Brevet FR2849265A1 — publié le 20040625

La présente invention concerne les interrupteurs électriques travaillant dans un gaz ayant de bonnes qualités diélectriques, tels que de I'hexafluorure de soufre, de l'azote et particulièrement ceux de haute et moyenne tension. Ces interrupteurs présentent un volume important, ne s'adaptent pas facilement aux paramètres de service et ont un cot important d à la commande mécanique nécessaire à leurs fonctionnements. En effet, le niveau d'énergie nécessaire pour assurer la fermeture des courants de court circuit et la coupure des courants de service est 10 élevé, particulièrement lorsque l'on cherche à fermer les courant de court circuit on constate qu'une force s'oppose au maintien du contact sur l'électrode Cette force nécessite de prévoir une commande mécanique qui maintient la pression sur le contact afin que celui-ci reste sur l'électrode. L'objet de la présente invention est de proposer un interrupteur tout à la fois, compact, modulaire, peu consommateur d'énergie et bon marché. L'interrupteur selon l'invention fonctionne dans un milieu gazeux de bonne tenue diélectrique et comporte une première électrode reliée 20 à une borne de sortie du courant, une deuxième électrode reliée d'un coté à une deuxième borne de sortie et de l'autre à un contact mobile, il est caractérisé en ce que la première électrode est de forme sensiblement cylindrique, que la deuxième électrode est de forme sensiblement annulaire coaxiale avec la première électrode centrale et 25 comportant une ouverture, que le contact mobile se superpose sur une partie de l'anneau de la seconde électrode Le contact est donc articulé sur la deuxième électrode, il est mobile à la fois vers l'intérieur et vers l'extérieur de l'anneau Le contact mobile entrera en contact avec la première électrode, dite électrode centrale, quand il sera actionné vers 30 I'intérieur de l'anneau La forme annulaire de la deuxième électrode crée un champ magnétique à l'intérieur de l'anneau qui favorise le mouvement du contact mobile vers la première électrode dès que l'arc de fermeture est établi et le plaque sur l'électrode centrale Ce champ demeure tant que le courant circule, ce qui permet d'assurer que le contact reste plaqué sur l'électrode centrale sans nécessiter une 5 énergie particulière pour maintenir ce contact De plus cette configuration est particulièrement compacte. Selon une caractéristique particulière le contact mobile a la forme d'un arc de cercle identique à la deuxième électrode En position isolée, le contact mobile est confondu avec la deuxième électrode. Selon une caractéristique particulière, la deuxième électrode crée un champ magnétique B à l'intérieur de l'anneau qui favorise le mouvement du contact mobile vers l'électrode centrale Lors d'une manoeuvre de fermeture de l'interrupteur et tend ensuite à le maintenir en position fermée. Selon une caractéristique particulière, la deuxième électrode crée un champ magnétique à l'extérieur de l'anneau qui favorise le mouvement du contact mobile vers une mise à la terre placée à l'extérieur de l'anneau La forme annulaire de la deuxième électrode crée un champ magnétique à l'extérieur dudit anneau, ce champ est de 20 direction opposée à celui crée à l'intérieur de l'anneau, il crée donc une force de direction opposée à la précédente et lorsque le contact s'écarte de l'anneau pour une mise à la terre, lors d'une manoeuvre de mise à la terre, la force électromagnétique plaque le contact mobile sur la mise à la terre placée à l'extérieur de l'anneau et tend ensuite à le 25 maintenir en position. Selon une autre caractéristique, l'électrode centrale comporte deux parties isolantes de part et d'autre de l'appui du contact mobile. Les parties isolantes sont des matériaux ayant une bonne tenue à l'arc comme de la céramique ou un polymère, elles sont placées autour de 30 l'électrode de part et d'autre de la zone de contact du contact mobile afin de maintenir l'arc dans la zone o le champ magnétique est maximum. Selon une caractéristique