Brevet FR2668294A1 — publié le 19920424

DISJONCTEUR A DETECTION D'ARC La présente invention concerne un disjoncteur dans lequel des moyens sont prévus pour détecter l'apparition d'un arc électrique, mesurer sa durée et évaluer l'intensité du courant correspondant. La connaissance de tels paramètres permet d'apprécier l'usure des contacts et de vérifier le bon fonctionnement du disjoncteur Une telle surveillance de l'état du disjoncteur permet de planifier la maintenance et de prévenir les défauts de fonctionnement. L'invention est fondée sur l'utilisation de fibres fluorescentes La Demanderesse, dans le brevet français n 088 16 223, a montré la possibilité d'utiliser des fibres optiques fluorescentes pour la détection des effluves lumineux, visibles ou non, dans les appareillages sous enveloppe métallique. La présente invention a pour objet une application nouvelles de telles fibres, pour la détection des arcs, comme il a été expliqué plus haut. Plus précisément, l'invention a pour objet un disjoncteur à haute tension comprenant, pour chaque phase, au moins une chambre de coupure remplie de gaz diélectrique sous pression, à l'intérieur de laquelle on trouve des contacts principaux, des contacts d'arc, des moyens pour créer un soufflage de l'arc par le gaz comprimé à travers une buse de soufflage, ladite chambre isolante étant placée sur un support isolant à l'intérieur duquel se trouve une tige de manoeuvre, ledit disjoncteur comprenant une première prise de courant au voisinage d'une première extrémité de la chambre et une seconde prise de courant entre une seconde extrémité de la chambre et ledit support, ledit disjoncteur comprenant au moins une fibre optique fluorescente, caractérisé en ce que ladite fibre est disposée à l'intérieur dudit support et constitue une boucle symétrique autour de ladite tige de manoeuvre, chacune des extrémités de ladite fibre étant 2 reliée à une photo-diode équipée d'un amplificateur, les amplificateurs étant de sensibilité différente, ladite seconde prise de courant étant munie d'ouvertures permettant à ladite fibre de recevoir au moins une partie du flux lumineux émis par les arcs survenant dans ladite chambre de coupure. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description donnée ci-après de divers modes de mise en oeuvre de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel: la figure 1 est une vue schématique en élévation d'une phase d'un disjoncteur à une chambre de coupure par phase, la figure 2 illustre l'agencement d'une chambre avec deux fibres optiques, la figure 3 montre une variante de réalisation dans laquelle la fibre optique est protégée par un tube transparent, la figure 4 illustre une autre variante dans laquelle la fibre optique est placée à l'extérieur du support isolant de la chambre de coupure. Dans la figure 1, la référence 1 désigne une enveloppe isolante délimitant une chambre de coupure d'un disjoncteur à une chambre de coupure par phase. L'enveloppe est fermée à son extrémité supérieure par une première plaque 2 constituant une première prise de courant et, à sa partie inférieure, par une seconde plaque constituant une seconde prise de courant 3. A l'intérieur de la chambre de coupure, on trouve des doigts de contact 4 constituant le contact principal fixe, un contact d'arc fixe 5, un tube 6 constituant un contact principal mobile, des doigts de contact 7 constituant le contact d'arc mobile et une buse de soufflage 8. Les contacts mobiles sont fixés à un cylindre mobile 9 ayant un fond percé d'orifices 10 pour le passage 3 - du gaz de soufflage de l'arc Un piston il est fixé par un tube 12 à la plaque 3 Le tube 12 est percé de trous 13 pour la circulation du gaz Le cylindre mobile 9 est fixé par son fond à un tube 14 percés de trous 15 et relié à une tige de manoeuvre 16, en matériau isolant. La tige isolante traverse la plaque 3 et se prolonge à l'intérieur d'une colonne 17, en matériau isolant, servant de support à la chambre de coupure 1 La partie inférieure du support 17 est fermée de manière étanche par un fond 18 supporté par une structure métallique 19 La tige 16 traverse, de manière étanche, le fond 18, et est reliée à un mécanisme de manoeuvre 20. La chambre 1 et le support 17 sont remplis de gaz diélectrique sous pression, par exemple de l'hexafluorure de soufre SF 6. Conformément à l'invention, une fibre fluorescente est disposée à l'intérieur du support 17, de manière à constituer une boucle symétrique dont les deux brins traversent le fond 18, de manière étanche, et dont les extrémités sont reliées à des photo-diodes 26 et 27, soit directement, soit, comme montré dans la figure 1, au moyens de fibres plastiques transparentes 28, 29, associées à des éléments de connexion optiques 30 et 31. Les sorties des photo-diodes sont connectées à des amplificateurs 32, 33, de sensibilité différentes, par exemple dans un rapport de 2. Le fonctionnement est le suivant: à l'ouverture du disjoncteur, par manoeuvre de la tige 16, le contact d'arc mobile 7 quitte le contact d'arc fixe 5; un arc jaillit entre ces contacts Une onde lumineuse se transmet alors à travers le tube 14 Une grande partie des gaz chauds s'échappe par les ouvertures et 13 La lumière traverse des trous 35, de faible diamètre, pratiqués dans la plaque 3 Le faible diamètre des trous 35 empêche le gaz chaud de pénétrer dans la colonne support 17, mais n'empêche pas la lumière d'y 4 - entrer La fibre optique 25 capte, par sa surface latérale, l'onde lumineuse La sensibilité de la mesure est élevée car l'onde est captée sur toute la longueur de la fibre, qui peut être de plusieurs dizaines de centimètres, et non sur une petite section comme ce serait le cas si on utilisait une fibre de silice La forme symétrique donnée à la fibre permet d'assurer que chaque brin reçoit une égale quantité de lumière; on peut positionner la fibre avec précision en étalonnant