Brevet FR2737601A1 — publié le 19970207

La présente invention est relative à un sectionneur et concerne plus particulièrement un sectionneur dans l'air pour basse tension supportant la haute tension de manière impulsionnelle et à fort pouvoir de coupure. Elle se rapporte au domaine de la protection d'installations électriques contre d'importantes surtensions, provoquées par la foudre par exemple. Dans l'état actuel de la technique, les sectionneursldisjoncteurs supportant les hautes tensions de manière permanente, sont volumineux et donc difficilement utilisables sur des installations pour lesquelles l'emplacement disponible est limité. A l'inverse les sectionneursldisjoncteurs, de faibles dimensions et conçus pour couper la basse tension, ne possèdent pas d'isolement haute tension. Des sectionneurs spécifiques pour basse tension et à haut isolement face aux impulsions sont décrits dans la demande de brevet français ne8015039 du 4 juillet 1980, et sont utilisés en France depuis plusieurs années. Ils sont très utiles sur des sites industriels ou militaires qui subissent périodiquement d'importants dégâts dus aux fortes surtensions ayant pour origine la foudre. Ces perturbations transmises par les différents réseaux de transmission peuvent se propager sur des kilomètres. Pilotés par des détecteurs d'orages, ces sectionneurs permettent d'isoler un site de toutes les transmissions électriques et ainsi de le protéger de leurs perturbations. Bien que déjà de faible encombrement et résistant à de fortes surtensions, ce dispositif ne permet que des ouvertures à courant nul et nécessite donc d'être couplé en série à un contacteur, qui, en cas d'orage, s'ouvre avant le sectionneur. Par sécurité, une ouverture en charge et manuelle du sectionneur est cependant possible, mais elle entraîne la naissance d'arcs électriques néfastes aux doigts de contact. Le corps de ce sectionneur est entièrement métallique et nécessite donc d'être également connecté à la masse. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients. Le but de la présente invention est de réaliser un sectionneur à haut isolement possédant un fort pouvoir de coupure, mais également un coût moindre, un encombrement encore plus réduit et une installation simplifiée. Selon une première caractéristique, il est composé de: un interrupteur à déconnexion rapide permettant la fermeture et l'ouverture en charge d'un ou plusieurs circuits électriques, un interrupteur à haut isolement permettant également la fermeture et l'ouverture d'un ou plusieurs circuits électriques, et formé par un couple d'ensembles de contacts électriques dont le ou les contacts du premier ensemble correspondent au dudit ou aux desdits circuits électriques de l'interrupteur à déconnexion rapide, un actionneur à déplacement rectiligne actionnant le second ensemble de contacts électriques. Cet actionneur peut être notamment un vérin électrique, hydraulique, pneumatique, oléopneumatique, à crémaillère ou à vis sans fin, un module logique de commande et de contrôle composé notamment de plusieurs relayages et/ou de circuits électroniques. Selon un mode de réalisation préférentiel, I'interrupteur à déconnexion rapide et les deux ensembles de contacts électriques peuvent être formés par deux prises complémentaires à pouvoir de coupure, décrits dans la demande de brevet français de la société MARECHAL du type décontacteur DSM. La prise femelle comporte plusieurs modules. Chaque module permet la fermeture et l'ouverture en charge d'un circuit électrique et possède une chambre de soufflage magnétique, un contact fixe et un contact pivotant autour d'un axe fixe. Ce module est actionné par l'un des contacts de la prise mâle, mis en mouvement par l'actionneur à déplacement rectiligne. Hors des periodes d'actionnement, ce mode de réalisation purement mécanique à l'avantage de ne pas consommer de courant.Les interrupteurs nécessitant en permanence de l'énergie électrique, dépendent ainsi des perturbations de leur alimentation dont leur but est justement de s'en protéger. Le module logique peut commander l'actionneur et contrôler le déplacement des différentes pièces en mouvement. Selon un mode particulier de réalisation, I'interrupteur à déconnexion rapide peut avoir un rôle de contacteur, indépendant de l'opération mecanique de l'actionneur et commandé directement par un signal électrique. Le module logique peut ainsi commander l'actionneur et le contacteur, et contrôler le déplacement des différentes pièces en mouvement. L'invention