Brevet FR2565731A1 — publié le 19851213

-1 - 2565731 Perfectionnements aux disjoncteurs. Le présent disjoncteur est du type à coupure dans le SF6. Il se caractérise par les dispositions suivantes.: - les électrodes sont de la forme habituelle, d'un part un cylindre 1 mobile dont l'extrémité 2 formée d'un alliage au tungstène rapporté par brasure, d'autre part un ensemble de doigts 3, serrés par des res- sorts 4. Les extrémités 2 des doigts sont également en alliage de tungs- tène. La pièce 9 bloque le porte doigts 10 contre le conducteur de sor- tie du courant 13. Les rondelles élastiques 11 encaissent les dilata- tions. La pièce 9 est suffisamment longue pour servir à limiter les dé- battements des doigts 3 sous l'influence des ressorts 4. L'extrémité de l'électrode mobile contient des aimants 6, de préférence au;samarium cobalt, dont les lignes de champs sont indi- quées en 7. Les aimants sont formés de secteurs circulaires. Ils sont mis en place par l'intérieur dans l'électrode mobile, et maintenus par une lame élastique 8. Les doigts contiennent également des aimants du mmne- type. Leur logement sont usinés dans les doigts, puis refermés par l'ex- trémité de tungstène brasé. Les aimants sont introduits latéralement dans leur logement. Leur ligne de force sont en 7. Les aimants font tourner les pieds d'arc. Ils sont de pré- férence magnétisés dans un sens tel que le pied d'arc qui repose sur les doigts tourne en sens inverse du pied d'arc qui repose sur l'électrode mobile. De cette façon, à chaque demi-tour des pieds d'arc, l'arc se trouve allongé et contraint de passer par l'axe de révolution de la chambre de coupure. La chambre de coupure possède une paroi 14 de forme sphé- rique. Il a été observé en effet qu'une partie importante de l'énergie de l'arc électrique est transmise en gaz par une excitation acoustique. La forme sphérique constitue un résonateur acoustique qui possède un ventre de vibration en son centre. En ce point, la fréquence de base du résonateur et ses harmoniques induisent de très violents mouvements de vaet-vient du gaz. Conmme la rotation en sens inverse des pieds d'arc oblige l'arc à passer deux fois par tour en ce point, les va-et-vient du gaz contribuent à le disloquer. La chambre de coupure est conçue de façon à rester fermée pendant le retrait de l'électrode mobile. Elle ne s'ouvre qu'une fois que la distance de coupure est établie entre les doigts fixes et l'élec- trode mobile. Ceci peut être obtenu par divers dispositifs classiques, clapets commandés par poussoir, soupapes ou autre. La réalisation présen- 2- tée - à titre indicatif et non limitatif - est une lumière 16 dans la paroi de l'électrode mobile, qui débouche en fin de course de l'élec- trode mobile dans une chambre 17 reliée par le canal 18 à une cavité non représentée. Quand l'arc s'établit au moment de la coupure, il échauf- fe le gaz de la cavité 14. Ceci augmente la pression du gaz car le gaz ne peut sortir, au début du mouvement, la lumière 16 ne se trouvant pas en face de la chambre 17. Cette lumière 16 est suffisamment petite en diamètre pour que la cavité ne puisse se vider en moins de 10 ms, ce qui correspond à une demi alternarnce du courant alternatif. Ce délai permet de conserver un soufflage important au moment o le courant passe par zéro. Dans la disposition classique, la chambre de coupure est largement ouverte sur la chambre de décharge. C'est en général le carter qui joue le rôle de chambre de décharge. La disposition classique utili- se deux phénomènes: - d'une part, le vidage de la chambre de coupure dans la chambre de dé- ar charge. La pression évolue suivant la loi A P = K (to - t).A P est la différence de pression entre chambre de coupure et chambre de décharge, to une constante de temps qui dépend du volume des chambres et de la section de l'orifice de conmmunication et le rapport des chaleurs spé- cifiques du gaz à pression et à volume constant. L'équilibre entre les deux chambres est atteint en un temps fini. Avec le dimentionnement ha- bituel, cet équilibre est atteint en très peu de temps, de l'ordre de 1 à 3 milli-secondes, de sorte que la plupart du temps le courant n'a pas le temps de passer par zéro, ce qui est la condition nécessaire de la coupure. - D'autre part, une approche en exponentielle décroissante de l'équilibre thermique entre l'apport de chaleur par l'arc dans le gaz de la chambre de coupure et la sortie de chaleur par les parois de la chambre de cou- pure. A l'équilibre, dans les dispositifs habituels, la température du gaz est de l'ordre de 200 à 300 C. Le temps nécessaire pour diviser par 2 la différence entre la température du gaz à un instant donné et la tem- pérature d' équilibre du gaz est de quelques dizaines de milli-secondes. Le second phénomène reconstitue en permanence la pression dans la chambre de coupure, de plus en plus lentement au fur et à mesure de l'écoulement du temps, alors que le premier effondre cette pression de façon quasi instantanée. De ce fait, la différence de pression entre chambre de coupure et la chambre de décharge à l'instant o le cou- rant passe par zéro est de quelques pourcents de la pression initia- le dans la chambre. La disposition du présent brevet, c'est-à-dire une