Brevet FR2755293A1 — publié le 19980430

DISJONCTEUR A PISTON SEMI-MOBILE ET A HAUT POUVOIR DE COUPURE DE COURANTS CAPACITIFS. La présente invention se rapporte à un disjoncteur à piston semi-mobile et à haut pouvoir de coupure de courants capacitifs. Elle concerne plus précisément un disjoncteur du type à auto-soufflage, comprenant une enveloppe isolante remplie d'un gaz diélectrique sous pression, deux contacts d'arc coopérant entre eux, l'un étant constitué d'une tige fermée et l'autre faisant partie d'un ensemble de contact mobile solidaire d'un organe de manoeuvre et adapté pour être déplacé axialement dans l'enveloppe lors d'une manoeuvre d'ouverture 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 second tube coaxial au premier tube pour délimiter, de part et d'autre d'une couronne reliant le premier et le second tubes, une chambre d'expansion à volume constant fermée par une buse de soufflage et une chambre de compression communiquant avec la chambre d'expansion par un clapet unidirectionnel et fermée par un piston destiné à la compression du gaz dans cette chambre, le premier tube étant fermé frontalement à une certaine distance de la couronne du côté de celle-ci opposé aux contacts d'arc et au moins une lumière étant réalisée dans le premier tube, disposée du côté de la couronne opposé aux contacts d'arc. Un tel disjoncteur est décrit dans le document de brevet français 2 720 188 déposé le 19 mai 1994 par la Déposante. Selon ce document, le piston est fixe et la lumière est conçue pour former un moyen d'évacuation du gaz contenu dans la chambre de compression hors de celle-ci, une fois une course x de l'ensemble de contact mobile par rapport au piston fixe terminée. Le but de ce disjoncteur est en effet de ne réaliser une compression du gaz que sur cette course x, bien inférieure à la course totale. Un tel disjoncteur permet la coupure des faibles courants par autocompression et la coupure des courants forts par expansion thermique du volume de gaz comprimé. Cependant dans ce dernier cas, il s'avère que du gaz chaud tend à s'introduire par cette lumière dans la chambre de compression après la coupure du courant et à entraîner une refermeture inopinée du disjoncteur. Par ailleurs, il est connu de réaliser dans les disjoncteurs à auto-soufflage un piston semi-mobile déplacé lors d'une manoeuvre d'ouverture durant la compression dans le sens opposé au sens de déplacement de l'ensemble de contact mobile, afin d'augmenter la pression de soufflage. Le but de l'invention est d'augmenter les performances de tels disjoncteurs en coupure de courants capacitifs. Dans ce cas, la vitesse d'ouverture nécessaire pour la coupure capacitive sans réamorçage est donnée par la loi approchée V = K1 Un / Pa ou K2 Un / a où a est compris entre 0.7 et 1, V est la vitesse d'ouverture, Un la tension assignée, P la pression de gaz et X la densité de gaz. L'invention permet de limiter la vitesse d'ouverture nécessaire raisonnablement, en augmentant la pression ou la densité du gaz au voisinage des contacts du disjoncteur, tout en supprimant tout risque de refermeture inopinée du disjoncteur. Pour ce faire, conformément à l'invention, - le piston est un piston semi-mobile déplacé durant la compression lors d'une manoeuvre d'ouverture dans le sens opposé au sens de déplacement de l'ensemble de contact mobile, - ladite lumière est située par rapport au piston du côté opposé aux contacts, - un moyen de fermeture de ladite lumière est prévu, conçu de façon à venir fermer cette lumière dès l'ouverture dudit clapet porté par la couronne en début de compression et - le premier tube est pourvu d'au moins un orifice de passage de la chambre d'expansion vers l'intérieur du premier tube. Selon un mode de réalisation préféré, ledit clapet unidirectionnel coulisse librement sur une pièce solidaire du premier tube lors de la compression jusqu'à une butée disposée à une distance 1 de la couronne. Avantageusement, ledit moyen de fermeture est constitué d'une bague solidaire du clapet et coulissant librement sur le premier tube, ce moyen fermant complètement la lumière lorsque le clapet a effectué la course 1. Selon un mode constructif préféré, le clapet et la bague sont reliés par au moins une tige, traversant le piston et la couronne. Avantageusement, la paroi de fermeture frontale e du premier tube est située au droit de la lumière, du côté opposé au contacts. De préférence, l'orifice de passage de la chambre d'expansion vers l'intérieur du premier tube est agencé dans ladite pièce à proximité de ladite couronne. 