Brevet FR2766609A1 — publié le 19990129

L'invention concerne un interrupteur à gaz comprimé, comprenant deux équipages de contacts présentant chacun au moins un contact d'usure, dont l'un est mobile le long d'un axe par rapport à l'autre qui est fixe et o le contact d'usure prévu à l'équipage de contacts fixe à la forme d'une tige et est introduit, en position de fermeture, dans le contact d'usure creux de l'équipage de contacts mobile qui est déplacé le long de l'axe par une tige de manoeuvre isolante, avec en outre une chambre de compression du gaz qui communique, en position d'ouverture, à travers une buse isolante avec une chambre d'expansion, cette buse étant coaxiale aux deux équipages de contacts et fixée sur l'équipage de contacts mobile pour être traversée par le contact d'usure de l'équipage de contacts fixe en position de fermeture. Un tel interrupteur, qui peut servir en haute ou moyenne tension de disjoncteur, de sectionneur, en poste blindé ou ouvert, est déjà connu de la demande de brevet FR-9211588. Dans cet interrupteur connu, la chambre de compression qui communique par le col de la buse, en position d'ouverture de l'interrupteur, avec la chambre d'expansion, est une chambre de compression thermique à volume constant. Le gaz qui sert au soufflage de l'arc est comprimé par un piston disposé dans une autre chambre de compression à volume variable prévue en arrière de la chambre de compression thermique par rapport à la buse. La chambre de compression par piston et la chambre de compression thermique communiquent entre elles par des clapets unidirectionnels prévus dans une paroi séparant ces deux chambres. Dans cette construction connue, il est donc nécessaire de délimiter deux volumes de compression du gaz et de prévoir des clapets de communication entre ces deux volumes. Le but de l'invention est de proposer une solution pour simplifier la construction d'un tel interrupteur de sorte à réduire notamment le nombre de pièces qui le constituent. Ce but est atteint par un interrupteur tel que défini ci-dessus qui comporte une chambre de compression thermique à volume variable compressible. Plus particulièrement, I'interrupteur à gaz selon l'invention est caractérisé en ce qu'un piston, qui est solidaire du contact d'usure creux, est monté coulissant dans un cylindre solidaire de la tige de manoeuvre, ce cylindre délimitant la chambre de compression avec le piston et la buse, en ce que le contact d'usure creux est mobile par rapport à la tige de manoeuvre le long de l'axe, et en ce qu'un moyen de blocage est prévu pour immobiliser le long de 2 2766609 l'axe le contact d'usure creux pendant le début de la course de la tige de manoeuvre entre la position de fermeture et la position d'ouverture et pour solidariser en déplacement ledit contact d'usure creux à la tige de manoeuvre en fin course de cette dernière. Ainsi, au début d'une manoeuvre d'ouverture, la tige de manoeuvre déplace le cylindre avec la buse le.long de l'axe, alors que le piston reste fixe le long de cet axe. Il en résulte un rapprochement de la buse et du piston et donc une compression du gaz dans le cylindre délimitant la chambre de compression, la buse étant par ailleurs traversée et donc obturée par le contact d'usure de I'équipage de contacts fixe ce qui empêche le gaz comprimé de s'échapper dans le volume d'expansion V. Quand la tige de manoeuvre devient solidaire du contact d'usure de l'équipage de contacts mobile, le contact d'usure de l'équipage de contacts fixe se dégage du contact d'usure de l'équipage de contacts mobile, se dégage aussi de la buse, ce qui permet la mise en communication de la chambre de compression avec la chambre d'expansion par le col de la buse. Avec un tel agencement, on a donc besoin que d'une seule chambre de compression à la fois thermique et par piston et on obtient un interrupteur comprenant un nombre réduit de pièces ce qui facilite son montage. 