Brevet FR2906931A1 — publié le 20080411

CHAMBRE DE COUPURE AVEC CYLINDRE RÉPARTITEUR DE CHAMP POUR DISJONCTEURS HAUTE OU MOYENNE TENSION DESCRIPTION 5 DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne les disjoncteurs à haute ou moyenne tension, dont la distance d'ouverture entre les contacts est réduite et la coupure améliorée. Plus particulièrement, l'invention se 10 rapporte à la présence d'un tube isolant permettant de répartir plus régulièrement le champ électrique lors de la coupure et de diminuer les gradients exercés sur les contacts d'arc. Le cylindre peut en outre être utilisé pour 15 l'actionnement par transmission d'efforts en sens opposé des contacts afin de réduire l'énergie de manoeuvre et/ou pour un déplacement séparé entre contact d'arc et contact principal d'un même bloc de contact. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE 20 Les appareillages de coupure pour moyenne et haute tension comprennent une paire de contacts mobiles l'un par rapport à l'autre entre une position fermée dans laquelle le courant électrique peut circuler et une position ouverte dans laquelle le 25 courant électrique est interrompu. Par convention, on appelle contact principal un contact électrique (avec son capot pare-effluve) par lequel transite le courant nominal ; il est associé à un contact d'arc qui assure la 2906931 2 fonction de coupure proprement dite. On appelle contact mobile l'ensemble contact principal et contact d'arc directement connecté à l'organe de manœuvre. La vitesse de séparation entre les contacts est un des paramètres principaux pour garantir la tenue diélectrique du disjoncteur lors de son ouverture. Pour réduire l'énergie de manoeuvre tout en augmentant la vitesse de séparation des contacts lors notamment d'une coupure d'un disjoncteur, il a été conçu deux contacts mobiles l'un et l'autre, actionnés par l'intermédiaire d'un seul organe de manoeuvre. Le contact mobile opposé , composé lui aussi d'un contact principal et d'un contact d'arc, est alors déplacé via une cinématique, qui est elle-même connectée au contact mobile . En particulier, le document EP 0 822 565 décrit un disjoncteur pour haute et moyenne tension dans lequel un levier à deux bras, l'un étant connecté à une buse solidaire d'un premier contact et l'autre à un deuxième contact, permet que le mouvement du premier contact entraîne simultanément le deuxième contact en sens inverse. A la place d'un système de levier à deux bras, le système de renvoi peut être réalisé par une courroie, ou chaîne, refermée autour de deux pignons : voir document FR 2 774 503. La distance d'ouverture entre les contacts reste cependant importante en raison du champ électrique présent entre les contacts lors de la coupure, ainsi qu'en raison des tensions élevées à 2906931 3 tenir en position ouverte (par exemple lors de chocs de manœuvre). Afin de réduire le champ électrique sur les contacts d'arc, il a été proposé, dans le cas d'un 5 disjoncteur à double mouvement, de positionner une électrode de champ métallique mobile, avec une course réduite et mise en mouvement par un système de levier à deux bras : voir document EP 0 809 269. Cependant, cette solution ne modifie les lignes de champ que du 10 côté du contact d'arc mobile opposé et en fin de course d'ouverture de la chambre, et n'est pas adaptée pour toutes les configurations de disjoncteurs. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention se propose, parmi d'autres 15 avantages, de pallier des inconvénients décrits ci-dessus, et de mieux répartir le champ électrique au niveau des contacts. Cet effet est obtenu par la mise en place d'un tube isolant, qui, par ses propriétés diélectriques optimise les lignes équipotentielles 20 pendant toute l'ouverture des contacts et, en outre, peut permettre de réaliser un système de double mouvement des contacts et de protéger efficacement les contacts principaux des gaz chauds générés par la coupure. 