Brevet FR2676588A1 — publié le 19921120

DISJONCTEUR A MOYENNE TENSION La présente invention concerne un disjoncteur à moyenne tension, utilisable pour des courants nominaux et des courants de court-circuit relativement peu élevés, par exemple pour des courants nominaux de 500 à 2000 ampères et des courants de court-circuit inférieurs à 20 000 ampères. Le prix de revient d'un disjoncteur à moyenne tension est grevé par le coût de pièces dont la réalisation est onéreuse, tels que les doigts de coupure, pièces de révolution complexes. Un but de l'invention est de réaliser un disjoncteur à moyenne tension de construction plus économique. Un autre but de l'invention est de réaliser un disjoncteur à soufflage d'arc, mais ne nécessitant pas la présence d'une buse de soufflage, autre pièce onéreuse. La présente invention a pour objet un disjoncteur à moyenne tension comprenant une enveloppe cylindrique fermée remplie de gaz à rigidité diélectrique élevée, une première et une seconde prises de courant, un piston de soufflage coopérant avec un cylindre de soufflage solidaire d'une tringle de manoeuvre, caractérisé en ce qu'il comprend un premier et un second contacts formés chacun d'une bande métallique présentant une courbure, lesdits contacts étant disposés symétriquement par rapport à un plan diamétral de ladite enveloppe, les contacts étant articulés chacun autour d'un axe perpendiculaire à l'axe de ladite enveloppe, lesdits contacts étant en contact par leur portion courbée lorsque le disjoncteur est en position fermée, lesdits contacts étant reliés respectivement à la première et à la seconde prise de courant par des tresses métalliques,les extrémités desdites bandes coopérant avec une pièce de manoeuvre pouvant être entraînée par ledit cylindre de soufflage pour faire pivoter les contacts lors d'une manoeuvre d'ouverture du disjoncteur et provoquer ainsi leur séparation. Avantageusement, la pièce de manoeuvre est semi-mobile par rapport au cylindre de soufflage, pour permettre une pré-compression du gaz avant la séparation des contacts. Dans un mode particulier de réalisation de l'invention, la pièce de manoeuvre est une pièce tubulaire portant deux bras comportant chacun un logement dans chacun desquels s'engage l'extrémité de l'un des contacts. Dans un mode particulier de réalisation, un ressort est disposé entre ladite pièce de manoeuvre et ledit cylindre de soufflage, ledit ressort étant bandé lorsque le disjoncteur est en position fermée. Dans une variante de réalisation du disjoncteur, utilisable pour des courants nominaux importants, le disjoncteur comprend des doigts de contact permanent reliés électriquement à la première prise de courant et coopérant pour le passage du courant permanent avec une portion tubulaire métallique solidaire de l'équipage mobile et électriquement reliée à la seconde prise de courant par des contacts glissants. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description de deux exemples de réalisation de l'invention, avec référence au dessin dans lequel: - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un disjoncteur selon l'invention, représenté en position fermée, - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1, - la figure 3 est une vue en coupe axiale du même disjoncteur, représenté au début d'une opération d'ouverture, - la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3, - la figure 5 est une vue en coupe axiale du même disjoncteur, en fin d'opération d'ouverture, - la figure 6 est une vue en coupe axiale d'un disjoncteur selon une variante de réalisation de l'invention, représenté en position fermée, - la figure 7 est une vue en coupe axiale du même disjoncteur, représenté en fin d'opération d'ouverture. Dans la figure 1, la référence 1 désigne une enveloppe cylindrique fermée et remplie de gaz à rigidité diélectrique élevée, tel que l'hexafluorure de soufre (SF6). L'enveloppe 1 est avantageusement en résine moulée. Elle est fermée à sa partie inférieure de la manière qui sera décrite plus loin. Des prises de courant 2 et 3 sont fixée à la partie supérieure de l'enveloppe et traversent celle-ci de manière étanche. A l'intérieur de l'enveloppe est placé un piston de soufflage 4, qui est maintenu en position fixe par une plaque 4A de fermeture de l'enveloppe à laquelle il est relié par un pied 4B. Avantageusement, le piston 4, la