Brevet FR2737936A1 — publié le 19970221

DISJONCTEUR MUNI D'UNE RESISTANCE DE FERMETURE AVEC DISPOSITIF D'INSERTION La présente invention concerne un disjoncteur à haute tension munie d'une résistance de fermeture associé à un dispositif d'insertion de cette résistance. Il est décrit, dans le brevet français n 79 05478, un disjoncteur comprenant une résistance destinée à être momentanément insérée en série dans le circuit du disjoncteur, lors de la fermeture de ce dernier. Une telle insertion est destinée à limiter les surtensions qui interviennent notamment lors de la fermeture des longues lignes à vide. Dans le document précité, la résistance est disposée à l'intérieur de la chambre de coupure et est associée à un mécanisme d'insertion placé également à l'intérieur de la chambre de coupure. Ce dernier comprend un contact d'insertion lié à l'équipage mobile du disjoncteur, constitué d'un anneau de tungstène et coopérant avec un contact lié à l'ensemble fixe20 du disjoncteur et également constitué d'un anneau de tungstène. Le contact électrique est réalisé en bout et se fait avec un choc relativement important, ce qui explique le choix du tungstène comme matériau des contacts. Ces anneaux sont coûteux. L'anneau lié à l'équipage mobile est lourd; sa25 mise en mouvement rapide nécessite une énergie importante de sorte que la puissance de la commande du disjoncteur doit en tenir compte, ce qui grève son prix de revient. Le choc des deux anneaux produit des effets de choc et des risques de rebondissement de sorte que le mécanisme doit comporter des30 éléments d'amortissement qui viennent également augmenter le coût du disjoncteur. L'encombrement et en particulier le diamètre des anneaux de tungstène est important, de sorte que le diamètre de la porcelaine délimitant la chambre de coupure est important.35 Un but de la présente invention est de réaliser un mécanisme ne comportant aucune pièce lourde, de sorte que la puissance de la commande puisse être diminuée et son coût abaissé. Un autre but de la présente invention est de réaliser un mécanisme ne nécessitant pas de dispositif d'amortissement lors du contact des contacts d'insertion. Un autre but de l'invention est de réaliser un mécanisme d'insertion de diamètre réduit, ce qui permet de diminuer le diamètre de l'enveloppe de porcelaine et de réduire son coût.10 Tout ces buts sont atteints dans le disjoncteur de l'invention tel que décrit dans les revendications. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description d'un exemple de réalisation de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel:15 - la figure 1 est une vue d'une chambre de coupure d'un disjoncteur avec résistance de fermeture, - la figure 2 est une vue partielle en coupe axiale d'une chambre de coupure selon l'invention représentée en position enclenchée, 20 - la figure 3 est une vue partielle en coupe axiale de la même chambre, le disjoncteur étant en position déclenchée, - les figures 4 et 5 sont des vues partielles en coupe axiale de la même chambre de coupure, illustrant les diverse étapes d'une opération d'enclenchement du disjoncteur. La figure 1 montre une chambre de coupure d'un disjoncteur avec résistance de fermeture. La chambre de coupure comprend une enveloppe isolante étanche, généralement en porcelaine, fermée par deux flasques30 d'extrmités 2 et 3 munis d'une première 2A et d'une seconde 3A prises de courant. L'intérieur de l'enveloppe est remplie de gaz isolant (de préférence de l'hexafluorure de soufre SF6 sous une pression de quelques centaines d'hectopascals). Une résistance de fermeture est disposée coaxialement à35 l'enveloppe 1, à l'intérieur d'un capot métallique 4 qui est en communication avec l'intérieur de l'enveloppe et qui assure la liaison électrique entre une extrémité de la résistance et la prise de courant 2A. On note qu'un même disjoncteur peut comporter, pour chaque phase, plusieurs chambres de coupure du type précité, reliées en série. Par ailleurs, l'invention faisant l'objet de la présente demande de brevet s'applique aussi aux installations de type "à enveloppe métallique à la terre", dites installations blindées. Dans ce cas l'enveloppe en10 porcelaine 1 est remplacée par une enveloppe métallique, par exemple en aluminium, à la terre, et les prises de courant sont isolées. La figure 2 montre, à plus grande échelle mais partiellement et en coupe axiale, la chambre de coupure selon l'invention. On distingue l'enveloppe en céramique 1 et une première extrémité de la résistance 5, formée de pastilles empilées. La seconde extrémité de la résistance, non visible dans la Fig.2, est reliée électriquement à la première prise20 de courant 2A, non visible dans la Fig. 2. Le contact d'arc fixe de la chambre de coupure est constitué d'une tige métallique 11, par exemple en alliage à base de cuivre, munie d'une extrémité 11A réalisée en un matériau résistant aux effets de l'arc