zone 12 B, adjacente à la zone 12 A Ces zones diffèrent par leur diamètre, celui de la zone 12 B étant supérieur à celui de la zone 12 A. Un zone 12 C de faible hauteur et touchant au fond 3 a un diamètre voisin de celui de la zone 12 A. La zone 12 A a une longueur voisine de la longueur L définie plus haut de pénétration de contact 6 par le contact 5 en position de ferme- ture du disjoncteur. Un piston 14, solidaire de la tige 6 et de diamètre très légère- ment inférieur au diamètre intérieur de la zone 12 A, complète le dispo- sitif. Le fonctionnement est le suivant En position de fermeture (partie gauche de la figure 1) le courant passe par la prise de courant supérieure 2 les doigts 4, la tige 6 les doigts inférieurs et la prise inférieure 3. Ouverture à vide c'est-à-dire sans courant Lors de l'ouverture, la tige 6 est déplacée dans le sens de la flèche F, le volume 11 reste sensiblement constant, au volume de l'ex- trémité de la tige 6 près - Le volume compris entre le piston 14 et la cloison 8, qui était presque nul en position de fermeture, s'accrolt, ce qui provoque une aspiration de gaz en provenance de la chambre 11. Le volume situé au-dessous du piston diminue, le piston comprimant 4 - le gaz jusqu'à ce qu'il atteigne la zone 12 B; alors, la communication entre les volumes, situés de part et d'autre du piston, s'établit. En plus de l'énergie de mise en mouvement de l'équipage mobile, il est nécessaire de fournir l'énergie de compression du volume situé au- dessous du piston et celle d'aspiration du volume de gaz de la cham- bre 11, mais ces énergies sont peu importantes. En fin de course, le piston joue-un rôle d'amortisseur en compri- mant le gaz de la zone 12 C. Coupure des grands courants L'ouverture se produit comme au pragraphe précédent, mais à la séparation des contacts 4 et 6 A, un arc prend naissance entre 4 et 6 A qui va échauffer plus ou moins selon son amplitude le gaz contenu dans le volume 11; ce gaz passe dans le volume compris entre la cloison et le piston, évitant la dépression en 11 et aidant à la compression du volume situé sous le piston Ce gaz ne peut passer que difficilement à l'inté- rieur du contact tubulaire 6 encore bouché. L'arc passe du contact 4 au contact 5 pour s'établir entre les contacts 5 A et 6 A. Quand l'extrémité de 6 arrive au niveau de l'extrémité inférieure de 5 A, la communication des volumes situés de part et d'autre de la cloison avec l'intérieur de la tige 6 et éventuellement de la tige 5 est ouverte et le gaz chaud et comprimé des volumes précités se détend, soufflant l'arc qui s'éteint au passage par zéro du courant. Coupure des petits courants L'énergie dégagée alors par l'arc qui nait entre les contacts 4 et 6 A compense tout juste la dépression causée dans la chambre 11 par le déplacement du piston 8. L'arc s'allonge entre les contacts 6 et 4, puis entre les contacts 6 A et 5 A; quand le piston arrive au niveau de la zone 12 B, le gaz qui était sous le piston passe dans la zone 12 A, puis à l'intérieur des contacts tubulaires 6 et 5, se détend et coupe au passage par zéro du courant un arc généralement grêle Dans ce cas l'énergie de coupure n'est pas plus importante que lors de la coupure à vide. 253551 8 - Fermeture Lors de la fermeture sur courant, quand la tige mobile 6 se déplace en sens inverse de la flèche F et s'approche de la tige 5, un arc de préamorçage jaillit entre ces contacts Il est de très faible longueur- (distance entre diamètre intérieur de 6 et diamètre extérieur de 5) et il est rapidement shunté par le contact entre les doigts 4 et le tube 6. On note que le tube 5 sert à la fois comme contact d'arc, surtout à la fermeture, et comme déflecteur pour améliorer le soufflage, car il ferme partiellement le volume 11. Grâce à la combinaison de deux formes de soufflage, auto-soufflage thermique par l'arc et soufflage mécanique après compression, on réalise un disjoncteur dont l'énergie de coupure reste faible quelle que soit la valeur du courant coupé. Le schéma de la figure 1 concerne une chambre pour disjoncteur à haut pouvoir de coupure. Le contact d'arc tubulaire 5 