Brevet FR2611310A1 — publié le 19880826

IITERRUPTEUR POUR COU-RANT FORT L'invention part d'un interrupteur pour courant fort comportant au moins un trajet de courant par phase présentant au moins une première chambre de coupure sous vide. Elle concerne notamment un interrupteur pour courant fort dont au moins un trajet de courant est entouré par un blindage métallique antimagnétique, la chambre de coupure sous vide comportant au moins un point de coupure alimenté avec un champ magnétique axial. On connait, d'après l'article "The new Generator Switch for 8000 A" de la Sté Siemens (n d'ordre E 139/2067-101), un interrupteur pour courant fort du type précité. Dans cet interrupteur prévu pour être monté dans des branchements de générateur, trois chambres de coupure sous vide par phase sont montées en parallèle, étant donné que c'est seulement de cette façon que le courant nominal relativement élevé de 8000 A peut être conduit en permanence. L'intensité de courant nominal admissible des chambres de coupure sous vide du commerce est limitée, étant donné que c'est seulement par l'intermédiaire des pièces de raccordement sortant des chambres de coupure sous vide que la chaleur dissipée peut être évacuée. Un accroissement de l'intensité de courant nominal admissible n'est possible qu'au prix d'une complication relativement grande et non rentable. Le but de l'invention est d'améliorer cet état de chose. L'invention résoud le problème en procurant un interrupteur pour courant fort équipé de chambres de coupure sous vide, dans lequel les chambres de coupure sous vide ne sont pas constamment alimentées en courant, mais seulement brièvement pendant des opérations de mise hors circuit et de mise en circuit. Ce but est atteint en ce que les trajets de courant comportent au moins un premier trajet de courant de puissance et au moins un trajet de courant nominal monté en parallèle avec le premier trajet de courant de puissance, et en ce que lors de la mise hors circuit, le point de coupure de la (des) première(s) chambre(s) de coupure sous vide située(s) dans le (les) premier(s) trajet(s) de courant de puissance s'ouvre après la commutation du courant à interrompre sur le(s) premier(s) traJet(s) de courant de puissance. Les avantages obtenus grâce à l'invention 0l consistent principalement en ce que, lors de la mise hors circuit, les chambres de coupure sous vide sont chargées uniformément et peuvent ainsi être mieux utilisées. Lors de la mise en circuit également, le courant de mise en circuit est réparti uniformément sur les chambres de coupure sous vide après l'amorçage préalable, de sorte qu'on peut exclure, ici également, une surcharge des chambres de coupure sous vide individuelles. Un autre avantage considérable est qu'on peut utiliser dans des interrupteurs pour courant fort les chambres de coupure sous vide ne convenant que pour des courants nominaux relativement bas, de sorte qu'on peut négliger cet inconvénient alors qu'on peut pleinement utiliser leurs bonnes propriétés de commutation. L'invention, ses développements et les avantages qui peuvent ainsi être obtenus vont être expliqués plus en détail ci-après en se référant au dessin joint, qui représente simplement une possiblité de réalisation, dessin sur lequel: la figure 1 est un schéma de prinicpe d'un interrupteur pour courant fort selon l'invention, la figure 2 montre une première forme de réalisation de l'interrupteur pour courant fort de l'invention, la figure 3 représente une deuxième forme de réalisation de l'interrupteur pour courant fort de l'invention, la figure 4 représente une troisième forme de réalisation de l'interrupteur pour courant fort de l'invention, et la figure 5 représente une quatrième forme de réalisation de l'interrupteur pour courant fort de l'invention. Sur toutes les figures les éléments ayant la même action portent les mêmes numéros de référence. La figure 1 représente un schéma de principe d'un interrupteur pour courant fort 1 selon l'invention. Cet interrupteur 1 peut être réalisé pour une ou plusieurs phases. Un trajet de courant 2 entre dans l'interrupteur 1 et s'y divise en un trajet de courant nominal 3 et un trajet de courant de puissance 4 parallèle au précédent. Le trajet de courant nominal 3 comporte un point de coupure auxiliaire 5 qui est shunté par le trajet de courant de puissance 4 dans lequel est prévue une chambre de coupure sous vide 6 avec un point de coupure 7. La chambre de coupure sous vide est précédée et suivie par des bobines 8, 9 qui alimentent le point