Brevet FR2575323A1 — publié le 19860627

Disjoncteur à gaz comprimé L'invention est relative à un disjoncteur à gaz comprimé et plus particulièrement à divers perfectionnements de l'invention qui a été décrite dans la demande de brevet nO 82 00034 déposée le 5 janvier 1982, dans son premier certificat d'addition nO 84 07415 déposée le 14 mai 1984 et dans la demande de brevet nO 84 00474 déposée le 13 janvier 1984. En particulier, la présente invention est relative à la mise en oeuvre deseffets Venturi et Coanda. L'invention concerne les disjoncteurs à haute tension à gaz comprimé tel que l'hexafluorure de soufre (SF6) comprenant une chambre de compression pour comprimer le gaz au moment de la coupure et le diriger sur l'arc, et une chambre thermique dans laquelle le gaz s'échauffe sous'l'action de la chaleur de l'arc et se détend ensuite, contribuant au soufflage de l'arc. La Demanderesse a observé que l'action mécanique de soufflage de l'arc par le gaz de la chambre de compression est améliorée si l'orifice de soufflage est aménagé pour obtenir l'effet Venturi et l'effet Coanada. Ces effets se traduisent par une forte aspiration du gaz au voisinage de l'orifice spécialement aménagé. L'invention a pour objet un disjoncteur à gaz comprimé comportant dans une enveloppe d'une part un dispositif de soufflage comprenant un piston, un cylindre et un premier orifice de soufflage annulaire pour envoyer un jet de gaz comprimé dans la zone où se forme à la séparation d'un contact d'arc fixe et d'un contact d'arc mobile, un arc électrique, d'autre part un volume situé au voisinage de la zone d'arc dont le gaz peut s'échauffer sous l'action de l'arc et se détendre ensuite à travers un second orifice annulaire en direction de la zone d'arc, ledit premier orifice annulaire étant délimité par une buse annulaire et l'extrémité d'un déflecteur annulaire, ledit volume étant délimité par ledit déflecteur et un élément tubulaire métallique solidaire du contact d'arc mobile et en liaison galvanique avec lui, le second orifice annulaire étant défini par ladite buse et l'extrémité dudit élément tubulaire, caractérisé en ce que l'extrémité du déflecteur épouse la forme la buse et en est séparée d'une distance comprise entre 0,5 et 2 mm. En variante, le déflecteur comporte une protubérance annulaire définissant avec la buse un volume annulaire ouvert sur le teMlernbri- fice annulaire et sur le second orifice annulaire et communiquant par des canaux avec le volume adjacent à l'enveloppe. L'invention concerne également un disjoncteur à gaz comprimé comportant dans une enveloppe 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, le premier volume étant délimité par un tube coaxial aux contacts fixes pare-étincelles et une buse isolante, le second volume étant délimité par un premier tube constituant le contact principal mobile et un second tube coaxial à ce dernier, un piston fixe fermant ce volume à une extrémité, un troisième tube coaxial aux premier et second tubes et constituant le contact mobile pare-étincelles, délimitant, avec le second tube, un volume annulaire dans lequel un quatrième tube terminé par une seconde buse isolante peut se déplacer sous l'action d'un piston poussé par une extrémité d'un ressort dont l'autre extrémité est 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 des second et quatrième tubes, caractérisé en ce que ledit quatrième tube comporte une protubérance annulaire définissant avec le troisième tube un étroit passage, de largeur comprise entre 0,5 et 2 mm, assurant les effets Venturi et Coanda, des orifices pratiqués dans ledit tube entre ladite protubérance et son extrémité faisant communiquer la chambre délimitée par la protubérance, la seconde buse et le troisième tube, avec le volume adjacent à l'enveloppe. L'invention sera bien comprise par la description ci-après de modes de réalisation, en référence au dessin annexé dans lequel : - la figure 1 est une vue partielle en demi-coupe axiale d'un disjoncteur en cours d'ouverture, selon un premier mode de