Brevet FR2696274A1 — publié le 19940401

Disioncteur à haute tension à auto-soufflage ayant une chambre de coupure à compression de aaz réduite L'invention se rapporte à un disjoncteur à haute tension du type à auto-soufflage ayant une chambre de coupure à compression de gaz réduite. On connaît du document EP- 0475270 un disjoncteur à haute tension du type à auto-soufflage, comprenant une enveloppe isolante entourant une chambre d'expansion remplie10 d'un gaz diélectrique sous pression, deux contacts d'arc coopérant entre eux, l'un au moins faisant partie d'un ensemble de contact mobile solidaire d'un organe de manoeuvre et adapté pour être déplacé axialement dans l'enveloppe entre une position de fermeture et une position15 d'ouverture, l'ensemble de contact mobile étant constitué par deux tubes coaxiaux pour délimiter, de part et d'autre d'une couronne reliant les tubes, une chambre de soufflage à volume constant fermée par une buse de soufflage et une chambre de compression communiquant avec la chambre de20 soufflage et fermée par un piston semi-mobile. Pendant une opération d'ouverture, le gaz dans la chambre de compression est comprimé du fait que la distance entre le piston et la couronne séparant la chambre de compression de la chambre de soufflage décroît Dans ce25 disjoncteur connu, le gaz diélectrique est comprimé pendant tout le déplacement de l'ensemble de contact mobile entre la position de fermeture et la position d'ouverture Le déplacement de l'ensemble de contact mobile requiert une certaine quantité d'énergie La quantité d'énergie30 nécessaire est d'autant plus grande que le gaz dans la chambre de compression est comprimé pendant toute la course de l'ensemble de contact mobile. Le but de l'invention est de réduire la consommation d'énergie du disjoncteur pendant une opération d'ouverture. A cet effet, l'invention à pour objet un disjoncteur à haute tension du type à auto-soufflage, comprenant une enveloppe isolante entourant une chambre d'expansion remplie d'un gaz diélectrique sous pression, deux contacts d'arc coopérant entre eux, l'un au moins faisant partie d'un ensemble de contact mobile solidaire d'un organe de-5 manoeuvre et adapté pour être déplacé axialement dans l'enveloppe entre une position de fermeture et une position' d'ouverture, l'ensemble de contact mobile étant constitué par un premier tube et un second tube coaxial au premier tube pour délimiter, de part et d'autre d'une première10 couronne reliant le premier et le second tubes, une chambre de soufflage à volume constant fermée par une buse de soufflage et une chambre de compression communiquant avec la chambre de soufflage et fermée par un piston, caractérisé par un moyen pour immobiliser le piston pendant une première15 partie du déplacement de l'ensemble de contact mobile entre la position de fermeture et la position d'ouverture et un moyen pour déplacer axialement le piston avec l'ensemble de contact mobile pendant une seconde partie de ce même déplacement de l'ensemble de contact mobile.20 Dans le cas de faibles courants à couper, l'extinction de l'arc se produisant entre les contacts d'arc pendant une opération d'ouverture, se fait à l'aide d'une compression du gaz dans la chambre de compression Or l'extinction de l'arc obtenue par un flux de gaz provenant de la chambre de25 compression s'opère avant la fin du déplacement de l'ensemble de contact mobile Par conséquent, il n'est pas nécessaire de comprimer le gaz dans la chambre de compression pendant tout le déplacement de l'ensemble de contact mobile A partir de l'instant o le piston se30 déplace avec l'ensemble de contact mobile, la quantité d'énergie nécessaire pour manoeuvrer l'ensemble de contact mobile est très réduite du fait qu'il n'y a plus de compression de gaz. Selon une autre caractéristique de l'invention, le moyen pour déplacer axialement le piston est constitué par un organe d'entraînement solidaire de l'ensemble de contact mobile qui entraîne une butée solidaire du piston pendant la seconde partie du déplacement de l'ensemble de contact mobile, cette butée étant disposée sur le trajet de l'organe d'entraînement. 