Brevet FR2729788A1 — publié le 19960726

DISJONCTEUR A HAUTE TENSION A GAZ DE SOUFFLAGE La présente invention concerne les disjoncteurs à haute tension capables de couper des courants de forte intensité, de l'ordre de la centaine de kA. On a décrit, dans la demande de brevet français nO 89 05050, déposée le 17 avril 1989, un disjoncteur à haute tension à gaz de soufflage, comprenant, pour chaque pale, au moins une enceinte remplie d'un gaz à bonnes propriétés diélectriques et contenant des contacts principaux fixes et des contacts d'arc fixes, un contact principal mobile constitué d'un premier tube prolongé par une buse de soufflage, un contact d'arc mobile constitué d'un second tube coaxial et intérieur au premier tube et solidaire de celui-ci, les deux tubes définissant un volume de section annulaire dans lequel est placé un piston de soufflage fixe disposé à une première extrémité d'une première portion cylindrique fixe prolongée à sa deuxième extrémité par une seconde portion cylindrique de diamètre supérieur à celui de la première portion cylindrique, un second piston, solidaire des dits tubes coulissant dans ladite seconde portion, ledit second tube étant percé de larges ouvertures pour permettre, lors d'une ouverture du disjoncteur, aux gaz chauds de pénétrer dans ladite seconde portion et d'exercer une pression sur ledit second piston. Cette disposition, dans laquelle les gaz chauffés par l'arc lors d'une ouverture du disjoncteur exercent une grande pression sur le second piston, permettent d'utiliser une commande de puissance réduite, puisque la manoeuvre d'ouverture est très largement assistée par les gaz de soufflage. Mais il a été observé qu'en raison de la forte température des gaz et de leur grand pouvoir de corrosion, la paroi intérieure du second cylindre était détériorée après un nombre réduit de coupure. Un but de la présente invention est de modifier le disjoncteur décrit précédemment pour lui permettre d'améliorer se tenue mécanique. Ceci est obtenu en chemisant la paroi intérieure du second cylindre, à l'aide d'une chemise en matériau résistant à la corrosion des gaz chauds. Ce matériau est avantageusement le polytétrafluoroéthylène, chargé ou non. L'invention a ainsi pour objet un disjoncteur à haute tension à gaz de soufflage, comprenant pour chaque pôle, au moins une enceinte remplie d'un gaz à bonnes propriétés diélectriques et contenant des contacts principaux fixes et des contacts d'arc fixes, un contact d'arc mobile constitué d'un premier tube relié à un organe de manoeuvre, un contact d'arc fixe constitué d'un second tube coaxial et extérieur au premier tube et solidaire de celui-ci et prolongé à une extrémité par une buse de soufflage, les deux tubes définissant un volume de section annulaire dans lequel est placé un piston de soufflage fixe disposé à une première extrémité d'une première portion cylindrique fixe prolongée à sa deuxième extrémité par une seconde portion cylindrique de diamètre supérieur à celui de la première portion cylindrique, un second piston, solidaire des dits tubes coulissant dans ladite seconde portion, ledit second tube étant percé de larges ouvertures pour permettre, lors d'une ouverture du disjoncteur, aux gaz chauds de pénétrer dans ladite seconde portion et d'exercer une pression sur ledit second piston, caractérisé en ce que la paroi intérieure de ladite seconde portion est revêtue d'une chemise en matériau isolant résistant aux effets de l'arc. De préférence, le matériau est le polytétrafluoroéthylène. Un exemple de mise en oeuvre de l'invention est maintenant décrit, en référence au dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est une vue partielle en demi-coupe axiale d'une chambre de coupure d'un disjoncteur selon l'inventionr, représentée en position enclenchée, - la figure 2 est une vue partielle en demi-coupe axiale de la même chambre de coupure, représentée en cours de déclenchement. Dans la figure 1, la référence 1 désigne une enveloppe en matériau isolant, tel que la céramique, de forme générale cylindrique d'axe xx et délimitant un volume intérieur Vo rempli de gaz à bonnes propriétés diélectriques, tel que l'hexafluorure de soufre (SF6), sous une pression de quelques bars. La chambre de coupure, entièrement de révolution autour de l'axe xx, comprend un contact principal fixe 2 relié à une première prise de courant non représentée, et un contact d'arc fixe 3, ayant une extrémité 3A réalisée en un alliage résistant aux effets de l'arc, tel qu'un alliage de tungstène. L'équipage mobile comprend un premier tube 4, dont une extrémité 4A, en alliage résistant à l'arc, constitue le contact d'arc mobile. Le tube 4 est relié, à son autre extrémité 4B, à un dispositif de manoeuvre non représenté. Le tube 4 est solidaire d'un tube 5 dont une extrémité 5A constitue le contact principal mobile. A l'extrémité 5A est fixée une buse de soufflage 6, en matériau isolant, dont le col est obstrué par le contact d'arc 4 lorsque le disjoncteur est en position fermée. Des trous 7 sont pratiqués dans la couronne reliant les tubes 4 et 5 qui définissent un cylindre de soufflage à section annulaire. Le tube 5 est guidé par une première portion cylindrique 8A d'une pièce métallique 8 fixe comprenant une seconde portion cylindrique 8B de section supérieure à celle de la portion 8A. La pièce 8 est reliée à une seconde prise de courant non représentée. Le tube 