Brevet FR2875640A1 — publié le 20060324

DISPOSITIF DE COUPURE ET DE FERMETURE DE LIGNE ÉLECTRIQUE MOYENNE TENSION La présente invention concerne un dispositif de coupure et de fermeture de ligne, appelé également interrupteur, pour courants électriques moyenne tension, allant de 1 kV jusqu'à environ 36 kV. Pour l'exploitation des réseaux électriques en moyenne tension, un isolement diélectrique entre certaines lignes et une commutation des circuits entre eux doivent être réalisés. Pour ce faire, il est nécessaire d'effectuer une interruption ou un enclenchement en tension du courant transitant dans celles-ci. Cependant, un dispositif de coupure et de fermeture de ligne classique n'est pas capable de fermer un circuit en charge, car dès que la distance diélectrique dans l'air va se réduire, du fait du mouvement rapprochant des parties conductrices de ce dispositif, la tension va produire des arcs électriques puissants. Ces arcs sont entretenus dans l'air, avant que les parties conductrices ne se rencontrent vraiment pour réaliser un conducteur fermé. Ces phénomènes sont destructeurs pour les lignes, endommagent les dispositifs de coupure et de fermeture de ligne et sont dangereux pour les opérateurs intervenant à proximité. Afin de les éviter, les dispositifs de coupure et de fermeture de ligne comprennent en parallèle des parties conductrices principales du sectionneur, un autre dispositif permettant de réaliser cette opération de mise en charge du circuit. Pour réaliser cette fonction, on adjoint donc un dispositif mécanique brusque qui manoeuvre un interrupteur sous atmosphère contrôlée. Avant que la distance diélectrique du sectionneur ne soit trop réduite, la tension est dirigée vers l'interrupteur, ce qui permet de réaliser le passage du courant par un autre chemin, qui va confiner l'arc électrique, dans un milieu clos, étanche et restreint vis à vis du milieu extérieur. L'interrupteur sous atmosphère contrôlé, par exemple sous la forme d'une ampoule à vide, est constitué de deux contacts électriques en cuivre, dont l'un est mobile et que l'on pourra manoeuvrer pour faire passer ou non le courant. Ses contacts sont dans un milieu diélectrique, le vide d'air, et sont donc situés à l'intérieur d'un boîtier ou d'une ampoule en céramique étanche, ce qui permet de confiner les arcs électriques produits lors des ouvertures ou les fermetures du circuit dans ce milieu, totalement isolé de l'extérieur. Si l'arc électrique est tout de même créé lors de la séparation des contacts, il ne trouve pas de gaz à ioniser. Il peut également s'agir d'un interrupteur comprenant une ampoule remplie d'un gaz neutre, par exemple du SF6. Art antérieur On a déjà proposé de nombreux dispositifs de coupure et de fermeture associant un sectionneur et un interrupteur sous atmosphère contrôlée. L'interrupteur peut être mis en parallèle avec un sectionneur pour obtenir à la fois une coupure en charge satisfaisante et une ouverture visible du circuit lors que le sectionneur est ouvert. Dans toutes les réalisations connues, le système d'interrupteur sous atmosphère contrôlée est fixé sur un isolateur immobile et la partie mobile du dispositif de coupure et de fermeture sur un autre isolateur immobile, et c'est le sectionneur qui, en s'ouvrant ou en se fermant, vient agir sur un mécanisme brusque qui manoeuvre l'interrupteur sous atmosphère contrôlée, par l'intermédiaire d'une corne conductrice du courant. Cependant, en raison de sa disposition, l'interrupteur sous atmosphère contrôlée du dispositif de coupure exige des mécanismes d'actionnement complexes et se déréglant facilement au cours des cycles d'ouverture et de fermeture de la ligne. En outre, ces réalisations actuelles utilisent une désolidarisation mécanique brusque qui conduit à une rupture de la cinématique de fermeture du sectionneur mobile. Ceci ajoute un risque que le mouvement d'actionnement du dispositif de coupure ne se fasse plus, car à un moment donné il y a séparation physique entre les pièces constitutives. Exposé de l'invention Un problème principal que se propose de résoudre l'invention consiste à mettre au point un dispositif de coupure et de fermeture de ligne moyenne tension. Un deuxième problème est la réalisation d'un dispositif de coupure et de fermeture de ligne intégrant un interrupteur sous atmosphère contrôlé. Un troisième problème est de concevoir