Brevet FR2738388A1 — publié le 19970307

DISJONCTEUR A FAIBLE ENERGIE DE MANOEUVRE L'invention concerne les disjoncteurs à haute tension à gaz de soufflage. La tendance actuelle, sous l'impulsion des utilisateurs, est de réaliser des disjoncteurs ne nécessitant qu'une faible énergie de manoeuvre. Il a été proposé de réaliser des disjoncteurs dans lesquels les contacts à séparer sont animés de mouvements en sens opposés, de manière à augmenter leur vitesse de déplacement relative; cette disposition permet de réduire l'énergie cinétique totale des pièces en mouvement, et, par suite, d'utiliser une commande de moindre puissance. De tels disjoncteurs présentent cependant des complications de construction en raison de la nécessité de disposer de deux jeux de tringles de manoeuvre. Par ailleurs, il a été observé que la coupure par un disjoncteur à gaz de soufflage est favorisée par une précompression du gaz avant séparation des contacts d'arc. Le but de l'invention est de concevoir un disjoncteur dans lequel les contacts subissent un double mouvement, mais en utilisant une seule tringlerie de manoeuvre, et dans lequel les mouvements simultanés des contacts n'interviennent que lorsque le gaz de soufflage a déjà subi une compression. Une telle combinaison permet de réduire dans une proportion jamais atteinte l'énergie nécessaire à la manoeuvre du disjoncteur. Cet objectif est atteint avec le disjoncteur tel que décrit dans les revendications. Un exemple de mise en oeuvre de l'invention est décrit maintenant, en référence au dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est une vue partielle, et partiellement en coupe axiale, d'une chambre de coupure d'un disjoncteur selon l'invention, représenté en position déclenchée, - la figure 2 est une vue en coupe axiale de la partie fixe du disjoncteur, ce dernier étant en position déclenchée, - la figure 2A est une vue partielle à échelle agrandie d'une partie de la figure 2, - la figure 3 est une vue en demi-coupe axiale de la partie fixe du disjoncteur, représentée au cours d'une opération d'enclenchement, - la figure 4 est une vue en demi-coupe axiale de la partie fixe du disjoncteur, représentée en fin d'enclenchement, - les figures 5 et 6 sont des vues en demi-coupe axiale de la partie fixe du disjoncteur, illustrant une opération de déclenchement. Dans ce qui suit, il sera décrit une chambre de coupure d'un disjoncteur à haute tension. Un disjoncteur présente au moins une chambre de coupure par pôle; l'invention s'applique aussi bien aux disjoncteurs à une seule chambre de coupure par pôle, qu'aux disjoncteurs ayant plus d'une chambre de coupure par pôle (2 à 5 par exemple). Dans la figure 1, la référence 1 désigne une enveloppe isolante étanche, par exemple en porcelaine, remplie d'un gaz à bonnes propriétés diélectriques tel que l'hexafluorure de soufre SF6, et contenant les organes de coupure de la chambre. Ces organes de coupure comprennent une partie fixe globalement référencée 3, et une partie mobile désignée par le chiffre 4. La partie mobile 4 du disjoncteur est de type connu. Elle comprend deux tubes métalliques coaxiaux 6 et 7, solidarisés par une pièce métallique annulaire 8. La pièce 8 porte, dans le prolongement du tube 6, une couronne de doigts de contact 9 protégés par un capot pare-effluves 10. Les contacts 9 sont destiné au passage du courant permanent. La pièce 8 porte, dans le prolongement du tube 7, une couronne de doigts de contact 12 protégés par un capot pare effluves 13; ces contacts constitue le contact d'arc mobile de la chambre de coupure et sont constitués de manière à résister aux effets de l'arc électrique. La pièce 8 porte une buse isolante 15 disposée coaxialement aux contacts 12 et autour de ceux-ci. Le volume annulaire 16 compris entre les tubes 6 et 7 constitue un volume de soufflage coopérant avec un piston fixe 18 relié par une tige tubulaire 19 à une pièce métallique fixe 20 reliée électriquement à une première prise de courant non représentée. Le piston est muni de clapets unidirectionnels 18A qui s'ouvrent à l'enclenchement du disjoncteur pour limiter la résistance au mouvement due à l'aspiration. La pièce 8 est munie de perçages 8A pour le passage du gaz de compression. Le tube 6 est relié électriquement à la tige tubulaire 19 par des contacts glissants 21, par exemple du type "accordéon". Le tube 7 est relié, pour la manoeuvre de l'ensemble mobile 4, à une tige isolante non représentée mise en mouvement par une commande non représentée. Ces éléments non représentés sont classiques et le lecteur pourra en trouver une description détaillée dans Les Techniques de l'ingénieur, "Appareillage électrique d'interruption à haute tension" par Eugène Maury, D 655, 1981. L'ensemble mobile qui vient d'être décrit ne sera plus représenté dans les figures suivantes, pour des raisons de clarté du dessin. La Fig.2 représente la partie 3 en coupe axiale. L'enveloppe 1 n'a pas été