Brevet FR2696316A1 — publié le 19940408

DISJONCTEUR A HAUTE OU MOYENNE TENSION A EXPANSION THERMIQUE ET SOUFFLAGE ADDITIONNEL PAR ASPIRATION La présente invention se rapporte à un disjoncteur à haute ou moyenne tension à expansion thermique et soufflage additionnel par aspiration. Plus exactement, elle concerne un disjoncteur à haute ou moyenne tension comprenant pour chaque phase une enceinte isolante étanche remplie de gaz à bonnes propriétés diélectriques, un contact principal fixe définissant avec une buse isolante une chambre d'expansion, un contact d'arc fixe tubulaire intérieur à ladite chambre d'expansion et un équipage mobile comportant un contact principal mobile et un contact d'arc mobile tubulaire reliés à une tringle de manoeuvre, la buse de soufflage comportant une partie médiane de diamètre interne sensiblement égal au diamètre externe du contact d'arc mobile et se prolongeant par une partie d'extrémité de diamètre interne supérieur au diamètre externe du contact d'arc mobile et définissant un premier jeu annulaire entre elle et le contact d'arc mobile. Dans un tel disjoncteur dans le cas de grands courants, l'arc échauffe le gaz de la chambre d'expansion et l'échauffement est si fort qu'il en résulte un soufflage de l'arc. Par contre, dans le cas de courants faibles, l'expansion thermique générée par l'arc peut s'avérer insuffisante en particulier dans le cas où la vitesse de rétablissement de tension est élevée. La présente invention se propose de résoudre ce problème en ajoutant un soufflage annexe. Le but de l'invention est de réaliser un disjoncteur haute ou moyenne tension à faible énergie de manoeuvre dont la coupure des forts courants et des courants intermédiaires soit 20 à 100% du pouvoir de coupure est obtenue par expansion thermique et la coupure des faibles courants est principalement obtenue par un soufflage d'appoint provoqué par une dépression générée en aval du volume d'expansion thermique. Pour ce faire, conformément à l'invention, le disjoncteur comprend un agencement d'aspiration du gaz actionné lors de l'ouverture du disjoncteur et relié audit premier jeu. Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, ledit contact principal mobile est porté par une pièce tubulaire coaxiale audit contact d'arc mobile, extérieure à celui-ci, fermée à son extrémité opposée aux contacts fixes par une paroi annulaire et définissant un espace annulaire fermé de façon non étanche à son autre extrémité par une pièce annulaire de prolongement de la buse pour définir une chambre d'aspiration de volume minimal lorsque le disjoncteur est en position fermée et de volume maximal lorsque le disjoncteur est en position ouverte, ladite paroi annulaire étant pourvue d'au moins un orifice muni d'un clapet unidirectionnel n'autorisant que la sortie du gaz hors de la chambre d'aspiration. Selon une caractéristique de l'invention, ladite pièce de prolongement définit un second jeu annulaire entre elle et ladite pièce tubulaire. Selon une première variante, l'extrémité du contact d'arc mobile opposée aux contacts fixes est fermé par un clapet unidirectionnel coopérant avec au moins un orifice ménagé dans la paroi du contact d'arc mobile et autorisant la sortie du gaz de l'intérieur du contact d'arc mobile par cet orifice. Selon une seconde variante, le contact d'arc mobile est fermé par une paroi à proximité de son extrémité tournée vers les contacts fixes. Par ailleurs, selon une variante, le contact tubulaire fixe débouche dans une ouverture munie d'un clapet et mettant en communication, lorsque le clapet est ouvert, l'intérieur et l'extérieur de la chambre d'expansion, ce clapet ne pouvant s'ouvrir que si la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de la chambre d'expansion excède une valeur prédéterminée. Selon une autre variante, le contact tubulaire fixe est fermé à son extrémité opposée aux contacts mobiles. L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide de dessins ne représentant qu'un mode de réalisation préférée de l'invention. La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une première variante de réalisation préférée d'un disjoncteur conforme à l'invention, en position fermée. La figure 2 est une vue en coupe longitudinale de cette première variante de réalisation préférée d'un disjoncteur conforme à l'invention, en position d'ouverture, dans le cas de courants faibles. La figure 3 est une vue en coupe longitudinale de cette première variante de réalisation préférée d'un disjoncteur conforme à l'invention, en position d'ouverture, dans le cas de courants forts. La figure 4 est une vue en coupe longitudinale de cette première variante de réalisation préférée d'un disjoncteur conforme à l'invention, en position ouverte. La figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'une deuxième