Brevet FR2742576A1 — publié le 19970620

1i 2742576 DISJONCTEUR A HAUTE TENSION A ENERGIE DE MANOEUVRE REDUITE. La présente invention se rapporte à un disjoncteur à haute tension à énergie de manoeuvre réduite. Il concerne plus précisément un disjoncteur du type à auto-soufflage à axe longitudinal horizontal, comprenant une enveloppe remplie d'un gaz diélectrique sous pression, deux contacts d'arc coopérant entre eux, l'un au moins faisant partie d'un ensemble de contact mobile solidaire d'un organe10 de manoeuvre et adapté pour être déplacé axialement dans l'enveloppe entre une position de fermeture et une position d'ouverture, l'ensemble de contact mobile étant constitué par un premier tube portant à son extrémité le contact d'arc mobile et un deuxième tube coaxial au premier tube pour délimiter, de part et d'autre d'une couronne reliant le premier et le deuxième tube, une chambre d'expansion fermée par une buse de soufflage et une chambre de compression communiquant avec la chambre de soufflage et fermée par un piston fixe.20 Dans un tel disjoncteur, lors de l'ouverture, à la formation de l'arc, la pression du gaz diélectrique augmente fortement dans la chambre d'expansion et donc également dans la chambre de compression qui communique avec celle-ci en général par un orifice traversant la couronne. Cette25 pression tend à freiner le déplacement d'ouverture et nécessite une énergie importante de manoeuvre pour continuer l'ouverture du disjoncteur et la séparation des contacts. La présente invention résout ce problème en réalisant durant l'arc un équilibrage des pressions de chaque côté du piston fixe, dans la chambre de compression d'un côté et dans une chambre supplémentaire pourvue d'une masse coulissante de l'autre côté. Pour ce faire, selon l'invention, le disjoncteur comporte une chambre supplémentaire délimitée par un prolongement du deuxième tube, par une partie annulaire solidaire de l'extrémité de ce prolongement opposée aux 2 2742576 contacts et coulissant sur un troisième tube fixe solidaire du piston et disposé entre le premier et le deuxième tube, par ledit troisième tube et par le piston fixe, cette chambre supplémentaire étant divisée en deux sous-chambres par une pièce pesante coulissant librement entre le deuxiè et le troisième tube et poussée contre la partie annulaire en position de fermeture par un ressort disposé entre elle et le piston et un moyen de communication de la chambre de compression avec la sous- chambre située entre la pièce10 coulissante et la partie annulaire étant prévu, l'effort exercé sur ladite pièce par le ressort étant inférieur à l'effort résultant de la pression du gaz chauffé au moment de l'apparition d'un arc lors de l'ouverture s'exerçant sur la face de ladite pièce limitant la sous-chambre située15 entre la pièce coulissante et la partie annulaire. De préference, une bague annulaire coulissante pourvue d'au moins un orifice traversant est disposée entre la partie coulissante et le piston, ledit ressort étant disposé entre ce piston et la bague et le troisième tube portant une20 butée fixe de fin de course de la bague poussée par le ressort. Avantageusement, la dimension longitudinale de la pièce coulissante est inférieure à la distance entre la partie annulaire d'extrémité du deuxième tube et la butée25 fixe, en position ouverte. Selon un exemple de réalisation, la pièce coulissante a une masse d'environ 5 kg. Ledit moyen de communication est, de préférence, constitué d'au moins un canal longitudinal réalisé dans le deuxième tube et débouchant d'une part dans la chambre de compression à proximité de la couronne et d'autre part dans ladite sous-chambre à proximité de la partie annulaire. Le piston est pourvu d'au moins un premier orifice traversant reliant la chambre de compression et la chambre supplémentaire et pourvu d'un clapet anti-retour autorisant l'entrée du gaz dans la chambre de compression et d'au moins 3 2742576 un deuxième orifice reliant la chambre supplémentaire et un espace compris entre le premier et le troisième tube, espace communiquant avec l'intérieur de l'enveloppe en début d'ouverture et pourvu d'un clapet anti-retour autorisant 5 l'entrée du gaz dans la chambre