Brevet FR2846781A1 — publié le 20040507

L'invention concerne un disjoncteur de puissance comprenant une chambre de coupure délimitée par une enveloppe renfermant un gaz diélectrique et disposée horizontalement dans une gaine de protection, et un radiateur disposé à l'extérieur de la gaine de protection, et communiquant avec l'intérieur de la chambre de coupure. L'invention concerne plus particulièrement un disjoncteur d'alternateur dont la chambre de coupure s'étend horizontalement. Un tel disjoncteur est électriquement relié à des jeux de barres conductrices elles mêmes entourées par des gaines de protection. Ces gaines sont généralement en 10 aluminium pour pouvoir être le siège de courants induits qui ont pour effet d'annuler autour d'elles le champ magnétique produit par la circulation du courant dans les barres et dans le disjoncteur. En exploitation, le courant traversant le disjoncteur et les barres a une intensité nominale de l'ordre de 5 à 20 kA, ce qui tend à échauffer de manière importante certaines parties 15 conductrices en aluminium du disjoncteur. Un circuit de refroidissement est nécessaire pour maintenir le disjoncteur à une température normalisée. La conception de ce circuit de refroidissement présente des difficultés liées à la nécessité d'une isolation électrique entre les deux barres conductrices, et entre chaque barre conductrice et la gaine de protection. Plus 20 particulièrement, la gaine de protection qui est au potentiel de la terre doit rester électriquement isolée des barres conductrices. Cette gaine sert non seulement à protéger le disjoncteur de l'environnement extérieur, mais aussi à protéger l'environnement extérieur des perturbations magnétiques causées par la circulation d'un fort courant dans le disjoncteur. Des supports isolants 25 maintiennent généralement la chambre de coupure en position à l'intérieur de la gaine, en assurant une isolation électrique entre la gaine et la chambre de coupure. Il existe une construction dans laquelle la chambre de coupure s'étend horizontalement en reposant sur deux isolateurs supports, et dans laquelle 30 des isolateurs supplémentaires sont destinés exclusivement au passage du gaz diélectrique de la chambre de coupure vers le radiateur disposé à l'extérieur de la gaine de protection. Les isolateurs supplémentaires sont montés en partie supérieure du disjoncteur entre la chambre de coupure et la gaine. Mais la mise en oeuvre de ces isolateurs supplémentaires induit un 35 surcot et complique significativement les ajustements à effectuer, ce qui accroît le cot de fabrication. Dans une construction connue du brevet FR 2 800 905, le nombre d'isolateurs est réduit en adoptant une architecture dans laquelle la chambre de coupure qui est verticale est prolongée par un isolateur support sur lequel elle repose. Cet isolateur support qui est creux sert à faire communiquer 5 l'intérieur de la chambre de coupure avec un radiateur de refroidissement du gaz diélectrique. Un autre isolateur creux placé en extrémité supérieure de la chambre de coupure permet d'établir une circulation naturelle du gaz diélectrique. Dans cette construction, les pôles qui sont à chaque extrémité de la chambre de coupure sont à des hauteurs différentes, et il est 10 nécessaire de prévoir des pièces de raccordement électrique pour connecter ces pôles à des barres conductrices situées à des hauteurs identiques. Ces pièces supplémentaires représentent un surcot et elles rallongent le trajet du courant dans le disjoncteur, ce qui est pénalisant pour ses performances. Il est connu du brevet US4378461 un dispositif de refroidissement d'un 15 conducteur électrique tubulaire dans une ligne à isolation au gaz. Une colonne isolante verticale est fixée au conducteur dans lequel circule un gaz isolant, le gaz chaud pouvant remonter par la colonne vers un carter de refroidissement qui est fixé à l'enveloppe de la ligne de façon étanche vis à vis de l'air extérieur. Le gaz refroidi dans le carter redescend dans la ligne 20 vers le conducteur, et une circulation du gaz par convection naturelle est ainsi établie. Ce dispositif de refroidissement n'est pas envisageable tel quel pour une application à une chambre de coupure classique d'un disjoncteur. En particulier, les enveloppes métalliques formant les carters d'extrémité d'un disjoncteur ne sont pas à la terre, contrairement à l'enveloppe d'une 25 ligne à isolation au gaz. D'après les enseignements de ce brevet, il est tout au plus envisageable de fixer un carter de refroidissement sur un carter d'extrémité du disjoncteur, à la condition de se passer du système de ventilation monté sur le carter et de prévoir en compensation une ventilation forcée de l'air dans la gaine de protection du disjoncteur. 