Brevet FR2694127A1 — publié le 19940128

Disjoncteur à deux chambres de coupure concentriques L'invention concerne un disjoncteur à gaz à auto- soufflage comportant au moins deux chambres d'expansion thermique, dites chambres de coupure, ayant des volumes5 différents pour couper une large gamme de courants allant des petits courants aux grands courants, par exemple des courants électriques allant de O à 25000 ampères. Elle s'applique en particulier aux disjoncteurs à haute et à moyenne tension ayant une enveloppe remplie d'un gaz à bonnes propriétés diélectriques en particulier du SF 6 et qui ne comportent ni piston de soufflage ni aimant. On connaît déjà un disjoncteur à auto-soufflage comportant deux chambres d'expansion thermique ayant des volumes différents pour permettre de couper des courants15 situés dans une grande plage de courants Chaque chambre comporte, pour un pôle, un élément de coupure constitué d'un contact fixe et d'un contact mobile coulissant à l'intérieur de la buse de soufflage de la chambre Les éléments de coupure des deux chambres sont montés en série et les contacts mobiles pour les deux chambres sont reliés à un organe de manoeuvre commun. Le but de l'invention est de réduire le nombre d'éléments de contact pour un disjoncteur à gaz à expansion thermique ayant deux chambres d'expansion permettant de25 couper efficacement des courants dans une grande gamme de courants électriques. A cet effet l'invention a pour objet un disjoncteur à gaz à autosoufflage comportant au moins deux chambres d'expansion thermique ayant des volumes différents et30 pourvues chacune d'une buse de soufflage, caractérisé par le fait que lesdites buses de soufflage sont superposées et ont des sections de passage du gaz sensiblement concentriques pour être traversées par un contact d'arc mobile unique coulissant. Avantageusement, la chambre de plus petit volume est incorporée dans la chambre de plus grand volume de manière à réduire la course du contact d'arc mobile. La chambre de plus petit volume coulisse à l'intérieur de la chambre de plus grand volume ce qui permet d'obtenir un meilleur soufflage de l'arc électrique pour les faibles courants à couper. La chambre de plus petit volume coulissant à l'intérieur de la chambre de plus grand volume coulisse aussi le long d'un contact d'arc complémentaire du contact d'arc mobile pour obtenir un meilleur soufflage de l'arc électrique pour les grands courants à couper. Les chambres d'expansion ont des sections concentriques. Les avantages obtenus par l'invention sont les suivants L'élément de coupure a une forme simple Le nombre de pièces du disjoncteur est réduit par rapport aux disjoncteurs classiques à auto- soufflage comportant deux chambres d'expansion Le disjoncteur selon l'invention20 fonctionne avec une énergie de commande beaucoup plus faible que les appareils ayant deux contacts mobile par pâle le disjoncteur fonctionne pour toute la plage de courants allant de O à 25000 ampères et au delà dans certains cas. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit d'un exemple de réalisation de l'invention faite en référence aux dessins. La figure 1 représente schématiquement le disjoncteur selon l'invention comprenant deux chambres d'expansion fixes et concentriques. 30 La figure 2 représente schématiquement le disjoncteur selon l'invention à deux chambres d'expansion dont l'une est mobile par rapport à l'autre, le contact d'arc mobile étant en position enclenchée. La figure 3 représente schématiquement le disjoncteur de la figure 2, le contact d'arc mobile étant en position pour couper des petits courants. La figure 4 représente le disjoncteur de la figure 2, le contact d'arc mobile étant en position pour couper des grands courants. La figure 5 représente une autre variante du disjoncteur selon l'invention. Sur la figure 1, le disjoncteur à moyenne ou haute tension comprend une enveloppe 1 étanche remplie d'un gaz