Brevet FR2610763A1 — publié le 19880812

La présente invention concerne un disjoncteur à haute ou moyenne tension du type à auto-soufflage de l'arc. On contact notamment par la demande de brevet allemand publiée nO 2 349 263, un disjoncteur à hexafluorure de soufre dans lequel, à la séparation des contacts, un arc primaire est engendré entre deux électrodes et produit une augmentation de la température et de la pression du gaz. Cette augmentation de pression est utilisée pour déplacer un piston solidaire de l'équipage mobile pour procurer un appoint à l'énergie nécessaire à la séparation des contacts. Par ailleurs, le piston pousse devant lui du gaz frais qui est dirigé sur la zone de séparation des contacts pour souffler l'arc principal. Ce disjoncteur présente un inconvénient le piston de soufflage est solidaire de l'ensemble mobile. La masse de l'ensemble mobile est donc importante et nécessite corrélativement une énergie importante pour son déplacement. Un but de l'invention est de réaliser un disjoncteur du type indiqué dans lequel l'ensemble mobile est plus léger. Un autre but de l'invention est de réaliser un disjoncteur dans lequel l'énergie de l'arc primaire contribue, lors de la fermeture du disjoncteur, au réarmement du ressort de déclenchement du disjoncteur. L'invention a pour objet un disjoncteur à gaz diélectrique sous pression du type comprenant un ensemble fixe comprenant un contact principal et des contacts d'arc, un ensemble mobile comportant des contacts principaux et un contact d'arc, un dispositif de soufflage comprenant un cylindre semi-mobile séparé par un piston fixe en deux volumes dont l'un communique avec une buse de soufflage, et un volume thermique s'ouvrant sur la zone de séparation des contacts d'arc, caractérisé en ce qu'une communication est établie entre le volume thermique et ledit second volume pour permettre au gaz échauffé par l'arc dans le volume thermique de monter en pression et d'aider au déplacement du cylindre et à la compression du gaz dudit premier volume, les contacts d'arc de l'ensemble fixe comprenant au moins un doigt métallique pivotant, disposé dans le volume thermique et muni, à chacune de ses extrémités, de pièces d'usure résistant aux effets de l'arc et en contact respectivement, lorsque le disjoncteur est en position fermée, avec une pièce d'usure reliée électriquement au contact fixe et avec une pièce d'usure du contact d'arc mobile, ledit doigt pivotant lorsque l'une desdites extrémités quitte le contact d'arc mobile provoquant ainsi l'apparition simultanée d'un arc primaire et d'un arc secondaire aux extrémités dudit doigt. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparattront à la lecture de 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 vue partielle en demi-coupe axiale d'un disjoncteur selon l'invention en position fermée, - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1, - la figure 3 est une vue partielle agrandie en coupe axiale d'une partie du disjoncteur, en position enclenchée, - la figure 4 est une vue de la même partie du disjoncteur, en cours de déclenchement, - la figure 5 est une vue agrandie de la partie V de la figure 1. Dans la figure 1, la référence 1 désigne l'axe du disjoncteur. Ce dernier comprend une enveloppe isolante étanche 2 remplie d'un gaz diélectrique tel que l'hexafluorure de soufre sous une pression de quelques bars. A l'intérieur de l'enveloppe est disposé un ensemble fixe comprenant principalement une pièce 3 sensiblement tubulaire reliée à un bloc métallique fixe 4 connecté électriquement à une prise de courant non représentée. Dans l'épaisseur du tube 3 sont pratiquées des cavités 5 débouchant, à une extrémité du tube, dans l'espace annulaire 6 constitué par les éléments 7 et 8 d'une buse de soufflage fixés au tube 3. Ce dernier porte, du côté de l'axe 1, une collerette 9 servant de support à un ensemble de contacts d'arc. Cet ensemble comprend (voir figure 3) une pièce tubulaire 10 en matériau isolant portant en extrémité un cylindre métallique 77 en matériau