Brevet FR2819626A1 — publié le 20020719

Sectionneur à haute tension à isolation dans l'air La présente invention concerne un sectionneur à haute tension à isolation dans l'air. Un sectionneur comprend notamment un bras, souvent appelé lame, pivotant autour d'un axe horizontal et relié électriquement à l'une de ses extrémités à un premier connecteur disposé au sommet d'une première colonne isolante; l'autre extrémité du bras, I'extrémité libre, comporte une pièce de contact, appelée marteau, qui coopère, en position fermée du sectionneur, avec une mâchoire reliée à un second connecteur disposé au sommet d'une seconde colonne isolante. Lors de la fermeture du sectionneur, lorsque le bras pivotant s'est abaissé, il effectue ensuite autour de son axe une rotation de 90 par laquelle le marteau vient prendre contact avec les pièces de contact de la mâchoire. La mâchoire est constituée de deux rangées parallèles se faisant face, de pièces de contact formées chacune d'une lame de cuivre recourbée et fixée à un support de mâchoire. Le marteau qui prolonge le bras à son extrémité est une pièce en bronze, lourde et onéreuse dont la section par un plan perpendiculaire à l'axe du bras correspond à un cercle de plus petit diamètre que celui du bras et qui s'aplatit sur un diamètre en se prolongeant pour rejoindre le diamètre du bras, l'épaisseur de ces deux prolongements diamétraux étant de 2 à 3 mm à bords arrondis. Le brevet français 2 674 985 décrit un tel sectionneur. La présente invention propose d'améliorer certains aspects d'un sectionneur de ce type et a pour objet un sectionneur à haute tension à isolation dans l'air comprenant un bras pivotant apte à pivoter à l'une de ses extrémités, autour d'un axe horizontal perpendiculaire à l'axe A du bras et apte également à tourner autour de son propre axe A, I'extrémité libre du bras portant une pièce de contact appelée marteau coopérant, en position fermée du sectionneur, avec une mâchoire comportant un support de mâchoire auquel sont fixées deux rangées se faisant face de doigts de contact, caractérisé en ce que ledit marteau est équipé de plaquettes de contact coopérant avec les doigts de contact, chaque plaquette de contact formant un coin, d'angle A, qui, lors de la fermeture du sectionneur, rencontre la rangée de doigts correspondante avec un angle d'attaque oc, ledit angle d'attaque oc étant inférieur à 90 . Avantageusement, I'angle P3 est de l'ordre de 30 à 40 et l'angle ca est de l'ordre de 60 . Selon une autre caractéristique, chaque plaquette de contact comporte une face de contact courbe s'étendant sur un angle 8, vu de l'axe A du bras, cet angle ô étant de l'ordre de 17 . Selon une autre caractéristique, au moment o le coin d'une plaquette de contact arrive au contact d'un dit doigt de contact, I'angle y, vu de l'axe A du bras, entre ce point de contact et le plan perpendiculaire au doigt de contact passant par l'axe A, est de l'ordre de 10 . Selon une autre caractéristique, lesdits doigts de contact sont fixés au support de mâchoire de façon à ce que, en position fermée du sectionneur, I'angle E entre l'axe A du bras et les doigts de contact soit supérieur à 90 . Selon une autre caractéristique, lesdits doigts se faisant face font entre eux un angle 4 compris entre 2 et 6 . Selon une autre caractéristique, lesdits doigts de contact sont tubulaires et ouverts à leurs deux extrémités. Selon une autre caractéristique, une butée de verrouillage est fixée à un doigt de contact à un niveau situé au-dessus dudit marteau en position fermée du sectionneur. On va maintenant donner la description d'un exemple de mise en oeuvre de l'invention en se reportant au dessin annexé dans lequel: La fig. 1 est une vue partielle, de gauche de la fig. 2, d'un sectionneur selon l'invention. La fig. 2 est une vue en coupe selon l1-Il de la fig. 1. La fig. 3 est une vue de dessus de la fig. 1. La