Brevet FR2582145A1 — publié le 19861121

Disjoncteur à hexafluorure de soufre fonctionnant dans un environnement à très basse température La présente invention est relative à un disjoncteur à haute tension à hexafluorure de soufre (SF6). Les disjoncteurs de ce type sont souvent installés en plein air et peuvent être amenés à devoir fonctionner dans un environnement à très basse température. Dans un disjoncteur rempli de gaz SF6 à une pression relative de 5 bars à 2arc, il y a risque de condensation du gaz dès que la température extérieure atteint -300C. La pression interne tombe à 2,3 bars à -500C. Ces circonstances produisent deux types d'inconvénients : - d'une part, les gouttelettes de liquide provenant de la condensation du gaz qui se forment sur les parois intérieures du disjoncteur (porcelaine) peuvent entrainer des amorçages entre les parties sous tension, - d'autre part, la baisse de pression du gaz, dûe à la basse température, produit une baisse de la qualité d'isolement du disjoncteur et peut conduire à des réamorçages au cours de l'ouverture du disjoncteur. Un but de l'invention est de réaliser un disjoncteur dans lequel aucune condensation ne peut avoir lieu sur les parois latérales du disjoncteur. Un autre but de l'invention est de réaliser un disjoncteur dans lequel une évaporation au moins partielle du gaz condensé est assurée pour maintenir la densité de gaz à un niveau compatible avec un bon fonctionnement du disjoncteur. La présente invention a pour objet un disjoncteur à haute tension comprenant une enceinte étanche dans laquelle est disposé un ensemble fixe comprenant un contact principal et un contact d'arc et un ensemble mobile comprenant un contact principal et un contact d'arc, l'enceinte étant remplie de gaz sous pression constitué au moins partiellement d'hexafluorure de soufre, caractérisé en ce qu'il comprend un condenseur disposé à ltextérieur du disjoncteur, l'intérieur du condenseur étant en communication avec l'intérieur de l'enceinte par au moins une première canalisation assurant un transfert de gaz entre l'intérieur de l'enceinte et le condenseur et par au moins une seconde canalisation pour transférer le gaz liquéfié dans le condenseur vers l'intérieur de l'enceinte. L'invention sera bien comprise par la description ci-après de plusieurs modes de réalisation de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue partielle en coupe axiale d'un disjoncteur selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue partielle en coupe axiale d'un disjoncteur selon un second mode de réalisation de l'invention, - la figure 2A est une vue agrandie en coupe d'un détail de la figure 2, - la figure 3 est une vue partielle en coupe axiale d'un disjoncteur selon une autre variante, - la figure 4 est une vue en élévation d'un disjoncteur selon une autre variante. L'invention, qui s'applique aux disjoncteurs remplis d'hexafluorure de soufre, s'applique également aux disjoncteurs remplis d'un mélange d'hexafluorure de soufre et d'azote. Dans la figure 1, on peut distinguer, dans une enveloppe isolante 1, de préférence en porcelaine, un ensemble de contacts fixes 10 et un ensemble mobile 20. L'enveloppe est remplie de gaz isolant que l'on supposera, pour simplifier, être de l'hexafluorure de soufre pur. L'ensemble mobile comprend une série de doigts de contact 21, constituant le contact principal mobile et coopérant avec le contact principal fixe 11 et une série de doigts de contact 22 formant le contact d'arc mobile et coopérant avec le contact d'arc fixe 12. Une buse de soufflage 23 permet de canaliser le gaz de soufflage poussé, à l'ouverture du disjoncteur, par le piston fixe 24. Selon une caractéristique de l'invention, le disjoncteur est compléte par un condenseur 30, placé extérieurement au disjoncteur. Ce condenseur est constitué de manière très simple par un récipient xetallique, relié par deux canalisations 31 et 32 à l'extérieur du disjoncteur. La forme du récipient est indifférente (sphère, tore, etc...). Le choix du métal et de son épaisseur est tel que la paroi interne du condenseur puisse très rapidement être portée à une température voisine de la température de l'environnement extérieur. La canalisation 31 est de grand diamètre (5 à 15 cm) et débouche à une extrémité, vers la paroi du disjoncteur et à l'autre extrémité vers la mi-hauteur du condenseur. La canalisation 32 est de plus petit diamètre de l'ordre du centimètre et débouche, à une extrémité, à la partie la plus basse du condenseur et à l'autre extrémité, vers le centre du disjoncteur. L'idée mattresse de l'invention est de favoriser la condensation en un lieu donné lorsque la température baisse, pour éviter la condensation sur les parois internes du disjoncteur. Lorsque survient une baisse de la température extérieure, la condensation se produit préférentiellement dans le condenseur 30. Le gaz monte par le conduit 31 et s'y