Brevet FR2575595A1 — publié le 19860704

Disjoncteur à haute tension à gaz comprimé La présente invention est relative à un disjoncteur à haute tension à gaz comprimé, du type dans lequel l'arc qui s'établit à ltouverture est soufflé par le gaz qui, au cours de la phase d'ouverture, a été comprimé à la fois par des moyens mécaniques et par action thermique due à l-'arc lui-même. Dans ce type de disjoncteur, il est souhaitable que le gaz échauffé par l'action de l'arc reste confiné aussi longtemps que possible pour que l'efficacité de sa détente ultérieure soit la plus grande possible. Par ailleurs, il est avantageux, pour favoriser la coupure des courants de forte intensité, de fractionner l'arc. Enfin, il est nécessaire de prévoir un grand nombre d'issues pour l'évacuation du gaz chaud, pour que l'appel produit par ces issues accroisse l'efficacité du soufflage. Un but de la présente invention est de réaliser un disjoncteur présentant les caractéristiques ci-dessus et notamment offrant la possibilité de fractionner l'arc en deux parties pour la coupure des courants de forte intensité et offrir quatre issues s'ouvrant à peu près en même temps pour l'évacuation du gaz chaud. La présente invention à pour objet un disjoncteur à haute tension à gaz comprimé du type comprenant, dans une enveloppe cylindrique isolante, un ensemble fixe et un ensemble mobile, tous deux de révolution autour de l'axe de l'enveloppe, ledit ensemble mobile comprenant un contact principal et un contact d'arc, ledit ensemble fixe comprenant un contact principal et- des contacts d'arc, les contacts principaux fixes et les contacts d'arc de l'ensemble fixe délimitant une chambre dans laquelle la pression du gaz croît sous l'effet de l'arc lors de l'ouverture du disjoncteur, caractérisé en ce que les contacts d'arc de l'ensemble fixe comprennent deux jeux de contact électriquement en série, un premier jeu de contacts étant placé sur un premier équipage semi-mobile et coopérant avec le contact d'arc mobile, et un second jeu de contacts disposés sur un second équipage semi-mobile et coopérant avec des contacts portés par ledit premier équipage mobile, ledit second jeu étant associé à des moyens n'autorisant la séparation d'avec le premier équipage mobile qui lorsque la pression dans ladite chambre dépasse une valeur donnée au cours de l'ouverture du disjoncteur. L'invention sera bien comprise par la description ci-après d'un mode préféré de réalisation, en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue partielle en demi-coupe axiale d'un disjoncteur selon l'invention en position fermée, - la figure 2 est une vue partielle en demi-coupe axiale du même disjoncteur en fin de coupure d'un courant de forte intensité - la figure 3 est une vue partielle en demi-coupe axiale du même disjoncteur en fin de coupure d'un courant de faible intensité. Dans la figure 1, on a désigné par 10 l'enveloppe extérieure isolante du disjoncteur ; un gaz diélectrique tel que l'hexafluorure de soufre sous une pression de quelques bars à la température de 200C remplit le disjoncteur. La référence 11 désigne l'espace adjacent à l'enveloppe. Le disjoncteur comprend un ensemble fixe et un ensemble mobile ayant une symétrie de révolution autour de l'axe XX. L'ensemble mobile 12 comporte des contacts principaux 13 constitués de manière connue par des doigts élastiques disposés en tulipe. Il comporte également un contact d'arc constitué par un tube 14 terminé par une portion 14A en matériau résistant aux effets de l'arc, par exemple en tungstène. Le tube possède une série de trous 14B répartis sur sa surface latérale et dont le rôle sera expliqué plus loin. Un tiroir tubulaire 15 en matière isolante est fixé à l'ensemble mobile par un ressort 16. Lorsque le ressort est comprimé (position de la figure 1), le tiroir 15 obture les trous 14B. Lorsque le ressort est détendu, des trous 15A pratiqués dans le tube 15 viennent au droit des trous 14B (figures 2 et 3) pour permettre, comme il sera expliqué plus loin, l'évacuation du gaz chaud. L'ensemble fixe comprend un contact principal tubulaire 20 prolongé par deux portions cylindriques 21 et 22. A l'extrémité du contact 20 est fixée une buse de soufflage 25 dont l'extrémité 25A vient en contact, lorsque le disjoncteur est fermé, avec le contact mobile 14 et avec le tiroir 15 qu'il repousse, bandant ainsi le ressort 16. La buse a une portion tubulaire 25B de diamètre inférieur à celui du contact 20 et égal à celui de la portion 21, de manière à définir un volume 26. Des trous 25C dans la buse et 21A dans la portion tubulaire 21 permettent, comme on le verra, d'établir une communication entre le volume 27 intérieur à la buse et le volume 11 à travers le volume 26. Les contacts d'arc de l'ensemble fixe sont constitués de deux séries de doigts 