particulière, l'électrode centrale est une phase du jeu de barres On évite ainsi d'avoir à raccorder la phase du jeu de barres à l'électrode. Selon une caractéristique de l'invention, le milieu gazeux est 5 constitué par du SF 6 L'ensemble du dispositif étant très compact, il est nécessaire d'utiliser un gaz ayant de bonnes qualités diélectriques comme le SF 6 par exemple. Selon une autre caractéristique, un deuxième élément magnétique créé un champ autour de la première électrode pour créer les forces 10 électromagnétiques nécessaires à la coupure des courants On pourra utiliser soit une bobine de fils de faible section alimentée par l'arc du courant à couper, soit un aimant permanent dimensionné de telle façon que le champ magnétique crée n'agisse que faiblement sur le contact lors de la fermeture En effet, le champ magnétique créé par l'aimant 15 est localisé autour de l'électrode et de ce fait ne perturbe pas la fermeture du contact en court circuit L'aimant doit avoir des caractéristiques telles qu'à la température de service, le champ créé par l'anneau à la fermeture des courants de court circuit n'entraîne pas sa désaimantation comme par exemple avec du samarium cobalt. Selon une variante de l'invention, des anneaux sont placés en parallèle Si l'on souhaite véhiculer des courants de forte intensité, on peut utiliser ce type d'interrupteur en disposant en parallèle un certain nombre d'anneaux et de contacts mobiles cote à cote constituant ainsi des circuits de courants parallèles Les anneaux sont reliés à la même 25 connexion d'alimentation et l'axe est commun à tous les anneaux Cette conception modulaire permet d'adapter la construction de l'interrupteur aux courants permanents qui le traversent. Selon une caractéristique de la variante, le contact mobile d'un des anneaux parallèles est muni d'une pastille à grande résistance à 30 I'usure de l'arc électrique Un des contacts mobiles de cette variante sera le premier à se fermer et le dernier à s'ouvrir, il sera donc celui qui subira la totalité de l'usure due à l'arc électrique, une pastille à grande résistance à l'arc sera donc installée sur ce contact La pastille pourra être réalisée en alliage de tungstène. Selon une autre caractéristique de la variante, les contacts mobiles des autres anneaux présente un décrochement à l'emplacement 5 de ladite pastille Un décalage lors de l'ouverture ou de la fermeture des contacts par rapport à celui qui se ferme en premier et qui s'ouvre en dernier permet d'assurer que c'est toujours le même contact qui subit l'arc Les autres anneaux présentent ainsi un retard à l'ouverture par rapport au premier contact mobile On peut ainsi prévoir un 10 évidement ou simplement que la pastille disposée sur le premier contact dépasse dudit contact. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue de l'interrupteur selon l'invention en position fermée, la figure 2 est une vue de l'interrupteur selon l'invention en position ouverte, la figure 3 est une vue en coupe de l'interrupteur selon 111-111, 20 la figure 4 est une vue de l'interrupteur en position terre, la figure 5 est une vue de l'interrupteur pendant la manoeuvre d'ouverture, la figure 6 est une vue de détail du contact mobile selon une première variante, la figure 7 est une vue de détail du contact mobile selon une seconde variante, la figure 8 est une vue en coupe de l'interrupteur selon VIII-VIII. L'interrupteur 1 représenté sur les figures n'est qu'une seule des phases de l'appareil. L'interrupteur 1, en général triphasé, comprend une électrode centrale 2 de forme sensiblement cylindrique Cette électrode 2 est reliée à une borne d'entrée de courant (non représentée), elle est dimensionnée pour véhiculer le courant nominal comme les courants de 5 surintensité, et elle pourra éventuellement constituer elle-même une phase du jeu de barres. Un anneau conducteur 3 ouvert coaxial à l'électrode 2 est placé autour de ladite électrode 2 Une distance minimum d 1 entre l'anneau 3 et l'électrode 2 est prévue pour que, dans le milieu gazeux 10 correspondant, I'isolation