Brevet FR2542133A1 — publié le 19840907

MECANISME DE COMMANDE D'OUVERTURE A ACCUMULATION D'ANERGIE POUR DISJONCTEUR ELECTRIQUE. L'invention concerne un mécanisme de commande à accumula- tion d'énergie par ressorts, associé au châssis support d'un appareillage électrique, notamment un disjoncteur électrique à autosoufflage, comprenant un système de commande de fermeture à réarmement manuel et/ou automatique, un système de commande d'ouverture à déclenchement manuel etXou automatique, et une liaison cinématique agencée en kre,les deux systèmes pour réarmer le système d'ouverture pendant la phase de fermeture du disjoncteur. L'ouverture sur court-circuit d'un disjoncteur à autosoufflage nécessite une énergie mécanique d'ouverture relativement importante pour assurer la mise en vitesse rapide de l'équipage mobile portant les contacts d'arc et principaux, et pour empêcher la refermeture des contacts sous l'action de la pression antagoniste engendrée dans le volume pistonnable du dispositif à autosoufflage du type à cylindre et piston de compression du gaz isolant de soufflage. Une première solution connue consiste à utiliser un ,ressort d'ouverture puissant dont la détente s'opère pendant toute la course d'ouverture de l'équipage mobile. Un tel système d'ouver- ture est simple mais nécessite néanmoins une énergie mécanique de fermeture importante pour réarmer le ressort d'ouverture pendant la phase de fermeture du disjoncteur. Une deuxième solution propose de loger une chaine cinématique intermédiaire de liaison entre la tige de commande du contact mobile et le piston du dispositif à autosoufflage, de manière à,entratner le contact mobile et le piston avec des mouvements différents. Cette commande présente une structure compliquée et encombrante. L'invention a pour but de remédier aux inconvenients précités et de réaliser un système de commande d'ouverture simple à énergie mécanique réduite. Le système dd commande d'ouverture selon l'invention est articulé par ses extrémités opposées à la liaison cinema- tique à manivelle et à un point fixe du châssis support, et comporte deux ressorts de compression coaxiaux coopérant avec un dispositif de transmission destine à moduler l'énergie mécanique d'ouverture par détentes étagées des deux ressorts, l'un des ressorts assurant un effort pendant la totalité de la course d'ouverture, 11 autre ressort étant actif à partir du début de ladite course Jusqu' à une position intermédiaire prédéterminée. I1 en résulte une atténuation des chocs s'exerçant sur la butée d'arrêt en fin de course d'ouverture, ainsi qu'une réduction de l'énergie mécanique de fermeture. La position intermédiaire correspond avantageusement à l'extinction de l'arc, un faible effort étant alors suffisant pour assurer l'ouverture complète du disjoncteur. Le dispositif de transmission traverse les deux ressorts coaxiaux et comprend - une première barre de manoeuvre solidaire de la manivelle et dotée d'une traverse de réarmement susceptible de prendre appui sur les extrémités des deux ressorts situées du côté du point d'articulation, - un deuxième support relié au point d'articulation du châssis et équipé au moins d'une traverse coopérant avec les extrémités opposées des deux ressorts, disposée du côté de la liaison à manivelle, les traverses étant séparées par une distance axiale variable qui est minimum en position de fermeture et maximum en position d'ouverture du disjoncteur, - et un troisième dispositif d'actionnement à mouvement relatif par rapport à la première barre et au deuxième support et pourvu d'une paire d'organes de retenue destinés à stopper la détente du ressort entre la position intermédiaire et la position d'ouverture de la course mobile, et à autoriser la détente poursuivie de l'autre ressort.entrainant ledit écartement maximum entre les traverses. 