Brevet FR2746540A1 — publié le 19970926

COMMANDE POUR DISJONCTEUR A HAUTE TENSION La présente invention est relative à une commande pour disjoncteur à haute tension dans lesquel la chambre de coupure est remplie d'un gaz à bonnes propriété 5 diélectriques, tel que l'hexafluorure de soufre, sous une pression de quelques bars. On connaît, pour la manoeuvre de tels disjoncteurs, des commandes mécaniques, à ressorts, et des commandes hydrauliques.10 On pourra se référer, pour illustrer l'état de la technique, aux TECHNIQUES DE L'INGENIEUR, Appareillage électrique d'interruption à haute tension, par Eugène MAURY, D 655 a. Un but de la presente invention est de réaliser un disjoncteur ayant une commande à la fois pneumatique et mécanique, dans laquelle le gaz utilisé pour une partie des manoeuvres du disjoncteur est le gaz d'isolement sous pression de la chambre de coupure. L'invention a pour objet une commande telle que décrite dans les revendications. L'invention est précisée par un exemple de mise en oeuvre, décrit ciaprès en regard du dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est une vue en élévation d'un pôle de disjoncteur selon l'invention, - la figure 2 est une vue schématique de la commande du disjoncteur, représentée en position enclenchée, - la figure 3 est une vue schématique de la commande après une opération de déclenchement, - la figure 4 est une vue schématique de la commande, après une opération d'enclenchement consécutive à une première manoeuvre de déclenchement d'un cycle O,0,3sF,O, - la figure 5 est une vue schématique de la commande, après la seconde manoeuvre de déclenchement d'un cycle O, 0,3sF,O, - les figures 6 à 13 illustrent les diffférentes phases de la manoeuvre de la commande, dans un mode particulier de réalisation. La Fig.1 représente, en élévation, un pôle de disjoncteur. Dans cette figure, la référence 1 désigne une colonne isolante d'un pôle de disjoncteur. La colonne repose sur un châssis 2 fixé au sol, par l'intermédiaire d'une colonne isolante lA munie d'un flasque métallique inférieur lB. Un contact fixe 3 est placé dans la chambre de coupure 4 remplie de gaz d'isolement tel que l'hexafluorure de soufre SF6. La chambre 4 est délimitée, à sa partie supérieure, par un premier flasque 5 auquel est fixée une première prise de courant 5A, et, à sa partie inférieure, par un second flasque 7 auquel est fixée une seconde prise de courant 7A. La référence 8 désigne un piston de soufflage fixe. L'ensemble mobile comprend des contacts 9 et une tuyère 10 solidaires d'un cylindre 1il coopérant avec le piston 8. Le20 cylindre est relié à une tige de manoeuvre 12 qui traverse de manière étanche ou non le flasque 7. Cette tige 12 est reliée à une tige 13 faisant partie de la commande qui a été représentée dans la figure 1 par le rectangle 14.25 La commande est fixée au châssis 2 par des moyens non représentés; elle est directement placée sous le pôle à manoeuvrer. On se reportera maintenant à la Fig. 2 qui représente schématiquement en coupe axiale une commande selon l'invention, dans la configuration correspondant au disjoncteur enclenché en fonctionnement. La commande comprend un premier ressort 21, dit ressort de déclenchement, s'appuyant d'une part contre le flasque inférieur lB et d'autre part contre une couronne 2235 solidaire de la tige 13. La tige est immobilisée, le ressort 21 étant comprimé, par une butée 23 pouvant être escamotée par un électro-aimant comprenant une tige 24 actionnée par une bobine de déclenchement 25. Un ressort de rappel 25A et des ergots de limitation de course représentés par des triangles non référencés complètent l'équipement de la butée 5 23. Une telle butée est décrite par exemple dans le document FR-A- 95 13 796. La commande comprend un élément cylindrique de réarmement 