électrique. Ce25 matériau peut être un alliage à base de tungstène. L'ensemble mobile du disjoncteur comprend un cylindre métallique 13 relié mécaniquement à une tringle de manoeuvre non représentée et électriquement à la seconde prise de courant 3A, non visible dans la Fig.2. A une extrémité de ce30 cylindre est disposée un embout de contact 14 constituant le contact permanent de l'ensemble mobile. Coaxialement au cylindre 13 est disposé un tube métallique 15 dont une première extrémité, non visible dans la Fig.2 est électriquement reliée à la seconde prise de35 courant 3A et dont la seconde extrémité 15A est constituée de doigts de contact en matériau résistant aux effets de l'arc. Le cylindre 13 et le tube 15 définissent un volume annulaire de soufflage 16 fermé d'un côté par un disque 17 solidaire du cylindre 13 et du tube 15 et de l'autre côté par un piston de soufflage fixe 18 de section annulaire. Le disque 17 est percé de trous 19 pour le passage du gaz de soufflage qui s'échappe à travers une buse de soufflage 20. L'ensemble d'insertion de la résistance comprend une bague métallique 22 pouvant coulisser le long de la tige 11 et en contact électrique avec cette dernière grâce à des contacts glissants 23. La bague 22 est percée de trous 22A. L'ensemble d'insertion est donc mobile par rapport à l'ensemble fixe de la chambre de coupure. D'un côté de la bague est disposé une couronne de contacts électriques 25 disposés à l'extrémité d'une portion cylindrique conductrice 26; les contacts 25 coopèrent avec l'embout 14 pour le passage du courant permanent lorsque le disjoncteur est en position enclenchée.20 Du même côté que la couronne 26 est disposé un poussoir cylindrique 28, en matériau isolant, venant au contact de l'ensemble mobile lorsque le disjoncteur est en position enclenchée. Ce poussoir est poussé par un ressort 29 s'appuyant contre la bague 22. Dans l'exemple de la figure, le poussoir 28 prend appui sur un épaulement 20A de la buse 20. La bague 22 porte en outre une pièce de contact 31 coopérant avec un contact cylindrique 32 fixe fixé à des bras métalliques fixes 33 reliés électriquement à la30 première prise de courant 2A et fixés mécaniquement à l'extrémité correspondante de la chambre de coupure. Les contacts 31 et les contacts 32 sont en contact électrique lorsque le disjoncteur est en position enclenchée. L'ensemble d'insertion comprend en outre un piston 35 coulissant autour de la tige 11 et relié à la bague 22 par des bras 37, par exemple trois bras distants angulairement de 1200. Le piston 35 coulisse dans un cylindre fixe 38 fixé au bloc métallique 39 placé à l'extrémité de la résistance 5. Le cylindre 38 est muni de cavités non représentées débouchant sur l'extérieur pour constituer un ralentisseur de l'ensemble mobile d'insertion dans son mouvement vers la droite de la figure. Un ressort 40, s'appuyant sur d'une part sur la paroi extérieure du cylindre 38 et d'autre part sur des coudes des bras 37, a tendance à pousser l'ensemble d'insertion vers la droite de la figure. L'ensemble d'insertion est complété par une butée cylindrique en matériau isolant 41, fixée sur la tige 11, et venant s'engager, lorsque l'ensemble d'insertion vient en bout de course vers la droite de la figure, dans un cylindre 42 faisant partie de l'ensemble mobile. Cette disposition permet un amortissement du choc de fin de course de l'ensemble mobile d'insertion. Lorsque le disjoncteur est enclenché, le courant circule depuis la première prise jusqu'à la seconde prise en traversant successivement les bras 33, les contacts 32 et 3120 la bague 22, la portion cylindrique 26, les contacts 25 et 14 et le tube cylindrique 13. La Fig. 3 représente la chambre de coupure en position déclenchée. L'ensemble d'insertion est dans sa position extrême en butée contre la butée 41. On note que les distances dl entre les contacts 25 et le contact principal mobile, et d2 entre les contacts 31 et 32, sont supérieurs à la distance d'isolement à la tension de la chambre de coupure. Cette condition est nécessaire pour éviter tout réamorçage entre30 contacts. On va montrer maintenant comment, grâce au dispositif de l'invention, la résistance 5 est insérée pendant une durée limitée lors d'une manoeuvre de fermeture du disjoncteur (enclenchement).35 A la fermeture, l'équipage mobile se déplace vers la gauche des figures. La Fig. 4 montre la configuration après une faible course de l'équipage mobile. Les contacts 14 et 25 se sont rapprochés, sans que l'ensemble d'insertion ne bouge. Dès que la distance dl devient inférieure à la distance d'isolement, un arc Ai jaillit entre les contacts 14 et 25 et le courant traverse la portion cylindrique 26, la bague 22, les contacts 23, la tige 11 et la résistance 5. La résistance est ainsi insérée. L'équipage mobile poursuit sa course et entraîne l'ensemble d'insertion, car le ressort 29 du poussoir 28 a terminé sa compression. Dès