Brevet FR2668648A1 — publié le 19920430

- DISJONCTEUR A SF 6 A CONDENSATEUR INCORPORE La présente invention concerne un disjoncteur à gaz diélectrique à condensateur incorporé. Les disjoncteurs à hexafluorure de soufre (SF 6) pour la coupure de grands courants de défaut en ligne nécessitent souvent la présence à leurs bornes d'une capacité de grande valeur, par exemple de plusieurs milliers de picofarads Dans la technique des disjoncteurs conventionnels (c'est-à-dire non blindés), cette capacité est logée dans une porcelaine qui pour des raisons de tenue d'isolement, est nécessairement de grandes dimensions. Un but de l'invention est de réaliser un disjoncteur avec condensateur dans lequel le volume total est fortement réduit. Un autre but de l'invention est de réaliser un disjoncteur dans lequel le condensateur n'est plus connecté aux bornes du disjoncteur lorsque celui-ci est en position déclenchée. Cet objectif est atteint selon l'invention en plaçant le condensateur, en série avec un interrupteur, à l'intérieur de la porcelaine contenant la chambre de coupure. La Demanderesse a observé que, dans la plupart des cas, avec un condensateur de 5000 p F, l'interrupteur doit couper un courant capacitif ne dépassant pas 1 ampère Ceci est relativement facile dans le SF 6 à une pression de plusieurs bars, surtout si le contact mobile de l'interrupteur est solidaire de celui de la chambre principale, assurant ainsi une vitesse de déclenchement élevée. Le condensateur peut être formé de feuilles métalliques séparées par une feuille isolante très mince avec imprégnation d'huile ou dans un environnement de SF 6. Dans divers modes de réalisation, le condensateur peut être placé à l'intérieur de la chambre, même lorsque 2 - s'y trouve déjà une varistance destinée à la protection contre les surtensions. L'invention est précisée maintenant par la description de divers modes de réalisation, en référence au dessin annexé dans lequel: la figure 1 est une vue partielle en coupe axiale d'une chambre de coupure avec condensateur placé à l'intérieur de la chambre, selon un premier mode de réalisation, la figure 2 est une vue partielle en coupe axiale d'une chambre de coupure avec condensateur et varistance placés à l'intérieur de la chambre, selon un premier mode de réalisation, les figures 3 illustre un mode de réalisation d'un mécanisme d'insertion de la varistance et des condensateurs, la figure 4 est une vue partielle en coupe axiale d'un disjoncteur avec condensateurs et varistance, selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne V-V de la figure 4, la figure 60 est une vue d'un mécanisme d'insertion des condensateurs et de la varistance, selon une autre variante. Dans la figure 1, la référence 1 désigne une enveloppe isolante, de préférence en porcelaine, délimitant un volume 2 contenant les éléments de coupure du disjoncteur L'enveloppe isolante est fermée à une extrémité par une plaque métallique 3, fixée à une couronne métallique 4 constituant une première prise de courant et prolongée, à l'intérieur de l'enveloppe, par des bras 5 auxquels sont fixés un premier tube métallique 6 constituant le contact principal fixe, et un second tube 7, coaxial au premier, et constituant le contact d'arc fixe. 3 - Le volume 2 est rempli d'un gaz à bonnes propriétés diélectriques, tel que l'hexafluorure de soufre, sous une pression de quelques bars. L'équipage mobile du disjoncteur comprend un tube métallique 9, prolongé par un capot pare-effluves 10, et muni d'une cloison métallique transversale 11 portant des doigts de contact 12 constituant le contact principal mobile et un tube de soufflage 13 prolongé par des doigts de contact 14 constituant le contact d'arc mobile La cloison, percée de trous 15 pour le passage du gaz de soufflage, porte une buse de soufflage 17 en matériau isolant Le soufflage est assuré par un piston fixe disposé à l'intérieur du tube 9 et non représenté dans la figure 1 Le tube 9 est relié, par des contacts glissants non représentés, à une deuxième prise de courant du disjoncteur. Selon