Brevet FR2674064A1 — publié le 19920918

Dispositif de varistance et de résistance pour la chambre de coupure d'un disjoncteur La présente invention concerne un dispositif de varistance et de résistance incorporé dans la chambre de coupure d'un disjoncteur à gaz diélectrique, les éléments de varistance et de résistance étant mis en série et logés dans un tube isolant. Le brevet français nc 90 07425 déposé par la demanderesse concerne un disjoncteur à varistance incorporée, avec un dispositif d'insertion de varistance pendant la phase d'ouverture du disjoncteur.10 Selon ce dispositif la varistance est formée d'un empilage de pastilles de préférence à oxydes métalliques à base d'oxyde de zinc. Ces pastilles forment une colonne cylindrique coaxiale à l'enveloppe du disjoncteur Des pastilles résistives peuvent être placées en série avec ces dernières et prolongent l'empilage Leur rôle est de limiter15 la puissance dans les éléments de varistance L'ensemble de l'empilage est logé à l'intérieur d'un tube isolant non étanche. Un simple empilage de pastilles de varistance et de résistance est relativement encombrant en hauteur et nécessite un prolongement vers le haut du disjoncteur. Le but de la présente invention est de rendre compact le dispositif de varistance et de résistance en réduisant efficacement sa hauteur. Pour ce faire, selon la présente invention les éléments de varistance et de résistance sont d'une part superposés, les éléments superposés étant séparés les uns des autres par des éléments isolants et d'autre part juxtaposés, les éléments juxtaposés étant reliés électriquement par des éléments conducteurs intercalés entre les extrémités des éléments superposés et les éléments isolants. Selon une première variante, chaque élément de varistance est constitué d'au moins une varistance annulaire et chaque élément de résistance d'au moins une résistance cylindrique, les éléments de varistance annulaires étant de même dimension et empilés les uns sur les autres et les éléments de résistance cylindriques étant de même dimension et empilés les uns sur les autres dans l'orifice des35 varistances annulaires. -2- Selon cette disposition, de préférence les éléments de varistance sont séparés par des anneaux isolants et les éléments de résistances par des cylindres isolants. Par ailleurs, selon un mode de réalisation préféré chaque élément de résistance cylindrique est inséré en série électriquement aux éléments de varistance annulaires adjacents, la liaison électrique étant réalisée par un disque métallique de diamètre sensiblement égal au diamètre des varistances annulaires et présentant en son centre une cuvette circulaire de diamètre sensiblement égal au diamètre des10 résistances cylindriques. Selon une seconde variante, chaque élément de varistance est constitué d'au moins une varistance cylindrique et chaque élément de résistance d'au moins une résistance cylindrique de même diamètre, ces éléments étant empilés selon deux piles adjacentes, les éléments de résistance étant insérés de façon régulière. Selon cette disposition, de préférence, les éléments sont séparés par des disques isolants. Par ailleurs, selon un mode de réalisation préféré, chaque élément conducteur est constitué d'une lame métallique comportant deux disques circulaires de diamètre sensiblement égal au diamètre des éléments cylindriques et reliés par une languette coudée. Enfin, les éléments cylindriques sont de hauteur égale, les éléments de l'une des piles étant régulièrement décalés en hauteur par rapport aux éléments de l'autre pile. Selon une troisième variante, les éléments de varistances et de résistances sont constitués pour les uns d'au moins une résistance et une varistance cylindriques de même diamètre empilés et pour les autres d'au moins une varistance cyclindrique identique à la varistance précédente, ces éléments étant empilés selon trois piles adjacentes et équidistantes. Selon cette disposition, les éléments superposés sont séparés par des éléments isolants en forme de disque d'épaisseur e comportant un orifice circulaire et une surface de positionnement formé de deux cuvettes circulaires reliées l'une à l'autre, cuvettes et orifices35 ayant un diamètre légèrement supérieur à celui des éléments de -3 - varistance et de résistance et en ce que ces éléments isolants sont disposés les uns au-dessus des autres décalés de 1200 l'un par rapport à l'autre. Dans ce cas, de préférence chaque élément conducteur est constitué d'une lame métallique comportant deux disques de diamètre sensiblement égal au diamètre des éléments cylindriques et reliés par une languette. Enfin, selon un mode de réalisation préféré, les résistances ont une hauteur