vise également un dispositif commandé par un système de détection sensible à tout type d'information relative aux orages, notamment des informations climatiques par la mesure de température, d'humidité, de pression, de densité d'hydrométéores pouvant signaler la présence de nuages d'orage, électromagnétiques par la mesure de champ électrostatique pouvant signaler la présence de nuages électriquement chargés, de champ électrique ou magnétique, de rayonnement ultraviolet, infrarouge ou visible pouvant indiquer la présence d'éclairs, e électriques par la mesure de tensions ou courants sur des lignes de transmission pouvant signaler la présence de perturbations, notamment des surtensions et des microcoupures et donc pouvant indiquer la présence d'éclairs, acoustiques pouvant signaler la présence de tonnerre, donc d'éclairs. Le détecteur peut ouvrir le sectionneur dés l'apparition d'un phénomène orageux, le refermer dès sa disparition et ainsi protéger une installation électrique d'éventuelles surtensions. Selon un autre mode particulier de réalisation, la présente invention peut disposer d'une source d'alimentation électrique autonome, lui assurant son fonctionnement quelles que soient les conditions d'alimentation en énergie extérieures. Selon un autre mode particulier de réalisation, un système mécanique, notamment une manivelle, peut permettre un actionnement manuel de l'ouverture ou de la fermeture de la présente invention et constitue une sécurité supplémentaire, utile dans le cas d'une défaillance de l'actionneur ou du module logique. Selon un autre mode particulier de réalisation, les deux interrupteurs et l'actionneur peuvent être intégrés dans un boîtier en matière isolante. Contrairement à un boîtier conducteur et tout en respectant la sécurité du personnel, il ne sera ainsi pas nécessaire de le connecter à la masse. Selon un autre mode particulier de réalisation, la présente invention peut comporter un jeu de volets conducteurs, qui s'ouvriront au moment de l'élongation du bras de l'actionneur rectiligne et se refermeront à son raccourcissement. Ces volets protégeront les contacts de l'ensemble mobile. En cas de surtension importante, un arc électrique se formera entre les contacts d'arrivée de ligne et les volets fermés, qui seront reliés à la masse, puis à la terre la plus proche. Selon un autre mode particulier de réalisation, le module logique de commande et de contrôle peut posséder des moyens manuels d'entrée, notamment un clavier à touches, des interrupteurs ou des commutateurs rotatifs. Selon un autre mode particulier de réalisation, le module logique de commande et de contrôle peut posséder en entrée des limiteurs de fin de course, notamment des capteurs de position (résistifs, inductifs, capacitifs, optiques ou de proximité) ou des interrupteurs. Selon un autre mode particulier de réalisation, le module logique de commande et de contrôle peut posséder en entrée un détecteur de consommation permettant de détecter un effort anormal de l'actionneur et/ou une de ses fins de course. Selon un autre mode particulier de réalisation, le module logique de commande et de contrôle peut posséder en sortie des indicateurs sonores ou lumineux. Ils pourraient permettre d'indiquer l'état du sectionneur comme ouvert, fermé, en action, en défaut ou le nombre de cycles d'ouverturelfermeture qu'il a réalisé depuis, par exemple, sa dernière opération de maintenance. Ces indicateurs pourraient notamment utiliser des haut-parleurs, des vibreurs piézoélectriques, des diodes électroluminescentes, des afficheurs à cristaux liquides ou des compteurs électromécaniques. Selon un dernier mode particulier de réalisation, une bande indicatrice peut être déplacée par l'actionneur à déplacement rectiligne de la même manière que le second ensemble de contacts électriques. Cette bande comportera différentes zones indiquant par des couleurs ou des symboles les différents états correspondants du sectionneur. Une seule de ces zones sera visible en même temps de l'avant du sectionneur, à travers une vitre transparente à la lumière. Cette bande permettra de connaître à tout instant si le sectionneur est ouvert, fermé ou en action. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: La figure 1 représente une vue d'ensemble avant en perspective d'un premier mode de réalisation d'un sectionneur fermé selon l'invention; La figure 2 représente une vue d'ensemble arrière en perspective d'un premier mode de réalisation d'un sectionneur ouvert selon l'invention; Les figures 3, 4, 5 représentent des vues en coupe d'un des modules de la prise femelle et un vue d'ensemble de la prise mobile d'un sectionneur selon l'invention à différentes phases de son actionnement. Sur la figure 1, la référence 1 désigne un boîtier contenant un module logique de commande et de contrôle fixé aux extrémités supérieures de deux colonnes 5 et 6 parallèles, verticales et de matière isolante. Ces colonnes sont reliées fixement par 3 couronnes 7, 8 et 9 isolantes et coaxiales, qui rigidifient la structure de l'invention. La couronne 9 se situe à l'extrémité opposée au bottier 1, les deux autres couronnes sont régulièrement espacées entre les extrémités des colonnes 5 et 6. Un actionneur à déplacement rectiligne, ici un moteur de vérin électrique 2, est fixé au boîtier 1 entre les deux colonnes 5 et 6. Le bras 10 de ce vérin, allongé est parallèle aux colonnes 5 et 6 et est coaxial aux couronnes 7, 8 et 9. Une prise mobile 11 est fixée à l'extrémité de ce bras. Dans son mouvement de translation cette prise mobile 11 est guidée le long des colonnes 5 et 8 par une couronne 1 2 auquel elle est fixée. Cette couronne possède deux encoches diamétralement opposées dont la position et la forme correspondent à celles des colonnes 5 et 6 qui lui permettent de coulisser sans effort. Sur cette ensemble mobile est fixé une bande indicatrice 13 présentant les différents états du sectionneur. Un prise femelle à pouvoir de coupure 4 est fixé de manière coaxiale sur la couronne 9. Elle est en contact avec la prise mâle complémentaire 11. Sur la figure 2, le bras 10 du vérin est rétracté, les deux prises 11 et 4 sont séparées. La figure 3 montre plus en détail la prise mobile 11, constituée de plusieurs doigts de contact 20, 21 et 22, associée à l'un des modules 30 de la prise femelle 4. Ce module comporte une chambre de soufflage magnétique 32, un contact fixe 33 et un contact pivotant autour d'un axe fixe 31. Ce mécanisme est déjà connu, et comme il ne concerne pas directement l'invention, il ne sera pas plus détaillé. L'arrivée d'un ligne à couper est représentée par le câble 41, sa sortie par le câble 40. Le fonctionnement du sectionneur selon l'invention est le suivant : en position ouverte, le bras 10 du vérin est rétracté et la prise mobile 11 est éloignée de la prise femelle 4. En fermeture, le bras 10 du vérin s'allonge et rapproche ainsi la prise mobile 11 de la prise femelle 4. Dans son mouvement de translation verticale, on le voit sur la figure 4, le doigt 21 vient toucher le contact pivotant 31 au point 50, puis lui fait effectuer une rotation autour de son axe fixe. Comme la figure 5 le montre, le contact pivotant 31 passe alors rapidement dans la chambre de soufflage magnétique 32 et finit sa course en butée sur le contact fixe 33, la liaison électrique est ainsi établit au point 51. A l'ouverture le mécanisme est inverse, le bras 10 du vérin se rétracte et éloigne ainsi et la prise mobile 11. Le contact pivotant 31 se déconnecte du contact fixe 33, il passe rapidement en sens inverse dans la chambre de soufflage magnétique 32 pour atteindre sa position de repos de la figure 2. La prise mobile Il poursuit sa remontée jusqu'à sa position initiale. La présente invention s'applique essentiellement aux dispositifs de coupure de lignes d'énergie quel que soit leur nombre de phases, mais également aux lignes de transmission comportant des courants faibles bien que le pouvoir de coupure de la présente invention perde de son intérêt. En position ouverte, la rigidité diélectrique du sectionneur pourra dépasser 100 kV en onde normalisée 1,V50 ps. Cet isolement est bien sur directement lié à la course de l'actionneur à déplacement rectiligne et sera donc aisément modifiable. II sera particulièrement adapté à des équipements des intensités allant de quelques mA à quelques centaines d'ampères, mais pourra comporter toute une gamme de contacts adaptée à différentes puissances. Compte tenu des nouvelles qualités que représente son fort pouvoir de coupure associé à un coût moindre, un encombrement très réduit et une grande simplicité d'installation, ce sectionneur pourra espérer trouver acquéreur aupres des administrations nationales concernant les télécommunications et les différentes armées, mais également des industriels de taille moyenne dont le domaine d'activité va des télécommunications à la pétrochimie en passant par la plasturgie et la fabrication de semiconducteurs. REVENDICATIONS 1) Sectionneur à isolement haute tension et