Brevet FR2752086A1 — publié le 19980206

DISJONCTEUR A HAUTE TENSION A DOUBLE MOUVEMENT DES CONTACTS ET A INSERTION DE RESISTANCE A LA FERMETURE La présente invention concerne un disjoncteur à haute tension à double mouvement des contacts et à insertion de résistance à la fermeture. On connaît, par exemple par la demande de brevet français n095 00 114, un disjoncteur à haute tension à double mouvement des contacts. Dans un tel disjoncteur, les contacts habituellement fixes sont rendu mobiles (on les désigne par contacts semi-mobiles pour les distinguer des véritable contacts mobiles) et des moyens sont prévus pour qu'au déclenchement, ces contacts semi-mobiles soient animés d'un mouvement en sens opposé à celui des contacts mobiles. L'accroissement ainsi obtenu de la vitesse relative de séparation des contacts permet, toutes choses étant égales par ailleurs, d'accroître le pouvoir de coupure du disjoncteur. On connaît, notamment par 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. Une telle insertion permet de limiter les surtensions qui interviennent lors de la fermeture d'un disjoncteur placé dans un réseau à haute tension de grande longueur. Un objectif de la présente invention est de réaliser une chambre de coupure pour un disjoncteur à haute tension dans laquelle soient réalisées à la fois les fonctions de double mouvement des contacts et d'insertion de résistance à la fermeture. Un but de l'invention est de concevoir, pour réaliser ces fonctions, des moyens simples, donc bon marché, et d'encombrement réduit pour pouvoir être installés dans les disjoncteurs existants sans avoir à augmenter les dimensions radiales de l'enveloppe de la chambre de coupure. L'invention a pour objet un disjoncteur à haute tension à soufflage de gaz à double mouvement des contacts et à insertion de résistance à la fermeture, comprenant, pour chaque pôle, au moins une chambre de coupure comprenant une enveloppe isolante prolongée par un carter métallique contenant une résistance destinée à être insérée en série avec les contacts du disjoncteur, à l'enclenchement, pendant une durée limitée, ladite chambre contenant en outre un ensemble mobile comprenant un contact permanent, un contact d'arc, un cylindre de soufflage coopérant avec un piston fixe et une buse de soufflage, et un ensemble semimobile comprenant un contact d'arc et un contact permanent, lesdits ensembles étant reliés mécaniquement à une commande leur assurant des mouvements en sens opposés, tant au déclenchement qu'à l'enclenchement, une première extrémité de ladite résistance étant reliée électriquement à une première prise de courant, les contacts mobiles étant reliés à une seconde prise de courant, caractérisé en ce que le contact d'arc semi-mobile est relié électriquement à la seconde extrémité de la résistance, des premiers moyens étant prévus pour court-circuiter la résistance après une durée donnée t suivant la fermeture des contacts d'arc, des seconds moyens étant prévus pour retarder la fermeture des contacts permanents afin qu'elle ne se produise qu'après ledit court-circuit. Le contact d'arc semi-mobile étant constitué par une tige, les premiers moyens comprennent un contact disposé à une extrémité d'une extrémité d'un tube dont l'autre extrémité est relié électriquement à la première prise de courant, et un second contact solidaire d'un coulisseau entourant ladite tige, en contact électrique avec cette tige et entraîné en translation par cette tige. Ledit coulisseau est poussé par un ressort tendant à l'entraîner dans le sens opposé à celui de la tige lors d'une opération d'enclenchement. Le coulisseau comprend une portion disposée entre ladite tige et une portion tubulaire , constituant un retardateur à succion retardant le mouvement du coulisseau dans le sens du mouvement de la tige lors d'une opération de déclenchement. Le contact permanent semi-mobile est semi-mobile par rapport à l'ensemble semi-mobile et muni d'un retardateur à succion. Le contact permanent semi-mobile est entraîné par l'intermédiaire d'un dispositif