de coupure 7 avec un champ magnétique axial. Les bobines 8, 9 ne sont pas situées spatialement & côté de la chambre de coupure sous vide 6, comme représenté sur le dessin, mais elles entourent concentriquement la chambre de coupure sous vide 6 dans la zone du point de coupure 7 et elles sont reliées à celui-ci mécaniquement par l'intermédiaire de supports isolants. Les bobines 8, 9 sont disposées à distance égale du point de coupure ouvert 7 et leur axe longitudinal coïncide avec l'axe longitudinal de la chambre de coupure sous vide 6. En outre, la distance entre les deux bobines 8, 9 n'est en aucun cas supérieure au diamètre intérieur des bobines. Chaque bobine 8, 9 comporte le même nombre de spires, à savoir au moins une spire et au plus cinq, toutefois, de préférence deux. Les bobines 8, 9 peuvent être enroulées en une ou plusieurs couches; le nombre de spires n'a pas besoin d'être un nombre entier. Une borne d'entrée 10 est reliée électriquement à une extrémité de la bobine 8, dont l'autre extrémité est reliée électriquement à la chambre de coupure sous vide 6 par l'intermédiaire d'une pièce de liaison électriquement conductrice. La chambre de coupure sous vide 6 est reliée, par l'intermédiaire d'une autre pièce de liaison & une extrémité de la bobine 9 dont l'autre extrémité est reliée à une borne de sortie 11. Lors d'une mise hors circuit, le point de coupure auxiliaire 5 est ouvert en premier et le courant à mettre hors circuit est commuté sur le trajet de courant de puissance 4. Ensuite, seulement, le chambre de coupure sous vide 6 est ouverte et un arc électrique éclate au point de coupure 7. Les deux bobines 8, 9, de mêmes dimensions et de structure identique, sont traversées dans le même sens par le courant à mettre hors circuit et elles provoquent ensemble un champ magnétique axial agissant sur le point de coupure 7 et sur l'arc se formant à cet endroit lors de l'opération de mise hors circuit. Dans la zone du point de coupure 7, ce champ magnétique est pratiquement homogène grâce à l'agencement géométrique des bobines 8, 9; de plus, il est proprotionnel au courant et a pour effet que l'arc brûle de façon diffuse, même avec des valeurs de courant dans la plage des 50 kA et très au-delà, de sorte que l'usure des contacts au point de coupure 7 reste dans des limites contrôl61ables. De telles valeurs de courant peuvent être maîtrisées et mises hors circuit seulement grâce au fort champ magnétique axial dû au nombre relativement élevé de spires des bobines 8, 9. Sur la figure 1, de même que sur les figures suivantes 2 à 5, tous les éléments d'entraînement mécaniques actionnant le point de coupure auxiliaire 5 et les chambres de coupure sous vide correspondantes, ne sont pas indiqués. En outre, sur la figure 1, on n'a pas représenté un blindage antimagnétique entourant chaque phase de l'interrupteur pour courant fort 1. La figure 2 représente un autre interrupteur pour courant fort 1, à savoir dans la moitié supérieure de la figure à l'état en circuit, et dans la moitié inférieure, à l'état hors circuit. Le trajet de courant 2 est de forme tubulaire et il est soutenu par des isolateurs 15 contre un blindage métallique 16 disposé coaxialement. Ce blindage métallique 16 est également de forme tubulaire et est constitué par un métal antimagnétique. Des pieds 17 fixés sur le blindage métallique 16 permettent de fixer l'interrupteur pour courant fort 1 sur des fondations. Les extrémités frontales du blindage métallique 16 et du trajet de courant 2 comportent des possibilités de raccordement pour la liaison électrique avec des branchements de générateur connus monophasés à blindage métallique. On prévoit dans le blindage métallique 16 des ouvertures de montage et d'inspection, ainsi que des perforations pour les éléments d'entraînement mécaniques. Ces ouvertures et ces perforations sont généralement fermées hermétiquement dans les interrupteurs pour courant fort 1 de grande puissance, étant donné que l'ensemble des branchements de générateur est soumis à une légère surpression pour réduire le risque d'encrassement des isolateurs 15. Souvent, de tels branchements de générateur ont également une ventilation forcée pour assurer une bonne évacuation de la chaleur dissipée. Le trajet de courant nominal S comporte une solution de continuité qui est shuntée par le point de coupure auxiliaire 5 lorsque l'interrupteur pour courant fort 1 est en circuit. Le point de coupure auxiliaire 5 est indiqué ici par des doigts de contact dont le nombre peut être choisi