Brevet FR2709019A1 — publié le 19950217

DISJONCTEUR A INSERTION DE RESISTANCE D'OUVERTURE PAR ARCS MULTIPLES La présente invention concerne la coupure des courants à grande composante continue, que l'on rencontre par exemple dans les réseaux alternatifs à haute tension à compensation série, lors de l'apparition de certains types de défauts. La présence de la composante continue peut entralner le non passage par zéro du courant, pendant plusieurs périodes. Il est alors difficile de couper le courant par des disjoncteurs à hexafluorure de soufre (SF6) classiques. Il est bien connu que pour remédier à cet inconvénient, il faut, par un moyen convenable, absorber l'énergie du réseau due à cette composante continue en insérant temporairement une résistance dans le circuit. Une résistance de valeur convenable permet en effet de faire tendre vers zéro, en un temps relativement court, cette composante continue. L'insertion d'une résistance est similaire à la création d'une tension d'arc élevée. Il a été proposé d'utiliser une chambre de coupure à fusibles permanents en série avec un disjoncteur haute tension classique. La fusion des fusibles, lors d'une opération de déclenchement sur défaut, produit une très forte tension d'arc qui fait décroître très rapidement la composante continue du courant de défaut. Il a été proposé d'utiliser une chambre de coupure à haute pression munie de moyens pour créer plusieurs arcs en série, et on pourra se référer au document FR-A-9111756. Ces solutions nécessitent l'emploi d'appareils nouveaux. Un but de la présente invention est de réaliser un disjoncteur capable d'insérer une ou plusieurs résistances en utilisant les disjoncteurs à SF6 existant sur le marché moyennant une modification de faible cout. L'idée de base est d'utiliser le déplacement de l'arc le long du contact d'arc fixe et le long du contact d'arc mobile pour insérer successivement des résistances de faibles valeurs disposées dans la chambre de coupure et reliées respectivement au contact d'arc fixe et au contact d'arc mobile. L'invention a ainsi pour objet un disjoncteur tel que décrit dans les revendications. L'invention est maintenant expliquée en détail par la description d'un exemple de réalisation, en référence au dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est un diagramme montrant les variations d'un courant alternatif à grande composante continue, - la figure 2 est une vue schématique en coupe axiale de l'ensemble contacts fixes et contacts mobiles d'une chambre de coupure d'un pâle de disjoncteur, - la figure 3 est une vue agrandie de la patie fixe de l'ensemble de la figure 2, - la figure 4 est une vue agrandie de la partie mobile de l'ensemble de la figure 2. L'oscillogramme de la figure 1 montre le courant de défaut avec le passage par zéro du courant retardé. Pour avancer le passage par zéro du courant, il faut donc insérer, le plus vite possible à partir de la séparation des contacts d'arc, des résistance dans le circuit. Par exemple si la séparation de contacts d'arc a lieu à l'instant tO, on veut forcer le passage à zéro du courant à l'instant tl (une pseudo-période après tO), ou au plus tard à l'instant t2 (deux pseudo-périodes après tO). La chambre de coupure, correspondant à un pâle d'un disjoncteur classique, représentée partiellement et de manière schématique dans les figures 2 à 4, comprend une enveloppe isolante 1, de révolution, fermée à ses extrémités par des flasques métalliques non représentés constituant des prises de courant; l'enveloppe et les flasques délimitent un volume fermé étanche 2 rempli de gaz à bonnes propriétés diélectriques tel que l'hexafluorure de soufre sous une pressions de quelques hectopascals. La chambre enferme un ensemble fixe et un ensemble mobile. L'ensemble fixe comprend un tube-support métallique 3 relié mécaniquement et électriquement à l'une des prises de courant précitées, et supportant par l'intermédiaire de bras 5, un bloc métallique 6 portant le contact principal fixe 7 du pâle de disjoncteur, et un tube métallique 