Brevet FR2814275A1 — publié le 20020322

L'invention porte sur un disjoncteur comprenant une chambre de coupure formée par un tube isolant rempli d'un gaz d'isolation comportant un transformateur de courant électronique incorporé. On connaît déjà une disposition de disjoncteur à isolation au gaz avec transformateur de courant électronique incorporé dans laquelle le secondaire du transformateur est disposé dans le gaz d'isolation tel que l'hexafluorure de soufre (SF6) sous une pression de quelques bars entre la chambre de coupure et un isolateur support de la chambre de coupure. Une telle disposition a pour avantage d'être peu encombrante au sol mais a pour inconvénient d'entraîner une maintenance coûteuse du transformateur en raison du fait que le secondaire du transformateur est dans le gaz d'isolation du disjoncteur. Le but de l'invention est de proposer une nouvelle construction d'un disjoncteur avec transformateur de courant électronique incorporé qui soit modulaire de telle façon à permettre plusieurs configurations de montage du transformateur indépendamment de la configuration du disjoncteur (disjoncteur colonne ou en T), qui soit économique en coûts de maintenance du transformateur et qui soit d'un encombrement le plus réduit possible. A cet effet, I'invention a pour objet un disjoncteur comprenant une chambre de coupure formée par un tube isolant rempli d'un gaz d'isolation comportant un transformateur de courant électronique incorporé, caractérisé en ce qu'un support annulaire métallique constituant le primaire du transformateur de courant électronique est disposé à l'une des deux extrémités du tube de façon coaxiale à celui-ci et en ce que le secondaire du transformateur est disposé dans l'air autour dudit support annulaire. Selon l'invention, le primaire du transformateur est donc un conducteur électrique annulaire, ce conducteur étant traversé par le courant coupé par le disjoncteur tandis que le circuit optoélectronique du transformateur peut être disposé dans l'air à proximité du secondaire. La maintenance du transformateur (changement de cartes du circuit optoélectronique, vérification du secondaire par exemple) en est ainsi facilitée. En plus de sa fonction de conduction électrique, le primaire du transformateur assure également une fonction de support mécanique lorsqu'il est disposé à l'interface de la chambre de coupure du disjoncteur et d'une colonne support, ou encore à l'interface de la chambre de coupure du disjoncteur et d'un carter de résistance de fermeture, ou encore à l'interface de la chambre de coupure du disjoncteur et d'un carter de raccordement à une colonne support dans une configuration en T de disjoncteurs. Dans une configuration de disjoncteur colonne ou de disjoncteurs en T, les signaux de mesure récupérés par le circuit opto-électronique peuvent être conduit au sol par fibres optiques, ces fibres optiques pouvant être avantageusement guidées le long et à l'extérieur de la colonne support sans utilisation de traversées étanches. En particulier, si la colonne support est constituée d'un tube en matériau composite du type fibres de verre noyées dans la résine et d'un revêtement en élastomère, les fibres optiques peuvent être guidées le long du tube composite sous le revêtement élastomère. Ces fibres optiques sont ainsi protégées au départ usine du disjoncteur monté sur la colonne support. En exploitation du disjoncteur, les fibres optiques peuvent également être guidées vers le sol à l'intérieur d'un isolateur colonne supplémentaire disposé parallèlement à la colonne support de la chambre de coupure du disjoncteur. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit de différents exemples de réalisation du disjoncteur selon l'invention. La figure 1 montre schématiquement en coupe axiale une première construction du disjoncteur selon l'invention. La figure 2 montre schématiquement en coupe axiale une seconde construction du disjoncteur selon l'invention. La figure 3 montre schématiquement en coupe axiale une troisième construction du disjoncteur selon l'invention. La figure 4 montre schématiquement en coupe axiale une quatrième construction du disjoncteur selon l'invention. La figure 5 montre schématiquement la construction du disjoncteur selon la figure 2 avec une isolateur colonne pour le guidage des fibres optiques vers le sol. La figure 6 montre schématiquement une vue en plan d'une cinquième construction du disjoncteur selon l'invention. Le disjoncteur représenté très partiellement sur la figure 1 est un disjoncteur