5 Le piston est relié à un troisième tube pourvu d'au moins une lumière dans laquelle coulisse un doigt solidaire du premier tube et qui s'étend radialement par rapport à celui-ci en direction du second tube. Le moyen pour immobiliser le piston est constitué par un ressort disposé entre l'organe d'entraînement et le piston et par un organe de retenue fixe coopérant avec le piston Ce ressort permet en outre de compenser les effets de surpression de gaz dans la chambre de compression en cas de coupure de forts courants.15 Un exemple de réalisation de l'invention est décrit ci-après en détail en référence aux figures. Les figures l A,,l B,l Csont des vues en coupe longitudinale d'un disjoncteur ayant une chambre de coupure à compression limitée, respectivement en position de fermeture, en position de fin de compression et en position d'ouverture. Dans ce qui suit, on décrira une chambre de coupure, étant entendu qu'un disjoncteur à haute tension, peut comporter, pour chaque phase, plusieurs chambres de coupure du type qui va être décrit Sur les figures l A à 1 C, les mêmes références désignent des éléments identiques. Sur les figures, la référence 1 désigne une enveloppe isolante, de préférence en porcelaine, délimitant une chambre d'expansion 2 remplie d'un gaz à bonnes propriétés30 diélectriques, par exemple l'hexafluorure de soufre sous une pression de quelques bars. Le disjoncteur comprend un ensemble fixe et un ensemble de contact mobile. L'ensemble fixe comprend un contact d'arc 3, constitué d'un tube métallique dont l'extrémité 3 A est réalisée en un matériau résistant aux effets de l'arc, par exemple un alliage à base de tungstène L'ensemble fixe comprend également un contact permanent fixe 4 constitué de doigts protégés par un capot pare-effluves 5 Le contact d'arc et le contact permanent fixe sont reliés électriquement à une 5 première prise de courant, non représentée. L'ensemble de contact mobile comprend une pièce de manoeuvre 6 traversant la chambre 2 de manière étanche et reliée à un mécanisme non représenté A la pièce 6 est relié un ensemble métallique comprenant deux tubes 7 et 810 coaxiaux, le tube 8 ayant un diamètre plus grand que le tube 7 Les deux tubes 7,8 sont reliés entre eux par une couronne métallique 9 Ces tubes et cette couronne sont de préférence réalisés en une seule pièce venue d'usinage. Le tube 7 constitue le contact d'arc mobile Son extrémité 7 A est réalisée en un matériau résistant aux effets de l'arc et coopère avec le contact 3-3 A Le tube 8 possède une extrémité 8 A, de diamètre réduit et portant une buse de soufflage 10 en matériau isolant La portion tubulaire 8 A constitue le contact mobile permanent du20 disjoncteur et coopère, lorsque le disjoncteur est en position enclenchée (position de fermeture) avec les doigts 4 comme le montre la figure l A. L'extrémité 8 A du tube 8, la buse de soufflage 10, le tube 7 et la couronne 9 délimitent une chambre de soufflage 17 La couronne 9, les tubes 7 et 8 et un piston il délimitent une chambre de compression 18 séparée de la chambre de soufflage par la couronne 9 Le piston coulisse axialement entre les tubes 7 et 8 de façon étanche Le piston il est relié à un tube 12 coaxial aux tubes 7 et 8 30 L'extrémité libre du tube 12 est reliée à une couronne 12 A formant une collerette La couronne 12 A coopère avec une couronne 14 A reliée à un tube 14 fixe coaxial au tube 12, la couronne 14 A formant une butée de fin de course du tube 12 pendant une manoeuvre de fermeture Le tube 14 est relié35 électriquement à une seconde prise de courant non représentée Le tube 14 supporte par ailleurs un contact permanent formé de doigts 16 en contact électrique