Brevet FR2554632A1 — publié le 19850510

DISO':ICTEUR A AUTOSOUFFLAGE A CLIQUET.AtITI-RETOUR DEBRAYABLE. L'invention est relative à un disjoncteur à autosoufflage à enveloppe étanche remplie de gaz isolant a haute rigidité diélectrique, et comprenant - un système de contacts coaxiaux susceptibles de se séparer par coulissement axial lors de l'ouverture du disjoncteur pour tirer un arc dans un intervalle de coupure, - un mécanisme extérieur de commande de l'équipage mobile, un dispositif de compression à piston-cylindre actionné lors de l'ouverture pour comprimer le gaz dans une chambre pistonnable, - une buse de soufflage entourant coaxialement les contacts et en communication avec la chambre pistonnable pour canaliser le jet de gaz de soufflage dans l'intervalle de coupure, - et un compartiment d'échappement des gaz en communication avec ledit intervalle de coupure par au moins l'un des contacts creux. Selon un dispositif connu du genre mentionné, le piston du dispositif de compression est solidaire de la broche tubulaire du contact mobile et se déplace dans un cylindre fixe de manière à comprimer automatiquement le gaz de soufflage dans la chambre pistonnable lors de la course d'ouverture. La coupure des courants de faible intensité est assurée par un jet de gaz comprimé en provenance de la chambre de compression et dirigé sur l'arc après passage dans la buse de soufflage. Le jet de gaz refroidit et allonge 11 arc et l'échappement des gaz chauds s'effectue genéralement par les contacts creux. L'extinction de l'arc s'opère au passage à zéro du courant. Le fonctionnement de ce type de disjoncteur à autocompression est modifié en présence d'un courant de court-circuit de forte intensité. L'énergie de l'arc dissipée dans l'intervalle de coupure provoque un refoulement des gaz chauds vers la chambre pistonnable de compression. La montée en pression à l'intérieur de la chambre est importante et est susceptible de s'opposer au déplacement poursuivi du piston mobile. I1 en résulte une inversion du sens de déplacement de l'équipage mobile à l'encontre de la force d'entrainement du mécanisme, et le fonctionnement du disjoncteur est alors perturbé par des risques de refermeture ou de reclaquage. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et de permettre la réalisation d'un disjoncteur à autocompression du gaz de soufflage dans lequel toute refermeture est inhibée pendant la course d'ouverture, indépendamment de l'intensité du courant de défaut. Selon l'invention, le disjoncteur est équipé d'un organe d'encliquetage destiné à coopérer lors de la course d'ouver- ture avec un élément de l'équipage mobile pour interdire tout déplacement opposé dans le sens de la fermeture suite à une surpression du gaz de soufflage occasionnée dans la chambre pistonnable du dispositif de compression par l'expansion des gaz chauds due à la dissipation de l'énergie de l'arc dans l'intervalle de coupure. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, 11 or- gane d'encliquetage comporte un cliquet actionné par la pression du gaz contenu dans la chambre pistonnable du dispositif de compression. Le cliquet est doté d'une languette d'actionnement comprenant une première face coopérant avec un piston auxiliaire de commande dont le déplacement est fonction de la pression dans la chambre pistonnable, et une deuxième face opposée soumise à l'action antagoniste d'un ressort de rappel. Lors de la course d'quverture,le le cliquet est susceptible de s'en- gager en position active dans une encoche du contact mobile de manière à constituer un arrêt pour toute sollicitation de l'équipage mobile dans le sens de la refermeture. L'encoche est taillée en biseau et provoque la neutralisation du cliquet lors de l'ouverture normale du disjoncteur. Pendant la phase d'enclenchement du disjoncteur, la dépression dans la chambre pistonnable assure automatiquement le retour au repos du cliquet. Ce dispositif