Brevet FR2602088A1 — publié le 19880129

DISJONCTEUR A AUTO-SOUFFLAGE ET AUTO-INJECTION DE SON GAZ LIQUEFIE La présente invention se rapporte de façon générale à l'interruption d'un courant élevé circulant dans une ligne électrique à haute tension au moyen d'un interrupteur appelé disjoncteur. Plus particulièrement, la présente invention, a pour objet un disjoncteur à auto-soufflage de gaz et 10 à auto-injection de son gaz liquéfié utilisé pour l'interruption d'un courant élevé circulant dans une ligne électrique à haute tension à des températures inférieures à la température de liquéfaction du gaz utilisé. Plus spécifiquement, la présente invention a pour objet un disjoncteur à auto-soufflage de gaz et à auto-injection de son gaz liquéfié muni d'un dispositif permettant d'injecter ledit gaz liquéfié directement sur l'arc électrique formé au moment de la 20 coupure du courant. :Présentemmnt, il existe des appareils de coupure du type connu sous le nom de "disjoncteurs à auto-soufflage de gaz" dans lesquels le mouvement d'ouverture du contact mobile entraîne une chambre de compression. Les gaz s'y trouvant sont alors compresses et expulsés par un orifice ou tuyère pour souffler l'arc électrique produit entre les contacts. Ce soufflage de l'arc favorise un grand débit massique de gaz requis pour l'extinction de l'arc et la coupure 30 du courant électrique. Ce type d'appareil est avantagé parce qu'il n'est pas du type à "double pression" et ne requiert pas une source d'alimentation de gaz à haute pression qui se déverse dans une enceinte de plus faible pression pour produire l'écoulement gazeux requis pour l'interruption. Il est donc souvent identifié comme appareil à "simple pression" et utilise toujours le même volume de gaz. Le pouvoir 2 de coupure de ce type d'appareil croît avec la pression d'opération et varie habituellement de 2 à 10 bars. Toutefois, le gaz SF6 habituellement utilisé dans ces appareils se liquéfie aux basses 5 températures. A titre d'exemple, la pression de vapeur saturante est de seulement 2,3 bars absolus à T=-50 C et 4,9 bars à T=-30 C. Ainsi lorsque la température baisse sous le point de liquéfaction, une partie du gaz se condense et la pression de 10 vapeur SF6 diminue causant une baisse quasi proportionnelle du pouvoir de coupure. Cette limitation est fondamentale à tous ces disjoncteurs pour lesquels typiquement le pouvoir de coupure à -50 C sera environ 50% du pouvoir de coupure à -30 C à 15 cause de cette condensation. La présente invention évite cette réduction du pouvoir de coupure en utilisant un mécanisme qui injecte le gaz liquéfié directement sur l'arc électrique au moment de la coupure et compense les 20 performances réduites dues à la faible pre sion de vapeur du aux basses températures. Le principe d'injection consiste à pratiquer dans la paroi de la chambre de compression des cavités qui sont remplies de gaz liquéfié et terminées à une extrémité 25 par un étroit canal d'injection dirigé vers l'arc, tandis que l'autre extrémité repose sur un piston de compression. Lorsque cette chambre est déplacée par le mouvement normal d'ouverture du contact mobile et qu'elle se déplace par rapport à un piston fixe d'in30 jection, le volume de gaz liquéfié contenu dans la cavité est injecté sur l'arc par le canal d'injection pour favoriser l'augmentation du débit massique de gaz au niveau des tuyères et de la buse de soufflage. Cette conception est d'une mécanique très simple et 35 peut être adaptée à toute conception similaire. Puisque le pouvoir de coupure du disjoncteur devient donc insensible à la liquéfaction, la pression - 3 d'opération peut en être accrue de façon importante et correspondre à une augmentation similaire du pouvoir de coupure. D'une façon générale et dans son aspect le plus large, la présente invention se rapporte à disjoncteur à auto-soufflage de gaz et à autoinjection dudit gaz liquéfié employé pour l'interruption d'un courant élevé circulant dans une ligne électrique à haute tension, ledit disjoncteur comprenant un premier contact fixe et une chambre de compression dont la partie inférieure est fixe et la partie supérieure est mobile axialement par rapport à la dite partie inférieure, ladite partie supérieure étant constituée d'un second contact, d'une enveloppe dis15 posée autour dudit contact dont l'extrémité supérieure de ladite enveloppe constitue une buse d'accélération des gaz de soufflage en teflon ou tout autre matériel équivalent et dont le profil de la paroi interne de l'enveloppe épouse le profil externe de la partie 20 inférieure fixe de ladite chambre de compression, caractérisée par la présence d'un dispositif d'injeztion du gaz liquéfié directement sur l'arc électrique formée au moment de la coupure du courant. L'invention sera mieux comprise en se ré25 férant aux figures 1 à 7 parmi lesquelles: La figure 1 représente