en fonction de la valeur du courant nominal. Une partie de ces doigts de contact peut avoir du retard sur les autres lors de la mise hors circuit, de sorte que les arcs de commutation ne peuvent se former que sur ces doigts de contact en retard. Les autres doigts de contact sont ainsi épargnés et assurent toujours un guidage parfait du courant nominal. Lors de la mise en circuit, ces doigts de contact, qui alors ferment en premier, encaissent également les charges de la commutation. Les doigts de contact sont montés dans un support non représenté, qui est déplacé par un dispositif d'entraînement. On a représenté ici simplement deux trajets de courant de puissance 4 parallèles au trajet de courant nominal. Chacun de ces trajets de courant de puissance 4 correspond au trajet de courant de puissance 4 décrit sur le figure 1. Les trajets de courant de puissance 4 sont ici disposés à l'intérieur du trajet de courant l0 nominal creux 3 et sont symétriques par rapport à l'axe du trajet 3. Les trajets de courant de puissance 4 ont chacun la même valeur d'impédance avec un pourcentage principalement inductif, De ce fait, lorsque les trajets de courant de puissance 4 sont alimentés en courant, on obtient une répartition uniforme du courant sur tous les trajets de courant de puissance 4, d'o il résulte qu'aucune des chambres de coupure sous vide 6 n'est surchargée. La capacité de commutation de puissance de chaque chambre de coupure sous vide peut ainsi être totalement utilisée et sans marge de sécurité. Le mode de fonctionnement de cet interrupteur pour courant fort 1 va être brièvement expliqué. Lorsque l'interrupteur pour courant fort 1 guide le courant nominal, le point de coupure auxiliaire 5 est fermé et la totalité du courant nominal s'écoule du traJet de courant 2 par le traJet de courant nominal 3. Les trajets de courant de puissance 4 se trouvent dans l'espace dépourvu de champ & l'intérieur du trajet de courant nominal 3 et ne guident donc pas de courant. Après un ordre de coupure pour une commutation de manoeuvre, ou pour une coupure sur court-circuit, le point de coupure auxiliaire 5 s'ouvre et la totalité du courant est commuté en étant uniformément réparti sur les trajets de courant de puissance 4. Ensuite seulement les chambres de coupure sous vide 6 sont ouvertes et généralement coupent le courant au passage suivant du courant à zéro, A l'état hors circuit, le point de coupure auxiliaire 5 et les chambres de 2 6 1 1 3 1 0 coupure sous vide 6 restent ouverts, et le courant existant lors de la coupure s'écoule, uniformément réparti, dans les trajets de courant de puissance 4. Immédiatement après, le point de coupure auxiliaire 5 se ferme également et le courant est commuté des trajets de courant de puissance 4 sur le trajet de courant nominal 3. Lors des deux commutations, les chambres de coupure sous vide 6 ne sont que très brièvement chargées par le courant de sorte qu'il n'en résulte pas de charge thermique notable de celles-ci. Pour cette raison, les chambres de coupure sous vide 6 peuvent supporter sans problème des cycles de commutation se succédant brièvement. Pour la plupart des domaines d'utilisation, une chambre de coupure sous vide 6 par trajet de courant de puissance 4 devrait assurer une rigidité diélectrique suffisante. Il est toutefois possible sans problème de monter en série deux chambres de coupure sous vide 6, ou davantage, par trajet de courant de puissance afin d'atteindre ainsi une plus grande rigidité diélectrique. Comme le montre la figure 3, il est également possible de disposer les trajets de courant de puissance 4 à l'extérieur autour du trajet de courant nominal 3. Cette disposition également symétrique par rapport au centre présente l'avantage qu'on peut placer un plus grand nombre de trajets de courant de puissance 4, uniformément répartis sur la périphérie. Cet interrupteur pour courant fort convient pour des courants nominaux plus élevés que celui de la figure 2. Avec cet interrupteur pour courant fort 1, il passe constamment, & l'état en circuit, de petits courants négligeables dans les trajets de courant de puissance 4, du fait de l'effet pelliculaire. Toutefois, du fait de l'impédance des différents traJets de courant de puissance 4, ces petits courant sont limités & des valeurs négligeables de sorte qu'on peut négliger la charge thermique préalable des différentes chambres de coupure sous vide 6. La figure 4 représente une combinaison des dispositions des figures 2 et 3 convenant pour des courants particulièrement