Brevet FR2737937A1 — publié le 19970221

DISJONCTEUR A DOUBLE MOUVEMENT AVEC RESISTANCE DE FERMETURE La présente invention concerne un disjoncteur à haute tension à double mouvement, muni d'une résistance de fermeture dans chacune des chambres, disposée coaxialement à l'intérieur de la chambre de coupure. On appelle disjoncteur à double mouvement un disjoncteur dans lequel les contacts sont animés, lors d'une manoeuvre d'ouverture (ou déclenchement) , de mouvements en sens opposés, de sorte que la vitesse relative de séparation des contacts est accrue par rapport à la vitesse de séparation des disjoncteurs à simple mouvement. Un disjoncteur à double mouvement a été décrit dans la demande de brevet français nO 95 00114. Il s'agit d'un disjoncteur à deux chambres de coupure par pôle, mais on doit bien comprendre que la présente invention s'applique également aux disjoncteurs n'ayant qu'une seule chambre par pôle. Il a été décrit, dans le brevet français n079 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 cylindre de tungstène et coopérant avec un contact lié à l'ensemble fixe du disjoncteur et également constitué d'un cylindre de tungstène. Le contact électrique est réalisé en bout et se fait brutalement, ce qui explique le choix du tungstène comme matériau des contacts. Ces cylindres sont coûteux. Le cylindre lié à l'équipage mobile est lourd; sa 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 cylindres produit des effets de choc et des risques de rebondissement de sorte que le mécanisme doit comporter des éléments d'amortissement qui viennent également augmenter le coût du disjoncteur.L'encombrement et en particulier le diamètre des cylindres de tungstène est important, de sorte que le diamètre de la porcelaine délimitant la chambre de coupure est important Un but de la présente invention est de réaliser un disjoncteur à double mouvement, avec un mécanisme d'insertion de résistance 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 disjoncteur à double mouvement, avec un mécanisme d'insertion de résistance ne nécessitant pas de dispositif d'amortissement lors du contact des contacts d'insertion Un autre but de l'invention est de réaliser un disjoncteur à double mouvement avec un mécanisme d'insertion de résistance de diamètre réduit, ce qui permet de diminuer le diamètre de l'enveloppe de porcelaine et de réduire son coût. Tout ces buts sont atteints dans le disjoncteur décrit dans la revendication. L'invention est expliquée en détail par la description d'un exemple de réalisation, en référence au dessin annexé, dans lequel: - la figure 1 est une vue en perpective d'une chambre de coupure de disjoncteur, munie d'une 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, - les figures 3 à 6 sont des vues partielles en coupe axiale de la même chambre de coupure, illustrant les diverse étapes d'une opération de déclenchement du disjoncteur, - les figures 7 à 9 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 flasques d'extrmités 2 et 3 munis d'une première 2A et d'une seconde 3A. 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 à 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 4.Les ensembles mobiles de la chambre de coupure sont manoeuvrés respectivement par deux jeux de tringles isolantes 4A et 30, reliés à une commande non représentée et fonctionnant en sens opposés. 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 aux installations de type à enveloppe métallique à la terre, dites installations blindées. Dans ce cas l'enveloppe en 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, une chambre de coupure d'un disjoncteur 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 seconde prise de courant 3A, non visible dans la Fig. 2. La résistance est disposée à l'intérieur d'une enveloppe isolante 5A; l'empilement des pastilles se termine par une pièce d'extrémité métallique 5B. La chambre de coupure comprend un premier ensemble mobile comprenant un cylindre métallique 13 relié mécaniquement à la tringle de manoeuvre 4A et électriquement à la première prise de courant 2A, non visible dans la Fig.2. La tringle de manoeuvre 4A est agencée pour communiquer au cylindre 13 un mouvement vers la droite de la figure lors d'une manoeuvre de déclenchement du disjoncteur. A une extrémité du cylindre 13 est disposée une couronne de doigts de contact 14 constituant le contact permanent du premier 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 première prise de courant 2A et dont la seconde extrémité 15A est constituée d'une couronne de doigts de contact en matériau résistant aux effets de l'arc. Cette couronne de doigts 15A constitue le contact d'arc de l'ensemble mobile du disjoncteur. 