colonne qui comprend une chambre de coupure 1 formée par un tube 2 en matière électriquement isolante, par exemple en céramique ou en matière composite fibres de verre/résine, qui s'étend ici verticalement suivant une direction axiale A et dans lequel sont disposés un premier contact 3 et un second contact 4. Le tube 2 est rempli d'un gaz d'isolation à pouvoir diélectrique élevé tel que du SF6 sous quelques bars. Le contact 3 est relié électriquement à une premier prise de courant (non illustrée) prévue à l'extrémité supérieure du tube 2. Le contact 4 et est monté mobile dans le tube 2 par rapport au contact 3 suivant l'axe A et une tige de manoeuvre 6 en matière électriquement isolante traverse le tube 2 suivant l'axe A et est raccordée mécaniquement au contact 4 pour le déplacer suivant cette direction de façon à ouvrir ou fermer le circuit entre les deux prises de courant du disjoncteur. Le contact 4 est relié électriquement à une armature métallique ou bride tubulaire de fixation 5 formée par un tube métallique 7 inséré dans le tube 2 et fixé à celui-ci par serrage. L'armature 5 comporte une collerette plane annulaire 8 à l'extrémité du tube 7 qui s'étend radialement vers l'extérieur du tube 2 depuis l'axe A. Sur la figure 1, on a représenté une colonne isolante 9 sur laquelle est montée coaxialement le tube 2 formant la chambre de coupure 1. Cette colonne support 9 qui s'étend ici verticalement, est traversée par la tige de manoeuvre 6, est également remplie du gaz diélectrique et est destinée à être placée sur un châssis au potentiel de la terre. La colonne support 9 comporte également une bride tubulaire de fixation 10 avec une collerette plane annulaire 11 analogue à la collerette 8 de la bride 5 mais d'un diamètre extérieur un peu plus petit. Le disjoncteur selon l'invention comprend un transformateur de courant électronique incorporé qui est agencé pour pouvoir être disposé indifféremment en haut de la chambre de coupure 1, ou à l'interface entre la chambre de coupure 1 et la colonne support 9, ou encore à l'interface entre la chambre de coupure 1 et un carter de résistance de fermeture disposé à l'extrémité de la chambre de coupure, ou encore sur un carter de résistance de fermeture fixé à l'extrémité de la chambre de coupure 1, ou encore à l'interface entre la chambre de coupure 1 et un carter de raccordement de la chambre de coupure à une colonne support dans une configuration de disjoncteurs en T. Le transformateur de courant incorporé selon l'invention comprend un circuit primaire formé par un conducteur métallique annulaire 12 qui sert en même temps de support mécanique lorsqu'il se trouve à l'interface entre la chambre de coupure 1 et une colonne support telle que 9, ou un carter de résistance de fermeture ou un carter de raccordement comme exposé ci- dessus. Ce conducteur métallique annulaire 12 est de préférence constitué en deux parties 12A et 12B annulaires qui s'emboîtent ou s'emmanchent coaxialement et de façon l'une dans l'autre pour permettre une mise en place simple du circuit secondaire du transformateur. Plus particulièrement, la partie 12A est formée par un premier tube muni d'une collerette annulaire extérieure d'extrémité 13A s'étendant radialement et ayant un diamètre extérieur à peu près identique à celui de la collerette 11. La partie 12B est formée par un second tube ayant un diamètre intérieur légèrement plus grand que le diamètre extérieur du premier tube pour s'emmancher sur le premier tube de la partie 12A. Le tube de la partie 12B est également muni d'une collerette annulaire extérieure d'extrémité 13B s'étendant radialement et ayant un diamètre extérieur à peu près identique à celui de la collerette 8. Par ailleurs comme cela apparaît sur la figure 1, le tube de la partie 12B comporte un épaulement intérieur annulaire 13C sur lequel est bridé, par exemple par des vis 13D, le tube de la partie 12A quand les deux parties 12A et 13A sont emboîtées l'une dans l'autre. Quand les deux parties 12A et 12B sont emboîtées l'une dans l'autre, les collerettes 13A et 13B sont espacées l'une de l'autre suivant l'axe A et délimitent un espace annulaire dans lequel est monté le secondaire du transformateur. Un joint torique 14 est disposé entre les deux tubes des parties 12A et 12B pour assurer une étanchéité de l'assemblage. Le circuit secondaire du transformateur est disposé autour du conducteur 12 dans l'air. Ce secondaire peut être formé par des bobines de Rogowski ou par un cristal de Faraday. Comme indiqué plus haut, chaque