25 Sous un de ses aspects, l'invention concerne une chambre de coupure pour un disjoncteur haute ou moyenne tension comprenant deux contacts composés chacun notamment d'un contact dit principal et d'un contact d'arc. Les contacts sont mobiles 30 relativement l'un par rapport à l'autre, entre une 2906931 4 position ouverte de la chambre de coupure et une position fermée, des moyens d'actionnement permettant le déplacement d'un contact mobile. L'autre contact peut être fixe, ou les deux contacts peuvent être 5 mobiles en translation dans un sens opposé l'un par rapport à l'autre, auquel cas ils sont de préférence déplacés par les mêmes moyens d'actionnement ; il peut en outre y avoir un glissement entre le contact principal et le contact d'arc du deuxième contact 10 mobile opposé. La chambre de coupure selon l'invention est en outre munie d'un tube isolant localisé entre les contacts principaux et les contacts fixes, que leur position soit ouverte ou fermée. De préférence, le tube 15 isolant est fixé au premier contact principal mobile, et il est guidé en translation dans le deuxième contact principal (fixe ou mobile opposé), par exemple par un anneau ; le système de guidage peut être étanche, ce qui permet alors d'éviter un reflux des gaz chauds de 20 la sortie de buse vers les contacts principaux. Le tube isolant permet de déplacer les lignes équipotentielles, pour diminuer le champ électrique appliqué sur les contacts lors de la coupure. Il peut être en différents matériaux, et 25 notamment comprendre des arrangements de fibres, par exemple des enroulements, dans une résine ; le matériau du tube peut également être chargé, en surface ou dans la masse. Pour moduler la répartition du champ, le tube isolant peut être doté de protubérances et/ou 30 surépaisseurs, notamment au niveau de ses extrémités, en particulier au niveau du contact d'arc en forme de 2906931 5 tige. Il est possible également d'y associer une électrode de champ métallique pour diminuer encore le gradient. Avantageusement, le premier contact est 5 associé à une buse de soufflage, localisée elle aussi dans le tube isolant, et la chambre de coupure est remplie de gaz diélectrique. Selon un mode de réalisation préféré, les deux contacts sont mobiles et actionnés par 10 l'intermédiaire du tube isolant. Le tube est alors relié à un contact et aux moyens d'actionnement de sorte que le déclenchement du disjoncteur et le déplacement subséquent du contact entraînent les moyens d'actionnement. Les moyens d'actionnement sont par 15 ailleurs reliés par des moyens de connexion au deuxième contact, de sorte que le déplacement dans une direction du tube entraîne le déplacement en direction opposée du deuxième contact. De préférence, les moyens d'actionnement 20 sont sous la forme d'un levier pivotant autour d'un axe. Les moyens de connexion peuvent être des tiges ou biellettes rigides reliées aux bras de levier, et le dimensionnement des bras de levier peut être ajusté pour optimiser le rapport de vitesses entre le premier 25 et le deuxième contact, voire entre le contact principal et le contact d'arc d'un même contact mobile. Sous un autre aspect, l'invention concerne un disjoncteur haute ou moyenne tension muni d'une chambre de coupure présentant un tube isolant 30 répartiteur de champ, qui peut en outre participer à l'actionnement des contacts. 2906931 6 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS Les caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre et en référence aux dessins 5 annexés, donnés à titre illustratif et nullement limitatifs. La figure 1 représente schématiquement une chambre de coupure, selon l'art antérieur pour une moitié supérieure, et munie d'un tube isolant selon un 10 mode de réalisation de l'invention pour une moitié inférieure. Les figures 2A et 2B montrent, dans deux orientations autour de son axe, une chambre de coupure selon un mode de réalisation préféré de l'invention. 