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 vueschématique et simplifiée d'un dis joncteur triphasé équipé d'un système de commande d'ouverture selon l'invention; le disjoncteur étant représenté en position de fermeture; la figure 2 montre une vue détaillée en élévation du système d'ouverture selon l'invention; la figure 3 est une vue en coupe longitudinale selon la ligne III-III de la fig. 2; la figure 4 est une vue en coupe transversale selon la ligne IV-IV de la fig. 2; les figures 5 à 7 représentent le fonctionnement simplifié du système de commande, respectivement en position de fermeture, de coupure et d'ouverture du disjoncteur; la figure 8 est un diagramme du couple en fonction de l-a course d' ouverture. En référence à la fig. 1, un disjoncteur 10 électrique tripolaire à autosoufflage est destiné à la manoeuvre et à la protection des réseaux de distribution publique et des re-- seaux industriels à moyenne tension. Les trois pôles 12, 14, 16 séparés du disJoncteur 10 sont montés sur un châssis support 18 équipé d'un mécanisme de commande 20 à accumulation d'énergie à ressorts Chaque pôle 12 à 16 comporte une enveloppe cylindrique étanche, de'forme allongée s'étendant verticalement, et remplie de gaz isolant à haute rigidité diélectrique, notamment de l'hexafluorure de soufre SF6 utilisé pour l'isolement et la coupure.Chaque enveloppe renferme un circuit principal et un circuit auxiliaire d'arc à contacts séparables coopérant avec un dispositif à auto soufflage, notamment à piston cylindre de compression du gaz SF6, l'ensemble contacts mobiles et dispositif d'auto soufflage constituant l'équipage mobile du pole. L'agencement d'un tel pole est décrit en détail dans les brevets français Nos. 20496e334 et 2o441.916 de la demanderesse. L'énergie mécanique d'ouverture et de fermeture du mécanisme 20 est transmise à la tige d'actionnement (non repre- sentée) de l'équipage mobile de chaque pôle par l'intermé diaire d'un arbre 22 rotatif monté à étanchéité dans un palier (non représenté) de l'enveloppe correspondante. A l'intérieur du pôle, l'arbre 22 est relié cinématiquement à la tige d'actionnement de l'équipage mobile par une liaison interne à bielle - manivelle.L'extrémité opposée de l'arbre 22 rotatif de chaque pole est équipée d'une liaison mécanique externe dotée dVune.manivelle de commande 24. Les manivelles 24 externes des trois pôles sont articulées d'autre part sur des manetons d'une tringle 26 commune d'entrainement stétendant dans la direction d'alignement des p8les. La tringle 26 rectiligne est accou plée à une manivelle 28 principale.de renvoi montée à rotation sur un prolongement de l'arbre 22 du pôle central 14, et coopérant directement avec le mécanisme de commande 20. Ce dernier comporte un système de fermeture à ressorts d'accumulation d'énergie (non représenté), articulé sur un premier maneton 30 de la manivelle de renvoi 28. Ce sys tème de fermeture à réarmement manuel ou électrique ne fait pas partie de l'invention, et est décrit en détail dans le brevet français NO 1.586.097 de la demanderesse. L'intervention de ce système dé fermeture provoque l'en clenchem-ent du disjoncteur 10 par pivotement simultané dans le sens trigonométrique de la manivelle de renvoi 28 et des trois manivelles 24 externes. Le mécanisme de commande 20 comprend également un système d'ouverture à ressorts d'accumulation d'énergie, désigné par le repère général 32. Ce système 32 est bandé automatiquement durant la phase de fermeture, et est accouplé mécaniquement par une tige de liaison 33 à un deuxième maneton 34 situé sur la manivelle de renvoi 28 à l'opposé au premier maneton 32. Un verrou (non représenté) coopère avec un déclencheur manquez et avec une pluralité de déclen- cheurs automatiques, notamment à émission de courant, à manque de tension, à maximum de courant ...Le déverrouillage du verrou provoque l'intervention du système d'ouverture 32 qui assure la séparation des contacts des poles 12 à 16 par pivotement limité dans le sens-des aiguilles d'une montre de la manivelle de renvoi 28 et des manivelles 24 externes. Selon l'invention, le système de commande d'ouverture 32 est accroché à un point 36 fixe d'articulation agencé dans la zone médiane supérieure du châssis support 18, et comporte deux ressorts 38, 40 de compression coaxiaux, à détentes étagées contrôlées durant la course d'ouverture par un dispositif de transmission 42 (fig. 2 à 4). Ce dernier est doté d'une première barre 44 de manoeuvre située dans un plan axial des deux ressorts 38, 40 hélicoldaux. L'une 46 des extrémités de la barre 44 est articulée par un axe 48 à la tigé de liaison 33 de la manivelle 28, et l'extrémité opposée porte une traverse 50 supérieure de réarmement des ressorts 38, 4-0. La barre 44 est susceptible de coulisser axialement à l'intérieur d'un deuxième support 52 à deux barres 52a, 52b jumelées symétriques s'étendant parallèlement à la première barre 44.Le support 52 est relié par son extrémité supérieure 54 au point d'articulation 36 solidaire du châssis 18; l'extrémité inférieure de chaque barre 52a, 52b.est pourvue d'une traverse 56a, 56b d'appui des