Brevet FR2554273A1 — publié le 19850503

Disjoncteur de puissance à haute tension. La présente invention concerne un disjoncteur électrique de puissance à haute tension avec deux struc- tures de contact disposées coaxialement etmobiles l'une par rapport à l'autre, comportant chacune un contact prin- cipal et un contact pare-étincelles, dans lequel lesdits contact principal et contact pare-étincelles de l'une des deux structures de contact sont réunis ensemble par conjugaison de forces au moyen d'une pièce support et ou, du côté opposé à celui qui fait face à la deuxième struc- ture de contact, l'extrémité du contact principal de la première structure de contact établit un contact électrique glissant avec une arrivée de courant de ladite première structure de contact. Un tel disjoncteur est déjà connu, par exemple, par la EP-A1-0075341. Le disjoncteur connu comporte deux structures de contact coaxiales, mobiles l'une par rapport à l'autre, avec des contacts pare-étin- celles et des contacts principaux dimensionnés pour le courant nominal. Dans celle des deux structures de contact qui est mobile, le contact principal est réuni par conju- gaison de forces avec le contact pare-étincelles au moyen d'une pièce support. L'extrémité du contact principal mo- bile qui se trouve du côté opposé à celui qui est en regard de celle des deux structures de contact qui est fixe, est reliéeen permanence à une arrivée de courant de la struc- ture de contact qui est mobile au moyen de contacts glis- sants. Ainsi, avec une réalisation simple du point de vue constructif, il est possible de réaliser d'une manière sure le passage et la manoeuvre d'un courant électrique. Pour cela il faut cependant encore un contact glissant, disposé entre l'arrivée de courant et le contact pare- étincelles de la structure de contact. De tels contacts glissants sont relativement dispendieux et sujets à usure. C'est l'objet de la présente invention que de réaliser un disjoncteur du genre décrit ci-dessus qui, avec des moyens simples et même après de nombreuses manoeuvres, permette le transfert et la manoeuvre, en toute sécurité, de courants électriques d'intensité extrêmement élevée aussi bien que d'intensité extrêmement faible. Ce résultatest atteint, selon la présente inven- tion, avec une première structure de contact, celle qui est mobile, dont le contact principal est constitué de doigts de contact qui, en position déclenchée, sont dis- posés et maintenus élastiquement entre une pièce support et une cage qui entoure ladite pièce support à la manière d'un anneau, cette pièce support étant réalisée électri- quement conductrice, avec une surface de contact qui, après la séparation descontacts principaux respectifs des deux structures de contact, agit conjointement avec les surfaces de contact des doigts de contact précités. Avec une disposition et une structure convenablesdes con- tacts principaux du disjoncteur selon l'invention, on peut se dispenser de prévoir un contact glissant sujet à usure, disposé entre l'arrivée de courant et le contact pare- étincelles. Il est possible aussi de coordonner entre eux, en même temps, les éléments qui déterminent la puissance de coupure et la valeur du courant admissible en service continu, tels par exemple les pièces conductrices mobiles, les dispositifs assurant la pression des contacts et, le cas échéant,le mécanisme de soufflage qui serait prévu dans le système, de manière à pouvoir maîtriser avec cer- titude des courants extrêmement élevés de même que des courants de faible intensité, et ceci même après un grand nombre de manoeuvres. Pour des explications plus détaillées, on décrit ci-dessous avec le dessin à l'appui,un exemples de réalisation de l'invention. La figure unique ci-annexée représente une vue en coupe longitudinale d'un disjoncteur de puissance à haute tension réalisé selon la présente invention o, dans la moitié gauche de la figure,on a représenté le disjoncteur en position enclenchée et dans la moitié droite en posi- tion déclenchée. Dans ladite figure, 1 représente un corps isolant, ayant la forme d'un cylindre creux, qui est bridé d'une manière étanche aux gaz entre deux pièces creuses de raccordement du courant 2 et 3. La pièce d'arrivée du courant 2 porte une structure de contact fixe avec un contact principal 4 de forme annu- laire équipé de pièces de contact 4a en métal résistant à l'arc électrique, réparties