34 traversant de manière étanche une paroi 32A d'une enceinte 32. Un ressort de faible puissance, référencé10 31, est disposé autour de l'élément 34 et s'appuie d'une part sur la paroi interne supérieure 32A de l'enceinte 32 et, d'autre part, sur un épaulement 34A de l'élément cylindrique 34. L'élément 34 est coaxial à la tige de manoeuvre 13.15 Dans la position de la Fig.2, disjoncteur enclenché, le ressort 31 est détendu et l'élément 34 occupe toute la longueur de l'enceinte 32. L'enceinte est reliée à l'intérieur de la colonne IA, remplie de gaz isolant sous pression, par deux conduits référencés 40 et 50.20 Le conduit 40 peut être obstrué par une vanne 41 commandable par exemple par un électro- aimant comprenant une bobine 42. Le conduit 50 comporte une petite pompe pneumatique 51 permettant de refouler dans la direction allant de l'enceinte 32 à la colonne lA. Lorsque le disjoncteur est enclenché, cas de la Fig.2, la vanne 41 est ouverte. La pression dans l'enceinte 32 est égale à celle qui règne dans la colonne lA et qui est de plusieurs atmosphères. L'élément cylindrique 34 est soumis à une force égale au quotient: de la pression différentielle entre l'intérieur et l'extérieur de l'enceinte à la section de l'élément cylindrique. Cette force tend à déplacer l'élément 34 vers le haut, contre l'action du ressort 31. Le déplacement est interdit par la présence d'une butée 4335 pouvant être escamotée par un électro-aimant comprenant une tige 44 actionnée par une bobine de déclenchement 45. L'équipement de la butée 43 est complété par un ressort de rappel et par des ergots de limitations de course non référencés et symbolisés par des triangles. La tige 13 et l'élément cylindrique 34 sont prolongés respectivement par une tige 13A et un tube 34B, engagés l'un dans l'autre. Ces éléments sont agencés pour qu'au cours d'un déclenchement, la tige 13A se déplace sans obstacle, et pour qu'au cours d'un réenclenchement, le tube 34B entraîne la tige 13A. Un exemple de réalisation de cet agencement est10 donné en référence aux Fig. 6 à 13. Un ordre d'ouverture du disjoncteur se traduit par l'alimentation de la bobine de déclenchement 25, ce qui produit l'effacement de la butée 23 par rotation dans le sens de la flèche Fl. Le ressort 21 se détend, entraînant la15 tige de manoeuvre du disjoncteur. La Fig. 3 montre la configuration de la commande après le déclenchement. Dans un délai très court, inférieur à 0,3 seconde, un ordre de réenclenchement est donné. Celui-ci se traduit par l'alimentation de la bobine de réenclenchement 45, ce qui produit l'effacement de la butée 43 par rotation dans le sens de la flèche F2. Sous l'action de la pression différencielle qui s'exerce sur l'élément 34, celui-ci se déplace vers le haut de la Fig. 3, comprimant le ressort 3125 et entraînant la tige 13-13A ce qui produit la refermeture du disjoncteur et la recompression du ressort 21. La tige 13 s'accroche sur sa butée 23. En fin de manoeuvre de réenclenchement, la commande présente la configuration de la Fig.4. L'alimentation de la bobine, au début de l'opération30 de réenclenchement, s'effectue à un instant calculé pour que, compte tenu des temps de réponse des diverses pièces mécaniques, la refermeture s'effectue 0,3 seconde après l'ouverture. Pour permettre la manoeuvre de réenclenchement qui vient d'être décrite, on a donné à la section de35 l'élément 34 une valeur notablement supérieure à celle de la tige 13, par exemple 80 à 100 mm de diamètre pour l'élément 34 contre 40 mm pour la tige 13. Si le défaut persiste, un ordre d'ouverture est immédiatement donné et se traduit par l'alimentation de la bobine de déclenchement 25. Le ressort 21 se détend, entraînant la tige 13 et par suite, l'ouverture du disjoncteur. Apres ce cycle O-0,3sF-O, la commande est