est adapté à un mécanisme de commande a faible vitesse d'ouverture, utilisant des ressorts de déclenchement à énergie modérée. Selon un deuxième mode de réalisdtion de l'invention, l'organe d'encliquetage comprend un cliquet-actionné par effet électromagnétique lorsque l'intensité du courant traversant le contact mobile dépasse un seuil prédéterminé. Le cliquet peut être équipé d'une palette magnétique disposée dans le compartiment d'échappement au voisinage du contact mobile. Le cliquet revient rapidement en position de repos dès la coupure du courant. Selon un troisième mode de réalisation de l'invention, l'organe dtencliquetage est intégré dans le mécanisme de commande agencé à l'extérieur des pôles du disjoncteur. Un cliquet est destiné à coopérer avec un secteur cranté d'un levier de transmission, et la came de fermeture assure le débrayage positif du cliquet pendant toute la course d'enclenchement du disjoncteur. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de l'exposé qui va suivre des différents modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe axiale d'un pôle de disjoncteur équipé d'un organe d'encliquetage en position inactive; - la figure 2 représente le disjoncteur selon la figure 1, en position active de verrouillage de l'organe d'encliquetage; - la figure 3 est une vue identique de la figure 1 d'une variante de réalisation; - la figure 4 montre une coupe selon la ligne 1V-TV de la figure 3; - la figure 5 représente une coupe d'une autre variante de réalisation, l'organe d'encliquetage étant intégré dans le mécanisme de commande du disjoncteur;; - les figures 6A a óD illustrent différentes phases de fonctionnement de l'organe d'encliquetage selon la figure 5, respectivement * en position ouvert - commande armée * en cours de fermeture * en position fermée - commande désarmée * en cours d'ouverture. Sur les figures 1 et 3, la demi-vue de droite représente le disjoncteur en position de fermeture, et la demi-vue de gauche montre le disjoncteur en cours d'ouverture. Sur toutes- les figures, les memes numéros de repères seront utilisés pour désigner des pieces identiques ou similaires. En référence aux figures 1 et 2, un pble d'un disjoncteur a autosoufflage comporte une enveloppe 1D cylindrique, allongée, en matériau isolant moulé, remplie de gaz isolant à haute rigidité diélectrique, notamment de l'hexafluorure de soufre. L'enveloppe 10 etanche renferme une paire de contacts d'arc 12, 14 tubulaires, une buse de soufflage 1 en matériau isolant et un dispositif de compression 18 du gaz de soufflage. Les contacts principaux pour le passage du courant nominal dans le pôle ne sont pas représentés, et peuvent être agencés indifféremment dans un circuit princi- pal décalé transversalement du circuit d'arc tel que décrit .dans le brevet français No -2.441.916, ou dans un circuit principal coaxial aux contacts d'arc tel que mentionné dans le brevet français NO 2.438.906. Le contact diarc fixe 12 et le contact d'arc mobile 14 en forme de broche sont alignés selon l'axe XX' longitudinal du pâte, Un mécanisme extérieur commande une bielle isolante (non représentée) accouplée au contact d'arc mobile 14, ce dernier étant actionné par coulissement axial entre les positions d'ouverture et de fermeture du disjoncteur. Le dispositif de compression 18 du gaz comporte un piston 20 solidaire du contact d'arc mobile 14 et susceptible de coulisser à étanchéité dans un cylindre formé par la paroi latérale interne de l'enveloppe 10. Le piston 20 mobile co apère avec une cloison 22 transversale fixe pour former. une chambre 24 annulaire à volume pistonnable destinée à comprimer le gaz durant l'ouverture du contact d'arc mobile 14. La buse 16 de soufflage est solidaire du piston 20 mobile, et communique avec le volume de la chambre 24 de compression par des orifices 26. La cloison 22 est dotée d'une ouverture 28 centrale autorisant le passage du contact d'arc mobile 