Brevet FR2865572A1 — publié le 20050729

DISPOSITIF DE COMMANDE DE DISPOSITIF DE COUPURE D'ENERGIE ELECTRIQUE DESCRIPTION 5 DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un dispositif de commande de dispositif de coupure d'énergie électrique haute ou moyenne tension. Par dispositif de coupure électrique, il est ici entendu de façon générale un disjoncteur, un sectionneur ou un dispositif de mise à la terre. Un tel dispositif de commande est décrit dans le document de brevet WO 00/05735. Ce document propose d'utiliser un servomoteur associé à des moyens d'actionnement transformant la rotation en sortie dudit moteur en translation dudit contact tels que l'on aboutit à une vitesse voulue du contact mobile à l'instant auquel il se sépare d'un contact fixe associé. Un tel dispositif de commande à servomoteur électrique unique pose le problème technique suivant. En cas de défaillance du réseau électrique ou des moyens d'alimentation, les opérations d'ouverture et de fermeture ne peuvent plus être assurées. Il peut être envisagé, comme décrit dans ce même document de brevet en tant qu'art antérieur, d'utiliser un moteur électrique assurant la fermeture du contact et un agencement de ressort mécanique assurant l'ouverture du contact. Cependant, si cette solution résout le problème de l'ouverture en cas de panne de l'alimentation électrique, le problème persiste pour la fermeture. Le disjoncteur peut donc alors rester inopérationnel durant un laps de temps correspondant à la réparation des moyens d'alimentation. Par ailleurs, l'opération de fermeture par le moteur nécessite un stockage d'énergie important à l'aide de bancs de capacités encombrants et coûteux. Cette remarque est également valable quant au choix du moteur. Un moteur spécifique de puissance relativement importante doit être utilisé. L'invention résout ces problèmes en proposant une solution mixte, qui permet d'utiliser un moteur standard d'assistance à la commande, et assure le fonctionnement du disjoncteur en cas de problèmes d'alimentation électrique. Pour ce faire, l'invention propose un dispositif de commande de disjoncteur destiné à ouvrir et fermer ce dispositif de coupure électrique comprenant un contact mobile, ce dispositif de commande comprenant un moteur connecté à des moyens d'alimentation et des moyens d'actionnement transformant le déplacement en sortie dudit moteur en déplacement dudit contact, dispositif comprenant également un agencement de ressort mécanique participant à l'ouverture dudit contact, caractérisé en ce que ledit agencement de ressort comporte deux ressorts mécaniques précontraints, un premier ressort dit ressort d'ouverture assurant l'ouverture dudit contact et un second dit ressort de fermeture assurant la fermeture dudit contact, ces deux ressorts étant antagonistes et de raideur sensiblement identique, lesdits moyens d'actionnement étant sollicités par chacun de ces deux ressorts et comportant un agencement d'immobilisation en position ouverte et en position fermée. En cas de défaillance du réseau électrique ou du convertisseur, il est toujours possible d'ouvrir le disjoncteur grâce au ressort d'ouverture. L'énergie nécessaire stockée dans des bancs de capacités est, grâce à cette solution mixte, quatre à six fois inférieure à celle d'une solution tout électrique. Ceci réduit considérablement le coût et l'encombrement de ces bancs. Egalement, un moteur de puissance moindre est nécessaire. Cette puissance électrique est de quatre à dix fois plus faible que celle nécessaire à la solution tout électrique. Un moteur standard peut être utilisé sans nécessité de développement supplémentaire pour cette application. Il en est de même pour le dimensionnement du convertisseur de puissance. Un convertisseur basse tension peut être employé avec un banc de supercapacités comme moyen de stockage. Par rapport à une solution de commande uniquement à ressorts mécaniques, l'invention présente les avantages suivants grâce à la présence du moteur. Le nombre de pièces en mouvement et de liaisons de mécanisme est considérablement réduit. Ceci implique moins de perte par frottement et donc l'utilisation de ressorts plus petits. Ceci entraîne également une maintenance moins fréquente et moins lourde. Comme la compensation des pertes s'effectue pendant l'ouverture ou la fermeture, le disjoncteur est toujours disponible et ne requiert pas de temps de pause après un cycle donné d'ouvertures et de fermetures. Les ressorts n'ont pas besoin d'être rechargés. La fermeture du disjoncteur peut être aussi rapide que l'ouverture car l'énergie mécanique contenue dans le ressort de fermeture lorsque le disjoncteur est en position ouverte est égale à celle du ressort d'ouverture quand le disjoncteur est en position fermée. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, ledit moteur est un moteur d'assistance et de contrôle de la trajectoire dudit contact alimenté par un convertisseur de puissance commandé par un régulateur de position et de vitesse. Et avantageusement, ledit régulateur assure un amortissement du déplacement dudit contact en fin de course d'ouverture et en fin de course de fermeture. Grâce au moteur d'asservissement, il n'est plus besoin d'amortisseur de fin de course, puisque le moteur assure par son asservissement l'amortissement nécessaire pour arriver à une vitesse nulle en fin de course. La commande en boucle fermée de la trajectoire augmente la robustesse du disjoncteur vis à vis des variations paramétriques telles que, par exemple, la variation de la raideur des ressorts ou la viscosité du gaz contenu dans la chambre de coupure en fonction de la température. De préférence, lesdits ressorts sont montés alignés suivant un axe, l'une de leurs extrémités respectives étant en butée contre une butée de ressort et leurs extrémités en vis à vis étant séparées par une bague. Avantageusement, ledit moteur est un moteur à arbre de sortie rotatif et un ensemble les éléments articulés assure la liaison dudit arbre rotatif et de ladite bague. De préférence, ledit ensemble d'éléments articulés comprend une manivelle entraînée en rotation par ledit arbre de sortie et articulée à une extrémité d'une bielle dont l'autre extrémité est articulée sur ladite bague. Avantageusement, en position de fermeture dudit contact, ledit ensemble d'éléments articulés est à proximité d'une position de point mort dit point mort d'ouverture, le ressort d'ouverture ne pouvant l'entraîner vers la position d'ouverture qu'au dépassement de ce point mort lors d'une ouverture. Et également de préférence, en position d'ouverture dudit contact, ledit ensemble d'éléments articulés est à proximité d'une position de point mort dit point mort de fermeture, le ressort de fermeture ne pouvant l'entraîner vers la position de fermeture qu'au dépassement de ce point mort lors d'une fermeture. Avantageusement, ladite bielle présente une forme d'extrémité en U assurant sa rotation partielle autour de l'axe de rotation de ladite manivelle. Ladite manivelle peut être entraînée en rotation par ledit arbre de sortie par l'intermédiaire d'un secteur dentée engrené sur ledit arbre de sortie et sur lequel elle est articulée. Selon une variante, il comporte un agencement de débrayage de l'action du ressort de fermeture. De préférence, ledit agencement de débrayage consiste en un dispositif de déplacement commandé de ladite butée du ressort de fermeture. Avantageusement, le dispositif de commande comprend un dispositif de poussée dudit ensemble d'éléments mobiles vers son point mort d'ouverture. Ledit dispositif de poussée peut consister en un percuteur destiné à solliciter ladite manivelle. L'invention est décrite ci-après plus en détail à l'aide de figures ne représentant qu'un mode de réalisation préféré de l'invention. La figure 1 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 2 est une vue schématique d'un cycle ouverture / fermeture de ce mode de réalisation. La figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif de commande selon un second mode de réalisation, en position fermée. La figure 4 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif de commande selon ce second mode de 25 réalisation, en position ouverte. La figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'une variante selon ce second mode de réalisation, en position fermée. Sur la figure 1, le disjoncteur ou plus 30 précisément son contact mobile 1 et son contact fixe 2 sont schématisés. Le dispositif de commande d'axe ---/7,7) longitudinal vertical et destiné à ouvrir et fermer ce disjoncteur comprend un moteur 3 d'assistance et de contrôle de la trajectoire du contact mobile 1, ici un moteur linéaire, connecté à des moyens