contribue à l'échappement des gaz chauds qui passent aussi par le contact mobile 6. Dans l'application de l'invention à des disjoncteurs à pouvoirs de coupure plus faibles, le contact d'arc fixe peut être plein, comme il est représenté sous la référence 50 dans la figure 2 o les autres référen- ces demeurent inchangées; la référence 50 A désigne l'extrémité semi- sphérique du contact d'arc fixe. Les gaz s'échappent, lors d'une coupure, par la partie centrale du contact mobile 6. La variante de la figure 3 correspond à une application à des disjoncteurs à tension élevée (supérieure à 30 KV). Pour supprimer la ligne de fuite et la contrainte sur l'isolant 1, le piston 14 se désolidarise en fin de course du tube 6, comme représenté dans la figure 3, qui porte les mêmes numéros de référence que la figure 1. Pour permettre la solidarisation et la désolidarisation du pis- ton 14 avec le tube 6, le piston porte des dispositifs à bille 14 A et ressort 14 B, coopérant avec une gorge 6 B pratiquée dans le tube. La figure 4 montre une variante de réalisation dans laquelle le fond 3 est plaqué par un ressort 20 s'appuyant sur une plaque 30 fixe; -6- en fin de course, le piston repousse le fond 3, introduisant ainsi une solution de continuité entre les prises 2 et 3. La figure 5 est une vue d'un mode de réalisation industriel d'une chambre de coupure conforme à la figure 1 Les autres références ont la même signification que dans la figure 1. Comme il a déjà été mentionné, il est intéressant de munir les doigts 4 d'un revêtement permettant une bonne tenue à l'usure due à l'arc Par ailleurs, en variante non représentée, les contacts 5 A et 50 peuvent être isolés de la prise 2, par exemple par une portion en maté- riau isolant, de manière à maintenir une tension d'arc suffisante pour fournir l'énergie d'échauffement du gaz dans l'enceinte 11. 25355 18 -7- REVENDICATIONS 1/ Chambre de coupure pour disjoncteur à gaz comprenant une enveloppe cylindrique ( 1) isolante dans laquelle sont disposés de manière coaxiale, un contact d'arc fixe ( 5), un contact principal fixe ( 4) et un contact mobile ( 6) traversant un fond ( 3) de l'enveloppe, caractérisée en ce que le contact mopile est tubulaire et, en position de fermeture du disjoncteur, est pénétré par le contact d'arc fixe sur une longueur donnée, les diamètres du contact d'arc fixe et du contact mobile étant choisis pour exclure toute liaison galvanique en position de fermeture, l'enveloppe étant partagée par une cloison isolante transversale ( 8) munie d'un orifice central pour le passage du contact mobile, en deux parties, une première partie ( 11) contenant les contacts fixes, et une seconde partie divisée en deux zones adjacentes de section différente, la zone de plus petite section ( 12 A) étant du c 8 té dudit passage et constituant un cylindre pour un piston ( 14) formé par une couronne annu- laire solidaire du contact mobile de diamètre extérieur voisin de celle de ladite plus petite section, la course du piston s'étendant dudit passage à l'extrémité de la seconde partie, la longueur de la zone ( 12 A) de plus petite section étant sensiblement égale à la longueur de pénétra- tion, en position de fermeture-du disjoncteur, du contact mobile ( 6) par le contact d'arc fixe ( 5). 2/ Chambre de coupure selon la revendication 1, caractérisée en ce que le contact d'arc fixe ( 5) est tubulaire. 3/ Chambre de coupure selon la revendication 1, caractérisée en ce que le contact d'arc est une tige pleine ( 50). 4/ Chambre de coupure selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le contact d'arc ( 5 A, 50) est isolé de la prise ( 2) à laquelle est relié le contact principal fixe ( 4). / Chambre de coupure selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens ( 14 A, 14 B, 6 B) pour désolidariser le piston ( 14) du contact mobile ( 6) en fin de course d'ouverture et le resolidariser en début de course de fermeture. 6/ Chambre de coupure selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le fond ( 3) traversé par le contact mobile ( 6) est mobile sous l'action du piston ( 14) en fin de course d'ouverture.