Brevet FR2646013A1 — publié le 19901019

DISJONCTEUR A MOYENNE TENSION A GAZ DE SOUFFLAGE La présente invention concerne un disjoncteur à moyenne tension dans lequel un gaz.à bonnes propriétés diélectriques tel que l'hexafluorure de soufre (SF6) est utilisé à la fois pour l'isolation intérieure de la chambre de coupure, mais également comme moyen de soufflage de l'arc. Les disjoncteurs moyenne tension (c'est-à-dire comprise entre 3 et 45 kilovolts) réalisés à ce jour sur le principe indiqué ci-dessus ne permettent pas de couper des courants supérieurs à 25 kiloampères lorsque l'énergie de manoeuvre est réduite (inférieure à 300 Joules). Or, l'accroissement des puissances mises en jeu actuellement dans les lignes à moyenne tension entraîne la nécessité de disposer d'appareils permettant la coupure de courants d'intensité plus importantes, par exemple pouvant atteindre 45 à 50 kiloampères. C'est un but de la présente invention de réaliser un tel appareil. Un autre but de l'invention est de réaliser un appareil rustique, donc de prix de revient et de coûts d'entretien peu élevés. Un autre but de l'invention est de réaliser un disjoncteur ne nécessitant qu'une faible énergie de manoeuvre, de sorte que le prix de revient de son système de commande soit faible. Le disjoncteur de l'invention est du type dans lequel l'augmentation de pression due, au moment du déclenchement, à l'apparition d'un arc électrique entre les contacts d'arc, est mise à profit pour exercer un effort moteur sur l'équipage mobile, venant ainsi apporter un énergie supplémentaire à l'organe de manoeuvre, qui dès lors n'a pas besoin luimême d'avoir une puissance trop importante. Une telle disposition est connue, dans le domaine de la haute tension, par exemple par le brevet français 85 00610 déposé le 16 janvier 1985. Dans ce type -2 de disjoncteur, dit à faible énergie de manoeuvre et dont -le principe est aisément transposable à la moyenne tension, l'augmentation de pression qui naît au voisinage de l'arc se propage jusqu'à un piston lié à l'équipage mobile. La facilité et la rapidité avec lesquelles se propage la pression dépendent d'une part de% obstacles mis au passage du gaz entre la zone d'arc et le piston, et, d'autre part, à l'évolution du gradient de pression entre la zone d'arc et la face du piston. Dans les dispositifs connus, le gaz se propage dans des conduits annulaires dont la section étroite n'est pas favorable à un écoulement rapide; par ailleurs, le gradient de pression entre la zone d'arc et la face du piston diminue très vite de sorte que l'action mécanique du gaz est très vite ralentie après l'apparition de l'arc. Pour pallier ces inconvénients, l'invention se propose de réaliser un disjoncteur dans lequel la pression est rapidement transmise au piston lié à l'organe de manoeuvre et dans lequel l'écoulement du gaz depuis la zone d'arc s'effectue rapidement et sans perturbation. L'invention a pour objet un disjoncteur à moyenne tension à gaz diélectrique de soufflage, comprenant une enveloppe isolante cylindrique remplie de gaz diélectrique sous pression, un contact principal fixe, un contact d'arc fixe, un piston de soufflage fixe et un équipage mobile relié à un organe de manoeuvre comprenant un contact principal mobile, un contact d'arc mobile et un cylindre de soufflage associé à une buse de soufflage, caractérisé en ce quil comprend un piston moteur dont la section est au moins égale à 1,3 fois celle dudit piston de soufflage, ledit piston moteur se déplaçant par rapport à un second cylindre. D'autres particularités de l'invention apparaîtront à la lumière de la description donnée ci-après d'un mode -3 - préféré de réalisation, en référence au dessin annexé dans lequel: la figure 1 est une vue partielle en demi-coupe axiale d'un disjoncteur selon l'invention, représenté en position enclenchée, - la