Brevet FR2817654A1 — publié le 20020607

L'invention porte sur un procédé pour optimiser le fonctionnement d'un disjoncteur électrique comprenant une chambre de coupure à autosoufflage et à gaz comprimé avec un contact mobile dans la chambre qui est actionné au moyen d'une commande pour ouvrir ou fermer le disjoncteur, le contact mobile étant conçu pour se déplacer sur une partie terminale de sa course d'ouverture sans comprimer de gaz dans la chambre de coupure. Un tel disjoncteur ayant une chambre de coupure à auto-soufflage et à compression de gaz réduite est connu notamment du brevet européen EP-591039. Dans ce disjoncteur, lors de l'ouverture, le gaz d'extinction de l'arc est comprimé par un piston de compression pendant le déplacement du contact mobile sur environ la moitié de sa course d'ouverture. Sur l'autre moitié restante de la course d'ouverture du contact mobile, le piston de compression se déplace avec le contact mobile. En fin de course du contact mobile, l'énergie cinétique qui est fournie au contact mobile par la commande doit être consommée par un système d'amortissement ou de freinage et est donc perdue. Le but de l'invention est de récupérer cette énergie cinétique disponible en fin d'ouverture du disjoncteur pour l'utiliser notamment au début de l'ouverture du disjoncteur. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé pour optimiser le fonctionnement d'un disjoncteur électrique comprenant une chambre de coupure à auto-soufflage et à gaz comprimé avec un contact mobile dans la chambre qui est actionné au moyen d'une commande pour ouvrir ou fermer le disjoncteur, le contact mobile étant conçu pour se déplacer sur une partie terminale de sa course d'ouverture sans comprimer de gaz dans la chambre de coupure, caractérisé en ce qu'il consiste à opposer au déplacement du contact mobile, sur la partie terminale de sa course d'ouverture, l'action d'un premier moyen élastique disposé et calibré de manière à être bandé pour récupérer l'énergie cinétique du contact mobile jusqu'à ce que ce dernier atteigne la fin de sa course d'ouverture, puis à transférer par l'intermédiaire de la commande, lors de la fermeture du disjoncteur, au moins une partie de l'énergie cinétique accumulée dans le premier moyen élastique vers un second moyen élastique, et en ce que ce second moyen élastique est disposé de manière à pouvoir restituer à la commande, lors de l'ouverture du disjoncteur, l'énergie cinétique qu'il a accumulée pour qu'elle soit cumulée à l'énergie fournie par la commande au contact mobile. Selon une mise en oeuvre particulière du procédé selon l'invention, le transfert d'énergie cinétique du premier moyen élastique vers le second moyen élastique est réalisé en couplant mécaniquement lesdits moyens élastiques entre eux et à une sortie d'arbre de la commande pour qu'ils fonctionnent comme des vases communiquant lors de l'ouverture et de la fermeture du disjoncteur. Le transfert d'énergie entre les deux moyens élastiques présente en effet une analogie avec le transfert d'un fluide entre deux vases communiquants. De préférence, le premier moyen élastique est bandé à la fin de l'ouverture du disjoncteur et le second moyen élastique est bandé à la fin de la fermeture du disjoncteur mais le premier moyen élastique libère son énergie cinétique au début de la fermeture du disjoncteur et le second moyen élastique libère son énergie cinétique au début de l'ouverture du disjoncteur ce qui permet de simplifier la construction du couplage mécanique entre les deux moyens élastiques et la sortie d'arbre de la commande. Selon encore une mise en oeuvre particulière du procédé selon l'invention, on utilise comme premier ou second moyen élastique un ressort qui est bandé par un piston de compression. De tels ressorts ne nécessitent que des dispositifs d'accrochage qui peuvent facilement être prévus sur la commande pour que leur détente soit synchronisée avec l'ouverture ou la fermeture du disjoncteur. Le second moyen élastique est avantageusement choisi pour pouvoir absorber environ les deux tiers de l'énergie accumulée et restituée par le premier moyen élastique. Par exemple, si la commande du disjoncteur délivre à l'ouverture 3000 Joules, et si le premier moyen élastique permet de récupérer environ 1000 Joules, le second moyen élastique peut permettre d'augmenter de 660 Joules l'énergie qui est fournie au contact mobile à l'ouverture du disjoncteur. Cette énergie supplémentaire peut permettre d'augmenter la vitesse de séparation des contacts du disjoncteur. Un exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention est décrit ci-après et illustré sur les