Brevet FR2926663A1 — publié le 20090724

DISJONCTEUR À SOUFFLAGE D'ARC A RIGIDITÉ DIÉLECTRIQUE ÉLEVÉE. DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine général de l'appareillage électrique et notamment au domaine des disjoncteurs à soufflage d'arc du type 10 � Dead Tank �, notamment pour la moyenne ou haute tension. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Les disjoncteurs à soufflage d'arc comportent 15 habituellement une chambre de coupure remplie d'un gaz diélectrique, délimitée par une enveloppe métallique mise à la masse. A l'intérieur de la chambre de coupure sont habituellement disposés un contact d'arc fixe et un 20 contact d'arc mobile suivant une direction axiale par rapport au contact d'arc fixe. Lors de l'ouverture du disjoncteur, un organe de manoeuvre sépare les contacts d'arc l'un de l'autre. Un arc électrique se forme entre les contacts d'arc, qui 25 doit être éteint. Pour cela, le soufflage de l'arc consiste à faire passer du gaz diélectrique présent dans le disjoncteur au travers de l'arc à l'instant d'ouverture du disjoncteur.5 Le soufflage de l'arc est habituellement obtenu par compression du gaz diélectrique contenu dans un volume de soufflage, d'une part mécaniquement, par le mouvement de l'ensemble mobile du disjoncteur avant l'ouverture effective du disjoncteur, puis d'autre part thermiquement, par échauffement du gaz du fait de la chaleur de l'arc lorsque celui-ci est formé. Le gaz de coupure est alors chauffé par l'arc, ce qui augmente fortement sa température. Ce gaz chaud se disperse ensuite dans l'enveloppe métallique et se mélange avec le gaz présent dont la température est inférieure à celle du gaz chaud. Ces zones de mélange présentent alors une rigidité diélectrique diminuée, et entraînent de ce fait un risque important d'amorçage à l'enveloppe. Une solution consiste à utiliser une enveloppe métallique de grand volume intérieur pour diminuer l'impact thermique des gaz chauds sur le gaz diélectrique stagnant. Cependant, cette solution contrevient à l'exigence actuelle de réduction de la taille des disjoncteurs à soufflage d'arc. Une autre solution est présentée dans le document US-5793597 qui décrit un disjoncteur à soufflage d'arc dont le porte-contact fixe 21 est conçu pour assurer un refroidissement du gaz chaud le traversant. Le porte-contact fixe 21 est un tube cylindrique conducteur coaxial au contact d'arc fixe 20 qui assure le maintien de celui-ci et le relie électriquement via un conducteur 41b à une borne de haute ou moyenne tension du réseau électrique. Il est fixé à l'enveloppe 1 métallique par l'intermédiaire d'une pièce électriquement isolante 3. Le porte-contact fixe 21 comprend une première partie tubulaire se terminant par un contact fixe permanent 22 entourant sensiblement le contact d'arc fixe 20 et une seconde partie formant tube d'échappement 23 qui s'étend dans une direction opposée à la première partie et dans le prolongement de celle-ci. Lors du soufflage de l'arc, une partie du gaz de coupure s'écoule au travers d'une buse 13 fixée à un cylindre de soufflage 14 entourant le contact d'arc mobile 10, en direction du contact d'arc fixe 20. L'autre partie s'écoule en direction opposée au travers de l'ensemble mobile, et plus précisément, du contact d'arc mobile 10 habituellement de forme tubulaire cylindrique. Le tube d'échappement 23 du porte-contact fixe 21 présente une pluralité d'ouvertures d'entrée 24 de gaz et une pluralité d'ouvertures de sortie 25 de gaz. Les ouvertures d'entrée 24 sont disposées en amont des ouvertures de sortie 25, selon le sens d'écoulement des gaz chauds dans le tube d'échappement 23. Lors de l'ouverture de disjoncteur, les gaz chauds s'écoulent à grande vitesse au travers du porte-contact fixe 21, et donc du tube d'échappement 23, ce qui entraîne une pression plus faible à l'intérieur du tube 23 qu'à l'extérieur. Aussi, le gaz diélectrique hors du tube d'échappement 23 et donc de température plus basse