un dispositif de coupure et de fermeture de ligne avec un interrupteur présentant une fiabilité en terme de fonctionnement. De manière connue, un dispositif de coupure et de fermeture de ligne électrique est du type comprenant: une première et une deuxième borne, chacune des bornes étant respectivement reliée aux tronçons de la ligne électrique à couper, - un premier contact, fixe, en liaison électrique avec la première borne, un sectionneur, mobile entre une position fermée pour établir un passage d'un courant électrique entre la première et la deuxième borne et une position ouverte pour couper le passage du courant électrique entre la première et la deuxième borne, - un deuxième contact, en liaison électrique avec la deuxième borne, disposé sur le sectionneur, et apte à coopérer avec le premier contact afin d'établir le passage du courant électrique vers la première borne, un mécanisme de commande du sectionneur, un interrupteur sous atmosphère contrôlée, maintenant un passage du courant électrique entre la première et la deuxième borne lorsque le sectionneur est entre la position ouverte et la position fermée, et - un actionneur d'ouverture et de fermeture de l'interrupteur sous atmosphère contrôlée. Conformément à l'invention, le dispositif de coupure et de fermeture de ligne électrique est caractérisé en ce que l'interrupteur sous atmosphère contrôlée est positionné sur le sectionneur mobile. Autrement dit, l'interrupteur sous atmosphère contrôlée est intégré au niveau des parties conductrices mobiles du sectionneur. Cette disposition apporte des avantages techniques en terme de fiabilité et d'insensibilité aux éléments extérieurs et aux intempéries. Les parties fragiles constituant l'interrupteur sont protégées à l'intérieur du sectionneur. En outre, les variations de cotes entre les deux extrémités du sectionneur, engendrés par des phénomènes extérieurs aux sectionneurs et par exemple induits par les connexions des câbles moyenne tension, le poids du givre ou les dilatations thermiques des câbles, n'affectent pas du tout le fonctionnement de l'interrupteur. De manière particulièrement avantageuse, l'interrupteur sous atmosphère contrôlée peut être positionné vers l'extrémité libre du sectionneur mobile. L'actionneur peut ouvrir et peut fermer l'interrupteur sous atmosphère contrôlée de manière synchronisée avec la position du sectionneur, entre la position ouverte de ce sectionneur et la position fermée de ce sectionneur. Le synchronisme entre le mécanisme de l'interrupteur et la position des parties conductrices du sectionneur est solidement assuré, ce qui permet au courant de s'établir au bon moment, de façon fiable et répétitive. L'actionneur peut être une chaîne cinématique. L'une des extrémités de cette chaîne peut être solidarisée au niveau de la deuxième borne. L'autre extrémité peut être reliée au sectionneur La chaîne cinématique peut préférentiellement comprendre deux tiges articulées entre-elles. L'une des extrémités de la première tige peut être solidarisée en rotation sur une plaque au niveau de la deuxième borne. L'une des extrémités de la deuxième tige peut être solidarisée au niveau du sectionneur à l'interrupteur sous atmosphère contrôlée. Dans le cas de formation de glace sur le dispositif, le fonctionnement de la chaîne cinématique du mécanisme brusque de l'interrupteur est maintenu, car toutes les parties mobiles sont reliées solidement au sectionneur. De manière particulièrement favorable, le dispositif de coupure et de fermeture de ligne électrique peut en outre comprendre: - un troisième contact, en liaison électrique avec la première borne, et - un quatrième contact, en liaison électrique avec la deuxième borne, disposé sur le sectionneur, et apte à coopérer avec le troisième contact afin d'établir le passage du courant électrique vers la première borne, lorsque le sectionneur est entre la position ouverte et la position fermée et lorsque l'interrupteur sous atmosphère contrôlée est fermé. Le troisième contact peut être en forme de couteau allongé. Le quatrième contact peut être en forme de pince apte à enserrer le couteau. Le sectionneur peut avantageusement être un bras mobile par pivotement entre la position ouverte et la position fermée, par rapport à un axe situé au niveau de la deuxième borne. Description sommaire des figures L'invention sera bien comprise et ses