dessins. La figure 1 illustre schématiquement lesdits moyens élastiques avec la commande et le disjoncteur en position de fermeture complète. La figure 2 illustre schématiquement lesdits moyens élastiques avec la commande et le disjoncteur dans une position intermédiaire d'ouverture. La figure 3 illustre schématiquement lesdits moyens élastiques avec la commande et le disjoncteur en position d'ouverture complète. Sur les figures 1 à 3, le disjoncteur électrique désigné par 1 a une chambre de coupure du type à auto-soufflage et à compression de gaz réduite. Il comporte un contact 2 mobile le long de la chambre de coupure. Ce contact 2 est actionné en translation axiale dans la chambre de coupure au moyen de la commande 3 pour ouvrir ou fermer le disjoncteur. La commande 3 comporte un arbre rotatif de sortie 4 sur lequel est fixé un bras 5 relié à la tige de manoeuvre isolante 6 du contact mobile 2 par une bielle 7 de sorte que le mouvement rotatif de l'arbre 4 est transformé en un mouvement de translation du contact mobile 2. La commande 3 est de façon classique une commande à ressorts qui fournit pour l'ouverture ou la fermeture du disjoncteur, une énergie cinétique à l'arbre rotatif 4 qui la transmet au contact mobile 2. Comme visible sur les figures, l'arbre de sortie 4 de la commande 3 est couplé à deux systèmes d'accumulation d'énergie cinétique 8 et 9 disposés à l'extérieur de la commande 3 et comprenant chacun un piston de compression 8A, 9A et un ressort 8B, 9B. Plus particulièrement, le piston 8A est lié en mouvement avec l'arbre 4 de la commande par l'intermédiaire d'un bras 8C qui est solidaire en rotation de l'arbre 4 par une extrémité, l'autre extrémité du bras 8C étant reliée au piston 8A de telle manière que la rotation de l'arbre 4 est transformée en un mouvement de translation du piston 8A. De la même façon, le piston 9A est lié en mouvement avec l'arbre 4 de la commande par l'intermédiaire d'un bras 9C qui est solidaire en rotation de l'arbre 4 par une extrémité, l'autre extrémité du bras 9C étant reliée au piston 9A de telle manière que la rotation de l'arbre 4 est transformée en un mouvement de translation du piston 9B. Dans la réalisation illustrée sur les figures, les deux bras 8C et 9C s'étendent respectivement de part et d'autre de l'arbre 4 en étant parallèles entre eux. Sur les figures 1 et 3, on a indiqué que la course C des pistons 8A et 9A est sensiblement la même que celle du contact mobile 2 car on n'a pas représenté de démultiplications différentes entre la commande et le contact mobile 2 et entre la commande et les pistons 8A, 9A. Sur la figure 3, on a indiqué par CCP la course du contact mobile 2 à l'ouverture du disjoncteur pendant laquelle le gaz est comprimé dans la chambre de coupure, et par CCS la partie terminale de la course du contact mobile jusqu'à l'ouverture complète du disjoncteur pendant laquelle le contact mobile se déplace sans comprimer de gaz dans la chambre de coupure. Comme indiqué plus haut, la partie terminale CCS peut représenter entre le tiers et la moitié de la course totale C du contact mobile. Sur les figures 1 et 3, on a représenté par CP8, la partie de la course C du piston 8A sur laquelle il se déplace à vide lors de l'ouverture du disjoncteur sans effet de compression sur le ressort 8B et par CP9, la partie de la course C du piston 9A sur laquelle il se déplace à vide lors de la fermeture du disjoncteur sans effet de compression sur le ressort 9B. CP8 comme CP9 peuvent représenter les deux tiers de la course C des pistons 8A et 9A et sont ajustées pour être supérieures à CCS de façon à éviter de cumuler une compression du gaz dans la chambre de coupure avec une compression du ressort 8B pendant le déplacement du contact mobile 2. Ces deux systèmes à piston 8A, 9A et à ressort 8B, 9B servent à récupérer l'énergie cinétique du contact mobile 2 à la fin de l'ouverture du disjoncteur pour la cumuler avec celle fournie par la commande au début de l'ouverture du disjoncteur. Ils fonctionnent comme des vases communiquant lors de l'ouverture et de la fermeture du disjoncteur. Ainsi sur la figure 1, en position de fermeture complète du disjoncteur, le ressort 9B est bandé par le piston de compression 9A tandis que le ressort 8B est détendu et sur la figure 3, en position d'ouverture complète du disjoncteur, le ressort 8B est bandé par le piston de compression 8A et le ressort 9B est détendu. Pour récupérer l'énergie cinétique du contact mobile 2 on oppose à son déplacement sur la partie terminale CCS de sa course d'ouverture, le ressort 8B qui est disposé et calibré de manière à être bandé jusqu'à ce que le contact