Brevet FR2799571A1 — publié le 20010413

DISJONCTEUR A AUTOEXPANSION A CLAPET DE SURPRESSION ET DE REMPLISSAGE L'invention est relative à un disjoncteur à autoexpansion logé dans une enveloppe isolante remplie de gaz isolant à rigidité diélectrique élevée, et renfermant: - un premier sous-ensemble contact fixe comprenant un contact principal fixe et un contact d'arc fixe, - un deuxième sousensemble contact mobile comportant un contact principal mobile, et un contact d'arc mobile associé à une buse de soufflage, - une chambre d'expansion ayant un premier cylindre en communication avec la buse de soufflage par un canal de guidage de l'écoulement gazeux, - une chambre de compression ayant un deuxième cylindre solidaire du sous- ensemble contact mobile pour le pistonnage du gaz au cours de la phase d'ouverture du disjoncteur, - et un clapet susceptible d'être dans un état fermé ou un état ouvert en fonction de la pression différentielle du gaz entre la chambre d'expansion et la chambre de compression. Un disjoncteur connu du genre mentionné est décrit dans le document DE 3915700. L'élément support du premier sous-ensemble contact fixe est formé par une douille cylindrique, ayant le même diamètre que le contact principal fixe à tulipe. La chambre de compression pour le pistonnage du gaz comprend un piston plein, sur lequel coulisse le cylindre mobile. L'objet de l'invention consiste à réaliser un disjoncteur à autoexpansion ayant des performances de coupure élevées, et une répartition régulée de la pression du gaz de soufflage. Le disjoncteur à autoexpansion est caractérisé en ce que la chambre de compression comporte un piston semi-fixe agencé à l'opposé du clapet pour l'admission du gaz dans la chambre de compression lors de la phase d'enclenchement, et une soupape servant de valve de sécurité lors de la phase de coupure, lorsque la pression à l'intérieur de la chambre de compression dépasse un seuil prédéterminé dans l'état fermé du clapet. Selon un mode de réalisation préférentiel, la soupape est logée dans un espace annulaire du piston, et est sollicitée en position de fermeture par un ressort de rappel. La soupape est montée à coulissement limité sur une douille fixe de forme i Lt 2799571 tubulaire entourant coaxialement une tige d'actionnement du sous-ensemble contact mobile. Selon une caractéristique de l'invention, la douille est équipée de premiers moyens de butée délimitant la course de déplacement de la soupape entre l'état fermé et l'état ouvert. Le déplacement du piston semi-fixe est limité par des deuxièmes moyens de butée ménagés sur la douille. Selon une autre caractéristique de l'invention, le piston semi-fixe comporte un segment d'entraînement par friction, destiné à assurer le déplacement relatif du piston par rapport à la soupape pour l'admission du gaz dans la chambre de compression lors du mouvement de fermeture du disjoncteur. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe axiale du disjoncteur à autoexpansion selon l'invention, I'appareil étant en position de fermeture; - la figure 2 montre une vue partielle de la figure 1 illustrant le disjoncteur en position d'ouverture; - la figure 3 est une vue partielle à échelle agrandie de la figure 1 représentant la chambre de compression avec le clapet et la soupape dans l'état fermé; - la figure 4 est une vue identique de la figure 3 lorsque la soupape se trouve en position de régulation de surpression suite à la coupure de courants de fortes intensités; - la figure 5 est une vue identique de la figure 3 lors la soupape se trouve en position de remplissage à l'enclenchement du disjoncteur; - la figure 6 est une vue identique de la figure 2 lors d'une phase de coupure par pistonnage de courants de faibles intensités; - la figure 7 est une vue identique de la figure 2 lors d'une phase de coupure par expansion de courants de fortes intensités; - la figure 8 montre une demi-vue en coupe d'un disjoncteur selon une variante de réalisation. En référence aux figures 1 et 2, un disjoncteur 10 à autoexpansion comporte une enveloppe 12 isolante remplie de gaz isolant à rigidité diélectrique élevée, notamment de l'hexafluorure de soufre SF6, un premier sous-ensemble de contact fixe CF et un deuxième sous-ensemble de contact mobile CM. L'enveloppe 12 2799571 renferme une chambre de coupure 14 à buse 16 de soufflage de l'arc, un dispositif de contacts principaux 18, 20 pour le passage du courant permanent, et un dispositif de contacts d'arc 22, 24 pour délimiter l'intervalle de coupure 26 lors de l'ouverture du disjoncteur 10. Le contact d'arc mobile 24 est conformé en contact à tulipe, assujetti à une tige 28 tubulaire, laquelle est reliée mécaniquement à un mécanisme de commande (non représenté) autorisant le coulissement axial de l'équipage mobile constituant le deuxième sous-ensemble contact mobile CM. L'enveloppe 12 est portée par une embase 30 fixe traversée par la tige 28, et servant de support pour l'ensemble du pôle. Le