14.La buse 16 entoure coaxialement les contacts d'arc 12, 14 et présente un col 30 de section rétrécie correspondant sensiblement a la section externe du contact d'arc fixe 12. En position de fermeture du disjoncteur le contact d'arc fixe 12 obture le col 30 dans sa quasitotalité, e le volume de la chambre 24 est maximum. Le dispositif de compression 18 du gaz de soufflage est actionné lors de l'ouverture par déplacement du piston 20 en direction de la cloison 22, de manière à refouler le gaz de la chambre 24 vers le convergent de la buse 16.Il en résulte un jet de gaz destiné à éteindre l'arc 31 tiré dans l'intervalle 32 de coupure entre les contacts 92, 14 sépa rés. L'échappement du gaz s'effectue ensuite par les contacts 12, 14 creux vers les compartiments 34, 36 disposés de part et d'autre de la chambre 24 de compression. Le fonctionnement d'un tel disjoncteur à autosoufflage est classique et est bien connu des spécialistes. L'extinction de l'arc s'opère au passage à zéro du courant grâce au double soufflage axial du gaz en provenanee de la chambre de compression 24. Selon l'invention, chaque pôle est équipé d'un organe d'encllquetage, désigné par le repère général 38, et coopé rant unidirectionnellement avec un moyen de retenue du contact d'arc mobile 14 pour interdire toute refermeture du disjoncteur pendant la course d'ouverture de l'équipage mobile. L'organe d'encliquetage 38 est agencé dans le compartiment 36 et comporte un cliquet 40 monté à pivotement sur un axe 42 supporté par un étrier 44 solidaire de la cloison 22 fixe. Le cliquet 40 est doté d'une languette 46 d'actionnement dont l1une des faces coopère avec un piston 48 auxiliaire de commande logé dans un orifice 49 de la cloison 22 et dont la face opposée est soumise à l'action antagoniste d'un ressort 50 de rappel, notamment de compression, prenant appui sur une butée 52 de l'étrier 44. L'orifice 49 débouche dans la chambre 24 de compression du gaz de soufflage, et le piston 48 auxiliaire se déplace vers le bas lorsque la pression à l'intérieur de la chambre 24 est prépondérante à l'action du couple de rappel exercé par le ressort 50. L'orifice 49 de logement du piston 48 de commande du cliquet 40 est décentré par rapport à l'ouverture 28 centrale de passage du contact d'arc mobile 14, et le diamètre du piston 48 auxiliaire est nettement inférieur à celui du piston 20 principal du dispositif de compression 18. Le mouvement de translation du piston 48 auxiliaire est guidé par une tige 54 de centrage traver- sant la languette 46. La broche du contact d'arc mobile 14 est pourvue d'une encoche 56 taillée en biseau dans laquelle s'engage le cliquet 40 en position active de verrouillage. Le fonctionnement du disjoncteur à autosoufflage selon les figures 1 et 2 est le suivant : En position de fermeture des contacts 12, 14 du pôle (figure 1, demi-vue de droite), le volume de la chambre de compression 24 est maximum, et le ressort de rappel 50 sollicite le cliquet 40 en position inactive de dever- rouillage. Le piston 48 auxiliaire de commande du cliquet 40 se trouve dans la partie supérieure de l'orifice 49 et est maintenu dans cette position par la languette 46 pola risée par le ressort 50. Lors de la coupure de courants moyens restant inférieurs à un certain seuil d'intensité, la montée en pression du gaz de soufflage dans la chambre de compression 24 est due principalement à la descente du piston 20 qui provoque le soufflage de l'arc dans l'intervalle de coupure 32. Le piston 48 auxiliaire n' agit pas sur le cliquet 40 qui reste immobile en position inactive de déverrouillage (fig. 1, demi-vue de gauche. En présence d'un courant de court-circuit de forte intensité, liénergie de l'arc 31 dissipée dans l'intervalle 32 lors de la séparation des contacts 12, 14, engendre un effet d'autoexpansion des gaz chauds vers la chambre 24, et il en résulte une surpression passagère qui peut s' op- poser au mouvement