Brevet FR2752478A1 — publié le 19980220

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 plein 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 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 lors de la compression et au moins un agencement de lumière étant réalisée dans le premier tube, disposé du côté de la couronne opposé aux contacts d'arc entre celle-ci et le piston en position de fermeture. 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, un 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. 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 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. 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 et - l'agencement de lumière est conçu de façon à permettre le passage du gaz de la chambre de compression vers l'intérieur du premier tube jusqu'à ce que le piston soit à proximité de ladite couronne. Selon un mode de réalisation préféré, l'agencement de lumière est constitué d'au moins une lumière réalisée dans le premier tube et dont le bord d'extrémité opposé aux contacts est disposé de façon que le piston ait sa face arrière opposée aux contacts sensiblement alignée avec lui à proximité de la position de fin de compression. De préférence, le premier tube contient une troisième tube coaxial solidarisé au premier tube et fermé frontalement par une paroi à une certaine distance de la couronne, dans l'espace entre ces deux tubes étant disposé un moyen d'obstruction fixe constitué d'un tube portant à son extrémité tournée vers les contacts une bague intérieure de dimension telle qu'elle ferme l'espace entre les deux tubes tout en pouvant coulisser dans celui-ci. Avantageusement, le bord d'extrémité de la lumière opposé aux contacts est disposé au droit de la paroi et la bague du moyen d'obstruction est disposée de telle sorte qu'elle soit en face de la lumière à la position de fin de compression. 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 1A à 1C sont des vues en coupe longitudinale d'un disjoncteur conforme à l'invention, selon un premier mode de réalisation, en position de fermeture, en position intermédiaire et en position de fin de compression. Les figures 2A à 2C sont des vues en coupe longitudinale d'un disjoncteur conforme à l'invention, selon un second mode de réalisation, en position de fermeture, en position intermédiaire et en position de fin de compression. Le disjoncteur représenté sur les figures 1A à 1C 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 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 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 un cylindre plein 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 un agencement de lumière 4 est réalisé dans le premier tube 7, disposé du côté de la couronne 9 opposé aux contacts d'arc entre celle-ci et le piston 11 en position de fermeture. 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 6 connu en soi qui peut être par exemple constitué d'un ensemble mécanique de biellettes. L'agencement de lumière 4 est conçu de façon à permettre le passage du gaz de la chambre de compression 18 vers l'intérieur du premier tube 7 jusqu'à ce que le piston 11 soit à proximité de ladite couronne 9, c'est-à-dire à proximité de la position de fin de compression. Selon le premier mode de réalisation représenté sur les figures 1A à 1C, l'agencement de lumière 4 est constitué d'une lumière dimensionnée et disposée de façon à obtenir l'effet de passage de gaz comme précisé plus haut. Plus précisément, son bord d'extrémité 4A opposé aux contacts est disposé de façon que le piston 11 ait sa face arrière opposée aux contacts sensiblement alignée avec lui à proximité de la position de fin de compression. La longueur 1 de la lumière est de préférence inférieure ou égale à l'épaisseur du piston 11. Le fonctionnement du disjoncteur est donc le suivant. En figure 1A, il est en position de fermeture. L'ensemble de contact mobile est dans sa position la plus à gauche (vu selon la figure), les contacts 3A et 7A sont en contact, le piston 11 est dans sa position la plus à droite (vu selon la figure). La manoeuvre d'ouverture est réalisée et l'ensemble de contact mobile et le piston sont déplacé dans des sens inverses. La chambre de compression 18 et l'intérieur du tube 7 étant en communication grâce à la lumière 4 et la chambre de compression étant en communication avec la chambre d'expansion 17 grâce au clapet 2, une surpression est créée dans les trois volumes que sont la chambre de compression 18, l'intérieur du tube 7 et la chambre d'expansion 17. Cette surpression est maximale quand la position intermédiaire représentée sur la figure 1B est atteinte. A cette position le disjoncteur est à proximité de sa position de fin de compression et les contacts 3A et 7A se sont séparés. Cette surpression de gaz à la coupure permet d'obtenir le but précisé plus haut d'augmentation des performances en coupure de courants capacitifs. Lors de la fin de la compression, le piston 11 chevauche la lumière 4 permettant l'évacuation progressive du gaz contenu à l'intérieur du tube 7 par la lumière 4 vers l'arrière du piston 11 jusqu'à compression complète représentée sur la figure 1C, alors que le soufflage continue dans la chambre d'expansion 17 jusqu'au plein soufflage. La chambre de compression 18 est alors isolée de l'intérieur du tube 7 et il n'y a donc pas de risque de montée en pression parasite de l'intérieur du tube 7 vers la chambre de compression 18. L'ouverture du disjoncteur se termine ensuite par éloignement de l'ensemble de contact mobile avec le piston du contact fixe 3A et le gaz s'échappe de la chambre d'expansion vers l'extérieur de la buse 10 et à l'intérieur du tube 7, assurant un double soufflage permettant