Brevet FR2619246A1 — publié le 19890210

-- 1-- Disjoncteur à haute ou moyenne tension à gaz sous pression à énergie de coupure prélevée sur celle de l'arc. La présente invention est relative à un disjoncteur à haute ou moyenne tension à gaz diélectrique sous pression dont l'énergie de coupure est, pour la coupure des courants de forte intensité, partiellement prélevée sur celle de l'arc. On connaît des disjoncteurs comprenant un piston de soufflage de l'arc dont l'énergie de manoeuvre est assurée au moins partiellement par le gaz dont la pression augmente sous l'effet de l'augmentation de température produite par l'arc. Un tel disjoncteur est décrit dans le brevet français no 77 19086. Il a été proposé d'augmenter encore la pression à laquelle est soumise le piston en équipant le disjoncteur d'un jeu d'électrodes assurant la formation d'un second arc s'établissant en même temps que le première. Un tel disjoncteur est par exemple décrit-dans le brevet américain 3 985 988. On a observé toutefois qu'un tel disjoncteur présente des inconvénients. En effet, la multiplication des zones d'arc entraîne une augmention du risque de réamorcage après une manoeuvre d'ouverture du disjoncteur. En particulier, il est inutile d'avoir un second arc pour la coupure des faibles courants, en particulier des faibles courants inductifs. Un but de l'invention est de réaliser un disjoncteur à soufflage d'arc par piston, dans lequel un second arc, venant accroître la force exercée sur le piston, n'est établi que lorsque le courant à couper est important (courant de court-circuit par exemple) cet arc auxiliaire ne s'établissant pas lorsque le courant à couper est faible (courant inductif, coupure à vide). L'invention a pour objet un disjoncteur à haute ou moyenne tension à gaz sous pression à énergie de coupure prélevée sur celle de l'arc, du type comprenant: - un ensemble fixe comprenant des contacts principaux et des contacts 2 6 1 9 2 4 6 d'arc, - un ensemble mobile comprenant des contacts principaux et des contact mobiles, - un volume de soufflage comportant un piston se déplaçant à la séparation des contacts et poussant du gaz comprimé àtravers une buse de soufflage s'ouvrant sur la zone o se forme un arc principal à la séparation des contacts d'arc-et un jeu de contacts auxiliaires en série avec les contacts d'arc pour créer un arc auxiliaire dans le volume situé à l'arrière du piston, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour n'autoriser la séparation des contacts auxiliaires que lorsque la pression dans la zone de soufflage atteint un seuil prédéterminé. L'invention est précisée par la description ci-après de plusieurs exemples de sa mise en oeuvre. Le dessin annexé comprend les figures ci-après: - La figure 1 est une vue en demi-coupe axiale d'un disjoncteur selon un premier mode de réalisation de l'invention, position enclen- chée, - La figure 2 est une vue en demi-coupe axiale du mêmedisjonc- teur représenté au cours d'une manoeuvre de déclenchement, - La figure 3 est une vue en demi-coupe axiale d'un disjoncteur selon un second mode de réalisation représenté au cours d'une manoeuvre de déclenchement, - La figure 4 est une vue partielle en coupe axiale d'un disjoncteur selon un mode de réalisation voisin de celui de la figure 1, en position déclenchée. - La figure 5 est la même vue partielle mais représentée au cours d'une manoeuvre d'enclenchement. - La figure 6 est une vue partielle en coupe axiale d'un disjoncteur selon un troisième mode de réalisation de l'invention. Le disjoncteur de la figure 1 comprend une enveloppe extérieu- re 1, en céramique délimitant un volume 2 rempli d'un gaz diélectrique tel que l'hexafluorure de soufre, sous une pression de quelques bars. Un flasque métallique 3 relié à une prise de courant 4, ferme 2619 2 46 une extrémité de l'enveloppe. A ce flasque est fixée une pièce métallique comprenant une première portion cylindrique 5a coaxiale à l'enveloppe, une partie discale perpendiculaire à l'axe 6 de l'enveloppe et une seconde partie cylindrique 5c de diamètre inférieur au diamètre de la partie a. La partie discale comprend des orifices de préférence circulai- res 5d, régulièrement répartis vers le bord du disque, par exemple -trois orifices à 120 degrés