dans la configuration de la Fig.5. Le cahier des charge prévoit qu'après une durée de 10 secondes par exemple, la commande puisse effectuer un cycle comprenant une fermeture F suivie d'une ouverture O. Pour que la commande puisse effectuer ce cycle, il faut que l'élément 34 reprenne sa position initiale (Fig. 2 et 3). Pour cela, dès la fin du cycle O-0,3sF-O, un ordre est donné d'alimentation de la bobine 42 qui entraîne la fermeture de la vanne 41. Dès que cette vanne est fermée, la pompe à vide 51 est mise en route; en quelques secondes, la20 pression dans l'enceinte 32 est ramenée à une valeur suffisamment faible pour que la pièce 34, sous l'action de la pression différentielle résultant de la différence entre la pression atmosphérique et la pression résiduelle dans l'enceinte 32, et avec l'aide du ressort 31, reprenne la25 position initiale. La butée 43 est remise en position. La pompe 51 est arrêtée et la vanne 41 ouverte. La commande est alors prête pour un nouveau cycle F-O. Les Fig. 6 à 13 illustrent le mode de réalisation et le fonctionnement de le tige 13 et de l'élément 34. La tige 13 est terminée par une portion 13A de diamètre inférieur. Une portion conique 13B sépare les deux portions de la tige. La portion de grand diamètre est solidaire d'un cylindre 51. L'élément 34 est une tige qui se prolonge par une portion tubulaire 34B. Cette tige coulisse de manière étanche à travers la paroi 32A de l'enceinte 32 précédemment décrite. La portion tubulaire porte à son extrémité des logements pour des billes 52, par exemple trois billes disposées à 120 l'une de l'autre. Un tube mobile 55 entoure la tige 13A et la portion tubulaire 34B. Le diamètre intérieur du tube 55 est choisi pour venir en contact avec les billes 52 lorsque celles- ci s'appuient sur la portion 13B de la tige 13. Le tube 55 présente à son extrémité voisine du cylindre 51, une rampe conique intérieure 55A, de sorte que l'épaisseur du tube à son extrémité en regard du cylindre 51 est plus faible que celle du reste du tube. Le diamètre du cylindre 51 est choisi pour que le tube 55 puisse venir en appui contre l'extrémité du cylindre et permette le poussage du cylindre 51 par le tube 55.15 Le tube 55 porte une couronne 56 servant d'appui à une extrémité d'un ressort 57 dont l'autre extrémité s'appuie sur la paroi 32A. Le ressort est entouré par un manchon 58 fixé par une extrémité à la paroi 32A et portant à son autre extrémité une couronne 59.20 La Fig. 6 correspond à une configuration dans laquelle le disjoncteur est fermé. Le tube 55 est en contact avec le cylindre 51, le ressort 57 est détendu, l'extrémité de la portion tubulaire 34B est engagée autour de l'extrémité de la tige 13A, les billes étant en contact simultané avec la25 tige 13A et avec le tube 55. Une ouverture du disjoncteur (Fig.7) se traduit par le déplacement vers la droite de la tige 13-13A sous l'action du ressort de déclenchement décrit plus haut. Le ressort 57 est comprimé. En fin de manoeuvre d'ouverture, les billes 5230 sont situées sur la rampe 13B et au voisinage de la rampe A. Une manoeuvre de réenclenchement se manifeste par un déplacement vers la gauche de la tige 34 qui pousse la tige 13A car les billes sont alors en appui sur la partie conique 13B et emprisonnées par le tubee 55. Le tube 55, poussé par le ressort 57, suit le mouvement. Lorsque la couronne 56 atteint la couronne 59, le mouvement du tube 55 est arrêté. La tige 34B continue son mouvement sur quelques millimètres, qui permettent aux billes de monter sur la rampe 13B et de désolidariser les pièces 13-13A et 34B (Fig.8). Le mouvement 5 de l'élément 34-34B présente une surcourse de quelques millimètres (12 par exemple) ce qui permet à la buté d'accrochage de la tige 13-13A de se remettre en place. La configuration est alors