Brevet FR2554274A1 — publié le 19850503

-1 2554274 Disjoncteur à gaz comprimé. La présente invention concerne un disjoncteur à gaz comprimé comportant deux structures de contact mobiles l'unepar rapport à l'autre suivant un axe et pourvues chacune d'un contact pare-étincelles, une bobine parcourue par le courant de coupure et reliée électriquement à un anneau d'interception de l'arc électrique, ainsi qu'une chambre chaude entourant les contacts pare-étincelles et destiné à emmagasiner du gaz d'extinction chauffé, qui est en liaison avecune zone de décharge d'arc se trouvant entre les deux structures de contact lors d'un processus de cou- pure. On connaît un disjoncteur de ce type, par exemple, par la EP-A1075341. Le disjoncteur connu comporte deux structures de contact coaxiales mobiles l'une par rapport à l'autre, comportant chacune un contact pare-étincelles, ainsi qu'une bobine parcourue par le courant de coupure, reliée électriquement à un anneau d'interception de l'arc. Les contacts pare-étincelles sont entourés par une chambre chaude. Le gaz d'extinction contenu dans cette chambre chaude est chauffé pendant le processus de coupure, lors de la phase de haute intensité, par l'arc de coupure tournant sous l'influence du champ magnétique de la bobine parcourue par le courant.Dans le cas o en coupe des intensités faibles, en particulier, la pression du gaz d'extinction emmagasiné dans la chambre chaude ainsi engendrée peut éventuellement être insuffisante pour assurer un soufflage suffisant de l'arc de coupure. L'invention a pour objet d'améliorer la puissance de coupure du disjoncteur du genre indiqué avec des moyens simples. Pour atteindre cet objectif, selon l'invention, on prévoit entre la chambre chaude et la zone de décharge un dispositif de canalisation des gaz comportant au moins trois canaux qui sont répartis azimutalement autour de l'axe et comportent despremières sections qui débouchent dans la zone de décharge dans une direction sensiblement radiale par rapport àl'axe. Le disjoncteur selon l'invention se 2 2554274 caractérise essentiellement par le fait que, grâce à une ptabilisation appropriée du courant de gaz d'extinction chauf- fé lors d'un processus de coupure, la puissance de chauffage de l'arc de coupure est utilisée extrêmement efficacement pour produire du gaz d'extinction à haute pression, et que les moyens prévus pour stabiliser l'écoulement du gaz d'ex- tinction chauffé peuvent être utilisés en même temps pour un guidage optimal du gaz d'extinction affluant dans la zone de décharge pour souffler l'arc de coupure. On va décrire à présent avec davantage de détails un exemple d'exécution non limitatif de l'invention repré- senté au dessin annexé dont: La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un disjoncteur à haute tension, le disjoncteur étant dans la moitié gauche de la figure, représenté en position enclen- chée et, dans la moitié droite, en position déclenchée La figure 2 estune coupe suivant la ligne II-II du disjoncteur de la figure 1. Sur la figure 1, la référence 1 désigne un corps iso- lant cylindrique creux bridé hermétiquement entre deux pièces creuses de raccordement du courant 2 et 3. La pièce d'arrivée du courant 2 comporte une structure de contact fixe pourvue d'un contact principal 4 et d'un contact pare-étincelles de conformation creuse 5, à l'inté- rieur duquel est placée une pièce isolante 6 en forme de tuyère.Cette pièce 6 est repoussée à l'intérieur du contact pare-étincelles,. en position enclenchée (moitié gauche de la figure) par un contact pareétincelles en forme de tuyère 7, contre la force d'un ressort (non représenté). A l'intérieur de la pièce de raccordement 2 est fixé un corps en matière isolante 8. Ce corps isolant 8 comporte un isolateur 9 pourvu de nervures circulaires et une pièce en matière isolante 10 tubulaire qui s'y raccorde. L'isolation produit, en position déclenchée, une distance d'isolement aux courants de fuite entre le contact principal 4 et le contact pare-étincelles 7. La pièce isolante 10 est traver- sée par le contact pare-étincelles7 et délimite à son extré- mité située du côté de la structure de contact fixe, une fen- te annulaire 12 avec un anneau intercepteur d'arc 11 fixé de façon isolante à la pièce de raccordement 2. La fente annulaire 12 relie une chambre chaude 13 entourée par la pièce de raccordement 2, le corps isolant 8 et l'anneau intercepteur d'arc 11, à une zone de décharge d'arc se trouvant entre les