contact d'arc mobile 24 est séparé de la chambre d'expansion 32 par une paroi 34 annulaire isolante, laquelle est entourée coaxialement par la buse 16 de soufflage en formant un canal 36 en communication avec l'intervalle de coupure 26 suite à la séparation des contacts d'arc 22, 24. La chambre d'expansion 32 est délimitée à la partie inférieure par un fond 38 lequel est doté d'un clapet 40 pour la communication avec une chambre de compression 42 pour le pistonnage du gaz de soufflage. Le clapet 40 est piloté par la pression relative du gaz contenu dans la chambre d'expansion 32, et la chambre de compression 42. Le contact principal mobile 20 est formé par une bague cylindrique conductrice, fixée à la base de la buse 16 pour confiner la chambre d'expansion 32 avec un premier cylindre 44. Le contact principal fixe 18 est constitué par un contact à tulipe entourant coaxialement le contact d'arc fixe 22. En position d'enclenchement du disjoncteur, le contact principal mobile 20 est en engagement avec le contact principal fixe 18, et permet le passage du courant permanent. Le premier sous-ensemble de contact fixe CF est porté par un élément de support 46 en aluminium. Le fonctionnement d'un tel disjoncteur 10 à l'ouverture des contacts d'arc 22, 24 est classique, et dépend de l'intensité du court circuit dans l'intervalle de coupure 26. Pour les courants forts, le clapet 40 est dans l'état fermé, car la pression du gaz dans la chambre d'expansion 32 due à l'échauffement de l'arc, est supérieure à la pression du gaz dans la chambre de compression 42. Au passage à zéro du courant, le gaz stocké dans la chambre d'expansion 32, est envoyé vers l'intervalle de coupure 26 pour le soufflage de l'arc. Pour les courants faibles, le clapet 40 est dans l'état ouvert car l'expansion du gaz dû à l'échauffement par l'arc, est insuffisante. La pression du gaz dans la chambre d'expansion 32 est inférieure à la pression du gaz comprimé dans la chambre de compression 42 par pistonnage. Le gaz froid comprimé est alors poussé vers la chambre d'expansion 32 à travers le clapet 40, et se mélange ensuite avec le gaz chaud stocké dans la chambre d'expansion 32. Le mélange est envoyé vers l'intervalle de coupure 26 pour le soufflage de l'arc au passage à zéro du courant. Selon l'invention et en référence aux figures 3 à 5, le fond 38 de la chambre d'expansion 32 est solidarisé à la tige 28 mobile et au premier cylindre 44, et comporte un trou 50 au niveau du siège du clapet 40. Un déflecteur 52 est agencé dans la chambre d'expansion 32, en étant assujetti au fond 38 par une vis 54. Dans l'état fermé, le clapet 40 prend appui sur le siège du fond 38 en obturant le trou 50. Le déflecteur 52 possède une protubérance radiale servant de butée de fin de course au clapet 40 lorsque ce dernier est sollicité dans l'état ouvert. La présence de la protubérance radiale constitue d'autre part une chicane de protection de clapet 40. La chambre de compression 42 est confinée par un deuxième cylindre 56 fixé au fond 38 et à l'extrémité du premier cylindre 44 en entourant la tige 28 tubulaire. Le deuxième cylindre 56 en matériau conducteur, fait partie du sous-ensemble contact mobile CM, et coopère avec un contact glissant 58 pour le passage du courant. Le deuxième cylindre 56 coulisse à étanchéité sur un piston 60 semi-fixe, lequel est disposé coaxialement à l'opposé du fond 38, en coopérant avec une soupape 62 sollicitée en position de fermeture par un ressort 64 (figure 3). Dans cette position, la soupape 62 obture l'espace annulaire du piston 60, et empêche la communication de la chambre de compression 42 avec le volume interne de l'enveloppe 12. La soupape 62 peut coulisser axialement le long d'une douille 65 fixe vers une position d'ouverture ( figure 4) dès que la pression à l'intérieur de la chambre de compression 42 atteint un seuil prédéterminé dans l'état fermé du clapet 40. La douille 65 est équipée de premiers moyens de butée 70 délimitant la course de déplacement de la soupape (62) entre l'état fermé et l'état ouvert. La douille 65 est pourvue de deuxièmes moyens de butée 72 pour délimiter les deux positions extrêmes du piston 60 semi-fixe. Le piston 60 semi-fixe est doté d'un segment de guidage 66 et d'un segment 68 d'entraînement ayant tous les deux des formes annulaires correspondant au diamètre interne du deuxième cylindre 56. Lors de l'enclenchement du disjoncteur , le déplacement de la tige 28 dans le sens de la fermeture (flèche F1, figure 5) provoque simultanément l'entraînement du piston 60 par l'effet de friction du cylindre 56 sur le segment 68, et par la différence de pression entre la chambre de compression 42 et le volume interne de l'enceinte 12 pour autoriser l'admission de gaz SF6 dans la chambre de compression 42. Le segment de guidage 66 est agencé entre le segment 68 et la chambre de compression 42. Le segment d'entraînement 68 et/ou le segment de guidage 66 assurent également le cas échéant