électrique soit assurée Cette électrode 3 présente une ouverture 35. L'extrémité 30 de l'anneau 3 est reliée par une connexion 4 à l'autre borne d'entrée du courant (non représentée) Dans le cas o l'électrode 2 constitue une phase du jeu de barres du poste, la 15 connexion 4 est reliée au cable d'amenée / départ de courant de la phase. L'extrémité 31 de l'anneau 3 est pourvue d'un axe 310 constitué d'un ensemble vis écrou, par exemple, sur lequel est monté un contact mobile 5 (cf figure 3) L'ensemble vis écrou est maintenu en place par 20 un ressort 311 qui assure la pression de contact. L'extrémité 50 du contact mobile 5 est relié par un axe 500 à un bras de commande 6 Ce bras 6 est isolé électriquement et relié à une commande mécanique (non représentée) qui assure le passage du contact 5 dans les différentes positions de service et assure leur 25 maintien. Un plot de contact 7 est relié à la terre par des éléments non représentés Ce plot 7 est situé à une distance d 2 suffisante pour assurer l'isolation électrique dans le gaz o est placé l'interrupteur 1. Nous allons maintenant décrire le mode de fonctionnement de 30 I'interrupteur 1. Le courant électrique I circule dans l'anneau 3 et dans le contact mobile 5, ce qui crée un champ magnétique B Le champ B et le courant I interagissent pour créer une force F qui tend à plaquer le contact 5 sur l'électrode 2 (cf figure 1) avec une pression suffisante pour le passage des courants de surintensité. Des moyens isolants non représentés permettent de maintenir la position relative de l'électrode 2 et de l'anneau 3 ainsi que les pièces associées. Pendant la manoeuvre de fermeture, un instant avant l'entrée en 10 contact du contact 5 avec l'électrode 2, apparaît un arc électrique entre ledit contact 5 et la dite électrode 2. La force F qui apparaît sur le contact 5 aide à la fermeture et au maintien en position fermée dudit contact 5 et prévient ainsi l'apparition de soudure entre le contact 5 et l'électrode 2. La longueur du contact mobile 5, déterminée en fonction de la distance diélectrique d 1, est réduite au maximum afin de réduire son inertie au minimum. Comme on le voit à la figure 2, en position ouverte le contact mobile 5 se superpose dans l'encombrement de l'anneau 2, afin de ne 20 pas perturber la tenue diélectrique entre l'anneau 3 et l'électrode 2 d'une part et le contact de terre 7. Plusieurs anneaux 3 et plusieurs contacts 5 peuvent être montés côte à côte pour constituer des circuits de courants parallèles en position fermée de l'interrupteur Les anneaux 3 sont reliés par leur 25 extrémité 30 à la même connexion 4 L'axe commun 310 relie tous les anneaux 3 et les contacts 5 Cette construction permet d'adapter la construction de l'interrupteur 1 aux courants qui le traversent. Comme visible à la figure 6, un des contacts 5 peut comporter un élément métallique 510 à son extrémité 51 résistant à l'arc électrique 30 tel qu'un alliage de tungstène alors que les autres contacts 5 sont décalés afin que l'arc électrique n'apparaisse que sur ce premier contact 5 lors des opérations d'ouverture ou de fermeture Le décalage peut être obtenu, par exemple, par un évidement 511 (cf figure 7). Pour les interrupteurs ayant une troisième position: mise à la terre, soit le plot de contact 7. Comme on le voit à la figure 4, le contact 5 est amené en contact avec le plot 7 Le champ magnétique B qui est dirigé dans le sens opposé à celui de l'intérieur, interagit avec le courant I pour créer une force F 1 qui entraîne le contact 5 sur le plot 7 et le maintien dans la position de contact. Pendant la manoeuvre d'ouverture (figure 5), un arc électrique se forme entre le contact 5 et l'électrode 3 Sous l'action d'un champ B 1, il se met à tourner, une racine de l'arc se déplaçant sur l'électrode 2 et l'autre sur le contact 5 puis sur l'anneau 3 Ce déplacement assure le refroidissement et la désionisation du milieu gazeux et permet de tenir 15 la tension de rétablissement entre l'électrode 2 et l'anneau 3 après le passage à zéro du courant. Deux