Brevet FR2715499A1 — publié le 19950728

DISJONCTEUR A AUTO-SOUFFLAGE A PISTON SEMI-MOBILE VERROUILLE PNEUMATIQUEMENT. La présente invention concerne un disjoncteur à auto- soufflage à piston semi-mobile verrouillé pneumatiquement. On connait du document EP-0475270 un disjoncteur du type à autosoufflage, comprenant une enveloppe 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 de10 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 première15 couronne reliant le premier et le second tubes, une chambre de soufflage et une chambre de compression communiquant avec la chambre de 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 ce 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. Le25 déplacement de l'ensemble de contact mobile requiert une certaine quantité d'énergie. La quantité d'énergie 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.30 Le but de l'invention est de réduire la consommation d'énergie du disjoncteur pendant une opération d'ouverture. Pour ce faire, conformément à l'invention, sont prévus des premiers moyens pour immobiliser le piston pendant une première partie du déplacement de l'ensemble de contact35 mobile entre la position de fermeture et la position d'ouverture et des seconds moyens 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, ces moyens comportant un moyen pneumatique coopérant avec des moyens mécaniques.5 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 de10 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 se15 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. Par ailleurs, un moyen pneumatique est prévu afin de coopérer avec les moyens mécaniques qui peuvent ainsi être alléger et d'effort réduit. Ceci est important puisque les efforts de ces moyens mécaniques se transmettent dans la cinématique de l'appareil et sont en général encaissés par l'organe de manoeuvre, en général une bielle, et par des25 leviers coopérant avec cette dernière. Selon un mode de réalisation préféré, les seconds moyens mécaniques pour déplacer axialement le piston comprennent un organe d'entraînement solidaire de l'ensemble de contact mobile qui entraîne un élément de butée lié au30 piston pendant la seconde partie du déplacement de l'ensemble de contact mobile, cet élément de butée étant disposé sur le trajet de l'organe d'entraînement. Les premiers moyens mécaniques pour immobiliser le piston comprennent un ressort disposé entre un élément fixe et une paroi d'extrémité du piston et un organe de retenue fixe coopérant avec une paroi de butée du piston. Le moyen pneumatique est un moyen de mise en dépression de l'espace compris entre l'organe de retenue fixe et la paroi de butée, cet espace étant rendu étanche. De préférence, le moyen pneumatique est constitué d'un élément annulaire pourvu d'au moins un orifice et disposé entre la paroi d'extrémité et la paroi de butée elle-même pourvue d'au moins un orifice, cet élément annulaire étant sollicité par au moins un ressort de compression disposé entre cet élément annulaire et la paroi d'extrémité, contre10 la paroi de butée dont il ferme de façon étanche l'orifice. L'élément de butée relié au piston est ledit élément annulaire, le ressort de compression du moyen pneumatique étant comprimé lors de l'entraînement de cet élément par l'organe d'entraînement. Le moyen pneumatique qui fonctionne en dépression durant la première partie du déplacement de l'ensemble mobile entre la position de fermeture et la position d'ouverture, coopère au maintien immobile du piston et permet ainsi d'utiliser un ressort très faible. Ainsi20 l'effort transmis par ce ressort est également plus faible et il n'est pas nécessaire de renforcer et d'alourdir l'ensemble mobile avec son organe de manoeuvre. L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide de dessins ne représentant qu'un mode de réalisation préféré de l'invention. Les figures sont des vues en coupe longitudinale d'une disjoncteur conforme à l'invention et plus précisément la figure 1 est une vue en position de fermeture, la figure 2 est une vue en position de fin de compression et la figure 3 est une vue 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 1 à 3, les mêmes références désignent des éléments identiques. Sur les figures, la référence 1 désigne une enveloppe de préférence isolante, par exemple en porcelaine, remplie d'un gaz à bonnes propriétés diélectriques, par exemple de l'hexafluorure de soufre sous une pression de quelques bars.5 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 3A est réalisée en un matériau résistant aux effets de l'arc, par exemple un10 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 première prise de courant, non représentée.15 L'ensemble de