forts. Avec cet interrupteur pour courant fort 1, il faut veiller à ce que les impédances des trajets de courant de puissance 4 situés à l'intérieur du trajet de courant nominal 3 et celles des trajets de courant de puissance 4 situés a l'extérieur soient égales. Lorsqu'on dispose de très peu de place pour le montage de l'interrupteur pour courant fort 1, il est également possible de réaliser les isolateurs 15 sous forme d'isolateurs discoïdaux étanches à la pression et de fermer de façon hermétique à la pression le trajet de courant 2 à l'intérieur sur les deux côtés de l'interrupteur pour courant fort 1. Le volume ainsi procuré peut être rempli avec un milieu isolant, par exemple de l'air comprimé ou du SF6 gazeux. On peut ainsi réduire la distance d'isolation, et de ce fait, les dimensions de l'interrupteur; en outre, on peut placer plus près l'un de l'autre les trajets de courant de puissance 4 et les chambres de coupure sous vide associées 6. La figure 5 représente une autre variante d'un interrupteur pour courant fort 1, analogue à la forme de réalisation de la figure 3, et qu'on peut également utiliser dans toutes les autres formes de réalisation. Dans chacun des trajets de courant de puissance 4 sont en plus montés un limiteur d'Is (intensité de consigne) et, en parallèle avec celui-ci un détecteur 21. Les signaux reçus par les détecteurs 21 sont contrôlés et traités dans une unité d'évaluation 22. Comme il est indiqué par les lignes d'action en tirets 23, l'unité d'évaluation 22 peut agir simultanément sur l'ensemble des limiteurs d'IE 20 et déclencher ceux-ci simultanément; toutefois, elle peut être conçue de telle sorte qu'elle déclenche simplement certains limiteurs d'Is 20 déterminés. Les trajets de courant de puissance 4 sont alors interrompus. Une telle possibilité de montage redondant accroît la sécurité lors de la mise hors circuit de l'interrupteur pour courant fort l. Si par exemple une chambre de coupure sous vide 6 ne de doit pas être coupée, le détecteur 21 du trajet de courant de puissance défectueux-concerné 4 l'indiquerait. Dans l'unité d'évaluation 22, on constaterait, par exemple, qu'il passe encore du courant dans un des trajets de courant de puissance 4 de la phase s'effaçant en premier, à savoir la totalité du courant à interrompre; pour cette raison, l'unité d'évaluation 22 déclencherait instantanément tous les limiteurs d'Is 20. Dans un groupe triphasé d'interrupteurs pour courant fort 1, tous les limiteurs d'Is. 20 seraient déclenchés dans les trois phases. Afin de ne pas avoir à chercher dans tous les trajets de courant de puissance 4 les causes du déclenchement des limiteurs d'Is 20, on prévoit dans l'unité d'évaluation 22, un dispositif qui permet d'identifier le détecteur 21 qui a provoqué le déclenchement, et de ce fait également le trajet de courant de puissance défectueux 4. Apres un déclenchement, il faut que les limiteurs d'Is 20 soient révisés et réenclenchés à la main. Cette complication est toutefois parfaitement Justifiée si l'on pense aux dommanges qui, de ce fait, peuvent être évités au générateur et autres parties de contact. Dans le cas de la défectuosité mentionnée, on peut également envisager de ne déclencher que les limiteurs d'Is 20 de la phase éteinte en premier, ou de ne déclencher que le limiteur d'I. 20 du trajet de courant de puissance défectueux 4 et de laisser s'arrêter normalement les deux autres phases du groupe triphasé. Pour ce montge, on a toutefois besoin d'une unité d'évaluation électronique 22 travaillant très vite. Il est en outre judicieux, lorsqu'un défaut apparaît seulement dans une des phases s'éteignant en second, de ne déclencher que les limiteurs d'Is. 20 de cette phase défecteuse, ou bien de ne déclencher que le limiteur d'Is 20 du trajet de courant de puissance 4 défectueux, car ainsi on peut réduire le temps passé et le travail pour la révision des limiteurs d'Is, 20. Après le déclenchement d'un limiteur d'lI. 20, l'unité d'évaluation 22 doit bloquer chaque mise en circuit de l'interrupteur pour courant fort 1 Jusqu'à ce que celui-ci soit révisé, et à nouveau totalement prêt à fonctionner. L'unité d'évaluation 22 doit toujours être calculée de façon à assurer une utilisation optimale des limiteurs d'In. 20. De plus, il doit assuer que, lors des mises en circuit, il ne peut pas se produire de déclenchements intempestifs des limiteurs d'Is 20. De tels interrupteurs pour courant fort 1 équipés de chambres de coupure sous vide 6 conviennent particulièrement, du fait de la tendance