une vue en coupe d'un disjoncteur à auto-soufflage et à auto-injection de son gaz liquéfié selon la présente invention. La figure 2 représente le même disjoncteur 30 en circuit fermé permettant le passage du courant électrique. La figure 3 représente le même disjoncteur lors de l'ouverture des contacts permettant la coupure du courant électrique. La figure 4 représente le même disjoncteur en circuit ouvert après coupure du courant électrique. La figure 5 représente une vue en perspective d'une chambre de pré-injection. - 4 Les figures 6 et 7 montrent respectivement des chambres d'injection à sections circulaires et rectangulaires. Afin de faciliter la compréhension de l'in5 vention, on a omis de présenter l'enceinte étanche dans laquelle toutes les pièces devront être montées. Pour la même raison on a omis de représenter les mécanismes d'ouverture des contacts. Dans la figure 1, on retrouve les trois pièces principales d'un disjoncteur à auto-soufflage et à auto-injection de son gaz liquéfié qui sont découplées pour en faciliter la description. On y trouve le contact fixe (1) et la base de la chambre de compression (3) qui est aussi fixe. On trouve en15 suite toutes les parties mobiles qui sont rigidement reliées entre-elles dont: le contact mobile (5), la chambre de compression (7), la buse (9) qui accélère la vitesse duzgaz mis en mouvement par la chambre de compression, la chambre d'injection du liquide (13) et son canal d'injection (15), sa buse de remplissage de liquide (17), son piston d'étanchéité et de transfert (19) et enfin sa soupape d'alimentation (21). De plus, la figure 1 représente la chambre de préinjection (23), le clapet de cette chambre (25) formant le piston de la chambre d'injection, le conduit d'alimentation en liquide (27) raccordé à un système de pompage (37), le réservoir de gaz liquéfié (29) et le conduit de retour des fuites du liquide (35). La partie gauche de la figure 1 représente la forme intérieure (7') de la configuration conventionnelle d'une chambre de coupure dont le profil pourra être intercalé entre les régions prévues pour les mécanismes d'injection liquide présentés à droite, 35 de façon à offir un volume maximal pour le gaz dans la chambre de compression. La figure 2 représente la chambre de coupure ayant ses contacts (1) et (5) fermés lorsque la chambre - 5 d'injection (13) est remplie avec du gaz liquéfié qui est disponible pour l'injection. On voit que l'étanchéité de cette chambre est assurée par la paroi latérale supérieure de la chambre de pré-injection (23) et le piston d'étanchéité (19). La figure 3 indique l'écoulement des gaz d'interruption le long de l'arc électrique (11) ainsi que l'apport de l'injection liquide sur l'arc lors de l'ouverture des contacts. On remarque aue le canal 10 d'injection (15) est situé en amontde la buse (9) de façon à ce que la volatilisation instantanée du liquide incident sur l'arc s'ajoute au débit gazeux passant par la buse. Par conséquent, le débit massique de gaz sera très significativement augmenté 15 et se traduira par une amélioration du pouvoir de coupure. Cette volatilisation instantanée du liquide au contact avec l'arc est due aux très hautes températures de plus de 10, 000 C atteintes par l'arc. Sur cette figure, on remarque que le clapet de la chambre de préinjection (25) est en position fermée et agit comme piston assurant le débit du liquide vers l'arc. Ce clapet est situé thermiquement très loin des hautes températures de l'arc et est isolé de celui-ci par l'écoulement gazeux axial, par le petit 25 diamètre du canal d'injection (15) et par la paroi intérieure (31) de la chambre de compression qui est habituellement constituée de téflon. La figure 4 représente la chambre de coupure en position ouverte et en présence de gaz liquéfié qui est contenu dans la chambre (23) de pré-injection. Le large clapet (25) permettra au liquide de transiter sans résistance de la chambre de pré-injection (23) à la chambre d'injection (13) lors de fermeture des contacts. Ainsi, la vitesse de fermeture des contacts 35 ne sera pas significativement limitée par le mouvement du gaz liquéfié. Il est aussi apparent que pour compenser toute fuite de liquide autour du piston (19), un retour de ce liquide au circuit d'alimentation est prévu par un conduit (35) vers le réservoir (29). La figure 5 représente le principe de construction de la chambre de préinjection (23) et de son raccord avec le piston (19). Le corps de la chambre peut être de section circulaire et constitué d'un cylindre en métal ou d'un autre matériel dont la paroi verticale est coupée de part et d'autre pour y laisser glisser le piston (19) qui est raccordé aux 10 parois (31) et (33) de la chambre de compression. Enfin, la forme de la section et le nombre des chambres d'injection et de pré-injection peuvent être conçus de différentes façons. C'est