30 Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients. A cet effet, l'invention a pour objet un disjoncteur de puissance, comprenant une chambre de coupure délimitée par une enveloppe isolante renfermant un gaz diélectrique et disposée horizontalement dans une gaine de protection, comprenant de plus un radiateur disposé à l'extérieur de la 35 gaine de protection et communiquant avec l'intérieur de la chambre de coupure, caractérisé en ce que l'enveloppe isolante est formée par deux isolateurs disposés dans le prolongement l'un de l'autre, en ce qu'un pied métallique supporte les deux isolateurs tubulaires dans la gaine avec à son extrémité une couronne interposée entre les deux isolateurs tubulaires, et en 5 ce que la chambre de coupure communique avec le radiateur à travers des canaux formés dans la couronne. Avec cette construction, chaque isolateur procure une isolation électrique entre une barre conductrice et la couronne, de sorte que le pied métallique avec la couronne peut être mis au potentiel de la gaine de protection. De plus, grâce au support procuré par le pied 10 métallique, il n'est pas nécessaire de prévoir des isolateurs supports pour maintenir la chambre de coupure dans la gaine de protection, ce qui réduit significativement le cot de fabrication du disjoncteur. Enfin, grâce aux canaux réalisés dans la couronne, il n'est pas nécessaire de prévoir des isolateurs supplémentaires pour le circuit de refroidissement, ce qui réduit 15 encore le cot de fabrication de ce disjoncteur. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les canaux de la couronne débouchent dans la chambre de coupure à des hauteurs différentes. Avec cette construction, chaque canal peut être relié au radiateur pour former un circuit de refroidissement à convexion naturelle, ce qui 20 améliore la fiabilité de ce disjoncteur. Selon un autre mode de réalisation particulier de l'invention, le pied métallique et le radiateur forment une pièce unique, et la couronne communique avec le radiateur par un unique canal dans lequel circulent un flux de gaz diélectrique chaud et un flux de gaz diélectrique froid par 25 convection naturelle. La mise en oeuvre d'un seul canal de dimensions importantes permet de simplifier la fabrication de la pièce constituant le pied métallique et le radiateur, ce qui réduit encore le cot de fabrication du disjoncteur. L'invention sera maintenant décrite plus en détail, et en référence aux dessins annexées qui en illustrent une forme de réalisation à titre d'exemple non limitatif. La figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale du disjoncteur selon l'invention; La figure 2 est une vue schématique en coupe transversale du disjoncteur selon l'invention; La figure 3 est une vue schématique en coupe transversale d'une variante du disjoncteur selon l'invention; La figure 4 est une vue en schématique en coupe transversale d'une variante du disjoncteur selon l'invention. Sur la figure 1, un disjoncteur d'alternateur 1 s'étend horizontalement en reposant sur un châssis 2 auquel il est fixé. Ce disjoncteur comprend une gaine de protection 3 dans laquelle est montée une chambre de coupure 4 qui renferme des organes de commutation qui s'étendent coaxialement à 10 cette chambre de coupure. Ces organes comprennent un équipage mobile 5 et un équipage fixe 6 incluant respectivement un contact mobile 5' et un contact fixe 6'. Comme connu dans ce type de disjoncteur, la chambre de coupure est délimitée par une enveloppe étanche qui renferme un gaz diélectrique tel que du SF6 sous pression. L'enveloppe qui est sensiblement 15 cylindrique comporte un carter métalliques, 9 à chacune de ses extrémités, chaque carter 8, 9 étant électriquement relié à une barres conductrice non représentée. Chaque carter métallique renferme un équipage de contacts fixes ou mobiles. Le carter 9 dans lequel coulisse l'équipage mobile 5, 5' est traversé de manière étanche par une bielle de commande 10 en matériau 20 isolant, destinée à déplacer cet équipage de contacts pour actionner le disjoncteur 1. L'enveloppe de la chambre de coupure 4 est maintenue horizontalement dans la gaine de protection 3 par un pied central 11 de préférence métallique qui la positionne sensiblement au centre de la gaine de manière à procurer la meilleure isolation possible. Un circuit de 25 refroidissement relie l'intérieur de la chambre de coupure 4 à un radiateur 12 qui est