bobine de Rogowski telle que 15 ou le cristal de Faraday (non illustré) est inséré d'abord sur le tube de l'une des parties 12A ou 12B en l'entourant avec un faible jeu et le tube de l'autre partie du primaire rapporté de telle façon que le secondaire se trouve encastré entre les collerettes 13A et 13B du primaire. Le circuit opto-électronique 16 du transformateur peut être avantageusement disposé dans l'air à proximité du secondaire dans l'espace annulaire entre les collerettes 13A et 13B et un carter de protection 17 amovible en tôle métallique peut être fixé sur la collerette 13A ou 13B de manière à fermer I'espace annulaire pour protéger le secondaire et le circuit opto-électronique de l'environnement extérieur. Dans la construction du disjoncteur colonne de la figure 1, le transformateur de courant électronique est disposé à l'interface entre le tube 2 de la chambre de coupure et la colonne support 9 et est traversé par la tige de manoeuvre 6. Plus particulièrement, la collerette 13A est fixée coaxialement par des vis ou analogue à la collerette 8 et la collerette 13B est fixée coaxialement par des vis ou analogues à la collerette 11. L'étanchéité au gaz de l'interface entre le tube 2 et la colonne support 9 est assurée par un joint torique 18 disposé entre les collerettes 13A et 8 et par un autre joint torique 19 disposé entre les collerettes 13B et 11. Dans cette construction, la collerette 13B sert de prise de courant pour le disjoncteur et le tube et la colonne communiquent entre eux à travers le support annulaire 12 qui est donc traversé par le gaz d'isolation. La figure 2 montre une autre construction du disjoncteur selon l'invention dans laquelle le transformateur de courant électronique est disposé à I'extrémité libre de la chambre de coupure 1. Plus particulièrement, le tube 2 formant la chambre de coupure a son extrémité munie d'une bride annulaire métallique 20 sur laquelle est fixée coaxialement la collerette 13A du support 12. La collerette 13B sert de prise de courant pour le disjoncteur et a son espace annulaire intérieur qui est fermé de façon étanche au gaz par un couvercle 21. La figure 3 montre une autre construction du disjoncteur selon l'invention dans laquelle le transformateur de courant électronique est disposé à l'interface entre la chambre de coupure 1 et un carter 22 de résistance de fermeture 23. Cette construction correspond plus particulièrement à un montage en T de deux disjoncteurs sur une colonne support, l'axe A du tube 2 s'étendant horizontalement perpendiculairement à la colonne support. Sur la figure 3, on voit que la bride annulaire métallique 20 montée à l'extrémité du tube 2 est fixée coaxialement à la collerette 13A du support 12 et la collerette 13B du support 12 est fixée coaxialement à une bride annulaire métallique 24 prévue sur le carter 22. La collerette 13B sert encore de prise de courant pour le disjoncteur et le carter 22 et le tube 2 communiquent entre eux à travers le support annulaire 12 traversé par le gaz d'isolation. Le support 12 interposé de façon étanche entre le carter 22 et le tube 2 est également traversé par un conducteur électrique 30 qui s'étend dans le gaz d'isolation entre la résistance de fermeture 23 dans le carter 22 et un contact dans le tube 2. La figure 4 montre encore une autre construction analogue à celle de la figure 3 mais o le transformateur est placé sur le carter 22 de résistance de fermeture. La collerette 13A du support 12 est ici fixée coaxialement à une bride annulaire métallique 25 prévue sur le dessus du carter 22 et l'espace annulaire intérieur de la partie 12B est fermé par le couvercle 21. La collerette 13B sert de prise de courant au disjoncteur. Le transformateur selon l'invention peut également être disposé à l'interface de la chambre de coupure et d'un carter de raccordement de deux disjoncteurs montés en T sur le dessus d'une colonne support, si on considère que le carter 22 de la figure 3 est un carter de raccordement. Sur la figure 6 dans une configuration en T de disjoncteurs, un carter de raccordement 31 des chambres de coupure des disjoncteurs surmonte une colonne isolante support 32. Les chambres de coupure 1A et lB de deux disjoncteurs s'étendent perpendiculairement à la colonne support 32 de part et d'autre du carter 31. Un transformateur selon l'invention avec un support annulaire 12 formant le primaire, un secondaire 15 entourant le primaire 12 et un carter de protection renfermant le circuit optoélectronique et le secondaire, est interposé de