Brevet FR2607621A1 — publié le 19880603

Disjoncteur à haute tension à gaz diélectrique à résistance de fermeture La présente invention est relative à un disjoncteur à haute tension à gaz diélectrique sous pression, du type comportant une résistance pouvant être insérée lors de la fermeture du disjoncteur. Un tel disjoncteur a été décrit dans le brevet français n 79 05478 déposé le 2 mars 1979 ainsi que dans le brevet français n0 80 16222 déposé le 23 juillet 1980. Les disjoncteurs décrits dans ces brevets présentent la caractéris- tique suivante: le dispositif d'insertion de la résistance de fermeture est placé dans la chambre de coupure et la résistance de fermeture est disposée dans un carter prolongeant ladite chambre de coupure, coaxiale- ment à celle-ci. Le carter qui communique avec la chambre de coupure est donc rempli de gaz diélectrique à la même pression que celle de la chambre. Cette disposition présente de nombreux avantages qui ont été décrits dans les brevets précités, en particulier elle réduit l'encom- brement et le coût des disjoncteurs. Il existe toutefois un inconvénient: le disjoncteur construit comme indiqué dans les brevets est de grande longueur, en raison de la présencedu carter contenant la résistance de fermeture. Il en résulte des difficultés pour le transport depuis le lieu de fabrication jusqu'au site d'installation, puisque le transport ne peut se faire qu'en un seul colis. Il n'est pas envisageable de séparer, pour le transport, la chambre et le carter, car il faudrait les remplir de gaz diélectrique, sur le site, o les conditions de sécurité pour un bon remplissage ne peuvent être aisément réalisées. Par ailleurs, les utilisateurs souhaitent pouvoir remplacer un ou plusieurs éléments constitutifs de la résistance, sur le site, sans mettre l'intérieur de la chambre à l'atmosphère ce qui nécessiterait un remplissage ultérieur de gaz diélectrique malaisé sur le site. Un but de l'invention est de réaliser un disjoncteur avec résistance de fermeture placée dans un carter prolongeant la chambre de coupure et en communication avec celle-ci, réalisée de manière à permettre une séparation ou un réassemblage du carter et de la chambre sans perte de gaz ni dans la chambre ni dans le carter. De la sorte, le disjoncteur peut être rempli de gaz diélectrique -2- sur le lieu de fabrication, o existent toutes les facilités pour le faire. Il peut être transporté sur le site d'installation en deux colis, ce qui facilite le transport et les manipulations. Il peut alors être assemblé sur le site, sans nécessiter d'installation de remplissage de gaz diélectrique. En cas de remplacement total ou partiel de la résistance de fermeture, seul le carter est mis à l'atmosphère, la chambre restant remplie de gaz diélectrique. L'invention a pour objet un disjoncteur à haute tension comportant une chambre de coupure remplie de gaz diélectrique sous pression et comprenant une résistance disposée coaxialement à la chambre de coupure et un dispositif d'insertion de ladite résistance dans le circuit protégé par le disjoncteur lors de la fermeture de celui-ci, ledit dispositif d'insertion étant placé à l'intérieur de la chambre de coupure et comprenant un contact d'insertion en liaison électrique avec une extrémité de la résistance, caractérisé en ce que la chambre de coupure comporte une embase terminale fermée par un premier couvercle, la résistance étant disposée dans un carter cylindrique solidarisé à ladite embase, ledit carter étant fermé par un second couvercle, le premier couvercle étant muni d'une ouverture centrale constituant un siège pour un premier clapet poussé par un premier ressort, le second couvercle étant muni d'une ouverture centrale constituant un siège pour un second clapet poussé par un second ressort, les clapets étant associés à des moyens permettant de les maintenir ouverts contre l'action des ressorts lorsque le carter est en position sur l'embase et de les fermer lorsque le carter est éloigné de l'embase, lesdits moyens assurant la liaison électrique entre ladite résistance et ledit contact d'insertion, le carter coopérant de manière étanche avec le premier couvercle lors de leur désassemblage de manière à ne permettre aucune introduction d'air dans l'espace compris entre les couvercles avant que les clapets ne soient fermés. 