Brevet FR2629260A1 — publié le 19890929

Disjoncteur à haute tension à faible énergie de manoeuvre. La présente invention est relative à un disjoncteur à haute tension dans lequel la chambre de coupure est remplie de gaz diélectri- que, tel que l'héxafluorure de soufre, et dans lequel l'énergie de l'arc est utilisée, grâce à l'augmentation de pression qu'elle confère au gaz, pour réduire l'énergie nécessaire à la coupure. L'invention concerne plus particulièrement un disjoncteur possédant un cylindre de soufflage et une seconde chambre dans laquelle un paire de contacts supplémentaire est capable de générer, lors de l'ouverture du disjoncteur, un arc secondaire utilisé pour contribuer à apporter de l'énergie pour la manoeuvre d'ouverture. Un tel disjoncteur est connu par exemple par le brevet français n0 8701545. Un problème à résoudre dans ce type de disjoncteur est que la pression reste faible dans le cylindre de soufflage pour la coupure des petits couverts (faible énergie de manoeuvre) et que la pression soit élevée pour la coupure des courants importants sans augmenter pour autant l'énergie de manoeuvre. Un but de la présente invention est de réaliser un disjoncteur dans lequel l'énergie de manoeuvre reste faible même pour la coupure des courants de faible intensité. Un autre but de l'invention est de réaliser un disjoncteur dans lequel aucun arc ne s'amorce à l'enclenchement. L'invention a pour objet un disjoncteur à haute tension à gaz diélectrique sous pression, du type comprenant au moins une chambre de coupure comportant une enveloppe isolante remplie dudit gaz à l'intérieur de laquelle sont placés un ensemble comportant un contact principal fixe et un contact d'arc fixe, un ensemble mobile comportant notamment un contact principal mobile et un contact d'arc mobile, la chambre de coupure comportant en outre un cylindre de soufflage débouchant dans une buse de soufflage et une paire de contacts secondaires, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour assurer une pression basse dans ladite cylindre de soufflage lors de l'ouverture du disjoncteur parcouru par un faible courant. -2- L'invention sera bien comprise par la description donnée ci-après d'un mode préféré de réalisation d'un disjoncteur selon l'invention dans lequel: - la figure 1 est une vue partielle en demicoupe axiale de la chambre de coupure d'un disjoncteur selon l'invention, en position enclenchée, - la figure 2 est une vue similaire au cours d'une ouverture sur coupure de courant de faible intensité, - la figure 3 est une vue similaire montrant la fin de la manoeuvre d'ouverture, - la figure 4 est une vue similaire illustrant la fermeture du disjoncteur, - la figure 5 est une vue similaire illustrant l'ouverture sur courant de forte intensité. La figure 1 montre une chambre de coupure comprenant une enveloppe 1, en matériau isolant tel que le céramique, remplie d'un gaz diélectrique tel que l'héxafluorure de soufre sous une pression de quelques bars. A l'intérieur de l'enveloppe, on trouve un ensemble comprenant un contact principal fixe formé de doigts de contacts 2 protégés par un capot pareeffluves 3 et un contact d'arc formé d'un tube métallique 4 terminé par une extrémité 4A en alliage résistant aux effets de l'arc. L'équipage mobile comprend un tube 5, métallique, servant de contact d'arc mobile, terminé par un embout 5A en alliage résistant aux effets de l'arc. Le tube 5 est entraîné par un tube métallique 6, par exemple en aluminium, fixé à une tige de manoeuvre non représentée. Les tubes 5 et 6 ne sont pas fixés l'un à l'autre; au contraire, un certain débattement entre eux est possible; l'entraînement se fait grâce à deux redans 5B et 6B des tubes 5 et 6. Le débattement est limité par une butée 6C. Un tube métallique 7, concentrique au tube 5, sert de contact principal mobile. Il porte une buse de soufflage 8 en matériau isolant. Il est en contact électrique avec un bloc métallique 9, en aluminium par exemple, solidaire de l'équipage fixe, par des doigts de con- tact 10. Le tube 5 et le tube 7 sont solidarisés par une couronne isolante 12, percée de trous 12A. Le volume 20 délimité par les tubes 5 et 7 est fermé par un piston fixe 14, en matériau isolant tel que le polytétrafluoroéthy- lène, maintenu en place par un tube métallique 15 fixé au bloc 9. On désigne par 20 le volume délimité par les tubes 5 et 7, la couronne 12 et le piston 14. Ce volume constitue le cylindre de soufflage du disjoncteur. Le piston 14 est percé d'orifices 16 et comprend un clapet 17 n'autorisant le passage du gaz que de l'extérieur.vers l'inté- rieur du volume 20. Le piston 14 comprend un joint d'étanchéité 18 et un guidage 19. Les orifices 16 du piston 14 peuvent être obstrués par un piston annulaire 22, pouvant glisser dans