sensiblement égale à la hauteur des varistances augmentée de l'épaisseur de l'élément isolant e et de l'épaisseur de deux éléments conducteurs. Selon une autre caractéristique de l'invention, une protection parfaite des éléments de varistance et de résistance contre le gaz pollué est assurée En effet, selon l'agencement connu, ces éléments sont en contact direct avec le gaz de coupure (en général du SF 6) de la chambre de coupure. Pour éviter les conséquences néfastes des produits décomposés du SF 6, on protège souvent les surfaces latérales des pastilles par un enrobage spécial Cette protection est améliorée par le fait que le tube isolant recevant les éléments de varistance et de résistance comporte à une de ses extrémités une cartouche de tamis moléculaire, les pièces supports de ce tamis comportant des canaux de passage pour le gaz de coupure dans le tube par l'intermédiaire du tamis. Pour réduire efficacement les surtensions, la varistance est déterminée pour limiter la tension transitoire à environ 1 p u Cette condition impose une certaine valeur ohmique à la résistance afin d'obtenir un courant de décharge à travers le dispositif, thermiquement et diélectriquement acceptable avant l'interruption de ce courant par le dispositif d'insertion. Surtout dans le cas de la coupure en opposition de phases, la valeur de la résistance par chambre de coupure est fixée entre 200 et 800 ohms Avec cette valeur de résistance, le courant peut être limité à quelques centaines d'ampères. Par ailleurs, l'utilisation d'une résistance à coefficient de température faiblement positif permet également de réduire l'énergie -4- en cas de coupure en opposition de phase surtout après la deuxième alternance du courant, avant la coupure définitive du courant par le dispositif d'insertion La résistance est alors déterminée pour qu'elle double sa valeur initiale, par exemple, après la deuxième5 alternance de courant dans le cas de l'opposition de phase. Pour les autres cas de coupure (ligne à vide, court-circuit), la coupure se fait pratiquement à une alternance Ceci permet à la résistance d'avoir une valeur faiblement augmentée et d'obtenir une décharge de la ligne plus rapide La valeur initiale de la résistance10 sera comprise entre 100 et 400 ohms. L'invention est exposée plus en détail à l'aide de dessins représentant seulement des modes de réalisation préférés. La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une première variante de réalisation du dispositif de varistance et de résistance conforme à l'invention. La figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une seconde variante de réalisation du dispositif de varistance et de résistance conforme à l'invention. La figure 3 est une vue de dessus d'un élément conducteur constitutif du dispositif selon cette seconde variante. La figure 4 est une vue de dessus d'un élément isolant constitutif du dispositif selon une troisième variante de réalisation. La figure 5 est une vue en coupe V-V de cet élément isolant. La figure 6 est une vue déployée du dispositif selon cet autre mode de réalisation. La figure 7 est une vue en coupe longitudinale du dispositif conforme à l'invention, représentant plus particulièrement l'agencement d'étanchéité aux pollutions du gaz de coupure. La figure 1 représente une première variante de réalisation conforme à l'invention. Les varistances 1 sont de forme annulaire et empilées en ensembles de quatre varistances selon cet exemple Entre chaque ensemble est insérée en série une résistance 2, de préférence cylindrique.35 Ces résistances 2 sont mises en place dans l'orifice central -5- formé par les varistances annulaires 1. Les paquets de varistances 1 sont séparés par un disque isolant 3 de forme annulaire et de dimensions légèrement supérieures à celles des varistances 1 pour former des surfaces de positionnement de celles-ci. Les résistances 2 sont disposées dans l'orifice de ces disques isolants 3 et sont reliées aux deux paquets de varistances 1 adjacents par un disque conducteur métallique 4 de diamètre extérieur sensiblement égal au diamètre extérieur des varistances et comportant en son milieu une cuvette circulaire Ainsi entre deux disques conducteurs 4 séparés par un disque isolant 3 est logée une résistance 2, en contact avec le fond des cuvettes. Les résistances 2 sont supportées et séparées mutuellement par des cylindres de préférence tubulaires 5, en matière isolante. L'ensemble est disposé dans un tube isolant 23 L'entrée électrique et la sortie électrique sont réalisés comme décrit dans le brevet N O 90 07 425. La longueur totale formée par les éléments de résistance est plus faible que celle formée par les varistances par