Brevet FR2558299A1 — publié le 19850719

Disjoncteur à haute tension L'invention est relative à un disjoncteur à haute tension, du type à gaz sous pression, dont la chambre de coupure comporte un volume dans laquelle le gaz, chauffé par l'arc de coupure et dont la pression aug- mente de ce fait, est utilisé pour éteindre l'arc, grâce à sa détente au moment du passage par zéro de la valeur de l'intensité du courant à couper. Dans la demande de brevet français n 82 00034 du 5 Janvier 1982, la Demanderesse à décrit un disjoncteur du type précité, dans lequel le volume est annulaire et délimité par la surface intérieure d'une base de soufflage et un déflecteur coaxial à la buse. La figure 1 représente une demi-coupe partielle du disjoncteur précité, dans laquelle les numéros de références ont les significations suivantes: 1 contact principal fixe (1: en position ouverte, 1' en position fermée) 2 contact d'arc fixe 3 contact principal mobile 4 buse de soufflage isolante déflecteur coaxial 6 ouvertures entre le volume 9 et le volume 13 7 doigts du contact principal mobile 8 portion tubulaire du contact mobile; 8A extrémité de cette por- tion tubulaire 9 volume à section annulaire pour effet thermique 9A volume annulaire adjacent au volume 9 A passage annulaire des gaz chauds de soufflage d'arc par effet thermique B passage annulaire de la buse de soufflage par compression 12 piston de soufflage fixe 13 volume de compression 14 conduit annulaire de soufflage. On observe que, lors de l'ouverture du disjoncteur, l'arc qui prend naissance entre le contact d'arc fixe 2 et le contact 8A, est soumis aux jets de gaz provenant des volumes 9 et 13. Le volume 9 contient des gaz mis sous pression par chauffage par l'arc et, pour cette raison est appelé volume thermique; le volume 13 véhicule de l'air passé par le piston 12; pour cette raison nous l'appellerons volume de compression. On observe que l'arc n'est énergiquement soufflé que dans la zone voisine de celle de ses racines qui s'appuient sur le contact mobile 8A. Pour obtenir un soufflage efficace pour les forts courants à couper, il faut donc que le soufflage par l'air du volume de compression 14 soit important; or, plus ce soufflage est important, plus l'énergie néces- saire à le créer est importante, car il faut vaincre les effets de contre-pression s'exerçant sur le piston 12. Un but de l'invention est d'améliorer l'effet de soufflage sans augmenter l'énergie de manoeuvre. Selon l'invention, cet objectif est atteint en disposant les volu- mes thermiques et le volume de compression de part et d'autre de l'arc à couper, de manière à permettre une action de soufflage sur les deux racines de l'arc. L'invention a pour objet un disjoncteur à haute tension à auto-soufflage pneumatique du type comportant un premier volume dans lequel la pression augmente par chauffage par l'arc de coupure, le gaz de ce volume se détendant pour souffler l'arc au moment du passage par zéro du courant à couper et un second volume dans lequel le gaz est comprimé par un piston au début de la phase d'ouverture du disjoncteur et dirigé sur l'arc dans les phases ultérieures, le disjoncteur comportant des contacts fixes principaux, des contacts fixes pare-étincelles des contacts mobiles principaux et des contacts mobiles pare-étincelles, l'arc s'étendant au cours de l'ouverture du disjoncteur, entre les contacts pare-étincelles, caractérisé en ce que le premier volume et le second volume sont disposés de part et d'autre de la zone d'arc. L'invention est précisée par la description d'un mode de réalisa- tion donné à titre d'exemple nullement limitatif, en référence au dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est une vue partielle en demi-coupe axiale d'un disjoncteur selon l'art antérieur - les figures 2 à 6 représentent une vue en demi-coupe partielle - 3- d'un disjoncteur selon un mode préféré de réalisation de l'invention, dans diverses portions au cours de l'ouverture du disjoncteur. La figure 2 représente partiellement le disjoncteur en position fermée. On distingue l'enveloppe extérieure cylindrique en céramique 70. L'ensemble de coupure est coaxial à l'enveloppe; un volume annulaire 71 le sépare de l'enveloppe. L'ensemble de contacts fixes comprend des doigts de contacts principaux 21, fixés à un porte-contacts 22 reliés à un tube de contact 23; le porte-contacts 22 sert également de support aux doigts de contacts pare-étincelles 24 et se prolonge du côté de l'axe du disjoncteur par une partie cylindrique 22A terminée par une zone 22B en matériau résistant aux effets des arcs électriques. Le porte-contact 22 sert également de support à un manchon cylin- drique axial 25 terminé par une buse isolante 26. Le manchon 25 et la buse 26 définissent avec la partie cylindri- que 22A un volume cylindrique 27 de section annulaire, qui comme on le verra plus loin, joue le rôle de volume thermique lors d'une ouverture du disjoncteur. L'ensemble mobile comprend: - un tube de contact 31 coopérant avec les contacts principaux fixes 21 lorsque le disjoncteur est fermé; un tube 34, coaxial au tube 31, terminé par un cylindre 34A de contact pare-étincelles, dont la zone d'extrémité 34B est en matériau résistant aux effets de l'arc électrique, et coopérant avec les contacts pare-étincelle 24 lorsque le disjoncteur est fermé. Les tubes 31 et 34 sont solidaires entre eux et solidaires d'une tige de manoeuvre non représentée. Une paroi cylindrique 35 coaxiale aux tubes 31 et 34 permet de définir deux volumes de section annulaire, 37 et 38. Le volume 38 comporte un tube 41 portant à une extrémité une buse isolante 42 qui, lorsque le disjoncteur est en position fermée, vient s'appuyer sur la buse 26. L'autre extrémité du tube 41 porte un piston 43 coulissant de manière étanche dans le volume 38. Le piston est poussé par un ressort 44 s'appuyant sur un redan 45 du tube 35. 