Brevet FR2646961A1 — publié le 19901116

Disjoncteur à moyenne tension à autosoufflage La présente invention est relative à un disjoncteur à moyenne tension dans lequel l'isolation est assurée par un gaz à bonnes propriétés diélectriques, tel que l'hexafluorure de soufre (SF6), ce même gaz assurant par autosoufflage l'extinction de l'arc qui se forme à ltouverture du disjoncteur. Un tel disjoncteur est connu, par exemple par l'article de la Revue Brown Boveri 3-87, pages 150 à 156. On trouve, dans ce disjoncteur, un volume appelé volume thermique, dans lequel le gaz, chauffé par l'arc, subit une augmentation de pression ; au premier passage par zéro du courant alternatif à couper, l'arc diminue d'intensité et le gaz se détend en venant souffler l'arc. Un disjoncteur de ce type présente un inconvénient - la section d'évacuation ainsi que le volume des gaz chauffés par l'arc est constante, de sorte qu'un soufflage global de l'arc est effectué, quelle que soit la valeur de l'intensité du courant à couper. Il en résulte que pour obtenir un bon soufflage pour toutes les valeurs du courant à couper, il est nécessaire de surdimensionner l'appareil et en particulier son dispositif de manoeuvre. La Demanderesse a observé qu'il est possible de diminuer le coût d'un disjoncteur moyenne tension et de sa commande, si l'on dote le disjoncteur de moyens permettant un simple soufflage pour la coupure des courants de faible et de moyenne intensité et un double soufflage, pour la coupure des courants de forte inten sité. L'invention a donc pour objet un disjoncteur à moyenne tension comprenant, à l'intérieur d'une enveloppe remplie de gaz diélectrique, une chambre de coupure comportant un contact principal fixe, un contact principal mobile, un contact d'arc fixe, un contact d'arc mobile et un volume thermique, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour assurer une montée en pression du volume thermique et permettre un simple soufflage pour les courants de faible et moyenne intensité et un double soufflage pour les courants de forte intensité. L'invention sera bien comprise par la description donnée ci-après de divers modes de réalisation de l'invention, en référence au dessin ci-annexé dans lequel - la figure 1 est une vue schématique partielle en demi-coupe axiale d'un disjoncteur selon un premier mode de réalisation de l'invention, représenté en position enclenchée, - la figure 2 est une vue semblable du même disjoncteur représenté au cours d'une manoeuvre de déclenchement pour la coupure d'un courant de faible ou moyenne intensité, - la figure 3 est une vue semblable du même disjoncteur représenté dans une phase ultérieure d'une manoeuvre de déclenchement pour la coupure d'un courant de faible ou moyenne intensité, - la figure 4 est une vue semblable du même disjoncteur représenté au cours d'une manoeuvre de déclenchement pour la coupure d'un courant de forte intensité, - la figure 5 est une vue schématique partielle en demi-coupe axiale d'un disjoncteur selon une variante de réalisation de l'invention, représenté au cours d'une manoeuvre de déclenchement pour la coupure d'un courant de faible ou moyenne intensité. Le disjoncteur représenté partiellement dans la figure 1 est de révolution autour d'un axe xx. Il comprend une enveloppe étanche comprenant un elément cylindrique isolant 1, un fond isolant 2 et un chapeau métallique 3. L'enveloppe est remplie d'un gaz à bonnes propriétés diélectriques, tel que l'hexafluorure de soufre, qui assure l'isolement à l'intérieur de l'enveloppe et le soufflage de l'arc au moment de la coupure du courant. Le disjoncteur comporte une première prise de courant 4 qui traverse l'enveloppe à la jonction des pièces 1 et 3. Cette prise 4 se prolonge, à l'intérieur de l'enveloppe, par une couronne métallique 5 terminée par une courte portion cylindrique 6 d'axe xx et constituant le contact principal fixe du disjoncteur. Une