Brevet FR2676857A1 — publié le 19921127

DISPOSITIF D'INSERTION D'UNE VARISTANCE,INCORPORE DANS UN DISJONCTEUR A HAUTE TENSION La présente invention est relative à un dispositif permettant l'insertion électrique en parallèle sur les contacts d'un disjoncteur, lors de l'ouverture et de la fermeture de ce dernier, d'une varistance ou d'une résistance ou d'un ensemble comprenant à la fois une résistance et une varistance, cette varistance ou cette résistance ou cet ensemble10 étant disposée à l'intérieur de l'enveloppe contenant la chambre de coupure du disjoncteur. Un but de la présente invention est de réaliser un dispositif entièrement contenu à l'intérieur de l'enveloppe.15 Un autre but de l'invention est de réaliser un dispositif permettant l'insertion pendant un temps suffisant après la séparation des contacts d'arc lors d'une ouverture du disjoncteur pour permettre de réduire efficacement les surtensions d'ouverture.20 Le dispositif comprend nécessairement deux contacts qui se séparent après l'insertion; un autre but de l'invention est de réaliser un dispositif d'insertion qui, après écoulement du temps d'insertion, effectue une désinsertion rapide de manière à couper25 sans difficulté l'arc résiduel. Un autre but de l'invention est de réaliser un dispositif d'insertion qui, malgré un déplacement relatif rapide de ses éléments constitutifs, possède des moyens d'amortissement pour éviter tout à-coup de30 fonctionnement. Un autre but de l'invention est de réaliser un dispositif permettant l'insertion à l'ouverture et aussi, si souhaité par l'utilisateur, à la fermeture du disjoncteur.35 L'invention a pour objet un dispositif pour l'insertion momentanée, en parallèle sur les contacts 2 - d'un disjoncteur, au début de l'ouverture ou au début de la fermeture dudit disjoncteur, d'un composant électrique choisi parmi les résistances, les varistances, les condensateurs ou une combinaison de ces éléments, ledit disjoncteur comprenant, pour chaque phase, au moins une chambre de coupure comprenant une enveloppe isolante étanche remplie de gaz à bonnes propriétés diélectriques et comportant à son intérieur un contact principal fixe relié à une première prise de10 courant et un contact d'arc fixe, et un équipage mobile comprenant un contact principal mobile relié à une seconde prise de courant, un contact d'arc mobile et une tringle de manoeuvre, ledit disjoncteur comprenant en outre à l'intérieur de ladite chambre ledit15 composant électrique relié d'une part à ladite première prise de courant et d'autre part à au moins un bras de contact portant une couronne de contact, caractérisé en ce qu'il comprend un tube métallique relié mécaniquement et électriquement audit contact principal20 mobile, une tige pouvant coulisser à l'intérieur dudit tube, ladite tige comprenant à une première extrémité un manchon métallique de contact pouvant venir en contact électrique avec ladite couronne de contact, ledit manchon venant en butée sur une première25 extrémité dudit tube, la seconde extrémité de ladite tige étant munie d'une butée conique, la seconde extrémité dudit tube présentant intérieurement une forme conique complémentaire de celle de ladite butée, un ressort en matériau conducteur étant disposé à30 l'intérieur dudit tube et autour de ladite tige entre la première extrémité dudit tube et la seconde extrémité de ladite tige, ledit ressort étant détendu lorsque le disjoncteur est en position de repos enclenchée ou déclenchée.35 Avantageusement, ladite butée porte une bague torique et est en polytétrafluoroéthylène. 3 - Dans un mode particulier de réalisation de l'invention, l'extrémité du manchon de contact voisine du bras de contact est réalisé en un matériau métallique imprégné d'un produit dégageant, sous5 l'effet de l'arc électrique, un gaz. Dans un mode de réalisation applicable aux disjoncteurs à enveloppe métallique à la terre, le bras de contact est réalisé sous la forme d'un tube muni à une extrémité de doigts de contact et muni d'unel O cloison pour délimiter un volume de soufflage, une buse isolante entourant les doigts de contact. L'invention est précisée par la description de plusieurs modes de mise en oeuvre de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel: la figure 1 est une vue partielle en coupe axiale d'une chambre de coupure avec varistance à l'intérieur de ladite chambre et dispositif d'insertion de cette varistance, selon un premier mode de réalisation de l'invention, les figure 2 A et 2 B sont des vues agrandies en coupe axiale du dispositif d'insertion, dans des positions correspondant respectivement à l'état fermé du disjoncteur et en cours de manoeuvre d'ouverture, la figure 3 est une vue en coupe axiale d'un dispositif d'insertion selon une variante de réalisation de l'invention. Dans la figure 1, la référence 1 désigne une enveloppe isolante, de préférence en porcelaine, délimitant un volume 2 contenant les éléments de30 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 un35 premier tube métallique 6 constituant le contact principal fixe, et un second tube 7, coaxial au premier, constituant le contact d'arc fixe. 