que la distance d2 entre les contacts 31 et 32 devient inférieure à la distance d'isolement, (Fig. 5), un arc A2 jaillit entre ces contacts; la résistance 5 est15 court-circuitée, le courant passant de la seconde prise de courant à la première prise en traversant le cylindre 13, les contacts 14 et 25, la portion cylindrique 26, la bague 22, le contact 31, l'arc A2, le contact 32, et les bras 33. Les dimensions des divers éléments de la chambre de coupure ont été dimensionnés, en tenant compte de la vitesse de déplacement de l'ensemble mobile, pour assurer une durée suffisant d'insertion de la résistance 5, par exemple 8 à 12 millisecondes. L'ensemble mobile poursuit sa course vers la gauche jusqu'à à la fin de course; à ce moment les contacts 31 et 32 sont en contact et la chambre a la configuration de la Fig.2. Au déclenchement, l'ensemble mobile est tiré vers la droite par la tringle de manoeuvre. Les contacts de courant permanent 14 et 25 se séparent, puis les contacts d'arc 15A et 11A. En raison de son inertie, et du ralentisseur constitué par le cylindre 38, l'ensemble d'insertion reste immobile jusqu'à la coupure du courant. De la sorte, la résistance 535 reste court-circuitée pendant toute la phase de coupure de courant et n'est donc pas insérée à l'ouverture. L'ensemble mobile poursuivant sa course, le contact en tre le poussoir 28 et l'ensemble mobile cesse lorsque le ressort 29 arrive en bout de course; sous l'action du ressort 40 l'ensemble d'insertion se déplace le long de la 5 tige 11 jusqu'à venir en butée sur la butée 41; à ce moment les contacts 31 et 32 sont séparés par une distance d2 supérieure à la distance d'isolement (configuration de la Fig.3). Le cylindre 42 et la butée 41 constituent un dispositif d'amortissement très simple.10 L'ensemble d'insertion de l'invention est léger, de sorte que l'énergie de commande du disjoncteur n'est pas augmentée par cet ensemble d'insertion. Le diamètre maximal de l'ensemble d'insertion, qui est celui des bras 33 et du contact 32, est faible, de sorte que le diamètre de la porcelaine n'a pas a être augmenté par la présence de cet ensemble d'insertion. L'ensemble d'insertion ne nécessite aucun dispositif d'amortissement à l'insertion, ce qui est une source d'économie.20 L'invention s'applique aux disjoncteurs à haute tension, de type "ouvert" ou "blindé". REVENDICATIONS 1/ Disjoncteur comprenant, pour chaque phase, un chambre de coupure délimitée par une enveloppe isolante (1) sensiblement cylindrique à l'intérieur de laquelle sont disposés, de manière coaxiale, un ensemble mobile comprenant notamment un contact principal mobile (14), un contact d'arc mobile (15, 15A) et un piston de soufflage (18) coopérant avec un cylindre de soufflage terminé par une buse de soufflage (20), lesdits contacts mobiles étant reliés à une première prise de courant, un ensemble fixe comprenant un contact d'arc fixe (11, 11A) en série avec une résistance (5) disposée coaxialement et coopérant avec un ensemble d'insertion temporaire à la fermeture du disjoncteur, ladite résistance étant reliée à une seconde prise de courant, caractérisé en ce que ledit contact d'arc fixe étant constitué d'une tige métallique axiale (11, 11A), l'ensemble d'insertion comprend une bague (22) pouvant coulisser avec contact électrique (23) le long de ladite tige métallique et portant du côté de l'ensemble mobile des premiers contacts20 (25) destinés à coopérer avec ledit contact principal mobile (14) et de l'autre côté des seconds contacts (31) pouvant coopérer avec des troisièmes contacts fixes (32) électriquement reliés à la seconde prise de courant, l'ensemble d'insertion comprenant en outre un poussoir cylindrique isolant (28) poussé par un premier ressort (29) en appui sur ladite bague, l'ensemble d'insertion étant soumis à l'action d'un second ressort (40) en appui sur l'ensemble fixe et tendant à déplacer l'ensemble d'insertion en direction de l'ensemble mobile, le contact principal30 mobile (14), les premiers (25), seconds (31) et troisièmes (32) contacts étant agencés pour que, lorsque le disjoncteur est en position déclenchée, les distances d'une part (dl) entre les premiers contacts (25) et le contact principal mobile (14) et d'autre part (d2) entre les seconds (31) et troisièmes (32) contacts soient au moins égales à la distance d'isolement correspondant à la tension de la chambre. 2/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble d'insertion comprend en outre un piston (35) solidaire de ladite bague (22) et coulissant autour du contact d'arc fixe (11) et à l'intérieur d'un cylindre (38) fixé à l'ensemble fixe et muni d'ouvertures calibrées pour constituer un ralentisseur à l'aspiration. 3/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'ensemble d'insertion comprend un cylindre d'amortissement (42) solidaire de ladite bague (22) et coopérant avecune butée (41) fixée sur le contact d'arc fixe (11).