Brevet FR2774805A1 — publié le 19990813

L'invention se rapporte à un disjoncteur de moyenne ou de haute tension dans lequel un arc électrique généré à l'ouverture du disjoncteur est déplacé sous l'action d'un champ magnétique à l'intérieur d'une chambre de coupure destinée à contenir un gaz diélectrique et qui comprend une électrode externe cylindrique et une électrode centrale qui s'étend sensiblement suivant une direction axiale de l'électrode externe. Un disjoncteur de ce type est connu notamment de la demande de brevet européen EP 0 058 007 publiée le 4 juin 1986. Dans ce document, un contact mobile joue à la fois le rôle de contact électrique et d'électrode centrale. Lors de l'ouverture du disjoncteur, I'arc électrique qui se forme initialement entre le contact mobile et un contact fixe, s'établit rapidement entre le contact mobile et l'électrode externe et crée un courant d'alimentation d'une bobine montée en série avec l'électrode externe. Le champ magnétique créé par la bobine entraîne l'arc électrique en déplacement par rapport au gaz diélectrique au repos sous l'action de forces électromagnétiques qui agissent sur les molécules du gaz diélectrique ionisées par l'arc électrique. En fin de course d'ouverture, le contact mobile est disposé approximativement suivant une direction axiale de la première électrode, son extrémité libre étant située devant l'une des faces de cette première électrode. Cette disposition du contact mobile en fin de course d'ouverture ne semble pas satisfaisante, dans la mesure o son extrémité libre crée localement un gradient de champ électrique relativement important. Ce gradient localisé peut favoriser le rétablissement de l'arc électrique après le passage par zéro du courant électrique à couper, en retardant la vitesse de régénération du gaz diélectrique ionisé par rapport à la vitesse de remontée de la tension électrique imposée par le réseau sur lequel est branché le disjoncteur. Le gradient peut également favoriser le rétablissement de l'arc après un certain temps de coupure effective. Dans ces conditions, la tenue diélectrique entre le contact mobile et l'électrode externe ne semble pouvoir être assurée que par une élévation de la pression du gaz diélectrique contenu dans la chambre de coupure pendant la phase de coupure et aussi longtemps que le disjoncteur est ouvert. Le but de l'invention est d'améliorer la tenue diélectrique entre les électrodes d'une chambre de coupure d'un disjoncteur tel décrit precédemment. L'idée à la base de l'invention est de faire jouer au contact mobile le rôle de contact électrique, et d'assigner à une électrode centrale non confondue avec ce contact, le rôle d'électrode de coupure. A cet effet, l'invention a pour objet un disjoncteur de moyenne ou de haute tension dans lequel un arc électrique généré à l'ouverture du disjoncteur est déplacé sous l'action d'un champ magnétique à I'intérieur d'une chambre de coupure destinée à contenir un gaz diélectrique et qui comprend une électrode externe cylindrique et une électrode centrale qui s'étend sensiblement suivant une direction axiale de l'électrode externe, caractérisé en ce que l'électrode centrale traverse l'électrode externe. L'électrode centrale traverse l'électrode externe pour créer un champ électrique sensiblement uniforme entre les deux électrodes. Lors du passage par zéro du courant à couper, le risque de réamorcer l'arc électrique est ainsi minimisé, d'o il résulte une augmentation de la tenue diélectrique de la chambre de coupure du disjoncteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description de modes de réalisation de l'invention illustrés par les dessins. La figure 1 montre un disjoncteur selon l'invention, qui comprend une chambre de coupure dans laquelle une électrode centrale traverse une électrode externe en étant fixée à une pièce de connexion par l'intermédiaire d'un conducteur. La figure 2 montre une électrode centrale selon la figure 1, dont une partie est recouverte d'une épaisseur isolante. La figure 3 montre un disjoncteur selon l'invention, qui comprend une chambre de coupure dans laquelle une électrode centrale traverse une électrode externe en étant fixée à un support fixe par rapport à une pièce de connexion par l'intermédiaire d'un conducteur coudé. Sur la figure 1, on a représenté