diélectrique, tel que du SF 6, à l'intérieur de laquelle est placé un ensemble de coupure d'arc électrique.10 L'ensemble de coupure comprend un premier cylindre 2 délimitant une chambre d'expansion thermique ayant un volume Vi et ayant une buse de soufflage 3 pour souffler l'arc électrique engendré par des grands courants à couper, un second cylindre 4 incorporé dans le cylindre 2 et portant une buse 5 pour souffler l'arc électrique engendrer par des petits courants à couper Le second cylindre 4 délimite une chambre d'expansion thermique ayant un volume V 2 plus petit que le volume Vl De préférence, les deux cylindres ont des sections concentriques (cylindres coaxials) pour rendre20 compact l'ensemble de coupure. Un premier contact d'arc 6 fixe, électriquement relié à une première prise de courant à travers les deux cylindres 4 et 2, est placé à l'intérieur du petit cylindre 4 dans la zone d'arc Ce premier contact peut être du type à tulipe et possède des doigts de contact 20. Chaque cylindre 2,4 possède une extrémité fermée reliée à l'enveloppe et portant le contact d'arc fixe 6 et une extrémité ouverte portant une buse de soufflage 3,5 Les buses de soufflage 3,5 sont superposées et distantes l'une30 de l'autre comme visible sur la figure 1 Elle ont des sections de passage du gaz sensiblement concentriques (alignées axialement) Elles sont traversées par un contact d'arc mobile unique 7 rectiligne électriquement relié à une seconde prise de courant et mécaniquement à un organe de35 manoeuvre qui le fait coulisser à l'intérieur des buses perpendiculairement à leur section pour l'enclencher entre les doigts 20 du contact fixe 6 ou le libérer de ceux-ci. Les contacts 6 et 7 sont alignés. Le contact mobile 7 présente une partie terminale 8 à section complémentaire à celle de la buse 5 pour l'obturation de celle-ci et une partie médiane 9 à section complémentaire à celle de la buse 3 pour l'obturation de cette dernière La buse 5 a une section de passage de gaz plus petite que celle de la buse 3, la dimension des sections des buses étant fonction des volumes respectifs des10 chambres d'expansion. Le contact mobile 7 porte en outre des doigts 10 pour le passage du courant permanent en établissant un contact électrique avec la surface extérieure du premier cylindre 2. Tel que représenté sur la figure 1, le contact mobile 7 est enclenché dans le contact fixe 6 En position fermée, le courant passe par les doigts de contact permanent 10. Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant Dans le cas o un petit courant traversant l'ensemble de coupure doit être coupé, l'organe de manoeuvre du disjoncteur est20 actionné pour déplacer le contact mobile 7 Le passage de courant permanent par les doigts 10 est interrompu dans un premier temps puis il y a commutation des contacts d'arc 6 et 7 et un arc électrique apparaît entre ceux-ci L'énergie émise par l'arc électrique provoque une montée en pression du gaz dans le volume V 2 par augmentation de la température et une circulation de gaz s'opère entre ce volume et le volume Vi qui joue le rôle d'un volume de détente du fait de la différence de pression entre ces deux volumes et du dégagement de la buse 5 par le contact d'arc 7 se déplaçant.30 La circulation de gaz coupe l'arc électrique au passage à zéro du courant. Dans le cas o un grand courant doit être coupé, l'énergie émise par l'arc provoque une montée en pression du gaz à la fois dans le volume Vi et dans le volume V 2 et une35 circulation de gaz s'opère des volumes Vi et V 2 vers le volume de détente V 3 pour souffler l'arc électrique, le contact d'arc 7 ayant libéré aussi la buse 3, en fin de course. Par conséquent, par le simple coulissement du contact mobile 7 à l'intérieur des buses 3 et 5, l'arc électrique peut être soufflé pour des petits et des grands courants à couper. En variante, comme visible sur la figure 2, le petit cylindre 4 est monté coulissant à l'intérieur du grand