2 0 Un tel agencement évite aussi les pertes de charges dues habituellement au transfert du gaz du volume de compression par piston au volume de compression thermique. En plus, dans l'agencement selon l'invention, il n'existe pas de volume mort en fin de compression par piston. En outre, I'agencement selon l'invention offre une meilleure maîtrise de la compression thermique. Un exemple de réalisation de l'invention est décrit ci-après plus en détail et illustré sur les dessins. La figure 1 illustre schématiquement un interrupteur à gaz comprimé selon l'invention en position de fermeture. La figure 2 illustre schématiquement l'interrupteur de la figure 1 dans une première position intermédiaire entre sa position de fermeture et sa position d'ouverture. La figure 3 illustre schématiquement l'interrupteur de la figure 1 dans une seconde position intermédiaire entre sa position de fermeture et sa position d'ouverture. 3 2766609 La figure 4 illustre schématiquement l'interrupteur de la figure 1 dans une troisième position intermédiaire entre sa position de fermeture et sa position d'ouverture. La figure 5 illustre schématiquement l'interrupteur de la figure 1 dans sa position d'ouverture complète. Sur les figures et plus particulièrement sur la figure 1, on a représenté deux équipages de contacts 1,2 se trouvant dans une enveloppe non représentée, rempli d'un gaz diélectrique d'extinction d'arc électrique, qui peuvent être engagés l'un dans l'autre ou dégagés l'un de l'autre le long d'un axe longitudinal 3 par la manoeuvre d'une commande. Les équipages de contacts 1 respectivement 2 présentent chacun un contact de courant permanent 4 respectivement 5 et un contact d'usure ou d'arc 6 respectivement 7 qui sont reliés électriquement à un raccordement électrique non représenté. Ces différents contacts présentent essentiellement une symétrie de rotation et sont essentiellement tubulaires ce qui assure une grande compacité de l'ensemble. L'équipage de contacts 2 est mobile et peut coulisser dans l'enveloppe le long de l'axe 3 sous l'action d'une tige de manoeuvre isolante 8 qui est manoeuvrée depuis l'extérieur du boîtier et qui s'étend le long de cette axe 3. Il comporte une buse isolante 9 avec un col 10 qui sert au soufflage de l'arc électrique comme cela est bien connu. En position de fermeture, cette buse 9 est disposée coaxialement entre le contact 4 et le contact 6. Elle est fixée au cylindre formant le contact 5 et a son col 10 qui est traversé par le contact d'usure 6 en forme de tige qui est lui même inséré dans le contact d'usure 7 creux. 2 5 L'équipage de contacts 2 comporte aussi une chambre de compression thermique 11 définie par le cylindre formant le contact 5. Cette chambre de compression 11, est prévue pour accumuler du gaz comprimé, et pour être mise en communication avec un volume de détente V d'une chambre d'expansion 12 à travers la buse 9 quand le contact d'usure 6 est dégagé de la buse 9 lors de la coupure. Le cylindre constituant le contact 5 est monté coulissant dans un tube cylindrique métallique de guidage 13 qui est monté fixe dans le boîtier le long de l'axe 3. Il est entouré d'un contact glissant 14 monté à l'intérieur du tube 13 qui sert au passage du courant entre le tube 13 et le contact 5. Au contact d'usure 7 est fixée une couronne métallique 15 qui s'étend radialement dans le cylindre formant le contact de courant permanent 5, cette 4 2766609 couronne constituant un piston de compression du gaz dans la chambre de compression 11. La couronne 15 ou piston de compression comporte un ou plusieurs clapets unidirectionnels permettant une entrée du gaz, à l'enclenchement, dans la chambre 11 depuis le volume situé à l'arrière de la couronne 15 (à droite sur les figures). On comprendra donc que le volume de la chambre de compression 11 est compressible et est délimitée par le cylindre 5, la buse 9 et le piston. La couronne 15 est en outre entourée d'un contact glissant 17 qui est monté dans le cylindre 5 pour assurer un passage du courant de ce cylindre vers le contact d'usure 7. Une tige de liaison rigide 18, avantageusement clipsée par ses deux extrémités au cylindre 5, traverse la tige de manoeuvre 8 pour être solidaire de celle-ci. Cette tige 18 traverse par ailleurs radialement un prolongement tubulaire