variante de réalisation préférée d'un disjoncteur conforme à l'invention, en position d'ouverture, dans le cas de courants faibles. La figure 6 est une vue en coupe longitudinale d'une troisième variante de réalisation préférée d'un disjoncteur conforme à l'invention, en position d'ouverture, dans le cas de courants faibles. La figure 7 est une vue en coupe longitudinale d'une quatrième variante de réalisation préférée d'un disjoncteur conforme à l'invention, en position d'ouverture, dans le cas de courants faibles. Sur toutes les figures, le disjoncteur à haute ou moyenne tension comprend pour chaque phase une enceinte isolante étanche 1 remplie de gaz à bonnes propriétés diélectriques, un contact principal fixe 2 définissant avec une buse isolante 3 une chambre d'expansion V1, un contact d'arc fixe tubulaire 4 intérieur à ladite chambre d'expansion V1 et un équipage mobile comportant un contact principal mobile 5 et un contact d'arc mobile tubulaire 6 reliés à une tringle de manoeuvre 7, la buse de soufflage 3 comportant une partie médiane 11 de diamètre interne sensiblement égal au diamètre externe du contact d'arc mobile 6 et se prolongeant par une partie d'extrémité 12 de diamètre interne supérieur au diamètre externe du contact d'arc mobile 6 et définissant un premier jeu annulaire J1 entre elle et le contact d'arc mobile 6. Le disjoncteur comprend un agencement de mise en dépression du gaz actionné lors de l'ouverture du disjoncteur et relié audit premier jeu J1. Plus précisément, ledit contact principal mobile 5 est porté par une pièce tubulaire 8 coaxiale audit contact d'arc mobile 6, extérieure à celui-ci, fermée à son extrémité opposée aux contacts fixes 2,4 par une paroi annulaire et définissant un espace annulaire fermé de façon non étanche à son autre extrémité par une pièce annulaire de prolongement 9 de la buse 3 pour définir une chambre d'aspiration V2 de volume minimal lorsque le disjoncteur est en position fermée comme représenté sur la figure 1 et de volume maximal lorsque le disjoncteur est en position ouverte comme représenté sur la figure 4, ladite paroi annulaire étant pourvue d'au moins un orifice muni d'un clapet unidirectionnel 10 n'autorisant que la sortie du gaz hors de la chambre d'aspiration V2. Ladite pièce de prolongement 9 définit un second jeu annulaire J2 entre elle et ladite pièce tubulaire 8. Selon les figures 1 à 4, l'extrémité du contact d'arc mobile 6 opposée aux contacts fixes 2,4 est fermé par un clapet unidirectionnel 13 coopérant avec au moins un orifice 14 ménagé dans la paroi du contact d'arc mobile 6 et autorisant la sortie du gaz de l'intérieur du contact d'arc mobile 6 par cet orifice 14. Le clapet 13 est monté coulissant dans le tube support du contact d'arc mobile 6 et est sollicité par un ressort appuyé contre une bride annulaire intérieure à ce tube support, pour fermer sous l'action du ressort l'extrémité du contact d'arc 6. Dans cette position de fermeture, il bouche également les orifices 14 réalisés sur la paroi du tube support. Par ailleurs, le contact tubulaire fixe 4 débouche dans une ouverture 15 munie d'un clapet 16 et mettant en communication, lorsque le clapet 16 est ouvert, l'intérieur et l'extérieur de la chambre d'expansion V1, ce clapet 16 ne pouvant s'ouvrir que si la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de la chambre d'expansion V1 excède une valeur prédéterminée. Le clapet 16 est sollicité par un ressort pour venir fermer l'extrémité du contact d'arc fixe 4 et sous l'action d'une pression interne à ce dernier il coulisse dans un alésage fixe 17 pour ouvrir cette extrémité. Le gaz peut alors passer à l'extérieur de la chambre d'expansion thermique V1 par l'orifice 18.De plus, le clapet 16 comporte un alésage 19 de petite section transversale permettant un passage continu du gaz de l'extérieur vers l'intérieur de la chambre d'expansion thermique V1 comme il sera vu plus loin. Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant. En cas de coupure de courants faibles, lors de l'ouverture, comme représenté sur la figure 2, le contact d'arc mobile 6 en se déplaçant augmente d'une part le volume d'aspiration V2 et dégage d'autre part le premier jeu J1. Il en résulte une succion ou aspiration comme représenté par des flèches et un déplacement du gaz à l'intérieur de la buse 3 au niveau de l'arc qui est ainsi soufflé. Le gaz aspiré provient de l'extérieur de la chambre d'expansion thermique V1 via l'alésage 19 à l'extrémité du contact d'arc fixe 4 et via le jeu J2. Dans le cas de coupure de courants forts comme représenté sur la figure 3, l'arc entraîne une augmentation de pression dans la chambre d'expansion thermique V1 de façon classique en même temps qu'une aspiration du gaz est créée par le déplacement du contact d'arc mobile 6 au niveau de la chambre