mécanique lui communiquant une brusque accélération en fin de course d'enclenchement. Un exemple de réalisation de l'invention est expliqué maintenant en référence au dessin dans lequel: - la figure 1 est une vue générale en élévation d'un disjoncteur selon l'invention, - la figure 2 est une vue partielle d'une chambre de coupure montrant la liaison de la résistance à la prise de courant, - la figure 3 est une vue agrandie d'une partie d'une chambre de coupure, le disjoncteur étant en position enclenchée, - la figure 4 est une vue agrandie d'une partie d'une chambre de coupure, le disjoncteur étant en position déclenchée, - la figure 5 est unepartielle en demi-coupe axiale de la chambre de coupure selon une variante de réalisation. L'exemple décrit est celui d'un disjoncteur à deux chambres de coupure par pôle. Il est bien clair que l'invention s'applique également à un disjoncteur à double mouvement des contacts et à insertion de résistance qui ne comprendrait qu'une seule chambre de coupure par pôle. Dans la Fig. 1, représentant un pôle d'un disjoncteur triphasé, les références 1 et 1' désignent deux chambres de coupure disposées au sommet d'une colonne isolante 3. Les chambres sont reliées à la colonne par un carter métallique 4. A la base de la colonne, on trouve une commande 2 pour la manoeuvre du pôle. Dans ce qui suit, seule la chambre 1 sera décrite en détail, les éléments correspondant de la chambre 1' étant identiques, à une symétrie près. En se reportant à la Fig.2, on constate que la chambre de coupure 1 comprend une enveloppe isolante 10, par exemple en céramique, munie d'ailettes, prolongée par un carter métallique cylindrique 11 terminé par un fond spérique; à l'intérieur du carter et dans l'axe de ce dernier, est disposée une résistance 12 constituée d'un empilement d'éléments 13 en forme de disques; la résistance est fixée par une première extrémité au fond du carter par un organe de fixation 14 servant également de liaison électrique entre la résistance et le fond du carter; un ressort 15 assure une certaine élasticité à la fixation; le carter est fixé, par vissage ou soudage, à un flasque 16 constituant le flasque d'extrémité de l'enveloppe isolante 10; le flasque 16 porte une première prise de courant 16A; la résistance traverse une ouverture 16B du flasque d'extrémité 16; à une seconde extrémité de la résistance est fixée une pièce métallique d'extrémité 17 prolongée par un manchon 17A à l'intérieur duquel coulisse une tige métallique 20 constituant le contact d'arc semi-mobile de la chambre de coupure; un contact électrique 21, par exemple du type accordéon, assure la liaison électrique entre le manchon 17A et la tige 20. Des moyens de fixation non représentés, tel qu'un cône isolant, peuvent être prévus pour maintenir la résistance 12. Au flasque 16 est fixé un tube métallique 19, coaxial au manchon 17A et entourant celui-ci; son rôle sera explicité dans la suite. La Fig.3 est une vue partielle de la chambre de coupure, représentée en coupe axiale, lorsque le disjoncteur est en position enclenchée. On distingue, dans la Fig. 3, l'enveloppe isolante 10, la résistance 12, la pièce métallique 17 à l'extrémité de la résistance 12 et le manchon 17A. On distingue également la tige métallique 20 qui constitue le contact d'arc semimobile du disjoncteur et qui, à son extrémité opposée au manchon 17A, est conformée de manière tubulaire et terminée par un embout 20A réalisé en un alliage résistant aux effets de l'arc électrique. On aperçoit enfin une partie du tube 19 mentionné plus haut. L'équipage mobile de la chambre de coupure comprend un cylindre métallique 23 relié, par son extrémité non visible dans la figure, mécaniquement à un mécanisme de manoeuvre non représenté et électriquement au contact homologue de la seconde chambre (dans un disjoncteur à une seule chambre de coupure le cylindre 23 serait relié à une seconde prise de courant). Pour plus de détail sur cette partie de la chambre de coupure qui est bien connue de l'homme du métier et qui ne constitue