30 et 31 fixés à un équipage semi-mobile 32. Cet équipage est constitué d'un anneau 33 reliant deux tubes métalliques 34 et 35. L'anneau 33 comprend des orifices transversaux 33A permettant le passage du gaz de part et d'autre du disque. Par ailleurs, l'anneau 33 comprend des conduits ou cheminées 33B pouvant faire communiquer (voir figures 2 et 3) le volume 26 avec le volume 51 intérieur aux contacts d'arc. Les cheminées sont par exemple au nombre de trois et disposées à 1200 l'une de l'autre. Le tube 34 est enveloppé d'une gaine isolante 36. Le tube 35 peut coulisser dans la partie 25B de la buse et est prolongé par une partie cylindrique isolante 37 dont l'extrémité 37A forme un piston coulissant dans le cylindre 21. L'équipage mobile 32 est poussé par un ressort 38 s'appuyant sur un redan du tube 21. La partie cylindrique isolante 37, son extrémité 37A, le tube 21 et l'extrémité de la partie tubulaire 25B de la buse définissent un volume 40. Des trous 21B dans le tube 21 permettent la communication entre le volume 40 et le volume 11. Les doigts de contact 31, terminés par des parties 31A en matériau résistant à l'arc, sont en contact avec le contact d'arc mobile 14 lorsque le disjoncteur est fermé. L'équipage mobile 32 vient alors en butée, par sa partie isolante 36, sur l'extrémité 14A du contact d'arc mobile. Les doigts de contact 31, terminés par des parties 31A en matériau résistant à l'arc, sont en contact, lorsque le disjoncteur est fermé, avec une partie tubulaire 39 d'un second équipage semi-mobile 42. La partie tubulaire 39 est terminée par une portion 39A en matériau résistant à l'arc. L'équipage semi-mobile 42 comprend en outre une pièce 43 en matériau isolant ayant une partie 43A formant piston et une partie sensiblement cylindrique 43B qui définit avec la partie tubulaire 39, le cylindre 22 et deux cloisons transversales 44 et 45 liées à l'ensemble fixe, un volume en deux parties 46 et 47 séparés par le piston 43A. Un ressort 48, s'appuyant sur la cloison 45 et sur le piston 43A, tend à repousser l'équipage semi-mobile 42. La cloison 44 comprend des trous 44A faisant communiquer le volume 27 et le volume 46. La partie cylindrique 43B du second équipage semi-mobile comprend une protubérance 43C, coopérant avec une protubérance SOA d'un cylindre fixe 50 pour interdire, lorsque le disjoncteur est en position fermée, toute communication entre le volume 51 et le volume 52 situé à droite (dans la figure 1) de la cloison 45. Un contact 55, par exemple du type accordéon, assure la continuité électrique entre le cylindre 39 et la cloison 44. La cloison 45 est munie d'un clapet 45A qui s'ouvre lorsque la pression du volume 47 dépasse celle du volume 52. En position fermée du disJoncteur (figure 1), le ressort 48 est partiellement bandé et applique le second équipage mobile 42 contre le premier équipage mobile 32, le contact 39A venant en butée sur le cylindre isolant 36B. Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant A/ Coupure des courants de grande intensité tels que des courants de court-circuit. Le déplacement de l'ensemble mobile (vers la gauche dans la figure 1) conduit à la séparation des contacts principaux, puis, après un déplacement du premier équipage mobile, à la séparation des contacts 30A et 14A, ce qui produit un arc A (figure 2). Sous l'effet de la température, le gaz du volume 27 s'échauffe et sa pression s'accroit. Cette pression s'exerce sur le piston 43A qui entraine le second équipage mobile, (vers la droite dans la figure 1), provoquant la séparation des contacts 31A et 39A. Un deuxième arc B prend naissance. Le disjoncteur est alors dans la position représentée dans la figure 2. Lors du premier passage par zéro du courant le gaz comprimé se détend en soufflant les arcs A et B. Le déplacement de l'élément mobile et des équipages semi-mobiles a permis l'ouverture de quatre passages pour le gaz 1/ le passage constitué par les orifices 15A et 14B venus en alignement par le déplacement du tiroir 15 2/ un passage 60 entre l'extrémité 14A du contact d'arc mobile et l'extrémité 25A de la buse 25 3/ un passage qui emprunte les cheminées 33A, les trous 25B, le volume 26 et les trous 21A 4/ un passage 70 entre la protubérance 50A et le cylindre 43B. On notera que le mouvement du premier équipage semi-mobile, lors de la phase d'ouverture du disjoncteur, est freiné par les trous calibrés 21B. De la sorte, on peut contrôler et régler la variation, en fonction du temps, de la distance entre les contacts 14A et 30A, ce qui permet d'ajuster, dans une certaine mesure, la vitesse de montée en pression dans la chambre 27. On notera en outre que le déplacement vers la droite du piston 43A provoque l'évacuation du gaz du volume 47 qui s'échappe par le clapet 45A. La dépression ainsi créée ralentit le mouvement