d'alimentation. Plus précisément, ces moyens d'alimentation comprennent un convertisseur de puissance 4 commandé par un régulateur de position et de vitesse 5 grâce à un capteur 6 associé au moteur 3. Le régulateur 5 assure un amortissement du déplacement du contact mobile 1 en fin de course d'ouverture et en fin de course de fermeture. Un banc de capacités 7 fournit la puissance instantanée nécessaire pour l'alimentation du convertisseur 4. La gestion de la recharge des capacités est réalisée par une unité de charge 8 reliée à un réseau électrique continu ou alternatif. Une unité d'entrées et de sorties 9 gère les références de vitesse et de position en fonction des ordres d'ouverture ou de fermeture du disjoncteur. Des moyens d'actionnement, ici essentiellement des butées, transforment le déplacement en sortie du moteur 3 en déplacement du contact mobile 1. Le dispositif de commande comprend également un agencement de ressort mécanique. Cet agencement comporte deux ressorts mécaniques précontraints, un premier ressort 10 dit ressort d'ouverture assurant l'ouverture du contact et un second ressort 11 dit ressort de fermeture assurant la fermeture du contact, ces deux ressorts 10, 11 étant antagonistes et de raideur sensiblement identique. Les moyens d'actionnement sont sollicités par chacun de ces deux ressorts 10, 11. Un cycle ouverture / fermeture est représenté sur la figure 2. Sur la première vue de cette figure, le disjoncteur est fermé, son contact mobile 1 étant en liaison électrique avec son contact fixe 2. Le ressort d'ouverture 10 de raideur K(0) est comprimé et le ressort de fermeture 11 de raideur K(F) est complètement détendu, les raideurs K(0) et K(F) sont quasiment identiques. Un dispositif mécanique non représenté assure l'immobilisation du contact mobile 1 dans cette position. Lorsque l'ordre d'ouverture est transmis, le contact mobile est libéré. L'énergie mécanique stockée dans le ressort d'ouverture 10 est transformée en énergie cinétique et entraîne la compression du ressort de fermeture 11 comme schématisé par une flèche sur la deuxième vue de la figure 2. Le moteur linéaire 3 assure le contrôle de la trajectoire du contact mobile 1 de façon à ce qu'il arrive en fin de course d'ouverture à vitesse nulle, comme représenté sur la troisième vue de la figure 2. Un dispositif mécanique vient alors immobiliser le contact mobile en position de fermeture. Lorsqu'un ordre de fermeture est transmis, le contact 1 est libéré. Le transfert d'énergie mécanique schématisé par une flèche sur la quatrième vue de la figure 2 s'effectue alors à partir du ressort de fermeture 11 vers le ressort d'ouverture 10, l'énergie mécanique étant transformée en énergie cinétique et comprimant le ressort d'ouverture 10. Le moteur linéaire 3 assure le contrôle de la trajectoire du contact mobile 1 de façon à ce qu'il arrive en fin de course de fermeture à vitesse nulle, comme représenté sur la première vue de la figure 2. La précontrainte des deux ressorts permet une énergie suffisante dans le ressort d'ouverture pour l'exécution d'une manoeuvre d'ouverture lorsque le ressort de fermeture est relâché. Elle assure également leur stabilité mécanique lorsque les ressorts sont en position dom. d'équilibre. Les figures 3 et 4 représentent un mode de réalisation de l'invention avec un moteur rotatif. Si l'on se réfère à la direction vue selon les figures, l'axe A-A' du dispositif de commande est représenté en position verticale et l'arbre rotatif 12 du moteur est disposé perpendiculaire à cet axe. Ces dispositions relatives sont des exemples de réalisation, toute autre disposition pouvant être envisagée. Le contact mobile du disjoncteur n'est pas représenté et est relié de façon connue en soi à une manivelle 14 rotative autour d'un axe B parallèle à l'arbre tournant 12 et décalé de l'axe A- A'.L'entraînement de la manivelle 14 est réalisé grâce à un secteur denté 13 également rotatif autour de l'axe B, articulé sur la manivelle 14 et engrené sur l'arbre de sortie 12. En variante non représenté, l'entraînement peut être réalisé par centrage direct de l'arbre 12 sur l'axe B. L'agencement de ressort mécanique comporte deux ressorts mécaniques précontraints, un premier ressort dit ressort d'ouverture assurant l'ouverture dudit contact et un second ressort 16 dit ressort de fermeture assurant la fermeture