l'un de l'autre. La partie cylindrique 5c présente une extrémité 5e plus épaisse percée d'orifices 5f convergeant vers ltaxe 6. A cette extrémité sont fixés, une buse isolante 7 et une pièce métallique 8 à extrémité tubulaire 8a constituant le contact permanent fixe du disjoncteur. La pièce 8 porte des orifices 8b en coincidences avec les orifices 5f pour définir des passages de soufflage. Par les orifices 5d passent des tiges 9 fixées par une première extrémité à une bague 10 coulissant dans le cylindre 5a et poussée par un ressort 11 s'appuyant sur le flasque. La seconde- extrémité des tiges 9 porte un piston 12 qui se prolonge d'une part par un cylindre métallique 13 entourant le cylindre 5a, d'autre part par un cylindre isolant 14 terminé par une partie renflée 14a. Les pièces 12, 14, 5c et 8 définissent un volume V1. Le cylindre 5a se prolonge par une pièce métallique 15 munie d'une portion annulaire 16 constituant un piston fixe coulissant le long du cylindre 13. On désigne par V2 le volume délimité par les pièces 16, 13, 12, 5c et 5b. Les pistons 12 et 16 sont percés d'orifices référencés respecti- vement 12a et 16a associés à des clapets mobiles 12b et 16b. A la partie discale 5b est fixé un tube métallique 18 terminé par un épaulement annulaire 18a. A cet épaulement est fixée un ensemble cylindrique comprenant un premier cylindrique métallique 19 prolongé par un second cylindre isolant 20 luimême prolongé par un troisième cylindre 21 métallique, terminé par une extrémité 21a en métal ou alliage résistant à l'usure de l'arc et constituant l'un de contacts d'arc principaux. Le cylindre 21 se prolonge du côté opposé à l'extrémité 21a - 4 - par une partie cylindrique 21b intérieure au cylindre 20 et terminée par une portion 21c constituant un des contacts auxiliaire d'arc. L'autre contact auxiliaire d'arc est une pièce métallique 22 poussée par un ressort 23 s'appuyant sur l'épaulement 18a, munie d'une extrémité résistante 22a. Le cylindre-5c présente, au droit des contacts d'arc auxiliaires, de larges ouvertures 18b. Un cylindre isolant 24 est fixé au contact 23. Ce cylindre présente des ouvertures 24a mettant la zone des contacts 21c, 22a en liaison avec le volume V2 à travers les ouvertures 18b. Le cylindre 24 présente une partie annulaire 24b munie d'un contact glissant fermant le volume V2 par glissement sur le cylin- dre 22. L'extrémité du cylindre 24 présente une partie renflée 24c fermant l'espace annulaire compris entre les cylindres 21 et 5c et constituant un piston. La section S2 de cet espace est supérieure à la section S1 entre la pièce 21 et l'extrémité de la pièce 5e. L'équipage mobile du disjoncteur comprend un tube 25 avec extrémité 25a résistante à l'arc et constituant le contact principal mobile d'arc, ainsi que des doigts 26 associés à des ressorts 27 et protégés par un capot 28 et constituant le contact principal fixe. Les contacts mobiles 25 et 26 sont reliés comme il est bien connue à une seconde prise de courant non représentée. Ils sont déplaqables en bloc grâce à une tringle de manoeuvre non représentée. En positon enclenchée, le capot 28 repousse la pièce 14, cequi provoque la mise en compression du ressort 11. Les contacts principaux 26 et 8a assurent le passage du courant permanent à travers la prise 4, le flasque 3, la pièce cylindrique 5a, 5b, c, 5e, le contact 8a et le contact 26. Les contacts d'arc principaux 25a-21a et les contacts d'arc auxiliaire 22a-21c sont en contact, le ressort 23 peut être détendu ou bandé. Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant: -5 a/ Coupure des courants de forte intensité (courants de court-circuit). L'équipage mobile est déplacé par la tringle de manoeuvre vers le bas de la figure. Les contacts principaux 26 et 8a se séparent, puis les contacts d'arc principaux 25a 21a se séparent à leur tour provoquant la naissance d'un arc primaire 30 (figure 2). Lorsque le capot 28 s'est déplacé, la pièce 14 a suivi le mouvement sous l'action du ressort 11; il en est résulté un déplace- ment du piston 12 comprimant le volume V1 et poussant du gaz de soufflage sur l'arc 30 à travers les canaux 8b-5f. L'augmentation de pression dans la zone voisine de l'arc primaire 30 entraîne un déplacement de la pièce 24 contre l'action