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 représente, en coupe axiale, un premier disjoncteur muni des perfectionnements de l'invention, -3- - la figure 2 est une vue partielle, en coupe axiale, de la chambre et du carter du disjoncteur de la figure 1, en position assemblée, - la figure 3 est une vue partielle, en coupe axiale, de la chambre et du carter de la figure 1, en position désassemblée, - la figure 4 est une vue en élévation partiellement coupée d'un autre disjoncteur muni des perfectionnements de l'invention. La figure 1 représente, en coupe axiale, le disjoncteur décrit dans le brevet français n 79 05478 précité, auquel ont été apporté les perfectionnements de l'invention. Il comprend une enveloppe isolante 1 remplie de gaz diélectrique, tel que l'hexafluorure de soufre (SF6), sous une pression de quelques bars. On distingue un contact principal mobile tubulaire 8 et un contact principal fixe formé par un ensemble de doigts de contacts 9 disposés à l'extrémité de supports 23, un contact tubulaire mobile 2, un contact tubulaire fixe 3 assurant l'insertion d'une résistance de fermeture 4 et des contacts d'arc de coupure mobile 5 et fixe 6; le contact d'arc mobile 5 est muni d'une buse de soufflage 7. Les contacts principaux 8 et 9 assurent le passage du courant en position de fermeture du disjonc- teur. Du côté de la partie mobile, le courant arrive par un tube fixe 10 solidaire d'un piston fixe 11, d'une butée fixe 12, du contact tubulaire mobile 2 ainsi que des doigts fixes 13. Ces derniers assurent le passage du courant entre le tube 10 et une tige mobile 14 entraîné par une tringle d'entraînement 15 et guidée par un épaulement 16 dans le tube 10 qui sert de support aux éléments mobiles. La tringle 14 supporte un cylindre mobile 17 dans le fond duquel sont creusés des alvéoles 18 contenant chacun une bille 19 repoussée par un ressort. Les billes 19 coopèrent avec deux encoches 20 et 21 ménagées à l'intérieur du contact tubulaire 2 qui est disposé concentriquement autour du cylindre mobile 17 le long duquel il peut coulisser d'une encoche à l'autre. Le cylindre mobile 17 est muni d'un contact glissant 53 qui assure la conductibilité électrique avec le contact tubulaire 2. Le cylindre mobile 17 entourant le piston fixe 11 assure la compression du gaz. Du côté des contacts fixes, le courant provenant d'une prise 22' fixée sur une embase 22 passe par les supports 23 dont les extrémités opposées sont constituées par des bras 23' qui comportent entre eux de larges ouvertures, les -4 - doigts 9 et la butée 24. Le contact tubulaire 3 est isolé du support 23 par des pièces isolantes 25. On se référera maintenant à la figure 2. Conformément à l'invention, la chambre de coupure est fermée par un couvercle 51 présentant un rebord annulaire 51A s'appuyant sur l'embase 22. Un joint 52 assure l'étanchéité entre l'embase 22 et le couvercle 57. Des boulons tels que 53 permettent la fixation du couvercle sur l'embase. La résistance de fermeture 4 est disposée dans un carter 60, métallique, lui-même fixé sur l'embase 22 par des boulons 61. Des joints 62 et 63 assurent une étanchéité du carter respectivement avec le rebord 51A du couvercle 51 et avec l'embase 22. La résistance 4 est formée d'éléments empilés et serrés par un ressort 64 disposé dans un cylindre métallique 65. Le fond 65A du cylindre est fixé par des tirants 66 vissés à une extrémité dans le carter et dont l'autre extrémité est munie d'écrous 67 dont le serrage assure une compression convenable du ressort. Le carter est fermé par un couvercle 70 présentant un rebord annulaire 70A s'appuyant sur un redan intérieur 60A du carter 60. Un écrou fileté extérieurement 71 est vissé sur une portion filetée du carter et vient serrer le rebord 70A contre le redan 60A. Un joint 72 assure l'étanchéité entre le couvercle 70 et le carter 60. Le couvercle 51 est muni en son centre d'une ouverture dans laquelle est inséré un cylindre métallique 80, venant en appui étanche grâce à un joint 81 contre le bord de l'ouverture. Du côté extérieur au couvercle 51, le cylindre porte une couronne 80A s'appuyant sur le couvercle. Un écrou 82, coopérant avec une partie filetée du cylindre, permet la fixation de celui-ci au couvercle 51. Par ailleurs, le cylindre 80 est prolongé par une tige filetée 83 permettant son vissage à une extrémité 3A du tube 3 d'insertion de la résistance. Le cylindre 80 est muni d'un perçage O80B permettant d'établir une