Brevet FR2642913A1 — publié le 19900810

Dispositif de sécurité pour appareil électrique à gaz diélectrique, notamment pour disjoncteurs ou réducteurs de mesure. L'invention concerne un dispositif de sécurité pour une enceinte contenant des appareils électriques et un gaz diélectrique isolant, tel que l'hexafluorure de soufre, sous une pression de quelques bars. L'invention s'applique particulièrement dans le cas o les enceintes sont réalisées en porcelaine, telles que les enveloppes de disjoncteurs. Dans ce type d'enceintes il existe des organes te sécurité fonctionnant en cas de surpression accidentelle. Ce sont soit des clapets tarés, soit des membranes, capsules Da plaques qui, lorsque la pression dans l'enceinte atteint un seuil donné, se déchirent, ou se brisent ce qui permet au gaz de se détendre à l'extérieur, évitant ainsi tout risque de destruc- te-on de l'enceinte. L'augmentation de pression de l'enceinte contre laquelle on veut se prémunir est due à un arc interne; suivant l'intensité de cet arc, la montée en presion jusqu'à la valeur de seuil précitée peut varier de quelques centièmes de secondes pour un arc de forte intensité à plusieurs secondes pour un arc de faible intensité. Dans ce dernier cas, en agissant rapidement par un autre moyen pour déchirer la membrane, on permet d'éviter une détérioration L:portante des parties actives de l'appareil. C'est le but que se propose d'atteindre le dispositif de l'invention. L'invention a pour objet un dispositif de sécurité pour un appareil électrique comprenant une enceinte remplie de gaz sous pression, caractérisé en ce qu'il comprend un premier moyen pour détecter l'apparition d'un arc à l'intérieur de ladite enceinte et un second moyen commandé par ledit premier moyen pour créer un passage pour le gaz à travers ladite enceinte lorsque le premier moyen à détecté un arc pendant une durée donnée. Dans un premier mode de réalisation le premier moyen est un photogénérateur sensible à la lumière de l'arc tel qu'une photo-pile, un élément photo-voltaique. Avantageusement, ledit photo-générateur est placé à l'extérieur - 2 - -2- 26429 13 de ladite enceinte, au droit d'une fenêtre pratiquée dans la paroi. Dans le cas o le premier moyen est un photo-générateur, e second moyen est un percuteur comprenant une tige de percussion, 5.-n ressort de manoeuvre de ladite tige, un aimant permanent de maintien de ladite tige et un bobinage de commande alimenté par ledit premier moyen, ladite tige étant placée au droit d'une partie cassable de la paroi de ladite enceinte. En variante, le second moyen est un solénoïde à noyau venant percuter une partie cassable de la paroi de ladite enceinte. Selon une autre variante, le second moyen est un solénoïde dont ie noyau constitue une butée escamotable pour une masselotte poussée par un ressort et placée au droit d'une partie cassable de la paroi de ladite enceinte. Dans un second mode de réalisation, le premier moyen est un moyen sensible,la chaleur dégagée par l'arc. Dans un exemple de réalisation, le premier moyen est un fusible. En variante, le premier moyen est un élément à mémoire de forme. Le second moyen est avantageusement une masselotte actionnée par un ressort bandé dont la détente est commandée par le modifica- tion dudit second moyen sous l'effet de la chaleur, ladite masselotte venant briser une portion cassable de la paroi de ladite enceinte. L'invention sera bien comprise par la description ci-après de divers exemples de mise en oeuvre de l'invention, en référence au dessin annexe dans lequel: - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'une chambre de coupure d'un disjoncteur équipé d'un dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue agrandie d'une partie de la figure 1, - la figure 3 est une vue schématique d'un dispositif avec solénoïde et batterie auxiliaire, - la figure 4 est une vue schématique d'un dispositif avec ressort et batterie auxiliaire, * _ 3 26429 13 - la figure 5 est une vue schématique d'un dispositif avec fusible. La figure 1 représente schématiquement une chambre de coupure d'un disjoncteur. Cette chambre comprend une enveloppe en céramique 1 délimitant un volume 2 rempli d'un gaz diélectrique tel que l'hexa- fluorure de soufre, sous une pression de quelques bars. La chambre comprend deux flasques d'extrémité 3 et 4. On a représenté en 5 l'enveloppe