contacts pare-étincelles S et 7 ouverts, lors d'une coupure. L'anneau intercepteur 11 est constitué par une matière résistante à l'arc et est relié, comme le contact pare-étincelles 5, 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 dé- bouche un canal annulaire 15 s'étendant le long du contact pareétincelles 7, duquel la chambre chaude 13 peut être isolée au moyen d'un clapet de non retour 16. La partie extérieure de l'anneau intercepteur-11 est couverte par un anneau isolant 17. L'anneau isolant 17 comporte des ailettes de guidage 18 dirigées radialement et rejoignant le voisinage immédiat de l'embouchure de la fente annulaire 12 dans la chambre chaude 13, constituées par une matière isolante et cédant du gaz d'extinction à des t$mfiérature élevées, comme par exemple, du polytétrafluoréthylène. Ces ailettes de guidage. font partie d'un dispositif de canalisation du gaz se trouvant entre la chambre chaude 13 et lazone de décharge d'arc. Comme le montre la figure 2, les ailettes de guidage 18 sont situées à distance l'une de l'autre sur l'anneau iso- lant 17 et délimitent des canaux 19. Les canaux 19 sont répartis azimutalement autour d'un axe central et débou- chent, en direction radiale par rapport à l'axe, dans la fente annulaire 12délimitée par l'anneau intercepteur 11 et l'élément isolant 10. Ils font donc partie de la liai- son entre la chambre chaude 13 et la zone de décharge. La pièce de raccordement 3 comporte une structure de contact placée coaxialement par rapport à la structure de contact fixe et mobile suivant l'axe central, comportant un contact principal 20 mobile et le contact pare- étincelles mobile 7. Le contact principal mobile 20 comprend des doigts de contact qui sont placés, parallèlement entre eux, à la surface extérieure d'une pièce de support 21 en matière électriquement conductrice, reliée 4 2554274 rigidement au contact pare-étincelles mobile 7. Les doigts de contact s'appuie élastiquement, au moyen de ressorts à lames 22 recourbés en lyre, dans une cage cylindrique creuse 23, et ils comportent une surface de contact élec- trique à chacune de leurs deux extrémités. L'une des sur- faces de contact s'appuie, tant dans l'état enclenché que dans l'état déclenché, à la surface extérieure d'un prolon- gement annulaire 24 de la pièce de raccordement 3, tandis que l'autre surface de contact n'est en contact que dans l'état enclenché avec le contact principal fixe 4. Une partie 25 des doigts de contact dépasse, aux extrémités situées du côté de la structure de contact fixe, du reste du doigt de contact 26 et est résistante à l'arc aux extrémités saillantes. La pièce de support 21 comporte une-chambre de compression annulaire 27 fermée par un piston annulaire 28 fixé rigidement à la pièce de raccor- dement 3. La surface intérieure de la pièce de support 21 comporte. des fentes 29 qui relient la chambre de compres- sion 27 à la chambre chaude 13 par le canal annulaire 15. L'intérieur du boîtier délimité par le corps isolant 1 et les pièces de raccordement 2 et 3 est rempli d'un gaz isolant, comme par exemple de l'hexafluorure de soufre à unepression de quelques bars. On va décrire à présent le fonctionnement du disjonc- teur à haute tension selon l'invention. Dans la position enclenchée (moitié gauche de la figure 1), le contact pare-étincelles mobile 7 traverse l'anneau intercepteur d'arc 11 et est engagé dans le contact pare-étincelles fixe 5. Par sa face frontale, le contact pare-étincelles mobile 7 s'applique contre la face frontale de la piece isolante 6, de sorte que l'intérieur des contacts pare-étincelles 5 et 7 est isolé de la fente annulaire 12 et des canaux 19. Les surfaces de contact, situées du côté de la structure de contact fixe, de tous les doigts de contact 25 et 26 du contact principal mobile sont en contact avec le contact principal fixe 4. La plus grande fraction du courant circule alors de la pièce de raccordement 2 à la pièce de raccordement 3, en passant par le contact principal 4, le contact principal 20 et le prolongement 24. Au moment de la coupure, le contact pare-étincelles 7,pourvu d'un mécanisme dVentratnement non représenté, ainsi que par suite, le contact principal 20 relié dyna- miquement au contact pare-étincelles 7 par l'intermédiaire de la pièce de support 21, descendent. Au cours de ce mouvement, tout d'abord les doigts de contact 26 se déga- gent du contact principal 4.Du fait que des éléments de contact résistants à l'arc 4a sont placéssur le contact