est aspiré au travers des ouvertures d'entrée 24 de gaz, et se mélange avec les gaz chauds, ce qui entraîne une baisse de la température de ceux-ci. Cependant, les gaz chauds restent à l'intérieur de l'enveloppe métallique 1, ce qui provoque nécessairement une diminution de la rigidité diélectrique du gaz à l'intérieur de l'enveloppe 1. Le risque d'amorçage à l'enveloppe n'est alors pas écarté. Par ailleurs, cette solution nécessite une gestion complexe de l'écoulement des gaz chauds et de leur mélange avec le gaz diélectrique de plus faible température pour être efficace, qui dépend de nombreux paramètres physiques des gaz et de paramètres géométriques, comme la disposition relative des ouvertures d'entrée et de sortie des gaz. De plus, il est nécessaire d'utiliser un tube d'échappement de grande longueur, ce qui ne permet pas d'obtenir des disjoncteurs de taille réduite. EXPOSÉ DE L'INVENTION Le but de la présente invention est de proposer un disjoncteur à soufflage d'arc pour lequel l'impact thermique des gaz chauds sur la rigidité diélectrique du gaz présent dans l'enveloppe électriquement conductrice est minimisé. Pour ce faire, l'invention a pour objet un disjoncteur à soufflage d'arc, comprenant : - une enveloppe électriquement conductrice remplie de gaz diélectrique à l'intérieur de laquelle sont disposés un premier et un second contacts d'arc destinés à coopérer l'un avec l'autre, dont au moins l'un est mobile selon un axe de manoeuvre entre une position de fermeture et une position d'ouverture, un porte-contact creux, fixe par rapport à l'enveloppe, sur lequel est monté ledit premier contact d'arc, une traversée isolante montée sur ladite enveloppe et délimitant un espace de traversée, et contenant un conducteur assurant la liaison électrique entre une borne électrique de raccord et ledit porte- contact. Selon l'invention, le disjoncteur comprend un conduit d'échappement communiquant avec l'intérieur dudit porte-contact et s'étendant dans l'espace de traversée, comportant au moins une ouverture d'échappement située dans ledit espace de traversée, de sorte que le gaz de coupure chauffé par l'arc lors de l'ouverture des contacts d'arc et s'écoulant au travers dudit porte-contact puisse être évacué dans ledit espace de traversée par ladite ouverture d'échappement. Ainsi, les gaz chauds sont évacués dans les espaces de traversée et n'entraînent pas de hausse de température du gaz présent dans l'enveloppe. L'impact thermique des gaz chauds sur la rigidité diélectrique du gaz présent dans l'enveloppe est alors minimisé. Les fonctions d'isolation des parties actives et la fonction de coupure de ce gaz sont alors préservées. De plus, du fait que le dimensionnement de l'enveloppe dépend essentiellement de la valeur de la rigidité diélectrique du gaz, il est maintenant possible de réduire de manière importante les dimensions de l'enveloppe. Avantageusement, ladite enveloppe délimite une chambre de coupure qui communique avec ledit espace de traversée. Ainsi, lors de l'évacuation des gaz chauds dans l'espace de traversée, le gaz initialement présent dans cet espace, de température inférieure à celle des gaz chauds, est � poussé � dans l'enveloppe, ce qui maintient la rigidité diélectrique du gaz présent dans l'enveloppe à une valeur élevée. Selon le premier mode de réalisation préféré, ledit conducteur est ledit conduit d'échappement, celui-ci étant électriquement conducteur. Le conduit d'échappement est donc raccordé à ladite borne de raccord. Il n'est alors pas nécessaire de disposer d'une pièce conductrice distincte pour assurer la liaison électrique entre la borne de raccord et le porte-contact. En effet, le conduit d'échappement assure également cette fonction. Selon le second mode de réalisation préféré de l'invention, le conduit d'échappement est distinct dudit conducteur. Le conduit d'échappement peut être raccordé audit porte-contact. Le conduit d'échappement peut être un tube rigide. Le premier