supplémentaire. L'invention est décrite ci-après plus en détail à l'aide de figures ne représentant qu'un mode de réalisation préféré de l'invention. La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un disjoncteur conforme à l'invention en position fermée. La figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un disjoncteur conforme à l'invention en position de début d'ouverture. La figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un disjoncteur conforme à l'invention en position d'apparition de l'arc. La figure 4 est une vue en coupe longitudinale d'un disjoncteur conforme à l'invention en position de fin d'ouverture.20 La figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'un disjoncteur conforme à l'invention en position ouverte. Le disjoncteur représenté sur les figures comprend, de façon classique, une enveloppe isolante 1 remplie d'un gaz diélectrique sous pression, deux contacts d'arc 3A, 7A25 coopérant entre eux. Le contact 7A fait partie d'un ensemble de contact mobile solidaire d'un organe de manoeuvre 6 et adapté pour être déplacé axialement dans l'enveloppe 1 entre une position de fermeture et une position d'ouverture. L'ensemble de contact mobile est constitué par un premier30 tube 7 portant à son extrémité le contact d'arc mobile 7A et un deuxième tube 8 coaxial au premier tube 7 pour délimiter, de part et d'autre d'une couronne 9 reliant le premier et le deuxième tubes, une chambre d'expansion 17 fermée par une buse de soufflage 10 et une chambre de compression 1835 communiquant par l'intermédiaire d'un orifice traversant 2 avec la chambre d'expansion et fermée par un piston 11 fixe. 4 2742576 Le disjoncteur peut également comporter un contact permanent 14 coopérant avec l'extrémité 8A du deuxième tube 8 formant contact permanent mobile. Le piston fixe 11 est porté par un troisième tube 4 fixe qui est disposé entre le premier 7 et le deuxième tube 8 et qui est coaxial à ceux-ci et de diamètre légèrement supérieur à celui du premier tube 7. Ce troisième tube est solidaire par exemple d'une bride 5 fixe qui peut constituer une prise de courant du disjoncteur et sur laquelle coulisse par l'intermédiaire d'un joint 25 le premier tube 7. L'espace existant entre le premier 7 et le troisième tube 4 communique en début d'ouverture avec l'intérieur du disjoncteur par une lumière 12 réalisée dans le premier tube 7. Le deuxième tube 8 comporte un prolongement 8B situé du côté du piston 11 opposé aux contacts 3A, 7A et qui comporte à son extrémité une partie annulaire 8C coulissante sur le troisième tube 4 par l'intermédiaire d'un joint glissant 13.20 Le prolongement 8B, la partie annulaire 8C, le troisième tube 4 et le piston 11 délimite une chambre supplémentaire qui est divisée en deux sous-chambres 15 et 16 par une pièce 19 montée libre entre le prolongement 8B du deuxième tube 8 et le troisième tube 4. Cette pièce 19 est relativement pesante, par exemple peut avoir une masse d'environ 5 kg. En position de fermeture, comme visible sur la figure 1, elle est poussée contre la partie annulaire 8C par un ressort 20 disposé entre elle et le piston 11. Entre le ressort 20 et la pièce 19 est disposée une bague30 annulaire 21 coulissante entre le deuxième tube 8 et le troisième tube 4 et pourvue d'au moins un orifice traversant 22. La course de cette bague 21 est limitée par une bride 23 porté par le troisième tube 4 et constituant une butée de fin de course de la bague 21 poussée par le ressort 20.35 La pièce 19 est constituée d'un cylindre métallique de section annulaire et sa hauteur ou dimension longitudinale 2742576 est inférieure à la distance entre la partie annulaire 8C et la butée fixe 23, en position d'ouverture, comme visible sur la figure 5. Cette dimension est par contre supérieure à cette distance en position de fermeture, comme visible sur 5 la figure 1. La pièce 19 présente donc une alésage de diamètre réduit à son extrémité tournée vers les contacts pour permettre son passage au-delà de la butée 23. Le deuxième tube 8 est percé d'au moins un canal longitudinal 24 constituant un moyen de communication de la chambre de compression 18 et de la sous-chambre 16. Pour ce faire, ce canal 24 débouche d'une