fig. 4 est une vue en perspective montrant la mâchoire du sectionneur. La fig. 5 montre la section d'un doigt de contact de la mâchoire. La fig. 6 est une coupe selon VI-VI de la fig. 5. La fig. 7 est un schéma illustrant l'angle d'attaque du marteau avec les doigts de contact de la mâchoire lors de la rotation du marteau au cours de la fermeture du sectionneur. La fig. 8 est un schéma illustrant la plage angulaire de contact à pression constante des doigts de la mâchoire contre le marteau. En se référant aux fig. 1 à 6, on voit représenté partiellement un sectionneur comprenant un bras pivotant 1 d'axe A apte à pivoter dans un plan vertical autour d'un axe horizontal perpendiculaire à A, non représenté, situé à gauche de la fig. 1. La partie non représentée du bras, sa commande de pivotement autour dudit axe horizontal, de même que sa commande de rotation autour de son axe A, ainsi que son support, ne font pas partie de l'invention et pourraient, par exemple, être conformes à ce qui est décrit dans le brevet français 2 674 985 en référence à la fig. 1. Le bras 1 est tubulaire, comme on le voit bien fig. 2, et porte à son extrémité libre une pièce de contact appelée marteau 2. Le marteau est composé d'une pièce support 3 en aluminium sur laquelle ont été fixées deux plaquettes de contact en cuivre 4A et 4B. Ceci permet d'alléger le marteau. Ces plaquettes de contact 4A et 4B d'une forme particulière, précisée plus loin, constituent les pièces de contact coopérant, en position fermée du sectionneur avec deux rangées, se faisant face, de doigts de contacts 5A et B de la mâchoire du sectionneur. Ces doigts 5A et 5B sont fixés à un support de mâchoire 6 par une soudure 7. Au support de mâchoire 6 est fixée une butée 8 de limitation de la pénétration du bras 1 entre les doigts 5A et 5B de la mâchoire. Un connecteur 9 est également fixé au support de mâchoire 6. Un second connecteur, non représenté, est électriquement lié à l'extrémité non représentée du bras 1, du côté de son articulation autour d'un axe horizontal. La mâchoire est supportée à l'extrémité supérieure d'un isolateur support dont on n'aperçoit, fig. 1, que la ferrure 10 de son extrémité supérieure. Sur les fig. 1, 2 et 3, le sectionneur est représenté en position fermée. Lors de la fermeture, le bras I commence par pivoter autour de son axe horizontal jusqu'à pénétrer dans la mâchoire, entre les doigts 5A et 5B en effectuant un angle de pivotement d'environ 92 , puis ensuite le bras 1 tourne autour de son axe A de 90 dans le sens de la flèche 15, fig. 7. C'est alors que l'on est en position fermée, comme représenté sur ces fig. 1 à 3. Comme il est connu, compte tenu du courant qui parcourt le bras 1 et les doigts 5A et 5B, comme représenté par les flèches, non référencées, sur la fig. I (ou dans le sens opposé lors de l'alternance suivante), le bras 1 subit un effort F tendant à sortir le bras de la mâchoire. Cet effort électro- dynamique devient très important en cas de court-circuit entre phase et terre ou entre deux phases. Afin de diminuer cet effort électrodynamique, les doigts 5A et 5B sont fixés au support de mâchoire 6 de façon à ce que l'angle E entre l'axe A du bras 1 en position fermée et les doigts 5A-5B soit supérieur à 900. En effet, I'effort F est maximal lorsque les doigts 5A-5B sont perpendiculaires à l'axe A du bras 1 et il diminue lorsque cet angle augmente. En prenant par exemple un angle E de 1200, l'effort F est environ 0,6 fois celui dans le cas o l'angle E est de 90 . Par ailleurs, les doigts 5A et 5B étant parcourus dans le même sens par le courant, ont tendance à se rapprocher; ainsi, en cas de court-circuit, cet effort de rapprochement est important et l'effort F se traduit par un effort d'arrachement des doigts du support de mâchoire. Ainsi, en réduisant l'effort F grâce à l'angle E supérieur à 90 , on peut donc diminuer le