Brevet FR2679696A1 — publié le 19930129

- DISJONCTEUR A HAUTE ET MOYENNE TENSION A GAZ DE SOUFFLAGE La présente invention concerne un disjoncteur utilisable en haute ou moyenne tension du type dans lequel un gaz à bonnes propriétés diélectriques tel que l'hexafluorure de soufre SF 6 assure l'isolement et est également employé pour le soufflage de l'arc. Dans la demande de brevet N O 89 00 009 déposée le 2 janvier 1989, la Demanderesse a décrit un disjoncteur du type précité, représenté en demi-coupe axiale dans la figure 1, et comprenant pour chaque phase, une enveloppe isolante cylindrique ( 1) remplie de gaz SF 6 sous pression, un contact principal fixe ( 2), un contact d'arc fixe ( 3, 3 A) et un équipage mobile relié à un organe de manoeuvre et comprenant un contact principal mobile ( 5,5 A), un contact d'arc mobile ( 4, 4 A), un cylindre de soufflage ( 5) associé à une buse de soufflage ( 6) et coopérant avec un premier piston ( 13), un second piston solidaire ( 14) de l'équipage mobile et coulissant dans un second cylindre fixe ( 8 B), le second piston présentant une section grande vis-à-vis de la section du cylindre de soufflage, ledit second piston étant associé à des moyens ( 15) de mise en communication à faibles pertes de charge avec la zone d'arc, ledit second piston étant percé d'orifices calibrés ( 14 C) pour limiter la pression sur la face dudit piston recevant les gaz chauffés par l'arc. Dans ce disjoncteur, le contact d'arc est constitué par une première extrémité ( 4 A) d'un tube métallique ( 4) coaxial à l'enveloppe du disjoncteur, la seconde extrémité ( 4 B) dudit tube étant reliée à l'organe de manoeuvre,ledit second piston ( 14) étant un piston annulaire extérieur audit tube et solidaire de celui-ci, les moyens de mise en communication à faibles pertes de charge étant constitués par ledit tube ( 4) 2 - percé de larges ouvertures ( 15) à sa périphérie, l'intérieur dudit tube étant fermé sensiblement au droit du second piston par une pièce ( 17). Le premier piston ( 13) est semi-mobile par rapport au second cylindre ( 8 B) et porte un coulisseau ( 11); le coulisseau ( 11) peut prendre deux positions extrêmes dans lesquelles il obstrue ou dégage des ouvertures ( 10) du second cylindre ( 8 B) débouchant dans le volume contigu à l'enveloppe ( 1). Ces ouvertures sont des cheminées radiales. On note que le second piston ( 14) porte un clapet ( 16) assujetti à se fermer lorsque la pression sur la face du second piston situé du côté de la zone d'arc est supérieure à la pression sur l'autre face. Un but de la présente invention est de simplifier la construction du disjoncteur et d'en alléger l'équipage mobile; ceci peut se faire en supprimant le coulisseau dont il est question plus haut Mais il faut pouvoir conserver sa fonction qui est d'éviter les surpressions pouvant survenir, au réenclenchement du disjoncteur, dans le volume V 2 compris entre le premier et le second piston Ce problème est résolu au moyen d'une bague dont on met à profit l'inertie pour maintenir fermées, au déclenchement du disjoncteur, des ouvertures mettant en communication le volume V 2 et le volume VO contigu à l'enveloppe, et pour ouvrir ces ouvertures au réenclenchement du disjoncteur. L'invention a donc pour objet un disjoncteur comprenant pour chaque phase, une enveloppe isolante cylindrique remplie de gaz SF 6 sous pression, un contact principal fixe, un contact d'arc fixe et un équipage mobile relié à un organe de manoeuvre et comprenant un contact principal mobile, un contact d'arc mobile constitué d'un tube, un cylindre de soufflage terminé par une buse de soufflage et 3 - coopérant avec un premier piston, un second piston solidaire de l'équipage mobile et coulissant dans un second cylindre fixe, le second piston présentant une section grande vis-à-vis de la section du cylindre de soufflage, le volume compris entre les deux cylindres