part dans la chambre de compression 18 à proximité de la couronne 9 et d'autre part dans la sous-chambre 16 à proximité de la partie annulaire 8C. Le piston 11 est pourvu d'au moins un premier orifice 27 traversant reliant la chambre de compression 18 et la sous-chambre 15 et pourvu d'un clapet anti-retour 28 autorisant l'entrée du gaz dans la chambre de compression 18 et d'au moins un deuxième orifice 29 reliant la chambre20 supplémentaire et un espace 30 compris entre le premier 7 et le troisième 4 tube, espace communiquant avec l'intérieur de l'enveloppe 1 en début d'ouverture et pourvu d'un clapet anti-retour 31 autorisant l'entrée du gaz dans la sous- chambre 15.25 Le ressort 20 est choisi de telle sorte que l'effort exercé sur ladite pièce 19 par le ressort 20 est inférieur à l'effort résultant de la pression du gaz chauffé au moment de l'apparition d'un arc lors de l'ouverture s'exerçant sur la face de ladite pièce limitant la sous-chambre 16 située30 entre la pièce coulissante 19 et la partie annulaire 8C. Le fonctionnement du disjoncteur lors d'une manoeuvre d'ouverture est décrit ci-après en référence aux figures. Sur la figure 1, les contacts sont en position fermée. Le ressort 20 plaque la pièce 19 contre la partie annulaire 8C avec la bague 20 intercalée. La sous-chambre 16 située entre la pièce 19 et la partie annulaire 8C est de volume 6 2742576 nul. Les pressions étant équilibrées, les clapets 28 et 31 sont fermés. Sur la figure 2, représentant le début de l'ouverture, les contacts permanents 8A et 14 sont séparés et les contacts d'arc 7A et 3A commencent à se séparer également. L'ensemble mobile étant déplacé, la compression commence dans la chambre 18, le gaz venant par l'orifice 2, la chambre d'expansion 17 et la buse 10 lécher les contacts d'arc 7A et 3A. La partie annulaire 8C est décollé de la10 pièce 19 et celle-ci est poussée vers cette partie annulaire 8C par l'effort exercé par le ressort 20. La sous-chambre 15 augmente donc de volume et il y est crée une dépression entraînant l'ouverture du clapet 31, du gaz contenu dans l'enveloppe 1 remplissant cette sous-chambre 15 en passant dans l'orifice 12 prévu dans le tube 7, dans l'espace 30 entre les tubes 7 et 4 et dans l'orifice 29. A l'apparition de l'arc tel que représenté sur la figure 3, le gaz est chauffé par celui-ci et il en résulte une montée en pression dans la chambre d'expansion 17, dans20 la chambre de compression 18 et dans la sous-chambre 16 par l'intermédiaire du canal 24. La pièce 19 est alors poussée par l'effort exercé par cette pression, le ressort 20 étant choisi pour exercer alors un effort inférieur. Cependant, le déplacement de la pièce 29 est ralenti par son inertie, de25 sorte que la sous-chambre 16 ne connaît qu'une augmentation de volume faible, ce qui évite de faire trop baisser la pression dans les chambres 17 et 18. Le gaz est comprimé dans la sous-chambre 15 dont le volume est alors réduit. La pression exercée par effet de fond sur les parois mobiles 8, 9 de la chambre 18 est donc, à l'apparition de l'arc, équilibrée par la pression exercée sur la paroi annulaire 8C. L'effet de freinage subi par un disjoncteur classique et nécessitant une énergie de manoeuvre importante est ainsi supprimé.35 La manoeuvre d'ouverture étant continuée comme représentée sur la figure 4, l'arc est soufflé et le courant 7 2742576 annulé. La pression diminue dans la chambre d'expansion 17, dans la chambre de compression 18 et dans la sous-chambre 16. L'effort du ressort 20 devient alors prépondérant et il pousse la pièce 19 vers la partie annulaire 8C. Compte-tenu du poids de cette pièce 19, elle est entraînée par sa propre inertie dans ce mouvement et se détache de la bague 21 qui vient se bloquer en fin de course contre la butée 23. La sous-chambre 15, dont le volume augmente, est remplie de gaz par l'orifice 29.10 La pièce 19 vient se plaquer contre la partie annulaire 8C comme représenté sur la figure 5, annulant le volume de la sous-chambre 16. Tout le gaz contenu dans cette sous- chambre 16 est donc évacué par le canal 24 dans la chambre de compression 18, jusqu'à la fin de l'ouverture,15 puisque ce canal 24 débouche à proximité de la couronne 9. L'invention