dimensionnement du support de mâchoire et la fixation des doigts sur ce support, ce qui permet d'alléger l'ensemble. Dans l'exemple représenté, I'angle E est d'environ 1200 et de préférence compris entre 100 et 140 . Comme le montre la fig. 2, les doigts 5A et 5B ne sont pas parallèles mais forment entre eux un léger angle 4 de quelques degrés de l'ordre de 2 à 6 . Par exemple, les doigts 5A et 5B sont soudés au support de mâchoire 6 en faisant un angle D de 880, ce qui donne un angle de 4 entre les doigts 5A et 5B. Ainsi, sous une contrainte de court-circuit, le déplacement vers le haut du bras 1 est limité par cette "conicité" qui maintient le marteau entre les doigts et tend à augmenter la pression de contact durant les mouvements du sectionneur sous ladite contrainte électrodynamique. Pour limiter encore le déplacement vers le haut du marteau entre les doigts 5A et 5B en cas de contrainte de court-circuit, une butée de verrouillage 11 est fixée à un doigt de contact 5B à un niveau situé au- dessus du marteau 2 en position fermée du sectionneur. Pour l'ouverture du sectionneur, cette butée 11 n'a pas d'inconvénient puisque l'ouverture commence par une rotation de 90 du marteau 2 dans le sens de la flèche repérée 12, fig. 2, avant le pivotement du bras 1 autour d'un axe horizontal perpendiculaire au plan de la fig. 1. Les doigts 5A et 5B se faisant face sont fixés, comme il a été dit, au support de mâchoire 6 par soudure 7 avec les angles E et D et ont un profil tubulaire ouvert aux deux extrémités de façon à induire un échange thermique par convection dans le tube. Ces doigts sont en aluminium et équipés, chacun, sur la face située face à la rangée d'en face, d'une lame de contact en cuivre 13A, 13B coopérant directement avec les plaquettes de contact 4A, 4B en cuivre du marteau 2. Cette disposition de doigts tubulaires en aluminium juste équipés de lames de contact en cuivre permet de diminuer grandement le poids des doigts de contact par rapport aux lames de cuivre recourbées du document antérieur cité en introduction, pour une performance thermique améliorée et en ayant une rigidité suffisante de doigts ne nécessitant aucun ressort supplémentaire, comme cela est généralement nécessaire dans l'art antérieur o un ressort est disposé entre le support de mâchoire et la courbure de la lame de cuivre recourbée pour lui assurer une rigidité suffisante. Une tige de retenue, respectivement 14A, 14B et 14C relie, par paire, les doigts 5A et 5B de façon à limiter leur écartement. Ces tiges de retenue sont situées à peu près à mi-longueur des doigts de contact 5A, 5B. Lors de la rotation du bras 1 dans le sens de la flèche 15, fig. 7, à la fin de la fermeture du sectionneur, les doigts 5A, 5B fléchissent, en formant ressort, entre les tiges 14A, 14B et 14C et l'extrémité supérieure des doigts, assurant à chaque doigt un auto-positionnement contre les plaquettes de contact en cuivre 4A et 4B du marteau 2, optimisant ainsi la ligne de contact entre le marteau et les doigts. On peut observer qu'en cas de court-circuit entre phases, le bras 1 subit un effort électrodynamique de déplacement latéral dans le sens de F1 ou F2 (fig. 2), selon que le court-circuit a lieu avec une phase située à droite ou à gauche de la phase sur laquelle se trouve le sectionneur actuellement décrit. Ce déplacement, grâce à l'effet de ressort des doigts et aux tiges de retenue 14A, 14B et 14C n'entraîne pas de rupture de contact entre les pièces de contact 4A et 4B du marteau et les lames de contact 13A, 13B des doigts. La fig. 5 montre la section d'un doigt, par exemple 5B, et la fig. 6 ce même doigt en coupe selon Vl-VI de la fig. 5. En se reportant maintenant à la fig. 7, on voit la position du marteau 2 lorsque, au cours de la fermeture, le bras 1 ayant descendu et s'étant mis en rotation autour de son axe A, l'extrémité des plaquettes de contact en cuivre 