Brevet FR2751781A1 — publié le 19980130

DISJONCTEUR AVEC INSERTION TEMPORAIRE DE RESISTANCE A LA FERMETURE La présente invention est relative à un disjoncteur à haute tension comprenant une enveloppe remplie de gaz isolant à l'intérieur de laquelle sont disposés les organes de coupure et une résistance associée à des moyens pour son insertion temporaire lors de la fermeture du disjoncteur. On a décrit, dans la demande de brevet français nO 79 05 478, un disjoncteur dans la chambre de coupure duquel sont disposés une résistance et des moyens pour insérer temporairement cette résistance dans le circuit du disjoncteur lors d'une opération d'enclenchement. Ces moyens comprennent un contact solidaire de l'équipage mobile, mais mobile par rapport à ce dernier. C'est la raison pour laquelle on le désigne par contact semi-mobile. Généralement, le contact semi-mobile est une pièce de tungstène choisie massive car elle doit subir le choc d'une opération de fermeture. Ce contact présente donc une masse dont la proportion dans la masse de l'équipage mobile est importante, contribuant ainsi à augmenter la puissance de la commande du disjoncteur. Par ailleurs, le contact de fermeture est de fort encombrement, nécessitant une enveloppe de grand diamètre. Or, les constructeurs recherchent tous à diminuer la puissance de la commande, de manière à diminuer le prix de revient et d'exploitation du disjoncteur. Un premier but de l'invention est de réaliser un disjoncteur du type précité dans lequel les moyens d'insertion de la résistance sont allégés, ce qui permet de réduire la puissance de la commande. Un autre but de l'invention est de réaliser un disjoncteur du type précité dans lequel les moyens d'insertion de la résistance sont de volume réduit, ce qui permet de réduire le diamètre des enveloppes utilisées. La présente invention a pour objet un disjoncteur à haute tension à auto-soufflage avec résistance insérée à la fermeture, comprenant, pour chaque pôle, un ensemble fixe comprenant un contact d'arc constitué par une tige métallique relié à une première extrémité de ladite résistance et un contact pour le passage du courant permanent, et un ensemble fixe comprenant un contact d'arc, un contact pour le passage du courant permanent et une buse de soufflage, caractérisé en que le contact pour le passage du courant permanent relié à l'ensemble fixe comprend un tube fixe et une portion tubulaire pouvant coulisser autour dudit tube fixe, en contact électrique avec ledit tube fixe par des contacts glissants disposés à une première extrémité de ladite portion tubulaire et portant des doigts de contact, ladite portion tubulaire portant en outre un contact coopérant avec un contact porté par ladite tige métallique pour court-circuiter la résistance d'insertion, ledit disjoncteur comprenant en outre une portion de tube, coaxiale et intérieure à la portion tubulaire et dont une première extrémité est fixée au voisinage des doigts de contact, la seconde extrémité de ladite portion de tube portant une couronne munie d'un bec, définissant un volume annulaire dans lequel s'engage une couronne disposée à une première extrémité d'un coulisseau dont la seconde extrémité vient en contact avec l'extrémité de la buse, la portion tubulaire étant poussée par un premier ressort s'appuyant sur un épaulement du tube fixe, le coulisseau étant soumis à l'action d'un second ressort s'appuyant sur un épaulement du tube fixe, le tube fixe et la portion tubulaire portant des trous pour faire cesser l'effet de succion entre les couronnes lorsque le coulisseau arrive au droit des trous du tube fixe. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description d'un exemple de réalisation, avec référence au dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est une vue partielle en élévation partiellement en coupe d'un pôle de disjoncteur selon l'invention, - la figure 2 est une vue partielle en demi-coupe axiale du même pôle, représenté en position déclenchée, - les figures 3 et 4 sont des vues similaires, le disjoncteur étant en cours d'enclenchement, - la figure 5 est une vue similaire, le disjoncteur étant en position enclenchée, Les figures ne représentent que la portion de chambre de coupure dans laquelle se trouvent les éléments faisant partie de l'invention. Pour une description complète d'un disjoncteur à haute tension, on pourra se référer par exemple à l'article "Appareillage électrique d'interruption à haute tension" par Eugène MAURY, Techniques de l'Ingénieur, D655a. On se reportera tout d'abord aux Fig. 1 et 2. La référence 1 désigne une enveloppe cylindrique étanche contenant un gaz à bonnes propriétés diélectriques tel que l'hexafluorure