régulièrement le long de sa périphérie, et un contact pare-étincelles 5 ayant la forme d'un tube creux à l'intérieur duquel est disposée une pièce en matière isolante en forme de tuyère 6 qui, en position enclenchée (dans la moitié gauche de la figure) se trouve repoussée à l'intérieur du contact pare-étincelles 5, contre la force exercée par un ressort antagoniste (non représenté dans la figure) par un contact pare-étincelles mobile 7, également en forme de tuyère. A l'intérieur de la pièce de raccordement 2 est fixé un corps en matière isolante 8. Ce corps en matière isolante 8 comprend un isolateur 9 pourvu de nervures circulaires auquel se rac- corde une pièce en matière isolante 10 de forme tubulaire. En position déclenchée l'isolateur 9 assure la distance d'isolement convenable, sans risque de contournement par fuites superficielles, entre le contact principal 4 et le contact pare-étincelles 7. La pièce en matière isolante est traversée par le contact pare-étincelles 7 et à son extrémité qui est du côté opposé à celui de la structure de contact fixe, conjointement avec unanneau intercepteur d'arc 11 qui est fixé à la pièce de raccordement 2, elle délimite une fente annulaire 12. La fente annulaire 12 établit la liaison entre une chambre chaude 13 délimitée par la pièce de raccordement 2, le corps en matière iso- lante 8 et l'anneau intercepteur d'arc 11 d'une part, et la zone de soufflage de l'arc d'autre part, qui est située au cours du processus de coupure entre les contacts pare- étincelles 5 et 7. L'anneau intercepteur d'arc 11 est réalisé en un métal réfractaire et, de même que le contact pare-étincelles 5,il est réuni à l'une des bornes d'une bobine 14 dont l'autre borne est reliée électriquement à la pièce de raccordement 2. Dans la chambre chaude 13 débouche un canal annulaire 15 qui s'étend le long du contact pareétincelles 7 et qui peut être obturé du côté de la chambre chaude 13 au moyen d'un clapet de non retour 16. La pièce de raccordement 3 porte une structure de contact mobile ayant un contact principal mobile 17 et un contact pare-étincelles mobile 7, disposée coamialement par rapport à la structure de contact fixe. Le contact principal mobile 17 comprend des doigts de contact qui, parallèles entre eux, sont logés sur la surface extérieure d'une pièce support 18 en métal électriquement conducteur qui est liée rigidement au contact pare-étincelles mobile 7. Au moyen de ressorts à lames courbés en forme de lyre 19, les doigts de contact prennent appui à l'intérieur d'une cage en forme de cylindre creux 20, et comportent à chacune de leurs extrémités des surfaces de contact électrique. L'une des deux surfaces de contact prend appui, aussi bien en position enclenchée qu'en position déclen- chée,sur la surface extérieure d'un manchon annulaire 21, en saillie à l'intérieur de la pièce de raccordement 3, tandis que l'autre surface de contact ne vient s'appli- quer contre le contact principal fixe 4 qu'enposition enclenchée. Un premier groupe de doigts de contact 22 est réalisé à des extrémités taillées en biseau, du côté op- posé à celui qui fait face à la structure de contact fixe (ceci ne se voit pas dans la figure), tandis qu'un deu- xième groupe de doigts de contact 23 est pourvu du côté qui fait face à la structure de contact fixe, d'extrémités 2554273 qui dépassent au dessus des doigts de contact 22 et ces extrémités en saillie sont réalisées en métal réfractaire, résistant à l'arc. Les doigts de contact 23 peuvent être fabriqués tout simplement à partir de doigts de contact 22 dont on garnit l'extrémité taillée en biseau avec des pièces de contact en métal réfractaire; au montage on insère ces doigts de contact entre la pièce support 18 et la cage 20 en les tournant de 180 par rapport aux doigts de contact 22. A l'extérieur, la pièce support 18 est pourvue d'une surface de contact 25 en forme de manchon cylindri- que sur laquelle viennent s'appliquer, au déclenchement, les surfaces de contact 26 rapportées dans des évidements des doigts de contact 22 et 23. A l'intérieur de la pièce support 18 est ménagée une chambre de compression annulaire 27, qui est obturée par un piston annulaire 28 fixé rigidement à la pièce de raccordement 3. Des fentes 29 sont prévues sur la surface intérieure de la piece support 18 qui, par l'intermédiaire du canal annulaire 15, mettent en communication la chambre de compression 27 avec la