du contact d'usure 7 par une fente longitudinale 19, la tige de manoeuvre 8 venant coulisser le long de l'axe 3 à l'intérieur du prolongement tubulaire du contact d'usure 7. Ainsi, la tige de liaison 18 peut coulisser sur une certaine distance le long de l'axe 3 dans la fente 19 en entraînant le cylindre 5 alors que le prolongement tubulaire du contact d'usure 7 reste fixe le long de cet axe 3. Le prolongement tubulaire du contact d'usure 7 coulisse par ailleurs le long de l'axe 3 dans un autre tube 20 fixe le long de l'axe 3 servant de support de guidage. Le prolongement tubulaire du contact d'usure 7 comporte un ou plusieurs orifices latéraux 21 dans lesquels viennent se loger des billes de blocage 22 qui viennent s'engager dans des évidements 23 et 24 prévus respectivement dans le tube 20 et dans la tige de manoeuvre 8. Les évidements 23 et 24 sont éloignés l'un de l'autre le long de l'axe 3 d'une distance sensiblement inférieure à la longueur de la fente 19 dans le prolongement tubulaire du contact d'usure 7. Le prolongement tubulaire du contact d'usure 7 présente en outre une ou plusieurs ouvertures d'échappement des gaz 25 disposées sensiblement en arrière du piston (à droite sur les figure) ainsi qu'une ogive 26 servant de déflecteur pour ces gaz. Figure 1, en position de fermeture, le contact d'usure 6 est inséré dans le contact d'usure creux 7 et traverse la buse isolante 9. La chambre de compression est par conséquent fermée. La ou les billes 22 sont engagées dans le ou les évidements 23 du tube fixe 20 ce qui fait que le prolongement tubulaire du contact d'usure 7 et donc le piston sont bloqués le long de l'axe 3. Le courant 2766609 passe du tube 13 dans le contact de courant permanent 5 par les contacts glissants 14 et dans le contact de courant permanent 4. Figure 2, lors d'une manoeuvre de coupure, la tige de manoeuvre 8 est déplacée d'une certaine distance vers la droite sur la figure 2. Elle entraîne dans cette direction la tige de liaison 18 et donc le cylindre 5 avec la buse 9. Les contacts de courant permanent 5 et 4 se séparent. Le contact d'usure 7 et donc le piston restent immobiles le long de l'axe 3 en raison du blocage exercé par la ou les billes 22 dans le ou les évidements 23 du tube fixe 20. Le contact d'usure 6 reste donc inséré dans le contact d'usure 7 et le courant passe du tube 13, dans le cylindre 5, puis dans le piston via les contacts glissants 17, dans le contact d'usure 7, dans le contact d'usure 6 qui est relié au contact de courant permanent 4. Le déplacement de la tige de manoeuvre a provoqué un rapprochement de la buse 9 et du piston et par conséquent une diminution du volume de la chambre de compression 11. Le gaz à l'intérieur de la chambre de compression est donc comprime. Figure 3, la tige de manoeuvre 8 poursuit sa course vers la droite sur cette figure, et à un certain moment, les évidements 24 dans la tige de manoeuvre arrivent au droit de la ou des billes 22. En raison des forces exercées sur la ou les billes, celles-ci s'engagent dans les évidements 24 et libèrent les évidements 23. Le blocage qui s'exerçait entre le tube 20 et le prolongement tubulaire du contact d'usure 7 est maintenant reporté sur la tige de manoeuvre 8 et le prolongement tubulaire du contact d'usure 7. Figure 4, la tige de manoeuvre 8 poursuit sa course vers la droite sur la figure et entraîne maintenant en déplacement l'ensemble de l'équipage de contacts mobile 2, à savoir le cylindre 5 avec la buse 9 et le contact d'usure 7 avec le piston. Les contacts d'usure 7 et 6 se séparent d'abord et il se crée un arc électrique entre ces deux contacts. Le contact d'usure 6 traverse encore la buse 9 ce qui isole la chambre d'expansion 12 de la chambre de compression 11. Le gaz sous pression dans la chambre de compression 11 monte encore en pression sous l'effet de l'arc électrique et vient s'échapper vers l'intérieur du contact d'usure creux 7 ce qui sert au soufflage de l'arc électrique. Il ressort du contact d'usure creux 7 par les ouvertures latérales 25 en étant guidé par l'ogive 26, puis s'échappe par l'extrémité ouverte du cylindre 5 en arrière du piston, et enfin par des ouvertures latérales 27 prévues dans le tube 13. La circulation des gaz participant à ce premier soufflage de l'arc est symbolisée par des flèches. 