Brevet FR2593963A1 — publié le 19870807

Disjoncteur à haute tension à hexafluorure de soufre pouvant fonction- ner à des températures extérieures basses. La présente invention est relative à un disjoncteur à haute tension à hexafluorure de soufre SF6 pouvant être utilisé à des tempé- ratures extérieures très basses. Le pouvoir de coupure d'un disjoncteur à SF6 dépend beaucoup de la pression interne de la chambre de coupure qui affecte le débit massique de gaz SF6 requis pour l'extinction de l'arc. Quand la tempé- rature diminue, la pression baisse et le débit massique est grandement diminué, conduisant à des réamorçages au cours de la coupure du courant par le disjoncteur. Pour pallier cet inconvénient, il est prévu, selon la présente invention, de diriger l'hexafluorure de soufre liquéfié dans une zone voisine des contacts de telle sorte qu'en présence d'un arc électri- que, au moment de l'ouverture du disjoneteur, le liquide se vaporise et accroisse le débit massique de vapeur des tuyères et de la buse de soufflage. L'invention a pour objet un disjoneteur à haute tension à hexa- fluorure de soufre pouvant fonctionner à des températures extérieures basses, comportant au moins une ehambre de coupure comprenant, dans une enceinte isolante étanche un contact fixe à l'intérieur d'une buse de soufflage et un ensemble de contacts mobiles associés à un organe de manoeuvre, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour maintenir, lorsque le disjoncteur est en position fermée, une quantité de gaz liquéfié au voisinage de la zone de séparation des contacts. L'invention est précisée par la description d'un mode préféré de réalisation de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue en eoupe axiale d'une chambre de coupure d'un disjoncteur selon l'invention en position fermée, - la figure 2 est une vue en coupe axiale de la même chambre en position intermédiaire lors d'une manoeuvre d'ouverture, - la figure 3 est une vue en coupe axiale de la même chambre en position ouverte, - la figure 4 est une vue en coupe axiale de la même chambre en - 2 - position intermédiaire lors d'une manoeuvre de fermeture. La chambre de coupure comprend: a) 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 courant, respectivement 2a et 3a. b) Un ensemble de contacts fixes comportant un support métallique tubulaire 4 sur lequel est fixée une buse isolante 5 et des doigts de contact à double plots 6A, 6B. Les doigts 6A, en tungstène, servent de contacts d'arc, alors que les doigts 6B, en cuivre argenté, servent de contactspermanents. En variante, des doigts à un seul plot tungstène argent peuvent être utilisés pour servir à la fois de contacts d'arc et de contacts permanents. c) Un ensemble de contacts mobiles incluant une électrode 14 qui peut être creuse ou pleine, une couronne de doigts en alliage cuivre tungs- tène 25 et un système de tiges isolantes 15 rendant l'électrode 14 solidaire du piston mobile 16. Cette électrode 14 est fixée à un cy- lindre métallique 17 coulissant par l'intermédiaire de contacts élec- triques glissants 18 dans un autre cylindre métallique 19 fixé au flasque 3. Les contacts principaux mobiles 25 et les tiges isolantes 15 sont fixés à un support 17A solidaire du cylindre 17. Le cylindre 17 est relié, extérieurement à l'enveloppe, à des moyens de manoeuvre non représentés. Un déflecteur métallique 7 entoure les doigts de contact, ce qui permet une meilleure tenue diélectrique. La buse délimite à son in- térieur un volume 20, qui, en position fermée du disjoncteur, est, comme on le verra plus loin, partiellement rempli de gaz liquéfié. Le piston 16 annulaire, peut se déplacer dans un cylindre annulaire 9 délimité par une partie du support tubulaire 4, un tube coaxial 4A et deux fonds 4B et 4C. Le fond 4C est percé de canaux 24 pour mettre en communication le volume 20 et le volume 9. Le fond 4B est percé de passages étanches pour les tiges 15A du piston. Un conduit 11 relie le volume 9 à un réservoir 12 surmontant la chambre de coupure. Ce réservoir est en communication avec l'intérieur de la chambre de coupure par un conduit 12A. La pression de remplissage en SF6 de la chambre est choisie pour qu'aux températures extérieures _3_ basses (inférieures à 0 C par exemple), le réservoir 12 contienne une quantité notable de gaz liquéfié. Le conduit 11 débouche dans le volu- me 9 au niveau du piston, de sorte que le liquide reste au dessus du piston lorsque le disjoncteur est en position fermée. Un conduit 26 permet le transfert de liquide SF6 du volume 13 au volume 20 de la buse isolante, lors d'une manoeuvre de fermeture, comme il sera expliqué plus loin. Un cône 21, de profil correspondant à celui de la partie diver- gente de la buse 5, est enfilé sur l'électrode 14; il permet d'obturer la buse lorsque le disjoncteur est en position fermée. Un ressort 22 est interposé entre le c8ne 21 et le support 17A. Le tube 4A est prolongé par une partie métallique 10 permettant le passage du courant du flasque 2 au flasque 3 par la partie 10, les tubes 4 et 4A, les contacts 6B et 25, le support 17A, le tube 17 et les contacts 18. Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant: a) manoeuvre d'ouverture L'appareil est en position fermée (figure 1); du gaz SF6 liqui- de se trouve dans le volume 20. Il sera expliqué plus loin comment ce liquide arrive dans ce volume. L'organe de manoeuvre agit sur le cylindre 17 en le tirant vers le bas jusqu'à ce que l'électrode 14 arrive près du col de la buse 5; le cône 21 assure l'étanchéité grâce à l'action du ressort 22. L'arc électrique 27 se développant entre l'électrode 14 et les contacts d'arc 6A (voir figure 2) baigne dans le liquide SF6 et provo- que ainsi une vaporisation. Cette haute densité du SF6 est maintenue près de l'are par l'action du gaz provenant du volume 19 et soufflé par le piston 16 à travers les orifices 24. Le gaz d'échappe par le col de la buse et vers le volume 23 délimité par le tube 4. Le volume 23 présente avantageusement une par- tie étranglée 23A formant tuyère. L'électrode mobile poursuit sa course jusqu'à ouverture complè- te (figure 3), entraînant alors le cône 21. A l'instant du zéro de courant, le débit massique au niveau de la tuyère 23 et du col de la buse de soufflage est très important du fait de la forte pression amont - 4 - et permet l'interruption de l'arc. Le conduit 11 est alors débouché et le volume 13 peut alors se remplir par gravité de liquide SF6. Le gaz liquéfié est ainsi stocké dans une zone de stockage constitué par le volume 13, jusqu'à l'opé- ration de fermeture du disjoncteur. b) manoeuvre de fermeture L'organe de manoeuvre agit sur le cylindre 17 en le repoussant vers le haut. Le piston 16 chasse alors le liquide du volume 13 au volume 20 par l'intermédiaire du conduit 26 (voir fig.4). Une partie du liquide s'écoule, jusqu'à ce que le cône 21 vienne assurer l'étanchéité entre la partie divergente de la buse 3 et l'électrode 14. Un choix judicieux des volumes et des courses permet de mettre la quantité suffisante de liqudie dans le volume 20. Une fois fermé, l'appareil est ainsi prêt pour une manoeuvre d'ouverture. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit. En particulier le réservoir 12 surmontant la chambre peut être remplacé par un réservoir placé au bas du disjoncteur et associé à une pompe. REVENDICATIONS 1/ Disjoncteur à haute tension à hexafluorure de soufre pouvant fonc- tionner à des températures extérieures basses, comportant au moins une chambre de coupure comprenant, dans une enceinte isolante étanche (1) un contact fixe (6A, 6B) à l'intérieur d'une buse de soufflage (5) et un ensemble de contacts mobiles (14, 25) associés à un organe de ma- noeuvre (17), caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour maintenir, lorsque le disjoncteur est en position fermée, une quantité de gaz liquéfié au voisinage de la zone (20) de séparation des contacts. 2/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent un réservoir (12) de gaz liquéfié, une canalisa- tion (11) permettant, lorsque le disjoncteur est en position ouverte, de transférer du liquide du réservoir vers une zone de stockage (13) et un piston (16) permettant, au cours de l'opération de fermeture du disjoncteur, de refouler ladite quantité de liquide de la zone de stockage (13) vers la zone de séparation des contacts (20). 3/ Disjoncteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le piston (16) est solidaire de l'organe de manoeuvre (17) du disjonc- teur. 4/ Disjoncteur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le piston (16) se déplaçant verticalement, ladite zone de stockage (13) est située au dessus du piston (16). / Disjoncteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le piston (16) est à double effet, la face du piston opposée à la zone de stockage (13) comprimant le gaz et le dirigeant vers la zone d'arc lors de la manoeuvre d'ouverture du disjoncteur. 6/ Disjoncteur selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le réservoir (12) surmonte la chambre de coupure et est en communi- cation avec l'intérieur de la chambre, ladite canalisation (11) débou- chant au niveau du piston lorsque le disjoncteur est en position fer- mee. 7/ Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le gaz liquéfié provient d'un réservoir à la base du disjoncteur, associé à un système de pompage. - 6 - 8/ Disjoncteur selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé par le fait que ladite zone (20) de séparation des contacts dans laquelle une quantité de gaz liquéfiée est maintenue lorsque le disjoncteur est en position fermée, est délimitée par ladite buse (5) de soufflage, celle-ci étant maintenue fermée de manière étanche lorsque le disjonc- teur est en position fermée, par une pièce isolante (21) solidaire du contact mobile.