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. Le piston 18 comprend au moins une soupape unidirectionnelle 18A destinée à alimenter en gaz le volume 16 lors de l'enclenchement du disjoncteur. La chambre de coupure comprend un second ensemble mobile dont la pièce maîtresse est un cylindre métallique conducteur 22 ayant une première et une seconde extrémités fermées, référencées respectivement 22A et 22B; à l'extrémité 22A et dans le prolongement du cylindre 22 est fixée une tige métallique creuse 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. Ce matériau peut être un alliage à base de tungstène. Cette tige constitue le contact d'arc du second ensemble mobile et est destiné à venir en contact avec les doigts 1SA lorsque le disjoncteur est en position enclenchée Le cylindre métallique 22 porte une couronne 25 à laquelle est fixée un tube métallique 26 à l'extrémité desquels est placée une couronne 28 portant des contacts 29. Ces contacts 29 sont destinés à être en contact avec les contacts 14 du premier ensemble mobile, pour le passage du courant permanent. La couronne 25 est munie d'orifices 25A pour le passage du gaz. A la couronne 28 sont attachées les extrémités de tiges isolantes de manoeuvre 30, assurant le mouvement du second ensemble mobile. On notera que ces tiges de manoeuvre, reliées à un mécanisme de commande non représenté, effectuent un mouvement vers la gauche de la figure lors d'une ouverture du disjoncteur, en sens contraire du mouvement de la tringle de manoeuvre 4A assurant le mouvement des contacts 14 et 15A. A l'intérieur du cylindre 22 est disposée une tige conductrice 33 dont une extrémité est terminée par un disque 33A coulissant à frottement doux à l'intérieur du cylindre, et dont l'autre extrémité 33B traverse l'extrémité 22B du cylindre 22, se prolonge à l'extérieur de celui-ci et vient s'engager dans des doigts d'un premier jeu de contacts 35 solidaire de la pièce d'extrémité 5B. La tige 33 est soumise à l'action d'un premier ressort 41, disposé entre le disque 33A et l'extrémité 22B du cylindre 22. Des contacts glissants 43 assurent le passage du courant entre la tige conductrice 33 et le cylindre 22. L'ensemble d'insertion est complèté par un coulisseau cylindrique conducteur 45, pouvant coulisser autour du tube 22, et en contact électrique avec ce dernier par des contacts glissants 47. Le coulisseau 45 comprend à une extrémité une couronne métallique 48 portant un second jeu de contacts 50. La couronne métallique 48 comporte des orifices 48A pour le passage du gaz. Le contact 50 coopère avec un troisième jeu de contacts 52 fixes portés par des bras conducteur 54 (en variante par un tube), dont des premières extrémités, non visibles dans la figure, sont reliées à la seconde prise de courant 3A. Aux deuxièmes extrémités des bras 54 est, facultativement, fixée une pièce isolante conique 56 servant de guidage au tube 26. La pièce 56 est percée de trous 56A pour la libre circulation du gaz dans l'enveloppe. Un ressort 60, ayant une force inférieure à celle du ressort 41, est placé entre la couronne 25 et la couronne 48. Le coulisseau 45, lorsque le disjoncteur est en position enclenchée comme le montre la Fig.2, vient, sous l'action du ressort 60, en appui par un épaulement 45A contre le fond débordant 22B du cylindre 22. Les dimensions des diverses pièces constituant l'ensemble d'insertion sont choisies pour que, dans la configuration de la Fig.2 (disjoncteur fermé), les contacts 50 et 52 soient en contact. L'extrémité 33B de la tige 33 est munie d'une gorge 63 dans laquelle, pour une certaine position de la pièce 33, peuvent s'engager les extrémités des contacts 35 qui se trouvent solidarisés à cette pièce 33, cette solidarisation cessant lorsque la force exercée sur la tige 33 dépasse une valeur donnée. Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant. OUVERTURE DU DISJONCTEUR Lorsque le disjoncteur est fermé, la chambre de coupure est dans la configuration de la Fig.2. Le courant passe de la seconde prise de courant à la première prise de courant en traversant successivement: les bras 54, les contacts 52 et 50, le coulisseau 45, les contacts 47, le tube 22, la couronne 25, le tube 26, les contacts 29, le contact 14 et le tube 13. Au moment de l'ouverture, la tringle de manoeuvre 4A tire le tube 13 vers la droite de la figure tandis que les tiges 30 poussent le tube 22 vers la gauche de la figure. Les contacts permanents 14 et 29 se séparent et le courant passe par les contacts d'arc 11A et 15A. A la séparation des contacts d'arc (Fig.3), un arc Al jaillit entre ces contacts. On note que le ressort 60 s'est légèrement comprimé mais que les contacts 50 et 52 ne se sont pas déplacés sensiblement l'un par rapport à l'autre en raison de la faiblesse du ressort 60 et de l'inertie du coulisseau 45. Les tringles de manoeuvre poursuivant leur course, le contact mobile d'arc 11A quitte le col de la buse 20 (Fig.4); le gaz comprimé par le piston 18 s'échappe à travers le col de la buse et les orifices 25A et 48A. L'arc Al, étiré, est soufflé par le gaz. On observe que les contacts 50 et 52 se sont légèrement déplacés l'un par rapport à l'autre, tout en restant en contact électrique l'un avec l'autre. La Fig.5 représente la chambre de coupure dans la configuration correspondant à un instant précédant la fin de la manoeuvre d'ouverture. Sous l'action du ressort 60, les contacts 50 et 52 se déplacent l'un par rapport à l'autre et vont bientôt se séparer. La Fig.6 représente le disjoncteur en fin de manoeuvre d'ouverture. Les extrémités des contacts 35 sont engagées dans la gorge 63. Les contacts 50 et 52 sont complètement séparés. Les dimensions des pièces ont été choisies pour que les distances respectives dl et d2, entre les contacts 11A et 15A d'une part, et 50 et 52 d'autre part, soient supérieures à la distance d'isolement à la tension nominale de la chambre de coupure. FERMETURE DU DISJONCTEUR Un opération de fermeture (enclenchement) du disjoncteur est décrite maintenant et on va montrer comment la résistance 5 est insérée dans le circuit, pendant une durée limitée. A la fermeture du disjoncteur, les tringles sont manoeuvrées dans le sens opposé à celui avec lequel elles étaient manoeuvrées à l'ouverture du disjoncteur. Les tringles 30 entraînent le second ensemble mobile vers la droite de la figure, tandis que la tringle 4A pousse le premier ensemble mobile vers la gauche de la figure. Après une faible course (Fig. 7), la distance dl devient inférieure à la distance d'isolement et un arc A2 jaillit entre les contacts 11A et 15A. La distance d2 reste constante car le contact 35 reste accroché dans la gorge 63, malgré la compression du ressort 41. La résistance 5 est insérée dans le circuit du disjoncteur qui comprend la prise 2A, la résistance 5, la pièce d'extrémité 5B, le contact 35, la tige 33, le contact 11-llA, l'arc A2, le contact 15A, le tube 15 et la prise 3A. La course se poursuit (Fig.8) pendant laquelle la tige 32 reste accrochée au contact 35, assurant l'insertion de la résistance. Lorsque la force exercée par le ressort 41 atteint le seuil mentionné plus haut, la tige 33 est brutalement entraînée vers la droite; la distance d2 diminue et, dès qu'elle devient inférieure à la distance d'isolement, un arc A3 jaillit entre les contacts 50 et 52, ce qui courtcircuite la résistance (Fig.9). La force d'accrochage du contact 35 dans la gorge 63, la force du ressort 41 et la longueur de la tige 33 sont choisis en fonction de la vitesse relative de déplacement des ensembles mobiles pour assurer une durée d'insertion convenable de la résistance, par exemple comprise entre 8 et 12 millisecondes. Les tringles de manoeuvre poursuivent leur course jusqu'à la fin de l'enclenchement et on retrouve la configuration de