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 , et muni d'une cloison métallique transversale il 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 11, percée de trous 15 pour le passage du gaz de soufflage, porte une buse de soufflage 17 en matériau isolant Le soufflage est15 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. Une varistance est placée à l'intérieur du volume 2 Celle-ci est constituée par un empilage de disques 18 placés dans un tube isolant 19, fixé par une extrémité à la plaque 3 et fermée à l'autre extrémité par un bloc métallique 20. En variante, la varistance peut être associée à plusieurs éléments ohmiques (résistance); l'invention s'applique également aux disjoncteurs dans lesquels il n'y a que des éléments ohmiques Dans la suite on ne mentionnera, par souci de simplification, que la présence à l'intérieur de la chambre de coupure, d'une30 varistance, mais on doit comprendre que l'invention s'applique à tout disjoncteur dans lequel un composant électrique (varistance, résistance, condensateur, ou toute combinaison de ces éléments) doit être inséré, soit à l'ouverture du disjoncteur, soit à la fermeture,35 soit au cours de ces deux manoeuvres. -5 - Le dispositif d'insertion de l'invention est globalement représenté en 30 dans la figure 1 Il coopère avec un contact constitué de bras 31, fixés au bloc métallique 20 et portant une couronne métallique5 31 A Un exemple détaillé de réalisation du dispositif d'insertion est représenté dans les figures 2 A et 2 B. Le dispositif d'insertion comprend un tube métallique 32, possédant une saillie 32 A par laquelle le tube est fixé mécaniquement et relié électriquement au tube 9, par exemple par brasage A l'intérieur du tube est disposée une douille 33, par exemple en téflon La douille 33 et le tube 32 définissent un15 logement dans lequel est logé une première extrémité d'un ressort 34 qui s'appuie contre un épaulement 32 B pratiqué à l'intérieur du tube 32 La douille 33 est vissée sur l'épaulement 32 C Une rondelle isolantes 35 est collée à l'extrémité supérieure du tube 32.20 L'extrémité inférieure du tube 32 présente un profil intérieur 32 D de forme conique, dont le rôle sera expliqué plus loin. A l'intérieur de la douille 33 peut coulisser une tige 37, par exemple en laiton à haute résistance, terminé par une portion 37 A de plus grand diamètre percée d'un alésage fileté 37 B Vers l'extrémité inférieure de la portion 37 A, un épaulement 37 C sert d'appui à la seconde extrémité du ressort 34 Sur l'extrémité inférieur de la portion 37 A est engagée une30 butée ou bague 38, à profil extérieur conique, réalisée de préférence en polytétrafluoroéthylène, et munie d'une bague torique 39 La bague 38 est maintenue en place par la tête d'un boulon 40, vissé dans l'alésage 37 B avec interposition de bagues 41 et 42. 6 - A la partie supérieure de la tige 37 est vissé un manchon de contact 43, réalisé avantageusement en cuivre. Le fonctionnement du dispositif est le suivant: lorsque le disjoncteur est en position fermée (figures 1 et 2 A), le manchon de contact 43 est en contact avec la couronne 31 A et la varistance est court-circuitée par les contacts principaux et les contacts d'arc Le ressort 34 est détendu. lu à l'ouverture du disjoncteur, l'équipage mobile est entraîné vers le bas de la figure, entraînant le tube 32 qui comprime le ressort 34; en raison de l'inertie de la tige 37 et du manchon de contact 43, ceux-ci restent immobiles, de telle sorte15 que la varistance est insérée dans le circuit du disjoncteur après la séparation des contacts d'arc 7 et 14 Le courant passe alors par les bras de contact 31, la couronne 31 A, le manchon de contact 43, la tige 37, le ressort 34 le tube 32 et le tube 9 Le ressort est20 avantageusement réalisé en cuivre au beryllium. Lorsque le ressort arrive en fin de compression, (position de la figure 2 B), la tige 37 est entraînée, ce qui produit la séparation du manchon de contact 43 et de la couronne 31 A et, par suite, la25 désinsertion de la varistance. Lorsque l'équipage mobile du disjoncteur s'est immobilisé, la détente du ressort ramène la tige 37 dans sa position initiale par rapport au tube 32. Grâce à la partie conique du tube 32, qui coopère avec la bague conique 38, ces deux éléments ayant des formes conjuguées complémentaires l'entraînement de la tige se fait sans à- coup. Il est possible de dimensionner le dispositif de manière à ajuster le temps d'insertion de la varistance à l'ouverture du disjoncteur; pour cela, on dispose de deux paramètres: 7 - d'une part, la longueur dl correspondant à la longueur du déplacement du tube 32 avant entraînement de la tige 37 (figure 2 B), d'autre part, la distance a entre la couronne 31 A et l'extrémité du tube 7 (figure 1) Plus la distance a est faible, plus il faut allonger la distance dl. Le dispositif permet également d'insérer la varistance à la fermeture du disjoncteur Il suffit pour cela que l'extrémité du manchon de 43 vienne en contact avec la couronne 31 A avant que les contacts d'arc 7 et 14 viennent en contact La distance a détermine le temps d'insertion à la fermeture dont la durée est habituellement de l'ordre de 8 ms Si, au15 repos, l'extrémité du contact d'arc mobile 14 et l'extrémité 43 A du manchon