Brevet FR2623657A1 — publié le 19890526

DISJONCTEUR A AUTOSOUFFLAGE PAR EXPANSION DE GAZ ISOLANT, EQUIPE D'UN ECRAN DE REPARTITION DE CHAMP ELECTRIQUE L'invention est relative à un disjoncteur ou interrupteur à autosoufflage par expansion de gaz à rigidité diélectrique élevée, notamment de l'hexafluorure de soufre contenu dans une enceinte étanche de logement d'un ou de plusieurs pales, chaque pôle comportant: - une paire de contacts d'arc séparables disposés dans une chambre de coupure, laquelle est incorporée dans l'enceinte, - au moins un conduit d'écoulement de gaz s'étendant à l'intérieur desdits contacts d'arc creux pour faire communiquer la chambre de coupure avec le volume restant de l'enceinte constituant une chambre d'expansion, - et un orifice ménagé dans la chambre de coupure pour le passage du contact d'arc mobile. Dans un disjoncteur ou poste blindé à haute tension, utilisé par exemple dans des réseaux ayant des valeurs de tension supérieures à 70 kV, la répartition du champ électrique à 1' intérieur de la chambre de coupure, peut être contrôlée par un capot métallique de forme hémisphérique. Pour améliorer la tenue diélectrique globale, en particulier après la coupure, dans un disjoncteur a autoexpansion, l'incorporation d'un tel capot métallique de forme massive dans la chambre de coupure pose le problème du dérèglement de l'-écoulement gazeux au niveau des racines d'arc. La présence du capot améliore certes la tenue diélectrique, mais obstrue partiellement l'entrée des conduits internes des contacts tubulaires, et limite de ce fait la vitesse d'écoulement de gaz vers la chambre d'expansion. I1 en résulte une diminution du débit massique par expansion de gaz, avec des risques de noncoupure de l'arc. L'objet de l'invention consiste à réaliser un disjoncteur ou interrupteur à autosoufflage par expansion de gaz, ayant une bonne tenue diélectrique et un pouvoir de coupure élevé. Le disjoncteur selon l'invention est caractérisé en ce que le contact d'arc mobile est équipé d'un écran conducteur, logé à l'intérieur de la chambre de coupure pour la répartition uniforme du champ électrique dans l'intervalle de coupure, ledit écran comprenant des moyens de guidage de l'écoulement gazeux vers le conduit de communication avec la chambre d'expansion. L'écran comporte des ailettes radiales fixées sur le pourtour externe du contact d'arc mobile de manière à délimiterdes canaux favorisant l'écoulement de gaz SF6 vers les entrées des conduits internes des contacts d'arc tubulaires. la présence de l'écran sur le contact d'arc mobile ne diminue pas le débit de gaz vers la chambre d'expansion. Une bobine ou un aimant permanent peut être associée au contact d'arc fixe à l'intérieur de la chambre de coupure pour provoquer la rotation de l'arc. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif, et représenté aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue partielle en coupe axiale d'un disjoncteur à expansion équipé de l'écran selon l'invention; - la figure 2 est une vue en élévation à échelle agrandie de l'écran selon la figure 1; - la figure 3 montre une vue de profil de la figure 2. Sur la figure 1, un disjoncteur ou interrupteur pour réseau à moyenne ou haute tension, est logé dans une enceinte 10 étanche, remplie de gaz isolant à rigidité diélectrique élevée, notamment de l'hexafluorure de soufre SF6 à la pression atmosphérique ou à surpression. L'enceinte 10 de forme cylindrique renferme un pale ayant un système de contacts séparables et un dispositif d'autosoufflage à rotation de l'arc et à expansion du gaz SF6. A l'intérieur de l'enceinte 10 se trouve une chambre de coupure 12 composée d'une surface 14 de révolution en matériau conducteur, d'un fond inférieur 16 isolant ayant un orifice 18 de passage du contact d'arc mobile 20, et d'un fond supérieur 22 conducteur fixé à un conducteur 24 tubulaire d'amenée de courant. Le conducteur 24 sert de support à la chambre de coupure 12 en s'étendant le long de l'axe longitudipal 25 du pôle. Une borne