plaque 4A et le pied 4B constituent une seule et même pièce. Le piston 4 porte une soupape unidirectionnelle 4D qui est fermée lorsque la pression au-dessus du piston est supérieure à la pression au dessous du piston. Le piston coopère avec un cylindre de soufflage 5 qui comprend deux portions tubulaires 5A et 5B reliées par une couronne 5C. Le cylindre de soufflage est solidaire d'une tringle de manoeuvre 7 traversant le pied 4B, l'étanchéité étant assurée par un joint 4C. La portion 5B du cylindre de soufflage coulisse dans un tube fixe 6, rendu solidaire de l'enveloppe par des bras 6A (voir figure 4). Les contacts du disjoncteurs sont constitués de deux bandes métalliques 12 et 13 recourbées de manière à constituer deux cornes. Lorsque le disjoncteur est en position fermée, les contacts sont en contact par leur partie courbe. Les contacts sont disposés symétriquement par rapport à un plan P constituant un plan diamétral de l'enveloppe. Les contacts sont articulés autour d'axes fixes 22 et 23, disposés selon des lignes parallèles au plan P et perpendiculaire à l'axe xx de l'enveloppe. Les axes sont tenus par des bras 32A, 32B, 33A, 33B solidaires de la paroi intérieure de l'enveloppe 1 (voir figure 4). L'enveloppe 1, le cylindre 6, les bras 6A et les bras 32A, 32B, 33A, 33B peuvent constituer une seule et même pièce venue de moulage et réalisée en matériau isolant. Les contacts 12 et 13 sont reliés électriquement aux prises 2 et 3 respectivement par des tresses 42 et 43. La manoeuvre des contacts est assurée par le mouvement de l'équipage mobile du disjoncteur, grâce à une pièce de manoeuvre 40 qui comprend une portion tubulaire 40A pouvant coulisser autour de la pièce cylindrique 5B et des bras 40B et 40C parallèles à l'axe de l'enveloppe. Les bras 40B et 40C sont fixés à une partie annulaire 40D surmontant la partie tubulaire 40A. Bien entendu, les éléments 40A, 40B, 40C et 40D constituent une même pièce, en matériau isolant, venue de moulage. Chacun des bras 40B et 40C porte un logement dans lequel est engagée une extrémité d'un des contacts. Un ressort 50 est disposé entre la partie annulaire 40D et la partie 5C du cylindre de soufflage. Ce ressort est bandé lorsque le disjoncteur est en position fermée, ce qui est la position représentée dans la figure 1. La partie supérieure du tube 5B porte une portion annulaire 5D permettant l'entraînement de la pièce 40 par appui sur sa partie annulaire 40D. Lorsque le disjoncteur est en position fermée, il existe par construction une distance d entre les paries 5D et 40D; le rôle de cette distance sera expliqué plus loin. Le tube 6 est fermé partiellement par un bouchon 6B en matériau isolant, par exemple PTFE, pour permettre la montée en pression à l'intérieur du tube. Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant: En position fermée (Fig. 1), le courant traverse la prise 2, la tresse 42, le contact 12, le contact 13, la tresse 43 et la prise 3. Lors du déclenchement du disjoncteur (Fig. 3), la tringle de manoeuvre est déplacée vers le bas de la figure, dans le sens de la flèche F. La tringle 7 entraîne la pièce 5, ce qui produit une compression du gaz contenu dans le volume de compression V délimité par le piston 4, le cylindre 5A, le tube 6, le bouchon 6B et les contacts 12 et 13. Tant que la portion annulaire 5D reste au-dessus de la partie annulaire 40D, les contacts restent pressés l'un contre l'autre. La tringle 7 continue sa course (Fig.5), et après une course de longueur d correspondant à une phase de précompression du gaz, la portion annulaire 5D entraîne la pièce 40. Les extrémités des contacts 12 et 13 s'échappent des logements des bras 40B et 40C; les contacts sont obligés, en raison du défilement de la pièce tubulaire 6, de pivoter dans des sens opposés et de s'écarter. Un arc A jaillit entre les portions courbées des contacts 12 et 13; en raison du soufflage et de l'effet de boucle, l'arc s'étire en cheminant le long des contacts (positions A' et A" de la Fig. 5). Au premier passage par zéro du courant, l'arc s'éteint définitivement. Les bras 40B et 40C maintiennent les contacts 12 et 13 en position écartée lorsque le disjoncteur est en position déclenchée. On notera que le ressort 50 joue un double rôle: - lors de la phase de déclenchement du disjoncteur, il apporte une certaine énergie qui contribue à l'énergie totale