extrêmement faible à la révision des chambres de coupure sous vide 6, pour des centrales électriques à accumulation par pompage dont les interrupteurs de générateur doivent être calculés pour des nombres d'opérations extrêmement élevés. Pour des interrupteurs pour courant fort 1 dont on exige une moindre puissance de coupure, comme ce pourrait être le cas, par exemple, pour des interrupteurs de coupure en charge pour courant fort, il suffirait de prévoir seulement un trajet de courant de puissance 4 avec au moins une chambre de coupure sous vide 6 sans les bobines 8 et 9. Pour couper des courants de charge, la puissance de coupure de cette chambre de coupure sous vide 6, dont les contacts sont montés de façon qu'il se produise un champ magnétique axial faible, suffirait. il REVENDICATIONS 1. - Interrupteur pour courant fort (1) comportant au moins un trajet de courant (2) par phase comportant au moins une première chambre de coupure sous vide (6) et entouré par un blindage antimagnétique (16), la chambre de coupure sous vide (6) comportant au moins un point de coupure (7) soumis à un champ magnétique axial, caractérisé en ce que: - le(s) trajet(s) de courant (2) comportent) au moins un premier trajet de courant de puissance (4) et au moins un trajet de- courant nominal (3) monté en parallèle avec ce(s) premier(s) trajet(s) de courant de puissance C4); et en ce que - lors de la mise hors circuit, le point de coupure (7) de la (des) premièreCs) chambre(s) de coupure sous vide (6) situéeCs) dans le (les) premier(s) traJet(s) de courant de puissance (4) s'ouvre(nt) après la commutation du courant à interrompre sur ce(s) premier(s) trajet(s) de courant de puissance (4). 2. - Interrupteur pour courant fort selon la revendication 1, caractérisé en ce que: - le(s) trajetCs) de courant nominal (3) est (sont) creux, et que, - la (les) première(s) chambreCs) de coupure sous vide (6) est (sont) disposée(s) à l'intérieur du (des) trajet(s) de courant nominal (3). 3. - Interrupteur pour courant fort selon la revendication 1, caractérisé en ce que - le(s) trajet(s) de courant nominal (3) est Csont) creux, et que - la Cles) chambreCs) de coupure sous vide (6) est Csont) disposée(s) à l'extérieur du (des) trajet(s) de courant nominal (3). 4. - Interrupteur pour courant fort selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que - au moins une deuxième chambre de coupure sous vide (6) est prévue dans le(s) deuxième(s) traJet(s) de courant de puissance (4) monté(s) en parallèle avec le(s) premier(s) trajet(s) de courant de puissance (4), et que - chacun des trajets de courant de puissance (4) a la même valeur d'impédance avec un pourcentage principalement inductif. 5. - Interrupteur pour courant fort selon la revendication 4, caractérisé en ce que - la (les) première(s) chambre(s) de coupure sous vide (6) est (sont) disposée(s) à l'extérieur du (des) traJet(s) de courant nominal (3). 6. - Interrupteur pour courant fort selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'à - chacune des chambres de coupure sous vide (6) est associée au moins deux bobines (8, 9) de mêmes dimensions et traversées par le courant dans le même sens, dont l'une est montée électriquement avant la chambre de coupure sous vide (6) correspondante et l'autre après cette chambre. 7. - Interrupteur pour courant fort selon la revendication 6, caractérisé en ce que - les bobines (8, 9) entourent concentriquement la chambre de coupure sous vide (6) concernée dans la zone de son point de coupure, chacune des bobines (8, 9) comporte au moins une et au plus cinq, de préférence deux, spires, et - ces bobines (8, 9) ne sont en aucun cas plus éloignées l'une de l'autre que de la longueur du diamètre intérieur des bobines. 8. - Interrupteur pour courant fort selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que - on prévoit dans le(s) premier(s) trajet(s) de courant de puissance (4) un limiteur d' I. (20) et un détecteur (21), et - le détecteur (21) est relié à une unité d'évaluation (22) qui peut agir sur le limiteur d'I, . quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que - dans chacun des trajets (au moins deux) de courant de puissance (4), on prévoit chaque fois un limiteur d' IE (20) et un détecteur (21) et - la totalité des détecteurs (21) est reliée à une unité d'évaluation (22), qui peut agir, soit simultanément sur la totalité des limiteurs d'Is (20), soit sélectivement sur des limiteurs d' Ir.. déterminés un dispositif pour identifier le ou les détecteurs émettant des signaux.