Brevet FR2586136A1 — publié le 19870213

Disjoncteur à hexafluorure de soufre à haute densité La présente invention concerne un disjoncteur à hexaflurorure de soufre à haute densité. On connaît les disjoncteurs à haute tension utilisant comme milieu de coupure l'hexafluorure de soufre (SF6) en phase gazeuse sous une pression de quelques bars. On sait que le pouvoir de coupure est amélioré par une augmentation de la pression du gaz. I1 a été imaginé d'utiliser de lthaxafluorure de soufre en phase liquide. Les divers disjoncteurs à SF6 liquide de type connu prévoient des moyens pour pousser le SF6 liquide sur la zone d'arc au moyen de pistons. Ces dispositions nécessitent une énergie de manoeuvre très importante en raison de la contre-pression créée par l'arc. Un but de la présente invention est de réaliser un disjoncteur à hexafluorure de soufre partiellement liquéfié, et ne nécessitant qu'une faible énergie de manoeuvre. L'invention a pour objet un dispositif à hexafluorure de soufre comprenant, dans une enceinte étanche un ensemble fixe comportant un contact fixe à l'intérieur d'une buse isolante et un ensemble mobile comprenant un contact mobile associé à des moyens de manoeuvre, caractérisé en ce qu'il comprend une chambre fixe et de volume constant constituant une chambre de surpression remplie de SF6 liquide, la surpression étant créée par l'énergie de l'arc à l'ouverture du disjoncteur sur un courant de court-circuit et provoquant un soufflage de l'arc à travers la buse isolante. L'invention est précisée par la description ci-après d'un mode préféré de réalisation de l'invention en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vùe partielle en coupe axiale d'un disjoncteur selon l'invention, en position fermée, - la figure 2 est une vue du même disjoncteur en position ouverte. Le disjoncteur représenté dans la figure 1 comprend une enveloppe isolante 1, de bonne tenue à la pression, fermée de manière étanche par deux flasques 2 et 3 métalliques munis de prises de courants respectivement 2A et 3A. Un ensemble de contacts fixes comprend un support métallique cylindrique 4 portant une buse isolante 5 et des doigts de contact 6 à doubles plots, les uns 6A en tungstène et servant de contacts d'arc, les autres 6B en cuivre argenté servant de contacts permanents. On peut en variante, utiliser des doigts à un seul plot en tungstène-argent servant à la fois de contact d'arc et de contact permanent. Un déflecteur pare-étincelles 7 métallique avec une extrémité en tungstène 23 entoure les doigts de contact. La référence 8 désigne une chambre de surpression annulaire comprise entre le déflecteur 7 et la paroi intérieure de la buse, et dont le rôle sera expliqué plus loin. Des canaux SA, pratiqués à travers la buse, font communiquer le volume 8 avec le volume compris dans le divergent de la buse. L'équipage mobile comprend une tige 10, reliée à un organe de manoeuvre non représenté, coulissant de manière étanche grâce au joint 11 à travers le flasque 2. L'extrémité de la tige est entourée par un fourreau métallique 12 définissant un conduit annulaire 12A parallèle à l'axe et débouchant dans un embout en tungstène 13, par des canaux de soufflage 13A et dont l'extrémité est hors de portée de la racine de l'arc. Le fourreau est fixé à un cylindre métallique 14 coulissant, par l'intermédiaire de contacts électriques glissants 15, autour d'un cylindre métallique 16 fixé au flasque 2 et constituant un piston. Des passages 14A pratiqués dans la couronne reliant le cylindre 14 à la tige 10 permet de mettre en communication le volume 18 intérieur au cylindre 14 avec le conduit 12A. La référence 19 désigne le volume compris entre l'ensemble des contacts et l'enveloppe isolante. L'intérieur du disjoncteur est rempli d'hexafluorure de soufre SF6 avec une densité telle que le SF6 soit en partie liquide et atteigne un niveau minimal 21 voisin de celui du col de la buse. En pratique, une valeur de densité (ou