contact d'arc peut être fixe, ou mobile. Dans le cas où le premier contact d'arc est mobile, il est de préférence creux et solidaire d'un tube de manoeuvre avec lequel il communique. Ledit tube de manoeuvre est alors coulissant à l'intérieur dudit porte-contact, et le conduit d'échappement est raccordé audit tube de manoeuvre de manière à communiquer avec l'intérieur dudit tube de manoeuvre. Le conduit d'échappement est, de préférence, flexible sur au moins une partie de sa longueur. Le disjoncteur peut comprendre un second porte-contact creux, fixe par rapport à l'enveloppe, sur lequel est monté ledit second contact d'arc, et une seconde traversée isolante montée sur ladite enveloppe et délimitant un second espace de traversée, et contenant un second conducteur assurant la liaison électrique entre une borne électrique de raccord et ledit second porte-contact. Un second conduit d'échappement communique alors avec l'intérieur dudit second porte- contact et s'étend dans ledit second espace de traversée. Il comporte au moins une ouverture d'échappement située dans ledit second espace de traversée, de sorte que le gaz de coupure chauffé par l'arc lors de l'ouverture des contacts d'arc et s'écoulant au travers dudit second porte-contact puisse être évacué dans ledit second espace de traversée par ladite ouverture d'échappement. Selon un autre mode de réalisation, les premier et second contacts d'arc sont tous deux mobiles, et dans des directions opposées. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS On décrira à présent, à titre d'exemples non limitatifs, des modes de réalisation de l'invention, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : La figure 1, déjà décrite, est une représentation schématique en coupe longitudinale d'un disjoncteur à soufflage d'arc selon l'art antérieur La figure 2 est coupe longitudinale mode de réalisation position d'ouverture une représentation schématique en du disjoncteur selon un premier préféré de l'invention, dans sa La figure 3, qui reprend la figure précédente, montre plus particulièrement l'enveloppe sur laquelle 10 sont montées des traversées isolantes ; et La figure 4 est une représentation schématique en coupe longitudinale du disjoncteur selon une variante du premier mode de réalisation préféré de l'invention. 15 EXPOSÉ DÉTAILLÉ D'UN MODE DE RÉALISATION PREFERE Un disjoncteur selon l'invention est du type � Dead Tank �, c'est-à-dire qu'il comporte des parties actives isolées dans un gaz diélectrique, par exemple de l'hexafluorure de soufre (SF6) sous une pression 20 contrôlée, à l'intérieur d'une enveloppe 1 électriquement conductrice et dont le raccordement au réseau des parties actives est réalisé par l'intermédiaire de traversées isolantes 40a, 40b. L'enveloppe conductrice 1 est de préférence 25 métallique et mise à la masse. Elle est de forme généralement cylindrique, et définit la chambre de coupure 2. La chambre de coupure 2 contient les parties actives du disjoncteur, notamment un premier et un 30 second contacts d'arc 10, 20 destinés à coopérer l'un avec l'autre, dont au moins l'un est mobile selon un axe de manoeuvre entre une position de fermeture et une position d'ouverture. Dans le mode de réalisation préféré représenté sur les figures 2 et 3, le premier contact d'arc 10 est 5 mobile, et présente une forme tubulaire. Il est monté fixement sur un tube de manoeuvre 4 traversant l'enveloppe 1 de manière étanche et relié à un organe de manoeuvre 5. Le contact d'arc mobile 10 est monté coulissant sur 10 un porte-contact mobile 11, celui-ci étant fixe par rapport à l'enveloppe 1. Le porte-contact mobile 11 peut être fixé à l'enveloppe 1 par l'intermédiaire d'une pièce isolante 3. Le porte-contact mobile 11 présente une forme 15 tubulaire qui entoure de manière coaxiale le contact d'arc mobile 10. Le porte-contact mobile 11 est électriquement conducteur, par exemple métallique, et est relié électriquement au contact d'arc mobile 10. 