chambre chaude 13. L'intérieur de l'enceinte délimitée par le corps en matière isolante 1 et les pièces de raccordement 2 et 3 est rempli d'un gaz isolant,tel que de l'hexafluorure de soufre (SF6), sous une pression de quelques bars. Le fonctionnement du disjoncteur de puissance à haute tension peut être décrit comme suit: Dans la position enclenchée (moitié gauche de la figure) le contact pare-étincelles mobile 7 passe à travers l'anneau intercepteur d'arc 11 et il est engagé dans le contact pare-étincelles fixe 5. Avec sa face fron- tale le contact pare-étincelles mobile 7 s'applique contre la face frontale de la piece en matière isolante 6, de sorte que l'intérieur des contacts pare-étincelles 5 et 7 est obturé par rapport à la chambre chaude 13. Sur tous les doigts de contact 22 et 23, les surfaces de contact qui se trouvent du côté de la structure de contact fixe sont plaquées contre le contact principal fixe 4. La plus grande partie du courant s'écoule à partir de la pièce de raccordement 2 par le contact principal 4, le contact principal 17 et le manchon en saillie 21 vers la pièce de raccordement 3. Lors d'un déclenchement un mécanisme de commande, non représenté, déplace vers le bas le contact pare-étin- celles 7 et, en même temps, le contact principal 17 qui est réuni au contact pare-étincelles 7 par conjugaison de forces, au moyen de la piece support 18. Au cours de ce déplacement ce sont tout d'abord les doigts de contact 22 qui se séparent du contact principal 4 et en même temps les surfaces de contact 26 des doigts de contact 22 se plaquent contre la surface de contact 25 de la pièce support 18. Comme les pièces de contact 4a sont disposées de manière à coopérer en position enclenchée avec les pièces de contact 24, le courant-passe alors par la pièce de raccordement 2, les éléments de contact en métal ré- fractaire 4a et 24, les doigts de contact 23 et le manchon en saillie 21 pour aboutir à la piece de raccordement 3. Sitôt que les éléments de contact 4a et 24 se séparent, les surfaces de contact 26 des doigts de contact 23 se plaquent elles aussi contre la surface de contact 25 de la pièce support 18 et le courant, commuté dans une branche parallèle, passe alors à partir de la pièce de raccordement 2 par la bobine 14, le contact pare-étincelles , le contact pare-étincelles 7, la piece support 18, les doigts de contact 22 et 23, le manchon en saillie 21 et la pièce de raccordement 3. Un arc qui s'amorcerait éven- tuellement pendant le processus de commutation, en cas de coupure de courants de forte intensité s'étirera entre les éléments de contact 4a et 24. Comme ces éléments sont réalisés en matériau réfractaire, on évite ainsi toute détérioration des contacts principaux 4 et 17 et on as- sure la conservation d'une bonne capacité de conduction du courant en position enclenchée. Après la commutation du courant, les contacts pare-étincelles 5 et 7 se séparent à leur tour et entre ces deux contacts s'étire un arc électrique qui n'a pas été représenté. Le processus de coupure suivant son cours, sous l'action de la pièce en matière isolante 6 qui se déplace vers le bas, le pied de cet arc, qui se trouve sur le contact pare-étincelles 5 se commute sur l'anneau intercepteur d'arc 11. Le courant passe alors par la pièce de raccordement 2, la bobine 14, l'anneau d'interception de l'arc 11, l'arc que l'on n'a pas représenté, le contact pare-étincelles 7, la pièce support 18, les doigts de contact 22 et 23 ainsi que le manchon en saillie 21 pour arriver à la pièce de raccordement 3. Sous l'effet du champ magnétique de la bobine 14 qui est maintenant par- courue par le courant, l'arc électrique se met à tourner autour de l'axe des structures de contact et à échauffer le gaz isolant qui se trouve dans la zone de soufflage. Sous l'effet de forces centrifuges le gaz de soufflage chaud est refoulé vers l'extérieur, ce qui détermine une baisse de pression aux orifices de tuyères de la pièce en matière isolante 6 et du contact pare-étincelles 7 et une élévation, par contre, de la pression à la périphérie de la masse de gaz en rotation dans la zone de soufflage de l'arc. Par la fente annulaire 12, le gaz de soufflage chaud s'écoule dans la chambre chaude 13, sous des pres- sions qui, selon l'intensité du courant coupé se situent à plusieurs bars au-dessus de celle du gaz isolant non échauffé; il s'accumule ainsi dans ladite chambre o en même