ressorts 38, 40 coaxiaux Les faces opposées de ces derniers se trouvent en engagement en fin de course de réarmement d'une part sur la travérse 50 supérieure de réarmement susceptible de coulisser entre les deux barres 52a, 52b jumelées, et d'autre part sur les traverses 56a, 56b inférieures du support 52 articulé au point 36. La distance axiale entre les traverses supérieure 50 et inférieures 56a, 56b est variable pendant la course d'ouverture ou d'armement.Chaque traverse 56a, 56b d'appui peut présenter une forme rectiligne dont la dimension correspond sensiblement au diamètre du ressort de compression 40 externe, ou être équipée (fig. 4) d'une paire d'ailettes recourbées radiales. Un troisième dispositif d'actionnement 58 est monté fou sur le deuxième support 52 et comporte une paire de barres 58a, 58b parallèles disposées de part et d'autre des barres 52a, 52b jumelées Les deux barres 58a, 5Sb sont équipées chacune à leurs extrémités opposées d'organes de retenue 6Oa, 62a; 68b, 62b, séparés axialement par une dis- tance fixe et destinés à limiter la détente du ressort 38 interne durant la course d'ouverture du système de commande 32. Les organes de retenue 60a, 62a; 60b, 62b sont formés par des collerettes pliées en équerre ou par des protubérances faisant saillie des barres 58a, 58b corres- pondantes pour servir d'appui au ressort 38 interne. On remarque que les cinq barres 44, 52a, 521b S 58a, 58b csn- stitutives du dispositif de transmission 42 s'étendent parallèlement dans la direction axiale des ressorts 38, 40, le troisième dispositif 58 agissant uniquement sur le ressort interne 38. Le fonctionnement du système de commande d'ouverture 32 selon l'invention est illustré schématiquement sur les figures 5 à 8 POSITION DE FERMETURE En position armé et fermé du disjoncteur (fig. 1 et 5), les deux ressorts 38, 40 coaxiaux de compression se trouvent d'une part en appui contre les traverses 56a, 56b des barres 52a, 52b solidaires du point d'articulation 36, et sont d'autre part comprimés à l'opposé par la traverse 50 de réarmement de la première barre 44 en liaison mécanique avec la manivelle de ren-voi 28 La distance axiale séparant la traverse 50 des traverses 56a, 56b opposées est minimum et est inférieure à la distance axiale fixe, ménagée entre les organes de retenue 60a, 62a; 6Ob, 62b opposés des barres 58a, 58b du troisième dispositif 58. Ce dernier est inactif en position armé fermé. COUPURE Lors de l'apparition d'un courant de court-circuit, le disjoncteur à autosoufflage nécessite une énergie initiale d'ouverture importante pour la mise en vitesse rapide de l'équipage-mobile et pour éviter la refermeture des contacts sous l'effet de la pression antagoniste qui se développe pendant la période d'arc dans le volume pis-tonnable du dispositif à autosoufflage. Cette énergie est disponible après le déverrouillage du verrou par le déclencheur. La première barre de manoeuvre 44 est alors libérée, et est sollicitée en translation vers la droite (fig. 6) sous l'action de la détente unidirectionnelle des deux ressorts 38, 40 agissant simultanément sur la traverse 50. Les deux barres 52a, 52b jumelées du deuxième support 52 restent immobiles Jusqu'à une position intermédiaire de la course d'ouverture correspondant à l'extinction de l'arc (fig. 6) pour un temps d'arc maximum. Le ressort 38 interne prend alors appui sur les organes de retenue 6Oa, 62a; 60b, 62b, opposés des barres 58a, 58b du troisième dispositif 58 qui stoppe la poursuite de sa détente. POSITION D'OUVERTURE Après l'extinction de l'arc, la vitesse d'ouverture du système de commande 32 est réduite jusqu'à la position d'ouverture complète (fig. 7) grâce à la neutralisation du ressort interne 38. La détente poursuivie du seul ressort 40 externe provoque un léger pivotement dans le senstrigono- métrique du système 32 autour du point d'articulation 36. On remarque sur la fig. 8 la diminution notable du couple à partir de la position de coupure. Il en résulte également une réduction des chocs sur la butée de fin de course d'ouverture. REFERMETURE La refermeture du disjoncteur 10 au moyen du système de conmande- a ressorts de fermeture assure le réarmement automatique des ressorts 38, 40 d'ouverture. Le passage du système 32 de la fig. 7 à la fig. 5 s'effectue en sens inverse de l'ouverture, et permet une réduction de l'énergie de r fermeture au début de la course de fermeture.La compression du ressort externe 40 par la traverse 50 de rearmement intervint