avec le tube 8 Il faut comprendre que la couronne 11, le tube 12 et la couronne 12 A forment une seule pièce venue d'usinage. Un ou plusieurs doigts 7 B solidaires du tube 7 et s'étendant radialement par rapport à celui-ci en direction du tube 8 s'engagent par leur extrémité libre dans une ou des lumières 13 aménagées dans le tube 12 On comprendra que les doigts 7 B et le tube 7 forment une seule pièce. Un ou plusieurs ressorts 15 sont disposés entre le ou les doigts 7 B et le piston 11. Le piston il est équipé d'un clapet unidirectionnel li A permettant une circulation de gaz de la chambre de coupure 2 vers la chambre de compression De même la couronne 9 est équipée d'un clapet unidirectionnel 9 A15 permettant une circulation de gaz de la chambre de compression 18 vers la chambre de soufflage 17. Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant. Pour enclencher le disjoncteur, le tube de manoeuvre 6 est actionné pour déplacer l'ensemble de contact mobile vers la gauche comme indiqué par la flèche f sur la figure l A. Pendant cette manoeuvre de fermeture, le ressort 15 est comprimé du fait que la distance entre le doigt 7 B et le piston il décroît En effet, le doigt 7 B se déplace vers la gauche tandis que le piston est maintenu immobile du fait25 que la couronne 12 A est retenue par la couronne 14 A Par ailleurs, la chambre de compression 18 se remplit de gaz provenant de la chambre de coupure 2 du fait que l'éloignement de la couronne 9 du piston il provoque l'ouverture du clapet li A De même, la chambre de soufflage30 17 se remplit de gaz provenant de la chambre de compression 18 du fait de l'ouverture du clapet unidirectionnel 9 A En position enclenchée, le courant traverse les doigts 4, le tube 8 A,8, les doigts 16, le tube 14. Pour couper un courant, le tube de manoeuvre 6 est actionné pour déplacer l'ensemble de contact mobile vers la droite comme indiqué par la flèche o sur les figures 1 B et 1 C Les contacts permanents 4 et 8 A se séparent Le courant est commuté sur les contacts d'arc 3-3 A et 7 A et un arc se produit entre les contacts d'arc lorsqu'ils se séparent. L'arc électrique chauffe le gaz dans la région de l'arc ce 5 qui provoque une augmentation de la pression dans la chambre de soufflage Le courant d'arc suit un système de fréquence à courbe sinusoïdale et quand la valeur du courant approche le passage à zéro, la surpression dans la chambre 17 s'évacue au travers du canal délimité par le tube 7 A et la10 buse 10 et provoque le soufflage de l'arc Lorsque le déplacement de l'ensemble de contact mobile a été suffisant pour que le contact d'arc 3 A libère la sortie de la buse 10 o la pression est inférieure à la pression de la chambre de soufflage, le gaz sous pression dans la chambre de15 soufflage passe par la sortie de la buse pour s'évacuer dans la chambre de coupure 2 L'arc électrique est refroidi par la circulation de gaz et coupé au passage à zéro du courant. Durant la manoeuvre d'ouverture, le gaz dans la chambre de compression est comprimé du fait que la distance entre la couronne 9 et le piston il décroît En effet pendant une première partie du déplacement de l'ensemble de contact mobile, le doigt 7 B se déplace librement dans la lumière 13 du tube 12 entre une extrémité gauche de la lumière et une extrémité droite de la lumière alors que la25 couronne 12 A du tube 12 est maintenue en butée contre la couronne 14 A du fait de l'action du ressort 15 sur le piston 11 Ceci provoque une montée de la pression dans la chambre de compression Lorsque le doigt 7 B arrive en butée contre l'extrémité droite de la lumière après avoir parcouru une30 distance Dx, il entraîne le tube 12 et donc le piston il jusqu'à la fin du déplacement de l'ensemble de contact mobile Durant cette seconde partie du déplacement de l'ensemble de contact mobile, la compression du gaz dans la chambre de compression 18 est interrompue et l'énergie35 