l'espace annulaire constitué par le tube 5 et un prolongement cylindrique 23, percé de trous 23A, du piston 14. Le piston annulaire 22 est poussé contre les orifices 16. par un ressort 24 s'appuyant contre une partie solidaire du tube fixe 15. L'étanchéité du piston est assurée par des Joints 26 et 27. Une paire de contact auxiliaire comprend: - un contact tubulaire fixe 30, muni d'une extrémité 30A en matériau résistant à l'arc, et fixé au tube 15, - un contact tubulaire 31, muni d'une extrémité d'usure 31A, fixé à un bloc de guidage en matériau isolant 32, et muni de contacts glissants 31B coopérant avec le tube 5. Le bloc isolant est guidé dans l'espace annulaire compris entre les tubes 5 et 15 grâce à une portion 32A venant en appui contre le tube 15. Cette portion est munie d'orifices 33 pour permettre le libre passage du gaz dans le volume 35 compris entre le tube 15 et les pièces 31, 32 et 42. La pièce isolante 32 est munie d'un système d'encliquetage, par exemple à billes 36 et ressorts 37, coopérant avec des gorges - 4 - 38 et 39 pratiquées dans le tube 5. Une butée 40 du tube 15 limite la course de la pièce isolante 32. Le volume 35 est fermé par un piston isolant 42, fixé au tube 5 et possédant un segment de guidage 43 et un clapet 44 n'autori- sant le passage du gaz que de l'extérieur vers l'intérieur du volume 35. Le tube 5 porte a son extrémité des trous 46. De même le tube 6 possède des trous 47. - La pièce 9 porte un contact 48 coopérant avec une extrémité 49 du tube 5 pour placer le tube 5 au même potentiel que le reste de l'équipage mobile en fin de course d'ouverture. Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant. Lorsque le disjoncteur est fermé (position de la figure 1), le courant passe par les doigts 2, le tube 7, les doigts 10 et la pièce 9. Coupure des faibles courants Il s'agit des courants inférieurs ou égaux au courant nominal de l'installation. A l'ouverture de disjoncteur (figure 2), l'équipa- ge mobile est entraîné par le tube 6. A la séparation des contacts un arc 50 jaillit entre les contacts d'arc 4B et 5A. L'augmentation de pression dans la chambre 20 repousse le piston 22, contre l'action du ressort 24, de sorte que la pression dans la chambre reste constante et faible, le gaz trouvant une expansion facile par les trous 16 et 23A. La dépression engendrée dans le volume 35 provoque l'ouverture du clapet 44 et le maintien de la pression dans le volume 35. Il n'y a donc pas de perte par succion. L'arc 60, qui s'établit entre les contacts 30 et 31 soit en même temps que l'arc 50, soit légèrement avant, soit légèrement après, crée une surpression suffisamment faible pour ne pas perturber ce fonctionnement. Avant que le courant ne soit coupé par l'action de la sépara- tion des contacts, le courant passe par le contact 4, l'arc 50, le tube 5, les contacts 31B, le contact 31, l'arc 60, le contact 30, le tube 15 et la pièce 9. Après certaine course, déterminée en fonction du courant de court-circuit la pièce 32A vient en butée sur la butée 40. Le tube 5 poursuivant sa course, les billes 36 quittent la gorge 39 et viennent se positionner sur la gorge 38 (figure 3) en fin de manoeuvre d'ouverture et la légère surpression du volume 20 disparait grâce aux trous 23A; le piston 22 revient en butée contre le piston fixe 14. Le contact 48 met l'extrémité 49 du tube 5, et donc le contact 31, au potentiel de la pièce 9, du tube 15 et donc du con- tact 30. Fermeture du disjoncteur Le tube 6 est actionné vers la gauche de la figure (figure 4). La butée 6C entraîne le tube 5 et les contacts 30 et 31 viennent en contact, sans création d'arc puisqu'il sont au même potentiel grâce au contact des pièces 48 et 49. La légère surpression dans le volume 35 stévacue, par les trous 46 et 47 qui viennent en coInci- dence, vers le volume 70 intérieur au tube 5. Lorsque le contact 30A vient en butée contre le bloc portant le contact 31, les billes 36 quittent la gorge 38 pour revenir se placer sur la gorge 39 en fin de manoeuvre d'enclenchement. En fin de manoeuvre de fermeture on retrouve la configuration de la figure 1. Toute résistance due à une éventuelle dépression dans cham- bre 20 est évitée par l'ouverture du clapet 17. Coupure des courant de grande intensité Il s'agit des courants de court-circuit. La figure 5 montre le disjoncteur en cours d'ouverture par déplacement du tube 6 vers la droite de la figure. L'arc 60, de très forte intensité, provoque un échauffement rapide du volume 35 et du volume 35B entouré par les contacts 30, 31 le piston 22 et le cylindre 5. L'augmentation de pression a deux effets - le premier effet est de plaquer le piston 22 contre le piston 14 et de fermer ainsi toute communication entre le volume B et le volume 20. La pression croissant dans le volume 20 favorise