Brevet FR2682219A1 — publié le 19930409

Disjoncteur ultra haute tension. La présente invention se rapporte à un disjoncteur ultra haute tension et plus précisément à une chambre de coupure pour ultra haute tension comprenant une chambre principale comportant une enveloppe isolante contenant des contacts permanents, des contacts d'arc et deux résistances de fermeture insérées par un dispositif semi-mobile dit interrupteur d'enclenchement mettant en fonction l'une deslo résistances, dite première résistance, avant l'autre, dite seconde résistance. Il est connu que les surtensions de manoeuvre dans l'air atmosphérique ne suivent pas proportionnellement la hauteur d'isolement C'est pourquoi, en ultra haute tension15 (tension supérieure ou égale à 1000 k V, appelée ci-après UHT), des surtensions de manoeuvre extrêmement faibles sont imposées aux disjoncteurs, par exemple 1,6 pu au lieu de 3 pu admis en 245 k V. La revue de la CIGRE, Electra de janvier 1989 (n 0122, pages 43,44) divulgue que les disjoncteurs UHT seront équipés de résistances de fermeture et de résistances d'ouverture. Dans le certificat d'addition français n 2 503 448 déposé le 31 mars 1981 par la Déposante, est décrit un disjoncteur haute tension à gaz comprimé comprenant deux25 résistances de fermeture dont les dispositifs d'insertion sont solidaires, celui de la première résistance comprenant un contact semi-mobile tubulaire coopérant avec un contact relié à la seconde résistance qui est constituée d'une pile des résistances annulaires disposée coaxialement et à30 l'extérieur de la première résistance. Dans la demande de brevet N 02 958 949 déposée le 27 février 1990 par la Déposante, est divulgué un disjoncteur haute tension assisté par une varistance disposée dans une chambre distincte de la chambre de coupure, dite chambre35 auxiliaire, et montée en série avec un interrupteur de déclenchement comprenant un contact mobile réalisé sous la forme d'une tige métallique fixée à un flexible métallique reliant les deux chambres par l'intermédiaire d'un retardateur d'ouverture situé à l'extérieur de celles-ci et actionné par la tringle de commande de la chambre de coupure. La présente invention propose d'associer, entre autres, ces deux techniques connues pour réaliser un disjoncteur UHT répondant aux exigences de surtension. Pour ce faire, une chambre auxiliaire est montée en parallèle de la chambre principale et comprend une enveloppe isolante contenant une varistance d'ouverture associée à un interrupteur de déclenchement présentant un mécanisme de10 retardement de l'ouverture situé à l'intérieur de l'enveloppe. L'utilisation d'une varistance au lieu d'une résistance permet de réduire plus efficacement les surtensions et d'éviter d'avoir un soufflage par compression15 sur l'interrupteur de déclenchement En effet, grâce à sa résistance variable à grand coefficient de non linéarité tel que l'oxyde de zinc, la varistance s'adapte mieux avec le circuit pour réduire la surtension La coupure du courant résiduel se fait automatiquement sans soufflage lors de la2 o décroissance de la tension vers zéro. Selon un mode de réalisation préféré, l'interrupteur est actionné par un flexible métallique directement relié à la tringle de manoeuvre de la chambre principale. Ainsi est réalisée un dispositif de commande unique de la chambre principale et de la chambre auxiliaire particulièrement simple et fiable. Avantageusement, le mécanisme de retardement de l'ouverture de l'interrupteur de déclenchement est à inertie. De cette façon, aucun dispositif retardateur spécifique séparé n'est à monter sur les chambres. De préférence, la va-istance est constituée d'une pile de varistances en forme de pastilles cylindriques disposée dans un tube isolant. Selon un mode constructif spécifique, cet interrupteur comprend un tube support métallique fixe dans lequel est monté coulissant longitudinalement un autre tube métallique relié électriquement au tube support et relié par son extrémité inférieure à l'extrémité du flexible, l'extrémité supérieure du tube étant fermée par une rondelle isolante et traversée par