20 Le disjoncteur est également muni de moyens de soufflage d'arc connus de l'homme du métier. La figure 2 montre un exemple non limitatif de tels moyens, qui comprennent un cylindre de soufflage 14 muni d'une buse 13 en son extrémité adapté à coulisser suivant l'axe de 25 manoeuvre. Le cylindre de soufflage 14 coopère avec un piston 15 fixé sur le porte-contact mobile 11 de manière à définir un volume de compression et un volume de soufflage. Le disjoncteur comprend un second contact d'arc 20, 30 fixe par rapport à l'enveloppe 1, en forme de tige, et destiné à être en contact avec le contact d'arc mobile 10 lorsque le disjoncteur est en position de fermeture. Le contact d'arc fixe 20 est fixé à un porte-contact fixe 21 de forme tubulaire, coaxial vis-à-vis du contact d'arc fixe 20 et entourant celui-ci. Le porte-contact fixe 21 est électriquement conducteur, par exemple métallique, et est relié électriquement au contact d'arc fixe 20. Chaque contact d'arc 10, 20 est électriquement relié, par l'intermédiaire de son porte-contact associé 11, 21, à une borne électrique de raccord 42a, 42b au réseau électrique via un conducteur s'étendant dans une traversée isolante 40a, 40b. Une traversée 40a, 40b comporte un isolateur tubulaire 43a, 43b monté en une extrémité sur l'enveloppe 1 par une bride de fixation 44a, 44b. Une borne électrique de raccord 42a, 42b au réseau ferme la traversée en son extrémité opposée. La traversée définit ainsi un espace de traversée 45a, 45b. La première traversée 40a contient un premier conducteur assurant la liaison électrique entre la première borne de raccord 42a et le porte-contact mobile 11. De la même manière, la seconde traversée 40b contient un second conducteur assurant la liaison électrique entre la seconde borne de raccord 42b et le porte-contact fixe 21. Il est à noter que le champ électrique dans la première (resp. deuxième) traversée entre le premier (resp. second) conducteur et l'enveloppe 1 à la masse diminue à mesure que l'on s'éloigne de ladite enveloppe 1. L'enveloppe et les traversées sont avantageusement remplies du même gaz diélectrique, et chaque espace de traversée 45a, 45b communique avec la chambre de coupure 2. Selon l'invention, le disjoncteur comprend un conduit d'échappement qui communique avec l'intérieur du premier porte-contact et s'étend dans l'espace de traversée. Le conduit d'échappement comporte au moins une ouverture d'échappement située dans ledit espace de traversée, de préférence à proximité de ladite borne électrique de raccord. Selon le premier mode de réalisation préféré de l'invention, un premier conduit d'échappement 31a est raccordé au porte-contact mobile 11 et un second conduit d'échappement 31b est raccordé sur le porte-contact fixe 21. Comme le montre la figure 3, les conduits d'échappement 31a, 31b, avantageusement réalisés en matériau conducteur, par exemple métallique, sont raccordés aux bornes de raccord 42a, 42b, et assurent ainsi la liaison électrique entre la borne de raccord 42a, 42b de la traversée correspondante et le porte-contact associé 11, 21. Il n'est alors pas nécessaire de disposer de conducteur électrique dédié, distinct du conduit d'échappement correspondant. Chaque conduit d'échappement 31a, 31b peut être un tube rigide ou un flexible. Dans le cas d'un conduit d'échappement flexible, des moyens de maintien (non représentés) sont avantageusement prévus pour assurer le maintien du conduit 31a, 31b dans une position déterminée dans la traversée 40a, 40b correspondante et dans l'enveloppe 1. Selon une variante du premier mode de réalisation préféré, le conduit d'échappement 31a peut être raccordé au tube de manoeuvre 4 de manière à communiquer avec l'intérieur de celui-ci. Cette variante est représentée sur la figure 4, dans le cas du second mode de réalisation préféré qui est détaillé plus loin. Le premier contact d'arc 10 est alors creux et solidaire du tube de manoeuvre 4 avec lequel il communique. Le tube de manoeuvre 4 