dudit contact, ces deux ressorts étant antagonistes et de raideur sensiblement identique. Les moyens d'actionnement sont sollicités par chacun de ces deux ressorts 15, 16 et comportent un ensemble d'éléments mobiles venant en butée contre un élément de butée 19 en position ouverte ou fermée. Ces éléments mobiles sont ladite manivelle 14 articulée à une première extrémité d'une bielle 17 dont l'autre extrémité est articulée sur une bague 18. Cette bielle 17 présente de préférence une forme d'extrémité en U assurant sa rotation partielle autour de l'axe de rotation B de la manivelle 14. Les ressorts 15, 16 sont montés alignés suivant l'axe A-A', l'une de leurs extrémités respectives étant en butée contre une butée de ressort 15A, 16A et leurs extrémités en vis à vis étant séparées par ladite bague 18 mobile. En position de fermeture comme représenté sur la figure 3 et en position d'ouverture comme représenté sur la figure 4, la bielle 17 est en butée contre l'élément de butée 19. En position de fermeture du contact, la manivelle 14 est à proximité d'une position de point mort supérieur, le ressort d'ouverture 15 ne pouvant l'entraîner vers la position d'ouverture qu'au dépassement de ce point mort lors d'une ouverture. Plus précisément, dans cette position de fermeture, l'axe longitudinal de la bielle 17 reliant ses deux articulations a dépassé vers la droite sa position sécante de l'axe B. Il en est de même en position d'ouverture. La manivelle 14 est à proximité d'une position de point mort inférieur, le ressort de fermeture 16 ne pouvant l'entraîner vers la position de fermeture qu'au dépassement de ce point mort lors d'une fermeture. Plus précisément, dans cette position d'ouverture, l'axe longitudinal de la bielle 17 reliant ses deux articulations a dépassé vers la droite sa position sécante de l'axe B Un cycle d'ouverture est maintenant décrit. Le contact mobile est en position fermée tel que représenté sur la figure 3. Lorsqu'un ordre d'ouverture est transmis, le moteur est actif sur une course correspondante au dépassement de point mort précisé ci-dessus. Le transfert d'énergie mécanique s'effectue ensuite dès passage de ce point mort à partir du ressort de d'ouverture 15 vers le ressort de fermeture 16, l'énergie mécanique étant transformée en énergie cinétique et comprimant le ressort de fermeture 16. Le moteur assure le contrôle de la trajectoire du contact mobile de façon à ce qu'il arrive en fin de course d'ouverture à vitesse nulle, comme représenté sur la figure 4. Un cycle de fermeture s'effectue de façon analogue. Le contact mobile est en position ouverte tel que représenté sur la figure 4. Lorsqu'un ordre de fermeture est transmis, le moteur est actif sur une course correspondante au dépassement de point mort précisé ci- dessus. Le transfert d'énergie mécanique s'effectue ensuite dès passage de ce point mort à partir du ressort de fermeture 16 vers le d'ouverture 15, l'énergie mécanique étant transformée en énergie cinétique et comprimant le ressort d'ouverture 15. Le moteur assure le contrôle de la trajectoire du contact mobile de façon à ce qu'il arrive en fin de course de fermeture à vitesse nulle, comme représenté sur la figure 3. Selon une variante de réalisation, le dispositif de commande peut comprendre un agencement de débrayage de l'action du ressort de fermeture 16. Cette variante est représentée sur la figure 5. Cet agencement de débrayage consiste en un dispositif de déplacement commandé de la butée 16A du ressort de fermeture 16. Pour ce faire, cette butée 16A peut être coulissée dans un guide cylindrique 20 vers le bas, vu selon la figure 5. Ce déplacement est commandé grâce à un agencement d'engrenages 21 engrené sur une tige dentée 22 solidaire de la butée 16A en question. Cet agencement d'engrenages 21 maintient la butée 16A en position supérieure telle que représenté sur la figure 5, en fonctionnement normal. Ainsi en cas de panne du moteur, cet agencement de débrayage est mis en fonction et la butée 16A descendue. La force du ressort de fermeture précontraint 16 ajoutée à la force de gravitation, supprime toute action du ressort de fermeture 16. Aucune action n'intervient alors à l'encontre de l'action du ressort d'ouverture 15. Un percuteur 23 est également prévu, disposé pour pouvoir en fonction pousser la manivelle 14 afin qu'elle dépasse son point mort supérieur. La mise en fonction de ce percuteur 23 permet l'ouverture du contact, une fois le ressort de fermeture 16 débrayé. Ce percuteur 23 consiste en un système transformant une énergie électrique en énergie mécanique. Il peut s'agir d'une bobine actionnant un verrou libérant un ressort ou d'un solénoïde. Une fois le moteur de nouveau en fonction, le ressort de fermeture 16 est de nouveau comprimé par remontée de la butée 16A et le dispositif de commande peut reprendre son fonctionnement normal. 