cylindre et porte une partie il du premier contact 6,10 l'autre partie 12 du contact 6 reliée à la première prise électrique étant fixe Cette partie 12 pénètre dans une cavité 17 aménagée dans le petit cylindre et est électriquement reliée à ce dernier par des contacts accordéons 13 Le grand cylindre est relié par son extrémité fermée à l'enveloppe 1 par l'intermédiaire d'un troisième cylindre 15 ayant des orifices 14 débouchant dans le volume de détente V 3 et dans lequel coulisse aussi le petit cylindre 4. Lorsque le contact d'arc mobile 7 est en position enclenchée, la buse 5 reste en appui sur la buse 3 sous l'effet d'un ressort 16 en appui sur la paroi de l'enveloppe et exerçant une force de poussée sur le petit cylindre. Pour couper des petits courants comme visible sur la figure 3, le petit cylindre 4 reste en place et la circulation du gaz schématisée par une flèche s'opère directement du volume V 2 vers le volume de détente V 3 soumis à une pression de gaz plus faible que le volume V 2 ce qui améliore l'efficacité du soufflage de l'arc électrique Pour les grands courants, le petit cylindre 4 coulisse, sous30 l'effet de la montée en pression du gaz dans les volumes Vl et V 2, à l'intérieur du grand cylindre 2 et du troisième cylindre 15 selon la même direction que le coulissement du contact mobile 7 et dans un sens inverse comme visible sur la figure 4 jusqu'à venir en butée contre la partie fixe 1235 du contact d'arc 6 Le déplacement du petit cylindre est causé par la montée en pression du gaz dûe à l'arc électrique dans le volume V 2 Le déplacement du petit cylindre 4 entraîne la séparation des buses 3 et 5 La circulation de gaz schématisée par deux flèches s'effectue alors depuis les volumes Vl et V 2 vers le volume V 3 comme 5 dans le cas précédent Après la coupure du courant, le petit cylindre 4 revient en position de repos sous l'action du ressort 16 Ce montage permet aussi de réduire la course du contact d'arc mobile 7. Selon encore une autre variante comme visible sur la figure 5, le premier contact 6 est en une seule partie fixe et le petit cylindre 4 coulisse à l'intérieur du grand cylindre 2 Et le long du premier contact 6 fixe Le premier contact 6 présente un épaulement 18 servant de butée pour arrêter la course du petit cylindre.15 La buse 5 repose toujours sur la buse 3 sous l'effet du ressort 16 Le soufflage de l'arc électrique engendré par des petits courants à couper est identique au cas de la figure 3 Dans le cas de grands courants, le petit cylindre coulisse à l'intérieur du grand cylindre 2 et du troisième20 cylindre 15 sous l'effet de la montée en pression du gaz dans les volumes Vi et V 2 mais l'arc électrique à souffler n'est pas allongée par le déplacement du petit cylindre, le contact d'arc 6 restant fixe, ce qui augmente l'efficacité du soufflage de l'arc électrique.25 REVENDICATIONS 1) Un disjoncteur à auto-soufflage comportant au moins deux chambres d'expansion thermique ( 2,4) ayant des volumes différents et pourvues chacune d'une buse de soufflage ( 3,5), caractérisé par le fait que lesdites buses de soufflage sont superposées et ont des sections sensiblement concentriques pour être traversées par un contact mobile unique ( 7) coulissant.10 2) Le disjoncteur selon la revendication 1, dans lequel la chambre de plus petit volume ( 4) est incorporée dans la chambre de plus grand volume ( 2) pour réduire la course du contact d'arc mobile.15 3) Le disjoncteur selon la revendication 2, dans lequel la chambre de plus petit volume ( 4) coulisse à l'intérieur de la chambre de plus grand volume ( 2). 4) Le disjoncteur selon la revendication 3, dans lequel la chambre coulissant à l'intérieur de la chambre de plus grand volume coulisse aussi le long d'un contact d'arc ( 6) complémentaire au contact d'arc mobile ( 7). 5) Le disjoncteur selon l'une des revendications précédentes dans lequel les chambres d'expansion ont des sections concentriques.