de soufre SF6, sous une pression de quelques bars. Dans les disjoncteurs de type ouvert, qui est celui de l'exemple décrit, cette enveloppe est le plus souvent en céramique; dans les disjoncteurs à enveloppe métallique à la terre, ou disjoncteurs blindés, cette enveloppe est en aluminium. A l'intérieur de l'enveloppe et coaxialement à celleci, est disposée, de manière fixe, une résistance 2 dont une première extrémité, est reliée à une première prise de courant 1A. Cette résistance est constituée d'un empilement cylindrique de disques résistifs. A la seconde extrémité de la résistance 2 est fixée une tige métallique 3 disposée selon l'axe de l'enveloppe; cette tige constitue un contact d'arc fixe du pôle. L'extrémité 3A de la tige 3 est constituée par un alliage métallique, par exemple à base de tungstène, résistant aux effets de l'arc électrique; Un tube métallique 5 est disposé de manière fixe coaxialement à la résistance 2; sa première extrémité est reliée électriquement à la première prise de courant 1A. On notera que le tube 5 présente une portion terminale 5A de plus faible diamètre que le reste du tube, à laquelle elle est reliée par un épaulement 5B. La rigidité de l'ensemble constitué par la tige 3 et le tube 5 est avantageusement améliorée par un ou plusieurs cônes isolant, tels que le cône isolant 7. Un tube métallique 8, présentant un épaulement 8B, est disposé de manière à coulisser partiellement autour du tube 5; ce tube 8 est muni à une première extrémité de contacts glissants 9, par exemple de type accordéon, pour assurer la continuité électrique entre les tubes 5 et 8. Le tube 8 est muni à sa seconde extrémité de doigts de contact 10 protégés par des capots pare-effluves 11. Ces doigts de contact constituent le contact fixe pour le courant permanent. On désignera dans la suite par 8A la partie du tube 8 de plus faible diamètre, à droite de l'épaulement 8B. L'ensemble mobile du disjoncteur comprend un cylindre métallique 14 constituant le contact permanent mobile du disjoncteur et coopérant pour le passage du courant, lorsque le disjoncteur est enclenché, avec les doigts de contact 10. Ce cylindre 14 est relié à une seconde prise de courant non représentée. L'ensemble mobile comprend en outre des doigts de contact 16 constituant le contact d'arc mobile et coopérant avec la tige 3-3A. Entre les contacts 14 et 16, et faisant partie de l'ensemble mobile, est disposée une buse de soufflage 18, en matériau isolant, tel que le PTFE, placée à une extrémité d'un cylindre de soufflage non représenté. L'ensemble mobile est relié à une tige de manoeuvre non représentée, actionné par une commande non représentée. Une portion tubulaire 20 est fixée par une extrémité à la seconde extrémité du tube 8. Cette portion cylindrique 20, de diamètre inférieur à la partie de tube 8 en vis à vis, définit un volume cylindrique de section annulaire dans laquelle est engagée la portion terminale 5A. Un premier ressort 21, de force relativement importante (180daN par exemple) est disposé à l'extérieur de la portion terminale 5A; ses extrémités s'appuient respectivement sur les épaulements 8B et 5B. La portion tubulaire 20 est terminée par une couronne annulaire 21 dont la section rectangulaire présente un bec 22. La couronne 21, le bec 22 et la portion 5A définissent un volume ouvert V1 dans lequel s'engage un anneau 24 dont la section épouse la forme du volume précité. L'anneau 24 est placé à une première extrémité d'un coulisseau tubulaire 25 dont la seconde extrémité est terminée par une fente circulaire 26 dans laquelle peut s'engager l'extrémité 18A de la buse 18. Des joints non référencés assurent l'étanchéité entre l'anneau 24 d'une part et le coulisseau 25 et le tube 5A d'autre part (Fig. 6). Un second ressort 28, de faible force (par exemple 40 daN) est disposé à l'intérieur de la portion 5A, et s'appuie d'une part sur l'anneau 24 et d'autre part sur une butée 29 fixée au tube 5A au droit de l'épaulement 5B. On note que la partie 8A du tube 8 présente, au voisinage de l'épaulement 8B, un trou 8C dont le rôle sera explicité plus loin. De même, la portion tubulaire 5A présente un trou 5C disposé radialement de manière à pouvoir venir en coïncidence avec le trou 8C, lors du mouvement relatif des portions 5A et 8A. La chambre de coupure est complétée par les dispositions suivantes: - la tige 9 est munie d'un contact constituée d'une couronne cylindrique métallique 30 revêtue d'un alliage à bas de tunstène et solidaire de la tige 3. - le tube 8 porte des bras métalliques radiaux 40 terminés par des contacts 42 en alliage à base de tungstène; ces contacts sont disposés de manière à venir en contact avec la couronne 30 lors