6e 2766609 Figure 5, la tige de manoeuvre est arrivée en bout de course. Le contact d'usure 6 est maintenant complètement dégagé de la buse 9 et le gaz résiduel sous pression dans la chambre de compression 11 s'évacue par le col 10 de la buse 9 pour finir de souffler l'arc électrique comme illustré encore par des5 flèches. Lorsque l'interrupteur est enclenché depuis la position d'ouverture illustré sur la figure 5, la tige de manoeuvre est déplacée vers la gauche sur les figures et on obtient un fonctionnement inverse des billes de blocage 22. On notera que la distance de séparation des évidements 23 et 24 le long de l'axe 3 permet de régler la valeur de la compression par piston recherchée dans la chambre de compression 11. La compression thermique du gaz dans la chambre 11 se fait à volume constant sans perte de charge. Un tel agencement permet de réaliser un double soufflage de l'arc électrique pour couper les grands courants comme les courants capacitifs avec une faible énergie de manoeuvre.1R REVENDICATIONS 1/ Un interrupteur à gaz comprimé, comprenant deux équipages de contacts (1,2) présentant chacun au moins un contact d'usure (6,7), dont l'un (2) est mobile le long d'un axe (3) par rapport à l'autre (1) qui est fixe et o le contact d'usure (6) prévu à l'équipage de contacts fixe à la forme d'une tige et est introduit, en position de fermeture, dans le contact d'usure creux (7) de l'équipage de contacts mobile qui est déplacé le long de l'axe par une tige de manoeuvre isolante (8), avec en outre une chambre de compression (11) du gaz qui communique, en position d'ouverture, à travers une buse isolante (9) avec une chambre d'expansion (12), cette buse étant coaxiale aux deux équipages de contacts et fixée sur l'équipage de contacts mobile pour être traversée par le contact d'usure de l'équipage de contacts fixe en position de fermeture, caractérisé en ce qu'un piston (15), qui est solidaire du contact d'usure creux (7), est monté coulissant dans un cylindre (5) solidaire de la tige de manoeuvre, ce cylindre délimitant la chambre de compression avec le piston et la buse, en ce que le contact d'usure creux (7) est mobile par rapport à la tige de manoeuvre (8) le long de l'axe (3), et en ce qu'un moyen de blocage (22,23,24) est prévu pour immobiliser le long de l'axe le contact d'usure creux (7) pendant le début de la course de la tige de manoeuvre entre la position de fermeture et la position d'ouverture et pour solidariser en déplacement ledit contact d'usure creux (7) à la tige de manoeuvre en fin course de cette dernière. 2/ L'interrupteur selon la revendication 1, dans lequel la tige de 2 5 manoeuvre (8) est montée coulissante dans un prolongement tubulaire du contact d'usure creux (7), et dans lequel le moyen de blocage comprend au moins une bille (22) qui est mobile dans un orifice latéral (21) prévu dans ledit prolongement tubulaire du contact d'usure creux, cette bille venant s'engager alternativement dans un premier évidemment (23) prévu dans un tube (20) disposé coaxialement autour dudit prolongement tubulaire du contact d'usure creux (7) et dans un second évidemment (24) prévu dans la tige de manoeuvre. 3/ L'interrupteur selon la revendication 2, dans lequel une tige de liaison (18) traversant radialement la tige de manoeuvre (8) est fixée par ses extrémités au cylindre (5), cette tige de liaison traversant radialement une fente longitudinale (19) prévue dans le prolongement tubulaire du contact d'usure creux (7). 8 2766609 4/ L'interrupteur selon la revendication 3, dans lequel la fente longitudinale (19) dans le prolongement tubulaire du contact d'usure creux (7) s'étend le long de l'axe (3) sur une distance légèrement plus grande que la distance séparant, le long de cet axe, un évidemment prévu dans la tige de manoeuvre (8) et un évidemment prévu dans le tube (20) entourant le prolongement tubulaire du contact d'usure creux (7).