une fonction d'étanchéité partielle. Sur la figure 6 illustrant la séparation des contacts d'arc 22, 24 dans le cas de courants de faibles intensités, la soupape 62 de la chambre de compression 42 se trouve en position de fermeture, et le clapet 40 est déplacé dans l'état ouvert par la pression différentielle. L'écoulement gazeux pour l'extinction de l'arc dans l'intervalle de coupure 26 provient en majorité du pistonnage du gaz dans la chambre de compression 42. La figure 7 montre la coupure de courants élevés, avec le remplissage de la chambre d'expansion 32 par des gaz chauds suite à l'échauffement de l'arc. Le clapet 40 est fermé, ainsi que la soupape 62. La pression dans la chambre de compression 42 est régulée au cours de la course d'ouverture au moyen de la soupape 62, qui s'ouvre dès que le seuil autorisé est dépassé (figure 4). Après l'extinction de l'arc, le disjoncteur 10 peut être actionné par le mécanisme de commande vers la position d'enclenchement. Le déplacement relatif du piston 60 par rapport à la soupape 62 pour l'admission de gaz dans la chambre de compression 42, est dérivé du mouvement de fermeture de la tige 28, qui entraîne le sous- ensemble contact mobile CM, le deuxième cylindre 56, et le segment 68. Dans la variante de réalisation de la figure 8, le piston 60 est flottant à l'intérieur du deuxième cylindre 56, et la soupape 62 est formée par un simple clapet sollicité en position de fermeture par un ou plusieurs ressorts 64 de compression. Un segment unique assure l'entraînement par friction et une étanchéité partielle. Dans les modes de réalisation précédents, le disjoncteur était logé dans une envploppe isolante destinée à assurer la tenue diélectrique à l'air libre. Alternativement le même disjoncteur peut être logé dans une enveloppe elle-même contenue dans une enceinte remplie d'un gaz de rigidité diélectrique élevée, pour une installation blindée. REVENDICATIONS 1. Disjoncteur à autoexpansion isolé par un gaz isolant à rigidité diélectrique élevée, et comportant: - un premier sous-ensemble contact fixe (CF) comprenant un contact principal fixe (18) et un contact d'arc fixe (22), - un deuxième sous-ensemble contact mobile (CM) comportant un contact principal mobile (20), et un contact d'arc mobile (24) associé à une buse (16) de soufflage, - une chambre d'expansion (32) ayant un premier cylindre (44) en communication avec la buse (16) de soufflage par un canal (36) de guidage de l'écoulement gazeux, - une chambre de compression (42) ayant un deuxième cylindre (56) solidaire du sousensemble contact mobile (CM) pour le pistonnage du gaz au cours de la phase d'ouverture du disjoncteur (10), - et un clapet (40) susceptible d'être dans un état fermé ou un état ouvert en fonction de la pression différentielle du gaz entre la chambre d'expansion (32) et la chambre de compression (42), caractérisé en ce que la chambre de compression (42) comporte un piston (60) semi-fixe agencé à l'opposé du clapet (40) pour l'admission du gaz dans la chambre de compression (42) lors de la phase d'enclenchement, et une soupape (62) servant de valve de sécurité lors de la phase de coupure, lorsque la pression à l'intérieur de la chambre de compression (42) dépasse un seuil prédéterminé dans l'état fermé du clapet (40). 2. Disjoncteur à autoexpansion selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soupape (62) est logée dans un espace annulaire du piston (60), et est sollicitée en position de fermeture par au moins un ressort (64) de rappel. 3. Disjoncteur à autoexpansion selon la revendication 2, caractérisé en ce que la soupape (62) est montée à coulissement limité sur une douille (65) fixe de forme tubulaire entourant coaxialement une tige (28) d'actionnement du sous- ensemble contact mobile (CM). t4 2799571 4. Disjoncteur à autoexpansion selon la revendication 3, caractérisé en ce que la douille (65) est équipée de premiers moyens de butée (70) délimitant la course de déplacement de la soupape (62) entre l'état fermé et l'état ouvert. 5. Disjoncteur à autoexpansion selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la douille (65) est équipée de deuxièmes moyens de butée (72) coopérant avec le piston (60) semi-fixe. 6. Disjoncteur à autoexpansion selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston (60) semi-fixe comporte un segment (68) d'entraînement par friction, destiné à assurer le déplacement relatif du piston (60) par rapport à la soupape (62) pour l'admission du gaz dans la chambre de compression (42) lors du mouvement de fermeture du disjoncteur (10). 7. Disjoncteur à autoexpansion selon la revendication 6, caractérisé en ce que le deuxième cylindre (56) coulisse sur le piston (60), lequel est pourvu d'un segment de guidage (66) agencé entre le segment (68) et la chambre de compression (42). 8. Disjoncteur à autoexpansion selon la revendication 6, caractérisé en ce que le piston (60) est monté flottant à l'intérieur du deuxième cylindre (56).