d'aspiration V2. I1 en résulte un soufflage efficace de l'arc sur les deux racines de ce dernier et compte tenu de la pression importante, les clapets 13 et 16 s'ouvrent et le gaz peut sortir par les orifices 14 et 18 vers l'extérieur des contacts. Il en est de même des clapets 10 qui permettent l'évacuation du gaz hors de la chambre d'aspiration V2. Selon la figure 5, le contact d'arc mobile 6 est fermé par une paroi à proximité de son extrémité tournée vers les contacts fixes 2,4. Cette variante est une simplification de la précédente. Dans ce cas, lors de coupure de courants forts, le gaz sous pression ne s'échappe que par les clapets 10 de la chambre d'aspiration V2 et par le clapet 16 du contact d'arc fixe 4. Selon la variante représenté sur la figure 6, le clapet 13 du contact d'arc mobile 6 est supprimé mais les orifices 14 conservés. Dans ce cas, lors de la coupure de courants faibles comme représente la figure 6, le gaz aspiré lors de l'ouverture, dans le jeu J1 provient directement de ces orifices 14 et il n'est pas nécessaire de prévoir un alésage de petite section dans le clapet 16 comme précédemment. Selon la figure 7, le contact tubulaire fixe 4 est fermé à son extrémité opposée aux contacts mobiles 5,6. Dans ce cas, l'agencement de la figure 6 est réalisé avec ses orifices 14 de passage afin d'alimenter en gaz la chambre d'aspiration V2 et soufflé l'arc dans la cas de coupure de courants faibles. Dans tous les cas, la dépression créée dans la chambre d'aspiration V2 est fonction de la vitesse de déplacement de l'équipage mobile, du volume de la chambre d'aspiration V2 et des sections des jeux J1 et J2. On peut optimiser ces dimensions pour obtenir un soufflage suffisant pour toutes les durées d'arc dans le cas de coupure de courants faibles. REVENDICATIONS 1) Disjoncteur à haute ou moyenne tension comprenant pour chaque phase une enceinte isolante étanche (1) remplie de gaz à bonnes propriétés diélectriques, un contact principal fixe (2) définissant avec une buse isolante (3) une chambre d'expansion (V1), un contact d'arc fixe tubulaire (4) intérieur à ladite chambre d'expansion (V1) et un équipage mobile comportant un contact principal mobile (5) et un contact d'arc mobile tubulaire (6) reliés à une tringle de manoeuvre (7), la buse de soufflage (3) comportant une partie médiane (11) de diamètre interne sensiblement égal au diamètre externe du contact d'arc mobile (6) et se prolongeant par une partie d'extrémité (12) de diamètre interne supérieur au diamètre externe du contact d'arc mobile (6) et définissant un premier jeu annulaire (J1) entre elle et le contact d'arc mobile (6), disjoncteur caractérisé en ce qu'il comprend un agencement de mise en dépression du gaz actionné lors de l'ouverture du disjoncteur et relié audit premier jeu (J1). 2) Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit contact principal mobile (5) est porté par une pièce tubulaire (8) coaxiale audit contact d'arc mobile (6), extérieure à celui-ci, fermée à son extrémité opposée aux contacts fixes (2,4) par une paroi annulaire et définissant un espace annulaire fermé de façon non étanche à son autre extrémité par une pièce annulaire de prolongement (9) de la buse (3) pour définir une chambre d'aspiration (V2) de volume minimal lorsque le disjoncteur est en position fermée et de volume maximal lorsque le disjoncteur est en position ouverte, ladite paroi annulaire étant pourvue d'au moins un orifice muni d'un clapet unidirectionnel (10) n'autorisant que la sortie du gaz hors de la chambre d'aspiration (V2). 3) Disjoncteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite pièce de prolongement (9) définit un second jeu annulaire (J2) entre elle et ladite pièce tubulaire (8). 4) Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité du contact d'arc mobile (6) opposée aux contacts fixes (2,4) est fermé par un clapet unidirectionnel (13) coopérant avec au moins un orifice (14) ménagé dans la paroi du contact d'arc mobile (6) et autorisant la sortie du gaz de l'intérieur du contact d'arc mobile (6) par cet orifice (14). 5) Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le contact d'arc mobile (6) est fermé par une paroi à proximité de son extrémité tournée vers les contacts fixes (2,4). 6) Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le contact tubulaire fixe (4) débouche dans une ouverture (15) munie d'un clapet (16) et mettant en communication, lorsque le clapet (16) est ouvert, l'intérieur et l'extérieur de la chambre d'expansion (V1), ce clapet (16) ne pouvant s'ouvrir que si la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de la chambre d'expansion (V1) excède une valeur prédéterminée. 7) Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le contact tubulaire fixe (4) est fermé à son extrémité opposée aux contacts mobiles (5,6).