représentée. La partie 3 comprend une portion cylindrique fixe 30, dont une première extrémité 30A est reliée à une seconde prise de courant non représentée. Cette portion cylindrique 30 est disposée coaxialement à l'enveloppe isolante 1 représentée dans la Fig.1. Un peu avant la seconde extrémité 30B, le cylindre 30 présente un épaulement intérieur 30C portant une portion tubulaire de diamètre réduit 30D munie intérieurement des contacts glissants 31, par exemple de type "accordéon". Les diverses pièces disposées à l'intérieur du cylindre 30 sont de révolution et disposées coaxialement au cylindre 30. Parmi ces pièces, on peut distinguer, dans la Fig.2: - un poussoir isolant, constitué d'une partie cylindrique 32 prolongée par deux ou trois bras 32A parallèles à l'axe du cylindre 30; le cylindre 32 est solidaire d'un premier tube métallique 33 dit tube pilote, disposé à l'intérieur du cylindre 30 et dans le prolongement du poussoir. Le poussoir 32 peut glisser le long et à l'intérieur de l'extrémité 30B du cylindre 30 et entraîner le tube pilote 33. Le glissement est facilité par un joint de glissement représenté par un petit rectangle non référencé. Dans la suite, pour la clarté du dessin, les joints de glissement, représentés dans les figures par des petits rectangles, ne seront pas référencés.L'espace annulaire compris entre la portion tubulaire 30D et l'extrémité en regard du tube pilote 33 est destinée à recevoir un ressort 35, dit ressort de rappel du tube pilote, qui s'appuie contre l'épaulement 30C et un épaulement du poussoir 32. - un second tube métallique 38, dit tube rétractable, de diàmètre inférieur au tube pilote 33, et portant un bourrelet extérieur central 38A et un flasque d'extrémité 38B. Le bourrelet central 38B porte de part et d'autre des portions tubulaires 39 et 40 munies de rampes respectivement 39A et 40A dont le rôle sera expliqué plus loin (Voir Fig.2A).Le flasque 38B porte un contact tubulaire 41, constituant le contact pour le passage du courant permanent, et un contact tubulaire 42 constituant le contact d'arc. Le contact 41 coopère avec la couronne de contacts 9 et avec les contacts glissants 31. Le contact tubulaire 42 coopère avec la couronne de contacts d'arc 12.Le terme de rétractable utilisé pour le tube 38 vient de ce que, comme on le verra plus loin, il effectue, lors d'une manoeuvre de déclenchement, un mouvement de retrait par rapport à l'ensemble fixe, dans le sens opposé à celui de l'ensemble mobile. - un troisième tube 45, fixe; la fixation est assurée par une portion annulaire 46 solidarisée au cylindre 30. Le tube 45 comprend une partie 45A en contact avec le tube 38, à l'extérieur de celui-ci, et une portion 45B, de plus faible diamètre, en contact avec les portions tubulaires 39 et 40, extérieurement à celles-ci. La portion 45B comporte des trous dans lesquels sont disposés des premières et secondes billes 47 et 48, coopérant respectivement avec les rampes 39A et 40A pour constituer des systèmes de blocage, comme il sera montré plus loin. - un ensemble comprenant une première et une seconde couronnes, 51 et 52, solidarisées par un quatrième tube 53, dit tube de compression. On note que la couronne 52 présente des lumières dans lesquelles s'engagent les bras du tube pilote 33 qui présente des découpes appropriées. La couronne 51 constitue un piston qui peut coulisser dans le volume annulaire V délimité par le cylindre 30 et la portion 45A du tube fixe. La portion annulaire 46 est munie de clapets unidirectionnels 46A se fermant lorsque la pression à l'extérieur du volume V est supérieure à la pression à l'intérieur de ce volume.Dans le volume délimité par la couronne 52, le tube pilote 33, l'extrémité du tube fixe 45, le bourrelet 38A et le tube rétractable 38 sont disposés un second et un troisièmes ressorts, 55 et 56, tous les deux en appui contre la couronne 52 et respectivement en appui contre le bourrelet 38A et l'extrémité du tube fixe 45. Le second ressort 55 est appelé ressort du contact rétractable et le ressort 56 est appelé ressort de rappel des contacts. - une douille cylindrique 60, disposée entre le tube fixe 45 et le tube de compression 53, au droit des billes 47. La douille 60 comporte une rampe 60A pour coopérer avec les billes 47, comme on le verra plus loin. il faut noter que la douille 60 est poussée par un quatrième ressort en appui contre la couronne 51; la portion 60 vient en butée contre contre une butée 53A du tube de compression 53. Cette butée sert également de butée au tube pilote 33. Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant. Enclenchement Lorsque le disjoncteur est déclenché, la partie 3 est dans la configuration de la Fig.2. L'enclenchement se produit par le déplacement, vers la gauche de la figure, de l'ensemble mobile. Lorsque l'extrémité du poussoir 32 vient en contact avec le pare-effluves 10, le poussoir recule (Fig.3) et entraîne le tube pilote 33 qui lui-même entraîne le tube de compression 53, ce dernier entraînant la douille 60. Les ressorts 35, 55 et 56 se trouvent comprimés par le mouvement du poussoir. Les contacts 41 et 42 restent immobiles car le tube rétractable 38 est bloqué d'une part par les billes 47 coopérant avec la rampe 39A et la douille 60 et d'autre part par les billes 48 coopérant avec la rampe 40A et le tube pilote 33. La configuration de l'ensemble 3, en fin d'enclenchement, est celle de la Fig.4. Déclenchement. On se référera aux Fig.5 et 6. Le déclenchement se produit par déplacement de l'ensemble mobile vers la droite des figures. Sous l'action du ressort 35 de rappel du tube pilote, le poussoir 32 se déplace vers la droite de la figure (Fig.5) , entraînant le tube pilote 33. Lorsque l'extrémité gauche du tube pilote atteint les billes 53, celles-ci libèrent le tube 38. L'ensemble 51-52-53 reste pratiquement immobile car tout mouvement du piston 51 est freiné par la dépression créée à l'intérieur du volume V. Le tube 38, porteur des contacts 41 et 42, se déplace donc brusquement vers la gauche de la figure sous l'action de la détente du ressort 55 provoque l'entraînement vers la droite du tube de compression 53. On a donc bien deux mouvements en sens opposés des contacts des ensembles 3 et 4, avec une précompression du gaz de soufflage pendant toute la phase où le tube pilote 33 bloque les billes 53. La Fig.6 représente la configuration correspondant au recul maximal des contacts de l'ensemble 3. Le volume V se remplit progressivement en raison des fuites d'étanchéité, et la détente du ressort 56, qui n'est plus freinée par la dépression dans le volume V, entraîne l'ensemble 51-52-53 vers la droite de la figure, ce qui ramène le disjoncteur dans la position déclenchée de la Fig.2. Pendant cette phase, le ressort 62 est comprimé jusqu'à ce que le tube rétractable 38 ait atteint une position où les billes 47 passent la rampe 39A. Alors, la douille 60 est débloquée et le ressort 62 la ramène dans la position illustrée dans la Fig.2. Le disjoncteur de l'invention est de construction économique puisqu'il ne comprend que des pièces de révolution. Il se contente pour sa manoeuvre d'une commande de puissance réduite grâce à une vitesse relative élevée de séparation des contacts lors d'une ouverture. Cette vitesse permet notamment la coupure des courants capacitifs. REVENDICATIONS 1/ Disjoncteur comprenant pour chaque phase au moins une chambre de coupure comprenant une enveloppe métallique étanche remplie de gaz diélectrique sous pression, ladite enveloppe contenant un ensemble mobile comprenant des premiers contacts permanent (9) et d'arc (12) , mobiles, reliés mécaniquement à une tringle de manoeuvre et électriquement à une première prise de courant, et un ensemble fixe comprenant des seconds contacts permanent (41) et d'arc (42), reliés électriquement à une seconde prise de courant et coopérant respectivement avec lesdits premiers contacts mobiles (9, 12), caractérisé en ce que lesdits seconds contacts (41, 42) sont mobiles par rapport à l'ensemble fixe, l'ensemble fixe étant muni de moyens ( 32, 55, 38) pour leur communiquer, lors d'une opération de déclenchement, un mouvement en sens opposé à celui des premiers contacts mobiles (9, 12) 2/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent un poussoir isolant (32) mobile par rapport à l'ensemble fixe, dont le mouvement lors d'une opération d'enclenchement provoque le déplacement d'un tube de compression (53) muni pièce d'appui (52) pour un ressort (55) s'appuyant par ailleurs sur une pièce (38A) solidaire d'un tube (38), dit tube rétractable, portant lesdits seconds contacts (41, 42), ledit tube rétractable coopérant avec des organes de blocage (45, 47, 60) pour immobiliser le tube rétractable lors de ladite opération d'enclenchement et permette ainsi la compression dudit ressort (55), lesdits organes de blocage étant agencés pour autoriser le mouvement du tube rétractable (38) en bloquant le tube de compression (53) lors d'une opération de déclenchement. 3/ Disjoncteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe de blocage comprend un tube fixe (45) muni d'une première série de billes (47) coopérant avec une douille de verrouillage (60) et une première rampe (39A) solidaire du tube rétractable (38), et une seconde série de billes (48) coopérant avec un tube pilote (33) solidaire du poussoir (32) et une seconde rampe ((40A) solidaire du tube rétractable (38). 4/ Disjoncteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le tube de compression (53) est solidaire d'un piston (51) se déplaçant dans un volume fermé (V) dont la dépression, lors d'une opération de déclenchement, permet l'immobilisation dudit tube de compression (53). 5/ Disjoncteur selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le tube pilote (33) le tube de compression (53) et la douille (60) sont associés chacun à un ressort de rappel (56, 35, 62).