ainsi que les figures 6 et 7 représentent des profils de sections circulaires et rectangulaires respectivement. Le disjoncteur de la présente invention permettra d'utiliser de plus hautes pression de gaz et ainsi produire de plus hautes performances que celles que l'on a connues antérieurement puisque cette conception s'accommode très bien de la présence de gaz liquéfié. De plus, cette conception est adaptable à tout disjoncteur conventionnel à autosoufflage et ne requiert que des modifications mineures à l'appareil. La construction est très simple et ne requiert qu'une pièce mobile qui est un simple clapet (25) situé très loin des régions de très hautes températures résultant en un haut niveau de fiabilité. De plus, suite à un nombre excessif d'opérations, des fuites du système d'injection liquide peuvent facilement être tolérées par un système de pompage (37). Ce système de pompage serait très peu utilisé si la pression était choisie de façon telle qu'une liquéfaction se produise à 0 C, -10 C ou -20 C plutôt qu'aux valeurs actuelles de -30 C et 35 -40 C. - 7 - REVENDICATIONS 1. Un disjoncteur à auto-soufflage de gaz et à auto-injection dudit gaz liquéfié employé pour l'interruption d'un courant élevé circulant dans une ligne électrique à haute tension, ledit disjoncteur comprenant un premier contact fixe et une chambre de compression dont la partie inférieure est fixe et la partie supérieure est mobile axialement par rapport à ladite partie inférieure, ladite partie supérieure 10 étant constituée d'un second contact, une enveloppe disposée autour dudit contact dont l'extrémité supérieure de ladite enveloppe constitue une buse d'accélération en teflon ou tout autre matériel équivalent des gaz de soufflage et dont le profil de 15 la paroi interne de l'enveloppe épouse le profil externe de la partie inférieure fixe de ladite chambre de compression, caractérisé par la présence d'un dispositif d'injection du gaz liquéfié directment sur l'arc électrique formé au moment de la coupure du 20 courant. 2. Le disjoncteur de la revendication 1 dans lequel le dispositif d'injection du gaz liquéfié est constitué d'au moins une chambre d'injection remplie dudit gaz liquéfié, laquelle chambre d'injection com25 prend un étroit canal d'injection dirigé sur l'arc électrique et un piston de compression pour l'injection. 3. Le disjoncteur de la revendication 2 dans lequel la chambre d'injection consiste en une cavité 30 pratiquée dans la paroi de la partie mobile de la chambre de compression du disjoncteur, ledit étroit canal étant disposé à une extrémité opposée audit piston de compression. 4. Le disjoncteur de la revendication 2 dans lequel la chambre d'injection est constituée d'un mécanisme extérieur indépendant de la chambre de compression du disjoncteur. 260'2088 -8 5. Le disjoncteur de la revendication 2 dans lequel le piston de compression est constitué d'une chambre de pré-injection assujettie à la partie fixe de la chambre de compression du disjoncteur. 6. Le disjoncteur de la revendication 2 dans lequel un piston de transfert raccordé par des épaulements aux parois interne et externe de la partie mobile de la chambre de compression du disjoncteur assure l'étanchéité entre la chambre d'injection et 10 le piston de compression. 7. Le disjoncteur de la revendication 1 dans lequel le second contact est disposé de façon concentrique à ladite enveloppe. 8. Le disjoncteur de la revendication 3 dans lequel la cavité a une section circulaire. 9. Le disjoncteur de la revendication 3 dans lequel la cavité a une section rectangulaire. 10. Le disjoncteur de la revendication 5 dans lequel la chambre de préinjection est constituée d'un 20 cylindre creux dont les parois latérales présentent des ouvertures longitudinales lui permettant de glisser le long des épaulements du piston de transfert et dont l'extrémité supérieure fermée est munie d'un clapet, qui en position fermée permet à ladite 25 chambre de pré-injection de servir de piston de compression et qui en position ouverte assure le transfert du gaz liquéfié de ladite chambre de pré-injection à la chambre d'injection. 11. Le disjoncteur de la revendication 2 dans lequel la-chambre d'injection est munie d'une buse de remplissage de gaz liquéfié laquelle est-reliée à une soupape d'alimentation raccordée à un système de pompage assurant le transfert du gaz liquéfié contenu dans le réservoir conçu à cet effet. 12. Le disjoncteur de la revendication 4 dans lequel une canalisation de retour de fuites du gaz liquéfiée pratiquée dans le bâti de la partie fixe -9 de la chambre de compression du disjoncteur relie le fond de la chambre de pré-injection au réservoir contenant le gaz liquéfié. 13. Le disjoncteur de la revendication 1 dans lequel le gaz employé est un gaz électronégatif tel que l'hexafluorure de soufre (SF) ou un mélange de gaz comprenant du SF 6