de retour du pston 43A, ce qui maintient l'arc B un temps suffisant. B/ Coupure des courants de faible intensité, par exemple des courants capacitifs. Le déplacement de l'ensemble mobile provoque la séparation des contacts principaux, puis la séparation des contacts d'arc 14A et 30A, provoquant l'apparition d'un arc. Comme le courant à couper est de faible intensité, l'échauffement du gaz est insuffisant pour permettre à la pression dans les volumes 27 et 46 de s'opposer à la détente du ressort 48. Les contacts 31 et 39 restent en contact et l'arc est soufflé par l'action du piston 43A (figure 3). L'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit. En particulier on peut construire un disjoncteur en rendant mobile l'ensemble qui a été décrit comme fixe et vice-versa. REVENDICATIONS 1/ Disjoncteur à haute tension à gaz comprimé du type comprenant, dans une enveloppe cylindrique "isolante (10), un ensemble fixe et un ensemble mobile, tous deux de révolution autour de l'axe XX de 18enveloppe, ledit ensemble mobile comprenant un contact principal (13) et un contact d'arc (14), ledit ensemble fixe comprenant un contact principal (20) et des contacts d'arc (30, 31, 39), les contacts principaux fixes et les contacts d'arc de l'ensemble fixe délimitant une chambre (27) dans laquelle la pression du gaz croit sous l'effet de l'arc lors de l'ouverture du disjoncteur, caractérisé en ce que les contacts d'arc de l'ensemble fixe comprennent deux jeux de contact électriquement en série, un premier jeu de contacts (30) étant placé sur un premier équipage semi-mobile (32) et coopérant avec le contact d'arc mobile (14), et un second jeu de contacts (39) disposés sur un second équipage semi-mobile (43) et coopérant avec des contacts (31) portés par ledit premier équipage mobile (32), ledit second jeu étant associé à des moyens (43A, 48) n'autorisant la séparation d'avec le premier équipage semi-mobile (32) qui lorsque la pression dans ladite chambre (27) dépasse une valeur donnée au cours de l'ouverture du disjoncteur. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le contact principal fixe (20) est sensiblement tubulaire et que le premier équipage semi-mobile (32) coulisse à l'intérieur dudit contact principal fixe, un ressort (38) fixé à l'ensemble fixe tendant à pousser ledit premier équipage semi-mobile dans le sens du mouvement de l'ensemble mobile. 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le contact principal (20) fixe est associé à une buse (25) de soufflage isolante, ladite buse comportant une partie tubulaire (25B) coaxiale audit contact principal fixe, ledit premier équipage semi-mobile (32) coulissant à l'intérieur de ladite partie tubulaire de la buse. 4/ Disjoncteur selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ledit premier équipage semi-mobile (32) comprend un anneau (33) reliant un tube de guidage (35) coulissant à l'intérieur du contact principal fixe et un tube (34) portant des contacts d'arc (30, 31). 5/ DisJoncteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit anneau (33) est percé de conduits radiaux (33B) mettant en communication le volume (51) voisin de l'axe et le volume (11)~adJacent à ltenve- loppe (10) par des trous (25B) de la buse et des trous (21A) du contact principal fixe. 6/ DisJoncteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit premier équipage mobile (32) comporte une partie (37A) formant piston coulissant dans un cylindre constitué par un prolongement (21) dudit contact principal fixe (20), ledit cylindre étant percé de trous (21B) calibrés pour contrôler la vitesse dudit premier équipage mobile. 7/ DisJoncteur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le second équipage semi-mobile (42) comporte une partie annulaire (43A) formant piston coulissant dans un prolongement cylindrique (22) du contact principal fixe, une face dudit piston étant soumise à la pression d'un ressort (48), l'autre face étant exposée à la pression régnant dans ladite chambre (27). 8/ Disjoncteur selon l'une des revendication 1 à 7, caractérisé en ce que ledit second équipage mobile (42) comporte une portion cylindrique axiale (43B) munie d'une protubérance (43C) coopérant avec une pièce fixe (50A) pour fermer lorsque le disjoncteur est en position fermée, le volume (11) proche de l'axe du disjoncteur et des contacts d'arc. 9/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le contact d'arc mobile (zig) est tubulaire et entouré d'un tiroir semi-mobile (15) se déplaçant lors de l'ouverture du disjoncteur, en sens inverse de celui de l'ensemble mobile. 10/ Disjoncteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit tiroir (15) comporte des trous (15A) venant, lorsque ledit tiroir est en bout de course, au droit de trous (14B) pratiqués dans le contact d'arc mobile (14).