mobile atteigne la fin de la course d'ouverture. A la fin de la course d'ouverture du contact mobile 2, le ressort 8B a absorbé la majeure partie de l'énergie cinétique du contact mobile 2, le restant étant absorbé dans un amortisseur lié à l'arbre 4 et faisant partie de la commande 3. Ce ressort 8B est alors maintenu sous tension par le piston 8A par l'intermédiaire d'un accrochage de la commande indiqué par 10 sur les figures. A la fermeture du disjoncteur, l'accrochage 10 est lâché par la commande 3 en même temps que démarre la rotation de l'arbre 4 comme indiqué par la flèche F sur la figure 2, ce qui entraîne la détente du ressort 8B. L'énergie cinétique fournie par le ressort 8B s'ajoute, par l'intermédiaire du piston 8A et du bras 8C, à celle fournie par la commande sur l'arbre 4 pour fermer le disjoncteur et est transférée en partie, à cause des pertes dues aux frottements, à la fin de la fermeture dans le ressort 9B comme le montre la figure 1 par l'intermédiaire des bras 8C et 9C couplés à l'arbre 4 de la commande. A la fermeture complète du disjoncteur, le ressort 9B peut avoir accumulé une grande partie de l'énergie fournie par le ressort 8B. Il est entendu que pour récupérer l'énergie cinétique du ressort 8B, le ressort 9B doit être calibré de manière appropriée. Typiquement, on peut prévoir que le ressort 9B est choisi pour pouvoir absorber environ 66% de l'énergie accumulée et restituée par le ressort 8B. Le ressort 9B est maintenu sous tension par le piston 9A par l'intermédiaire d'un accrochage de la commande indiqué par 11 sur les figures. Ainsi, une partie de l'énergie récupérée à la fin d'une phase d'ouverture du disjoncteur est maintenant disponible en début d'une phase d'ouverture subséquente du disjoncteur. A l'ouverture du disjoncteur, la commande 3 lâche l'accrochage 11 en même temps que démarre la rotation de l'arbre 4 comme indiqué par la flèche 0 sur la figure 2 ce qui entraîne la détente du ressort 9B. L'énergie cinétique fournie par le ressort 9B s'ajoute, par l'intermédiaire du piston 9A et du bras 9C, dès le début de l'ouverture, à celle fournie par la commande sur l'arbre 4 pour ouvrir le disjoncteur. REVENDICATIONS 1/Un procédé pour optimiser le fonctionnement d'un disjoncteur électrique (1) comprenant une chambre de coupure à auto-soufflage et à gaz comprimé avec un contact mobile (2) dans la chambre qui est actionné au moyen d'une commande (3) pour ouvrir ou fermer le disjoncteur, le contact mobile étant conçu pour se déplacer sur une partie terminale de sa course d'ouverture sans comprimer de gaz dans la chambre de coupure, caractérisé en ce qu'il consiste à opposer au déplacement du contact mobile (2), sur la partie terminale de sa course d'ouverture, l'action d'un premier moyen élastique (8B) disposé et calibré de manière à être bandé pour récupérer l'énergie cinétique du contact mobile jusqu'à ce que ce dernier (2) atteigne la fin de sa course d'ouverture, puis à transférer par l'intermédiaire de la commande, lors de la fermeture du disjoncteur, au moins une partie de l'énergie cinétique accumulée dans le premier moyen élastique (8B) vers un second moyen élastique (9B), et en ce que ce second moyen élastique est disposé de manière à pouvoir restituer à la commande, lors de l'ouverture du disjoncteur, l'énergie cinétique qu'il a accumulée pour qu'elle soit cumulée à l'énergie fournie par la commande au contact mobile. 2/Le procédé selon la revendication 1, dans lequel le transfert d'énergie cinétique du premier moyen élastique vers le second moyen élastique est réalisé en couplant (8C, 9C) mécaniquement lesdits moyens élastiques (8B, 9B) entre eux et à une sortie d'arbre (4) de la commande pour qu'ils fonctionnent comme des vases communiquant lors de l'ouverture et de la fermeture du disjoncteur. 3/Le procédé selon la revendication 2, dans lequel le premier moyen élastique (8B) est bandé à la fin de l'ouverture du disjoncteur et le second moyen élastique (9B) est bandé à la fin de la fermeture du disjoncteur et dans lequel le premier moyen élastique (8B) libère son énergie cinétique au début de la fermeture du disjoncteur et le second moyen élastique (9B) libère son énergie cinétique au début de l'ouverture du disjoncteur. 4/Le procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel on utilise comme premier ou second moyen élastique, un ressort (8B, 9B) qui est bandé par un piston de compression (8A, 9A). 5/Le procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le second moyen élastique (9B) est choisi pour pouvoir absorber environ les deux tiers de l'énergie accumulée et restituée par le premier moyen élastique (8B).