4A et 4B du marteau arrive au contact des lames de contact en cuivre 13A et 13B des doigts de contact 5A, 5B. Comme le montre cette fig. 7, au moment du contact, les plaquettes qui comportent une extrémité formant coin 16 ayant un angle J3 rencontrent les doigts avec un angle d'attaque ac. Cet angle d'attaque ac est inférieur à 90 et de préférence de l'ordre de 60 , et permet de briser la glace qui a pu se former sur les lames de contact 13A, 13B. L'angle f3 du coin 16 est par exemple de l'ordre de 30 à 40 . Par ailleurs, ce contact se produit alors que la distance séparant l'axe A de la pointe du coin 16 est supérieure à la distance séparant l'axe A des doigts 13A, 13B de telle sorte qu'à partir de ce moment et jusqu'à ce que la pointe du coin 16 arrive au point 18, ce qui correspond à une rotation d'un angle y d'environ 10 ; les plaquettes de contact 4A, 4B repoussent les doigts 5A, 5B agissant comme ressort, la pression de contact augmentant jusqu'à ce point. Ensuite, la face de contact 19 étant courbe, la pression de contact reste sensiblement constante sur une plage de rotation d'un angle 8, fig. 8, d'environ 17 correspondant à l'angle 6 que couvre la surface de contact 19 de plaquettes de contact 4A, 4B vu de l'axe A. Cette plage de contact à pression constante sur un angle 6 d'environ 17 permet de s'affranchir des écarts angulaires ayant pour origine un ajustement déficient ou une perte de précision engendrée par l'usure des composants. REVENDICATIONS 1. Sectionneur à haute tension à isolation dans l'air comprenant un bras pivotant (1) apte à pivoter à l'une de ses extrémités, autour d'un axe horizontal perpendiculaire à l'axe A du bras et apte également à tourner autour de son propre axe A, I'extrémité libre du bras portant une pièce de contact appelée marteau (2) coopérant, en position fermée du sectionneur, avec une mâchoire comportant un support de mâchoire (6) auquel sont fixées deux rangées se faisant face de doigts de contact (5A, B), caractérisé en ce que ledit marteau (2) est équipé de plaquettes de contact (4A, 4B) coopérant avec les doigts de contact (5A, 5B), chaque plaquette de contact (4A, 4B) formant un coin (16), d'angle 3, qui, lors de la fermeture du sectionneur, rencontre la rangée de doigts correspondante avec un angle d'attaque ax, ledit angle d'attaque ca étant inférieur à 90 . 2. Sectionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle f3 est de l'ordre de 30 à 40 . 3. Sectionneur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'angle oa est de l'ordre de 60 . 4. Sectionneur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque plaquette de contact (4A, 4B) comporte une face de contact (19) courbe s'étendant sur un angle b, vu de l'axe A du bras (1), cet angle ô étant de l'ordre de 17 . 5. Sectionneur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, au moment o le coin (16) d'une plaquette de contact arrive au contact d'un dit doigt de contact, l'angle y, vu de l'axe A du bras (1), entre ce point de contact et le plan perpendiculaire au doigt de contact passant par l'axe A, est de l'ordre de 10 . 6. Sectionneur selon l'une des revendications I à 5, caractérisé en ce que lesdits doigts de contact (SA, 5B) sont fixés au support de mâchoire (6) de façon à ce que, en position fermée du sectionneur, I'angle E entre l'axe A du bras (1) et les doigts de contact soit supérieur à 90 . 7. Sectionneur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits doigts se faisant face font entre eux un angle 4 compris entre 2 et 6 0. 8. Sectionneur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits doigts de contact (5A, 5B) sont tubulaires et ouverts à leurs deux extrémités. 9. Sectionneur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'une butée de verrouillage (11) est fixée à un doigt de contact (5B) à un niveau situé au-dessus dudit marteau (2) en position fermée du sectionneur.