pas l'objet de la présente invention, le lecteur pourra se référer utilement au brevet français nO 95 00 114 mentionné plus haut. La seconde extrémité du cylindre 23 comprend une couronne de contact 24 constituant le contact permanent mobile de la chambre de coupure. Cette couronne 24 est prolongée par une buse de soufflage en matériau isolant. A l'intérieur du cylindre 23, un tube métallique axial 26, relié mécaniquement à la commande du disjoncteur, porte des doigts de contact 27 protégés par un capot pare-effluves 28. Les doigts 27 constituent le contact d'arc mobile et coopèrent avec la portion tubulaire terminale de la tige 20. Un disque 29, solidaire du cylindre 23 et muni d'un alésage axial pour le passage du tube 26, ferme un volume de soufflage V. Le soufflage est produit, à l'ouverture du disjoncteur, par le déplacement relatif du cylindre 23 et d'un piston fixe 30 relié à une tige tubulaire fixe 31. Le disque 29 est percé de larges orifices 29A pour le passage du gaz. Le piston 30 est muni de clapets unidirectionnels 30A qui s'ouvrent lors d'une opération d'enclenchement. Le manchon 17A se prolonge par une portion cylindrique 17B, coaxiale à la tige 20 et entourant celle-ci. Cette portion comprend au moins une fente 17C et une couronne 17D. De plus, le manchon est muni à son extrémité d'un rebord annulaire 17E venant au contact de la tige 20. Entre la portion cylindrique 17B et la tige 20 se déplace un coulisseau désigné globalement par la référence 32. Ce coulisseau comprend des contacts glissants 34, de type accordéon par exemple, permettant le passage du courant entre le coulisseau 32 et la tige 20. Le coulisseau porte au moins un bras radial 35 auquel est fixée un tube 36, coaxial à la portion cylindrique 17B et entourant celle-ci. Le tube 36 porte à une première extrémité une portion 36A pouvant constituer un contact électrique, et à une seconde extrémité, un épaulement 37. L'épaulement 37 sert de point d'appui à une première extrémité d'un ressort 38 entourant la portion 17B; la seconde extrémité du ressort 38 vient en butée contre la couronne 17D. La tige 20 porte une butée annulaire 20B maintenant le coulisseau 32 en appui contre le rebord 17E, le ressort 38 étant bandé, lorsque le disjoncteur est en position enclenchée; le contact 36 est alors en contact avec un contact 40 solidaire du tube 19. L'extrémité du tube 19 opposée à celle qui est fixée au flasque 16 est munie de contacts électriques 42, de préférence de type accordéon. Le tube 19 possède également une niche annulaire 43, proche du contact 40, dont le rôle sera explicité plus loin. Le contact permanent semi-mobile de la chambre de coupure est constitué par un tube métallique 45 dont une extémité porte une couronne de doigts de contact 46 coopérant avec la couronne 24. L'autre extrémité du tube 45, référencée 47, vient en contact électrique avec les contacts 42. Le tube 45 comporte au moins une fente longitudinale 48 encadrées par deux couronnes 49 et 50. A l'intérieur du tube 45, et en contact avec ce dernier, est placé un coulisseau 52 possédant à ses extrémités des couronnes 53 et 54. En butée sur les couronnes 49 et 53 est disposé un ressort 56. Le coulisseau est solidarisé à la tige 20 par un cône isolant 58 (en variante, le cône est remplacé par des bras isolants, par exemple au nombre de trois). Le coulisseau 52 possède un bras radial 59 passant par la fente 48 et fixée à une tringle isolante 60 faisant partie du mécanisme de manoeuvre de la chambre de coupure. On pourra se référer au document précité pour voir comment la tringle isolante est reliée à la commande. I1 suffit, pour la compréhension du présent mémoire, de savoir que la tringle se déplace toujours en sens inverse de l'ensemble mobile constitué notamment par le cylindre 23 et les contacts 24 et 27. Le fonctionnement de la chambre de coupure est maintenant expliqué. 