l'invention, le condensateur associé à la chambre de coupure est logé à l'intérieur de cette chambre Il est constitué par l'empilage d'un certain nombre d'éléments de condensateur 18, disposés dans une enveloppe cylindrique isolante 19 fixée par une extrémité à la plaque 3 et fermée à l'autre extrémité par un bloc métallique 20. L'insertion du condensateur en parallèle sur les contacts du disjoncteur est assurée par des bras métalliques 37 fixés au bloc 20 et munis à leur extrémité d'un anneau de contact 22, par exemple en cuivre Cet anneau est en contact avec une électrode tubulaire métallique 23 rapportée sur le tube 9. Lorsque le disjoncteur est en position enclenchée (position représentée dans la figure 1), l'anneau 22 est en contact avec l'électrode 23, de sorte que le condensateur formé des éléments 18 est connecté en parallèle aux bornes du disjoncteur. Au cours du déclenchement, l'anneau 22 quitte l'électrode 23 qui se déplace avec l'équipage mobile vers 4 - le bas de la figure, de sorte que le condensateur est déconnecté lorsque le disjoncteur est en position déclenchée. La figure 2 représente une variante de réalisation, dans laquelle le condensateur est disposé à l'intérieur de la chambre de coupure, en parallèle avec une varistance; les éléments communs aux figures 1 et 2 ont reçu les mêmes numéros de référence. Le disjoncteur est représenté en position déclenchée et on aperçoit le piston de soufflage 25. La plaque 3 est percée d'un trou central pour permettre de loger une varistance constituée d'éléments 30 et une résistance en série constituée d'éléments 38, les éléments 30 et 38 étant empilés dans un tube isolant 31. Les éléments de varistance peuvent être à base d'oxydes de zinc (Zn O) ou de carbure de silicium (C Si) Les éléments de résistance sont à base de carbone. Le tube 31 est fixé à la partie supérieure d'un capot métallique 32 fermant la chambre de coupure à sa partie supérieure et en contact électrique avec la plaque métallique 3 L'empilement d'éléments est surmonté d'une plaque métallique 33 reliée par une tresse 34 au capot 32 et pressée par un ressort 35 contre le fond du capot. Le tube 31 est fermé à sa partie inférieure par un bloc métallique 36 portant des bras 37 à l'extrémité desquels est fixé un anneau métallique 22, par exemple en cuivre, coopérant avec l'électrode 23 pour l'insertion de la varistance. Le condensateur 45 est réalisé sous une forme tronconique relié mécaniquement et électriquement, d'une part, à la plaque 3 et d'autre part au bloc métallique 36. Le condensateur 45, coaxial à la varistance et l'entourant partiellement, est connecté en parallèle sur la varistance, cet ensemble condensateur-varistance étant en parallèle avec les contacts du disjoncteur. Le rôle de la varistance est de limiter les surtensions, le rôle du condensateur de valeur élevée étant d'allonger le temps de retard (td selon les normes CEI) de la tension transitoire de rétablissement et de réduire la fréquence d'oscillation de la tension de la ligne, lors de la coupure du défaut de courte distance (défaut kilométrique). La figure 3 représente une variante de réalisation dans laquelle la tige 37 coopère avec une électrode lu tubulaire 46 reliée mécaniquement et électriquement au tube 9 Un anneau pare-effluves 47 solidaire de la tige 37 est placé au droit de l'extrémité de l'électrode Pour des raisons de symétrie et d'équilibrage mécanique de l'appareil, le disjoncteur peut comporter une seconde électrode tubulaire coopérant avec un autre bras et placée symétriquement par rapport à l'axe du tube 9. Les figures 4 et 5 illustrent une variante de réalisation du disjoncteur de l'invention; les éléments communs aux figures 4, 5 et 2 ont reçu les mêmes numéros de référence. Le condensateur est réalisé au moyen de plusieurs éléments de condensateur cylindriques 45 A mis en parallèle, de préférence au nombre de 4; ils sont reliés mécaniquement et électriquement d'une part à la plaque 3 (qui peut avantageusement constituer avec la plaque 4 une seule et même pièce), et d'autre part au bloc 36 qui présente