de descente du piston 20 principal d'autosoufflage. Lorsque la pression dans la chambre 24 dépasse une valeur prédéterminée, le piston 48 auxiliaire est déplacé vers le bas (fig. 2) à l'encontre de la force du ressort 50, et le cliquet 40 est actionné par pivotement contre la surface latérale cylindrique de la broche du contact d'arc mobile 14. Pendant la phase d'ouverture, toute remontée de l'équipage mobile par action de la surpression est stoppée mécaniquement par insertion du cliquet 40 dans l'encoche 56. Le cliquet 40 se trouve alors en position active de verrouillage qui bloque l'extrémité du contact d'arc 14 mobile à une distance prédéterminée du contact d'arc 12 fixe. Cette distance de séparation des contacts 12, 14 est choisie pour éviter la refermeture ou un éventuel reclaquage après une extinction rapide de l'arc par autosoufflage. L'arête rectiligne de l'encoche 56 biseautée coopère avec le cliquet 40 en position active de verrouillage et constitue un arrêt dans le sens de la refermeture. Un déplacement opposé de l'équipage mobile dans le sens d'ouverture (fl.èche F, fig. 1) provoque automatiquement la neutralisation de l'organe d'encliquetage 38 grâce à la réaction de l'arête inclinée de l'encoche 56 sur le cliquet 40. La présence de l'organe d'encliquetage 38 au niveau de chaque pôle permet l'utilisation d'un mécanisme de commande à faible vitesse d'ouverture. L'énergie des ressorts de déclenchement peut également être modérée sans aucun risque de reclaquage ou de refermeture des contacts pendant la phase d'ouverture du disjoncteur. Lors du réenclenchement du disjoncteur suite à un cycle rapide ouverture fermeture, la dépression dans la chambre 24 provoque le retour du cliquet 40 en position de repos. Sur les figures 3 et 4, l'organe d'encliquetage 38 est actionné en position de verrouillage par effet électromagnétique du au passage du courant de court-circuit dans le contact d'arc mobile 14. Le cliquet 40 est similaire à celui de la fig. 1, mais sans piston auxiliaire de commande. Le cliquet 40 porte une palette 60 magnétique en forme de croissant, disposée dans le compartiment 36 à proximité du contact d'arc mobile 14. Pendant la phase d'ouverture du disjoncteur, le courant passe en totalité dans la broche tubulaire du contact d'arc 14 et crée un champ magnétique radial susceptible d'attirer la palette 60 vers la broche. Pour les courants d'intensités modérées, la force d'attraction magnétique exercée sur la palette 60 du cliquet 40 est inférieure à l'effort du ressort de rappel 50. Le cliquet 40 reste en position inactive de déverrouillage. Lorsque le courant est élevé, notamment lors d'un court-circuit, le cliquet 40 est plaqué par attraction magnétique contre la broche et peut s'engager dans l'encoche 56 en cas de mouvement de refermeture dû à la surpression dans la chambre 24 de compression. L'avantage de ce dispositif est le retour rapide en position de repos du cliquet 40 dès la coupure du courant. Selon les figures 5 et 6Aà 6D, l'organe d'encliquetage 38 est disposé à l'extérieur du pôle et est intégré directe ment-dans le mécanisme de commande 62 du type décrit dans les brevets français Nos. 1.586.097 et 2.277.995 de la demanderesse. Le mécanisme 62 comporte une came 64 de fermeture associée à un ressort 66 accumulateur d'énergie destiné à l'enclenchement du disjoncteur. La came 64 est montée à pivotement sur un axe 68 et coopère avec un verrou 70 et un cliquet 72 conformés en leviers coudés articulés respectivement sur des axes 71, 73. Le verrou 70 est piloté par un relais 74 de fermeture pour libérer l t accrog chage de la came 64 durant la phase d'enclenchement du mé- canisme 62.Le cliquet 72 est sollicité par un ressort 76 en appui contre une butée 78 et coopère avec un secteur crante 75 pour constituer l'organe d'encliquetage 38. Le secteur cranté 75 est agencé à une extrémité d'un levier d'entrainement 80 relié à la manivelle 82 de commande