une tige métallique reliée électriquement au tube et dont la partie supérieure supporte un manchon de contact coopérant avec des doigts de contact montés à l'extrémité inférieure de la varistance, la partie inférieure de la tige étant pourvue d'une butée conique destinée à coopérer avec un épaulement intérieur de forme conique complémentaire du tube, un ressort étant disposé à l'intérieur du tube et autour de la tige entre l'extrémité10 supérieur du tube et l'extrémité inférieure de la tige, le ressort étant détendu lorsque l'interrupteur est en position de repos enclenchée ou déclenchée. De préférence, la butée solidaire de la partie inférieure de la tige est en polytétrafluoroéthylène L'invention concerne également un disjoncteur pour ultra haute tension, multicoupure à SF 6, comportant des chambres de coupure, principales et auxiliaires, montées en série, disposées verticalement en chandelle et équipées de condensateurs de répartition, avec une chambre de coupure20 principale par colonne support, dont les chambres de coupure sont telles que décrites ci- dessus. L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide de dessins représentant seulement un mode de réalisation.25 La figure 1 est une vue de face en coupe partielle d'une chambre de coupure conforme à l'invention. La figure 2 est une vue en coupe de détail du dispositif d'insertion de la chambre auxiliaire. La figure 3 représente une phase d'un disjoncteur UHT équipé de telles chambres de coupure. Sur la figure 1, sont représentées la chambre de coupure principale 1, la chambre auxiliaire 2 et partiellement la colonne support 3. La chambre principale 1 est du type de la chambre de coupure décrite dans le certificat d'addition n 2 503 448. Elle comprend une enveloppe isolante, par exemple en céramique, qui comporte à son extrémité supérieure un plateau 5 relié à une première prise de courant L'enveloppe est surmontée d'un capot 10 logeant les deux résistances de fermeture, dont la première est formée d'un empilage de pastilles résistives cylindriques, à base de carbone par exemple, et la seconde d'une pile de résistances annulaires5 disposées coaxialement et à l'extérieur de la première Un dispositif semi-mobile d'insertion, dit interrupteur d'enclenchement, comporte à son extrémité inférieure un contact d'insertion tubulaire de la première résistance et à sa partie supérieure un contact d'insertion tubulaire de la1 o seconde résistance Une seconde prise de courant est reliée au plateau inférieur SA. En parallèle à cette chambre principale 1, est montée une chambre auxiliaire 2, les plateaux 5 et 5 A de la chambre principale 1 étant reliés respectivement par le conducteur 2315 et par la plaque conductrice de support 24 aux plateaux 21 et 22 de la chambre auxiliaire 2 Cette chambre 2 comprend une enveloppe isolante, par exemple en porcelaine, dans laquelle est logée une varistance d'ouverture 26 associée à un interrupteur de déclenchement 30, schématisé sur la figure 1.20 Un capot 11 prolonge l'enveloppe 20 afin de permettre le logement de la varistance 26 qui est constituée d'une pile de varistances en forme de pastilles cylindriques, à base d'oxyde de zinc, disposée dans un tube isolant, de façon connue en soi.25 L'interrupteur 30 est actionné par un mécanisme directement relié à la tringle de manoeuvre 121 de la chambre principale 1 Cette dernière est logée dans une colonne isolante 120 supportant la chambre principale 1 La tringle 121 est prolongée par une portion métallique 122 reliée à l'équipage mobile, classique, de la chambre principale 1. Elle est également reliée à un flexible métallique 123 fixé à l'interrupteur de déclenchement 30 et ce flexible 123 est placé dans une gaine rigide métallique 124. Des anneaux 200 et 201 sont disposés au-dessous et au-dessus des chambres 1 et 2, afin de réduire les effluves visuels (effet Corona) et d'améliorer la tenue diélectrique de la chambre de coupure et de l'isolateur de support. De préférence, des pastilles résistives à base de carbone sont montées en série avec les disques de varistance 26 pour limiter le courant résiduel à une