contact mobile comprend une pièce de manoeuvre 6 traversant la chambre de manière étanche et reliée à un mécanisme non représenté. A la pièce 6 est relié un ensemble métallique comprenant deux tubes 7 et 8 coaxiaux, le tube 8 ayant un diamètre plus grand que le tube20 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 7A est réalisée en un matériau résistant aux effets de l'arc et coopère avec le contact 3, 3A. Le tube 8 possède une extrémité 8A portant une buse de soufflage 10 en matériau isolant. La portion tubulaire 8A constitue le contact mobile permanent du disjoncteur et coopère, lorsque le disjoncteur est en position enclenchée (position de30 fermeture) avec les doigts 4 comme le montre la figure 1. L'extrémité 8A 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 11 délimitent une chambre de compression 18 séparée de la chambre de soufflage 17 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. L'extrémité du tube 12 est reliée à une couronne 20 formant une paroi de butée. La paroi de butée 20 coopère avec une couronne 14A reliée à un tube 14 fixe coaxial au5 tube 12, la couronne 14A formant un organe de butée de fin de course du tube 12 pendant une manoeuvre de fermeture. Le tube 14 est relié électriquement à une seconde prise de courant non représentée par l'intermédiaire d'un élément fixe 21 également annulaire. Le tube 14 supporte par10 ailleurs un contact permanent formé de doigts 16 en contact électrique avec le tube 8. Un ou plusieurs organes d'entraînement 7B solidaires du tube 7 et s'étendant radialement par rapport à celui-ci en direction du tube 8 sont engagés entre le tube 7 et le15 tube 12. Un ou plusieurs ressorts 15 sont disposés entre la partie fixe 21 et une paroi d'extrémité 22 du piston 11. Le piston 11 est équipé d'un clapet unidirectionnel 11A permettant une circulation de gaz de l'intérieur de la chambre délimité par l'enveloppe 1 vers la chambre de compression 18. La couronne 9 quant à elle est équipée d'un clapet unidirectionnel 9A permettant une circulation de gaz de la chambre de compression 18 vers la chambre de soufflage 17. Les premiers moyens mécaniques pour immobiliser le piston 11 pendant une première partie du déplacement de l'ensemble de contact mobile entre la position de fermeture et la position d'ouverture comprennent donc le ressort 15 disposé entre l'élément fixe 21 et la paroi d'extrémité 2230 du piston 11 et l'organe de retenue fixe 14A coopérant avec la paroi de butée 20 du piston 11. Les seconds moyens mécaniques pour déplacer axialement le piston 11 avec l'ensemble de contact mobile pendant une seconde partie de ce même déplacement de l'ensemble de35 contact mobile comprennent l'organe d'entraînement 7B solidaire de l'ensemble de contact mobile qui entraîne un élément de butée 23 lié au piston 11 pendant la seconde partie du déplacement de l'ensemble de contact mobile, cet élément de butée étant disposé sur le trajet de l'organe. cet élément de butée 23 relié au piston 11 est un élément annulaire qui sera précisé plus loin. Un moyen pneumatique coopère avec ces moyens mécaniques. Ce moyen pneumatique est constitué de l'élément annulaire 23 pourvu d'au moins un orifice 24 et disposé entre la paroi d'extrémité 22 du piston 11 et la paroi de10 butée 20 du piston 11 elle-même pourvue d'au moins un orifice. Cet élément annulaire 23 est sollicité par au moins un ressort de compression 26 disposé entre cet élément annulaire 23 et la paroi d'extrémité 22, contre la paroi de butée 20 dont il ferme de façon étanche l'orifice 25 grâce à15 une rondelle de préférence en caoutchouc 27 insérée dans l'élément annulaire 23. Le ressort de compression 26 du moyen pneumatique est comprimé lors de l'entraînement de l'élément annulaire 23 par l'organe d'entraînement 7B. Des joints d'étanchéité coulissants 31, 32 sont prévus pour20 rendre étanche la chambre de dépression 28 visible sur la figure 3. Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant. Sur la figure 1, le disjoncteur est en position de fermeture. Le ressort pousse le piston 11 semi-mobile par sa paroi d'extrémité 22, sa paroi de butée 20 étant plaquée contre l'organe annulaire de butée fixe 14A. La chambre de compression 18 est alors de volume maximal. Le ressort de compression 26 pousse l'élément annulaire 23 contre la paroi de butée 20 fermant son orifice 25. L'espace rempli de gaz30 entre cet élément annulaire 23 et l'organe de butée fixe 14A étant très faible, le moyen pneumatique agit alors par dépression comme un moyen de maintien du piston 11 contre l'organe de butée 14A dont l'action s'ajoute à celle du ressort 15 qui peut ainsi être choisi de dimension réduite.35 Durant la première partie de déplacement