l'appareil avec des amplificateurs 32 et 33 identiques Le réglage étant fait, on choisira des amplificateurs de sensibilités différentes de manière à pouvoir classer les arcs selon deux plages d'intensité. Dans la variante de réalisation représentée dans la figure 2, on utilise deux boucles symétriques entre elles 25 et 25 A, ce qui permet, avec des amplificateurs appropriés, de classer les arcs selon quatre plages d'intensité. Dans la variante de réalisation de la figure 3, la fibre 25 se trouve à l'intérieur d'un tube transparent 37 placé à l'intérieur du support 17; le tube a de préférence la forme d'un U renversé L'intérieur du tube est à l'air atmosphérique et est étanche au gaz diélectrique Les deux branches du tube sont parallèles à la tige isolante 16 La partie haute du tube entoure la tige isolante 16 Cette disposition présente l'avantage de faciliter le remplacement de la fibre optique abîmée sans démontage de l'appareil et d'éviter de mettre la fibre fluorescente en contact avec le gaz diélectrique et les produits de décomposition dus à l'arc qui pourraient pénétrer dans le support 17 malgré les précautions prises pour l'éviter. Dans la variante de réalisation de la figure 4, la fibre 25 B est placée dans l'air atmosphérique, à l'extérieur du support 17; la plaque 18 est munie de plusieurs hublots transparents 40 de faible diamètre et étanches au gaz diélectrique. - La fibre 25 B est placée derrière ces hublots dans une enceinte 41 fermée et obscure; les deux extrémités de la fibre 25 B sont reliées, comme précédemment, à des photo-diodes 23 et 24. Les fibres optiques fluorescentes mentionnées plus haut peuvent, pour certaines applications, être remplacées par des fibres scintillantes. L'invention permet une mesure précise du nombre des arcs intervenant au cours du fonctionnement d'un le disjoncteur; il est possible, avec une bonne précision de déterminer la durée de chaque arc à l'ouverture comme à la fermeture des contacts et les plages d'intensité correspondant à ces arcs, et de prévoir un plan de maintenance du disjoncteur et d'éviter les pannes inopinées La fibre optique utilisée, placée loin des gaz chauds, fournit des valeurs précises et répétitives Lors d'un mauvais fonctionnement entraînant une durée d'arc trop longue (non coupure à faible intensité par exemple), ce principe de détection permettra au système de protection de prendre des mesures adéquates afin de protéger l'installation. L'invention s'applique aux disjoncteur de type à enveloppe céramique ainsi qu'aux disjoncteurs de type à enveloppe métallique; dans ce dernier cas, la fibre est montée dans la cuve monophasée, derrière la tige de manoeuvre. 6 - REVENDICATIONS 1/ Disjoncteur à haute tension comprenant, pour chaque phase, au moins une chambre de coupure remplie de gaz diélectrique sous pression, à l'intérieur de laquelle on trouve des contacts principaux, des contacts d'arc, des moyens pour créer un soufflage de l'arc par le gaz comprimé à travers une buse de soufflage, ladite chambre isolante étant placée sur un support isolant à l'intérieur duquel se trouve une tige de manoeuvre, ledit disjoncteur comprenant une première prise de courant au voisinage d'une première extrémité de la chambre et une seconde prise de courant entre une seconde extrémité de la chambre et ledit support, ledit disjoncteur comprenant au moins une fibre optique fluorescente, caractérisé en ce que ladite fibre ( 25) est disposée à l'intérieur dudit support ( 17) et constitue une boucle symétrique autour de ladite tige de manoeuvre ( 16), chacune des extrémités de ladite fibre étant reliée à une photo-diode ( 26, 27) équipée d'un amplificateur, les amplificateurs ( 32, 33) étant de sensibilité différente, ladite seconde prise de courant ( 3) étant munie d'ouvertures ( 35) permettant à ladite fibre ( 25) de recevoir au moins une partie du flux lumineux émis par les arcs survenant dans ladite chambre de coupure ( 1). 2/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une seconde fibre fluorescente ( 25 A) est montée symétriquement par rapport à la première fibre ( 25). 3/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite fibre optique est placée à l'intérieur d'un tube transparent ( 37) dans lequel est placé de l'air. 4/ Disjoncteur à haute tension comprenant, pour chaque phase, au moins une chambre de coupure remplie de gaz diélectrique sous pression, à l'intérieur de laquelle on trouve des contacts principaux, des contacts d'arc, des moyens pour créer un soufflage de l'arc par le gaz comprimé à travers une buse de soufflage, ladite chambre isolante étant placée sur un support isolant à l'intérieur duquel se trouve une tige de manoeuvre, ledit disjoncteur comprenant une première prise de courant au voisinage d'une première extrémité de la chambre et une seconde prise de courant entre une seconde extrémité de la chambre et ledit support, ledit disjoncteur comprenant au moins une fibre optique fluorescente, caractérisé en ce que ladite fibre ( 25 B) est disposée à l'extérieur dudit support ( 17), derrière la plaque ( 18) du support, cette dernière étant munie de hublots transparents ( 40). / Disjoncteur sous enveloppe métallique, comprenant pour chaque phase une cuve remplie de gaz diélectrique sous pression et comportant des contacts principaux fixe et mobile et des contacts d'arc fixe et mobile, ainsi qu'une tige de manoeuvre, ledit disjoncteur comprenant au moins une fibre optique fluorescente, caractérisé en ce que ladite fibre est disposée à l'intérieur de ladite cuve et constitue une boucle symétrique autour de ladite tige de manoeuvre, chacune des extrémités de ladite fibre étant reliée à une photo-diode équipée d'un amplificateur, les amplificateurs étant de sensibilité différente. 6/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la fibre optique fluorescente est remplacée par une fibre optique scintillante. 7 -