des épaulements 36 A. Ce mode de réalisation présente l'avantage, sur celui de la figure 2, de permettre l'emploi de condensateurs cylindriques du commerce. Le mécanisme d'insertion de la figure 3 s'applique au mode de réalisation de la figure 4. La figures 6 illustre un autre mode de réalisation du mécanisme d'insertion de la varistance et des condensateurs. Le bras 37 porte une électrode 22 qui coopère avec un tube métallique 70 délimitant un volume 77 et muni d'un - 6 - couvercle supérieur 71 percé d'un trou; une pièce métallique 72 présentant une tête 72 A, une tige 72 B et une butée 72 C, peut se déplacer vis-à-vis du tube sur une longueur d. La hauteur de la tête 72 A est choisie pour ne pas venir au-dessus du capot 10 lorsque le disjoncteur est en position enclenchée (figure 6); la largeur du tube 72 est choisie pour que l'électrode 22 vienne en contact électrique avec le tube et la tête 72 A au cours d'une manoeuvre d'ouverture du disjoncteur Des trous 80 pratiqués dans le tube 70 évitent une compression du gaz trop rapide dans le volume 77 en début de course. La pièce 72 est électriquement reliée par une tresse 73 au tube 70 Le tube 70 est fixé mécaniquement et relié électriquement au tube 9, par exemple par des brasures 74. La tête 72 A porte un aimant 75 qui, lorsque le disjoncteur est en position enclenchée, est en vis-à-vis d'un aimant 76 porté par le bras 37 La tête 72 A peut être simplement en acier doux Il est possible de remplacer les aimants 75 et 76 par les aimants 75 A et 76 A. Le fonctionnement est le suivant: en position enclenchée, la varistance et les condensateurs sont court-circuités par les contacts du disjoncteur, au déclenchement, l'équipage mobile est déplacé vers le bas de la figure. En raison de l'inertie et de l'attraction des aimants, la pièce 72 reste immobile, de sorte que la durée du contact entre l'électrode 22 et le tube 9, via le tube , la pièce 72 et la tresse 73, est allongée par rapport à celui de la réalisation de la figure 3, d'une durée correspondant au déplacement d du tube 9. Entre le moment o les contacts d'arc 7 et 14 se séparent et le moment o l'électrode 22 quitte la tête 72 A, la varistance et les condensateurs sont insérés en 7 - parallèle sur l'arc de coupure En fin de manoeuvre de déclenchement, la tête 72 A retombe sur le couvercle 71 Il est possible de loger entre le couvercle 71 et la butée 72 C un ressort de faible raideur pour faciliter le retour de la pièce 72 sur le couvercle 71 en fin de course. A la fermeture du disjoncteur, le tube 70 entraîne la tête 72 A qui vient se repositionner comme indiqué dans la figure 6, avec précision grâce aux aimants, en insérant la varistance avant l'entrée en contact des contacts d'arc 14 et 7. Pour des raison d'équilibrage du dispositif, on placera avantageusement un deuxième système d'insertion, identique à celui qui vient d'être décrit, symétriquement par rapport à l'axe du tube 9. Le disjoncteur dont plusieurs modes de réalisation viennent d'être décrits est un disjoncteur de la cinquième génération des disjoncteurs à SF 6, après les disjoncteurs à double pression des années 1960 (première génération), les disjoncteurs à auto-soufflage (deuxième génération), les disjoncteurs à volume thermique (troisième génération), et les disjoncteurs à expansion thermique avec équipage mobile à déplacement assisté. Ce disjoncteur de la cinquième génération permet une meilleure coupure et est auto-protégé contre les surtensions Les dispositions de la présente invention sont applicables aux disjoncteurs blindés à cuve à la masse (disjoncteurs sous enveloppe métallique). 8 - REVENDICATIONS 1/ Disjoncteur à haute tension comprenant, pour chaque phase, au moins une chambre de coupure comprenant une enveloppe isolante cylindrique étanche rempli de gaz à bonnes propriétés diélectriques tel que l'hexafluorure de soufre SF 6 et contenant un contact permanent fixe, un contact d'arc fixe et un équipage mobile comprenant des contacts permanents et des contacts d'arc, la chambre comprenant en outre un cylindre et un piston de soufflage et une buse de soufflage, caractérisé en ce qu'un condensateur ( 18) est disposé à l'intérieur de ladite enveloppe ( 1), connecté en parallèle sur les contacts ( 6, 12; 7,14) du disjoncteur et en série avec un interrupteur ( 37,23) dont l'ouverture est commandée par l'ouverture du disjoncteur. 