nécessaire à la manoeuvre, - en position enclenchée, il assure une pression de contact entre les contacts 12 et 13. La soupape 4D permet d'équilibrer les pressions de part et d'autre du piston 4 lors de la refermeture du disjoncteur; sans cette disposition, l'énergie nécessaire à la manoeuvre de fermeture serait excessive. Le disjoncteur dont un exemple de réalisation vient d'être décrit est de construction relativement peu onéreuse car il comprend un nombre limité de pièces; sont fonctionnement est sûr et la coupure du courant est facilitée grâce à la conjugaison des effets de soufflage et des forces électrodynamiques. La figure 6 est une vue en coupe axiale d'un disjoncteur selon une variante de réalisation, utilisable pour des courants nominaux ou de court-circuit de valeurs plus importantes que celles pour lesquelles on utilise le disjoncteur des figures 1 à 5. Dans les figures 6 et 7, les éléments communs à ces figures et aux figures 1 à 5 ont reçu les mêmes numéros de référence. La pièce 5, réalisée en métal, est prolongée par une partie tubulaire 5E servant de contact permanent mobile et coopérant avec des doigts de contact 25 reliés électriquement à la prise 2, réalisée sous forme d'une couronne. La seconde prise, référencée 3A, porte des contacts glissants 3B coopérant avec le cylindre de soufflage, relié lui-même au contact 13 par une tresse métallique 53 passant par un canal 40E pratiqué dans la pièce de manoeuvre 40. L'extrémité des contacts 12 et 13 est réalisé en un alliage résistant aux effets de l'arc électrique, par exemple en alliage à base de tungstène. Lorsque le disjoncteur est en position enclenchée, le courant permanent passe par la prise 2, les doigts 25, le cylindre 5E, les contacts glissants 3B et la prise 3A. A l'ouverture du disjoncteur, les doigts 25 quittent le cylindre 5E pendant la phase de précompression, et le courant suit alors le trajet suivant: prise 2, tresse 42, contact 12, contact 13, tresse 53, cylindre 5E, contacts glissants 3B et prise 3A. La tringle continuant sa course, le disjoncteur s'ouvre, comme décrit en référence aux figures 1 à 5. L'invention s'applique aux disjoncteurs à moyenne tension, par exemple de 10 à 60 kV. REVENDICATIONS 1/ Disjoncteur à moyenne tension comprenant une enveloppe cylindrique fermée remplie de gaz à rigidité diélectrique élevée, une première et une seconde prises de courant, un piston de soufflage coopérant avec un cylindre de soufflage solidaire d'une tringle de manoeuvre, caractérisé en ce qu'il comprend un premier (12) et un second (13) contacts formés chacun d'une bande métallique présentant une courbure, lesdits contacts étant disposés symétriquement par rapport à un plan diamétral de ladite enveloppe, les contacts étant articulés (P) chacun autour d'un axe perpendiculaire à l'axe (xx) de ladite enveloppe, lesdits contacts étant en contact par leur portion courbée lorsque le disjoncteur est en position fermée, lesdits contacts étant reliés respectivement à la première (2) et à la seconde (3, 3A) prises de courant par des tresses métalliques, les extrémités desdites bandes coopérant avec une pièce de manoeuvre (40) pouvant être entraînée par ledit cylindre de soufflage pour faire pivoter les contacts lors d'une manoeuvre d'ouverture du disjoncteur et provoquer ainsi leur séparation. 2/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce de manoeuvre (40) est semi-mobile par rapport au cylindre de soufflage (5), pour permettre une pré-compression du gaz avant la séparation des contacts (12, 13). 3/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la pièce de manoeuvre (40) est une pièce tubulaire portant deux bras (40B, 40C) comportant chacun un logement dans chacun desquels s'engage l'extrémité de l'un des contacts. 4/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un ressort (50) est disposé entre ladite pièce de manoeuvre (40) et ledit cylindre de soufflage (5), ledit ressort étant bandé lorsque le disjoncteur est en position fermée. 5/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend des doigts (25) de contact permanent reliés électriquement à la première (2) prise de courant et coopérant pour le passage du courant permanent avec une portion tubulaire métallique (5E) solidaire de l'équipage mobile et électriquement reliée à la seconde (3A) prise de courant par des contacts glissants (3B).