15 EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Un disjoncteur à haute ou moyenne tension, illustré en partie supérieure de la figure 1, comprend une chambre de coupure 10 qui peut être remplie d'un gaz diélectrique de type SF6. La chambre de coupure 10 20 comprend un premier contact mobile 12, composé d'un contact d'arc 12a, par exemple sous forme de tulipe, et d'un contact principal 12b, et un deuxième contact 14, fixe dans ce mode de réalisation, composé d'un contact d'arc 14a, ici sous forme de tige, et d'un contact 25 principal 14b. Ces deux éléments collaborent entre une position ouverte dans laquelle les deux contacts 12, 14 sont séparés l'un de l'autre et une position fermée (non illustrée) dans laquelle ils permettent le passage du courant électrique entre eux. 2906931 7 Lors de la procédure de coupure, les contacts principaux 12b, 14b se séparent, puis les contacts d'arc 12a, 14a se séparent, après une période de latence éventuelle créée par la longueur de 5 l'embrochage, formant un arc électrique qui s'éteint par l'écartement ultérieur du contact 12. Le premier contact 12 est usuellement solidaire d'une buse 16 en matériau isolant, qui elle-même prolonge un volume de compression de gaz. Cette 10 buse diélectrique 16 sert de tuyère de soufflage du gaz issu du volume de compression en direction de l'arc électrique. Tel que schématisé sur la partie supérieure de la figure 1, lors de la séparation des contacts, des 15 lignes V de champ électrique E apparaissent. Ce champ électrique E est très élevé en particulier sur le contact d'arc 14a en raison de sa forme de tige. Ainsi, la distance d'ouverture entre les contacts doit être suffisante pour éviter un réamorçage. 20 Selon l'invention, pour améliorer la coupure, réduire le champ E sur la tige de contact d'arc 14a, et donc réduire la distance d'ouverture, un cylindre isolant 18 est positionné au niveau des contacts 12a, 14a, afin de répartir différemment les 25 lignes équipotentielle V, tel qu'illustré sur la partie inférieure de la figure 1. Le cylindre 18 est positionné entre les contacts principaux 12b, 14b et les contacts d'arc 12a, 14a, ce quelle que soit la position ouverte ou fermée des contacts 12, 14. 30 La présence d'un tube 18 en un matériau de permittivité relative élevée agit sur les lignes de 2906931 8 champ E, qui sont décalées par rapport à leur position classique. Le champ E sur la tige d'arc 14b est alors réduit. Il est possible de choisir la forme et 5 l'épaisseur locale du tube 18 de façon à moduler son influence. En particulier, si l'épaisseur du tube 18 augmente au niveau de la tige de contact d'arc 14a, par exemple par la présence d'une surépaisseur 20 à une extrémité du tube 18, l'effet de modification des 10 lignes de champ E est augmenté, et le champ E14 sur ladite tige 14a est d'autant plus diminué. De même, la permittivité relative du tube 18 agit directement sur la répartition des lignes équipotentielles V. En particulier, le tube 18 peut être un 15 cylindre creux constitué en polymère thermoplastique ou thermodurcissable. Parmi les polymères thermoplastiques, on peut citer notamment les familles des polyesters insaturés, ou des phénoplastes, ou des résines époxydes en réaction avec les durcisseurs 20 anhydrides d'acides, ou des polybismaléides, ou des résines vinylesters ; parmi les polymères thermoplastiques, on peut citer notamment les familles des polyesters thermoplastiques, ou des polyamides, ou des polycarbonates, ou des polyoxydes de phénylène, ou 25 des polysulfones, ou les polyphénylènes sulfures, ou les polyéthercétones, ou les polymères à cristaux liquides, ou les polyimides, ou les polymères fluorés de type PTFE (polytétrafluoroéthylène). On peut également utiliser un alliage de ces matériaux. 30 Le tube 18 peut également être constitué d'un arrangement de fibres, notamment des fibres 2906931 9 minérales comme les fibres de verre ou les fibres polyester ou les fibres aramides de type KevlarTM, chacune pouvant être sous la forme de fils continus, fibres longues (> 3 mm), fibres courtes ( 3 mm), fibres courtes ( REVENDICATIONS 1. Chambre de coupure (10, 110) pour un disjoncteur haute ou moyenne tension comprenant au moins . un premier contact (12, 112) comprenant un contact d'arc (12a, 112a) et un contact principal (12b, 112b) mobile le long de l'axe (AA) de la chambre de coupure (10, 110), - un deuxième contact (14, 114) comprenant un contact d'arc (14a, 114a) et un contact principal (14b, 114b), - des moyens d'actionnement (130) permettant d'actionner le premier contact (12, 112) entre une position fermée dans laquelle les deux contacts (12, 112, 14, 114) sont en contact et une position ouverte dans laquelle ils sont séparés, un tube (18, 118) en matériau isolant s'étendant longitudinalement le long de l'axe (AA) et positionné pour que, quelle que soit la position relative des contacts (12, 112, 14, 114), les deux contacts d'arc (12a, 112a, 14a, 114a) soient localisés à l'intérieur du tube (18, 118) et les deux contacts principaux (12b, 112b, 14b, 114b) soient localisés à l'extérieur du tube (18, 118), -de sorte que le tube (18, 118) modifie les lignes équipotentielles (V) lors de la coupure et en position ouverte. 