réalisation de l'invention. - la figure 2 est une vue partielle en demi-coupe axiale d'un disjoncteur, en cours d'ouverture, selon une variante. - la figure 3 est une vue partielle en demi-coupe axiale d'un disjoncteur, en cours d'ouverture, selon une autre variante. La figure 1 est une vue partielle en demi-coupe axiale du disjoncteur, en cours d'ouverture, montrant les contacts fixes et une partie de l'équipage mobile. L'ensemble doit être regardé comme une révolution autour de l'axe XX. Il est contenu dans une enveloppe 70 remplie de gaz sous pression tel que l'hexafluorure de soufre. La référence 1 désigne un contact principal fixe, fait de doigts de contact ; la référence 2 désigne un contact d'arc fixe, qui est tubulaire. L'équipage mobile comprend, un contact mobile principal tubulaire 3 et un contact mobile d'arc fait de doigts 7. Le contact 3 porte une buse 4 isolante de révolution, à l'intérieur de laquelle se trouvent un déflecteur SA, qui peut être en matériau isolant ou conducteur. Ce déflecteur 5A définit avec la buse 4 un passage 14 à section en forme de couronne. Ce passage communique, par des ouvertures 6 pratiquées dans le contact 3, avec l'intérieur d'un volume 13 de section en couronne, défini par le prolongement 3A du contact mobile tubulaire 3, un cylindre 11 coaxial au contact mobile, et un piston 12 dont la tige, 12A, est fixe. Le contact mobile comporte en outre une portion métallique tubulaire 28, située du côté de l'axe par rapport aux doigts 7, coaxiale à ses doigts, et terminée par une partie 28A en composé métalliquerésis- tant à l'action de l'arc (par exemple : tungstène).- Le contact fixe 2 est engagé entre les doigts et ladite portion tubulaire lorsque le disjoncteur est fermé. Les doigts 7 sont disposés en couronne, mais de manière à ménager entre deux doigts ou groupes de doigts des passages pour la circulation du gaz. Le volume à section annulaire compris entre le déflecteur 5A et les doigts 7 est référencée 9 ; le volume annulaire compris entre les doigts 7 et le tube 28 est référencé 9A Selon une particularité de l'invention, l'extrémité 5C du déflecteur 5A épouse la forme de la buse 4 et délimite un passage annulaire 10B ayant une largeur comprise entre 0,5 et 2 millimètres, de préférence voisine du millimètre. L'ouverture entre la buse 4 et l'extrémité 28A est référencé 10A. Le volume annulaire extérieur aux contacts 1 et 3 est référencé 17. Le contact 2 et la portion tubulaire 28 définissent respectivement des tuyères 15 et 16 d'échappement des gaz de soufflage. Lors de la coupure, le déplacement relatif de la partie mobile entrain la compression du gaz dans le volume 13 situé à gauche du piston 12 et le volume 14 entre la buse 4 et le déflecteur SA ; le gaz ne peut s'échapper et le contact d'arc 2 obture l'orifice 1OA. A la séparation des contacts d'arc 2 et 7, un arc jaillit entre eux, qui sera partiellement commuté entre le contact d'arc fixe 3 et lsextrémité 28A ; quand le contact 2 dégage la sortie 10A, le gaz accumulé dans les volumes 9 et 9A s'échappe par les tuyères 15 et 16 soufflant l'arc. Si le courant est de faible amplitude l'augmentation de pression est principalement due à l'action mécanique du piston et elle est suffisante pour souffler l'arc au premier passage par zéro.Si par contre le courant est d'amplitude élevée, et tant que les volumes 14 et 9 restent obturés par le contact 2, l'arc qui se répartit entre les contacts 2 et 7, et entre le contact 2 et la partie 28A chauffe très rapidement et intensément le gaz contenus dans les volumes 9 et 9A. Les gaz chauds s'échappent par les tuyères 15 et 16 lorsque le contact d'arc 2 et la portion tubulaire 8 sont suffisamment séparés et lors du passage du courant par zéro. L'aspiration, provoquée par les effets Venturi et Coanda s'exer canut au niveau de la sortie 1QB, contribue à l'entratnement rapide du gaz des volumes 9 et 9A, accroissant ainsi l'efficacité du soufflage La disposition precitée peut être aussi appliquez utilement au cas où le gaz remplissant le disjoncteur