certaine valeur, en cas de coupure de tension rétablie élevée. La figure 2 représente précisément l'interrupteur de déclenchement 30 de la chambre auxiliaire 2. Cet interrupteur est monté sur le plateau inférieur 22 de la chambre auxiliaire 2 au travers duquel passe le flexible 123 dans sa gaine 124 Plus exactement est fixé sur 1 o le plateau 22 un tube support métallique 31 dans lequel est monté coulissant longitudinalement un autre tube métallique 32 présentant à son extrémité inférieure une barrette diamétrale isolante à laquelle est fixée par l'intermédiaire d'une rondelle l'extrémité du flexible 123 Un contact15 glissant électrique relie les deux tubes 31 et 32. L'extrémité supérieure du tube 32 est fermée par une rondelle isolante 35 A l'intérieur du tube 32, est disposée une tige 37, par exemple en laiton de haute résistance, qui par sa partie supérieure traverse la rondelle 35 et supporte20 un manchon de contact 43, de préférence vissé et en cuivre. La partie inférieure de la tige 37 est de diamètre supérieur à celui de la partie centrale de la tige 37 et présente un alésage fileté 37 B percé à son extrémité inférieure A proximité de l'extrémité inférieure de la25 partie 37 A, un épaulement 37 C sert d'appui à une bague 38, à profil extérieur conique, réalisée de préférence en polytétrafluoroéthylène, et munie d'une bague torique 39 La bague conique 38 est maintenue en place par la tête d'un boulon 40, vissé dans l'alésage 37 B avec interposition de30 joints 41 et 42 La tête du boulon 40 est connectée électriquement au tube 32 par au moins un doigt de ci ntact 43 Un ressort métallique 34 est disposé entre l'épaulement 37 C et la rondelle 35. Le tube 32 présente un épaulement intérieur conique destiné à recevoir en butée la bague conique 38. A l'extrémité inférieure de la pile de varistances 26 logée dans le tube isolant 27 est montée une pièce de fermeture 52 métallique retenant les varistances 26 et pourvue d'un tube 50 terminé par des doigts de contact 51 destinés à coopérer avec le manchon 43. Le fonctionnement de cet interrupteur de déclenchement est le suivant: en position fermée (figure 2), le manchon de contact 43 est en contact avec les doigts 51, la varistance est insérée et le ressort 34 est détendu; à l'ouverture de l'interrupteur 30, le tube 32 est tiré vers le bas par le flexible 123, comprimant le ressort 34; en raison de leur inertie, la tige 37 et le manchon 43 restent immobiles, de sorte que la varistance reste insérée grâce à cet agencement que l'on peut qualifier de retardateur; lorsque le ressort 34 arrive en fin de compression, la tige 37 est entraînée vers le bas sans à-coup15 grâce à l'épaulement conique du tube 32 coopérant avec la bague conique 38 et sa bague torique 39; le manchon 43 et les doigts 51 se séparent et la varistance 26 est désinsérée. Le réglage du temps d'insertion et de désinsertion de la varistance 26 se fait par le dimensionnement de l'interrupteur 30 En particulier, un paramètre est déterminant, à savoir la longueur de la tige 37 sous le manchon 43 faisant saillie de la rondelle 35, lorsque le ressort 34 est en fin de compression, et correspondant à la longueur du déplacement du tube 32 avant entraînement de la25 tige 37 à l'ouverture. La figure 3 est une vue schématique d'une phase d'un disjoncteur UHT multicoupure à SF 6, plus précisément de 1150 k V comportant quatre chambres Pour une tension de 1500 kv, il comprendrait cinq chambres en série La disposition est30 verticale en chandelle avec une chambre par colonne support, ce qui facilite la tenue mécanique des chambre-. Les chambres sont telles que décrites ci-dessus, avec leur chambre principale 1 contenant l'agencement de résistances de fermeture 6, les contacts de coupure 7 et35 l'interrupteur d'insertion 8 des résistances 6, dit interrupteur d'enclenchement, et leur chambre auxiliaire 2 contenant la varistance d'ouverture 26 et l'interrupteur de déclenchement 30 à mécanisme de retardement Aux bornes de ces chambres, sont montés de façon classique des condensateurs de répartition 4. Le fonctionnement d'un tel disjoncteur est le suivant: à la fermeture, l'interrupteur d'enclenchement 8 est fermé en premier lieu et insère la première résistance de fermeture dans le circuit environ loms avant l'entrée en contact des contacts d'arc de la chambre principale; environ 5 ms avant l'entrée en10 contact des ces contacts d'arc, on insère la seconde résistance de fermeture et en même temps l'interrupteur de déclenchement 30 se referme mettant la varistance 26 dans le circuit; la fermeture des contacts d'arc court-circuite ensuite à la fois les résistances de fermeture 6 et la15 varistance d'ouverture 26. à l'ouverture, grâce au mécanisme retardateur de l'interrupteur 8, les résistances ce fermeture 6 ne sont pas insérées dans le circuit à la séparation des contacts d'arc; les contacts20 permanents se séparent en premier lieu puis c'est le tour des contacts d'arc; environ l Oms après la séparation des contacts d'arc de la chambre principale 1, les contacts de l'interrupteur de déclenchement 30 se séparent pour couper le courant résiduel traversant la varistance 26.25 REVENDICATIONS 1) Chambre de coupure pour ultra haute tension comprenant une chambre principale ( 1) comportant une enveloppe isolante contenant des contacts permanents, des contacts d'arc et deux résistances de fermeture ( 6) insérées par un dispositif semi- mobile dit interrupteur d'enclenchement ( 8) mettant en fonction l'une des résistances, dite première résistance, avant l'autre, dite10 seconde résistance, chambre de coupure caractérisée en ce qu'une chambre auxiliaire ( 2) est montée en parallèle de la chambre principale ( 1) et comprend une enveloppe isolante ( 20) contenant une varistance d'ouverture ( 26) associée à un interrupteur de déclenchement ( 30) présentant un mécanisme de retardement de l'ouverture situé à l'intérieur de l'enveloppe ( 20). 2) Chambre de coupure selon la revendication 1, caractérisée en -ce que l'interrupteur ( 30) est actionné par un flexible métallique ( 123) directement relié à la tringle20 de manoeuvre ( 121) de la chambre principale ( 1). 3) Chambre de coupure selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le mécanisme de retardement de l'ouverture de l'interrupteur de déclenchement ( 30) est à inertie.25 4) Chambre de coupure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la varistance ( 26) est constituée d'une pile de varistances en forme de pastilles cylindriques disposée dans un tube isolant ( 27). 5) Chambre de coupure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que cet interrupteur ( 30) comprend un tube support métallique fixe ( 31) dans lequel est monté coulissant longitudinalement un autre tube métallique ( 32) relié électriquement au tube support ( 31) et relié par son extrémité inférieure à l'extrémité du flexible ( 123), l'extrémité supérieure du tube ( 32) étant fermée par une rondelle isolante ( 35) et traversée par une tige ( 37) métallique reliée électriquement au tube ( 32) et dont la partie supérieure supporte un manchon de contact ( 43) coopérant avec des doigts de contact ( 51) montés à l'extrémité inférieure de la varistance ( 26), la partie inférieure de la tige ( 37) étant pourvue d'une butée conique ( 38) destinée à coopérer avec un épaulement intérieur de forme conique complémentaire du tube ( 32), un ressort ( 34) étant disposé à l'intérieur du tube ( 32) et autour de la tige ( 37) entre l'extrémité supérieur du tube ( 32) et l'extrémité inférieure de la tige ( 37), le ressort ( 34) étant détendu 1 o lorsque l'interrupteur ( 30) est en position de repos enclenchée ou déclenchée. 6) Chambre de coupure selon la revendication 5, caractérisée en ce que la butée ( 38) solidaire de la partie inférieure de la tige ( 37) est en polytétrafluoroéthylène15 7) Disjoncteur pour ultra haute tension, multicoupure à SF 6, comportant des chambres de coupure, principales et auxiliaires, montées en série, disposées verticalement en chandelle et équipées de condensateurs de répartition, avec une chambre de coupure principale par colonne support,20 caractérisé en ce que les chambres de coupure sont conformes à l'une quelconque des revendications précédentes.