condense partiellement. Le condensat 33 s'écoule par le conduit 32 vers l'intérieur du disjoncteur. Le conduit 32 débouche près du tube 13 support du contact fixe 11 ; ce tube 13 est muni d'une collerette 14 constituant un déversoir permettant d'obtenir la formation d'un film de SF6 liquide qui s'écoule le long du tube 13. Lorsque le courant circule dans le disjoncteur, ce film liquide s'évapore ce qui contribue à créer un gaz à densité de SF6 plus grande dans l'espace 25 du disjoncteur. Le tube 13 et le contact tubulaire 11 se rejoignent en formant une goulotte 15 dans lequel le SF6 liquide peut s'accumuler. Une échancrure 16 dans le contact d'arc fixe permet de faciliter la descente du gaz quand les contacts sont en position fermée. Cette échancrure est pratiquée au niveau du col de la buse de soufflage, représentée en traits interrompus. A travers cette échancrure 16 le gaz lourd peut descendre~facilement jusqu'au volume 24A. Lors de l'ouverture du disjoncteur suite à un défaut sur le réseau, on obtient ainsi un gaz comprimé à haute densité à travers la buse 23. En plus lors de la coupure d'un courant de forte intensité, celui-ci traverse les pièces 21, 11 et 13 qui s'échauffent par effet Joule, ce qui provoque la vaporisation rapide du liquide SF6 contenu dans la goulotte 15 et le long de la paroi interne du tube 13. La figure 2 représente un autre mode de réalisation d'un disjoncteur, selon l'invention. Les éléments communs aux figures 1 et 2 ont reçu les mêmes numéros de référence. Le disjoncteur est représenté en position fermée. Le contact d'arc fixe 12A, comporte vers son extrémité, des ouvertures 17, de faible diamètre, pouvant être fermées par un clapet 18 poussé par un ressort 19 (figure 2A). Le cylindre 13A qui porte le contact d'arc fixe 12A reçoit un piston 26 lié mécaniquement par des tirants tels que 27 à l'équipage mobile 20. Le piston 26 est creux et reçoit l'extrémité du conduit 32 relié au condenseur 30. Le piston 26 est muni d'un orifice 26A muni d'un clapet normalement ouvert. Le condensat provenant du condenseur s'écoule par le conduit 32 dans le piston 26 puis par l'orifice 26A dans le contact 12A. Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant : à la fermeture du disjoncteur, le ressort 28 est comprimé par les tirants 27. Le SF6 liquide qui se forme à basse température extérieure descend, comme on l'a dit plus haut, dans le contact fixe creux 12A. A itouverture du disjoncteur, le ressort 28 se détend, pousse le piston 26 qui comprime le gaz au-dessous de lui provoquant l'ouverture du clapet 18 et la pulvérisation du SF6, sous forme de brouillard, dans la zone d'arc. Ce brouillard de SF6 à grande densité favorise la coupure. Le clapet 26A se ferme en raison de l'augmentation de la pression dans la chambre de coupure et empêche le gaz de remonter dans le condenseur. On peut aussi réaliser la compression du gaz dans le tube 12A par le déplacement d'un piston sous l'effet de l'attraction ou de la répulsion électromagnétique en utilisant le courant de court-circuit à travers une bobine en série avec le contact fixe 13. L'utilisation de l'effet électromagnétique du courant de court-circuit permet d'injecter du SF6 liquide dans l'enceinte 25A-à travers les ouvertures 17 quelques centièmes de seconde avant l'ouverture du contact mobile 20. Dans cette solution les tirants tels que 27 ne seront plus nécessaires. La figure 3 représente une variante de réalisation de disjoncteur du type comprenant un équipage mobile avec contact principal 51 et contact d'arc 52 et un ensemble fixe comprenant un contact principal fixe 61 et une série de doigts 62 formant un contact d'arc fixe. Une buse 63 et un déflecteur 64 délimitent une chambre 65 dans laquelle le gaz s'échauffe et monte en pression sous l'effet de l'arc formé lors d'une séparation des contacts d'arc. Un piston 66, mécaniquement lié à ltéquipage mobile, ou muni de moyens de déplacement propre, pousse, lors de l'ouverture du disjoncteur, un gaz frais à travers un conduit annulaire formé par le déflecteur 64 et les contacts 62. Comme dans l'exemple précédent, un condenseur 70 est disposé à l'extérieur du disjoncteur et relié par deux conduits 71 et 72 à l'extérieur du disjoncteur. Le conduit 71, de plus grand diamètre que le conduit 72, débouche dans le disjoncteur du côté de la paroi de porcelaire. Le conduit 72 de plus faible diamètre débouche dans la chambre 65. Le condenseur représenté est de forme torique. Une vanne 75 se referme lorsque la pression dans la chambre 65 croit au-delà d'une limite donnée et interdit alors toute communication entre le condenseur 70 et la chambre 65. La buse 63 est avantageusement recourbée pour constituer une gouttière pour recueillir le SF6 liquide qui coule le long de la paroi de la chambre 65. Au moment d'une coupure de grand courant, la chaleur dégagée par l'arc vaporise ce SF6 dont la pression de vapeur augmente