Brevet FR2661550A1 — publié le 19911031

- DISJONCTEUR A HAUTE TENSION A ARC SERIE La présente invention est relative à un disjoncteur à gaz diélectrique à autosoufflage, du type comprenant des contacts supplémentaires permettant de générer, lors d'une manoeuvre d'ouverture, un arc secondaire en série avec l'arc principal, l'énergie de cet arc secondaire étant utilisée pour la manoeuvre de l'appareil. Un disjoncteur de ce type a par exemple été décrit dans le brevet français no 87 01545. Un but de la présente invention est de réaliser un disjoncteur du type précité de réalisation simple, notamment dans la partie génératrice de l'arc secondaire. Un autre but de l'invention est de réaliser un disjoncteur ne comportant pas de contacts coulissants dans la zone de l'arc secondaire; cette zone, en effet, est polluée par les produits de décomposition du gaz diélectrique, ce qui peut provoquer une dégradation de la qualité des contacts coulissants. Un autre but de l'invention est de réaliser un disjoncteur ne comportant aucun piston isolant, dont la réalisation est onéreuse et qui est sujet à usure nécessitant un remplacement fréquent. Un autre but de l'invention est de réaliser un disjoncteur dont l'équipage mobile est léger, de sorte qu'il ne nécessite pour son fonctionnement qu'une faible énergie de manoeuvre. L'invention a pour objet un disjoncteur à haute tension à gaz diélectrique sous pression, comprenant pour chaque phase au moins une chambre de coupure comportant une enveloppe isolante remplie dudit gaz à l'intérieur de laquelle sont disposés: un ensemble comprenant un contact principal fixe et un contact d'arc fixe reliés électriquement à une première prise de courant, un ensemble mobile comprenant un organe de manoeuvre solidaire d'une pièce formée d'un premier tube 2 - constituant le contact d'arc mobile, d'un second tube, coaxial audit premier tube, dont une première extrémité constitue le contact mobile permanent et portant une buse de soufflage, lesdits premier et second tubes délimitant un volume de soufflage fermé par une couronne percée reliant lesdits tubes et par un piston fixe de soufflage, deux contacts d'arc secondaire disposés dans un second volume situé du côté opposé au volume de soufflage par rapport au piston de soufflage, caractérisé en ce que le dit piston de soufflage est maintenu par un troisième tube métallique coaxial au premier tube et délimitant, avec ce dernier et un second piston solidaire dudit premier tube, ledit second volume, ledit troisième tube étant fixé par une portion tubulaire isolante à un quatrième tube relié électriquement à une seconde prise de courant du disjoncteur, ledit second tube ayant un seconde extrémité en contact électrique, d'une part avec ledit troisième tube à l'extérieur de ce dernier et d'autre part, avec des doigts reliés électriquement audit quatrième tube, l'un desdits contacts auxiliaire étant fixé audit troisième tube, l'autre étant fixé audit quatrième tube, lesdits contacts auxiliaires venant en contact avec un tube solidaire de l'ensemble mobile et comprenant une portion isolante et une portion métallique, la position et la longueur respective de ces deux portions tubulaires étant choisies pour qu'en position enclenchée, l'un au moins des contacts auxiliaires soit en contact avec la portion isolante et pour qu'au cours d'une manoeuvre d'ouverture, les deux contacts auxiliaires viennent d'abord simultanément en contact avec la portion métallique, l'un au moins des contacts auxiliaires quittant ensuite cette portion métallique. Dans une forme particulière de réalisation, la seconde extrémité dudit second tube est conformée en bourrelet portant une portion cylindrique extérieure sur laquelle s'appuient lesdits doigts et une portion 3 cylindrique intérieure portant des contacts glissants coopérant avec ledit quatrième tube. Le piston de soufflage est muni d'un clapet unidirectionnel taré laissant passer le gaz de l'intérieur vers l'extérieur du volume de soufflage. Le piston de soufflage est muni d'un clapet unidirectionnel n'autorisant le passage du gaz que de l'extérieur vers l'intérieur du volume de soufflage. Le second piston est muni d'un clapet unidirectionnel n'autorisant le passage du gaz que de l'extérieur vers l'intérieur du second volume. L'invention sera bien comprise par la description donné ci-après d'un exemple de réalisation de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel: la figure 1 est une vue schématique partielle en demi-coupe axiale d'une chambre de coupure d'un disjoncteur selon l'invention, représenté en position enclenchée, la figure 2 est une vue schématique partielle en demi-coupe axiale de la même chambre, représentée en début de déclenchement, la figure 3 est une vue schématique partielle de la même chambre, représentée dans une phase postérieure de la manoeuvre de déclenchement. Dans ce qui suit, on décrira une chambre de coupure; il est bien entendu qu'un disjoncteur à haute tension peut comporter, pour chaque phase, plusieurs chambres de coupure du type qui va être décrit