résistant aux effets de l'arc (par exemple tungstène). Une pièce métallique de révolution 12 est électriquement reliée à la collerette 9 ; cette pièce d'usure 12 est également réalisée en métal résistant à l'arc. La pièce isolante 10 comprend une saillie 13 servant de pivot à des doigts comprenant une pièce métallique 14 munie à chacune de ses extrémités de plots ou pièces d'usure, respectivement 15 et 16 en métal résistant aux effets de l'arc. Des ressorts, respectivement 17 et 18, sont disposés entre les doigts et la buse. L'extrémité de la pièce 3 porte une portion 19 en métal résistant à l'arc et constituant le contact permanent fixe du disjoncteur. La pièce tubulaire 3 porte une couronne 20 venue d'usinage avec le tube 3 et formant un piston de section annulaire. Ce piston fixe coopère avec un cylindre 21 poussé par un ressort 22 s'appuyant sur le bloc 4. Le cylindre 21 est prolongé par une portion tubulaire isolante 23. Le volume de soufflage 30 communique par des orifices tels que 31 avec les cavités 5. Le piston 20 est percé de trous 33 fermés par des clapets différentiels 34. On désigne par 35 le volume situé de l'autre côté du piston 20 par rapport au volume 30. Le tube 3 et la portion tubulaire isolante 23 définissent un espace 36 qui communique avec un volume thermique 37 contenant les doigts de contact pivotant par des alésages axiaux 38 du tube 3. On note que les cavités 5 et les alésages 38 n'ont aucune communication entre eux. Le volume 37 est disposé du côté de l'axe et réalisé partiellement dans une partie amincie du tube 3. L'équipage mobile comprend une pièce tubulaire 40, reliée à un mécanisme de déplacement en translation non représenté ainsi qu'à une prise de courant non représentée. La pièce 40 comporte une extrémité 41 en métal résistant aux effets de l'arc et constituant le contact d'arc mobile. La pièce 40 porte une pluralité de doigts de contact 42 constituant le contact permanent mobile coopérant avec la partie 19. Les doigts 42 sont protégés par un capot tubulaire 43 qui lorsque le disjoncteur est en position enclenchée (figure 1) repousse le tube 23 et le cylindre 21 contre la force du ressort 22. Le volume 30 est alors maximal. Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant en position enclenchée, les contacts principaux 19 et 42 sont en contact, le plot 15 en appui sur la pièce de contact 16 le plot 7 en butée sur l'extrémité du tube 40. Le volume de soufflage 30 est maximal et le ressort 22 bandé. Le volume 35 est réduit au maximum. A l'ouverture du disjoncteur, l'ensemble mobile est déplacé vers la droite de la figure. Le contact principal mobile quitte le contact principal fixe et le courant passe par le tube 3, le tube 9, la pièce 12, les doigts 12, 14, 16 et le tube 40. Lorsque l'extrémité 41 du tube 40 quitte le plot 16 (figure 4), les doigts 14 basculent car les ressorts 18 ont une force supérieure à celle des ressorts 17. Les pièces 12 et 15 se séparent et un arc 50 (arc primaire) jaillit entre 12 et 15 ; simultanément un arc 51 (arc secondaire) s'établit entre les pièces 16 et 41. Le gaz du volume 37 s'échauffe et sa pression s'accroit. Cette pression est transmise par les ouvertures 38 aux volumes 36 et 35 et vient pousser le cylindre 21, contribuant ainsi à la manoeuvre d'ouverture du disjoncteur. Le déplacement relatif du cylindre 21 et du piston 20 provoque la compression du gaz du volume 30. Du gaz frais est ainsi envoyé par les ouvertures 31 et les cavités 5 dans le volume annulaire 8 pour souffler l'arc secondaire. Les clapets 34 sont agencés pour être fermés pendant la phase de compression du volume 30, qui correspond à l'ouverture du disjoncteur à cet effet, (voir figure 5) le clapet est constitué d'une simple rondelle 34 venant obturer un certain nombre de trous 33 répartis régulièrement autour de la couronne 31. La section S2 de la rondelle est supérieure à la surface S1 égaie à la somme des surfaces S7 des n trous 33. De la sorte, à l'ouverture du disjoncteur, lorsque la surpression du volume 37 arrive sur le clapet, elle