8 constituant le contact d'arc fixe du pâle. L'ensemble mobile comprend un bloc métallique 10 de section annulaire constituant le fond d'un cylindre annulaire délimité par deux cylindres métalliques coaxiaux Il et 12; le cylindre 11 est relié par des contacts glissants non représentés à la seconde prise de courant du pâle; le cylindre 12 est mécaniquement relié à une tige isolante de manoeuvre non représentée actionnée par une commande non représentée. Le bloc 10 porte des contacts 14 pour le passage du courant permanent, protégés par un capot pare-effluves 15; le bloc porte également des doigts de contact d'arc 16 et une buse de soufflage 17 en matériau isolant. Un piston fixe 18 est placé dans l'espace annulaire constitué par les cylindres il et 12; il permet, lors d'une manoeuvre d'ouverture du disjoncteur, d'envoyer du gaz comprimé, par les trous 19, sur la zone d'arc. L'ensemble fixe est muni d'un empilage A de résistances 21, 22, 23 destinées à être insérées dans le circuit lors de l'ouverture du disjoncteur, pour limiter la valeur du courant. De même, l'ensemble mobile est équipée d'un empilage B de résistances 41, 42, 43. La figure 3 montre comment sont disposées et connectées les résistances 21 à 23. Ces résistances sont réalisées sous forme de pastilles de 0,2 à 0, 3 fl, enfermées dans un boîtier isolant 24 et séparées les unes des autres par des plaques métalliques 21A, 22A et 23A. Une extrémité du bloc des résistances est en contact électrique avec le contact d'arc tubulaire 8 par une pièce métallique d'extrémité 24A. Le contact 8 est muni, au voisinage de son extrémité, de bagues métalliques extérieures 27, 28 et 29 et de bagues métalliques intérieures 31, 32 et 33; les bagues extérieures, en nombre égal à celui des résistances de l'empilement A, sont isolées les une des autres et du contact 8 par un isolant 30; les bagues intérieures, en nombre égal à celui des résistances de l'empilement A, sont isolées les unes des autres et du contact 8 par un isolant 34. Les ensembles isolant et bagues peuvent être réalisés sous forme de tubes isolants dans lesquels sont insérées les bagues. On désigne par 34A la portion d'isolant séparant le tube 8 du contact 31. Le contact 8 possède des canaux permettant le passage de fils électriques tels que 25 et 26 pour chacune des bagues à l'une des plaques séparant les résistances. Ces fils sont isolés (par exemple par émaillage) ou gainés. Les bagues 27 à 29 sont ainsi reliées respectivement aux plaques 21A à 23A; de même, les bagues 31 à 33 sont reliées respectivement aux plaques 21A à 23A. L'exemple pris est celui de trois pastilles de résistance; l'invention n'est pas limitée à ce nombre. Le contact d'arc mobile 16, formés de doigts de contact coopérant avec le tube 8, est prolongé axialement par possède par un tube isolant 54 dans lequel sont insérées trois bagues métalliques 51, 52 et 53. Les résistances 41 à 43 de l'ensemble B sont réalisées sous forme de rondelles accolées à des disques ou plaques métalliques 41A, 42A et 43A; elles sont placées dans un boîtier isolant 44; l'empilage des résistance est complété par une plaque métallique 44A en contact électrique avec le bloc métallique 10. Les bagues 51 à 53 sont respectivement reliées électriquement, par des fils isolés ou gainés tel que 55, aux anneaux 41A, 42A et 43A. On désigne par 54A la portion isolante, de longueur d, entre l'extrémité du tube 54 et la bague 53. On désigne par 1 la longueur entre l'extrémité des doigts 16 et l'extrémité du tube isolant 54. Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant: - à l'ouverture du pâle, quand les doigts d'arc 16 quittent le tube 8, un arc jaillit entre les extrémités de ces pièces. Le gaz comprimé par le piston 18 souffle l'arc vers l'intérieur du tube 8. L'arc franchit la portion isolante 34A et atteint la bague 31. La résistance 21 est alors insérée dans le circuit par les conducteurs 25. La différence de potentiel entre le tube 8 et la bague 31 est égale au produit de la résistance 31 (par exemple 0,2 Q) par la valeur du courant d'arc (par exemple 1000 à 2000 A), soit 200 à 400 V. La longueur de la portion 34A et celles des portions séparant les bagues 31, 32 et 33 les unes des autres, sont choisies pour que l'arc puisse aisément franchir les portions isolantes. L'arc poursuivant sa progression arrive sur la bague 32, ce qui entraîne l'insertion de la résistance 22, puis sur la bague 33, ce qui insère la résistance 23. Au total, une résistance de 0,6 à 0,9 n sera ainsi insérée. De la même manière, du côté des contacts mobiles, l'arc a tendance à s'accrocher sur la bague 53, après avoir traversé la portion isolante 54A, puis successivement sur les bagues 52 et 51. Ceci provoque l'insertion successive dans le circuit des résistances 53, 52 et 51. On choisit 1 et d de façon à n'insérer les résistances 41 à 43 que si les courants sont inférieurs à 1000 A, car le volume de ces résistance est relativement faible (faute de place) et ces résistances ne peuvent absorber qu'une énergie relativement faible. Quand le contact 8 quitte le col de la buse 17, l'arc peut être entraîné à s'accrocher sur les bagues 27, 28 et 29, ce qui provoque l'insertion par les conducteurs 26 des résistances 21, 22 et 23. Grâce aux dispositions qui viennent d'être décrites, il est possible, pendant une durée de l'ordre de 10 millisecondes, d'insérer des résistances qui absorberont l'énergie de la composante continue du courant à couper. L'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit et représenté. On peut sans sortir du cadre de l'invention, choisir un nombre différent d'éléments de résistance et éventuellement n'en disposer que sur un seul des ensembles, fixe ou mobile, du disjoncteur. On peut aussi utiliser des résistances dont la résistivité varie positivement assez vite avec la température pour augmenter leur valeur initiale, par exempleen utilisant un conducteur à base de fer. REVENDICATIONS 1/ Disjoncteur comprenant pour chaque pôle au moins une chambre de coupure constituée d'une enveloppe isolante étanche remplie d'un gaz à bonnes propriétés diélectriques, l'enveloppe enfermant un ensemble fixe comportant un contact pour le passage du courant permanent et un contact d'arc reliés à une première prise de courant, et un ensemble mobile comportant un contact pour le passage du courant permanent et un contact d'arc reliés à une seconde prise de courant, l'enveloppe comprenant en outre un cylindre de soufflage coopérant avec un piston de soufflage et une buse de soufflage, caractérisé en ce qu'au moins l'un des ensembles comprend un empilage de résistances (A, B), une extrémité de l'empilage étant reliée électriquement à la prise de courant correspondant audit ensemble, chacune des résistances de l'empilage étant reliée, par un fil électrique isolé (25, 55), à une bague métallique isolée (31, 32, 33; 51, 52, 53) rapportée sur le contact d'arc correspondant audit ensemble. 2/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'ensemble muni de résistances (A,21, 22, 23) est l'ensemble fixe, le contact d'arc fixe étant constitué d'un tube métallique (8), les bagues (31, 32, 33) étant disposées dans un tube isolant (34) inséré dans la surface intérieure du tube métallique. 3/ Disjoncteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tube métallique (8) comprend une seconde série de bagues métalliques 27, 28, 29) disposées dans un tube isolant (30) inséré à la surface extérieure du tube métallique, les bagues de la seconde série étant reliées par des fils métalliques isolés (26) respectivement auxdites résistances de l'empilage (A, 21, 22, 23). 4/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1, caractérisé en ce que l'ensemble muni de résistances (B, 41, 42, 43) est l'ensemble mobile, le contact d'arc mobile étant constitué de doigts (16) formant une couronne, les bagues (51, 52, 53) étant disposées dans un tube isolant (54) coaxial à la couronne. 5/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux ensembles, fixe et mobile, sont dotés de résistances d'ouverture (A, B) de valeur de l'ordre de I n.