de contact 43 sont au même niveau, et si la distance a est nulle, il ne peut y avoir insertion de la varistance à la fermeture du disjoncteur.20 A la séparation du manchon de contact 43 et de la couronne de contact 31 A, il se produit un arc; celui-ci sera plus facilement éteint si l'extrémité 43 A du manchon de contact 43 est réalisé en un matériau métallique imprégné d'un produit dégageant, sous25 l'action de l'arc, du gaz, tel que du fluor On peut citer par exemple un produit à base de poudre métallique imprégnée de polymère, connu sous la marque FULMEX. La figure 3 représente une variante de réalisation du dispositif, utilisable avantageusement pour les disjoncteurs à enveloppe métallique à la masse, dans lesquels on dispose d'un espace relativement important autour des éléments de coupure. Dans cette réalisation, o les éléments communs aux35 figures précédentes et à la figure 3 ont reçu les mêmes numéros de référence, les bras de contact 31 sont 8 - remplacés par un tube 50 terminé par des doigts de contact 51 Le tube comporte un fond 53, de sorte que son volume intérieur 56 constitue un volume de soufflage de l'arc qui s'établit à la séparation des5 doigts 51 et du contact 43 A Une buse 54, en matériau isolant tel que le polytétrafluoroéthylène, favorise ce soufflage. Le tube 32 du dispositif est fixé au tube mobile par un bras 55 Dans ce mode de réalisation, o la distance a est égale à zéro, il n'y a pas d'insertion de varistance à la fermeture du disjoncteur. On peut aussi supprimer le fond 53 et utiliser le volume 57 comme volume d'expansion thermique et de soufflage Dans ce cas, on réalise un double soufflage de l'arc avec un écoulement de gaz vers le haut à travers le tube 50 et un écoulement de gaz vers le bas à travers le col de la buse 54. L'invention s'applique aux disjoncteurs à haute tension de type conventionnel à enveloppe céramique ou de type à enveloppe métallique à la terre. -9 - REVENDICATIONS 1/ Dispositif pour l'insertion momentanée, en parallèle sur les contacts d'un disjoncteur, au début de l'ouverture ou au début de la fermeture dudit disjoncteur, d'un composant électrique choisi parmi les résistances, les varistances, les condensateurs ou une combinaison de ces éléments, ledit disjoncteur comprenant, pour chaque phase, au moins une chambre de10 coupure comprenant une enveloppe isolante étanche remplie de gaz à bonnes propriétés diélectriques et comportant à son intérieur un contact principal fixe relié à une première prise de courant et un contact d'arc fixe, et un équipage mobile comprenant un contact15 principal mobile relié à une seconde prise de courant, un contact d'arc mobilee et une tringle de manoeuvre, ledit disjoncteur comprenant en outre à l'intérieur de ladite chambre ledit composant électrique relié d'une part à ladite première prise de courant et d'autre part20 à au moins un bras de contact ( 31) portant une couronne de contact ( 31 A), caractérisé en ce qu'il comprend un tube métallique ( 32) relié mécaniquement et électriquement audit contact principal mobile ( 9), une tige ( 37) pouvant coulisser à l'intérieur dudit tube, ladite tige comprenant à une première extrémité un manchon métallique de contact ( 43) pouvant venir en contact électrique avec ladite couronne ( 31 A), ledit manchon venant en butée sur une première extrémité dudit tube ( 32), la seconde extrémité de ladite tige30 étant munie d'une butée conique ( 38), la seconde extrémité dudit tube ( 32) présentant intérieurement une forme conique complémentaire de celle de ladite butée ( 38), un ressort ( 34) en matériau conducteur étant disposé à l'intérieur dudit tube ( 32) et autour de ladite tige ( 37) entre la première extrémité dudit tube ( 32) et la seconde extrémité de ladite tige ( 37), ledit - ressort étant détendu lorsque le disjoncteur est en position de repos enclenchée ou déclenchée. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit ressort ( 34) est guidé à une de ses extrémité par un manchon ( 33) isolant et coaxial audit tube ( 32). 3/ Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite butée ( 38) à profil extérieur conique porte une bague torique ( 39). 4/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite bague ( 38) est en polytétrafluoroéthylène. / Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'extrémité ( 43 A) du manchon de contact est réalisé en un matériau métallique imprégné d'un produit dégageant, sous l'effet de l'arc électrique, un gaz diélectrique. 6/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le bras de contact est réalisé sous la forme d'un tube ( 50) muni à une extrémité de doigts de contact ( 51) et muni d'une cloison ( 53) pour délimiter un volume de soufflage, une buse isolante ( 54) entourant les doigts de contact. 7/ Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la buse isolante ( 54) forme avec le tube ( 50) un volume de soufflage ( 57), la cloison ( 53) étant supprimée. 8/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance (dl)correspondant à la longueur du déplacement du tube ( 32) avant entraînement de la tige ( 37) est déterminée pour obtenir un temps d'insertion de la varistance à l'ouverture de l'ordre de 8 millisecondes.