divers avantages et différentes caractéristiques ressortiront mieux lors de la description suivante, de l'exemple non limitatif de réalisation, en référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels: la Figure 1 représente une vue en perspective du dessus d'un dispositif de coupure et de fermeture de ligne; et - les Figures 2 à 5 représentent des vues latérales du dispositif de la Figure 1, avec différentes positions du sectionneur. Description détaillée de l'invention Comme le représente la Figure 1, un dispositif de coupure et de fermeture pour ligne électrique moyenne tension (1) comprend un châssis (2), par exemple prévu pour être fixé en haut d'un poteau, sur une face d'un poteau ou dans un capotage posé sur le sol ou enterré. Un premier isolateur fixe latéral (3) et un deuxième isolateur fixe latéral (4), sont montés sur châssis (2) de manière sensiblement perpendiculaires. Ces isolateurs fixes (3 et 4) supportent, respectivement sur leur première tête (6) et deuxième tête (7), une première borne (8) et une deuxième borne (9), en matériau électriquement conducteur. Les bornes (8 et 9) sont adaptées pour être reliées par tout moyen connu approprié à des tronçons respectifs de la ligne électrique à couper. Le dispositif de coupure et de fermeture de ligne (1) comprend un sectionneur (11) sous la forme d'un bras, d'un couteau ou d'une barre mobile. Le sectionneur (11) pivote par rapport à un axe de sectionneur (A) prévu au niveau de la deuxième tête (7). Le sectionneur (11) pivote dans le plan constitué par le châssis (2) et les deux isolateurs fixes (3 et 4). Ainsi, le sectionneur (11) passe d'une position dite fermée , sensiblement parallèle au châssis (2), à une position dite ouverte , sensiblement perpendiculaire au châssis (2). Les positions ouvertes et fermées sont définies par le passage du courant électrique avec la présence d'un contact mobile (12), présent sur le sectionneur (11), apte à coopérer avec un contact fixe (13), monté sur l'autre des têtes (7) opposée à la tête (6) de l'axe (A). Le contact fixe (13) est en permanence électriquement en continuité avec la première borne (8). De même, le contact mobile (12) est électriquement en continuité avec la deuxième borne (9), par l'intermédiaire du sectionneur (11) en matériau électriquement conducteur. Le contact fixe (13) se présente sous la forme d'une fourche bifide, dimensionnée pour recevoir en son centre le sectionneur (11) avec son contact mobile (12). Pour le pivotement du sectionneur (11), une barre de commande (14), pouvant être actionnée par un opérateur, est insérée perpendiculairement et au travers du châssis (2). La barre de commande (14) est parallèle à l'axe (A) de pivotement du sectionneur (11) et tourne par rapport à un axe de barre (B). Cette barre horizontale (14) est raccordée à une embase pivotante (16), qui tourne par rapport à l'axe de barre (B). L'embase pivotante (16) est elle-même raccordée pour pivoter par rapport à un axe d'embase (C) à l'extrémité inférieure d'un isolateur central (17). L'isolateur central (17) porte à son extrémité supérieure une pièce de raccord (18) enserrant le sectionneur (11) et pivotant par rapport à un axe d'isolateur (D). Les axes de sectionneur (A), de barre (B), d'embase (C) et d'isolateur (D) sont parallèles entre-eux. Grâce à la coopération définie entre la barre de commande (14), l'embase pivotante (16), l'isolateur (17) et le sectionneur (11), tout pivotement de la barre de commande (14) autour de l'axe de barre (B) entraîne un pivotement du sectionneur (11) autour de son axe (A). Ainsi, par le pivotement de la barre de commande (14) dans un sens, le sectionneur (11) passe d'une position ouverte (Figure 2) à une position fermée (Figure 5) et vice-versa. Conformément à l'invention, l'interrupteur sous atmosphère contrôlée, ici une ampoule à vide (10), est fixé à l'extrémité du sectionneur (11). Généralement, ces interrupteurs sous atmosphère contrôlée comprennent un contact fixe et un contact mobile. Ce contact mobile est guidé à translation par rapport au contact fixe, entre une position d'ouverture et une position de fermeture sur ce dernier, selon l'axe de l'ampoule. Ces interrupteurs sous atmosphère contrôlée connus comprennent le plus souvent un mécanisme de commande qui comporte un accumulateur d'énergie à ressort, avec dépassement de point d'équilibre, pour contrôler