extérieur à la gaine de protection 3, pour maintenir la chambre de coupure à une température prédéterminée en refroidissant le gaz diélectrique qu'elle contient. Dans la figure 1, le radiateur 12 est représenté en pointillés du fait qu'il est situé en arrière du plan de la figure qui est un 30 plan de coupe du disjoncteur selon une direction longitudinale. Selon l'invention, l'enveloppe isolante délimitant la chambre de coupure 4 comprend deux isolateurs 13 et 14 disposés dans le prolongement l'un de l'autre, et elle est fixée à la gaine de protection 3 par un pied métallique 11 incluant une couronne 1l' à laquelle sont fixés les isolateurs 13 et 14. Ces 35 isolateurs peuvent être de forme tubulaire ou tronconique. Plus particulièrement, la couronne 1l' est interposée entre les isolateurs 13 et 14 de manière à être à mi-distance des pôles 8 et 9. Chaque isolateur 13, 14 procure ainsi une isolation électrique entre un carter et la couronne 11', de sorte que le pied 11 avec la couronne 1l' peuvent être métalliques et mis au potentiel de la gaine de protection 3, c'est à dire à la terre, sans risque 5 électrique. Un pied 11 métallique permet de se passer d'isolateurs supports ayant un cot élevé, et de concevoir ce pied en lui donnant une résistance mécanique optimale. Selon l'invention, la couronne 1l' comprend des canaux faisant communiquer l'intérieur de la chambre de coupure 4 avec le radiateur 12 qui 10 est situé hors de la gaine de protection 3. Il n'est ainsi pas nécessaire de recourir à des isolateurs tubulaires propres au circuit de refroidissement, ce qui réduit significativement le cot de fabrication de ce disjoncteur. Plus particulièrement, les deux isolateurs 13 et 14 qui entourent la chambre de coupure du disjoncteur sont fixés de part et d'autre du pied métallique 11 qui 15 comprend un orifice de communication dans la zone de fixation. Les raccordements entre un carter de pôle et un isolateur, et la fixation de chaque isolateur à la couronne 1l' du pied métallique sont étanches pour que la chambre de coupure puisse renfermer un gaz diélectrique tel que du SF6 sous une pression de quelques bars. Ces isolateurs tubulaires 13 et 14 20 sont en porcelaine en résine ou en matériaux composites. Ils comprennent à chacune de leurs extrémités un collier de fixation non représenté, avec des perçages et destiné à leur fixation à la couronne 1l' et aux pôles 8, 9. La figure 2, qui est une vue dans un plan de coupe traversant le pied métallique 11 selon une direction normale à l'axe des isolateurs tubulaires 13 25 et 14, fait apparaître de façon plus précise la forme du pied métallique 11. Celui-ci comprend une portion verticale munie d'une embase inférieure fixée à la gaine de protection 3, ou au châssis 2, cette portion verticale se prolongeant dans sa partie supérieure en une forme sensiblement annulaire définissant la couronne 11' à laquelle sont fixés les isolateurs tubulaires 13 30 et 14. Cette couronne 11' qui est située dans un plan normal à l'axe des isolateurs tubulaires 13 et 14 a un diamètre intérieur proche du diamètre intérieur des isolateurs. Ce diamètre interne est choisi suffisamment important pour éviter l'apparition d'un arc électrique entre l'un des contacts 5, 6 et la couronne 11'. Elle comprend des canaux radiaux 15, 16 reliant 35 l'intérieur de la chambre de coupure avec la partie du circuit de refroidissement qui est extérieure à la gaine de protection 3, et destinés à véhiculer le gaz diélectrique vers les radiateurs 12. Dans l'exemple des figures 1 et 2, les canaux 15 et 16 sont reliés aux radiateurs 12 par l'intermédiaire de tubes en aluminium 15', 16' qui sont par exemple soudés à la couronne Il' de manière à communiquer respectivement avec les canaux 5 15 et 16. Comme visible figure 2, ces tubes traversent la gaine de protection 3 en étant par exemple soudés à cette gaine. La circulation du gaz diélectrique peut être forcée à l'aide d'une pompe non représentée. Avantageusement cette pompe est du type à entraînement magnétique de manière à assurer la meilleure étanchéité possible entre 10 l'intérieur du circuit de refroidissement et l'environnement du disjoncteur. Dans un mode de réalisation préféré, la circulation du gaz diélectrique dans le circuit de refroidissement est assurée par convection naturelle, ce qui simplifie la conception et améliore la fiabilité du disjoncteur. Pour ce faire, les canaux radiaux 15 et 16 situés dans la couronne 1l' sont réalisés de 15 manière à déboucher à des hauteurs différentes dans la chambre de coupure 4. Dans l'exemple de la figure 2, deux radiateurs 