alors localement, favorisant ainsi la coupure. Pour les faibles courants à couper, l'extinction de l'arc se fait par le soufflage du SF6 comprimé dans l'enceinte 66A à l'aide du piston 66. La figure 4 montre une vue d'ensemble d'un disjoncteur comprenant, au-dessus de la chambre de coupure 100, un condenseur torique 101, avec ses conduits d'amenée de gaz 102 et ses conduits de liquide 103. La colonne 105 contient la tringlerie de manoeuvre du disjoncteur et la chambre 106 son mécanisme de manoeuvre. Le potentiel de la masse règne au niveau du bas de la colonne 105. Un second condenseur 108 est placé, recueillant le SF6 gazeux ou déjà liquéfié. Le condensat est vaporisé par un organe de chauffage 109 et réinjecté à l'intérieur du disjoncteur. L'énergie de chauffage fournie par l'organe 109 peut être soit l'énergie électrique, soit l'énergie thermique du sol. k 1 ou 2 mètres dans le sol, la température est suffisante pour évaporiser le SF6 liquide à - 500C provenant de 108. Comme déjà signalé plus haut, la condensation du SF6 fait diminuer la pression dans l'enceinte du disJoncteur. L'addition au SF6 de 1 à 2 bars d'azote en plus permet une meilleure tenue diélectrique en position d'ouverture des contacts et améliore le fonctionnement mécanique du disjoncteur en très basse température. REVENDICATIONS 1/ DisJoncteur à haute tension comprenant une enceinte étanche (1) dans laquelle est disposé un ensemble fixe (10) comprenant un contact principal et un contact d'arc et un ensemble mobile (20) comprenant un contact principal et un contact dlarc, l'enceinte étant remplie de gaz sous pression constitué au moins partiellement d'hexafluorure de soufre, caractérisé en ce qu'il comprend un condenseur (30) disposé à l'extérieur du disjoncteur, l'intérieur du condenseur étant en communication avec l'intérieur de l'enceinte par au moins une première canalisation (31) assurant un transfert de gaz entre l'intérieur de l'enceinte et le condenseur et par au moins une seconde canalisation (32) pour transférer le gaz liquéfié dans le condenseur vers l'intérieur de l'enceinte. 2/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le condenseur (30) est une sphère creuse métallique. 3/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le condenseur (30) est un tore creux métallique. 4/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à3, caractérisé en ce que la première canalisation (31) débouche dans l'enceinte à proximité de la paroi de l'enceinte. 5/ DisJoncteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la seconde canalisation (32) débouche dans l'enceinte à proximité d'un tube métallique (13) constituant le support du contact principal fixe (11). 6/ Disjoncteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit tube comporte une collerette (14) constituant un déversoir pour le gaz liquéfié provenant du condenseur et assurant la formation d'un film liquide sur la paroi dudit tube. 7/ DisJoncteur selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que ledit tube (13) comporte, au voisinage du contact d'arc fixe (11), une goulotte (15) pour recueillir le gaz liquéfié. 8/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le contact d'arc fixe (12k) est un tube fermé à son extrémité située dans la zone d'arc et recevant le liquide gaz liquéfié, ledit tube comprenant vers -ladite extrémité, au moins un orifice (17) obturable par un clapet (18) s'ouvrant lors de l'ouverture du disjoncteur. 9/ Disjoncteur selon la revendication 8, caracteirisé en ce que les orifices (17) se trouvent en face de la sortie (40) des gaz comprimés dans l'enceinte (24A). 10/ Disjoncteur selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend un piston (26), se déplaçant à l'ouverture du disjoncteur, pour comprimer le gaz surmontant le liquide contenu dans le contact d'arc fixe. 11/ Disjoncteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que le piston (26) se déplace sous l'action électromagnétique d'une bobine parcourue par le courant de court-circuit. 12/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend une chambre thermique (65) constituée par une buse (63) prolongeant le contact principal fixe (61) et un déflecteur (64) entourant le contact d'arc fixe (62), la seconde canalisation (72) débouchant dans ladite chambre thermique. 13/ DisJoncteur selon la revendication 12, caractérisé en ce que ladite buse (63) est recourbée pour constituer une gouttière recueillant le gaz liquéfié en provenance du condenseur. 14/ DisJoncteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un second condenseur (108) disposé à l'extérieur du disJoncteur au niveau des pièces ayant le potentiel de la masse, ledit condenseur étant relié à l'intérieur du disjoncteur par des premières canalisations véhiculant du gaz, le liquide condensé étant acheminé à un dispositif (109) de vaporisation dont la sortie est en communication avec l'intérieur du disjoncteur.