1. Opération de declenchement. En position enclenchée, la chambre de coupure est dans la configuration de la Fig. 3. Les contacts permanents 24 et 46 sont en contact, ainsi que les contact d'arc 20A et 27. Les ressorts 38 et 56 sont bandés. Au déclenchement, l'ensemble mobile (cylindre 23, contacts 24 et 27) est tiré vers la droite de la figure. Simultanément, la tige 20 et le contact permanent semimobile 52 sont entraînés vers la gauche de la figure, sous l'action de la tringle 60 qui entraîne le bras 59, le coulisseau 52 et le cône 58. Les contacts permanents 24 et 46 se séparent, puis c'est le tour des contacts d'arc 20A et 27. Un arc jaillit mais est éteint au premier passage par zéro du courant, grâce au soufflage énergique de gaz à travers la buse 25. On remarque que le coulisseau 32 suit le mouvement de la tige 20 avec un certain retard, en raison de l'effet de succion qui se produit dans le volume délimité par l'extrémité droite du coulisseau, le rebord 17E, la tige 20 et le tube 17B. De la sorte, les contacts 36A et 40, qui court-circuitent la résistance 12, ne se séparent que lorsque le courant entre les contatcs d'arc 20A-27 est coupé. Les dimensions de diverses pièces constituant le coulisseau 32 et son environnement sont choisies pour que les contacts 36A et 40 ne se séparent que 20 millisecondes environ après la séparation des contacts d'arc. A l'issue de cette temporisation, le disjoncteur se trouve dans la configuration de la Fig.4. On observe que l'extrémité gauche du contact permanent semi-mobile 45 est engagé dans la niche 43. 2. Opération d'enclenchement. A l'enclenchement, la commande entraîne l'ensemble mobile, à partir de la position de la Fig.4, vers la gauche de la figure, alors que les contacts semi-mobiles sont entraînés, par la tige 60, vars la droite de la figure. Les dimensions des pièces et la vitesse de déplacement de la tringle 60 et de l'ensemble mobile, ainsi que la position de la butée 20E sur la tige 20 sont choisis pour réaliser la séquence suivante: a) fermeture des contacts d'arc 20A et 27; à partir de cette fermeture, la résistance 12 est insérée, le courant cheminant entre la prise 16A et le cylindre 26 en traversant le flasque 16, le carter 11, le système 14, la résistance 12, la pièce 17, le manchon 17A, le contact glissant 21, la tige 20-20A et les contacts 27. b) un temps t donné après, fermeture des contacts 36A et 40. A partir de cette fermeture, la résistance 12 est court-circuitée par le tube 19 et cesse d'être insérée dans le circuit du disjoncteur. Le temps t peut par exemple être choisi égal à 8 millisecondes, qui est la durée souhaitable d'insertion de la résistance 12. c) fermeture des contacts 24 et 60. En raison de l'effet de succion sur le contact permanent semi-mobile 45 produit par la dépression dans la niche 43, les contacts permanents 24 et 46 ne viennent en contact qu'après les contacts 36 et 40, par exemple 3 millisecondes après. La Fig. 5 illustre une variante de rélisation de l'invention. Les éléments communs à cette figure et aux Fig. 3 et 4 ont reçu les mêmes numéros de référence. On distingue, dans la Fig.5, le tube 20 constituant le contact d'arc semi-mobile, le contact d'arc mobile 27 et le contact permanent mobile 24. On reconnaît le tube 36 du coulisseau, muni de son contact 36A coopérant avec le contact 40 du tube 19. La niche 43 est supprimée et le prolongement du tube 19 est constitué de deux parties cylindriques de diamètre différents, le diamètre de la partie 19B portant les contacts 42 étant inférieure à celui de la partie 19A. La zone de liaison entre les deux parties cylindriques 19A et 19B constitue un épaulement 19C. On distingue encore dans la Fig.5 le tube 45 portant les contacts semi-mobiles 46. Les parties cylindriques 19A et 19B portent des fentes par où passa l'extrémité de la tringle 60. Le coulisseau 52 et les bras 59 sont supprimés. Le tube 45 est entraîné par un crochet pivotant 70 disposé à l'extrémité de le trigle 60. Le crochet est muni d'une portion 71 en forme de came. Le fonctionnement est le suivant: lorsque le disjoncteur est en position déclenchée, le tube 45 est en position vers la gauche de la figure. A l'enclenchement,le tube 45 est entraîné