la coupure des courants forts. Les figures 2A à 2C représentent un second mode de réalisation d'un disjoncteur, où seul l'agencement de lumière est différent. Selon ce mode de réalisation, ledit agencement comporte au moins une lumière 4' de petite dimension et un moyen d'obstruction 4" associés. Le premier tube 7 contient un troisième tube 7' coaxial solidarisé au premier tube 7 et fermé frontalement par une paroi 5' à une certaine distance dl de la couronne 9. Dans l'espace entre ces deux tubes 7, 7' est disposé le moyen d'obstruction 4" fixe. Ce moyen d'obstruction 4" est constitué d'un tube portant à son extrémité tournée vers les contacts une bague intérieure 4A" de dimension telle qu'elle ferme l'espace entre les deux tubes 7 et 7' tout en pouvant coulisser dans celui-ci. L'agencement de lumière est conçu de façon à permettre le passage du gaz de la chambre de compression 18 vers l'intérieur du premier tube 7 jusqu'à ce que le piston 11 soit à proximité de ladite couronne 9. Pour ce faire, le bord d'extrémité 4A' de la lumière 4' opposé aux contacts est disposé au droit de la paroi 5' et de façon que le piston 11 ait sa face arrière opposée aux contacts sensiblement alignée avec lui à proximité de la position de fin de compression et la bague 4A" du moyen d'obstruction 4" est disposée de telle sorte qu'elle soit en face de la lumière 4' à cette position. Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant. En figure 2A, il est en position de fermeture. L'ensemble de contact mobile est dans sa position la plus à gauche (vu selon la figure), les contacts 3A et 7A sont en contact, le piston 11 est dans sa position la plus à droite (vu selon la figure). La manoeuvre d'ouverture est réalisée et l'ensemble de contact mobile et le piston sont déplacé dans des sens inverse. La chambre de compression 18 et l'intérieur du tube 7 étant en communication grâce à la lumière 4' et la chambre de compression 18 étant en communication avec la chambre d'expansion 17 grâce au clapet 2, une surpression est créée dans les trois volumes que sont la chambre de compression 18, l'intérieur du tube 7 et la chambre d'expansion 17. Cette surpression est maximale quand la position intermédiaire représentée sur la figure 2B est atteinte. A cette position le disjoncteur est à proximité de sa position de fin de compression et les contacts 3A et 7A se sont séparés. Cette surpression de gaz à la coupure permet d'obtenir le but précisé plus haut d'augmentation des performances en coupure de courants capacitifs. Lors de la fin de la manoeuvre de compression, le piston 11 chevauche la lumière 4' qui est simultanément fermée par le moyen d'obstruction 4" qui par contre libère l'espace entre le premier tube 7 et le troisième tube 7' permettant l'évacuation progressive du gaz contenu à l'intérieur du tube 7 par cet espace vers l'arrière du disjoncteur jusqu'à compression complète représentée sur la figure 2C, alors que le soufflage continue dans la chambre d'expansion 17 jusqu'au plein soufflage. La chambre de compression 18 est alors isolée de l'intérieur du tube 7 et il n'y a donc pas de risque de montée en pression parasite de l'intérieur du tube 7 vers la chambre de compression 18. L'ouverture du disjoncteur se termine ensuite par éloignement de l'ensemble de contact mobile avec le piston du contact fixe 3A et le gaz s'échappe de la chambre d'expansion vers l'extérieur de la buse 10 et à l'intérieur du tube 7, assurant un double soufflage permettant la coupure des courants forts. L'invention est particulièrement adaptée aux hautes tensions pour des disjoncteurs où la coupure n'est possible que lorsqu'une grande distance entre contacts est obtenue et où une vitesse d'ouverture élevée est nécessaire. 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 plein et l'autre faisant partie d'un ensemble de contact mobile solidaire d'un organe de manoeuvre (6) 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 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 celle-ci opposé aux contacts d'arc lors de la compression et au moins un agencement de lumière étant réalisé dans le premier tube (7), disposé du côté de la couronne (9) opposé aux contacts d'arc entre celle-ci et le piston en position de fermeture, 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 et - l'agencement de lumière est conçu de façon à permettre le passage du gaz de la chambre de compression (18) vers l'intérieur du premier tube (7) jusqu'à ce que le piston (11) soit à proximité de ladite couronne (9). 2) Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agencement de lumière est constitué d'au moins une lumière (4) réalisée dans le premier tube (7) et dont le bord d'extrémité (4A) opposé aux contacts est disposé de façon que le piston (11) ait sa face arrière opposée aux contacts sensiblement alignée avec lui à proximité de la position de fin de compression. 3) Disjoncteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier tube (7) contient une troisième tube (7') coaxial solidarisé au premier tube (7) et fermé frontalement par une paroi (5') à une certaine distance (dl) de la couronne (9), dans l'espace entre ces deux tubes (7, 7') étant disposé un moyen d'obstruction (4") fixe constitué d'un tube portant à son extrémité tournée vers les contacts une bague intérieure (4A") de dimension telle qu'elle ferme l'espace entre les deux tubes (7, 7') tout en pouvant coulisser dans celui-ci. 4) Disjoncteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le bord d'extrémité (4A') de la lumière (4') opposé aux contacts est disposé au droit de la paroi (5') et la bague (4A") du moyen d'obstruction (4") est disposée de telle sorte qu'elle soit en face de la lumière (4) à proximité de la position de fin de compression.