Brevet FR2677168A1 — publié le 19921204

DISJONCTEUR MOYENNE TENSION A ENERGIE DE COMMANDE REDUITE. L'invention est relative à un disjoncteur moyenne tension à énergie de commande réduite ayant une enveloppe étanche allongée, remplie d'un gaz à rigidité diélectrique élevée, une paire de contacts d'arc, dont l'un mobile est monté à coulissement longitudinal, et est susceptible d'occuper une position ouvert de séparation des contacts d'arc et une position fermé d'aboutement des contacts d'arc, une paire de contacts principaux dont l'un est mobile, un mécanisme de commande à énergie de commande correspondant sensiblement à l'énergie nécessaire au déplacement du contact mobile principal et du contact d'arc mobile, accouplés audit mécanisme, lequel mécanisme est agencé pour fermer les contacts d'arc avant les contacts principaux et ouvrir ces derniers avant les contacts d'arc et un ressort de pression des contacts d'arc, dont la force correspond aux forces électrodynamiques de répulsion des contacts d'arc engendrées par le passage du courant. Un disjoncteur du genre mentionné permet une ouverture et une fermeture des contacts principaux sans arc, le courant étant shunté par les contacts d'arc Le shuntage du courant par les contacts d'arc peut se faire uniquement si ces derniers sont fermés correctement, et il est donc indispensable d'éviter toute ouverture intempestive sous l'effet des forces de répulsion électrodynamique La force du ressort de pression des contacts d'arc doit être capable de vaincre ces forces de répulsion, et il est dimensionné en conséquence Ce ressort est à chaque manoeuvre comprimé par le mécanisme de commande qui lui fournit une énergie correspondante. Dans un disjoncteur connu (FR-A-2 496 334) à autosoufflage pneumatique, cette énergie est récupérée lors de l'ouverture du disjoncteur et mise à contribution pour déplacer le piston de compression des gaz de soufflage de l'arc. Le développement de nouvelles techniques de coupure, en l'occurrence de la coupure par autoexpansion et/ou arc tournant et la coupure dans le vide (FR-A-2 596 578 et demande de brevet français 8916443 du 11 12 1989) a permis la suppression des pistons de soufflage pneumatique, et l'énergie emmagasisée dans le ressort de pression de contact est reprise par le mécanisme, équipé de systèmes amortisseurs ou dissipateurs d'énergie. La présente invention part de la constatation que la pression de contact au niveau des contacts d'arc n'est utile que pendant une courte période de dérivation du courant à travers les contacts d'arc Tant que ou dès que les contacts principaux sont fermés, le courant passe par ces contacts principaux et les contacts d'arc ne sont soumis à aucun effet de répulsion Compte-tenu de ce fait, la présente invention vise à réduire au maximum l'énergie nécessaire à la commande du disjoncteur et notamment l'énergie de compression du ressort de pression de contact d'arc. Le disjoncteur selon l'invention est caractérisé en ce que le mécanisme de commande du contact d'arc mobile comporte une liaison télescopique ayant une course limitée correspondant à la surcourse imposée par la fermeture préalable et l'ouverture postérieure des contacts d'arc et que ledit ressort est inséré dans ladite liaison télescopique à l'état précomprimé, cette précompression étant quasiment conservée en permanence pour toute position de ladite liaison télescopique. Le ressort est précomprimé à la force nécessaire à la tenue des forces de répulsion électrodynamique, et cette force est disponible dès la venue en aboutement des contacts d'arc La course de compression additionnelle du ressort peut être faible et elle est déterminée par le mécanisme qui provoque la fermeture ou l'ouverture des contacts principaux pendant cette course additionnelle L'énergie potentielle emmagasinée dans le ressort et de ce fait, l'énergie fournit par le mécanisme sont ainsi notablement réduites et le mécanisme peut être conçu pour simplement déplacer les contacts mobiles L'ensemble de la commande est ainsi simplifié. Selon-un développement de l'invention, le contact mobile d'arc est commandé par une genouillère venant en position de point mort lors de la fermeture des contacts d'arc La compression additionnelle du ressort intervient ainsi au voisinage du point mort et le couple nécessaire à cette compression additionnelle est relativement faible Cette disposition permet également une