communication entre l'intérieur du cylindre et l'intérieur de la chambre de coupure. La couronne O80A est munie intérieurement d'un rebord 80C servant de siège à un clapet 83 porté par une tige 84 coulissant dans un cylindre et poussée par un ressort 85 guidé par un noyau 85A. La tige s'étend hors du cylindre et est terminée par un plot de contact 86. La couronne A porte des doigts de contact 87 coopérant lorsque le ressort 85 est détendu, avec le plot de contact 86 (figure 3). Dans ce cas, le clapet 83 vient en appui sur son siège et toute communication entre la chambre de coupure et l'extérieur du cylindre 80 est interdite. Le couvercle 70 du carter 60 est muni d'une ouverture munie d'une couronne 90 servant de siège pour un clapet 91 portée par une tige 92. La tige 92 est poussée par un ressort 93 s'appuyant contre le fond 65A. Le ressort est maintenu par une portion tubulaire 65B venue de moulage ou de forgeage avec le cylindre 65 et son fond 65A. La tige se prolonge à l'intérieur du cylindre 65 et se termine par un plot de contact 94 coopérant avec des doigts de contact portés par le fond 65A. La tige 92 se prolonge du côté opposé au clapet et se termine par un plot de contact 96 pouvant coopérer électriquement avec les doigts 87. Le ressort 93 est plus fort que le ressort 85 de telle sorte que lorsque le carter 60 est fixé sur son embase (cas de la figure 2 correspondant au disjoncteur en état de fonctionnement), le plot 96 vient repousser le plot 86 maintenant le clapet 83 en butée à l'opposé de son siège contre le noyau 85A, donc laissant ouverte la communication entre l'intérieur et l'extérieur du cylindre 80. Par ailleurs, les dimensions des divers éléments sont choisies pour que, dans le cas o le clapet 83 est en butée contre le noyau 85A, le clapet 91 soit ouvert. On voit donc que lorsque le disjoncteur est monté, le gaz circule librement de la chambre de coupure à la résistance 4 en passant par le conduit 80B, par l'intérieur du cylindre 80, à travers les doigts 87, et par le clapet 90-91 ouvert. Des orifices 85B dans le fond 85A facilitent la circulation du gaz autour de la résistance 4. On se référera, pour l'explication de l'insertion de la résistance 4 lors de la fermeture au brevet français précité. Il suffit de rappeler ici que la manoeuvre de la tige 14 vers le haut de la figure entraîne le déplacement du contact principal mobile 8 et, en raison de la présence des billes 19 de celui du contact d'insertion 2. -6- Lorsque le contact d'insertion 2 arrive au contact du contact tubulaire 3, la résistance 4 est insérée dans le circuit du disjoncteur. Le courant passe alors en effet par la prise 22', l'embase 22, le carter 60, la résistance 4, le ressort 64, le fond 65A, les doigts 95, le plot 94, la tige 92, le plot 96, les doigts 87, le cylindre 80, l'extrémité 3A du tube 3, le tube 3, le contact d'insertion 2, le contact glissant 53, le cylindre mobile 17, le tube 14, les doigts 13 et le tube 10. Lorsque les contacts d'arc 5 et 6 arrivent en contact, la résistance 4 est court-circuitée, le courant passant alors par la prise 22', l'embase 22, le support 23, les doigts 9, le tube 6, les doigts 5, la tige 14, les doigts 13 et le tube 10. Si l'on veut désassembler le carter et la chambre de coupure, on peut le faire, selon l'invention, sans perte de gaz. Après avoir ôté les boulons 61, on soulève le carter 60 pour l'écarter de l'embase 22. La tige 92 est entraînée par ce mouvement, le ressort 85 pousse le clapet 83 contre son siège, fermant ainsi la chambre de coupure. La poursuite du soulèvement vers le haut du carter provoque alors la fermeture du clapet 91 contre son siège, fermant ainsi le carter. On notera que les courses des clapets et l'épaisseur du rebord 51A du couvercle 51 sont choisies pour qu'ils se ferment avant que le joint 62 ait quitté le contact avec le carter 60, de telle sorte qu'aucune arrivée d'air extérieur ne peut avoir lieu. Le remontage du disjoncteur se fait en replaçant le carter sur l'embase; les clapets s'ouvrent dans l'ordre inverse. La quantité d'air introduite au cours du remontage est très faible puisque c'est l'air compris entre les deux couvercles 51 et 70. Le transport du disjoncteur du lieu de fabrication et de remplissa- ge vers le site d'installation peut donc être effectué en deux colis. Le remontage se fait simplement sans perte ni adjonction de gaz diélectri- que et sans