des pôles par une liaison cinématique 84. Le levier 80 d'entrainement est monté sur un axe 86 et porte un galet 88 interférant avec la trajectoire de la came 64 de fermeture. Les différentes phases du fonctionnement du mécanisme de commande 62 sont indiquées sur les figures 6A à 6D En position ouvert - commande armée (fig. 5 et 6A), le verrou 70 assure l'accrochage en position verrouillée armée de la came de fermeture 64 et le ressort 66 d'enclenchement est bandé. Le cliquet 72 se trouve en appui contre la butée 78. La phase d'enclenchement (fig. 63) est commandée par l'excitation du relais 74 de fermeture provoquant le pivotement dans le sens horaire du verrou 70 qui libère l'accrochage de la came 64. La réaction du ressort 66 d'enclenchement engendre la-rotation de la came 64 dans le sens horaire de manière à assurer le pivotement inverse du cliquet 72 à l'encontre du ressort 76. L'effacement du cliquet 72 vers la position inactive s'effectue au moyen de la came 64 pendant toute la course d'enclenchement. Il en résulte un débrayage positif de l'organe d'encliquetage 38 qui ne gêne pas l'enclenchement du disJoncteur par pivotement du levier 80 entrainé par la came 64 dans le sens de la fermeture. En position fermé - commande désarmée (fig. 6C), l'action de la came 64 sur le levier 80 et le cliquet 72 est achevée. Le cliquet 72 revient automatiquement en appui contre la butée 78. Au cours de l'ouverture du disjoncteur (fig. 6D), le levier 80 du mécanisme 62 pivote dans le sens horaire. La came 64 de fermeture n'agit pas sur le cliquet 72, et l'effacement de ce dernier est dû à l'action du secteur cranté 75 du levier 80 qui repousse le cliquet 72 en position inactive à l'encontre du ressort 76. Cette neutralisation de l'or- gane d'encliquetage 38 s'opère exclusivement dans le sens d'ouverture. Le cliquet 72 revient en position active de verrouillage et bloque le secteur cranté 75 lorsque le levier 80 est sollicité en sens inverse suite à une surpression dans la chambre 24 de compression. Cette fonction anti-retour du cliquet 72 dans le sens de fermeture intervient temporairement durant une partie de la course d'ouverture pendant laquelle le secteur cranté 75 coopère avec le cliquet 72. L'invention n'est bien entendu nullement limitée aux modes. de mise en oeuvre plus particulièrement décrits et représentés aux dessins annexés, mais elle s'étend bien au contraire à toute variante restant dans le cadre des équivalences mécaniques et électrotechniques, notamment celle dans laquelle l'organe d'encliquetage 38 serait remplacé par tout autre dispositif de verrouillage unidirectionnel. REVENDICATIONS 1. Disjoncteur à autosoufflage à enveloppe (10) étanche remplie de gaz isolant à haute rigidité diélectrique, et comprenant - un système de contacts (12, 14) coaxiaux susceptibles de se séparer par coulissement axial lors de l'ouverture du disjoncteur pour tirer un arc (31) dans un intervalle de coupure (32), - un mécanisme extérieur de commande de l'équipage mobile, - un dispositif de compression (18) à piston-cylindre ac tionné lors de l'ouverture pour comprimer le gaz dans une chambre (24) pistonnable, - une buse (16) de soufflage entourant coaxialement les contacts (12, 14), et en communication avec la chambre (24) pistonnable pour canaliser le jet de gaz de soufflage dans l'intervalle de coupure (32), - et un compartiment (34, 36) d'échappement des gaz en communication avec ledit intervalle de coupure par au moins l'un des contacts (12, 14) creux, caractérisé par le fait que le disjoncteur est équipé d'un organe d'encliquetage (38) destiné à coopérer lors de la course d'ouverture avec un élément de l'équipage mobile pour interdire tout déplacement opposé dans le sens de la fermeture suite à une surpression du gaz de soufflage occasionnée dans la chambre (24) pistonnable du dispositif de compression (18) par l'expansion des gaz chauds due à la dissipation de l'énergie de l'arc dans l'intervalle de coupure (32). 