Brevet FR2576143A1 — publié le 19860718

Disjoncteur à haute tension, à gaz comprimé, à énergie de manoeuvre assistée par l'effet thermique de l'arc et à double mouvement La présente invention est relative à un disjoncteur à haute ten- sion, à gaz comprimé, à énergie de manoeuvre assistée par l'effet ther- mique de l'arc et à double mouvement. Le disjoncteur est rempli d'un gaz à haut pouvoir de coupure, tel que l'hexafluorure- de soufre, sous une pression de quelques bars. Le disjoncteur est du type comprenant un volume dit volume thermique, dans lequel la pression est susceptible de croitre considérablement en raison de l'élévation de température qui a lieu lors de l'ouverture du disjonc- teur et qui est créée par un arc s'établissant entre les contacts d'arc. On sait qu'au premier passage par zéro du courant le gaz se détend et vient souffler l'arc. En général de tels disjoncteurs comprennent égale- ment un volume o le gaz est comprimé mécaniquement par un piston et est dirigé sur l'arc pour aider à la coupure. Dans le cas des faibles cou- rants à couper (ligne à vide) l'action de soufflage mécanique est pré- pondérante. Dans le cas de courants de grande intensité à couper (cou- rants de court-circuit), c'est l'action de soufflage thermique qui pré- vaut. Dans de tels disjoncteurs, il est important de réduire autant que possible l'énergie nécessaire à la coupure. Or, -le plus souvent, l'aug- mentation de la pression dans le volume thermique vient freiner le mouve- ment de l'ensemble mobile du disjoncteur. Un but de la présente invention est de réaliser un disjoncteur à soufflage thermique dans lequel la montée en pression dans la chambre thermique permet de réduire l'énergie nécessaire au fonctionnement du disjoncteur. - L'invention a pour objet un disjoncteur à haute tension à gaz comprimé, à énergie de manoeuvre assistée par l'effet thermique de l'arc et à double mouvement, comprenant, un ensemble mobile portant des contacts principaux et des contacts d'arc et électriquement relié à une première prise électrique, un ensemble fixe relié à une seconde prise électrique du disjoncteur, un ensemble semi-mobile relié galvaniquement audit ensemble fixe et lié mécaniquement audit ensemble fixe par un moyen élastique-et portant des contacts principaux et des contacts d'arc coo- pérant respectivement avec les contacts principaux et les contacts d'arc 2- de l'ensemble mobile, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour exercer, lors d'une coupure d'arc, une force sur ledit ensemble semimobile pour tendre à le déplacer dans le sens opposé au déplacement de l'ensemble mobile. L'invention sera bien comprise par la description donnée ci-après de divers modes de réalisation de l'invention en référence au dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe axiale d'un disjoncteur, selon un premier mode de réalisation de l'invention, en position fermée, - la figure 2 est une vue schématique partielle en coupe axiale du même disjoncteur, représenté en cours d'ouverture lors de la coupure d'un courant de grande intensité, et dans lequel le double mouvement est montré, - la figure 3 est une vue schématique partielle en coupe axiale du même disjoncteur, représenté dans une position correspondant à la coupure d'un petit courant. Dans les figures 1 à 3, la référence 10 désigne un ensemble fixe du disjoncteur, la référence 20 un ensemble semi-mobile et la référence 40 un ensemble mobile. Ces ensembles sont de révolution autour d'un axe XX et enfermés dans une enveloppe 1 isolante ou métallique. Le disjoncteur est rempli d'un gaz à bonnes propriétés diélec- triques tel que l'hexafluorure de soufre sous une pression de quelques bars. La référence 2 désigne le volume compris entre l'enveloppe 1 et les pièces 10, 20 et 40. L'ensemble fixe comprend une couronne massive 11, reliée à une prise de courant non représentée et deux pistons fixes, de sections annulaires inégales 12 et 13. Le piston 12 est fixé à la couronne par une pluralité de tiges telles que 14, dont au moins une possède un canal intérieur 14A et des orifices 14B débouchant à la fois dans le canal et à l'extérieur de la tige. Le piston 12 possède au moins un canal 12A dans le prolongement du canal 14A de telle sorte la pression qui s'exerce sur la face du piston située du c8té opposé aux tiges soit toujours égale à la pression du volume 2. 