ou- verture calibrée et qui ne débouche que lorsque les électrodes ont at- tient une distance suffisante pour couper l'arc à son passage à zéro, permet de disposer à l'instant décisif d'une pression plus grande que celle qui est habituelle. Ceci permet de minimiser les dimensions et/ou de supprimer le dispositif annexe de soufflage d'arc. La disposition du brevet présente de plus un autre avan- tage lorsque le courant à couper est très faible. Dans ce cas, l'échauf- fement de la cavité est minime, et ne fait pas monter le pression du gaz. Il existe cependant un soufflage en sens inverse de l'habituel: l'élec- trode mobile, en se retirant de la chambre de coupure 14, met celle-ci en dépression, puisque la chambre 14 est fermée tant que la lumière 16 n'est pas en face de la chambre 17. Compte tenu de la forme de la loi qui donne la vitesse du gaz en fonction de la pression initiale et du temps écoulé, il est possible de dimensionner le trou 16 de façon à faire durer ce soufflage de dépression pendant 10 millisecondes. Cela suffit à couper les courants faibles. Le contact qui effectue la liaison entre l'électrode mobile 1 et la pièce conductrice 19, qui est raccordée au conducteur d'entrée 20, est formé d'un anneau 21 sectionné en plusieurs secteurs - 6 suffisent en général. Cet anneau porte sur la pièce 19 et sur l'élec- trode 1 par des arêtes circulaires 22. Les secteurs sont pressés par des ressorts 23. L'étude de la géométrie de la résistance de contact montre en effet que le contact sur une zone étroite et longue donne une résistance plus faible que des pièces en bombées inverses, qui conduisent à des zones de contact quasi circulaires. C'est pourquoi ce contact en bande est utilisé sur le talon des doigts 24, et en aména- geant une arête 25 sur les doigts. Ceci permet d'obtenir une résistance de contact faible sans multiplier les pièces, comme le fait la solu- tion classique. Le mouvement de l'électrode mobile peut être obtenu soit comme indiqué sur la figure 1, soit comme indiqué sur la figure 2. cfS 6:e J' 1 4- Sur la figure 1, l'électrode mobile 1 est montée sur un piston 27 pourvu de joints 26. Du gaz, SF6 de préférence, est en- voyé en haute pression par le canal 28 et en basse pression par le canal 29 pour déclencher l'ouverture, et en inversant les pressions pour la fermeture. Le joint 30 évite de mettre en communication le gaz issu de la chambre de coupure, et celui qui manoeuvre le piston. Les canaux 28 et 29 sont mis en communication avec une vanne à 4 voies classiques, et celle-ci est. reliée à deux réser- voirs haute et basse pression. Un compresseur commandé par un pres- sostat maintient la différence de pression nécessaire entre les ré- servoirs haute et basse pression. Les pièces 33 sont en matière viscoélastique pour amortir les chocs mécaniques dus au fonctionne- ment. La vanne à 4 voies est de préférence du type o le tiroir mobile est en céramique et la platine également en céramique. Ce type de vanne est connu des hommes de l'art. Il permet d'obtenir une fuite très faible, ce qui permet de garder une pression utile plusieurs semaines sans remettre en marche le compresseur. Le carter inférieur S, la pièce supérieure 15, les demi sphères 31 et 32 sont en matière isolante. Les joints 33 sont fixes. Une seconde disposition est indiquée sur la figure 2. Cette dernière ne représente que la partie inférieure du disjoncteur, au dessous du plan qui passe par le centre de la sphère 14, car la partie supérieure est identique à celle de la figure 1. L'électrode mobile 1, surmontée de son embout de tung- stène 2, qui peut contenir ou non des aimants comme indiqué ci-dessus, est fixée à un cylindre 3 qui coulisse sur un piston fixe 4 portant un contact 5 tel que décrit en 21 de la figure 1. Le cylindre 3 porte des tétons 6 entraînés par deux cames 7 fixéessur un arbre isolant 8. Cet arbre est mis en rotation soit par une commande à ressort classi- que, soit par une commande à gaz du type décrit dans le cadre de la figure 1. Cette commnde à gaz est alors distincte du dispositf de coupure, et l'arbre de commande est attelé à l'axe du dispositif de coupure. Dans la disposition indiquée sur la figure 2, le fait d'avoir un cylindre mobile et un piston fixe permet de minimiser la masse des pièces et de simplifier leur forme. -5- REVENDICATIONS 1 Disjoncteur du type à arc tournant à coupure dans le SF6 caractérisé en ce que: - la rotation des pieds d'arc est obtenue par des aimants - permanents (6) placés dans l'électrode mobile tubulaire (1) et/ou dans l'ensemble tubulaire de doigts (3), au voisinnage immédiat des pieds d'arc, le sens de l'aimantation des aimants étant de préférence tel que les pieds d'arc tournent en sens contraire. - La chambre de coupure est de forme sphérique permettant de transmettre au gaz l'énergie de l'arc par une excitation accoustique, la forme sphérique de la chambre constituant un résonateur accoustique possédant un ventre de vibration en son centre, ce qui contribue à disloquer l'arc qui s'y trouve. 2 Disjoncteur selon revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de coupure n'est mise en communication avec la chambre de décharge qu'une fois que la distance de coupure est établie entre les électrodes.