pouvant être mis en communication avec le volume contigu à l'enveloppe ou avec le volume intérieur audit tube par des ouvertures, caractérisé par le fait que lesdites ouvertures coopèrent avec une bague pouvant prendre une première et une seconde positions extrêmes, la première dans laquelle lesdites ouvertures sont ouvertes et correspondant à une position de repos de l'équipage mobile, la seconde dans laquelle les ouvertures sont fermées et qui subsiste pendant une grande partie de la phase de déclenchement du disjoncteur. Dans le cas o l'enveloppe est disposée verticalement, la bague passe de la seconde position à la première position par gravité. Dans le cas o l'enveloppe est disposée horizontalement, la bague passe de la seconde position à la première position sous l'action d'un ressort disposé à l'intérieur de la bague et prenant appui sur une partie fixe du disjoncteur. Dans ce cas, la course de la bague est limitée par un téton solidaire de la bague et s'engageant dans une fente pratiquée dans une partie fixe du disjoncteur. Les ouvertures peuvent être pratiquées dans le second cylindre, la bague coulissant alors dans ce second cylindre. Les ouvertures peuvent, en variante, être pratiquées dans le tube constituant le contact d'arc mobile; la bague coulisse alors à l'intérieur de ce tube. 4 - L'invention sera bien comprise à la lecture de la description ci-après de plusieurs modes de réalisation, en référence au dessin annexé dans lequel: la figure 1 est une vue en demi-coupe axiale d'un disjoncteur selon l'art antérieur, la figure 2 est une vue en demi-coupe axiale d'un disjoncteur à chambre verticale, selon un premier mode de réalisation de l'invention, la figure 3 est une vue en demi-coupe axiale d'un disjoncteur à chambre verticale, selon un second mode de réalisation de l'invention, la figure 4 est une vue en demi-coupe axiale d'un disjoncteur selon l'invention, à chambre horizontale, la figure 5 est une vue partielle de dessus du disjoncteur de la figure 4. Dans la figure 1 illustrant l'art antérieur, les numéros et lettres de référence désignent les éléments suivants: 1: enveloppe isolante étanche, VO: volume contigu et intérieur à l'enveloppe, Vl: volume de soufflage, V 2: volume compris entre les deux pistons, V 3: volume intérieur au tube 4, xx: axe de l'enveloppe, 2: contact principal fixe, 3: contact d'arc fixe, 3 A: extrémité en alliage résistant à l'arc du contact d'arc fixe, 4: tube constituant le contact d'arc mobile, 4 A: extrémité en alliage résistant à l'arc du contact d'arc mobile, 4 B: prolongement du contact d'arc mobile relié au mécanisme de manoeuvre du disjoncteur, : tube portant le contact permanent mobile, _ 5 2679696 A: contact permanent mobile, C: contact électrique glissant, 6: buse de soufflage, 7: orifices de sortie du volume de soufflage, 8: pièce de guidage du tube 5 et du second piston 14, 8 A: portion de la pièce 8 servant de guidage au tube 5, 8 B: portion de la pièce 8 servant de cylindre au second piston 14, 8 C: joint d'étanchéité du coulisseau 11, 8 D: bossage de la pièce 8 A, 9: joint d'étanchéité, : cheminées faisant communiquer le volume V 2 avec le volume VO, 11: coulisseau, ll A: extrémité du coulisseau pour limiter sa course et coopérer avec le joint 8 C, ll B: partie du coulisseau en contact glissant avec le tube 4, ll C: ressaut de la pièce ll B, 12: joint d'étanchéité, 13: clapet annulaire, 14: second piston, 14 A: larges ouvertures dans le piston 14, 14 B: butée du clapet 16, 14 C: petites ouvertures dans le piston 14, : larges ouvertures latérales du tube 4, 16: clapet de fermeture des ouvertures 14 A, 17: disque de fermeture, côté mécanisme de manoeuvre, du volume V 3. Les éléments communs aux figures 1 et 2 ont reçu les mêmes numéros de référence Les parties non représentées dans la figure 2, à gauche du volume de soufflage Vl, sont identiques à celles de la figure 1. 