support des contacts fixes et en 6 l'enveloppe support des contacts mobiles et la buse de soufflage. Une tringle de manoeuvre non représentée traverse le flasque 3. La flasque 4 est munie d'une première fenêtre fermée par 4q élément 7 translucide ou transparent, devant lequel est placé, Je préférence à l'extérieur de la chambre, un photo-générateur 8 mettant un courant lorsqu'il reçoit une-lumière à travers la fenêtre 7. Ce photo-générateur est par exemple une photo-pile ou un élément photo-voltaique. Le flasque 4 possède une seconde fenêtre 9 fermé par un élément cassable, tel qu'une plaque de rupture par exemple en ttal ou en matériau fritté à base de fer ou de graphite. De telles pièces de rupture sont bien connues dans l'électro- technique. Sur le flasque 4 est fixé, au moyen de tiges 20, un percuteur éeectromagnti-que. Un tel percuteur est décrit dans le brevet européen n 107 167 déposé le 18 octobre 1983 au nom de la Demande- resse. Il comprend, dans une enveloppe 12 en matériau de fer doux comportant un pilier intérieur 12A, un circuit magnétique 13, un aimant cylindrique 14 à aimantation radiale, un noyau magnéti- que 15 prolongé par la tige de percussion 11, un ressort 16 et un bobinage 17. Lorsque le percuteur est armé, le ressort est maintenu bandé, car le noyau 15 et le pilier 13 sont attirés magnétiquement, la force de collage magnétique étant supérieure à celle du ressort. Si un courant parcourt la bobine dans un sens tel qu'il s'oppose au flux de l'aimant, la force de collage disparait et le ressort entraîne le percuteur. - 4 - Dans l'application décrite, l'élément photo-générateur est relié électriquement à la bobine. Le fonctionnement du dispositif est le suivant: Lorsque le disjoncteur effectue une manoeuvre de coupure un arc se développe entre les contacts, puis est rapidement éteint (par exemple après 10 millisecondes). Cet arc est vu par le photo- générateur qui délivre un courant au bobinage. Mais compte tenu de la brièveté de l'arc et de l'auto-inductance du bobinage, les ampères-tours créés sont insuffisants pour annuler le flux ce l'aimant du percuteur. Si au contraire, un arc se développe et se maintient dans L chambre pendant un temps plus long que le temps de coupure i'un arc (par exemple 100 ms), les ampères-tours créés dans la bobine suffisent à faire fonctionner le percuteur qui vient briser le disque de rupture. On peut encore ajuster la précision du fonctionnement en associant le photo-générateur à un filtre temporisateur, tel qu'un condensateur 80 connecté à ses bornes. Le percuteur utilisé dans le mode de réalisation précité est d'une grande sensibilité et se contente des quelques milliwatts fcurnis par une photo-pile ou un élément photo-voltaique. Un organe électromécanique plus rudimentaire, tel qu'un électro-aimant 25 à noyau 26 pourrait être utilisé, à condition e relier, comme le montre la figure 3, le photo-générateur à un circuit électronique de porte 27 pour autoriser le passage d'un courant plus important fourni par une source auxiliaire telle qu'un batterie. La figure 4 montre un mode de réalisation dans lequel un photo-détecteur tel qu'une photo-résistance 30, reliée à un circuit de porte 27 associé à une batterie 28, alimente un petit solénoïde 31 dent le noyau 32 sert de butée à une masselotte 33 poussée par un ressort 34. Comme l'auto-inductance du petit solénoide 31 est insuffisante pour assurer une temporisation convenable, le circuit électroni- 2642913 que 27A comportera une temporisation. On notera que la photo-résistance est ici placée à la surface de la fenêtre 7; en variante, elle pourrait être placée à l'inté- rieur de l'enceinte, ce qui permet de faire l'économie d'une fenêtre telle que 7. En variante, la photo-résistance est remplacée par une photo- diode également associée à une alimentation et à un circuit de porte avec temporisation et commandant un percuteur ou un solénoïde. Dans une variante de réalisation, le moyen pour ouvrir L passage au gaz de l'enceinte en cas d'arc prolongé est un Uxplosif dont la mise à feu est commandée par un détonateur à Temporisation, alimenté par le photo-générateur. Dans ce qui précède un élément de percussion vient briser un organe de rupture placé dans la paroi de l'enceinte. Dans le cas des disjoncteurs à enveloppe cylindrique de céramique, l'organe de rupture sera toujours placé sur l'un des flasques de fermeture de l'enveloppe, ce flasque devant être considéré au sens du présent brevet comme faisant partie de la paroi de l'enceinte. Dans le cas d'une installation blindée, on dispose de plus de facilité pour placer l'organe de rupture. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le premier élément est sensible à la chaleur dégagée par l'arc. Ce peut être un fusible, ou un élément à mémoire de forme. Il est alors impérativement placé à l'intérieur de l'enveloppe. Dans le schéma de la figure 5, un fil fusible 40 maintient une masselotte 41, placée au droit d'un organe de rupture 42 de la paroi de l'enceinte, contre l'action d'un ressort 44. Dans le cas o le dispositif est appliqué à un disjoncteur, le fusible est calibré pour ne fondre que si l'arc produit une élévation de température supérieure à celle produite lors du fonctionnement normal de l'appareil. Le ressort peut, en variante, être remplacé par un organe déformable sous l'action de la chaleur, tel qu'un organe à mémoire de forme, dont la modification de forme libère une masselotte poussée par un ressort et placée au droit d'une partie cassable de la paroi de ladite enceinte. - 6 2642913 REVENDICATIONS i/ Dispositif de sécurité pour un appareil électrique comprenant une enceinte rempli de gaz sous pression, caractérisé en ce qu'il comprend un premier moyen (8) pour détecter l'apparition d'un arc à l'intérieur de ladite enceinte et un second moyen (10) commandé par ledit premier moyen pour créer un passage pour le gaz à travers ladite enceinte lorsque le premier moyen à détecté un arc pendant une durée donnée. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier moyen est un photo-générateur (8) sensible à la lumière de l'arc tel qu'une photo-pile ou un élément photo-voltalque. Y/ Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que ledit photogénérateur (8) est placé à l'extérieur de ladite enceinte, au droit d'une fenêtre pratiquée dans la paroi. 4/ Dispositif selon l'une des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que le photo-générateur (8) est associé à un filtre temporisa- teur, tel qu'un condensateur (80). / Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit photo-générateur commande un circuit de porte (27) -zDur une batterie auxiliaire (28). 6/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier moyen est un photo-détecteur tel qu'une photo-résistance (30) ou une photo-diode. 7/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit photodétecteur (30) est associé à une alimentation et à un circuit de porte avec temporisation (16). 8/ Dispositif selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le second moyen est un percuteur (10) comprenant une tige de percussion (11), un ressort (16) de manoeuvre de ladite tige, un aimant (13) permanent de maintien de ladite tige et un bobinage (17)-de commande alimenté par ledit premier moyen, ladite tige étant placée au droit d'une partie cassable (9) de la paroi de ladite enceinte. 9/ Dispositif selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé - 7 - en ce que le second moyen est un solénoïde (25) à noyau (26) venant percuter une partie cassable (9) de la paroi de ladite enceinte. / Dispositif selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le second moyen est un solénoïde (31) dont le noyau (32) constitue une butée escamotable pour une masselotte (33) poussée par un ressort (34) et placée au droit d'une partie cassable (9) de la paroi de ladite enceinte. 11/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le second moyen est un explosif dont la mise à feu est commandée par un détonateur à temporisation alimenté par le photo-générateur (8). 12./ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier moyen est un moyen (40) sensible à la chaleur dégagée par l'arc et placé à l'intérieur de ladite enceinte. 13/ Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le premier moyen est un fusible (40). i4/ Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que e premier moyen est un élément à mémoire de forme. / Dispositif selon l'une des revendications 13 et 14, caractérisé en ce que le second moyen est une masselotte (41) placée au droit d'une partie cassable (42) de la paroi de l'enceinte et déplaçable par la détente d'un ressort (44), le ressort étant libéré par ladite modification d'état dudit second moyen.