par la tringle 60, par l'intermédiaire du crochet 70, vers la droite de la figure. Le mouvement du tube 45 est communiqué au tube 20 par le cône (ou les bras) 58. On remarque dans la Fig.5, une position intermédiaire de la phase d'enclenchement, dans laquelle le crochet est dessiné en traits tiretés et référencé 70'. Lorsque le déplacement de la tringle 60 atteint une course où le crochet vient buter sur l'épaulement 19C, la came 71, coopérant avec l'épaulement 19C, communique au crochet un mouvement de rotation rapide qui lui-même provoque une accélération brusque du mouvement du tube 45 portant les contacts semi-mobiles permanents, et par suite, du tube 20 portant le contact semi-mobile d'arc. Cette brusque accélération du mouvement de l'ensemble semi-mobile permet de limiter la durée de l'arc à l'enclenchement. Les dispositifs qui viennent d'être décrits permettent d'assurer, dans un disjoncteur à double mouvement des contacts, sans augmenter le diamètre de la chambre de coupure, la fonction "insertion de résistance à l'enclenchement". REVENDICATIONS 1/ Disjoncteur à haute tension à soufflage de gaz à double mouvement des contacts et à insertion de résistance à la fermeture, comprenant, pour chaque pôle, au moins une chambre de coupure comprenant une enveloppe isolante (10) prolongée par un carter métallique (11) contenant une résistance (12) destinée à être insérée en série avec. les contacts du disjoncteur, à l'enclenchement, pendant une durée limitée, ladite chambre contenant en outre un ensemble mobile comprenant un contact permanent (24), un contact d'arc (27), un cylindre de soufflage (23) coopérant avec un piston fixe (30) et une buse de soufflage (25), et un ensemble semi-mobile comprenant un contact d'arc (20-20A) et un contact permanent (46), lesdits ensembles étant reliés mécaniquement à une commande leur assurant des mouvements en sens opposés, tant au déclenchement qu'à l'enclenchement, une première extrémité de ladite résistance (12) étant reliée électriquement à une première prise de courant, les contacts mobiles étant reliés à une seconde prise de courant, caractérisé en ce que le contact d'arc semi-mobile (20-20A) est relié électriquement à la seconde extrémité de la résistance, des premiers moyens (32, 36, 40) étant prévus pour court-circuiter la résistance après une durée donnée t suivant la fermeture des contacts d'arc (20A, 27), des seconds moyens (43, 47) étant prévus pour retarder la fermeture des contacts permanents (24, 46) afin qu'elle ne se produise qu'après ledit court-circuit. 2/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que, le contact d'arc semi-mobile étant constitué par une tige (20-20A), les premiers moyens comprennent un contact (40) disposé à une extrémité d'une extrémité d'un tube (19) dont l'autre extrémité est relié électriquement à la première prise de courant, et un second contact (36A) solidaire d'un coulisseau (32) entourant ladite tige (2020A), en contact électrique avec cette tige et entraîné en translation par cette tige. 3/ Disjoncteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit coulisseau (32) est poussé par un ressort (38) tendant à l'entraîner dans le sens opposé à celui de la tige (20-20A) lors d'une opération d'enclenchement. 4/ Disjoncteur selon l'une des revendcations 2 et 3, caractérisé en ce que le coulisseau (32) comprend une portion disposée entre ladite tige (20-20A) et une portion tubulaire (17C), constituant un retardateur à succion retardant le mouvement du coulisseau dans le sens du mouvement de la tige (20-20A) lors d'une opération de déclenchement. 5/ Disjoncteur selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le contact permanent semi-mobile (45) est semi-mobile par rapport à l'ensemble semi-mobile et muni d'un retardateur à succion (43, 47). 6/ Disjoncteur selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le contact permanent semi-mobile (45) est entraîné par l'intermédiaire d'un dispositif mécanique (70) lui communiquant une brusque accélération en fin de course d'enclenchement.