introduction d'air de manière notable. Une intervention sur la résistance peut être effectuée sans entamer l'étanchéité de la chambre de coupure. On donne avantageusement aux couvercles 51 et 70 la forme de tronc de cône s'imbriquant l'un dans l'autre. De la sorte, l'encombrement du -7 disjoncteur compté le long de son axe est réduit ainsi que le volume compris entre les deux couvercles lorsque le disjoncteur est assemblé et par suite le volume d'air introduit lors de l'assemblage du disjoncteur. L'invention s'applique également au disjoncteur qui a été décrit dans le brevet français n 80 16222. On sait que ce brevet décrit un disjoncteur dans lequel le mécanisme d'insertion de la résistance de fermeture comprend un équipage semi-mobile. On distingue dans la figure 3, la chambre de coupure représentée partiellement et délimitée par l'enveloppe isolante 201 et fermée par un couvercle 251 et le carter 260 fermé par un couvercle 270. Comme précédemment le carter est fixé sur l'embase 222 munie de sa prise de courant 222'. La résistance de fermeture 204 est reliée par un mécanisme tout à fait identique à celui des figures 2 et 3 à un ensemble d'insertion comprenant une tige 254, un contact semi-mobile 220 et un ressort de rappel 255. On distingue en outre dans la figure les doigts de contact fixe principal 222 et la buse 233 appartenant à l'équipage mobile. On se référera au brevet précité pour le fonctionnement du disjoncteur et à la description faite en regard des figures 2 et 3 du présent mémoire pour la mise en oeuvre de la présente invention. -8- REVENDICATIONS 1/ Disjoncteur à haute tension comportant une chambre de coupure remplie de gaz diélectrique sous pression et comprenant une résistance disposée coaxialement à la chambre de coupure et un dispositif d'insertion de ladite résistance dans le circuit protégé par le disjoncteur lors de la fermeture de celui-ci, ledit dispositif d'insertion étant placé à l'intérieur de la chambre de coupure et comprenant un contact d'insertion en contact électrique avec une extrémité de la résistance, caractérisé en ce que la chambre de coupure comporte une embase terminale (22) fermée par un premier couvercle (51), la résistance (4) étant disposée dans un carter (60) cylindrique solidarisé à ladite embase, ledit carter étant fermé par un second couvercle (70), le premier couvercle étant muni d'une ouverture centrale constituant un siège pour un premier clapet (83) poussé par un premier ressort (85), le second couvercle étant muni d'une ouverture centrale constituant un siège pour un second clapet (91) poussé par un second ressort (93), les clapets étant associés à des moyens permettant de les maintenir ouverts contre l'action des ressorts lorsque le carter (60) est en position sur l'embase et de les fermer lorsque le carter est éloigné de l'embase, lesdits moyens assurant la liaison électrique entre ladite résistance (4) et ledit contact d'insertion (3A), le carter coopérant de manière étanche avec le premier couvercle lors de leur désassemblage de manière à ne permettre aucune introduction d'air dans l'espace compris entre les couvercles avant que les clapets ne soient fermés. 2/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent: - une première tige (84) axiale portant le premier clapet (83) et coulissant dans un alésage d'un noyau (85A) servant de butée audit premier clapet, ladite tige portant à son extrémité opposée à la butée un plot de contact (86) coopérant avec des premiers doigts de contact (87) reliés électriquement audit contact d'insertion (3A), - une seconde tige (92) alignée avec la première tige, portant le second clapet, coulissant dans un cylindre (65B) dans lequel est placé ledit second ressort (93), ladite tige étant munie à une extrémité d'un premier plot (96) de contact venant en contact avec le plot (86) de la première tige et à l'autre extrémité d'un second plot (94) en contact - 9 - avec des doigts de contact reliés électriquement à la résistance, les longueurs des tiges étant choisies pour assurer l'ouverture des clapets lorsque le carter est assemblé sur l'embase. 3/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les couvercles (51, 70) ont la forme de tronc de cône s'emboîtant partiellement l'un dans l'autre lorsque le carter est assemblé sur l'embase, le premier couvercle présentant un rebord (51A) en contact avec l'embase (22) et le carter (60),