celle de la Fig.9. Les billes 52 étant libérées, rien ne s'oppose à une réouverture du disjoncteur. Celle-ci se traduit comme précédemment par le déplacement de la tige 13-13A, la tige 34-34B restant immobile pendant la course (Fig.10). Le réarmement s'effectue par le déplacement vers la droite de la figure de la tige 34-34B (Fig.11). Au début de la course, le tube 55 reste immobile. Lorsque les billes 52 atteignent la rampe 13A (Fig.12), le tube 55 est entraîné à son tour comprimant le ressort 57. Une légère surcourse (3 millimètres par exemple) permettent à la butée de réenclenchement de se remettre en position.20 En fin de manoeuvre de réarmement, la commande est dans la configuration de la Fig.13, prête à effectuer une manoeuvre de fermeture. La commande de l'invention est simple et peu coûteuse à la réalisation et au fonctionnement. Elle s'applique à la manoeuvre des disjoncteurs à haute et très haute tension. REVENDICATIONS 1/ Commande pour l'actionnement d'une tige de manoeuvre (13) d'un disjoncteur comprenant au moins une chambre de coupure remplie par un gaz diélectrique sous pression, ladite tige traversant de manière étanche un flasque (lB) d'extrémité du disjoncteur, ladite commande comprenant un ressort de déclenchement (21) maintenu bandé lorsque le disjoncteur est fermé par une butée de déclenchement (23) commandable, caractérisé en ce qu'il comprend un système de réenclenchement comprenant une enceinte fermée étanche (32) communiquant avec la chambre de coupure sous pression par un premier conduit (40) obturable par une vanne (41) et par un second conduit (50) dans lequel est placé en série une pompe à vide (51), le système comprenant en outre un élément de réenclenchement (34) coulissant de manière étanche à l'intérieur de ladite enceinte et rappelé vers l'intérieur de l'enceinte par un ressort (31), ledit élément étant associé à une butée (43) de réenclenchement commandable, ledit élément étant disposé dans l'axe de ladite tige (13), ledit élément (43) étant agencé pour permettre le réenclenchement du disjoncteur sans gêner une opération ultérieure de déclenchement. 2/ Commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de réenclenchement (34) est une tige dont la section traversant la paroi (32A) de ladite enceinte (32) est bien supérieure à la section de la tige de manoeuvre (13) traversant ledit flasque d'extrémité (lB). 3/ Commande selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'élément de réenclenchement (34) est une tige prolongée par une portion tubulaire (34B) munie à son extrémité d'orifices pour des billes (52), ladite tige de manoeuvre étant (13) étant prolongée par une portion de diamètre inférieur (13A) séparée par une rampe conique (13B), un tube (55) étant disposé autour de ladite portion tubulaire (34B) et de ladite tige 13A, le diamètre intérieur dudit tube (55) étant choisi pour assurer un coulissement à frottement doux lorsque les billes (52) se trouvent dans une section de la partie (13A) à diamètre réduit de la tige de manoeuvre, ledit tube (55) comportant une extrémité conique (55A) telle que lorsque les billes (52) sont disposées à la fois au droit de cette extrémité conique et au droit de ladite rampe conique (13B) le déplacement de l'élément de réenclenchement (34-34B) dans le sens du réenclenchement du disjoncteur provoque le déplacement de la tige de manoeuvre (13-13A) dans le sens de l'enclenchement, la commande comprenant en outre un manchon (58) fixe entourant le cylindre (55) et la partie cylindrique (34B) de l'élément de réenclenchement, ledit manchon comportant à une première extrémité une couronne (59) coopérant avec une couronne extérieure (56) du cylindre (55), un ressort (57) étant15 disposé entre ladite couronne extérieure et la seconde extrémité du manchon (58).