d'abord seule, puis à partir d'une position in- termédiaire de la course de fermeture,- la tran-siation poursuivie vers la gauche de la première barre 44 (fig. 6) actionnée par la manivelle de renvoi 28 provoque la compres sion simultanée des deux ressorts 38, 40. L'invention n'est bien entendu nullement limitée au mode de mise en oeuvre plus particulie'rement décrit et repré- senté aux dessins annexés, mais elle s'étend bien au contraire à toute variante restant d-ans le cadre des équivalences mécaniques} notamment celle dans laquelle le mécanisme de commande est applicable à tout type d'appareillage électrique autre qu'à autosoufflage. Revendications 1. Mécanisme de commande à accumulation d'énergie par ressorts, associé au châssis support d'un appareillage électrique, notamment un disjoncteur électrique à autosoufflage, comprenant un système de commande de fermeture à réarmement manuel et/ou automatique, un système de commande d'louver ture à déclenchement manuel et/ou automatique, et une liaison cinématique agencé entre les deux systèmes pour réar- mer le système d'ouverture pendant la phase de fermeture du disjoncteur, caractérisé par le fait que le système de commande d'ouverture (32) est articulé par ses extrémités opposées à la liaison cinématique à manivelle (28) et à un point (36) fixe du châssis support (lu), et comporte deux ressorts de compression (38,40) coaxiaux coopérant avec un dispositif de transmission (42) destiné à modulez Bgéner- gie mécanique d'ouverture par détentes étagées des deux ressorts (38, 40), l'un (40) des ressorts assurant un ef- fort pendant la totalité de la course d'ouverture, l'autre ressort (38) étant actif à partir du début de ladite course jusqu'à une position intermédiaire prédéterminée. 2. Mécanisme de commande selon la revendication 1, carac térisé par le fait que le dispositif de transmission (42) traverse les deux ressorts (38,40) coaxiaux et comprend - une première barre (44) de manoeuvre solidaire de la manivelle (28) et dotée d'une traverse (50) de réarmement susceptible de prendre appui sur les extrémités des deux ressorts (38,40) situées du côté du point (36) d'articulation, un deuxième support (52) relié au point (36) et équipé au moins d'une traverse (56a, 56b) coopérant avec les extrémités opposées des deux ressorts (38,40), disposées du cté de la liaison à manivelle (28), les traverses (50-et 56a, 56b) étant separées par une distance axiale variable qui est minimum en position de fermeture et maximum en position d'ouverture du disjoncteur, - et un troisième dispositif d'actionnement (58) à mouve ment relatif par rapport à la première barre (44) et au deuxième support (52) et pourvu d'une paire d'organes de retenue (66a, 62a; 6bob, 62b) destinés à stopper la détente du ressort g38) entre la position intermédiaire et la position d'ouverture de la course mobile, et à autoriser la détente poursuivie de l'autre ressort (40) entraînant le- dit écartement maximum entre les traverses (50 et 56a,56b). 3. Mécanisme de commande selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la première barre (443, le deuxième support (52) et le troisième dispositif d'actionnement (58) s'étendent parallèlement dans la direction axiale des ressorts coaxiaux (38,40), et que le troisième dispositif (58) agit sur le ressort (38) interne. 4. Mécanisme de commande selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que le deuxième support (52) comporte deux barres (52a, 52b) jumelées entre lesquelles est intercalée avec jeu radial la première barre (44) coulis,' sante, et que la traverse (56aS 56b) de la barre (52a,52b) correspondante pressente une forme rectiligne ou incurvée qui s'adapte sesiblement au diamètre du ressort (40) externe. 5. Mécanisme de commande selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le troisième dispositif d'actionnement (58) est doté d'une paire de barres (58a,58b) parallèles disposées radialement de part et d'autre des barres (52a, 52b) du deuxième support (52), et que les organes de retenue (60a,62a; 60b,62b) du ressort interne (38) sont formés par des collerettes pliées en équerre ou par des protubérances ménagées aux extrémités opposées de chaque barre (58a,58b). 6. Mécanisme de commande selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la venue en butée en position intermédiaire du troisième dispositif d'actionnement (58) avec le ressort (38) intervient sensiblement après l'extinction de l'arc par le dispositif d'autosoufflage.