du déplacement tube 8. Les bras 40 passent à travers le tube 5 par des fentes longitudinales 5D pratiquées dans ce dernier. Le fonctionnement du disjoncteur est décrit maintenant. Le disjoncteur, dans la Fig.2, est représenté dans la configuration déclenchée. Dans cette position, les contacts 41 sont en contact avec la couronne 30, les ressorts 21 et 28 sont détendus. A l'enclenchement, l'équipage mobile est déplacé vers la gauche de la figure. L'extrémité 18A de la buse entraîne le coulisseau 25; le coulisseau 25 entraîne en même temps l'ensemble constitué par les tubes 8-8A-20 en raison de l'effet de succion produit par l'anneau 24 dans le volume V1 défini plus haut. Dans ce mouvement, les ressorts 21 et 28 sont comprimés. Grâce au mouvement du tube 8, les contacts 41 quittent le cylindre 30 (Fig.30). Lorsque le contact mobile d'arc 16 s'approche du contact d'arc fixe 3-3A, un arc s'amorce entre ces contacts. La résistance 2 est alors insérée en série dans le circuit du disjoncteur (Fig.3). Lorsque l'anneau 24 dépasse le trou 5C, le volume V1 se remplit par le gaz en provenance du trou 8C passant par l'intervalle annulaire entre les tubes 5A et 8A. L'effet de succion cesse. Sous l'action du ressort 21, le tube 8-8A est entraîné vers la droite (Fig. 4). Les contacts permanents 11 et 14 viennent en contact, ce qui court-circuite la résistance 2. Le disjoncteur est alors en position enclenchée, dans la configuration de la Fig.5. Toute cette manoeuvre s'effectue sans choc. Les dimensions des pièces et la position des trous sont choisies pour assurer une durée d'insertion prédéterminée, par exemple 10 millisecondes. A l'ouverture du disjoncteur, l'ensemble mobile se déplace vers la droite de la Fig.5. Sous l'action du ressort 28, le coulisseau 25 reprend sa place. Pendant toute la course de l'ensemble mobile, le cylindre de contact 30 reste en contact avec les contatcs 41, de sorte que la résistance 2 est court-circuitée. Selon une variante non représentée, la partie 5A est suppromée et l'anneau 24 coulisse directement sur le tube 8A qui comporte toujours le trou 8C. Lorsque le tube 8, entraîné par succion dans le mouvement du coulisseau 25 arrive en butée (avec un léger choc) au niveau des bras 40 sur le tube fixe 5, le coulisseau 25 continue sa course seul, en ayant à vaincre l'effort de succion; mais dès que l'anneau 24 a dépassé le trou 8C, l'effet de succion cesse et la pièce mobile 8 est libérée comme précédemment et peut repartir vers la droite sous l'action du ressort 21. L'invention est de mise en oeuvre simple, les éléments pour assurer l'insertion sont peu nombreux et légers, de sorte que les problèmes énoncés dans le préambule du présent mémoire sont résolus. REVENDICATION Disjoncteur à haute tension à auto-soufflage avec résistance insérée à la fermeture, comprenant, pour chaque pôle, un ensemble fixe comprenant un contact d'arc constitué par une tige métallique (3, 3A) relié à une première extrémité de ladite résistance (2) et un contact (5, 8, 10) pour le passage du courant permanent, et un ensemble fixe comprenant un contact d'arc (16), un contact (14) pour le passage du courant permanent et une buse de soufflage (18), caractérisé en que le contact pour le passage du courant permanent relié à l'ensemble fixe comprend un tube fixe (5) et une portion tubulaire (8, 8A) pouvant coulisser autour dudit tube fixe (5), en contact électrique avec ledit tube fixe par des contacts glissants (9) disposés à une première extrémité de ladite portion tubulaire (8, 8A) et portant des doigts de contact (11), ladite portion tubulaire portant en outre un contact (41) coopérant avec un contact (30) porté par ladite tige métallique (3, 3A) pour court-circuiter la résistance d'insertion, ledit disjoncteur comprenant en outre une portion de tube (20), coaxiale et intérieure à la portion tubulaire (8, 8A) et dont une première extrémité est fixée au voisinage des doigts de contact (11), la seconde extrémité de ladite portion de tube (20) portant une couronne (20A) munie d'un bec (22), définissant un volume annulaire dans lequel s'engage une couronne (24) disposée à une première extrémité d'un coulisseau (25) dont la seconde extrémité (26) vient en contact avec l'extrémité de la buse (18), la portion tubulaire étant poussée par un premier ressort (21) s'appuyant sur un épaulement (5B) du tube fixe (5), le coulisseau étant soumis à l'action d'un second ressort (28) s'appuyant sur un épaulement (29) du tube fixe (5) , le tube fixe (5) et la portion tubulaire (8, 8A) portant des trous (5C, 8C) pour faire cesser l'effet de succion entre les couronnes (21, 24) lorsque le coulisseau arrive au droit des trous (5C) du tube fixe (5).