principal de façon à coopérer, en position enclenchée, avec les doigts de contact 25, le courant rejoint alors la pièce de raccordement 3 en passant par la pièce de raccor- dement 2,1es éléments de contact résistants à l'arc 4a, les doigts de contact 25 et le prolongement 24. Dès que 4a et 25 se séparent, le courant commute en passant sur un autre trajet parallèle et va alors de la pièce de raccordement 2 à la pièce de raccordement 3 en passant par la bobine 14, le contact pare-étincelles 5, le contact pare-étincelles 7, la pièce de support 21, les doigts de contact 25 et 26 et le prolongement 24. Un arc électrique apparaissant éventuellement dans le cas o l'on coupe de fortes intensités, pendant le processus de commu- tation, est formé entre les éléments de contact 4a et les doigts de contact 25. Du fait que ces éléments sont résis- tants à l'arc, on évite la détérioration des contacts prin- cipaux 4 et 20. Après la commutation du courant, les deux contacts pare-étincelles 5 et 7 se séparent et il se forme entre ces deux contacts un arc électrique non représenté, dont le pied situé sur le contact 5 passe sur l'anneau intercep- teur 11 au cours du reste du processus de coupure, sous l'action de l'élément isolant 6 qui descend. Le courant rejoint alors rapièce de raccordement 3, par la pièce de raccordement 2, la bobine 14, l'anneau intercepteur 11, l'arc électrique non représenté, le contact pareétincelles 7, la pièce de support 21, les doigts de contact 25 et 26, ainsi que le prolongement 24. Sous l'action du champ magné- tique de la bobine 14 alors parcourue par le courant, -6 2554274 l'arc électrique commence à tourner autour de l'axe cen- tral et le gaz isolant se trouvant dans la zone de décharge à chauffer. Au cours de la phase de haute inten- sité, l'arc tourne à grande vitesse autour de l'axe central et chauffe fortement le gaz d'extinction se trouvant dans la zone de décharge. Sous l'effet de forces centrifuges, le gaz d'extinction chauffé est déplacé vers l'extérieur et provoque une chute de pression sur les ouvertures en forme de tuyère du contact pare-étincelles 7 et de la pièce isolante 6, mais une augmentation de pression à la péri- phérie de la masse gazeuse tournant dans la zone de gaz deextinction. Le gaz d'extinction chauffé sous haute pres- sion s'écoule en passant par la fente annulaire 12 et les canaux 19 dans la chambre de chauffage 13 o il se mélange au gaz d'extinction froid qui y est emmagasiné. Les ailettes de guidage 18 ont alors, entre autres, pour effet de limiter la rotation du gaz d'extinction chauffé par l'arc électrique -à la zone de décharge. L'impul- sion de rotation du gaz d'extinction tournant qui s'écoule delapériphérie de la zone de décharge est absorbée à l'embouchure de la fente annulaire 12 dans les canaux 19 par les ailettes de guidage 18. Cela empêche que le gaz d'extinction froid se trouvant dans la chambre chaude 13 soit mis en rotation par du gaz d'extinction chauffé affluant. En outre, cela empoche également que du gaz d'extinction froid à contre-courant passe de la chambre chaude 13 dans-a zone de décharge. La vitesse de rotation et,par suite, la pression à la périphérie de la zone d'extinction de l'arc électrique, peuvent ainsi être consi- dérablement augmentées. Corrélativement,la puissance de chauffage est accrue dans la chambre de chauffage 13 et réduite à la décharge. Cela améliore considérablement la puissance de coupure par rapport à des disjoncteurs dépourvus d'ailettes de guidage, notamment pour de faibles intensités. La réduction de puissance de chauffage à la décharge permet de réduire la zone de décharge. Le gaz d'extinction chauffé s'écoule sensiblement en direction radiale, par les canaux 19 dans la chambre de chauffage 13 o il se mélange avec le gaz d'extinction froid déjà présent et s'accumule. Le mélange du gaz d'extinction chauffé avec le gaz d'extinction froid peut être accéléré si les canaux 19 comportent des sections qui débouchent dans la chambre de chauffage 13 en direction tangentielle. On peut y parvenir, par exemple, en donnant aux ailettes de guidage des sections de sortie 30 courbées tangentiellement, comme on l'a représenté en tirets dans la moitié gauche de la figure 2. Peu avant le passage par zéro du courant, moment o l'effet de chauffage de l'arc électrique de coupure a consi- dérablement diminué et o la pression du gaz d'extinction emmmagasiné dans la chambre chaude 13 dépasse la pression du gaz d'extinction se trouvant