course limitée du contact d'arc en position de fermeture, alors que le contact principal, commandé par une autre manivelle, poursuit son déplacement La liaison télescopique est avantageusement disposée au niveau de l'articulation de la bielle sur la manivelle constituant la genouillère, et le ressort de compression, fournissant la pression de contact d'arc, est disposé au niveau de cette liaison télescopique En position de fermeture du disj oncteur, les contacts d'arc peuvent être fermés, la genouillère étant au point mort ou légèrement au- delà du point mort, mais il est également possible de réouvrir legèrement les contacts d'arc par un dépassement du point mort de la genouillère Ce dépassement doit bien entendu être suffisamment faible pour assurer une fermeture des contacts d'arc, lors d'une manoeuvre d'ouverture, avant la séparation des contacts principaux. L'invention est applicable à tous les dispositifs de coupure nécessitant une faible énergie de manoeuvre, en l'occurrence, les dispositifs à autosoufflage par autoexpansion et/ou rotation de l'arc et aux dispositifs à coupure dans le vide De la manière décrite dans la demande de brevet précitée N 08916443, la cartouche à vide ou à autoexpansion est disposée dans une enceinte étanche remplie d'un gaz à rigidité diélectrique élevée, notamment à hexafluorure de soufre, et dans cette enceinte sont logés, adjacents à la cartouche, les contacts principaux ainsi que la manivelle de commande des contacts mobiles Le circuit principal contenant les contacts principaux est avantageusement disposé parallèlement et à côté du circuit de shuntage contenant les contacts d'arc, et le contact principal mobile est un contact pivotant relié à une manivelle solidaire de la manivelle de commande des contacts d'arc. Il est clair que l'invention est applicable à d'autres dispositifs de coupure nécessitant de faibles énergies de manoeuvre. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, d'un mode de mise en oeuvre de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un disjoncteur à autoexpansion selon l'invention représenté en position ouvert; Les figures 2 et 3 sont des vues analogues à celle de la figure 1 montrant le disjoncteur respectivement en cours de fermeture et en position fermée; La figure 4 illustre le cycle de fermeture et d'ouverture des contacts du disjoncteur selon la figure 1. La figure 5 est une vue analogue à celle de la figure 1, illustrant un disjoncteur à vide. Sur les figures, un disjoncteur moyenne tension est logé dans une enveloppe ou enceinte étanche 1 i 0, dont la paroi 12 métallique ou isolante peut être celle d'une installation ou d'un poste à isolation gazeuse ou celle d'un pôle ou des trois pôles du disjoncteur Le pôle représenté sur les figures comporte deux traversées 11,13 dont les extrémités internes à l'enceinte 10 sont agencées respectivement en contact principal fixe 14 et en support d'un contact principal mobile 15 monté à pivotement sur un axe 16 A l'intérieur de l'enceinte 10 est disposée une ampoule 17 contenant des contacts d'arc fixe 18 et mobile 1 9 Les contacts d'arc 18,19 sont reliés électriquement par les conducteurs 20, respectivement aux traversées 11 et 13 et en position de fermeture, les contacts d'arc 18,19 shuntent les contacts principaux 14, 15 L'ampoule 17 représentée sur les figures 1 à 3, constitue une chambre de coupure d'un dispositif d'extinction d'arc par autoexpansion et/ou arc tournant. L'ampoule 17 communique avec le volume interne de l'enceinte 10 par le contact mobile 19 tubulaire et l'ensemble est rempli d'hexafluorure de soufre. Un arbre rotatif 21 de commande traverse la paroi 12 et porte à son extrémité interne une manivelle double 22,23 La manivelle 22 est reliée au contact mobile principal 15 par une biellette , tandis que la manivelle 23 est reliée au contact d'arc mobile 19 par une biellette 25 comprenant une liaison 26 à course morte. Cette liaison à course morte 26 est constituée par une lumière allongée 27, ménagée dans la manivelle 23 et un tourillon 28 monté à coulissement dans la lumière 27 et porté par la biellette Un ressort de compression 29 intercalé entre la manivelle 23 et le tourillon 28, sollicite ce dernier vers le fond de la lumière 27 opposé à l'arbre de commande 21 Au contact d'arc fixe 18 est associée une bobine 30 de soufflage magnétique en rotation de l'arc tiré entre les contacts d'arc 18,19 Le