communique également avec l'intérieur du porte-contact mobile 11. Ainsi, le conduit d'échappement 31a communique indirectement avec l'intérieur du porte-contact 11, par l'intermédiaire du tube de manoeuvre 4. Selon cette variante, le conduit d'échappement 31a raccordé au tube de manoeuvre 4 est alors au moins en partie flexible. Il peut l'être entièrement, de la borne de raccord 42a jusqu'au tube de manoeuvre 4, ou seulement dans la portion entre le porte-contact mobile 11 et le tube de manoeuvre 4. Le caractère flexible du conduit 31a lui permet de rester raccordé au tube de manoeuvre lorsque celui-ci se déplace lors de l'ouverture du disjoncteur. L'ouverture et la fermeture du disjoncteur sont assurées par des moyens d'actionnement, qui comprennent le tube de manoeuvre 4 et l'organe de manoeuvre 5. Ils permettent de déplacer le contact d'arc mobile 10 entre les positions de fermeture et d'ouverture correspondantes. Lors de l'ouverture du disjoncteur, le gaz de coupure est projeté sur l'arc de manière à le souffler, et se réchauffe au contact de celui-ci. Une partie du gaz chaud s'écoule alors au travers du porte-contact mobile 11 puis s'introduit dans le premier conduit d'échappement 31a. Ce gaz chaud est alors évacué dans l'espace de traversée 45a par l'ouverture d'échappement 32a. De la même manière, une autre partie du gaz chaud s'écoule au travers du porte-contact fixe 21, puis s'introduit dans le second conduit d'échappement 31b pour être évacué dans le second espace de traversée 45b par l'ouverture d'échappement 32b. Ainsi, les gaz chauds sont évacués, en partie ou totalement dans les espaces de traversée 45a, 45b. La rigidité diélectrique du gaz présent dans l'enveloppe n'est alors pas dégradée du fait d'une hausse de la température. Le risque d'amorçage à l'enveloppe, voire de réamorçage entre les contacts d'arc 10, 20, est alors écarté. De plus, chaque espace de traversée 45a, 45b communique avantageusement avec la chambre de coupure 2. Aussi, l'évacuation des gaz chauds à l'intérieur des traversées � pousse � le gaz initialement présent dans les espaces de traversée 45a, 45b vers la chambre de coupure 2. Ce gaz froid, dans la mesure où sa température est inférieure à celle des gaz chauds, vient se mélanger au gaz présent dans la chambre de coupure 2. Aussi, la rigidité diélectrique du gaz présent dans la chambre de coupure 2 reste optimale, puisque le gaz de coupure se trouve renouvelé par le gaz initialement présent dans les espaces de traversée 45a, 45b. Ainsi, d'une part les risques d'amorçage à l'enveloppe 1 et de réamorçage entre les parties actives sont écartés, et d'autre part, le prochain soufflage d'arc sera réalisé avec du gaz de coupure présentant des propriétés diélectriques non dégradées. Un second mode de réalisation préféré de l'invention est représenté sur la figure 4, dans lequel un conducteur électrique 41a, distinct du conduit d'échappement 31a, est prévu et assure la liaison électrique entre la borne de raccord et le porte-contact 11. Le conduit d'échappement 31a peut présenter les caractéristiques décrites ci-dessus. Il peut en outre être réalisé en matériau électriquement isolant. D'autres modes de réalisation sont possibles, pour lesquels le disjoncteur comprend un unique conduit d'échappement, qui communique avec l'intérieur du porte-contact mobile ou du porte-contact fixe. Enfin, l'invention est applicable également aux disjoncteurs à double mouvement, c'est-à-dire comprenant deux contacts d'arc mobiles dans des directions opposées. Ils peuvent être actionnés par un dispositif de manoeuvre commun et présenter une vitesse égale ou être actionnés par des dispositifs de manoeuvre différents et présenter éventuellement des vitesses différentes. Dans ce cas, il est avantageux que deux conduits d'échappement soient prévus et communiquent chacun avec 5 l'intérieur du porte-contact mobile correspondant. REVENDICATIONS 1. Disjoncteur à soufflage d'arc, comprenant : une enveloppe (1) électriquement conductrice remplie de gaz diélectrique à l'intérieur de laquelle sont disposés un premier et un second contacts d'arc (10, 20) destinés à coopérer l'un avec l'autre, dont au moins l'un est mobile selon un axe de manoeuvre entre une position de fermeture et une position d'ouverture, un porte-contact (11 ; 21) creux, fixe par rapport à l'enveloppe (1), sur lequel est monté ledit premier contact d'arc, une traversée (40a ; 40b) isolante montée sur ladite enveloppe (1) et délimitant un espace de traversée (45a ; 45b), et contenant un conducteur assurant la liaison électrique entre une borne électrique de raccord (42a ; 42b) et ledit porte-contact (11 ; 21), le disjoncteur étant caractérisé en ce qu'il comprend un conduit d'échappement (31a ; 31b) communiquant avec l'intérieur dudit porte-contact (11 ; 21) et s'étendant dans l'espace de traversée (45a ; 45b), comportant au moins une ouverture d'échappement (32a ; 32b) située dans ledit espace de traversée (45a ; 45b), de sorte que le gaz de coupure chauffé par l'arc lors de l'ouverture des contacts d'arc (10, 20) et s'écoulant au travers dudit porte-contact (11 ; 21) puisse être évacué dans ledit espace de traversée (45a ; 45b) par ladite ouverture d'échappement (32a ; 32b). 2. Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite enveloppe (1) délimite une chambre de coupure (2) qui communique avec ledit espace de traversée (45a ; 45b). 3. Disjoncteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit conducteur est ledit conduit d'échappement (31a ; 31b), celui- ci étant électriquement conducteur. 4. Disjoncteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le conduit d'échappement (31a ; 31b) est distinct dudit conducteur (41a). 15 5. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le conduit d'échappement (31a ; 31b) est raccordé audit porte-contact (11 ; 21). 20 6. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le conduit d'échappement (31a ; 31b) est un tube rigide. 7. Disjoncteur selon l'une quelconque des 25 revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le premier contact d'arc (10 ; 20) est fixe. 8. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le premier 30 contact d'arc (10 ; 20) est mobile. 10 9. Disjoncteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le premier contact d'arc (10 ; 20) est creux et solidaire d'un tube de manoeuvre (4) avec lequel il communique, ledit tube de manoeuvre (4) étant coulissant à l'intérieur dudit porte-contact (11 ; 21), et en ce que le conduit d'échappement (31a ; 31b) est raccordé audit tube de manoeuvre (4) de manière à communiquer avec l'intérieur dudit tube de manoeuvre (4). 10. Disjoncteur selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le conduit d'échappement (31a ; 31b) est flexible sur au moins une partie de sa longueur. 11. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend : un second porte-contact (21) creux, fixe par rapport à l'enveloppe (1), sur lequel est monté ledit second contact d'arc (20), - une seconde traversée (32b) isolante montée sur ladite enveloppe (1) et délimitant un second espace de traversée (45b), et contenant un second conducteur assurant la liaison électrique entre une borne électrique de raccord (42b) et ledit second porte-contact (21), et un second conduit d'échappement (32b) communiquant avec l'intérieur dudit second porte- contact (21) et s'étendant dans ledit second espace de traversée (45b), comportant au moins une ouvertured'échappement (32b) située dans ledit second espace de traversée (45b), de sorte que le gaz de coupure chauffé par l'arc lors de l'ouverture des contacts d'arc (10, 20) et s'écoulant au travers dudit second porte-contact (21) puisse être évacué dans ledit second espace de traversée (45b) par ladite ouverture d'échappement (32b). 12. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que les premier et second contacts d'arc (10, 20) sont tous deux mobiles, et dans des directions opposées.