6 - Le disjoncteur de la figure 2 diffère de celui de la figure 1 en ce que le coulisseau il a été supprimé; cette suppression entraîne celle la pièce ll B qui lui sert de guide, du joint 12 et du clapet 13 Le piston est maintenant un anneau 13 A muni d'un clapet unidirectionnel 13 B qui s'ouvre lorsque la pression dans le volume V 2 devient supérieure à celle régnant dans le volume de soufflage Vl. Les cheminées 10 de la figure 1 sont supprimées et remplacées par de simples ouvertures 1 OA La butée 14 B, qui ne s'est pas avérée indispensable à été supprimée. La fonction qui était assurée par le coulisseau, et qui était, d'une part, d'assurer l'étanchéité du volume V 2 au déclenchement du disjoncteur pour profiter au maximum de l'assistance à la manoeuvre due à la surpression dans ce volume, et, d'autre part, d'éviter toute surpression au réenclenchement dans le volume V 2 pour de pas augmenter l'énergie nécessaire à la manoeuvre, est désormais assurée par une bague 40. Cette bague a une largeur suffisante pour obturer les orifices l OA lorsque le disjoncteur est en position enclenchée (position représentée dans la figure 2) et un diamètre voisin du diamètre intérieur du tube 8 B; la bague porte des bossages sphériques 40 A et 40 B pour glisser à frottement doux à l'intérieur du tube 8 B La bague porte des fraisages 40 C pour ne pas obstruer les trous 14 C dans le pistons 14 et qui servent à limiter la pression exercée sur ce piston au cours de la manoeuvre de déclenchement. Le fonctionnement est le suivant, en rappelant que le disjoncteur fonctionne avec la chambre de coupure disposée verticalement; l'axe xx est donc vertical, le bas étant du côté du mécanisme de manoeuvre, à la droite de la figure 2. 7 - En position enclenchée du disjoncteur, la bague repose sur le clapet 16. La bague est de préférence réalisée en acier A l'ouverture du disjoncteur, l'équipage mobile est déplacé vers la droite de la figure, mais, en raison de son inertie, la bague 40 reste pratiquement immobile, assurant la fermeture des orifices 1 OA et permettant ainsi à la pression dans le volume V 3 de monter, jusqu'à la limite fixée par les pertes due aux petits orifices 14 C, et d'aider ainsi à la manoeuvre de déclenchement La bague tombe ensuite sur le piston 14 qui s'est déplacé vers la droite la figure 2. Lors du réenclenchement, la bague remonte, entraînée par le piston 14, et la surpression dans le volume V 2 est évitée car les orifices 1 OA restent ouverts jusqu'à la fin de la manoeuvre. La variante représentée dans la figure 3 concerne un disjoncteur à chambre verticale ou horizontale. Les éléments communs aux figures 1 et 3 ont reçu les mêmes numéros de référence. Dans ce mode de réalisation, les ouvertures 1 OA sont supprimées; le volume V 3 est fermé par un fond 4 F; des ouvertures 4 D sont pratiquées dans le tube 4, au droit du volume V 2, pour faire communiquer ce volume V 2 avec le volume V 4 intérieur au tube 4 B et évacuer la surpression dans ce volume V 4; pour faciliter cette évacuation, le disque de fermeture 17 peut présenter des perçages 17 A On notera que le volume V 4 communique avec le volume Vo et avec le volume V 5 compris entre les cylindres 4 B et 8 B. Les orifices 4 D coopèrent avec une bague 41 disposée intérieurement au tube 4, auquel on a donné un léger ressaut 4 E pour limiter la course de la bague 41. Le fonctionnement est le suivant: 8 - lorsque le disjoncteur est en position enclenchée (position de la figure 3), la bague occupe une position indéterminée entre les pièces 4 E et 17. à l'ouverture du disjoncteur, l'équipage mobile est entraîné à grande vitesse vers la droite de la figure; en raison de son inertie, la bague 41 reste sur place et vient obturer les orifices 4 D, fermant ainsi le volume V 2 et permettant à la surpression dans ce volume de s'exercer pleinement sur le clapet 16 et lu aider à la manoeuvre