2. Disjoncteur à autosoufflage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'organe d'encliquetage (38) comporte un cliquet (40) actionné par la pression du gaz contenu dans la chambre (24) pistonnable du dispositif de compression (18). 3. Disjoncteur à autosoufflage selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le cliquet (40) est doté d'une languette (46) d'actionnement comprenant une première face coopérant avec un piston (48) auxiliaire de commande dont le déplacement est fonction de la pression dans la chambre (24) pistonnable, et une deuxième face opposée soumise à l'action antagoniste d'un ressort de rappel (50). 4. Disjoncteur à autosoufflage selon la revendication 3, dans lequel la chambre (24) pistonnable est agencée entre l'élément mobile du dispositif de compression (18) et une cloison (22) fixe traversée par le contact mobile (14), caractérisé par le fait que le piston (48) auxiliaire de commande du cliquet (40) est logé dans un orifice (49) de la cloison (22) fixe, et que ledit orifice (49) communique avec la chambre (24) pistonnable en étant décalé radialement de l'ouverture (28) centrale depassage du contact mobile (14). 5. Disjoncteur à autosoufflage selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le cliquet (40) est supporté dans le compartiment d'échappement (36) par un étrier (44) solidaire de la cloison (22), et que l'étrier (44) comporte une tige (54) de centrage du piston auxiliaire (48) dans l'orifice (49) de la cloison (22). 6. Disjoncteur à autosoufflage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'organe d'encliquetage (38) comprend un cliquet (40) actionné par effet électromagnétique lorsque l'intensité du courant traversant le contact mobile (14) dépasse un seuil prédéterminé. 7. Disjoncteur à autosoufflage selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le cliquet (40) est équipé d'une palette (60) magnétique disposée dans le compartiment d'échappement (36) au voisinage du contact mobile (10). 8. Disjoncteur à autosoufflage selon l'une des revendica tions précédentes, caractérisé par le fait que le cliquet (40) est susceptible de coopérer en position active avec une encoche (56) du contact mobile (14), et que l'encoche (56) est taillée en biseau, de manière à constituer un moyen unidirectionnel de retenue lors de l'introduction du cliquet (40) dans l'encoche (56) suite à un éventuel de- placement du contact mobile dans le sens de la fermeture, ledit cliquet (40) étant éjecté automatiquement de 19en- coche (56) dans le sens d'ouverture du contact mobile (14). 9. Disjoncteur à autosoufflage selon la revendication 1, dans lequel le mécanisme (62) extérieur de commande de l'équipage mobile comporte une came de fermeture (64) associée à un ressort (66) accumulateur d'énergie, et un verrou (70) piloté par un relais (74) de fermeture pour libérer l'accrochage de la came (64) durant la phase d'enclenchement, caractérisé par le fait que l'organe d1encliquetage (38) est intégré dans le mécanisme (62) extérieur à l'enveloppe (10 > du disjoncteur, et comporte un cliquet (72) susceptible de coopérer lors de l'ouverture avec un secteur cranté (75) agencé à l'extrémité d'un levier (80j d'entrainement intercalé dans une liaison cinématique (84) entre la came (64) de fermeture et la manivelle (82) de commande des poles, la came (64) assurant un débrayage positif du cliquet (72) pendant toute la course d'enclenchement. 10. Disjoncteur à autosoufflage selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le cliquet (72) est sollicite en position active de verrouillage par un ressort (76), et que le secteur cranté (75) repousse le cliquet (72) en position inactive dans le sens d'ouverturé du levier (809, le retour du cliquet (72) en position active intervenant automatiquement lorsque le levier (80) est sollicité en sens inverse de manière à bloquer le secteur cranté (75).