3- - Le piston 13 est relié à la couronne 11 par une tige tubulaire 15 métallique. De préférence la tige 15 et le piston 13 ne constitueront qu'une seule pièce métallique usinée. L'ensemble 20 est dit semi-mobile car son mouvement axial est limité par un ressort 16 qui s'appuie contre la couronne 11 et contre un premier fond circulaire 21 de l'ensemble semi-mobile. Cet ensemble semi-mobile eomprend quatre tubes métalliques coaxiaux 22, 23, 24 et 25. Le tube 22 est fixé d'un c8té au premier fond 21; de l'autre c8té il est prolongé par un manchon isolant 22A. Le tube 23 est fixé d'un c8té au premier fond 21 et de à l'autre à un second fond 26. Des orifices 23A sont percés dans le tube 23 au voisinage du premier fond 21. Le tube 23 se prolonge au-delà du fond 26 par une portion tubu- laire 27 servant de contact principal lorsque le disjoncteur est fermé. A cette portion tubulaire 27 et au fond 26 est fixée une buse isolante de soufflage en deux parties 28A et 28B séparées par un volume 30 communiquant par des trous 27A du contact 27 avec le volume 31 compris entre les tubes 22 et 23. (En variante, la buse pourrait être d'une seule pièce, munie de canaux la traversant de part en part). Le tube 24 est fixé au fond 26 et sa longueur est plus courte que celle du tube 23 pour laisser un espace libre entre ce tube et le fond 21. - Le volume annulaire compris entre les tubes 23 et 24 et dans lequel peut coulisser de manière étanche le piston 12, est référencé 32. Le tube 25 est fixé au fond 26 et a une longueur voisine de celle du tube 24. Le volume annulaire compris entre les tubes 24 et 25 et dans lequel peut coulisser de manière étanche, le piston 13 est référencé 33. Le tube 25 se prolonge au-delà du fond 26 par une portion 25A portant des doigts de contact d'arc 35. Le volume 33 communique avec le volume 34 compris entre la partie 28B de la buse et les doigts de contact 35 par de larges orifices 26A. Les volumes 32 et 33 communiquent par des petits orifices 24A. 2 5 7 6143 -4- En pratique les tubes 23, 24, 25 et le fond 26 pourront être réalisés en une seule pièce métallique usinée. Le fond 21 possède des joints d'étanchéité 21A qui coopèrent avec le tube 15 pour fermer la chambre 36 délimitée par les pistons 12 et 13, le tube 15 le fond 21 et le tube 23. En outre, le fond 21 porte des contacts électriques glissants 21B pour assurer la continuité galvanique entre le tube 15 et l'ensemble semi-mobile. Enfin le fond 21 est muni d'un clapet 37 dont le rôle sera expliqué plus loin. Ce clapet est assujetti à ne s'ouvrir que si la pression à l'intérieur du volume 36 devient inférieure à celle du volume 2. L'ensemble mobile comprend une couronne massive 41 reliée à une prise de courant du disjoncteur non représentée ainsi qu'à un organe de manoeuvre non représenté. A cette couronne sont fixés des doigts de contact 42 entourés par un tube 43. Les doigts 42 coopèrent avec le tube 27 pour assurer le passage du courant lorsque le disjoncteur est en position fermée. Le tube 43 vient en contact avec la partie isolante 22A de l'ensemble semi-mobile. En position fermée du disjoncteur, le ressort 16 est par- tiellement bandé. La couronne 41 porte également un contact tubulaire 44 terminé par une portion 44A en matériau résistant aux effets de l'arc. Lorsque le disjoncteur est fermé, le tube 44 est en contact avec les doigts 35 et l'extrémité des parties 28A et 28B de la buse de soufflage. Le volume 45 compris entre les contacts 41 et le contact 44 commu- nique d'une part par des orifices 44B du tube 44 avec le volume 50 voisin de l'axe et d'autre part par de larges orifices 41A avec le volume 2. Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant: En position fermée, le courant passe de la couronne 11 à la couronne 41 en suivant le tube 15, les contacts 21B, le fond 21, le tube 23, le contact 27 et les doigts 41. Coupure des courants de grande intensité (courts-circuits). L'ensemble mobile se déplace vers la droite. L'ensemble 2 5 76143 -5 - semi-mobile se déplace également vers la droite sous l'action du res- sort 16, mais plus lentement que l'ensemble mobile, en raison de la compression créée dans le volume 36. Lorsque les doigts 35 quittent le contact tubulaire 44, un arc 60 jaillit entre les extrémités de ces pièces. La température au voisinage de l'arc croit et provoque une augmen- tation-de la pression qui se transmet, par les volumes 30 et 31 dans la chambre 36 et par les orifices 26A dans le volume 33. Comme la surface S2 du fond 21 est supérieure à la section S1 du piston 13, l'ensemble semi-mobile se déplace vers la gauche, contre la poussée du ressort 16. Il en résulte une augmentation de la vitesse de séparation des contacts d'arc. Une partie de l'énergie nécessaire à la coupure est fournie par l'arc luimême et cet apport est d'autant plus important que le courant à couper est plus important. Au premier passage par zéro du courant, la pression décroit dans la zone des contacts. Le gaz du volume 33, qui a été comprimé par voie thermique et aussi par l'action du piston 13 se détend et vient souffler la zone d'arc. En même temps le ressort 16 repousse l'ensemble semi-mobile et le gaz du volume 36 est chassé par les volumes 31 et 30, contribuant également au soufflage de l'arc et assurant une excellente tenue aux remontées de tension. Coupure des courants de faible intensité (disjoncteur à vide ou courant capacitif). L'arc produit une montée de température insuffisante pour pouvoir déplacer l'ensemble mobile 20 contre le ressort 16. L'extinction de l'arc est obtenue par soufflage du gaz comprimé dans le volume 36 qui traverse les volumes 31 et 30 (figure 3). A l'enclenchement du disjoncteur, le clapet s'ouvre, permettant le remplissage du volume 36. -6 - REVENDICATIONS 1/ Disjoncteur à haute tension à gaz comprimé, à énergie de manoeuvre assistée par l'effet thermique de l'arc et à double mouvement, compre- nant, un ensemble mobile portant des contacts principaux et des contacts d'arc et électriquement relié à une première prise électrique, un ensemble fixe relié à une seconde prise électrique du disjoncteur, un ensemble semi-mobile relié galvaniquement audit ensemble fixe et lié mécanique- ment audit ensemble fixe par un moyen élastique et portant des contats principaux et des contacts d'arc coopérant respectivement avec les contacts principaux et les contacts d'arc de l'ensemble mobile, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (13, 36) pour exercer, lors d'une coupure d'arc, une force sur ledit ensemble semi-mobile (20) pour tendre à le déplacer dans le sens opposé au déplacement de l'ensemble mobile (40). 2/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent une chambre (36) constituée par un premier (12) et un second (13) piston solidaire de l'ensemble fixe (10) et par un fond (21) commun à un premier (32) et à un second (33) volume de section annulaire dans lesquels coulissent respectivement lesdits pistons, ledit fond et lesdits volumes faisant partie de l'ensemble semi-mobile, lesdits pistons étant munis de tiges (14, 15) traversant ledit fond, et au moins un conduit (30, 31) mettant en communication la zone d'are et l'inté- rieur de la chambre (36) le premier volume comprenant un moyen (12A) pour faire communiquer l'intérieur du premier volume avec l'extérieur de l'ensemble semi-mobile, le second volume (33) communiquant avec la zone d'arc. 3/ DisJoncteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit conduit (30, 31) traverse une buse de soufflage (28A, 28B) disposée à une extrémité dudit volume (33) cylindrique communiquant avee la zone d'arc. 4/ Disjoncteur selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ee que ledit moyen pour faire communiquer l'intérieur du premier volume (32) avec l'extérieur de l'ensemble semi-mobile (20) comprend un perçage (12A) du premier piston communiquant avec un conduit (14tA) pra- tiqué dans la tige (14) de liaison, des perçages (14B) débouchant dans -7- ledit conduit. / Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ledit fond (21) comporte un clapet (37) ne s'ouvrant que lorsque la pression de la chambre (36) devient inférieure à celle régnant à l'exté- rieur de l'ensemble semi-mobile.