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. Les figures 1 à 3 sont des vues en coupe longitudinale d'un disjoncteur conforme à l'invention, en position de fermeture, en position de fin de compression et en position d'ouverture. Le disjoncteur représenté sur les figures 1 à 3 comprend, de façon classique, une enveloppe isolante 1 remplie d'un gaz diélectrique sous pression, deux contacts d'arc 3A ,7A coopérant entre eux, l'un 7A au moins faisant partie d'un ensemble de contact mobile solidaire d'un organe de manoeuvre 20 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 étant constitué par un premier tube 7 portant à son extrémité le contact d'arc mobile 7A et un second tube 8 coaxial au premier tube 7 pour délimiter, de part et d'autre d'une couronne 9 reliant le premier et le second tubes, une chambre d'expansion 17 à volume constant fermée par une buse de soufflage 10 et une chambre de compression 18 communiquant par l'intermédiaire d'un clapet unidirectionnel 2 avec la chambre d'expansion et fermée par un piston 11. Le contact fixe 3A est constitué d'une tige fermée et le contact mobile 7A est constitué d'une couronne de doigts venant enserrer le contact fixe 3A en position de fermeture. Le premier tube 7 est fermé frontalement par une paroi 5 disposée à une certaine distance dl de la couronne 9 du côté de celle-ci opposé aux contacts d'arc et au moins une lumière 4 est réalisée dans le premier tube 7, disposé du côté de la couronne 9 opposé aux contacts d'arc. Le piston 11 est un piston semi-mobile déplacé durant la compression lors d'une manoeuvre d'ouverture dans le sens opposé au sens de déplacement de l'ensemble de contact mobile grâce à l'organe de manoeuvre 20 connu en soi qui peut actionner par exemple un ensemble mécanique de biellettes. Selon le mode de réalisation représenté, cet ensemble de biellettes comporte une première biellette 10 articulée à l'une de ses extrémités 10A sur le piston 11 et à l'autre de ses extrémité 10B à l'extrémité d'une deuxième biellette 12 et à l'extrémité d'une troisième biellette 12'. La deuxième biellette 12 est par ailleurs articulée à son autre extrémité 12A sur le premier tube 7 de l'ensemble de contact mobile. La troisième biellette 12' est quant à elle articulée à son autre extrémité 12A' à une pièce fixe 6. Ces biellettes 10, 12, 12' sont agencées et dimensionnées pour réaliser, dans un premier temps, les déplacements dans des sens opposés de l'ensemble de contact mobile et du piston 11 et donc la compression du gaz par réduction du volume de la chambre de compression 18 et, dans un second temps, après dépassement d'un point mort correspondant à la fin de la compression, les déplacement simultanés dans le même sens de l'ensemble de contact mobile et du piston 11 et donc la fin de la manoeuvre d'ouverture du disjoncteur. La lumière 4 est située par rapport au piston 11 du côté opposé aux contacts 3A, 7A, c'est-à-dire à l'arrière du piston 11. Un moyen de fermeture 13 de la lumière 4 est prévu, conçu de façon à venir fermer cette lumière 4 dès l'ouverture du clapet 2 porté par la couronne 9 en début de compression. Le premier tube 7 est pourvu d'au moins un orifice 15A de passage de la chambre d'expansion 17 vers l'intérieur du premier tube. De préférence, plusieurs orifices 15A sont prévus répartis sur la périphérie du premier tube 7. Pour ce faire, avantageusement, le clapet unidirectionnel 2 est constitué d'une pièce en forme de rondelle dont une partie ferme au moins un orifice 14 pratiqué dans la couronne 9, quand le clapet 2 est en position fermée appliqué sur cette couronne 9, et dont une autre partie coulisse librement sur une pièce 15 solidaire du premier tube 7 lors de la compression jusqu'à une butée 16 portée par la pièce 15 et disposée à une distance 1 de la couronne 9. La pièce 15 est pourvue des orifices 15A de passage de la chambre d'expansion 17 vers le volume intérieur V du premier tube 7. Ces orifices 15A sont avantageusement disposés à proximité de la couronne 9. Le moyen de fermeture 13, quant à lui, est constitué d'une bague solidaire du clapet 2 et coulissant librement sur le premier tube 7, ce moyen 15 fermant complètement la lumière 4 lorsque le clapet 2 a effectué la course 1. Plus précisément, le clapet 2 et la bague 13 sont reliés par au moins une tige 19, traversant le piston 11 et la couronne 9. Pour des raisons mécaniques de guidage, de préférence trois tiges 19 sont disposées réparties autour du premier tube 7. La paroi 5 de fermeture frontale du premier tube est située au droit de la lumière 4, du côté opposé au contacts 3A, 7A. Lors d'une opération d'ouverture, le disjoncteur fonctionne donc de la manière suivante. En position de fermeture telle que représentée sur le figure 1, les contacts 3A et 7A sont fermés, c'est-à-dire que la tige de contact fixe 3A est complètement introduite dans la couronne de doigts 7A de contact mobile. Le piston 11 est à sa position la plus en arrière et le clapet 2 est en position fermée, c'est-à-dire qu'il est appliqué sur l'orifice 14, les pressions