exemple dans un rapport de 1/2, 1/3 ou 1/4 selon les conditions de fonctionnement exigés. La figure 2 représente un second mode de réalisation de l'invention. Dans ce cas, les varistances 1 sont de forme cylindrique pleine. Les résistances 2 sont de préférence de même forme et de même dimension. Selon l'exemple représenté, chaque ensemble de résistance ou de varistance est constitué de deux éléments cylindriques Varistance 1 et résistance 2 sont donc disposées en ensembles empilés et séparés par des disques circulaires 3 de diamètre légèrement supérieur à celui des résistances et des varistances pour former des surfaces de positionnement de celles-ci. Les paquets de varistance 1 et de résistance 2 sont disposés selon deux piles adjacentes De préférence, les paquets sont décalés de façon régulière, pour permettre l'emploi d'éléments conducteurs 4 6 - identiques sur toute la hauteur des piles. Ces éléments conducteurs 4 (voir également la figure 3) sont formés de clinquants métalliques constitués respectivement de deux disques circulaires 4 a, 4 b, de diamètre égal à celui des varistances5 et des résistances, reliés par une languette coudée 4 c Les disques 4 a, 4 b sont intercalés entre les paquets et les disques isolants 3 pour réaliser la liaison électrique en série des paquets adjacents. Aux extrémités des piles, afin de réaliser des prises d'entrée et de sortie simples, comme décrites dans le brevet N O 90 07 425, une cale 6 de matière quelconque et de hauteur égale à la moitié de la hauteur des paquets est mise en place à l'extrémité de l'une et de l'autre des piles L'ensemble est logé dans un tube 23 isolant. Les figures 4, 5, 6 représentent une troisième variante de réalisation de mise en série de varistances et de résistances. Celles-ci sont de forme cylindriques et sont empilées selon trois piles adjacentes et équidistantes. Les disques isolants sont représentés sur les figures 3 et 4. Ils sont, selon l'exemple représenté, de forme semi-triangulaire et comportent principalement un orifice circulaire 3 a et une surface de positionnement 3 b destiné à recevoir un élément conducteur 4 formé de deux disques circulaires reliés par une languette. La vue déployée du dispositif de résistance et de varistance en utilisant de tels disques est visible sur la figure 6. Les varistances V sont toutes de hauteur égale et les résistances R ont une hauteur égale à celle des varistances V augmentée de l'épaisseur e du disque isolant et de l'épaisseur de 2 lames conductrices 4 L'élément conducteur 4 est de préférence un clinquant métallique permettant par sa relative flexibilité de rattraper les jeux.30 Les disques 3 sont disposés les uns au-dessus des autres, décalés de 1200 l'un par rapport à l'autre Ainsi est réalisé un ensemble de varistance V+ résistance R, varistance V, varistance V+ résistance R, varistance V disposées en série. Cette disposition nécessite un tube isolant 23 de plus grand diamètre que dans les cas précédemment décrits Elle convient donc 7- parfaitement aux disjoncteurs ayant une cuve à la masse, par exemple de type blindé Par contre, la hauteur du tube 23 sera très réduite. La figure 7 représente une caractéristique du dispositif conforme à l'invention concernant l'agencement d'extrémité inférieure de celui-ci. Sur la figure, varistances et résistances sont schématisées selon un empilement simple. Pour éviter que le gaz de coupure puisse entrer directement à l'intérieur 200 du tube 23 à partir de l'espace interne du disjoncteur, une pièce 207 est montée par boulonnage sur un disque 208 coopérant Ces deux pièces reçoivent la cartouche d'un tamis moléculaire 203 et comportent des canaux ou gorges 204, 205 Le gaz est ainsi obligé d'entrer par les gorges 204, à travers la cartouche 203, dans le canal 205 puis dans les gorges 206 d'une plaquette 209 avant de pénétrer dans l'espace 200. Le tamis moléculaire contenu dans la cartouche 203 à surface perforée permet l'absorption des produits décomposés du SF 6 par l'arc de coupure et de l'humidité contenue soit dans le gaz soit dans les composants solides (tube 23, varistances 1, résistances 2). Le canal 205 permet d'équilibrer la pression entre l'espace 200 et l'espace interne du disjoncteur après les manoeuves de coupure. Grâce à l'agencement décrit, la cartouche 203 peut être installée très rapidement, à la dernière minute, avant la mise en place du bras 103 d'insertion du dispositif de varistance et de résistance. -8- REVENDICATIONS l/ Dispositif de varistance et de résistance incorporé dans la chambre de coupure d'un disjoncteur à gaz diélectrique, les éléments de varistance et de résistance étant mis en série et logés dans un tube5 isolant, dispositif caractérisé en ce que les éléments de varistance ( 1) et de résistance ( 2) sont d'une part superposés, les éléments superposés étant séparés les uns des autres par des éléments isolants ( 3) et d'autre part juxtaposés les éléments juxtaposés étant reliés électriquement par des éléments conducteurs ( 4) intercalés entre les extrémités des éléments superposés et les éléments isolants ( 3, 5). 