ressort de compression 29 est précomprimé à une valeur correspondant à la force électrodynamique de répulsion s'exercant entre les contacts d'arc aboutés 18,19, en position de fermeture et parcourus par le courant à couper En position d'ouverture représentée à la figure 1, les contacts principaux 1 4,15 et les contacts d'arc 18,19 sont séparés La fermeture du disjoncteur est commandée par une rotation dans le sens des aiguilles d'une montre sur les figures de la manivelle double 22,23 qui provoque d'une part, le pivotement du contact principal 15, et d'autre part le coulissement du contact d'arc mobile 19 Le mécanisme est agencé pour fermer les contacts d'arc 18,19 juste avant la fermeture des contacts principaux 14,15, et éviter ainsi la formation d'étincelles ou d'un arc sur ces derniers La fermeture des contacts d'arc 18,19 intervient au moment ou le tourillon 27 atteint la position 27 'juste avant l'alignement de la genouillère constituée par la manivelle 23 et la biellette 25. Au cours de la rotation poursuivie de la manivelle double 22,23, le contact mobile d'arc 19, abouté au contact d'arc fixe 18, reste immobile, tandis que le tourillon 28 coulisse dans la lumière 27 à l'encontre du ressort de compression 29 pour atteindre l'extrémité opposée de cette lumière 27 lors du passage du point mort représenté à la figure 2 Dans cette position, les contacts principaux 14,15 sont déjà fermés, et une poursuite de la rotation des manivelles 22,23 engendre, d'une part une fermeture complète des contacts principaux 14,15, et d'autre part un dépassement du point mort qui provoque dans un premier temps un coulissement inverse du tourillon 28 dans la lumière 27, et par la suite un coulissement vers le bas du contact d'arc mobile 19 Dans la position ouverte du disjoncteur représentée à la figure 3, les contacts d'arc 1 8, 19 sont séparés, et l'ensemble du courant passe par les contacts principaux 14,15 La longueur de la lumière allongée 27 est juste suffisante pour fermer les contacts d'arc 1 8,19, de la manière représentée à la figure 4, un peu avant les contacts principaux 1 4,15, et pour maintenir ces contacts d'arc 18,19 fermés, jusqu'à la confirmation de la f emeture des contacts principaux 1 4,15 Dans l'exemple représenté sur les figures, les contacts d'arc 18,19 sont faiblement réouverts en position de fermeture du disjoncteur, mais une telle réouverture n'est pas indispensable et il est concevable de laisser les contacts d'arc 18,19 aboutés en position de fermeture du disjoncteur La manoeuvre d'ouverture est commandée par une rotation inverse de l'arbre de commande 21 qui provoque en un premier temps, la refermeture des contacts d'arc 18,19 et le passage du point mort de la genouillère 23,25 Dans cette position intermédiaire représentée à la figure 2, les contacts principaux 14,15 sont encore fermés, tandis que le tourillon 28 s'est déplacé vers l'extrémité opposée de la lumière 27 Une rotation poursuivie de l'arbre 21 commande par la suite une séparation des contacts principaux 14,15 et après parcours de la course morte constituée par la lumière 27, une ouverture des contacts d'arc 18,19. La figure 4 représente les cycles d'ouverture et de fermeture des contacts principaux 14,15 et des contacts d'arc 18,19, qui sont d'ailleurs bien connus des spécialistes Les contacts principaux 14,15 s'ouvrent sans formation d'arc, le courant étant commuté dans le circuit dérivé comprenant les contacts d'arc 18,19 Dès la commutation du courant, les contacts d'arc 18,19 sont soumis aux forces électrodynamiques de répulsion qui sont compensés par le ressort de compression 29, qui évite toute ouverture intempestive des contacts d'arc 18,19 susceptible de provoquer un réamorçage sur les contacts principaux 14,15. La course du tourillon 28 dans la lumière allongée 27 est suffisamment faible pour ne pas modifier notablement la compression du ressort 29 précomprimé, et l'énergie nécessaire à cette course est relativement limitée De la même manière, l'énergie restituée par le ressort 29 au mécanisme après passage du point mort est également limitée. Le ressort précomprimé 29 n'est actif qu'au voisinage du point mort de la genouillère 23,25 et le couple en résultant sur l'arbre de commande 21 est donc faible Il est clair que la course morte 27,28 et le ressort précomprimé 29 peuvent être disposés en un autre emplacement, notamment au niveau du contact mobile 