seconde prise de courant 7 traverse l'enveloppe à la jonction entre les pièces 1 et 2, et se prolonge à l'intérieur de l'enveloppe par une couronne 8 terminée par des contacts électriques 9. Les contacts 9 coopèrent avec une tige métallique 10 dont une extrémité 10A est réalisée en un matériau résistant aux effets de l'arc électrique, par exemple un alliage de tungstène. La tige 10, 10A constitue le contact d'arc mobile du disjoncteur. La seconde extrémité de la tige 10 est reliée à une tringle isolante 12 de manoeuvre du disjoncteur qui traverse l'enveloppe de manière étanche grâce à un joint dynamique 13. La tige 10 est solidaire d'une couronne 14 portant des doigts de contact 15 constituant le contact principal mobile du disjoncteur et coopérant avec le tube 6 lorsque le disjoncteur est en position fermée (figure 1). La couronne 14 est percée de larges ouvertures 16 qui l'allègent et permettent une libre circulation du gaz lors des manoeuvres du disjoncteur. A l'intérieur du chapeau 3 est placée une chemise métallique 20 qui porte une couronne de doigts de contact 21 terminés par une pastille d'usure 21A. Ces doigts constituent le contact d'arc fixe du disjoncteur. La chemise est avantageusement fixée à la couronne 5 ; elle définit, avec la portion 3 de l'enveloppe, un passage 22 communiquant, par des perçages 23 pratiqués dans la couronne 5, avec le volume V1 délimité par la pièce 1, les couronnes 5 et 8 et la tige 10. Les doigts de contact 21 sont prolongés par une pièce sensiblement tubulaire 25 en matériau isolant, présentant un bourrelet 25A en contact avec la tige 10 lorsque le disjoncteur est fermé et pendant les premiers instants d'une manoeuvre d'ouverture. A la couronne 5 est fixée une autre pièce en matériau isolant 26, formant buse de soufflage, et en contact par la périphérie de son col 26A, avec la tige 10. Les pièces 25 et 26 sont avantageusement réalisées en polytétrafluoro-éthylène. Les pièces 25 et 26 définissent entre elles un passage 27 permettant la communication entre le volume thermique V2, défini par l'intérieur de la chemise 20, et la zone d'arc, lorsque la tige 10 a dépassé le col 26A. Des trous 28, entre les doigts 21 et la pièce 25, permettent au gaz de pénétrer à l'intérieur du volume V2. Le passage 22 peut être fermé par un organe d'obturation tel qu'un tiroir 30, poussé par un ressort 31 s'appuyant par ailleurs au fond d'une cavité 32 pratiquée dans le chapeau 3. Des trous 35 dans la couronne 8, permettent une communication entre le volume Vî et le reste de l'enveloppe. Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant - lorsque le disjoncteur est fermé, ce qui est la position représentée dans la figure 1, le courant traverse la prise 4, la couronne 5, les doigts 15, la couronne 14, la tige 10, les contacts 9, la couronne 8 et la prise 7. Coupure des courants de faible ou moyenne intensité Il s'agit des courants capacitifs, des courants faiblement inductifs ou du courant nominal de la ligne. Pour couper le courant, un ordre est donné à l'organe de commande qui entraine la tringle de manoeuvre 12 vers la droite de la figure. Les contacts principaux 6 et 15 se séparent et le courant passe alors par la prise 4, la couronne 5, la chemise 20, les doigts 21, le tube 10, les contacts 9, la couronne 8 et la prise 7. Pendant le mouvement de la tige 10, le tiroir, poussé par le ressort 31, se déplace dans le même sens que la tige 10. Lorsque les contacts d'arc 21A et 10A se séparent, (figure 2), un arc 40 jaillit entre eux et échauffe le gaz environnant, faisant croitre la pression dans le volume V2. Mais le courant étant faible ou moyen, cette augmentation de pression est insuffisante pour repousser le tiroir 30 contre l'action du ressort 31, de sorte que ce clapet ferme le passage 22. Pendant cette première phase d'ouverture, le passage 27 reste fermé par la tige 10, ce qui permet une montée en pression correcte. Lorsque