258t99 4 - Lorsque le disjoncteur est en position fermée, le ressort est bandé. Une pluralité d'orifices, tel que 46 met en communication les deux parties du volume 38, de part et d'autre du tube 41. Les positions des orifices 40 et 46 sont choisis pour que les orifices soient c8te à c8te lorsque le piston 43 est en fin de course. Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant: - lorsque le disjoncteur est en position fermée, le courant passe par le tube 23, les contacts 21 et le tube 31. A l'ouverture du disjoncteur, figure 3, par déplacement de l'en- semble mobile, le courant est commuté sur les contacts pare-étincelles 24, 34A. La buse 42 reste appliquée sur la buse 26 grâce à l'action du ressort 44. Le gaz du volume 37 commence à se comprimer sous l'action du piston fixe 39, les volumes 37 et 38 étant fermés par l'application des contacts 34A sur la buse 42. L'équipage mobile poursuivant sa course, figure 4, les contacts pare-étincelles se séparent et un arc A jaillit entre eux. La figure 4 montre la phase de la coupure dans laquelle le pis- ton 43 arrive en fin de course, mais o la buse 42 est encore appliquée sur la buse 26. La position relative de la buse 42 et du tube pare-étincelles 34A est devenue figée et définit un orifice annulaire 50 par lequel une des racines de l'arc commence à être soufflée par le gaz comprimé par le piston 39. D'autre part, le gaz de la chambre 27, comprimé sous l'effet de l'arc, se détend dès le premier passage par zéro du courant, qui produit une diminution de l'intensité d'arc. Grâce à la disposition mutuelle de l'extrémité cylindrique 22B et de la buse 26, qui définissent un passage annulaire 60, dont le plan est perpendiculaire à l'axe du disJoncteur et à l'orifice annulaire (50). On obtient ainsi un double soufflage de l'arc, dont les directions s'appliquent aux deux extrémités ou racines de l'arc, comme le montrent les flèches F1 et F2 de la figure 4. L'arc est soufflé énergiquement et l'effet de contre-pression sur le piston est limité, de telle sorte que l'énergie nécessaire à l'ouverture est faible. L'équipage mobile poursuivant sa course, figure 5, les buses 26 et 42 se séparent, ce qui dégagent une large ouverture pour les gaz qui peuvent ainsi s'échapper vers l'espace 71, ainsi que vers les espaces 17 et 18 concentriques aux contacts 22A et 34 et en communication perma- nente avec l'espace 71. La figure 6 montre le disjoncteur à la fin de la période de coupure. La large ouverture 70 permet un rapide refroidissement des gaz. -6 - REVENDICATIONS 1/ Disjoncteur à haute tension à auto-soufflage pneumatique du type à SFC comportant un premier volume (27) dans lequel la pression augmente par chauffage par l'arc de coupure, le gaz de ce volume se détendant pour souffler l'arc au moment du passage par zéro du courant à couper et un second volume (37) dans lequel le gaz est comprimé par un piston (39) au début de la phase d'ouverture du disjoncteur et dirigé sur l'arc dans les phases ultérieures, le disjoncteur comportant des contacts fixes princi- paux (21), des contacts fixes pare-étincelles (24) des contacts mobiles principaux et des contacts mobiles pare-étincelles, l'arc s'étendant au cours de l'ouverture du disjoncteur, entre les contacts pare-étincelles, caractérisé en ce que le premier volume (27) et le second volume (37) sont disposés de part et d'autre de la zone d'arc. 2/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pre- mier volume (27) est délimité par un tube (22A) coaxial aux contacts fixes pare-étincelles et une buse isolante (26), le second volume étant délimité par un premier tube (36) constituant le contact principal mobi- le et un second tube (35) coaxial à ce dernier, un piston fixe (39) fermant ce volume à une extrémité. 3/ DisJoncteur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un troi- sième tube (34) coaxial aux premier et second tubes (36, 35) et consti- tuant le contact mobile pare-étincelle, délimite, avec le second tube (35) , un volume annulaire (38) dans lequel un quatrième tube (41) terminé par une seconde buse isolante peut se déplacer sous l'action d'un piston (43) poussé par une extrémité d'un ressort (44) dont l'autre extrémité vient sur une butée (45) solidaire des contacts mobiles, le troisième et le quatrième tube définissant un passage pour le gaz du second volume, ce dernier passant par des orifices (40, 46) des second et quatrième tube. 4/ Disjoncteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la sépa- ration des deux buses isolantes (26), (42), se fait après une certaine course du tube contact (34), nécessaire pour la mise en pression du volume thermique (27). / Disjoncteur selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que l'ouverture (60) du volume thermique est perpendiculaire à l'axe du dis- Joncteur et à l'ouverture (50) du volume de compression (37).