est un mélange d'azote et d'hexafluorure de soufre (SF6). La figure 2 représente une variante de réalisation dans laquelle les éléments communs à la figure 1 ont reçu les mêmes numéros de référence. Le déflecteur 5 est, cette fois ci, conformé de manière à présenter, au voisinage de son extrémité 10B un volume annulaire 40 en communication par des orifices 41 et des chemises 42 traversant la buse 4 avec le volume extérieur 17. La protubérance 43 du déflecteur définissant le volume 40 est séparée de la buse 4 par un orifice annulaire 10C. L'extrémité du déflecteur et la protubérance sont réalisés en matériau isolant pour que l'arc ne puisse s'y accrocher. L'orifice d'ouverture 10B de faible section (de l'ordre de mm) permet une sortie du gaz comprimé des volumes 13 et 14 à grande vitesse vers la sortie 10C. Ceci permet de créer une aspiration importante du gaz se trouvant dans le volume 40. Quelques instants avant le passage par zéro du courant de court-circuit (environ 2 millisecondes), la section de l'are se rétrécit très rapidement, laissant possible la sortie du gaz comprimé par les ouvertures 10C et 10A. L'arc est ainsi soufflé et refroidi sur une grande longueur par les gaz provenant du volume 13 (gaz comprimé), du volume 17 (gaz frais de l'enceinte extérieur) et du volume 9 (gaz chauffé thermiquement par l'arc). L'invention s'applique également dans le cas où la chambre de compression et la chambre thermique sont de part et d'autre de la zone d'arc, comme décrit dans la demande de brevet nO 84 00474 déposée le 13 janvier 1984. La figure 3 représente un disjoncteur du type décrit dans la demande citée ci-dessus, auquel on a apporté le perfectionnement de la présente invention. Le disjoncteur est vu en demi-coupe partielle axiale, au cours de la phase d'ouverture. On distingue l'enveloppe extérieure cylindrique en céramique 170. L'ensemble de coupure est coaxial à l'enveloppe ; un volume annulaire 171 le sépare de l'enveloppe. L'ensemble de contacts fixes comprend des doigts de contacts principaux 121, fixés à un porte-contacts 122 reliés à un tube de contact 123 ; le porte-contacts 122 sert également de support aux doigts de contacts pare-étincelles 124 et se prolonge du côté de l'axe du dis.Oteteur par une partie cylindrique 122A terminée par une zone 122B en matériau résistant aux effets des arcs électriques. Le porte-contacts 122 sert également de support à un manchon cylindrique axial 125 terminé par une buse isolante 126. Le manchon 125 et la buse 126 définissent avec la partie cylindrique 122A un volume cylindrique 127 de section annulaire, qui joue le rôle de volume thermique lors d'une coupure d'arc par le disjoncteur. L'ensemble mobile comprend - un tube de contact 131 coopérant avec les contacts principaux fixes 121 lorsque le disjoncteur est fermé ; - un tube 134, coaxial au tube 131, terminé par un cylindre 134A de contact pare-étincelles, dont la zone d'extrémité 134B est en matériau résistant aux effets de l'arc électrique, et coopérant avec les contacts pare-étincelle 124 lorsque le disjoncteur est fermé. Les tubes 131 et 134 sont solidaires entre eux et solidaires d'une tige de manoeuvre non représentée. Une paroi cylindrique 135 coaxiale aux tubes 131 et 134 permet de définir deux volumes de section annulaire 137 et 138. Le volume 137 contient un piston fixe 139. Des orifices 140 mettent en relation les volumes 137 et 138. Le volume 138 comporte un tube 141 portant à une extrémité une buse isolante 142 qui, lorsque le disjoncteur est en position fermée et pendant une partie de la phase d'ouverture, vient s'appuyer sur la buse 126. L'autre extrémité du tube 141 porte un piston 143 coulissant de manière étanche dans le volume 138. Le piston est poussé par un ressort 144 s'appuyant sur un redan du tube 135, non visible dans la figure. Lorsque le disjoncteur est en position fermée, le ressort est bandé. Une pluralité d'orifices, tel que 146, met en communication les deux parties du volume 138, de part et d'autre du tube 141. Les positions des orifices 140 