maintenant. Dans les figures, la référence 1 désigne une enveloppe isolante, de préférence en porcelaine, délimitant une chambre 2 remplie d'un gaz à bonnes propriétés diélectrique, par exemple l'hexafluorure de soufre sous une pression de quelques bars. L'ensemble fixe comprend un contact d'arc 3, constitué d'un tube métallique dont l'extrémité 3 A est réalisée en un matériau résistant aux effets de l'arc, par 4 - exemple un alliage à base de tungstène L'ensemble fixe comprend également un contact permanent 4 constitué de doigts protégés par un capot pare-effluves 5 Le contact d'arc et le contact fixe sont reliés électriquement à une première prise de courant, non représentée. L'équipage mobile comprend une pièce de manoeuvre 6, constituée d'un tube en matériau isolant traversant la chambre 2 de manière étanche et relié à un mécanisme non représenté. A la pièce fixe est relié un ensemble métallique comprenant deux tubes 7 et 8, coaxiaux et reliés par une couronne métallique 9 Ces tubes et cette couronne sont de préférence réalisés en une seule pièce venue d'usinage. Le tube 7 constitue le contact d'arc permanent; son extrémité 7 A est réalisée en matériau résistant aux effets de l'arc et coopère avec le contact 3-3 A. Le tube 8 possède une première extrémité 8 A, de diamètre réduit,et portant une buse de soufflage 10 en matériau isolant. La portion tubulaire 8 A constitue le contact permanent fixe du disjoncteur et coopère, lorsque le disjoncteur est en position enclenchée, comme le montre la figure 1, avec les doigts 4. Un tube fixe métallique 11, relié électriquement à une seconde prise de courant du disjoncteur, non représentée, porte une couronne 12 servant de support à des doigts métalliques 13, venant en contact électrique, lorsque le disjoncteur est en position enclenchée, avec une extrémité 8 B du tube 8, réalisée sous la forme d'un bourrelet plus épais que le tube Le contact s'effectue par une portion de surface cylindrique extérieure du bourrelet 8 B. Là encore, on doit comprendre que le bourrelet 8 B forme de préférence une seule et même pièce avec les tubes 7 et 8 et la couronne 9. - Un tube métallique 14, de préférence de diamètre voisin de celui du tube 11, et fixé à ce dernier par une portion tubulaire 15 en matériau isolant, est relié mécaniquement à un piston métallique 16, pouvant coulisser dans le volume annulaire Vi délimité par les tubes 7 et 8 et la couronne 9 On a compris que les tubes 14 et 15, les contacts 13 ainsi que le piston 16, sont des éléments fixes du disjoncteurs puisqu'ils sont tous fixés au tube fixe 11. Le piston comprend des joints d'étanchéité 17; il est muni d'un clapet taré 18 pour limiter la pression à l'intérieur du volume VI; ce clapet servira, comme on le verra, lors de la coupure des courants de faible intensité Le piston comprend enfin un clapet unidirectionnel 19, n'autorisant le passage du gaz que de l'extérieur vers l'intérieur du volume Vi; ce clapet est une simple rondelle s'appliquant sur des trous 20 traversant le piston. Pour permettre le passage du gaz à travers la buse 10, la couronne 9 est percée de trous 9 A. Le bourrelet 8 B porte, sur une surface intérieure cylindrique, des contacts électriques glissants 22 en appui sur le tube 14 Le bourrelet 8 B est percé de trous 23 destinés à l'alléger et à faciliter la circulation du gaz. Le tube 14 et le tube Il portent, de part et d'autre de la portion isolante 15 deux éléments du 25 et 26 du contact d'arc secondaire Ces éléments sont constitués de portions de tube dont les extrémités sont réalisés en un alliage résistant aux effets de l'arc. Les contacts 25 et 26 coopèrent avec un tube de commutation fixé au tube 7, donc mobile avec lui, et comprenant une portion isolante 28 et une portion métallique 29 dont l'extrémité est réalisée en matériau résistant aux effets de l'arc. 6 - Le disjoncteur comprend en outre un piston métallique 30, solidaire du tube de manoeuvre 6, muni d'un joint d'étanchéité 31 et d'un clapet unidirectionnel 32 n'autorisant le passage du gaz que de l'extérieur vers l'intérieur du volume V 2 constitué par les tubes 7 et 14, et les pistons 16 et 30. Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant: en position enclenchée, (figure 1), le courant traverse les doigts 4, le tube 8 A-8-8 B, les doigts 13, la couronne 12 et le tube 11. Coupure des courants de forte intensité Il s'agit des courants de court-circuit. Le tube de manoeuvre est actionné et se déplace vers la droite de la figure. Les contacts permanents 4 et 8 A se séparent (figure 2) et le courant est commuté sur les contacts d'arc 3 et 7 A; les doigts 13 quittent le bourrelet 8 A, mais les contacts 25 et 26 viennent en contact avec la portion métallique du tube de commutation; de la sorte, le courant emprunte le chemin suivant: le tube 3, le tube 7, la couronne 9, le tube 8, le bourrelet 8 B, les contacts 22, le tube 14, le contact 25, le tube 29, le contact 26 et le tube 11. Lorsque les contacts d'arc 3 A-7 A se séparent (figure 3), un arc primaire 50 jaillit entre eux; à peu près en