éléments en matériau isolant 8, comme par exemple de la céramique ou un polymère, et ayant une bonne tenue à l'arc sont placés autour de l'électrode 2 de part et d'autre de la zone de contact 20 avec le contact 5 afin de maintenir l'arc dans la zone o le champ Bl est maximum comme visible figure 3. Le champ magnétique Bl de la figure 3 est créé par un aimant permanent 9 placé à l'intérieur de l'électrode 2 approximativement en face de l'anneau 3 et du contact 5 de façon à créer localement autour 25 de l'électrode 2 un champ magnétique Bl supérieur à B créé par l'anneau 3 Le champ Bl est localisé autour de l'électrode 2 et de ce fait ne perturbe pas la fermeture du contact 5 en court circuit L'aimant 9 est fixé à l'intérieur de l'électrode 2 par fixation mécanique (non représentée) ou par collage. Dans la figure 8, une électrode circulaire conductrice 32 est fixée à l'intérieur de l'anneau 3 par des moyens non représentés, et elle comporte une fenêtre 320 dans laquelle passe le contact 5 Cette électrode est isolée de l'anneau 3 par une bague isolante 33. Un fil conducteur isolé de faible section est enroulé autour de l'électrode 32 de façon à créer une bobine 34 de plusieurs spires Le fil est relié d'un coté à l'électrode 32 et de l'autre à l'anneau 3. Lors de la manoeuvre d'ouverture, le contact 5 s'efface dans la fenêtre 320 Un arc s'amorce alors entre les électrodes 2 et 32 Le courant qui passe dans la bobine 34 crée le champ magnétique Bl nécessaire à la rotation suivi de l'extinction de l'arc. REVENDICATIONS 1 Interrupteur électrique ( 1) fonctionnant dans un milieu gazeux de bonne tenue diélectrique et comportant une première électrode ( 2) reliée à une borne de sortie du courant, une deuxième électrode ( 3) 5 reliée d'un coté à une deuxième borne de sortie ( 4) et de l'autre à un contact mobile ( 5) caractérisé en ce que la première électrode ( 2) est de forme sensiblement cylindrique, que la deuxième électrode ( 3) est de forme sensiblement annulaire coaxiale avec la première électrode centrale ( 2) et comportant une ouverture ( 35), que en 10 position ouverte le contact mobile ( 5) se superpose à une partie de l'anneau de la seconde électrode ( 3). 2 Interrupteur ( 1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que le contact mobile ( 5) a la forme d'un arc de cercle identique à la deuxième électrode ( 3). 3 Interrupteur ( 1) selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la deuxième électrode ( 3) crée un champ magnétique B à l'intérieur de l'anneau ( 3) qui favorise le mouvement du contact mobile ( 5) vers l'électrode centrale ( 2). 4 Interrupteur ( 1) selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que 20 la deuxième électrode ( 3) crée un champ magnétique B à l'extérieur de l'anneau ( 3) qui favorise le mouvement du contact mobile ( 5) vers une mise à la terre ( 7) placée à l'extérieur de l'anneau ( 3). Interrupteur ( 1) selon une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'électrode centrale ( 2) comporte deux parties 25 isolantes ( 8) de part et d'autre de l'appui du contact mobile ( 5). 6 Interrupteur ( 1) selon une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'électrode centrale ( 2) est une phase du jeu de barre. 7 Interrupteur ( 1) selon une des revendications précédentes 30 caractérisé en ce que le milieu gazeux est constitué par du SF 6. 8 Interrupteur ( 1) selon une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'un deuxième élément magnétique ( 9; 34) créé un champ Bl autour de la première électrode. 9 Interrupteur ( 1) selon une des revendications précédentes caractérisé en ce que des anneaux ( 3) sont placés en parallèle. Interrupteur ( 1) selon la revendication 9 caractérisé en ce que le contact mobile ( 5) d'un des anneaux parallèles ( 3) est muni d'une pastille ( 510) à grande résistance à l'usure de l'arc électrique. 11 Interrupteur ( 1) selon la revendication 9 caractérisé en ce que les contacts mobiles ( 5) des autres anneaux ( 3) présente un décrochement ( 511) à l'emplacement de ladite pastille ( 510).