Brevet FR2646960A1 — publié le 19901116

-1 - DISJONCTEUR A MOYENNE TENSION A 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 l'ouverture 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. l5 Un disjoncteur de ce type présente des inconvénients: - lors de la coupure des faibles courants (par exemple courant d'intensité inférieure à la valeur nominale), la montée en pression peut être insuffisante ou trop importante, selon la dimension du volume thermique. Si le volume thermique est important, la montée en pression est faible et le soufflage peut être insuffisant pour couper l'arc au premier passage par zéro du courant; si le volume thermique est faible, la montée en pression est importante, mais la durée du soufflage peut être insuffisante pour une bonne efficacité. - lors de la coupure des courants de grande valeur (courant de courtcircuit par exemple), la montée en pression ne doit pas être trop importante, ce qui pourrait entraîner des risques d'endommagement de la chambre de coupure. Un but de la présente invention est de réaliser un disjoncteur ayant un fonctionnement sûr et sans danger pour toutes les valeurs du courant à couper. -2- Ceci est obtenu selon l'invention en dotant le disjoncteur d'un volume thermique variable selon que le courant à couper a une intensité faible ou importante. L'invention a pour objet un disjoncteur à moyenne tension comprenant, à l'intérieur d'une enveloppe remplie d'un gaz diélectrique, une chambre de coupure comportant un contact principal fixe, un contact principal mobile et un premier volume au voisinage d'un contact d'arc fixe et d'un contact d'arc mobile, caractérisé en ce qu'il comprend un second volume adjacent audit premier volume et associé à des moyens pour ne mettre en communication lesdits premier et second volumes que lorsque la valeur du courant à couper atteint, au cours d'une manoeuvre de déclenchement, une valeur de seuil donnée. L'invention est expliquée en détail par la description donnée ci-après de plusieurs modes de réalisation, en référence au dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est une vue schématique en demi-coupe axiale d'un disjoncteur selon un mode préféré de réalisation de l'invention, représenté en position enclenchée, - la figure 2 est une vue du même disjoncteur au cours d'une manoeuvre de déclenchement pour la coupure d'un courant de faible intensité, - la figure 3 est une vue du même disjoncteur au cours d'une manoeuvre de déclenchement pour la coupure d'un courant de forte intensité. Dans la figure 1, on distingue une enveloppe cylindrique isolante 1 d'axe xx, fermée à une première extrémité par une coquille métallique 2. La seconde extrémité de l'enveloppe n'a pas été représentée. L'enveloppe est réalisée de manière étanche et est remplie d'un gaz à bonnes propriétés diélectriques, tel que l'hexafluorure de soufre (SF6), sous une pression de quelques bars. Une première prise de courant 3 traverse -3 - l'enveloppe et est reliée à une pièce cylindrique 4, d'axe xx, constituant le contact principal fixe du disjoncteur. Une seconde prise 5 du disjoncteur traverse l'enveloppe de manière étanche, et est en contact électrique, aux moyen de contacts glissants 6, avec une tige métallique 7, d'axe xx, constituant le contact d'arc mobile du disjoncteur. La tige 7 est munie, à une première extrémité, d'une pièce d'usure 7A réalisée en un matériau résistant bien aux effets destructeurs de l'arc l0 électrique, par exemple en un alliage à base de tungstène. L'autre extrémité de la tige 7 est articulée à une tringle de manoeuvre 8 réalisée en un matériau isolant. A la tige 7 est fixée une couronne de doigts de contact 9, constituant le contact principal mobile du disjoncteur, et coopérant, lorsque le disjoncteur est fermé (cas de la figure 1), avec la pièce tubulaire 4 pour le passage du courant permanent. Les doigts 9 sont fixés au tube 7 par une couronne 10, venue d'usinage avec le tube, et munie de d'orifices 11 pour ne pas gêner les mouvements du gaz lors des manoeuvre de ce dernier, comme il sera expliqué plus loin. De même, la prise 5 qui, à l'intérieur de l'enveloppe, prend la forme d'une couronne, est munie d'orifices 12. On désignera dans la suite par V1 le volume délimité, à l'intérieur de l'enveloppe 1, par les prises 3 et 5 et le tube7. Une couronne de doigts 14, terminés chacun par une pastille d'usure 14A, est fixée au sommet 15 de la coquille, et constitue le contact d'arc mobile du disjoncteur. Lorsque le disjoncteur est en position enclenchée comme c'est le cas dans la figure 1, les contacts 15 et le tube 7 délimitent un volume V2; ce volume est fermé par un clapet tubulaire 16 d'axe xx, coopérant avec une pièce -4- tubulaire isolante 17, solidaire des doigts de contact 14 et glissant de manière étanche, grâce à un segment d'étanchéité 17A, sur le tube 7. Le clapet tubulaire 16 peut se déplacer parallèlement à l'axe xx, et est rappelé par un ressort 18 qui s'appuie sur une chemise 20 en matériau isolant qui épouse la forme de la coquille 2 et constitue avec celle-ci un passage 21 communiquant avec le volume Vl par des ouvertures 22 de la prise 3. La pièce 20 possède une partie massive 20A, formant buse de soufflage, en contact avec le tube 7; la pièce 20 délimite à son intérieur un volume V3 qui peut communiquer avec le volume V2, lorsque le clapet 16 est ouvert, par des trous 14B pratiqués dans les doigts 14; le volume V3 communique avec le volume V2, lorsque la tige 7 est tirée vers la droite de la figure, par le passage 24 entre les pièces 17 et 20A; enfin le volume V2 communique avec le passage 21, lorsque le clapet 16 est poussé vers la gauche de la figure, par des trous 16A pratiqués dans ce clapet. Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant: Lorsque le disjoncteur est enclenché, dans la position représentée dans la figure 1, le courant traverse successivement la prise 3, le contact principal fixe 4, les doigts de contact 9, le tube 7, les contacts glissants 6 et la prise 5. Coupure des très faibles courants Il s'agit des courants dont l'intensité est inférieure ou de l'ordre de 5% de la valeur maximale pouvant être coupée par l'appareil. Pour ouvrir le disjoncteur, la tringle de manoeuvre 8 est actionnée par un mécanisme non représenté mais classique dans la technique des disjoncteurs; la tringle se déplace vers la droite de la figure et entraîne le contact d'arc mobile 7. Les contacts principaux 4 et 9 se séparent, et le courant passe alors par la coquille 2,1a pièce 15, les doigts 14, le tube 7, les Contacts 6 et la prise 5. A la séparation des contacts d'arc 14 et 7 (figure 2), un arc de faible énergie jaillit entre eux; le déplacement du contact 7 provoque une dépression dans le volume V2 qui reste fermé car le clapet 16 reste fermé; quand l'extrémité du contact mobile dépasse le segment 17A, un petit soufflage, par déplacement du gaz de V3 vers V2 éteint l'arc. Coupure des courants de valeur moyenne Il s'agit des courants dont l'intensité est comprise entre 20 et 30% de la valeur maximale du courant qu'il est possible de couper avec l'appareil. La montée en pression dans le volume V2 est encore insuffisante pour déplacer le clapet 16; mais elle permet un petit soufflage de l'arc par déplacement du gaz de V2 vers Vl, lorsque l'extrémité du tube 7 dépasse le segment 16A, puis de V2 vers V1, lorsque l'extrémité du tube 7 dépasse la buse 20A. Coupure des courants de grande valeur Il s'agit des courants de court-circuit. Lorsque l'arc jaillit entre les contacts d'arc, la pression dans le volume V2 augmente très fortement, car l'arc a une énergie très importante. Cette augmentation de pression provoque le déplacement vers la gauche du clapet 16, contre l'action du ressort 18 (figure 3). Cette ouverture du clapet 16 a pour premier effet de mettre en communication, par les orifices 14B, les volumes V2 et V3, ce qui évite une montée en pression à une valeur excessive. Une partie de l'énergie thermique créée dans le volume V2 passe ainsi dans le volume V3 dont la pression augmente. Au premier passage par zéro du courant, le gaz du volume V2 se détend et vient lécher le contact 14A, à l'une des racines de l'arc; lorsque le contact 7 dépasse la buse 20A, le gaz du volume V3 s'échappe par le passage -6 - 24, vient lécher le contact 7A, à l'autre racine de l'arc et s'évacue par les trous 16A et la buse 20A. On voit donc que l'appareil permet un double soufflage de l'arc pour la coupure des forts courants, ce qui est une garantie d'efficacité. On notera que les orifices 11 et 12, de large section, autorisent une libre circulation du gaz à l'intérieur de l'appareil, ce qui favorise un brassage assurant la régénération du pouvoir diélectrique après chaque manoeuvre. Grâce aux dispositions de l'invention, la coupure du courant est assurée pour toutes les valeurs du courant à couper. La construction de révolution permet un réglage et une maintenance aisés. L'invention s'applique aux disjoncteurs à moyenne tension, par exemple comprise entre 3 et 45 kilovolts. -7 - REVENDICATIONS 1/ Disjoncteur à moyenne tension comprenant, à l'intérieur d'une enveloppe remplie d'un gaz diélectrique, une chambre de coupure comportant un contact principal fixe, un contact principal mobile et un premier volume au voisinage d'un contact d'arc fixe et d'un contact d'arc mobile, caractérisé en ce qu'il comprend un second volume (V3) adjacent audit premier volume (V2) et associé à des moyens (14B,16) pour ne mettre en communication lesdits premier ta et second volumes que lorsque la valeur du courant à couper atteint, au cours d'une manoeuvre de déclenchement, une valeur de seuil donnée. 2/ Disjoncteur selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend un contact d'arc mobile constitué d'une tige métallique (7) et un contact d'arc fixe constitué de doigts de contacts, le premier volume (V2) étant délimité par lesdits doigts de contact, ladite tige et une pièce tubulaire isolante (17) solidaire desdits doigts. 3/ Disjoncteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit second volume (V3) est délimité par une chemise (20) entourant lesdits contacts d'arc et ladite pièce tubulaire isolante (17), ledit premier et ledit second volume étant en communication par des trous (14B) pratiqués dans lesdits doigts de contact, lesdits trous étant obturables par un clapet (16) rappelé par un ressort (18). 4/ Disjoncteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite chemise (20) définit, avec ladite enveloppe (2), un passage (21) mettant en communication, lorsque ledit clapet est ouvert, ledit premier volume (V2) et le second volume (V3) avec le reste de l'enveloppe (Vl), ledit passage permettant un premier soufflage de l'arc sur le contact d'arc fixe. / Disjoncteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit second volume (V3) est en communication avec -8 - ledit premier volume (V2) par des seconds passages (24), permettant un second soufflage de l'arc sur le contact d'arc mobile. 6/ Disjoncteur selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que ledit clapet (16) est actionné par la pression dans ledit premier volume(V2), fonction de la valeur de l'intensité du courant à couper.