possédant un fort pouvoir de coupure, caractérisé en ce qu'il comporte un interrupteur à déconnexion rapide permettant la fermeture et l'ouverture en charge d'un ou plusieurs circuits électriques, un interrupteur à haut isolement permettant également la fermeture et l'ouverture d'un ou plusieurs circuits électriques, et formé par un couple d'ensembles de contacts électriques dont le ou les contacts du premier ensemble correspondent au dudit ou aux desdits circuits électriques de l'interrupteur à déconnexion rapide, un actionneur à déplacement rectiligne actionnant la second prise.Cet actionneur peut être notamment un vérin électrique, hydraulique, pneumatique, oléopneumatique, à crémaillère ou à vis sans fin, un module logique de commande et de contrôle composé notamment de plusieurs relayages et/ou de circuits électroniques. 2) Sectionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce, I'interrupteur à déconnexion rapide et les deux ensembles de contacts électriques sont formés par deux prises à pouvoir de coupure, décrits dans la demande de brevet français de la société MARECHAL du type décontacteur DSM. La prise femelle (4) comporte plusieurs modules (30). Chaque module (30) permet la fermeture et l'ouverture en charge d'un circuit électrique et possède une chambre de soufflage magnétique (32), un contact fixe (33) et un contact pivotant (31) autour d'un axe fixe. Chaque module (30) est actionné par un des contacts de la prise mobile (11) mis en mouvement par l'actionneur à déplacement rectiligne. Le module logique commande l'actionneur et contrôler le déplacement des différentes pièces en mouvement. 3) Sectionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'interrupteur à déconnexion rapide a un rôle de contacteur, indépendant de l'opération mécanique de l'actionneur et commandé directement par un signal électrique. Le module logique commande ainsi l'actionneur et le contacteur, et contrôle le déplacement des différentes pièces en mouvement. 4) Sectionneur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est commandé par un système de détection sensible à tout type d'information relative aux orages, notamment des informations climatiques, électromagnétiques, électriques, acoustiques. 5) Sectionneur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il dispose d'une source d'alimentation électrique autonome. 6) Sectionneur selon l'une des revendications I à 5, caractérisé en ce qu'un système mécanique, notamment une manivelle, permet un actionnement manuel de l'ouverture ou de la fermeture de la présente invention. 7) Sectionneur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les deux interrupteurs et l'actionneur sont intégrés dans un boîtier en matière isolante. 8) Sectionneur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un jeu de volets conducteurs, qui s'ouvriront au moment de l'élongation du bras de l'actionneur rectiligne et se refermeront à son raccourcissement. 9) Sectionneur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le module logique de commande et de contrôle possède des moyens manuels d'entrée, notamment un clavier à touches, des interrupteurs ou des commutateurs rotatifs. 10) Sectionneur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le module logique de commande et de contrôle posséde en entrée des limiteurs de fin de course, notamment des capteurs de position (résistifs, inductifs, capacitifs, optiques ou de proximité) ou des interrupteurs. 11) Sectionneur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le module logique de commande et de contrôle posséde en entrée un détecteur de consommation permettant de détecter un effort anormal de l'actionneur et/ou une de ses fins de course. 12) Sectionneur selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le module logique de commande et de contrôle possède en sortie des indicateurs sonores ou lumineux. Ces indicateurs pourraient notamment utiliser des hautparleurs, des vibreurs piézo-électriques, des diodes électroluminescentes, des afficheurs à cristaux liquides ou des compteurs électromécaniques. 13) Sectionneur selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que une bande indicatrice (13) est déplacée par l'actionneur à déplacement rectiligne de la même manière que le second ensemble de contacts électriques (11). Cette bande comporte différentes zones indiquant par des couleurs ou des symboles les différents états correspondants du sectionneur. Une seule de ces zones est visible en même temps de l'avant du sectionneur.