et 146 sont choisis pour que les orifices soient côte à côte lorsque le piston 143 est en fin de course. Selon la présente invention, le tube 141 est muni d'une protubérance annulaire 80, dont le diamètre intérieur est choisi de manière à ne laisser entre la protubérance et le tube 134A qu'un passage 81, étroit, par exemple d'un millimètre d'épaisseur, pour permettre au cours de l'éjection du gaz comprimé par le piston 139 les effets Venturi et Coanda. La protubérance 80 définit avec la buse 142 un volume 82 en commu- nicat'op avec le volume 171 par des orifices 83. Au cours d'une coupure d'arc, le gaz du volume 82, ainsi que du gaz frais venant du volume 171, est aspiré par les effets Venturi et Coanda (flèche F2) et favorise le processus d'extinction de l'arc A, assuré également par le gaz chaud issu de la chambre 127 (flèche F1). REVENDICATIONS 1/ Disjoncteur 9 gaz comprimé comportant dans une enveloppe (70) d'une part un dispositif.de soufflage comprenant un piston (12) un cylindre (13) et un premier orifice de soufflage annulaire (10B) pour envoyer un jet de gaz comprimé dans la zone où se forme à la séparation d'un contact d'arc fixe (2) et d'un contact d'arc mobile (7), un arc élec- trique, d'autre part un volume (9) situé au voisinage de la zone d'arc dont le gaz peut s1 échauffer sous l'action de l'arc et se détendre ensuite à travers un second orifice annulaire (10A) en direction de la zone d'arc, ledit premier orifice annulaire (10B) étant délimité par une buse annulaire (4) et l'extrémité d'un déflecteur annulaire (5A), ledit volume (9) étant délimité par ledit déflecteur et un élément tubulaire (283 métallique solidaire du contact d'arc mobile et en liaison galvanique avec lui, le second orifice annulaire (10A) étant défini par ladite buse et 11 extrémité dudit élément tubulaire, caractérisé en ce que l'extrémité (suc) du déflecteur épouse la forme de la buse et en est séparée d'une distance comprise entre 0,5 et 2 mm. 2/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le déflecteur (5) comporte une protubérance (43) annulaire définissant avec la buse un volume annulaire (40) ouvert sur le premier orifice annulaire et sur le second orifice annulaire et communiquant par des canaux (41, 42) avec le volume adjacent à l'enveloppe (70). 3/ Disjoncteur à gaz comprimé comportant dans une enveloppe (170) un premier volume (127) 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 (137) dans lequel le gaz est comprimé par un piston (139) au début de la phase d'ouverture du disjoncteur et dirigé sur l'arc dans le phases ultérieures, le disjoncteur comportant des contacts fixes principaux (121), des contacts fixes pare-étincelles (124), des contacts mobiles principaux et des contacts mobiles pare-étincelles, le premier volume (127) étant délimité par un tube (122A) coaxial aux contacts fixes pare-étincelles et une buse isolante (126), le second volume étant délimité par un premier tube (136) constituant le contact principal mobile et un second tube (35) coaxial à ce dernier, un piston fixe (139) fermant ce volume à une extrémité, un troisième tube (134A) coaxial aux premier et second tubes (136, 135) et constituant le contact mobile pare-étincelles, délimitant, avec le second tube (135), un volume annulaire (138) dans lequel un quatrième tube (141) terminé par une seconde buse isolante (142) peut se déplacer sous l'action d'un piston (143) poussé par une extrémité d'un ressort (144) dont l'autre extrémité est 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 (140, 146) des second et quatrième tubes, caractérisé en ce que ledit quatrième tube comporte une protubérance annulaire (80) définissant avec le troisième tube (134A) un étroit passage (81), de largeur comprise entre 0,5 et 2 mm, assurant les effets Venturi et Coanda, des orifices (83) pratiqués dans ledit tube entre ladite protubérance et son extrémité faisant communiquer le volume (82) délimitée par la protubérance, la seconde buse et le troisième tube, avec le volume (171) adjacent à ltenve- loppe (170).