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque élément de varistance est constitué d'au moins une varistance annulaire ( 1) et chaque élément de résistance d'au moins une résistance cylindrique ( 2), les éléments de varistance annulaires ( 1) étant de même dimension et empilés les uns sur les autres et les éléments de résistance ( 2) cylindriques étant de même dimension et empilés les uns sur les autres dans l'orifice des varistances annulaires ( 1). 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments de varistance sont séparés par des anneaux isolants ( 3) et les éléments de résistances par des cylindres isolants ( 5 >. 4/ Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que chaque élément-de résistance ( 2) cylindrique est inséré en série électriquement aux éléments de varistance ( 1) annulaires adjacents, la liaison électrique étant réalisée par un disque métallique ( 4) de diamètre sensiblement égal au diamètre des varistances ( 1) annulaires et présentant en son centre une cuvette circulaire-de diamètre sensiblement égal au diamètre des résistances ( 2) cylindriques. 5/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque élément de varistance est constitué d'au moins une varistance cylindrique ( 1) et chaque élément de résistance d'au moins une résistance cylindrique ( 2) de même diamètre, ces éléments étant empilés selon deux piles adjacentes, les éléments de résistance ( 2) étant insérés de façon régulière. 6/ Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les éléments sont séparés par des disques isolants ( 3). 7/ Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que chaque élément conducteur ( 4) est constitué d'une lame métallique comportant deux disques circulaires ( 4 a, 4 b) de diamètre sensiblement égal au diamètre des éléments cylindriques et reliés par une languette coudée ( 4 c). 8/ Dispositif selon la revendication 5, 6 ou 7, caractérisé en ce que les éléments cylindriques sont de hauteur égale, les éléments de l'une des piles étant régulièrement décalés en hauteur par rapport aux éléments de l'autre pile. 9/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de varistances et de résistances sont constitués pour les uns d'au moins une résistance R et une varistance V cylindriques de même diamètre empilés et pour les autres d'au moins une varistance V15 cylindrique identique à la varistance précédente, ces éléments étant empilés selon trois piles adjacentes et équidistantes. / Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les éléments superposés sont séparés par des éléments isolants ( 3) en forme de disque d'épaisseur e comportant un orifice circulaire ( 3 a) et une surface ( 3 b) de positionnement formé de deux cuvettes circulaires reliées l'une à l'autre, cuvettes et orifices ( 3 a, 3 b) ayant un diamètre légèrement supérieur à celui des éléments de varistance et de résistance et en ce que ces éléments isolants ( 3) sont disposés les uns au-dessus des autres décalés de 1200 l'un par rapport à l'autre.25 11/ Dispositif selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que chaque élément conducteur ( 4) est constitué d'une lame métallique comportant deux disques de diamètre sensiblement égal au diamètre des éléments cylindriques et reliés par une languette. 12/ Dispositif selon la revendication 9, 10 ou 11, caractérisé en ce que les résistances R ont une hauteur sensiblement égale à la hauteur des varistances V augmentée de l'épaisseur de l'élément isolant e et de l'épaisseur de deux éléments conducteurs ( 4). 13/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube isolant ( 23) recevant les éléments de varistance et de résistance comporte à une de ses extrémités une cartouche de tamis moléculaire - ( 203), les pièces supports de ce tamis comportant des canaux de passage ( 204, 205, 206) pour le gaz de coupure dans le tube ( 23) par l'intermédiaire du tamis ( 203). 14/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de la résistance, mise en série avec la varistance, par chambre de coupure est comprise entre 200 et 800 ohms, la varistance par phase étant déterminée pour limiter la tension transitoire à 1 p u. / Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résistance disposée en série avec la varistance a un coefficient de température faiblement positif.