l'ouverture et la fermeture de l'interrupteur sous atmosphère contrôlée. Le dispositif de coupure et de fermeture de ligne (1) comprend un troisième contact (19). Ce troisième contact (19) est en liaison électrique avec la première borne (8). Le troisième contact (19) se présente sous la forme d'une lame, d'un tige ou d'un couteau allongé métallique se déployant perpendiculairement à la première borne (8). Le sectionneur (11) comprend un quatrième contact (21). Ce quatrième contact (21) est en liaison électrique avec la deuxième borne (9), lorsque l'ampoule à vide (10) est fermée, le sectionneur étant entre sa position ouverte et la position fermée. Dans ce cas, une partie du courant électrique passe de la première borne (8) au troisième contact (19), du troisième contact (19) au quatrième contact (21) et ainsi du quatrième contact (21) à la deuxième borne (9). Le quatrième contact (21) est en forme de pince apte à enserrer le couteau formant le troisième contact (19). L'actionnement du mécanisme de commande de l'ampoule à vide (10) est synchronisé au pivotement du sectionneur (11). Cette synchronisation se fait grâce à une chaîne cinématique (22), de type embiellage. Cette chaîne cinématique (22) comprend une plaque latérale fixe (23) solidarisée à la deuxième tête (7). La plaque (23) se déploie dans le plan constitué par le châssis (2) et les deux isolateurs fixes (3 et 4). La plaque (23) est positionnée latéralement par rapport au sectionneur (11). Une première tige (24) est monté au niveau du rebord libre de la plaque (23). La première tige (24) pivote à son extrémité par rapport à la plaque (23) autour d'un axe de rotation de plaque (E). La plaque (23) permet de décaler l'axe de plaque (E) de l'axe de sectionneur (A). L'axe de rotation de plaque (E) est parallèle à l'axe de sectionneur (A). Une deuxième tige (26) est monté à l'autre extrémité de la première tige (24). La deuxième tige (26) pivote à son extrémité par rapport à la première tige (24) autour d'un axe de rotation de tige (F). Cette deuxième tige (26) est fixée par son autre extrémité à l'ampoule à vide (10) sur le sectionneur (11), pour tourner par rapport à un axe d'ampoule (G). Le pivotement de la deuxième tige (26) par rapport à l'axe d'ampoule (G) va déclencher l'actionneur de l'ampoule à vide (10). L'actionneur de l'ampoule à vide (10) comprend un ensemble cinématique à levier, came et ressort, de type tumbler , connecté à l'axe d'ampoule (G), assurant l'ouverture et la fermeture de cette ampoule (10). Cet ensemble permet de délivrer aussi bien dans le sens d'ouverture que de fermeture de l'ampoule (10), une vitesse et une force minimale sur la partie mobile de cette ampoule (10), afin de réaliser les conditions d'enclenchement et de coupure du courant. Fonctionnement de l'invention Lorsque l'opérateur décide de fermer le dispositif de coupure et de fermeture pour ligne électrique moyenne tension (1), afin de rétablir le courant dans le réseau électrique concerné entre les deux bornes (8 et 9), le sectionneur (11) commence à pivoter (voir Figure 3) et à se fermer. Le sectionneur (11) se rapproche de la première borne (8), et avant que la distance diélectrique ne soit trop faible, les contacts de l'ampoule à vide (10) se ferment, afin de faire passer le courant par cette voie (voir Figure 4). Cette fermeture s'exerce grâce aux deux tiges (24 et 26), synchronisées au mouvement de fermeture du sectionneur (11), agissant sur le dispositif mécanique brusque permettant d'agir sur la fermeture des contacts de l'ampoule à vide (10). Le courant transite donc par un circuit parallèle, constitué par le troisième contact (19) puis le quatrième contact (21), par l'ampoule à vide (10) dont les contacts sont fermés, puis par la partie des contacts du sectionneur (11) alors en rotation. Le sectionneur (11) finit donc sa course de fermeture, et vient ainsi dans son autre position de référence, dite fermée, les parties conductrices principales, avec le contact fixe (13) et le contact mobile (12), venant réaliser une liaison électrique solide et permanente (voir Figure 5), permettant de résister durablement au courant nominal et éventuellement au courant de court-circuit. Lorsque l'opérateur décide d'ouvrir le dispositif de coupure et de fermeture pour ligne électrique moyenne tension (1), les opérations inverses vont donc se dérouler. Les parties