d'ouverture En fin de manoeuvre de déclenchement, la bague, par inertie, continue son chemin et libère les ouvertures 4 D, ce qui provoque un deuxième soufflage en fin de déclenchement. à la refermeture du disjoncteur, la bague reste par inertie en appui sur la pièce 17, laissant les orifices 4 D ouverts, ce qui permet à la surpression dans le volume V 2 de s'évacuer dans le volume V 4 à travers les orifices 17 A. La figure 4 illustre une variante de réalisation de l'invention, utilisable pour les disjoncteurs dont la chambre de coupure est disposée horizontalement. Cette variante est une adaptation du mode de réalisation de la figure 2, et c'est la raison pour laquelle les éléments communs aux figures 4 et 2 ont reçu les mêmes numéros de référence à l'exception de la bague qui a reçu le numéro 42. La bague 42 est muni d'une gorge annulaire 42 A dans laquelle est logé un ressort 42 B de faible puissance prenant appui d'une part dans le fond du logement 42 A, d'autre part contre le ressaut de la pièce 8 La bague porte un téton 42 C s'engageant dans une fente 8 E du tube 8 B pour limiter la course de la bague 40. Le fonctionnement est le même que celui décrit en référence à la figure 2, le ressort permettant de communiquer à la bague un mouvement équivalent à celui communiqué par la pesanteur. Bien entendu, la variante de la figure 4 peut s'appliquer à la bague de la figure 3. L'invention permet de simplifier la construction des disjoncteurs tout en conservant les propriétés d'aide au déclenchement et d'économie d'énergie au réenclenchement. - REVENDICATIONS 1/ Disjoncteur comprenant pour chaque phase, une enveloppe isolante cylindrique ( 1) remplie de gaz SF 6 sous pression, un contact principal fixe ( 2), un contact d'arc fixe ( 3, 3 A) et un équipage mobile relié à un organe de manoeuvre et comprenant un contact principal mobile ( 5,5 A), un contact d'arc mobile constitué d'un tube ( 4, 4 A), un cylindre de soufflage ( 5) terminé par une buse de soufflage ( 6) et coopérant avec un premier piston ( 11), un second piston solidaire ( 14) de l'équipage mobile et coulissant dans un second cylindre fixe ( 8 B), le second piston présentant une section grande vis-à-vis de la section du cylindre de soufflage, le volume (V 2) compris entre les deux cylindres pouvant être mis en communication avec le volume (VO) contigu à l'enveloppe ou avec le volume (V 3) intérieur audit tube par des ouvertures ( 1 OA, 4 D), caractérisé par le fait que lesdites ouvertures coopèrent avec une bague ( 40, 41) pouvant prendre une première et une seconde positions extrêmes, la première dans laquelle lesdites ouvertures sont ouvertes et correspondant à une position de repos de l'équipage mobile, la seconde dans laquelle les ouvertures sont fermées et qui subsiste pendant une grande partie de la phase de déclenchement du disjoncteur. 2/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe est disposée verticalement, la bague ( 40, 41) passant de la seconde position à la première position par gravité. 3/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe est disposée horizontalement, la bague ( 42) passant de la seconde position à la première position sous l'action d'un ressort ( 42 B) disposé à l'intérieur de la bague et prenant appui sur une partie fixe du disjoncteur. il - 4/ Disjoncteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la course de la bague est limitée par un téton ( 42 C) solidaire de la bague et s'engageant dans une fente pratiquée dans une partie fixe du disjoncteur. 5/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les ouvertures (IOA) sont pratiquées dans le second cylindre ( 8 B), la bague coulissant dans ce second cylindre. 6/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les ouvertures ( 4 D)sont pratiquées dans le tube ( 4) constituant le contact d'arc mobile, la bague ( 41) coulissant à l'intérieur de ce tube.