la tige 10 dégage le passage 27, le gaz comprimé du volume V2 se détend et vient lécher la racine de l'arc sur l'extré- mité 10A du contact mobile d'arc. Ce simple soufflage suffit à éteindre l'arc. Le gaz chaud se répand, par les ouvertures 16 et 35 dans tout le volume de l'enveloppe où il se refroidit et régénère ses qualités diélectriques. Coupure des courants de forte intensité Il s'agit des courants de court-circuit. La pression engendrée par l'arc est cette fois beaucoup plus importante et repousse le tiroir 30 contre l'action du ressort 31. De la sorte, le passage 22 est ouvert, ce qui permet un premier soufflage de la racine de l'arc accrochée sur les contacts fixes d'arc 21A (figure 4), suivi, lorsque l'extrémité 10A du tube 10 a dégagé le passage 27, d'un second soufflage sur l'autre racine de l'arc accrochée sur cette extrémité 10A. Grâce aux dispositions de l'invention, il est possible de réaliser un disjoncteur à faible énergie de manoeuvre ayant un prix de revient moins important que celui de l'art- antérieur et fonctionnant en toute sécurité pour toutes les valeurs de courant à couper. On note que la montée en pression du volume thermique (V2) s'effectue par des orifices (28) distincts de l'orifice du conduit (27) par lequel s'effectue la détente des gaz du volume thermique. Dans la variante de réalisation représentée dans la figure 5, les éléments communs à cette figure et aux figures précédentes ont reçu les mêmes numéros de référence. La chemise métallique 20 des figures précédentes est remplacée cette fois par une chemise 20' en matériau isolant et venue de moulage avec la buse 26. Les contacts d'arc 21' sont constitués d'un tube fermé fixé au chapeau métallique 3 de l'enveloppe. Le volume thermique est muni de chicanes 41 permettant au gaz chaud de se régénérer avant le soufflage. Quand le tiroir 30 arrive en butée, le double soufflage est systématique. REVENDICATIONS 1/ Disjoncteur à moyenne tension comprenant, à l'intérieur d'une enveloppe remplie de gaz diélectrique, une chambre de coupure comportant un contact principal fixe, un contact principal mobile, un contact d'arc fixe, un contact d'arc mobile et un volume thermique, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour assurer une montée en pression du volume thermique (V2), et permettre un simple soufflage pour les courants de faible et moyenne intensité et un double soufflage pour les courants de forte intensité. 2/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit contact d'arc mobile est constitué d'une tige métallique (10), ledit contact d'arc fixe étant constitué de doigts (21) formant une couronne prolongée par une pièce annulaire isolante (25), ledit volume thermique (V2) étant constitué par l'intérieur d'une chemise (20) en communication avec la zone d'arc par des orifices (28) du contact d'arc fixe, ladite chemise délimitant avec l'enveloppe un conduit (22) mettant en communication la zone d'arc avec le reste du volume de l'enveloppe, ledit volume thermique comportant un passage de sortie (27) des gaz au voisinage d'une buse de soufflage (26), ledit conduit (22) et ledit passage (27) débouchant dans la zone d'arc de part et d'autre de la zone où se forme l'arc (40) à la séparation desdits contacts d'arc, lesdits moyens étant constitués par un organe d'obturation (30) du conduit (22), assujetti à ne s'ouvrir que lors de la coupure des courants de forte intensité. 3/ Disjoncteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit organe d'obturation est un tiroir (30) poussé par un ressort (31). 4/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit volume thermique (V2) comprend des chicanes (41). 5/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la montée en pression dans le volume thermique (V2) steffec- tue par des orifices (28) distincts de l'orifice du conduit (27) par lesquels s'effectue la détente des gaz du volume thermique (V2).