14 REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande de disjoncteur destiné à ouvrir et fermer ce dispositif de coupure d'énergie électrique comprenant un contact mobile, ce dispositif de commande comprenant un moteur connecté à des moyens d'alimentation (4 à 9) et des moyens d'actionnement transformant le déplacement en sortie dudit moteur en déplacement dudit contact, dispositif comprenant également un agencement de ressort mécanique participant à l'ouverture dudit contact, caractérisé en ce que ledit agencement de ressort comporte deux ressorts mécaniques précontraints, un premier ressort (10, 15) dit ressort d'ouverture assurant l'ouverture dudit contact et un second ressort (10, 16) dit ressort de fermeture assurant la fermeture dudit contact, ces deux ressorts étant antagonistes et de raideur sensiblement identique, lesdits moyens d'actionnement étant sollicités par chacun de ces deux ressorts et comportant un agencement d'immobilisation en position ouverte et en position fermée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moteur est un moteur d'assistance et de contrôle de la trajectoire dudit contact alimenté par un convertisseur de puissance (4) commandé par un régulateur de position et de vitesse (5). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit régulateur (5) assure un amortissement D B 14535/AP du déplacement dudit contact en fin de course d'ouverture et en fin de course de fermeture. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits ressorts (15, 16) sont montés alignés suivant un axe (A-A'), l'une de leurs extrémités respectives étant en butée contre une butée (15A, 16A) de ressort et l'autre de leurs extrémités en vis à vis étant séparées par une bague (18). 5. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit moteur est un moteur à arbre de sortie rotatif (12), et en ce qu'un ensemble d'éléments articulés assure la liaison dudit arbre rotatif (12) et de ladite bague (18). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit ensemble d'éléments articulés comprend une manivelle (14) entraînée en rotation par ledit arbre de sortie (12) et articulée à une extrémité d'une bielle (17) dont l'autre extrémité est articulée sur ladite bague (18). 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que, en position de fermeture dudit contact, ledit ensemble d'éléments articulés est à proximité d'une position de point mort dit point mort d'ouverture, le ressort d'ouverture (15) ne pouvant l'entraîner vers la position d'ouverture qu'au dépassement de ce point mort lors d'une ouverture. 8. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que, en position d'ouverture dudit contact, ledit ensemble d'éléments articulés est à proximité d'une position_ de point mort dit point mort de fermeture, le ressort de fermeture (16) ne pouvant l'entraîner vers la position de fermeture qu'au dépassement de ce point mort lors d'une fermeture. 9. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que ladite manivelle (14) est entraînée en rotation par ledit arbre de sortie (12) par l'intermédiaire d'un secteur denté (13) engrené sur ledit arbre de sortie (12) et sur lequel elle est articulée. 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un agencement de débrayage de l'action du ressort de fermeture (16). 11. Dispositif selon la revendication 4 et 10, caractérisé en ce que ledit agencement de débrayage consiste en un dispositif de déplacement commandé de ladite butée (16A) du ressort de fermeture (16). 12. Dispositif selon ma revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de poussée (23) dudit ensemble d'éléments mobiles vers son point mort d'ouverture. 13. Dispositif selon la revendication 6 et 12, caractérisé en ce que ledit dispositif de poussée consiste en un percuteur (23) destiné à solliciter ladite manivelle (14). D