2/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le condensateur est constitué d'une pile d'éléments ( 18) disposés dans un tube isolant ( 19), une première extrémité de la pile étant reliée électriquement à une première prise de courant ( 4) du disjoncteur, une seconde extrémité de la pile étant reliée par des bras ( 37) à une électrode ( 23) solidaire d'une pièce ( 9) de l'équipage mobile reliée électriquement à une seconde prise de courant du disjoncteur. 3/ Disjoncteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite électrode ( 23) est un tube coaxial à ladite enveloppe ( 1). 4/ Disjoncteur à haute tension comprenant, pour chaque phase, au moins une chambre de coupure comprenant une enveloppe isolante cylindrique étanche rempli de gaz à bonnes propriétés diélectriques et contenant un contact permanent fixe, un contact d'arc fixe et un équipage mobile comprenant des contacts permanents et des contacts d'arc, la chambre comprenant en outre un cylindre et un piston de soufflage et une buse de soufflage, caractérisé en ce qu'un condensateur ( 45, 45 A) et une varistance ( 30 f) -9- en matériau à base d'oxydes de zinc ou en carbure de silicium en série avec une résistance ( 38) sont disposés à l'intérieur de l'enveloppe, électriquement reliés en parallèle, connectés par un premier point commun à une première prise de courant ( 4) et associés à un mécanisme ( 37;23, 46, 55, 70-72) permettant leur insertion momentanée en parallèle avec les contacts d'arc ( 7, 14) lors d'une opération de déclenchement ou d'enclenchement du disjoncteur. 5/ Disjoncteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la varistance et la résistance sont constituées d'un empilage d'éléments ( 30,38) disposés dans un tube isolant ( 31), le condensateur étant réalisé sous la forme d'un tronc de cône ( 45) coaxial audit tube ( 31) et l'entourant au moins partiellement. 6/ Disjoncteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la varistance est constitué d'un empilage d'éléments ( 30) disposés dans un tube isolant ( 31), le condensateur étant réalisé sous la forme d'éléments cylindriques ( 45 A) reliés électriquement en parallèle et disposés parallèlement à l'axe de l'enveloppe ( 1). 7/ Disjoncteur selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le mécanisme d'insertion comprend au moins un bras métallique ( 37) relié à l'un des points communs à la varistance et au condensateur, coopérant avec une électrode ( 46,72) en liaison électrique avec la seconde prise de courant. 8/ Disjoncteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la seconde électrode est un tube 46 fixé à une pièce ( 9) de l'équipage mobile. 9/ Disjoncteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la seconde électrode comprend une pièce métallique ( 72) ayant une tête ( 72 A) en contact électrique avec le bras ( 37) lorsque le disjoncteur est en position enclenchée et un pied ( 72 C) pouvant coulisser dans une pièce tubulaire métallique ( 70) mécaniquement et * v I 1 1 O 2668648 électriquement reliée à une pièce ( 9) de l'équipage mobile électriquement reliée à la seconde prise de courant, ledit pied étant électriquement relié à ladite pièce tubulaire par une tresse métallique ( 73), ladite tête ( 72 A) portant un aimant ( 75) qui se trouve au droit d'un aimant ( 76) porté par ledit bras ( 37) lorsque le disjoncteur est en position enclenchée, ladite pièce métallique ( 72) présentant une inertie et une force d'attraction suffisantes pour lui permettre de rester un instant au contact de l'électrode ( 22) malgré le déplacement de l'équipage mobile lors d'une opération de déclenchement du disjoncteur. / Disjoncteur sous enveloppe métallique caractérisé en ce qu'il comprend les éléments de l'une des revendications 1 à 9. 1 A