figure 2 est une vue partielle en demi-coupe axiale du même disjoncteur, représenté au cours d'une manoeuvre de déclenchement (ouverture). Le disjoncteur, représenté en vue partielle dans la figure 1, comporte un enveloppe 1, en matériau isolant tel que la céramique, de forme générale cylindrique d'axe xx et délimitant un volume intérieur Vo rempli de gaz à bonnes propriétés diélectriques, tel que l'hexafluorure de soufre (SF6), sous une pression de quelques bars. Le disjoncteur, entièrement de révolution autour de l'axe xx, comprend un contact principal fixe 2 relié à une première prise de courant non représentée, et un contact d'arc fixe 3, ayant une extrémité 3A réalisée en un alliage résistant aux effets de l'arc, tel qu'un alliage de tungstène. L'équipage mobile du disjoncteur comprend un tube 4, dont une extrémité 4A, en alliage résistant à l'arc, constitue le contact d'arc mobile. Le tube 4 est relié, à son autre extrémité 4B, à un dispositif de manoeuvre non représenté. Le tube 4 est solidaire d'un tube 5 dont une extrémité 5A constitue le contact principal mobile du disjoncteur. A l'extrémité 5A est fixée une buse de soufflage 6, en matériau isolant, dont le col est obstrué par le contact d'arc 4 lorsque le disjoncteur est en position fermée. Des trous 7 sont pratiqués dans la couronne reliant 4- les tubes 4 et 5 de telle sorte que ces tubes définissent un seul et même volume Vl, fermé d'un côté par la buse 6. Le tube 5 est guidé par une première partie tubulaire 8A d'une pièce métallique 8 ayant une seconde partie tubulaire 8B de section bien supérieure à celle de la partie 8A. La pièce 8 est reliée à une seconde prise de courant non représentée. Le' tube 5 porte un contact électrique glissant 5C coopérant avec le tube 8A. - Le volume Vl est fermé, à son extrémité située à droite dans la figure 1, par un piston de soufflage 10 solidaire du tube 8A; le piston 10 est muni d'un clapet A unidirectionnel, qui ne laisse passer le gaz que de l'extérieur vers l'intérieur du volume V1; des joints 11 et 12 assurent l'étanchéité du piston 10. En position enclenchée du disjoncteur, (figure 1), le courant circule par les pièces 2, 5 et 8. Le tube 5 est solidaire d'un piston 14, dit piston moteur, placé à l'intérieur du tube 8B et pouvant coulisser dans ce tube de manière étanche grâce à un joint 14D. Le piston moteur 14 délimite, avec les tubes 8A et 8B,et le piston 10, un volume V2. Le piston moteur comprend un siège muni d'ouvertures 14A pouvant être fermées par un clapet annulaire 16, dont la course est limitée par un ressaut 14B. Selon une caractéristique de l'invention, la section du piston moteur 14 est grande vis-à-vis de celle du piston de soufflage, par exemple le rapport des sections- est au moins égal à 1,3 et est de préférence compris entre 1,5 et 2. Le siège du clapet possède également des orifices de diamètre calibré 14C dont le rôle sera expliqué plus loin. Le tube 4 est percé, à sa surface, de très larges ouvertures 15, assurant par de vastes passages, la communication entre le volume V2 et le volume V3 intérieur -5- au tube 5. Le volume V3 est fermé, côté- organe de manoeuvre, par un disque 17 solidaire du tube 4. Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant: 1) Coupure des courants de forte intensité Il s'agit des courants de court-circuit. A la détection du court-circuit, le dispositif de manoeuvre du disjoncteur entraîne l'équipage mobile (tubes 4 et 5, buse 6, piston 14) vers la droite de la figure. Les contacts principaux se séparent et le courant traverse alors les contacts d'arc 3 et 4. A la séparation des contacts d'arc, un arc 20 (figure 2) se forme; il échauffe fortement le gaz environnant et la pression croît fortement. Le gaz chaud s'échappe par le volume V3 et la pression résultante vient fermer le clapet 16. La surface du piston étant très grande, la force