nécessaire à l'actionnement du tube de manoeuvre est réduite. Avant la fin du déplacement de l'ensemble de contact mobile, la pression dans la chambre de soufflage décroît comme décrit ci-dessus, et le clapet unidirectionnel 9 A s'ouvre Ceci conduit à une diminution de la pression dans 5 la chambre de compression ce qui provoque une circulation de gaz de la chambre de compression vers la chambre de soufflage puis vers la région de l'arc Le gaz froid de haute densité provenant de la chambre de compression remplace alors le gaz chaud de basse densité dans la région10 de l'arc ce qui provoque une réduction considérable de la température dans la chambre de soufflage et donc un meilleur fonctionnement du disjoncteur. Quand il s'agit de couper des petits courants, l'augmentation de pression dans la chambre de soufflage provoquée par l'arc est insuffisante pour couper efficacement l'arc Dans un tel cas, l'extinction de l'arc s'effectue à l'aide de la chambre de compression dans laquelle s'opère une montée en pression du gaz pendant l'opération d'ouverture La pression dans la chambre de20 compression devient ainsi plus grande que dans la chambre de soufflage ce qui provoque l'ouverture du clapet 9 A et une circulation de gaz depuis la chambre de compression vers la chambre d'expansion Cette circulation de gaz est suffisante pour couper l'arc au passage à zéro du courant L'opération25 d'ouverture se poursuit pour éloigner les contacts d'arc alors que le volume de compression dans la chambre de compression reste constant du fait que le piston il est entraîné avec l'ensemble de contact mobile La consommation d'énergie du disjoncteur pour cette partie du déplacement de30 l'ensemble de contact mobile est réduite. REVENDICATIONS 1) Un disjoncteur à haute tension du type à auto- soufflage, comprenant une enveloppe isolante ( 1) entourant une chambre d'expansion ( 2) remplie d'un gaz diélectrique sous pression, deux contacts d'arc ( 3 A-7 A) coopérant entre eux, l'un au moins faisant partie d'un ensemble de contact mobile solidaire d'un organe de manoeuvre ( 6) et adapté pour être déplacé axialement dans l'enveloppe entre une position de fermeture et une position d'ouverture, l'ensemble de contact mobile étant constitué par un premier tube ( 7) et un second tube ( 8) coaxial au premier tube pour délimiter, de part et d'autre d'une première couronne ( 9) reliant le premier et le second tubes, une chambre de soufflage ( 17) à15 volume constant fermée par une buse de soufflage ( 10) et une chambre de compression ( 18) communiquant avec la chambre de soufflage et fermée par un piston ( 11) semi-mobile, caractérisé par un moyen pour immobiliser le piston pendant une première partie du déplacement de l'ensemble de contact20 mobile entre la position de fermeture et la position d'ouverture et par un moyen pour déplacer axialement le piston avec l'ensemble de contact mobile pendant une seconde partie de ce même déplacement de l'ensemble de contact mobile.25 2) Le disjoncteur selon la revendication 1, dans lequel le moyen pour déplacer axialement le piston ( 11) est constitué par un organe d'entraînement ( 7 B) solidaire de l'ensemble de contact mobile qui entraîne une butée-30 solidaire du piston pendant la seconde partie du déplacement de l'ensemble de contact mobile, cette butée étant disposée sur le trajet de l'organe d'entraînement. 3) le disjoncteur selon la revendication 2, dans lequel le piston est relié à un troisième tube ( 12) pourvu d'au moins une lumière ( 13) dans laquelle coulisse un doigt ( 7 B)solidaire du premier tube ( 7) et qui s'étend radialement par rapport à celui-ci en direction du second tube ( 8). 4) Le disjoncteur selon la revendication 2, dans lequel le moyen pour immobiliser le piston ( 11) est constitué par un ressort ( 15) disposé entre l'organe d'entraînement et le piston et par un organe de retenue fixe ( 14 A) coopérant avec le piston.