12 communiquent chacun avec la chambre de coupure 4 par l'intermédiaire de deux canaux 15 et 16. Plus particulièrement, chaque canal 15 débouche dans une zone supérieure de la couronne pour recevoir le gaz chaud et le transmettre vers 20 la partie haute du radiateur 12 correspondant. Après refroidissement dans un radiateur 12, le gaz diélectrique revient dans la chambre de coupure 4 à travers un autre canal 16 qui débouche dans une zone inférieure de la couronne 11'. Ces canaux 15 et 16 peuvent être réalisés par perçage, ou bien être directement issus du moulage du pied métallique. D'une façon plus 25 générale, le pied métallique 11 incluant la couronne 1l' peut être réalisé sous forme d'une pièce de fonderie, ou bien être issu de chaudronnerie. Dans l'exemple illustré sur les figures, le pied métallique comprend également un autre canal 17 reliant l'intérieur de la chambre de coupure 4 à la partie inférieure du châssis 2. Ce canal 17 est ici relié à un manomètre 18 30 pour surveiller la pression de gaz diélectrique dans la chambre de coupure. Ce canal peut aussi être utilisé pour remplir la chambre de pression de gaz diélectrique lors de la mise en service ou bien au cours d'une opération de maintenance. Le ou les radiateurs 12 peuvent par exemple être raccordés au circuit de 35 refroidissement par l'intermédiaire de tubes appropriés pour être placés dans une zone ventilée située à une certaine distance de la gaine de protection. Dans un autre mode de réalisation qui est représenté sur les figures 3 et 4, le radiateur 12 fait partie intégrante du pied métallique 11, ce qui permet de réduire le cot de fabrication du disjoncteur tout en facilitant son assemblage. Dans ce mode de réalisation, la couronne 1l' du pied 5 métallique 11 est prolongée vers le haut en un espace sensiblement parallélépipédique avec lequel communique la chambre de coupure 4, cet espace définissant le radiateur 12. Dans l'exemple des figures 3 et 4, le radiateur 12 comprend un conduit vertical 15 à section oblongue débouchant dans une zone supérieure de la couronne 11'. Ce conduit qui est situé au 10 dessus de la couronne 1i1', dans un plan normal à l'axe des isolateurs tubulaires 13 et 14, comprend une extrémité supérieure de forme ronde, l'ensemble constituant une surface d'échange de chaleur relativement importante. Comme visible dans la figure 3, la couronne 1l' a ici une épaisseur plus 15 importante que dans l'exemple des figures 1 et 2, de sorte que le canal 15 qui débouche à l'intérieur de cette couronne présente une section suffisamment importante pour qu'y circule un flux de gaz montant et un flux descendant. En fonctionnement, un flux de gaz diélectrique chaud remonte dans la partie centrale du conduit 15, pour refroidir en partie supérieure du 20 radiateur, et il redescend en un flux froid longeant les parois du conduit 15 et du radiateur 12 pour pénétrer dans la chambre de coupure 4 au niveau de la couronne 1 1'. REVENDICATIONS 1/ Disjoncteur de puissance (1), comprenant une chambre de coupure (4) délimitée par une enveloppe isolante renfermant un gaz diélectrique et 5 disposée horizontalement dans une gaine de protection (3), comprenant de plus un radiateur (12) disposé à l'extérieur de la gaine de protection (3) et communiquant avec la chambre de coupure, caractérisé en ce que l'enveloppe isolante comprend deux isolateurs (13, 14) disposés dans le prolongement l'un de l'autre, en ce qu'un pied métallique (11) supporte les 10 deux isolateurs (13, 14) dans la gaine (3) avec à son extrémité une couronne (11') interposée entre les deux isolateurs (13, 14), et en ce que la chambre de coupure (4) communique avec le radiateur (12) à travers des canaux formés dans la couronne (11'). 2/ Disjoncteur selon la revendication 1, dans lequel le radiateur (12) est raccordés par des tubes (15', 16') aux canaux (15, 16) formés dans la couronne (11') et qui traversent la gaine de protection (3). 3/ Disjoncteur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel deux canaux (15, 20 16) débouchent dans la chambre de coupure (4) à des hauteurs différentes, pour former un circuit de refroidissement à convexion naturelle. 4/ Disjoncteur selon la revendication 1, dans lequel le pied métallique (11) et le radiateur (12) forment une pièce unique issue de fonderie ou de 25 chaudronnerie. / Disjoncteur selon la revendication 4, dans lequel le pied métallique (11) est relié au radiateur (12) par un unique canal (15), dans lequel circule à la fois un flux de gaz diélectrique chaud et un flux de gaz diélectrique froid par 30 convection naturelle.