exercée sur ce dernier, qui aide à la manoeuvre d'ouverture, est très grande. Le disjoncteur ne ralentit pas. L'écoulement du gaz chaud provenant de la zone d'arc est facilité: a) par les grandes ouvertures 15 qui réduisent à néant les pertes de charges, b) par les orifices calibrés 14C qui limitent la valeur de la pression dans le volume V2, assurant ainsi une chute de pression entre la zone d'arc et la zone du piston 14. Le gaz comprimé des volumes V1 et V3 se détend au premier passage par zéro du courant, ce qui entraîne le soufflage de l'arc. 2) Coupure des courants de faible intensité Il s'agit par exemple du courant nominal, ou des courants capacitifs ou faiblement inductifs. -6- A la séparation des contacts d'arc, l'augmentation de pression due àl'arc est insuffisante pour plaquer le clapet 16 contre son siège. Celuici reste ouvert, ce qui évite, dans le volume V2, toute dépression qui viendrait freiner l'équipage mobile. Le courant s'éteint au premier passage par zéro, par le soufflage produit par le gaz du volume Vl entre les contacts d'arc. 3) Fermeture du disjoncteur La surpression dans le volume V2 est suffisante pour fermer le clapet 16, mais cette surpression reste limitée en raison de la grande valeur des volumes Vl et V3, de sorte que le mouvement de l'équipage mobile à l'enclenchement n'est pas freiné de manière notable. Le disjoncteur qui vient d'être décrit permet la coupure d'importants courants à moyenne tension tout en ne nécessitant qu'une faible énergie de manoeuvre. - -7 - REVENDICATIONS 1) Disjoncteur à moyenne tension à gaz diélectrique de soufflage, comprenant une enveloppe isolante cylindrique remplie de gaz diélectrique sous pression, un contact principal fixe (2), un contact d'arc fixe (3), un piston de soufflage fixe (10) et un équipage mobile relié à un organe de manoeuvre et comprenant un contact principal mobile (5A), un contact d'arc mobile (4A) et un cylindre de soufflage (5) associé à une buse de soufflage (6), caractérisé en ce'quil comprend un piston moteur (14) dont la section est au moins égale à 1,3 fois celle dudit piston de soufflage (10), ledit piston moteur se déplaçant par rapport à un second cylindre (8B). 2) Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit piston moteur (14) est muni d'ouvertures (14A) obturables par un clapet (16) disposé du coté du piston donnant sur le cylindre de soufflage. 3) Disjoncteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit piston moteur (14) est percé par des orifices calibrés (14D). - 4) Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ledit cylindre de soufflage comprend une partie (5A) solidaire de l'équipage mobile et portant ladite buse de soufflage et coopérant avec- une seconde partie fixe (8A), coulissant dans ladite première partie, en contact électrique avec cette dernière par des contacts glissants (5C), ladite seconde partie (8A) portant ledit piston de soufflage (10) qui est muni d'un clapet unidirectionnel n'autorisant le passage du gaz que dans le sens allant de l'extérieur vers l'intérieur dudit cylindre de soufflage. -8- ) Disjoncteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit cylindre de soufflage (5) a une section annulaire et est délimité intérieurement par un tube métallique (4) qui lui est coaxial et dont une première extrémité (4A) constitue le contact d'arc mobile et dont une seconde extrémité (4B) est reliée à l'organe de manoeuvre du disjoncteur. 6) Disjoncteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit tube métallique est muni de perçages (15) de grandes dimensions faisant communiquer la zone d'arc avec ledit second cylindre (8B) par rapport auquel se déplace ledit piston (14). - 7) Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit piston moteur (10) comprend un clapet (16) associé à un siège (14) percés d'orifices (14C) de diamètre calibré..