du ressort 23 (vers le haut de la figure). Cette pression s'exerce sur la section S1 puis, dès que la pièce 24 s'est déplacée, sur la section S2. Le mouvement entraîne la séparation des contacts auxiliaires d'arc 22a et 21c, provoquant la naissance d'un arc secondaire le courant passe alors par les pièces 4, 3, 5a, 5d, 18, 18A, 19, 22, l'arc 31, 21C, 21, 21a, l'arc 30, 25a et 25. L'arc 31 provoque une forte montée de la pression dans le volume V2, ce qui accroit la pression sur le piston 12 qui, s'exerçant sur la large surface S4 contribue ainsi à augmenter le soufflage de l'arc primaire 30 par le gaz du volume V1. On notera que pendant la phase d'ouverture du disjoncteur, le clapet 12b reste fermé, car il présente une surface plus grande du côté du volume V1 que du côté du volume V2. Le clapet 16b s'ouvre et évite une dépression du volume V2 lors de l'apparition de l'arc secondaire, la suppression le ferme. Au passage par zéro du courant, les arcs s'éteignent et le ressort 23 ramène le contact 22a au contact du contact 21c. Des trous calibrés non représentés assurent l'évacuation de la pression du volume V2 en fin de manoeuvre de déclenchement. b/ Coupure des courants de faibie intensité (coupure du courant nominal, coupure des courants inductifs). L'arc 30 a une énergie insuffisante pour que l'augmentation de pression qu'il engendre soit suffisante pour déplacer la pièce 24 2 6 1 9 2 4 6 - 6 - contre l'action du ressort. Il n'y a donc pas d'arc secondaire et donc pas de risque de réamorQage engendrant des surtensions en cascade. L'énergie contenue dans le ressort 11 suffit à assurer, par son action sur le piston 12, un soufflage correct de l'arc 30. c/ fermeture A la fermeture du disjoncteur, produite par le déplacement vers le haut de la figure de l'équipage mobile, le capot 28 repousse la pièce 14 contre l'action du ressort 11. Le clapet 12b s'ouvre et le clapet 16b se ferme, ce qui assure le remplissage du volume V' depuis le volume V2. Des trous de décompression 21b dans la pièce 21 et 18b dans la pièce 18 permettent d'égaliser les pressions et de réduire l'énergie nécessaire à la fermeture du disjoncteur. Dans le mode de réalisation qui vient d'être décrit le seuil de courant à couper à partir duquel l'arc secondaire s'établit, est réglé par la force du ressort 23. On pourra donc utiliser le disjoncteur en haute ou moyenne tension et régler aisément les seuils de fonctionnement désirés. Dans l'exemple de réalisation des figures 1 et 2, le piston de soufflage et les contacts d'arc auxiliaires appartiennent aux parties fixes du disjoncteur. La figure 3 représente un disjoncteur dans laquelle le piston de soufflage et les contacts d'arc auxilaire appartiennent à l'équipage mobile. Les positions fonctionnellement communes aux figures 1 et 3 ont reçu les mêmes numéros de référence. En haut de la figure, les contacts 25-25a et 26-27-28 sont fixes; le reste des parties de la figurent appartiennent à l'équipage mobile. Le ressort 11 s'appuie maintenant dans une gorge 5g de la pièce 5a-5b-5c qui est guidée dans un tube fixe 33. Le piston de soufflage 12 n'est pas couplé au contact mobile. Le fonctionnement est identique à celui décrit en référence aux figures 1 et 2, l'énergie de soufflage de l'arc produit par les faibles courant étant toujours assurée par le ressort 11. 26 1 9 2 4 6 7 - La masse de l'équipage mobile étant supérieure à celle de l'équipage mobile du disjoncteur selon la figure 1, on préférera souvent la solution de la figure 1 à celle de la figure 3. Dans les disjoncteurs du type décrit précédemment, il peut survenir, pour des tensions nominales élevées, un préamorgage pendant la phase de fermeture (enclenchement) du disjoncteur. Le préamorçage entratne l'ouverture des contacts d'arc secondai- res, provoquant un arc qui accroit la pression dans le volume V2. Il est donc nécessiare de prévoir un moyen d'évacuer le gaz de ce volume vers le volume 2, faute de quoi la fermeture du disjoncteur ne pourrait avoir lieu. La figure 4 est une vue partielle du disjoncteur de l'invention, dans laquelle les éléments communs aux figures 1 et 4 ont reçu les mêmes numéros de référence. On notera que le ressort 11a de manoeuvre du piston 12, s'appuie cette fois sur un épaulement annulaire 