la Fig.2. Le disjoncteur de l'invention répond aux problèmes techniques posés. L'insertion est effectuée au moyen de dispositifs légers ne nécessitant pas de moyens d'amortissement et autorisant des commandes de puissance réduite. Le diamètre des ensembles mobile est réduit, ce qui permet l'utilisation d'enveloppe de diamètre réduit. L'invention s'applique aux disjoncteurs à une ou plusieurs chambres de coupure par pôle, de type conventionnel ou blindé. REVENDICATIONS 1/ Disjoncteur à haute tension à double mouvement comprenant, pour chaque phase, au moins une chambre de coupure délimitée par une enveloppe isolante (1) sensiblement cylindrique, remplie de gaz diélectrique sous pression et à l'intérieur de laquelle sont disposés, de manière coaxiale, un premier ensemble mobile comprenant notamment un contact principal (14), un contact d'arc (1515A) et un cylindre de soufflage terminé par une buse de soufflage (20) coopérant avec un piston (18), lesdits contacts (14, 15-15A) étant reliés à une première prise de courant (2A), ledit premier ensemble mobile étant mécaniquement relié à un premier jeu de tringles de manoeuvre (4A), un second ensemble mobile comprenant un contact principal (29) destiné à coopérer avec le contact principal (14) du premier ensemble mobile, un contact d'arc (11-llA) destiné à coopérer avec le contact d'arc (15-15A) du premier ensemble mobile, ledit second ensemble mobile étant relié à un second jeu de tringles de manoeuvre (30) se déplaçant en sens inverse du premier jeu de tringles (4A), une résistance (5) disposée coaxialement et dont une première extrémité est reliée électriquement à la seconde prise de courant (3A), caractérisé en ce que les contacts du second ensemble mobile sont portés par un cylindre (22) à une première extrémité (22A) duquel est fixé le contact d'arc (11-llA) du second ensemble mobile, ledit cylindre (22) contenant intérieurement une tige de contact (33) coulissant à l'intérieur du cylindre, en contact électrique avec ce dernier par des premiers contacts glissants (43), débouchant à une seconde extrémité (22B) du cylindre et soumise à l'action d'un premier ressort (41) tendant à la faire rentrer à l'intérieur du cylindre, l'extrémité (33B) extérieure de la tige pouvant coopérer électriquement avec un premier jeu de contacts (35), fixes, relié électriquement à l'extrémité de la résistance (5) opposée à la seconde prise (3A), ladite tige (33) comportant un moyen (63) de blocage de l'extrémité dudit premier jeu de contacts (35), ce blocage cessant lorsque la force exercée par ledit premier ressort (41) sur la tige (33) dépasse un seuil donné, ledit cylindre (22) étant en contact électrique par des seconds contacts glissants (47) avec un coulisseau conducteur (45) disposé extérieurement et coaxialement audit cylindre (22), ledit couliseau étant soumis à l'action d'un second ressort (60) tendant à l'éjecter du cylindre, ledit coulisseau étant muni de moyens (45A, 25) de limitation de sa course le long du cylindre, ledit coulisseau portant un second jeu de contacts (50) coopérant avec un troisième jeu de contacts (52) fixés à des bras fixes conducteurs (54) reliés à la secondes prise de courant (3A), les dimensions des divers constituants étant choisies pour que les second (50) et troisième (52) jeux de contacts soient, lorsque le disjoncteur est en position déclenchée, séparés d'une distance (d2) au moins égale à la distance d'isolement correspondant à la tension de la chambre, la force précitée étant choisie en fonction de la vitesse de déplacement des ensembles mobiles pour que la tige (33) soit maintenue par le premier contact (35),contre l'action du premier ressort (41), lors d'une manoeuvre de fermeture du disjoncteur, pendant la durée choisie d'insertion de la résistance (5). 2/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de blocage est constitué par une gorge (63) pratiquée dans la tige de contact (33) et coopérant avec l'extrémité des contacts dudit premier jeu de contacts (35). 3/ Disjoncteur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le second ensemble mobile est guidé par un cône isolant (56) fixé à l'extrémité des bras (54).