principales conductrices du sectionneur (11), c'est-à-dire le contact mobile (12), vont donc quitter en premier le contact fixe (13), le courant suivant alors le chemin parallèle par l'ampoule à vide (10). Le mouvement de rotation du sectionneur (11) entraîne par ailleurs le levier de commande du mécanisme brusque, avec ses tiges (24 et 26), qui s'arme pour permettre l'ouverture de l'ampoule (10) au moment adéquat. Avant que les troisième et quatrième contacts (19 et 21) ne se séparent, l'ampoule à vide (10) s'ouvre alors, réalisant la coupure du courant principal à l'intérieur ce celle-ci, le courant est coupé, les troisième et quatrième contacts (19 et 21) se séparent, le sectionneur (11) s'ouvre complètement pour revenir dans sa position de référence ouverte. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés. De nombreuses modifications peuvent être réalisées, sans pour autant sortir du cadre défini par la portée du jeu de revendications. REVENDICATIONS 1. Dispositif de coupure et de fermeture de ligne électrique, du type comprenant: une première et une deuxième borne (8, 9), chacune des bornes (8, 9) étant respectivement reliée aux tronçons de la ligne électrique à couper, - un premier contact (13), fixe, en liaison électrique avec la première borne (8), un sectionneur (11), mobile entre une position fermée pour établir un passage d'un courant électrique entre la première borne (8) et la deuxième borne (9) et une position ouverte pour couper le passage du courant électrique entre la première borne (8) et la deuxième borne (9), un deuxième contact (12), en liaison électrique avec la deuxième borne (9) , disposé sur le sectionneur (11), et apte à coopérer avec le premier contact (13) afin d'établir le passage du courant électrique vers la première borne (8), - un mécanisme de commande (14, 16, 17, 18) du sectionneur (11), - un interrupteur sous atmosphère contrôlée (10), maintenant un passage du courant électrique entre la première borne (8) et la deuxième borne (9) , lorsque le sectionneur (11) est entre la position ouverte et la position fermée, et un actionneur d'ouverture et de fermeture (22) de l'interrupteur sous atmosphère contrôlée (10), caractérisé en ce que l'interrupteur sous atmosphère contrôlée (10) est positionné sur le sectionneur mobile (11). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'interrupteur sous atmosphère contrôlée (10) est positionné vers l'extrémité libre du sectionneur mobile (11). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'actionneur (22) ouvre et ferme l'interrupteur sous atmosphère contrôlée (10) de manière synchronisée avec la position du sectionneur (11) entre la position ouverte et la position fermée. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'actionneur (22) est une chaîne cinématique, dont l'une des extrémités est solidarisée au niveau de la deuxième borne (9) et dont l'autre extrémité est reliée au sectionneur (11). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la chaîne cinématique comprend deux tiges articulées entre-elles (24, 26), l'une des extrémités de la première tige (24) étant solidarisée en rotation sur une plaque (23) au niveau de la deuxième borne (9) et l'une des extrémités de la deuxième tige (26) étant solidarisée à l'interrupteur sous atmosphère contrôlée (10) au niveau du sectionneur (Il). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: un troisième contact (19), en liaison électrique avec la première borne (8), et un quatrième contact (21), en liaison électrique avec la deuxième borne (9), disposé sur le sectionneur (11), et apte à coopérer avec le troisième contact (19), afin d'établir le passage du courant électrique vers la première borne (8), lorsque le sectionneur (11) est entre la position ouverte et la position fermée et lorsque l'interrupteur sous atmosphère contrôlée (10) est fermé. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le troisième contact (19) est en forme de couteau allongé, et en ce que le quatrième contact (21) est en forme de pince apte à enserrer le couteau. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le sectionneur (11) est un bras mobile par pivotement entre la position ouverte et la position fermée, par rapport à un axe (A) situé au niveau de la deuxième borne (9). Déposant SOCIETE DAUPHINOISE DE CONSTRUCTIONS ÉLECTRO-MECANIQUES Mandataire Cabinet LAURENT & CHARRAS