d'ouverture, l'organe de manoeuvre 6 est déplacé vers la droite de la figure 1, déplaçant le premier tube 7 et le second tube 8. Le volume de la chambre de compression 18 est diminué, le piston restant immobile, et le soufflage de l'arc s'effectue par passage du gaz contenu dans cette chambre 18 par le5 clapet 9A. L'organe d'entraînement 7B se déplace librement le long du tube 12. Cette première partie de déplacement s'effectue jusqu'à la position représentée sur la figure 2. Dans cette position de la figure 2, le volume de la chambre de compression 18 est sensiblement nul et l'organe d'entraînement 7B vient buter contre l'élément annulaire 23. Avantageusement, le dimensionnement de la chambre de compression 18, du tube 12 et du tube 14 ainsi que le positionnement de l'organe d'entraînement 7B sont choisis afin que ce volume de la chambre de compression soit15 sensiblement nul à ce moment. Eventuellement, il peut être réalisé en choisissant d'autres dimensions un volume de chambre de compression "mort" non nul. Lorsqu'il vient en butée contre l'élément annulaire 23, l'organe d'entraînement 7B le pousse à l'encontre de l'effort du ressort de compression 26 et ainsi libère les orifices 24 et 25. Le gaz peut donc pénétrer dans la chambre d'aspiration 28 supprimant l'effort de retenue du à la dépression. La seconde partie du déplacement de l'ensemble de contact mobile commence et le piston 11 est déplacé avec25 l'ensemble 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'énergie nécessaire à l'actionnement du tube de manoeuvre 6 est donc réduite. L'on atteint ainsi la position d'ouverture30 représentée sur la figure 3. Pour la refermeture du disjoncteur, les déplacements s'effectuent exactement dans le sens inverse, le gaz repassant de la chambre d'aspiration 28 dans l'espace 30 et remplissant la chambre de compression 18 en passant par le35 clapet 11A. De plus, l'organe d'entraînement 7B pousse sur une relativement petite distance la face frontale du piston 11 grâce à la partie de butée 11B assurant le placage de la paroi de butée 20 contre l'organe de retenue fixe 14A et la remise en action du moyen pneumatique à dépression. REVENDICATIONS 1) Disjoncteur du type à auto-soufflage, comprenant une enveloppe (1) remplie d'un gaz diélectrique sous pression, deux contacts d'arc (3A, 7A) 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 (1) entre une position10 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) et15 une chambre de compression (18) communiquant avec la chambre de soufflage (17) et fermée par un piston (11) semi-mobile, caractérisé par des premiers moyens pour immobiliser le piston pendant une première partie du déplacement de l'ensemble de contact mobile entre la position de fermeture20 et la position d'ouverture et par des seconds moyens 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, ces moyens comportant un moyen pneumatique coopérant avec des moyens mécaniques.25 2) Disjoncteur selon la revendication 1, dans lequel les seconds moyens mécaniques pour déplacer axialement le piston (11) comprennent un organe d'entraînement (7B) solidaire de l'ensemble de contact mobile qui entraîne un élément de butée lié au piston (11) pendant la seconde partie du déplacement de l'ensemble de contact mobile, cet élément de butée étant disposé sur le trajet de l'organe d'entraînement (7B). 3) Disjoncteur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les premiers moyens mécaniques pour immobiliser le piston (11) comprennent un ressort (15) disposé entre un élément fixe (21) et une paroi d'extrémité (22) du piston (11) et un organe de retenue fixe (14A) coopérant avec une paroi de butée (20) du piston (11). 4) Disjoncteur selon la revendication 3, dans lequel le moyen pneumatique est un moyen de mise en dépression de l'espace compris entre l'organe de retenue fixe (14A) et la paroi de butée (20), cet espace étant rendu étanche. ) Disjoncteur selon la revendication 4, dans lequel le moyen pneumatique est constitué d'un élément annulaire (23) pourvu d'au moins un orifice (24) et disposé entre la paroi d'extrémité (22) du piston (11) et la paroi de butée (20) du piston (11) elle-même pourvue d'au moins un orifice (25), cet élément annulaire (23) étant sollicité par au moins un ressort de compression (26) disposé entre cet élément annulaire (23) et la paroi d'extrémité (22), contre la paroi de butée (20) dont il ferme de façon étanche l'orifice (25). 6) Disjoncteur selon les revendications 2 et 5, dans lequel l'élément de butée relié au piston (11) est ledit élément annulaire (23), le ressort de compression (26) du moyen pneumatique étant comprimé lors de l'entraînement de cet élément (23) par l'organe d'entraînement (7B).