façon étanche entre la chambre de coupure 1A et le carter 31 et entre ce dernier et la chambre de coupure 1 B. Ainsi la conception du transformateur de courant électronique selon l'invention rend celui-ci modulaire et adaptable à de nombreuses configurations de montage d'un disjoncteur sans compromettre les performances de ce dernier. Dans le disjoncteur colonne des figures 1 et 2, les signaux de mesure récupérés par le circuit opto-électronique 16 peuvent être conduit au sol par des fibres optiques non représentées guidées à l'extérieur de la colonne support 9 et/ou du tube formant la chambre de coupure. Sur la figure 5, ces fibres optiques 24 sont guidées vers le sol par l'intérieur d'un isolateur colonne 25 disposé parallèlement à la colonne support de la chambre de coupure 1 du disjoncteur. La construction en deux parties 12A,12B qui s'emboîtent l'une dans l'autre du conducteur métallique annulaire 12 formant le primaire du transformateur permet d'assurer une bonne tenue mécanique, que le transformateur soit situé à l'interface ou en extrémité de chambre, ainsi qu'une bonne étanchéité au gaz d'isolation sous une pression de quelques bars dans la chambre de coupure. Ainsi, le support annulaire 12 qui est le primaire du transformateur assure dans la construction de disjoncteur selon l'invention en outre une fonction d'étanchéité au gaz et de tenue mécanique du disjoncteur. REVENDICATIONS 1/ Un disjoncteur comprenant une chambre de coupure (1) formée par un tube (2) isolant rempli d'un gaz d'isolation comportant un transformateur de courant électronique incorporé, caractérisé en ce qu'un support annulaire métallique (12) constituant le primaire du transformateur de courant électronique est disposé à l'une des deux extrémités du tube de façon coaxiale à celui-ci, et en ce que le secondaire (15) du transformateur est disposé dans l'air autour dudit support annulaire. 2/ Le disjoncteur selon la revendication 1, dans lequel ledit support annulaire est constitué en deux parties (12A,12B) qui s'emboîtent coaxialement et de façon étanche l'une dans l'autre. 3/ Le disjoncteur selon la revendication 2, dans lequel chacune des deux parties du support annulaire comporte un tronc cylindrique creux muni à une extrémité d'une collerette extérieure (13A,13B) servant de bride de fixation pour le transformateur. 4/ Le disjoncteur selon la revendication 3, dans lequel une des deux parties du support annulaire a une collerette extérieure (13B) qui est conçue pour servir de prise de courant. 5/ Le disjoncteur selon la revendication 3 ou 4, dans lequel l'espace annulaire entre les deux collerettes extérieures du support annulaire est fermé par un carter amovible (17) dans lequel est disposé ledit secondaire. 6/ Le disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le secondaire est constitué de bobines de Rogowski ou d'un cristal de Faraday. 7/ Le disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le tube formant la chambre de coupure est monté coaxialement sur une colonne support (9), le support annulaire (12) étant interposé de façon étanche entre ledit tube et ladite colonne support, le tube et la colonne communiquant à travers ledit support annulaire. 8/ Le disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 6, comprenant une résistance de fermeture et dans lequel ledit support annulaire est interposé de façon étanche entre un carter (22) de la résistance de fermeture et le tube formant la chambre de coupure, le carter et le tube communiquant à travers ledit support annulaire. 9/ Le disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 6, comprenant une résistance de fermeture disposée dans un carter (22) qui est interpose entre ledit support annulaire et le tube formant la chambre de coupure. / Le disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel les deux chambres de coupures (1A,1B) sont raccordées en T à une colonne support (32) par l'intermédiaire d'un carter de raccordement (31), et dans le quel un support annulaire de transformateur est interposé de façon étanche entre chaque chambre de coupure et ledit carter de raccordement, 11/ Le disjoncteur selon la revendication 7, dans lequel ledit support annulaire (12) est traversé par une tige de manoeuvre (6) d'un contact du disjoncteur qui s'étend dans le gaz d'isolation entre ledit tube et ladite colonne support. 12/ Le disjoncteur selon la revendication 8, dans lequel ledit support annulaire (12) est traversé par un conducteur (30) s'étendant dans le gaz d'isolation entre le carter et le tube.