l'extinction de l'arc primaire 50 par un autosoufflage favorisé par la réduction de grandeur du volume 20 en raison - 6 - du déplacement de l'équipage mobile 5, 7, par rapport au piston fixe 14. - le deuxième effet est d'exercer une pression sur le piston isolant 42 et d'apporter ainsi une contribution à l'énergie de manoeuvre. Pour cela le gaz chaud du volume 35 passe à travers les orifi- ces 33 de la pièce 32A. La refermeture du disjoncteur après une telle manoeuvre d'ouver- ture sur courant de forte intensité s'effectue comme il a été décrit précédemment sous le chapite: fermeture du disjoncteur. Les trous 46 et 47 revenant en face l'un de l'autre, la surpression du volume 35 est évacuée dans le volume 70. Le disjoncteur de l'invention ne nécessite qu'une faible énergie de manoeuvre pour toutes les valeurs de courant à couper. Le nombre d'éléments est faible et ils sont tous de révolution ce qui assure une construction économique et un montage' facile et rapide. 7- REVENDICATIONS: 1/ Disjoncteur à haute tension à gaz diélectrique sous pression, du type comprenant au moins une chambre de coupure comportant une enveloppe isolante remplie dudit gaz à l'intérieur de laquelle sont placés un ensemble comportant un contact principal fixe (2) et un contact d'arc fixe (4), un ensemble mobile comportant notamment un contact principal mobile (7) et un contact d'arc mobile (5), la chambre de coupure comportant en outre un cylindre de soufflage débouchant dans une buse de soufflage et une paire de contacts secondaires, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (16, 22, 24) pour assurer une pression basse dans ledit cylindre de souffla- ge (20) lors de l'ouverture du disjoncteur parcouru par un faible courant. 2/ DisJoncteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit cylindre de soufflage est délimitée par un premier cylindre (5) constituant le contact d'arc mobile, un second cylindre (7) constituant le contact principal fixe et un piston fixe (14), les dits moyens étant constitués par des orifices (16) pratiqués à travers le dit piston et mettant en communication l'intérieur de la chambre de coupure avec l'extérieur de cette chambre, lesdits orifices étant obturable par un piston (22) de fermeture s'appliquant sur lesdits orifices sous l'action d'un ressort lié à l'ensemble fixe. 3/ DisJoncteur selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le tube (5) constituant le contact d'arc mobile et un tube (15) lié à l'ensemble fixe et concentrique au tube précité délimitent, de l'autre côté du piston (14) fermant le cylindre de soufflage, un volume (35, 35B) variable fermé d'un côté par le dit piston de fermeture (22) et de l'autre par un piston annulaire d'extrémité (42) lié au tube (5) constituant le contact d'arc mobile et glissant le long dudit tube (15) lié Aà l'ensemble fixe, ledit volume enfermant les dits contacts secondaires, un premier contact secondaire (30) étant solidaire dudit tube (15) lié à l'ensemble fixe, le second contact secondaire (31) étant entraîné par le tube (5) constituant le contact d'arc mobile. -8 - 4/ Disjoncteur selon la revendication 3 caractérisé en ce que le second contact secondaire (31) est assujetti à se déplacer entre une première et une seconde positions fixes le long du tube (5) constituant le contact d'arc mobile. 5/ Disjoncteur selon la revendication 4 caractérisé en ce que le second contact secondaire (31) est muni d'un moyen (36, 37) d'enclique- tage coopérant avec des gorges (38, 39) pratiquées dans le tube (5) constituant le contact d'arc mobile, pour bloquer ledit second contact secondaire dans lesdites positions fixes. 6/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que l'ensemble fixe porte un contact (48) venant au contact du tube (5) constituant le contact d'arc mobile lorsque le disjonc- teur est ouvert. 7/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le piston (14) fermant le cylindre de soufflage comprend un clapet (17) n'autorisant le passage du gaz que de l'extérieur vers l'intérieur de ce cylindre. 8/ DisJoncteur selon l'une des révendications 1 à 6 caractérisé en ce que ledit piston annulaire d'extrémité (42) comprend un clapet (44) n'autorisant le passage du gaz que l'extérieur vers l'intérieur du volume (35, 35B) contenant les contacts secondaires (30, 31). 9/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que le tube (5) constituant le contact d'arc mobile est lié à un tube d'entraînement (6) avec un certain débattement de manière à mettre en coincidence, à la refermeture du disjoncteur, des trous (46) pratiqué dans le tube constituant le contact d'arc mobile et des trous (47) pratiqués dans ledit tube (6) d'entraînement pour évacuer la surpression du volume (35) contenant les contacts secondaires (30, 31). 3o