même temps, les contacts 25 et 29 se séparent, et un arc secondaire 51 jaillit dans le volume V 2 Cet arc secondaire échauffe le gaz du volume V 2, ce qui produit une augmentation de pression qui, d'une part vient aider à la manoeuvre d'ouverture en apportant de l'énergie au tube de manoeuvre par action sur le piston 30 et, d'autre part vient contribuer au soufflage de l'arc primaire en verrouillant le clapet limiteur 18, ce qui fait que tout le gaz du volume Vl est soufflé. Coupure des courants de faible intensité 7 - Il s'agit des courants inférieurs ou égaux au courant nominal de l'installation. Le fonctionnement est voisin de celui qui a été décrit précédemment mais cette fois-ci, le courant à couper est faible, de sorte que l'arc secondaire 51 apporte une énergie insuffisante pour fermer le clapet 18 contre la pression régnant dans le volume Vl La pression dans le volume Vl est limitée par le clapet taré 18. Il n'y a pas de dépression dans le volume V 2, car le l O clapet 32 s'ouvre et remplit de gaz le volume V 2. Fermeture du disjoncteur La fermeture du disjoncteur est provoquée par le déplacement vers la gauche des figures du tube de manoeuvre 6 Les clapets 19 s'ouvre au cours de cette manoeuvre, de sorte qu'il n'y a à vaincre ni dépression, ni surpression; la manoeuvre de fermeture ne nécessite également qu'une faible énergie de manoeuvre. Le disjoncteur de l'invention possède une structure simple, donc économique, compacte, donc robuste et rigide, sans contacts électriques dans les zones d'arc, donc d'entretien plus réduit. L'invention s'applique à la réalisation de disjoncteur à haute tension. 8 - REVENDICATIONS 1/ Disjoncteur à haute tension à gaz diélectrique sous pression, comprenant pour chaque phase au moins une chambre de coupure comportant une enveloppe isolante remplie dudit gaz à l'intérieur de laquelle sont disposés: un ensemble comprenant un contact principal fixe ( 4) et un contact d'arc fixe ( 3-3 A) reliés électriquement à une première prise de courant, un ensemble mobile comprenant un organe de manoeuvre ( 6) solidaire d'une pièce formée d'un premier tube ( 7-7 A) constituant le contact d'arc mobile, d'un second tube ( 8-8 A-8 B), coaxial audit premier tube, dont une première extrémité ( 8 A) constitue le contact mobile permanent et portant une buse de soufflage ( 10), lesdits premier et second tubes délimitant un volume de soufflage (Vl) fermé par une couronne ( 9) percée reliant lesdits tubes et par un piston fixe de soufflage ( 16), deux contacts ( 25, 26) d'arc secondaire disposés dans un second volume (V 2) situé du côté opposé au volume de soufflage par rapport au piston de soufflage ( 16), caractérisé en ce que le dit piston de soufflage est maintenu par un troisième tube métallique ( 14) coaxial au premier tube ( 7-7 A) et délimitant, avec ce dernier et un second piston ( 30) solidaire dudit premier tube ( 7-7 A), ledit second volume (V 2), ledit troisième tube ( 14) étant fixé par une portion tubulaire isolante ( 15) à un quatrième tube ( 11) relié électriquement à une seconde prise de courant du disjoncteur, ledit second tube ayant un seconde extrémité ( 8 B) en contact électrique, d'une part avec ledit troisième tube à l'extérieur de ce dernier et d'autre part, avec des doigts ( 13) reliés électriquement audit quatrième tube ( 11), l'un ( 25) desdits contacts auxiliaire étant fixé audit troisième tube ( 14), l'autre ( 26) étant fixé audit quatrième tube, lesdits contacts auxiliaires venant en contact avec un tube ( 28-29) solidaire de l'ensemble mobile et comprenant -9 - une portion isolante ( 28) et une portion métallique ( 29), la position et la longueur respective de ces deux portions tubulaires étant choisies pour qu'en position enclenchée, l'un ( 26) au moins des contacts auxiliaires soit en contact avec la portion isolante ( 28) et pour qu'au cours d'une manoeuvre d'ouverture, les deux contacts auxiliaires viennent d'abord simultanément en contact avec la portion métallique ( 29), l'un ( 25) au moins desdits contacts auxiliaires quittant ensuite cette portion métallique ( 29). 2/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde extrémité ( 8 B) dudit second tube ( 8) est conformée en bourrelet portant une portion cylindrique extérieure sur laquelle s'appuient lesdits doigts ( 13) et une portion cylindrique intérieure portant des contacts glissants (( 22) coopérant avec ledit quatrième tube ( 14). 3/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le piston de soufflage ( 16) est muni d'un clapet unidirectionnel taré ( 18) laissant passer le gaz de l'intérieur vers l'extérieur du volume de soufflage (Vl). 4/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit piston de soufflage ( 16) est muni d'un clapet unidirectionnel ( 19) n'autorisant le passage du gaz que de l'extérieur vers l'intérieur du volume de soufflage (Vl). / Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le second piston ( 30) est muni d'un clapet unidirectionnel n'autorisant le passage du gaz que de l'extérieur vers l'intérieur du second volume (V 2).