2. Chambre de coupure selon la revendication 1 dans laquelle le matériau isolant du 2906931 18 tube (18, 118) comprend un arrangement de fibres, comme un enroulement filamentaire. 3. Chambre de coupure selon l'une des 5 revendications 1 à 2 dans laquelle le matériau isolant du tube (18, 118) comprend une résine chargée, dans la masse ou en surface. 4. Chambre de coupure selon l'une des 10 revendications 1 à 3 dans laquelle le matériau isolant du tube (18, 118) est thermoplastique ou thermodurcissable. 5. Chambre de coupure selon l'une des 15 revendications 1 à 4 dans laquelle le tube isolant (18, 118) comprend une surépaisseur (20, 120) à une extrémité au moins. 6. Chambre de coupure selon l'une des 20 revendications 1 à 5 comprenant en outre une électrode de champ tubulaire métallique solidarisée à une extrémité du tube isolant (18, 118). 7. Chambre de coupure selon l'une des 25 revendications 1 à 6, comprenant en outre une buse (16, 116) en matériau isolant couplée de façon fixe au premier contact (12, 112) et localisée dans le tube isolant (18, 118). 30 8. Chambre de coupure selon l'une des revendications 1 à 7 dans laquelle le tube (18, 118) 2906931 19 est couplé de manière fixe au premier contact (12, 112) par son extrémité (24, 124). 9. Chambre de coupure selon la 5 revendication 8 comprenant en outre un système de guidage mécanique (26) en translation du tube isolant (18) le long du contact principal (14b) du deuxième contact (14). 10 10. Chambre de coupure selon la revendication 9 dans lequel le système de guidage (26) est étanche. 11. Chambre de coupure selon l'une des 15 revendications 1 à 10 dans laquelle le deuxième contact (114) est mobile le long de l'axe (AA) et se déplace dans un sens opposé au premier contact (112). 12. Chambre de coupure selon la 20 revendication 11 dans laquelle les moyens d'actionnement (130) du premier contact (112) permettent l'actionnement du deuxième contact (114). 13. Chambre de coupure selon la 25 revendication 12 comprenant des premiers moyens de connexion (142) solidarisés au tube (118) et aux moyens d'actionnement (130) et des deuxièmes moyens de connexion (144) solidarisés au deuxième contact (114) et aux moyens d'actionnement (130) de sorte que lors de 30 leur sollicitation, les moyens d'actionnement (130) 2906931 20 génèrent une translation en sens inverse du tube (118) et du deuxième contact (114). 14. Chambre de coupure selon la 5 revendication 13 dans laquelle les moyens de connexion comprennent une tige (142, 144) connectée à une extrémité au tube (118) ou au deuxième contact (114) et à l'autre extrémité aux moyens d'actionnement (130). 10 15. Chambre de coupure selon la revendication 13 ou 14 dans laquelle les deuxièmes moyens de connexion (144) comprennent deux tiges solidarisées au contact principal (114b), respectivement au contact d'arc (114a), et aux moyens 15 d'actionnement (130), de sorte que le contact d'arc (114a) et le contact principal (14b) du deuxième contact (114) glissent l'un par rapport à l'autre. 16. Chambre de coupure selon l'une des 20 revendications 12 à 15 dans laquelle les moyens d'actionnement (130) comprennent un levier à deux bras (132, 134) pivotant autour d'un axe (136), de sorte que lors du pivotement du levier (130) autour de son axe (136), les premier et deuxième contacts (112, 114) se 25 déplacent en translation en sens inverse le long de l'axe (AA) de la chambre (110). 17. Disjoncteur à haute ou moyenne tension comprenant une chambre de coupure (10, 110) selon l'une 30 des revendications 1 à 16.