de connexion, constituée par le couvercle 26 conducteur de l'enceinte 10, est reliée électriquement au conducteur 24 fixe d'amenée de courant. Le fond isolant 1 assure l'isolation électrique entre le contact d'arc 20 mobile et l'extrémité de la surface cylindrique 14 portant le contact principal fixe 28. A 1' intérieur de la chambre de coupure 12 est disposée une bobine 30 électromagnétique ayant une face frontale postérieure accolée mécaniquement et électriquement au fond 22 métallique supérieur, et une face frontale antérieure coiffée par un contact d'arc fixe 32 agencé en piste de migration d'arc, disposée en regard du contact d'arc mobile 20. Une électrode 34 auxiliaire est dirigée vers l'intervalle de coupure 36 et, est connectée électriquement au fond 22. La fonction de shuntage partiel de la bobine 30 par l'électrode 34 au cours de la période d 'arc est décrite en détail dans la demande de brevet français nO 2596578. Le contact principal fixe 28 coopère avec un contact principal mobile 38 constitué par un contact en tulipe porté par un support 40 conducteur de l'équipage mobile en-liaison électrique avec l'autre borne de connexion (non représentée). Le contact d'arc mobile 20 présente une liaison mécanique télescopique ayant un mouvement relatif de translation par rapport au contact principal mobile 38 grâce à l'insertion d'un ressort de compression 42 entre un épaulement 44 du support 40 et l'extrémité 46 du contact d'arc mobile 20 située à l'oppose de l'intervalle de coupure 36. Au cours de l'ouverture, le ressort 42 sollicite le contact d'arc mobile 20 en position d'extension jusqu'au rattrapage de la course morte (d) autorisant la venue en butée de l'extrémité 46 contre un taquet 48 d'entraînement de support 40. Le conducteur fixe 24 et le support 40 de l'équipage mobile sont agencés en conduits 54,56, tubulaires coaxiaux, munis d'orifices 50,52 faisant communiquer la chambre de coupure 12 avec le volume restant de l'enceinte 10 constituant une chambre d'expansion pour le gaz SF6.-Il en résulte un double soufflage de l'arc par expansion du SF6 à travers les conduits 54,56. Selon l'invention, la partie supérieure du contact d'arc mobile 20 disposée dans la chambre de coupure 12, porte un écran 58 (figure 2) de répartition du champ électrique dans l'intervalle de coupure 36. L'écran 58 comporte une pluralité d'ailettes 60 réparties angulairement à intervalles réguliers dans des plans radiaux, en étant fixées sur le pourtour externe du contact d'arc mobile 20. Les ailettes 60 métalliques s' étendent jusqu'au voisinage de la pièce de contact 62 venant en aboutement avec le contact d'arc fixe 32 en position de fermeture. Entre les ailettes 60 radiales de l'écran 58 subsiste une série de canaux 64 ou rainures (figure 3) qui favorise l'écoulement du gaz SF6 vers les conduits 54,56 internes durant la phase d'expansion. Le fonctionnement du disjoncteur selon les figures 1 à 3 est l'e suivant: La position de fermeture est représentée sur la demi-vue de droite de la figure 1, et on remarque que la majorité du courant passe par le circuit principal comprenant les contacts principaux 28,38. A cause de la self de la bobine 30, une faible fraction du courant parcourt les contacts d'arc 32,20 et la bobine 30 du circuit d'arc parallèle. L'ouverture du disjoncteur est commandé par un coulissement vers le bas sur la figure 1 du support 40 accouplé mécaniquement à une tige de manoeuvre (non représentée). Les contacts principaux 28,38 disposés à l'extérieur de la chambre de coupure 12 s'ouvrent avant les contacts d'arc 32,20. Pendant une première phase du mouvement d'ouverture, le contact d'arc mobile 20 reste abouté au contact d'arc fixe 32 par la présence de la course morte (d) et de l'action de détente du ressort 42. Le courant est commuté dans le circuit d'arc parallèle et assure l'excitation de la bobine 30 avec formation d'un champ magnétique. La séparation des contacts d'arc 32,20 s'opère durant la deuxième phase d'ouverture du disjoncteur au cours de