masse volumique) moyenne comprise entre 0,6 g/cm3 et 0,730 g/cm3 (densité critique) permet d'atteindre cet objectif. Avec une densité constante de 0,6 g/cm3 le volume de SF6 liquide est à peu près égal au 1/3 du volume de la chambre de coupure pour une gamme de température s'étendant de - 300C à + 300C. A la densité critique, le niveau de SF6 liquide atteint pratiquement le milieu de la chambre pour toute la gamme de température jusqu'à 450C. Au dessus de 450C le liquide fait place à un gaz dense. A la densité de 0,7 g/cm3 , la pression sur l'enveloppe isolante reste inférieure à 50 bars pour une température de l'enceinte de 600C. 3 On choisira une valeur entre 0,6 g/cm3 et la densité critique en fonction des conditions climatiques. Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant : A) Coupure des courants de court-circuit. - en position fermée du disJoncteur, figure 1 le courant transite par la prise 2A le flasque 2, le cylindre 16, les contacts 15, le cylindre 14, le fourreau 12, les plots 6A et 6B, les doigts 6, le bloc support 4, le flasque 3 et la prise 3A. - à l'ouverture du disjoncteur, figure 2, par déplacement de la tige 10 vers le haut de la figure, un arc 25 jaillit entre l'embout 13, les plots 6A et l'extrémité 23 du pare-étincelles 7. Cet arc chauffe rapidement le liquide de la chambre de surpression 8 dont la pression augmente fortement. Lorsque le fourreau 12 quitte le col de la buse, le fluide du volume 8 se détend et souffle l'arc. Le gaz soufflé par les canaux 5A contribue également à l'extinction de l'arc. Ces canaux permettent d'évacuer une partie de l'énergie en cas de surpression trop importante dans le volume 8. La surpression du fluide dans l'enceinte 8 ne freine pas le mouvement du contact mobile, au contraire elle peut l'accélérer. Le canal 20 équipé d'un clapet 20A permet la communication entre les volumes 22 et 8. Ce clapet se referme quand la pression monte dans le volume 8. B) Coupure des faibles courants L'arc est faible et ne peut augmenter sensiblement la pression de la chambre 8. il est coupé par les jets de gaz venant des canaux 13A. Ces jets permettent un brassage efficace du SF6 liquide situé entre les contacts. La haute densité de SF6 permet d'obtenir des distances d'isolement réduites et donc de construire des disjoncteurs compacts. REVENDICATIONS 1/ Disjoncteur à hexafluorure de soufre comprenant, dans une enceinte étanche un ensemble fixe comportant un contact fixe (6) à l'intérieur d'une buse isolante (5), et un ensemble mobile comprenant un contact mobile (12) associé à des moyens de manoeuvre, caractérisé en ce qu'il comprend une chambre (8) fixe et de volume constant constituant une chambre de surpression remplie de SF6 liquide, la surpression étant créée par l'énergie de l'arc à l'ouverture du disjoncteur sur un courant de court-circuit et provoquant un soufflage de l'arc à travers la buse isolante (5). 2/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite chambre de surpression est délimitée par le pare-étincelles (7) entourant le contact fixe (6) formé de doigts et l'intérieur de la buse isolante. 3/ DisJoncteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la buse isolante (5) est percée de canaux (5A) mettant en communication ladite chambre de surpression et l'extérieur de la buse, lesdits canaux débouchant dans le divergent de la buse, du côté de l'axe de celle-ci. 4/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'ensemble mobile comprend un cylindre (14) coopérant avec un piston fixe (16) pour projeter sur la zone d'arc à l'ouverture du disjoncteur des jets de gaz à travers un conduit annulaire (12A) du contact mobile débouchant vers son extrémité, mais hors de la zone où l'arc prend racine. 5/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la pression de remplissage de l'enceinte est tel que dans une large gamme de température, le niveau d'hexafluorure de soufre liquide atteint au minimum le col de la buse isolante.