ne s'exerce que sur la surface S1 alors que la pression du volume 30 s'exerce sur toute la surface S2. En fin de manoeuvre, les pressions de part et d'autre du piston s'égalisent et le clapet peut s'ouvrir permettant au gaz chaud de l'arc primaire d'être évacué entre les contacts, via le piston de soufflage de gaz frais. Le refermeture du disjoncteur est obtenue par déplacement de l'équipage mobile de la droite vers la gauche de la figure. Le tube 43 repousse la pièce 23 et le cylindre 21 en bandant le ressort 22. La pression dans le volume 30 diminue et provoque ltou- verture du clapet 34 ce qui permet le remplissage du cylindre. Au moment où les paires de contact 16, 41 et 12, 15 se rapprochent des arcs s'établissent et engendrent une augmentation de la pression dans le volume 36 qui maintient le clapet ouvert et favorise la fermeture en s'exerçant sur la paroi 21A du cylindre 21. En fin de course, la pression du volume 35 est évacuée par les jeux annulaires des pièces 23 et 43. Les pressions des volumes 30 et 35 s'égalisent et le clapet 24 se remet en place, fermant les trous 33. Le disjoncteur de l'invention ne nécessite qu'une faible énergie de manoeuvre à l'ouverture et à la fermeture en raison du gain sur la masse de l'équipage mobile et l'utilisation judicieuse de l'énergie des arcs primaire et secondaire. Pour la coupure des petits courants, le ressort suffit bien que l'arc soit faible ou insuffisant. L'invention s'applique aux disjoncteurs à haute et moyenne tension. REVERDI CATIONS 1/ Disjoncteur à gaz diélectrique sous pression du type comprenant un ensemble fixe comprenant un contact principal (19) et des contacts d'arc (15, 16), un ensemble mobile comportant des contacts principaux (42) et un contact d'arc (40, 41), un dispositif de soufflage comprenant un cylindre semi-mobile (21) séparé par un piston fixe (20) en deux volumes (30, 35) dont l'un (35) communique avec une buse de soufflage (7, 8), et un volume thermique (37) s'ouvrant sur la zone de séparation des contacts d'arc, caractérisé en ce qu'une communication (38) est établie entre le volume thermique (37) et ledit second volume (35) pour permettre au gaz échauffé par l'arc dans le volume thermique de monter en pression et d'aider au déplacement du cylindre (21) et à la compression du gaz dudit premier volume (30), les contacts d'arc de l'ensemble fixe comprenant au moins un doigt métallique (14) pivotant, disposé dans le volume thermique et muni, à chacune de ses extrémités, de pièces d'usure (15, 16) résistant aux effets de l'arc et en contact respectivement, lorsque le disjoncteur est en position fermée, avec une pièce d'usure (12) reliée électriquement au contact fixe et avec une pièce d'usure (41) du contact d'arc mobile, ledit doigt (14) pivotant lorsque l'une (16) desdites extrémités quitte le contact d'arc mobile (41) provoquant ainsi l'apparition simultanée d'un arc primaire (50) et d'un arc secondaire (51) aux extrémités dudit doigt. 2/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le doigt (14) comprend au moins un ressort (18) appliquant une de ses extrémités (16) sur le contact d'arc mobile (40, 41). 3/ DisJoncteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit piston fixe (20) comprend une pluralité de trous (33) mettant en communication ses deux faces et pouvant être fermés par un clapet différentiel (34). 4/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit cylindre semi-mobile (21) coulisse autour d'un tube fixe (3), coaxialement à ce tube, les contacts fixes étant disposés à une extrémité de ce tube, le piston étant constitué par une couronne (20) solidaire dudit tube, le premier volume (30) communiquant avec la buse par des canaux (43) pratiqués dans l'épaisseur du tube et disposés parallèlement à l'axe du tube, le volume thermique (37) étant délimité partiellement par une portion amincie du tube (3), la communication entre le volume thermique et le second volume (35) comprenant des passages radiaux (38) pratiqués dans ledit tube et disposés entre lesdits canaux (43).