dans la zone de décharge, le gaz d'extinction comprimé sort de la chambre chaude 13 par les canaux 19 et la fente annulaire 12 et souffle dans une mesure renforcée l'arc électrique qui s'affaiblit. Il est important, dans ce cadre, que les sections des canaux 19 qui débouchent dans la fente annulaire 12 soient radiales, car cela permet d'obtenir un soufflage radial particulièrement efficace de l'arc électrique. Les canaux 19 peuvent aussi être formés par des ouver- tures ménagées dans la paroi d'un cylindre creux en matière isolante. Cela a pour avantage que le cylindre creux est en même temps une paroi intérieure de la chambre chaude 13 et remplace la pièce isolante 10. Des essais ont montré que trois canaux répartis azimu- talement à intervalles égaux améliorent déjà le soufflage de l'arc électrique de coupure de disjoncteurs comparables dépourvus de tels canaux, et qu'on obtient un soufflage de l'arc électrique de coupure particulièrement efficace, en présence de plus de six canaux. Lorsqu'cn coupe des intensités extrêmement faibles, la puissance de l'arc électrique peut éventuellement être insuffisante pour produire dans la chambre chaude 13 une pression de gaz d'extinction suffisante pour désamorcer l'arc électrique de coupure. On peut cependant obtenir un soufflage suffisant de l'arc électrique de coupure formé avec des intensités réduites au moyen de gaz d'extinction 8 2554274 qui se comprime dans la chambre de compression 27 au cours d'une coupure et est soufflé dans la zone d'extinction en passant par les fentes 29, le canal annulaire 15, le clapet de non retour 16, la chambre chaude 13, les canaux 19 et le canal annulaire 12. L'effet avantageux d'un tel soufflage supplémentaire peut être obtenu, selon la disposition de la chambre chaude 13, sans l'inconvénient d'un encombre- ment supplémentaire. Conformément à la chambre chaude 13 située dans la pièce de raccordement 2, il n'y a pas, non plus, besoin de davantage de place. pour la chambre de compres- sion 27 du soufflage supplémentaire, du fait que cette chambre de compression peut être logée commodément dans la pièce de support déjà présente. 9 2554274 REVENDICATIONS 1. Disjoncteur à gaz comprimé comportant deux struc- tures de contact mobiles l'une par rapport à l'autre suivant un axe et comportant chacune un contact pare-étincelles (5, 7), une bobine (14) parcourue par le courant de coupure et reliée électriquement à un anneau d'interception de l'arc électrique (11), ainsi qu'une chambre chaude (13) entourant les contactspare-étincelles (5, 7) et destiné à emmagasiné du gaz d'extinction chauffé, qui est en liaison avec une zone de décharge d'arc se trouvant entre les deux structures de contact lors d'un processus de coupure, caractérisé en ce qu'il comporte entre la chambre chaude (13) et la zone de décharge d'arc un dispositif de canali- sation des gaz comportant au moins trois canaux (19) qui sont répartis azimutalement autour de l'axe et comportent des premières sections qui débouchent dans la zone de décharge dans une direction sensiblement radiale par rapport à l'axe. 2. Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de canalisation des gaz comprend des ailettes de guidage (18) délimitant les canaux (19), qui sont disposés radialement par rapport à l'axe, à distance les uns des autres. 3. Disjoncteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les ailettes de guidage (18) comprennent une matière isolante dégageant du gaz d'extinction. 4. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, comportant une fente annulaire (12) se trouvant entre la chambre chaude (13) et la zone de décharge, caractérisé en ce que les ailettes de guidage (18) sont placées directement à l'embouchure de la fente annulaire (12) dans la chambre chaude (13). 5. Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de canalisation des gaz est réalisé sous la forme d'un cylindre creux comportant une paroi par laquelle passent les canaux. 6. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5, caractérisé en ce que les canaux (19) compor- tent de secondes sections qui débouchent dans la chambre chaude (13) avec une composante tangentielle. 7. Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre chaude (13) peut être reliée à une chambre de compression (27) qui est formée dans. une pièce de support (21) électriquement conductrice placée entre un contact principal (20) et le contact pare-étincelles (7) de celle des deux- structures de contact qui est mobile.