étant équilibrées dans la chambre d'expansion 17 et dans la chambre de compression 18. La bague 13 est située à l'arrière de la lumière 4, celle-ci étant donc ouverte. Lors de la phase de compression, c'est-à-dire lors du premier temps de déplacement dans des sens opposés du piston 11 et de l'ensemble de contact mobile grâce au système de biellettes comme vu plus haut, le volume de la chambre de compression 18 diminue entraînant une augmentation de pression et très rapidement l'ouverture du clapet 2 qui vient en butée contre la butée 16 et entraîne grâce à la tige 19 la bague 13 qui vient fermer la lumière 4. La pression augmente donc dans la chambre d'expansion 17 et grâce aux orifices 15A dans le volume intérieur V du premier tube 7 fermé par la bague 13 et, dès la fin de la compression comme représenté sur la figure 2, elle y est maximale. Les contacts se séparent à ce moment, libérant l'entrée du tube 7. La surpression de gaz obtenue dans la chambre d'expansion 17 et à l'intérieur du premier tube 7 permet d'obtenir le but précisé plus haut d'augmentation des performances en coupure de courants capacitifs. L'opération d'ouverture se termine ensuite comme représenté sur la figure 3, le piston 11 et l'ensemble de contact mobile se déplaçant tous deux vers l'arrière. Le clapet 2 se referme obturant la chambre d'expansion 17 et entraînant la bague 13 qui libère la lumière 4. L'arc se forme entre les contacts 3A et 7A et est soufflé d'une part par le gaz de la chambre d'expansion 17 s'évacuant vers l'extérieur de la buse 10 et d'autre part par le gaz de la chambre d'expansion 17 s'écoulant vers l'intérieur du premier tube 7. Le gaz contenu à l'intérieur du premier tube 7 s'évacue par la lumière 4. L'invention est particulièrement adaptée aux disjoncteurs haute tension, afin de supprimer la nécessité d'une grande distance entre les contacts et une vitesse d'ouverture élevée. REVENDICATIONS 1) Disjoncteur du type à auto-soufflage, comprenant une enveloppe isolante (1) remplie d'un gaz diélectrique sous pression, deux contacts d'arc (3A, 7A) coopérant entre eux, l'un étant constitué d'une tige fermée et l'autre faisant partie d'un ensemble de contact mobile solidaire d'un organe de manoeuvre (20) et adapté pour être déplacé axialement dans l'enveloppe lors d'une manoeuvre d'ouverture 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 second tube (8) coaxial au premier tube pour délimiter, de part et d'autre d'une couronne (9) reliant le premier et le second tubes, une chambre d'expansion (17) à volume constant fermée par une buse de soufflage (10) et une chambre de compression (18) communiquant avec la chambre d'expansion (17) par un clapet unidirectionnel (2) et fermée par un piston (11) destiné à la compression du gaz dans cette chambre, le premier tube (7) étant fermé frontalement à une certaine distance de la couronne (9) du côté de celleci opposé aux contacts d'arc et au moins une lumière étant réalisée dans le premier tube (7), disposée du côté de la couronne (9) opposé aux contacts d'arc, caractérisé en ce que - le piston (11) est un piston semi-mobile déplacé durant la compression lors d'une manoeuvre d'ouverture dans le sens opposé au sens de déplacement de l'ensemble de contact mobile, - ladite lumière (4) est située par rapport au piston (11) du côté opposé aux contacts (3A, 7A), - un moyen de fermeture (13) de ladite lumière (4) est prévu, conçu de façon à venir fermer cette lumière (4) dès l'ouverture dudit clapet (2) porté par la couronne (9) en début de compression et - le premier tube (7) est pourvu d'au moins un orifice (15A) de passage de la chambre d'expansion (17) vers l'intérieur du premier tube. 2) Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit clapet unidirectionnel (2) coulisse librement sur une pièce (15) solidaire du premier tube (7) lors de la compression jusqu'à une butée (16) disposée à une distance 1 de la couronne (9). 3) Disjoncteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit moyen de fermeture (13) est constitué d'une bague solidaire du clapet (2) et coulissant librement sur le premier tube (7), ce moyen (13) fermant complètement la lumière (4) lorsque le clapet (2) a effectué la course 1. 4) Disjoncteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le clapet (2) et la bague (13) sont reliés par au moins une tige (19), traversant le piston (11) et la couronne (9). 5) Disjoncteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi (5) de fermeture frontale du premier tube (7) est située au droit de la lumière (4), du côté opposé au contacts (3A, 7A). 6) Disjoncteur selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l'orifice (15A) de passage de la chambre d'expansion (17) vers l'intérieur du premier tube (7) est agencé dans ladite pièce (15) à proximité de ladite couronne (9).