laquelle l'arc 66 est mis en rotation par le champ de la bobine 30.L'arc provoque à l'intérieur de la chambre de coupure 12, un échauffement et une montée en pression du gaz SF6 qui peut s'échapper par les conduits 54,56 internes vers la chambre d'expansion de l'enceinte 10, en assurant un double soufflage pneumatique de l'arc. L'action combinée de soufflage magnétique en rotation de l'arc et de soufflage pneumatique par expansion assure une extinction rapide de l'arc La présence de l'écran 58 de répartition du champ électrique dans l'intervalle de coupure 36 évite au voisinage de zéro de courant, tout réamorçage de l'arc entre les contacts d'arc 32,20, ou entre le contact d'arc mobile 20 et l'électrode 34. Les canaux 64 de séparation des ailettes 60 favorisent l'écoulement du gaz SF6 vers les entrées des conduits 54,56, de manière à obtenir un débit massique de gaz suffisant pour le double soufflage pneumatique de l'arc. L'écran 58 à ailettes 60 radiales peut bien entendu être remplacé pour tout autre capot conducteur, de répartition du champ électrique, ledit capot étant équipé de moyens de guidage de l'écoulement gazeux pour ne pas perturber le débit de gaz allant de la chambre de coupure 12 vers la chambre d'expansion, par exemple une grille ou un capot percé de trous. Selon une variante, l'enceinte 10 peut renfermer plusieurs pôles. La bobine 30 peut être remplacée par un aimant permanent à l'intérieur de la chambre de coupure 12. REVENDICATIONS 1. Disjoncteur ou interrupteur à autosoufflage par expansion de gaz à rigidité diélectrique élevée, notamment de l'hexafluorure de soufre contenu dans une enceinte (10) étanche de logement d' un ou de plusieurs pôles, chaque pôle comportant: - une paire de contacts d'arc (32,20), séparables disposés dans une chambre de coupure (12), laquelle est incorporée dans l'enceinte (10), - au moins un conduit (54,56) dlécoulement de gaz s'étendant à 1' intérieur desdits contacts d'arc creux pour faire communiquer la chambre de coupure (12) avec le volume restant de l'enceinte (10) constituant une chambre d'expansion, - et un orifice (18) ménagé dans la chambre de coupure (12) pour le passage du contact d ' arc mobile (20), caractérisé en ce que le contact d'arc mobile (20) est équipé d'un écran (58) conducteur logé à l'intérieur de la chambre de coupure (12) pour la répartition uniforme du champ électrique dans l'intervalle de coupure (36), ledit écran (58) comprenant des moyens de guidage de l'écoulement gazeux vers le conduit (54,56) de communication avec la chambre d'expansion. 2. Disjoncteur ou interrupteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'écran (58) comporte une pluralité d'ailettes (60) métalliques réparties angulairement à intervalles réguliers dans des plans radiaux passant par l'axe du contact d'arc mobile (20) tubulaire, et que les moyens de guidage de l'écoulement gazeux sont formés par des canaux (64) imbriqués entre les ailettes (60) successives de l'écran (58). 3. Disjoncteur ou interrupteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les ailettes (60) de l'écran (58) sont fixées sur le pourtour externe du contact d'arc mobile (20). 4. Disjoncteur ou interrupteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la chambre de coupure (12) renferme une bobine (30) ou un aimant permanent disposé coaxialement autour du contact d'arc fixe (32) pour créer dans l'intervalle de coupure (36), un champ magnétique de mise en rotation de l'arc (66) tiré lors de la séparation des contacts d'arc (32,20). 5. Disjoncteur ou interrupteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'orifice (18) de passage de contact d'arc mobile (20) est ménagé dans un fond isolant (16) de la chambre de coupure (12), laquelle comporte de plus un fond (22) opposé en matériau conducteur auquel est accolée 1 'une des faces frontales de la bobine (30), l'autre face opposée étant coiffée par le contact d'arc fixe (32) agencé en piste de migration d'arc disposé en regard du contact d'arc mobile (20) et de l'écran (58).