permet donc de prolonger le soufflage entre les positions représentés sur les figures 4 et 5, empêchant tout réamorçage de l'arc. La bague 21 ne sert qu'à limiter la course du ressort 20, afin de réduire l'énergie lors de l'enclenchement. Cette bague 21 peut donc éventuelement être supprimée, ne participant pas à l'effet de contre-réaction sur la paroi annulaire 8C. 8 2742576 REVENDICATIONS 1) Disjoncteur du type à auto-soufflage à axe longitudinal horizontal, comprenant une enveloppe (1) remplie d'un gaz diélectrique sous pression, deux contacts d'arc (3A, 7A) coopérant entre eux, l'un (7A) faisant partie d'un ensemble de contact mobile solidaire d'un organe de manoeuvre (6) et adapté pour être déplacé axialement dans10 l'enveloppe entre une position de fermeture et une position d'ouverture, l'ensemble de contact mobile étant constitué par un premier tube (7) portant à son extrémité le contact d'arc mobile (7A) et un deuxième tube (8) coaxial au premier tube pour délimiter, de part et d'autre d'une couronne (9)15 reliant le premier et le deuxième tube, une chambre d'expansion (17) fermée par une buse de soufflage (10) et une chambre de compression (18) communiquant avec la chambre de soufflage et fermée par un piston (11) fixe, disjoncteur caractérisé en ce qu'il comporte une chambre supplémentaire20 délimitée par un prolongement (8B) du deuxième tube (8), par une partie annulaire (8C) solidaire de l'extrémité de ce prolongement (8B) opposée aux contacts et coulissant sur un troisième tube fixe (4) solidaire du piston (11) et disposé entre le premier (7) et le deuxième (8) tube, par ledit25 troisième tube (4) et par le piston fixe (11), cette chambre supplémentaire étant divisée en deux sous-chambres (15, 16) par une pièce pesante (19) coulissant librement entre le deuxième (8) et le troisième (4) tube et poussée contre la partie annulaire (8C) en position de fermeture par un30 ressort (20) disposé entre elle et le piston et un moyen de communication de la chambre de compression (18) avec la sous-chambre (16) située entre la pièce coulissante (19) et la partie annulaire (8C) étant prévu, l'effort exercé sur ladite pièce (19) par le ressort (20) étant inférieur à35 l'effort résultant de la pression du gaz chauffé au moment de l'apparition d'un arc lors de l'ouverture s'exerçant sur 9 2742576 la face de ladite pièce limitant la sous-chambre (16) située entre la pièce coulissante (19) et la partie annulaire (8C). 2) Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une bague annulaire coulissante (21) pourvue d'au moins un orifice (22) traversant est disposée entre la partie coulissante (19) et le piston (11), ledit ressort (20) étant disposé entre ce piston (11) et la bague (21) et le troisième tube (4) portant une butée fixe (23) de fin de course de la bague (21) poussée par le ressort (20).10 3) Disjoncteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la dimension longitudinale de la pièce coulissante (19) est inférieure à la distance entre la partie annulaire (8C) d'extrémité du deuxième tube (8) et la butée fixe (23), en position ouverte. 4) Disjoncteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pièce coulissante (19) a une masse d'environ 5 kg. 5) Disjoncteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit moyen de communication est constitué d'au moins un canal longitudinal (24) réalisé dans le deuxième tube (8) et débouchant d'une part dans la chambre de compression (18) à proximité de la couronne (9) et d'autre part dans ladite sous-chambre (16) à proximité de la partie annulaire (8C). 6) Disjoncteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le piston (11) est pourvu d'au moins un premier orifice (27) traversant reliant la chambre de compression (18) et la chambre supplémentaire et pourvu d'un clapet anti-retour (28) autorisant l'entrée du30 gaz dans la chambre de compression (18) et d'au moins un deuxième orifice (29) reliant la chambre supplémentaire et un espace (30) compris entre le premier (7) et le troisième (4) tube, espace communiquant avec l'intérieur de l'enveloppe (1) en début d'ouverture et pourvu d'un clapet anti-retour (31) autorisant l'entrée du gaz dans la chambre supplémentaire.