la chambre de coupure d'un disjoncteur de moyenne ou de haute tension. La chambre de coupure contient sous une pression de quelques bars un gaz présentant des propriétés diélectriques et thermiques élevées tel l'hexafluorure de soufre SF6. Une pièce de connexion électrique 1 est reliée par une plage 1A ou lB à une première amenée de courant. Un contact mobile 2 est monté en rotation par rapport à la pièce de connexion électrique 1 autour d'un axe A. Ce contact mobile 2 est par exemple constitué d'un couteau ou d'une pluralité de couteaux disposés parallèlement les uns aux autres et articulés en rotation autour du même axe A, le nombre de ces couteaux étant choisi en fonction de l'intensité du courant à couper. Un contact fixe 3 est relié électriquement à une deuxième amenée de courant par l'intermédiaire d'une plage de raccordement 3A. Lorsque le disjoncteur est en position fermée, le contact mobile 2 exerce une pression de contact sur le contact fixe 3. Pour ouvrir le disjoncteur, une commande mécanique non représentée déplace en rotation le contact mobile 2 par l'intermédiaire d'une bielle isolante 5 reliée à un porte contact 15. Lors de l'ouverture du disjoncteur, le déplacement en rotation du contact mobile 2 par rapport au contact fixe 3 donne naissance à un arc électrique qui rapidement s'établit entre le contact mobile 2 et une électrode externe cylindrique 6 disposée à l'intérieur de la chambre de coupure. L'électrode externe 6 est reliée électriquement au contact fixe 3 par l'intermédiaire d'une bobine 7 montée en série avec cette première électrode. Dans l'exemple de la figure 1, I'électrode externe 6 est de forme tubulaire, avec une paroi latérale externe servant de support d'enroulement à un ruban continu qui forme la bobine 7. L'arc électrique formé entre le contact mobile 2 et l'électrode externe 6 vient alimenter la bobine 7 et créer ainsi un champ magnétique. Il faut noter que le courant qui traverse la bobine 7 est initié par un courant transitoire provenant d'un arc électrique formé entre l'électrode externe 6 et une corne d'amorçage 3B solidaire du contact fixe 3. La corne d'amorçage 3B est réalisée dans un matériau à point du fusion élevé comme un alliage de tungstène. Sa forme en pointe dirigée vers l'électrode externe 6 favorise l'établissement rapide de l'arc électrique entre le contact mobile 2 et l'électrode externe 6. Une plaque isolante 14 de quelques millimètres d'épaisseur sépare la corne d'amorçage 3B de l'électrode externe 6. Cette plaque 14 est réalisée dans un matériau isolant à haute tenue thermique comme une céramique réfractaire ou plastique fluoré du type PTFE. Le champ magnétique créé par la bobine 7 entraine l'arc électrique en déplacement par rapport au gaz diélectrique qui est au repos dans la chambre de coupure. La chambre de coupure comprend une électrode centrale 9 qui s'étend sensiblement suivant une direction axiale L de l'électrode externe 6. Selon l'invention, I'électrode centrale 9 traverse l'électrode externe 6 pour créer un champ électrique sensiblement uniforme entre les deux électrodes. Lors du passage par zéro du courant à couper, le risque de réamorcer l'arc électrique est ainsi minimisé, comme indiqué précédemment, d'o il résulte une augmentation de la tenue diélectrique de la chambre de coupure du disjoncteur. Dans l'exemple de la figure 1, un support isolant 10 maintient en place les deux électrodes 6 et 9 dans le disjoncteur et permet un réglage précis de leur position relative pour garantir une bonne tenue mécanique et diélectrique de la chambre de coupure. Un conducteur 8 supporte l'électrode centrale 9 et assure une liaison électrique entre cette électrode centrale 9 et le contact mobile 2 par l'intermédiaire de la pièce de connexion électrique 1. L'électrode centrale 9 est sensiblement cylindrique et ses deux extrémités 9A et 9B dépassent largement des faces de l'électrode externe 6. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, les deux extrémités saillantes 9A et 9B de l'électrode centrale 9 ont des surfaces arrondies en forme de demie sphère ou, de préférence, en forme de demi ellipsoïde pour affaiblir localement le gradient du champ électrique et ainsi renforcer la tenue diélectrique de la chambre de coupure du disjoncteur. Sur la figure 2, on a représenté un disjoncteur selon la figure 1, dans lequel l'extrémité 9A de l'électrode centrale 9 qui est opposée au conducteur 8 est recouverte d'une épaisseur isolante 11 pour confiner l'arc électrique entre les deux électrodes 6 et 9 et éviter que ce dernier ne s'échappe sous l'action des forces électromagnétiques. Il est également prévu de recouvrir l'électrode externe 6 d'une épaisseur isolante 12 sur une partie en regard avec l'épaisseur isolante 11 de l'électrode centrale 9 pour renforcer l'effet de confinement de l'arc électrique entre les deux électrodes 6 et 9. Les épaisseurs isolantes 11 et 12 sont avantageusement formées d'un dépôt de céramique réfractaire ou d'un capuchon de plastique fluoré du type PTFE. Sur la figure 3, on a représenté un autre mode réalisation de l'invention. Un conducteur 8' supporte l'électrode centrale 9 en étant coudé par rapport a la direction axiale L pour permettre un déplacement angulaire du contact mobile 2 autour de l'axe de rotation A depuis une première position de contact avec le contact fixe 3 vers une deuxième position de contact avec ce conducteur coudé 8' puis vers une troisième position de contact avec un plot de mise à la terre 13. Les trois positions de fermeture, d'ouverture et de mise à la terre du contact mobile 2 confèrent au disjoncteur de la figure 3 un intérêt particulier lorsque le disjoncteur est utilisé dans des postes de distribution secondaire de l'électricité. Le support isolant 10 maintient en place les deux électrodes dans le disjoncteur et permet un réglage précis de leur position relative. Le conducteur coudé 8' est solidaire du support isolant 10 et est disposé dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation A pour échapper le déplacement du contact mobile 2. L'extrémité libre 2A du contact mobile 2 possède une largeur D supérieure à la distance qui sépare la corne d'amorçage 3 du conducteur coudé 8' pour que, lors du déplacement du contact mobile 2, I'électrode centrale 9 soit reliée électriquement à ce contact mobile 2 avant que ce dernier ne se sépare du contact fixe 3. Il est prévu de choisir la distance entre le conducteur coudé 8' et le plot de mise à la terre 13 de telle façon que le contact mobile 2 soit simultanément en contact avec ce plot de mise à la terre et avec ce conducteur coudé 8' pour décharger l'électrode centrale 9. Dans les deux exemples de réalisation de l'invention, le passage de l'arc électrique du contact mobile 2 à l'électrode centrale 9 est très rapide, ce qui contribue à diminuer le temps d'arc électrique et à limiter l'usure des électrodes. REVENDICATIONS 1. Un disjoncteur de moyenne ou de haute tension dans lequel un arc électrique généré à l'ouverture du disjoncteur est déplacé sous l'action d'un champ magnétique à l'intérieur d'une chambre de coupure destinée à contenir un gaz diélectrique et qui comprend une électrode externe cylindrique (6) et une électrode centrale (9) qui s'étend sensiblement suivant une direction axiale (L) de l'électrode externe (6), caractérisé en ce que l'électrode centrale (9) traverse l'électrode externe (6). 2. Un disjoncteur selon la revendication 1, dans lequel I'électrode centrale (9) a une surface arrondie à ses deux extrémités (9A,9B). 3. Un disjoncteur selon la revendication 2, dans lequel les deux extrémités de l'électrode centrale (9) sont en forme de demie sphère. 4. Un disjoncteur selon la revendication 2, dans lequel les surfaces arrondies sont en forme de demie ellipsoïde. 5. Un disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel les deux électrodes (6,9) sont montées fixes dans le disjoncteur par l'intermédiaire d'une pièce isolante (10). 6. Un disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel l'une ou l'autre ou les deux électrodes (6,9) sont munies d'une isolation (11,12) en matière plastique ou en céramique réfractaire pour empêcher que l'arc électrique ne s'échappe de la chambre de coupure. 7. Un disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel l'électrode centrale (9) est montée sur un conducteur (8') qui est coudé pour permettre un déplacement angulaire d'un contact mobile (2) vers un plot de mise à la terre (13). 8. Un disjoncteur selon la revendication 7, dans lequel l'électrode centrale (9) est reliée au plot de mise à la terre (13) par l'intermédiaire du contact mobile (2).