5 porte un contact électrique glissant coopérant avec la portion cylindrique 8A. Le cylindre de soufflage est fermé, à son extrémité située à droite dans la figure 1, par un piston de soufflage 10 solidaire de la portion cylindrique 8A; on désigne par V1 le volume, dit volume de soufflage, défini par le cylindre de soufflage et le piston 10. Le piston 10 est muni d'un clapet 10A unidirectionnel, qui ne laisse passer le gaz que zen de l'extérieur vers l'intérieur du volume V1; des joints 11 et 12 assurent l'étanchéité entre le piston de soufflage et le cylindre de soufflage. En position enclenchée du disjoncteur, (Fig. 1), le courant circule par les pièces 2, 5 et 8. Le tube 5 est solidaire d'un piston 14, dit piston moteur, placé à l'intérieur de la portion cylindrique 8B et pouvant y coulisser de manière étanche grace à un joint 14D. Le piston moteur délimite, avec les portions cylindriques 8A et 8B, et le piston 10, un volume V2. Le piston moteur comprend un siège muni d'ouvertures 14A pouvant être fermées par un clapet annulaire 16, dont la course est limitée par un ressaut 14B. La section du piston moteur est grande vis-à-vis de celle du piston de soufflage, par exemple le rapport des sections est compris entre 1,5 et 2. Le siège du clapet possède facultativement des orifices de diamètre calibré pour limiter la pression sur le piston moteur. Le tube 4 est percé, à sa surface, de très larges ouvertures 15, assurant par de vastes passages, la communication entre le volume V2 et le volume V3 intérieur au tube 5. Le volume V3 est fermé, côté organe de manoeuvre, par un disque 17 solidaire du tube 4. La coupure des courants de forte intensité (courants de court-circuit) s'opère de la manière suivante. A la détection du court-circuit, le dispositif de manoeuvre du disjoncteur entraîne l'équipage mobile (tubes 4 et 5, buse 6, piston 14) vers la droite de la figure. Les contacts principaux se séparent et le courant traverse alors les contacts d'arc 3 et 4. A la séparation des contacts d'arc, un arc 20 (Fig.2) se forme; il échauffe fortement le gaz environnant et la pression croît fortement. Le gaz chaud s'échappe par le volume V3 ( flèches F1 et F2), et la pression résultant vient fermer le clapet 16. La surface du piston étant très grande, la force exercée sur ce dernier, qui aide à la manoeuvre d'ouverture, est très grande. Le disjoncteur ne ralentit pas. Le volume de soufflage injecte, par la buse de soufflage, du gaz comprimé, et l'arc s s'éteint au premier passage par zéro du courant. Pour éviter l'inconvénient mentionné plus haut, et qui est la rapide dégradation de la portion cylindrique 8B, il est prévu selon l'invention de chemiser intérieurement la portion cylindrique 8B au moyen d'une chemise 25 en matériau résistant aux gaz et permettant un frottement doux et étanche du piston moteur 14. Selon un mode préféré de réalisation, la chemise est réalisée en polytétrafluoroéthylène (connu sous la marque déposée Téflon). Le matériau peut être chargé, pour améliorer sa tenue mécanique et sa tenue à l'arc. Pour améliorer la tenue mécanique, la charge peut être constituée de particules de silice ou de fibres de verre. Pour améliorer la tenue à l'arc, la charge peut être constituée de sulfure de molybdène MoS2, de fluorure de calcium CaF2 ou d'aluminate de cobalt, cette liste n'étant pas limitative. On notera que le joint 14D peut être supprimé. Grâce à l'invention, la tenue mécanique de la chambre de coupure est assurée pour des manoeuvres répétées de coupure de courants de forte intensité. REVENDICATIONS 1/ Disjoncteur à haute tension à gaz de soufflage, comprenant pour chaque pôle, au moins une enceinte (1) remplie d'un gaz à bonnes propriétés diélectriques et contenant des contacts principaux fixes (2) et des contacts d'arc fixes (3-3A), un contact d'arc mobile constitué d'un premier tube (4) relié à un organe de manoeuvre, un contact d'arc fixe constitué d'un second tube (5) coaxial et extérieur au premier tube et solidaire de celui-ci et prolongé à une extrémité par une buse de soufflage (6), les deux tubes définissant un volume (V1) de section annulaire dans lequel est placé un piston de soufflage fixe (10) disposé à une première extrémité d'une première portion cylindrique fixe (8A) prolongée à sa deuxième extrémité par une seconde portion cylindrique (8B) de diamètre supérieur à celui de la première portion cylindrique, un second piston (14), solidaire desdits tubes coulissant dans ladite seconde portion (8B), ledit second tube (5) étant percé de larges ouvertures (15) pour permettre, lors d'une ouverture du disjoncteur, aux gaz chauds de pénétrer dans ladite seconde portion (8B) et d'exercer une pression sur ledit second piston (14), caractérisé en ce que la paroi intérieure de ladite seconde portion (8B) est revêtue intérieurement d'une chemise (25) en matériau isolant résistant aux effets de 1' arc. 2/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau est le polytétrafluoroéthylène. 3/ Disjoncteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le polytétrafluoroéthylène est chargé par des particules de silice ou par des fibres de verre améliorant sa résistance mécanique. 4/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le polytétrafluoroéthylène est chargé par un matériau ayant une bonne tenue à l'arc tels que le sulfure de molybdène MoS2, le fluorure de calcium CaF2 et l'aluminate de cobalt.