19 ou de la biellette 25 Le mécanisme entraîne simplement les contacts mobiles 15,19 et pour cela il lui suffit de vaincre les forces de friction On comprend que l'emploi d'un ressort précomprime selon l'invention est particulièrement avantageux pour les disjoncteurs utilisant un dispositif de coupure à faible énergie de commande, notamment du type à autoexpansion ou à coupure dans le vide. La figure 5 illustre l'application à un disjoncteur à vide, les mêmes numéros de repère désignant des pièces analogues ou identiques à celles des figures 1 à 3 L'ampoule ou cartouche 1 7 est hermétiquement close sous vide, bien connue des spécialistes, et les autres éléments sont identiques à ceux décrits ci-dessus. L'invention est bien entendu nullement limit 5 e au mode de mise en oeuvre plus particulièrement décrit. REVENDICATIONS 1 Disjoncteur moyenne tension à énergie de commande réduite ayant une enveloppe ( 10) étanche allongée, remplie d'un gaz à rigidité diélectrique élevée, une paire de contacts d'arc ( 18,19), dont l'un ( 19) mobile est monté à coulissement longitudinal, et est susceptible d'occuper une position ouvert de séparation des contacts d'arc ( 18,19) et une position fermé d'aboutement des contacts d'arc, une paire de contacts principaux ( 14,15) dont l'un ( 15) est mobile, un mécanisme de commande à énergie de commande correspondant sensiblement à l'énergie nécessaire au déplacement du contact mobile principal ( 15) et du contact d'arc mobile ( 19), accouplés audit mécanisme, lequel mécanisme est agencé pour fermer les contacts d'arc ( 18,19) avant les contacts principaux ( 14,15) et ouvrir ces derniers avant les contacts d'arc et un ressort ( 29) de pression des contacts d'arc, dont la force correspond aux forces électrodynamiques de répulsion des contacts d'arc ( 18,19) engendrées par le passage du courant, caractérisé en ce que le mécanisme de commande du contact d'arc mobile ( 19) comporte une liaison télescopique ( 27,28) ayant une course limitée correspondant à la surcourse imposée par la fermeture préalable et l'ouverture postérieure des contacts d'arc ( 18,19) et que ledit ressort ( 29) est inséré dans ladite liaison télescopique ( 27,28) à l'état précomprimé, cette précompression étant quasiment conservée en permanence pour toute position de ladite liaison télescopique. 2 Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit mécanisme comprend une genouillère ( 23,25) formée par une première manivelle ( 23) et une bielle de liaison ( 25) audit contact d'arc mobile ( 19) et que dans la position de fermeture des contacts d'arc ( 18,19), ladite genouillère est au voisinage du point mort. 3 Disjoncteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un tourillon ( 28) d'articulation entre la bielle ( 25) et la 1 O première manivelle ( 23) est logé dans une lumière allongée ( 27) s'étendant en position de fermeture des contacts d'arc ( 18,19) sensiblement dans l'alignement du contact d'arc mobile ( 19) et que ledit ressort ( 29) sollicite ledit tourillon ( 28) vers le fond de la lumière ( 27) en position d'allongement de ladite genouillère. 4 Disjoncteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la lumière ( 27) est ménagée dans la première manivelle ( 23) et que le ressort ( 29) à précompression est intercalé entre le tourillon ( 27) et la première manivelle ( 23). Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paire de contacts d'arc ( 18,19) est logée dans une chambre d'expansion ( 17) disposée dans ladite enveloppe ( 10), et qu'aumoins l'un ( 19) des contacts d'arc est tubulaire pour faire communiquer ladite chambre ( 17) avec l'enveloppe ( 10). 6 Disjoncteur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une bobine ( 30) de soufflage magnétique en rotation de l'arc est associée auxdits contacts d'arc ( 18,19). 7 Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite paire de contacts d'arc ( 18,19) est logée dans une cartouche à vide, elle-même disposée dans ladite enveloppe ( 10). 8 _ Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les contacts principaux ( 14,15) comportent un contact principal pivotant ( 15), relié par une bielle ( 24) à une deuxième manivelle ( 22) solidaire de la première ( 23). 9 Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'en position de fermeture des contacts principaux ( 14,15), les contacts d'arc ( 18,19) sont 1 1 dans une position de faible réouverture.