5h de lapièce 5a. Pour permettre l'évacuation du gaz du volume V2 lors de l'enclen- chement, le disjoncteur présente les caractéristiques ci-après: le cylindre 14 est rendu mobile par rapport au cylindre 13 grâce à un ressort 40 qui s'appuie sur un redan 13a de la piece 13. Le cylindre 13 est percé d'orifices radiaux 13b; il en est de même de lapièce 14, qui présente des orifices radiaux 14b, situés de manière que, par le coulissement relatif des pièces 13 et 14, les orifices 13b puissent venir en coincidence avec les orifices 14b. Les orifices 13b et 14b sont en outre situés l'un par rapport à l'autre de manière que lorsque le disjoncteur est ouvert ou en cours d'ouverture (figure 4), ces orifices ne soient pas en coinci- dence, ce qui laisse le volume V2 fermé. Lorsque le disjoncteur est en cours de fermeture (figure 5), le capot 28 repousse la pièce 14 contre l'action du ressort 40. Les orifices 13b et 14b viennent alors en coincidence, ce qui permet d'évacuer, le cas échéant, la surpression due à l'arc secondaire 31. Bien entendu la force du ressort 40 est bien inférieure à celle du ressort lia. - 8 - La course de la pièce 14 peut être limitée par un pion 13C solidaire du cylindre 13 coopérant avec une lumière 14c de la pièce 14. La figure 6 et une vue partielle en demi-coupe axiale d'un disjoncteur selon une variante de réalisation. Les éléments commun aux figures 1, 4 et 6 ont reçu les mêmes numéros de référence. Dans cette variante, le contact auxiliaire 22 ainsi que la pièce 24 sont fixes et solidaires de la pièce 5a. Le second contact auxiliaire, référencé maintenant 45 coulisse dans un logement 24c de la pièce 24, sous l'action d'un piston 46 dont une face 46a est mise en communication avec la zone de l'arc principal par des rainures. Un ressort 47 permet le rappel du contact 45. Ce dernier est muni de contacts glissants 45a assurant le passage du courant entre le contact 45 et le contact principal d'arc. Lorsque l'arc principal jaillit, le piston se déplace, comprimant le ressort 47 et provoquant la séparation des contacts d'arc auxiliaires. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés. Elle s'applique par exemple au disjoncteur décrit dans la demande de brevet français n0 86 04 393 déposée le 26 mars 1986, o l'homme de l'art saura aisément transposer les solutions précédem- ment décrites. -9- REVENDICATIONS: 1/ Disjoncteur à haute ou moyenne tension à gaz sous pression à énergie de coupure prélevée sur celle de l'arc, du type comprenant: - un ensemble fixe comprenant des contacts principaux (8a) et des contacts d'arc (21a), - un ensemble mobile comprenant des contacts principaux (26) et des contact mobiles (25), - un volume de soufflage (V1) comportant un piston (12) se déplaçant à la séparation des contacts et poussant du gaz comprimé à travers une buse de soufflage (7) s'ouvrant sur la zone o se forme un arc principal à la séparation des contacts d'arc et un jeu de contacts auxiliaires (22a, 21c) en série avec les contacts d'arc pour créer un arc auxiliaire dans le volume (V2)-situé à l'arrière du piston, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (23, 24) pour n'autoriser la séparation des contacts auxiliaires que lorsque la pression dans la zone de soufflage-atteint un seuil prédéterminé, 2/ Disjoncteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits - moyens comprennent un piston (24c) solidaire de l'un (22a) des contacts auxilaires et soumis à la pression de la zone d'arc principal et un ressort (23) de rappel dudit contact auxiliaire. 3/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 2 caractérisé en ce que les contacts auxiliaires (22a, 21c) appartiennent à l'ensem- ble fixe. 4/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 2 caractérisé en ce que les contacts auxiliaires (22a, 21c) appartiennent à l'ensemble mobile / Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le volume (V2) situé en arrière du piston comporte au moins uneouverture (13b) associée à un moyen de fermeture (14, 40) qui ferme ladite ouverture au décienchement du disjoncteur. 6/ Disjoncteur selon la revendication 5 caractérisé en ce que ledit moyen de fermeture comprend un cylindre (14) muni d'une lumière (14c) et lié à l'ensemble mobile par un ressort (40).