temps il se calme et se refroidit. Peu avant le passage du courant par zéro, lorque alors que le dégage- ment de chaleur par l'arc électrique a diminué alors que la pression du gaz de soufflage dans la chambre chaude 13 est devenue plus grande que dans la zone de soufflage, à travers la fente annulaire 12 le gaz comprimé s'échappe de la chambre chaude 13 et exerce un effet de soufflage intensifié sur l'arc qui tend à faiblir, ce qui empêche le réamorçage de l'arc électrique, pour autant que la distance entre lescourants est suffisante. En cas de coupure de courants de faible intensité, la puissance de l'arc électrique ne suffit pas pour pro- voquer dans la chambre chaude 13 une élévation de la pression du gaz de soufflage suffisante pour assurer l'ex- tinction de l'arc électrique. Un soufflage suffisant de l'arc électrique engendré par la coupure de courants de faible intensité peut cependant être obtenu avec le gaz isolant qui se trouve refoulé de la chambre de compression 27 dans la zone de soufflage, au cours d'une manoeuvre de coupure, à travers les fentes 29, le canal annulaire 15, le clapet de non retour 16, la chambre chaude 13 et la fente annulaire 12. L'action favorable d'un tel soufflage supplémentaire est obtenue, compte tenu de la disposition de la chambre chaude 13, sans l'inconvénient d'un encom- brement supplémentaire. De même que pour la chambre chaude 13 qui est disposée à l'intérieur de la pièce de raccorde- ment 2, pour la chambre de compression 27 on n'a pas besoin de place supplémentaire car ladite chambre de com- pression 27 peut être logée confortablement à l'intérieur de la pièce support 18 déjà prévue dans la construction. 9 2554273 REVENDICATIONS 1. Disjoncteur électrique de puissance à haute tension avec deux structures de contact disposées coaxiale- ment et mobiles l'une par rapport à l'autre, comportant chacune un contact principal (4, 17) et un contact pare- étincelles (5, 7), dans lequel le contact principal (17) et le contact pare-étincelles (7) de l'une des deux struc- tures de contact sont réunis ensemble par conjugaison de forces, au moyen d'une pièce support (18) et o du côté opposé à celui qui fait face à la deuxième structure de contact, l'extrémité du contact principal (17) de la première structure de contact établit un contact glissant avec une arrivée de courant (3) de ladite structure de contact, caractérisé par le fait que le contact principal (17) de la première structure de contact est constitué par des doigts de contact (22, 23) qui, en position dé- clenchée, sont disposés et maintenus élastiquement entre la pièce support (18) et une cage (20) entourant la pièce support (18) à la manière d'un anneau, et que la pièce support (18) est réalisée électriquement conductrice avec une surface de contact (25) qui, après la séparation des contacts principaux (4, 17),agit conjointement avec les surfaces de contact (26) des doigts de contact (22, 23). 2. Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une première partie(22) des doigts de con- tact est taillée en biseau aux extrémités opposées à celles qui font face a la deuxième structure de contact, qu'une deuxième partie (23) des doigts de contact est réa- lisée résistante à l'arc aux extrémités qui font face à la deuxième structure de contact, et que le contact prin- cipal (4) de la deuxième structure de contact comporte réparties le long de sa périphérie des pièces de contact (4a) résistantes à l'arc qui agissent conjointement avec les extrémités résistantes à l'arc des doigts de contact (23) de la deuxième partie des doigts de contact. 3. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendica- tions 1 et 2, caractérisé par le fait que le contact prin- cipal (4) de la deuxième structure de contact est fixé à une arrivée de courant (2) de la deuxième structure de con- tact, qui arrive au moins partiellement en dessous du con- tact pareétincelles (7) de la première structure de contact qui constitue la paroi extérieure de la chambre chaude (13) et que ladite chambre chaude (13) est reliée à travers une fen- te annulaire (12) à la zone de soufflage de l'arc qui, du- 0lo rant un processus de coupure, se trouve entre les deux con- tacts pare-étincelles (5, 7). 4. - Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la chambre chaude (13) peut être mise en communication avec une chambre de compres- sion (27) ménagée dans la pièce support (18).