Brevet FR2944911A1 — publié le 20101029

INTERRUPTEUR-SECTIONNEUR ELECTRIQUE ROTATIF DE MOYENNE ET HAUTE TENSION A RESISTANCE DESCRIPTION Domaine de l'invention L'invention concerne le domaine de la distribution du courant électrique sous moyenne et haute tension et, en particulier, les appareils interrupteurs-sectionneurs utilisés dans les lignes de transport de l'énergie électrique sous moyenne tension. Art antérieur et problème posé A l'heure actuelle, il existe différents types d'interrupteurs-sectionneurs sur le marché. Ils se différencient, entre autres, par leur principe de coupure du courant électrique. Un premier type d'interrupteur-sectionneur fonctionne dans un environnement d'hexafluorure de soufre SF6 où, le plus souvent, les fonctions de coupure ou de sectionnement du courant électrique sont réalisées en même temps par la séparation mécanique des contacts mobiles des contacts fixes, sur une distance suffisante pour assurer le sectionnement. De manière générale, les cellules dans lesquelles sont installés ces interrupteurs sont de faible largeur, par exemple 375 mm pour 24 kV. Une autre technologie consiste à opérer l'interruption du courant dans l'air ambiant. Là 2 encore, les fonctions de coupure ou de sectionnement du courant électrique sont réalisées en même temps par la séparation mécanique des contacts. Dans cette technologie, les cellules dans lesquelles sont installés ces interrupteurs ont une grande largeur, par exemple 600 à 700 mm pour 24 kV. Une autre technique consiste à opérer la coupure et le sectionnement du courant électrique dans le vide, par exemple au moyen d'une ampoule à vide mise en série avec un sectionneur placé sur la ligne de transmission du courant électrique. Cette solution s'avère coûteuse est n'est pas très utilisée. Une autre technologie consiste à opérer la coupure du courant électrique dans de l'huile. C'est le cas des appareils d'anciennes générations. D'autres technologies consistent à opérer le sectionnement du courant électrique dans d'autres gaz, tels que le N2, CO2. Les fonctions de coupure du courant sont réalisées en même temps par la séparation mécanique des contacts. On note que ces appareils ont un impact sur l'effet de serre bien plus faible que ceux fonctionnant avec le SF6. Toutefois, ces différentes technologies présentent des inconvénients. Les interrupteurs-sectionneurs fonctionnant dans le SF6, à moyenne tension, peuvent couper des courants électriques de l'ordre de 600 à 800 ampères. Au-delà de 800 ampères et notamment pour la valeur de 1 250 ampères, les interrupteurs réalisés ont des coûts très supérieurs aux autres interrupteurs-sectionneurs. 3 Les cellules de coupure de courant électrique fonctionnant dans l'air sont de grandes dimensions et présentent généralement des performances en coupure inférieures à celles que l'on obtient avec des appareils fonctionnant dans le SF6. D'autre part, les cellules comprenant un interrupteur et un sectionneur sans gaz SF6 coûtent aujourd'hui 30% pour plus chères que celles équivalentes, mais fonctionnant avec le gaz SF6. Toutefois, elles sont toujours à l'ordre du jour, compte tenu de la prise de conscience de l'impact du gaz SF6 sur le réchauffement climatique du globe terrestre. Beaucoup d'investigations ont été menées par différents constructeurs pour remplacer le SF6 par un gaz ayant un faible impact sur l'effet de serre. Les résultats ne sont, pour l'instant, guère probants, car il s'avère plus que difficile de couper un courant d'intensité supérieure à 400 Ampères, notamment lorsque le courant est inductif ou capacitif, c'est-à-dire avec un facteur de puissance proche de 0, mise à part l'utilisation récente du CF3I, c'est-à-dire le trifluoroiodométhane. Quel que soit le type de technologie utilisé, avec ou sans gaz ou bien dans le vide, la coupure du courant nominal se fait toujours par séparation des contacts sans que l'on cherche, par un quelconque procédé, lors de la phase d'ouverture des contacts, à réduire la valeur de l'intensité du courant et augmenter la valeur du facteur de puissance. En 4 effet, on coupe plus facilement un courant en phase avec la tension. En outre, dans le domaine des installations du même type mais adaptées au traitement de la basse tension, et pour des applications très spécifiques, comme la fermeture sur un banc de condensateurs où l'intensité du courant peut être très élevée, il est connu d'insérer dans les circuits une résistance qui a pour objectif de diminuer la valeur de crête de courant. A cet effet, on cite le document de brevet européen EP 1 973 133 dans lequel un élément résistif 646 est inséré au milieu de la tige centrale 642 du contact fixe. Le but de l'invention est de proposer une autre technologie d'interrupteur de courant à moyenne et haute tension utilisant une ou plusieurs résistances, pouvant fonctionner à la fois dans le gaz SF6 et sans l'utilisation de celui-ci, sans présenter un coût de fabrication élevé et ayant un faible impact sur l'effet de serre. Résumé de l'invention A cet effet, l'objet principal de l'invention est un interrupteur-sectionneur électrique de moyenne tension et haute tensions, par séparation mécanique des contacts électriques, l'interrupteur- sectionneur comprenant : au moins un contact fixe relié à un 30 conducteur électrique ; et un contact mobile selon une direction déterminée, pour pouvoir assurer le passage et la coupure du courant électrique par deux positions respectives, une première position de passage de 5 courant dans laquelle le contact mobile est mis en contact avec le au moins un contact fixe et une deuxième position de coupure de courant, décalée par rapport à la position de passage de courant et dans laquelle le contact mobile est écarté du contact fixe, - au moins une résistance en série dans le circuit électrique de l'ensemble de l'interrupteur-sectionneur, pour dissiper une partie de la puissance électrique pendant les opérations d'ouverture et de fermeture. Selon l'invention : - les contacts fixes sont au nombre de deux et sont espacés l'un de l'autre ; - le contact mobile, de longueur très légèrement supérieure à la distance séparant les deux 20 contacts fixes est monté rotatif sur un axe de rotation situé à mi-distance des deux contacts fixes pour pouvoir assurer le passage et la coupure du courant par les positions respectives, la première position de passage d'un courant dans laquelle le contact mobile 25 est en contact, par chacune de ses extrémités, avec un contact fixe, et la deuxième position de coupure de courant, décalée angulairement par rapport à la position de passage de courant, et dans laquelle les extrémités du contact mobile sont écartées des contacts 30 fixes, et 15 6 - un premier type de contact parmi les deux contacts fixes ou mobile est complété, dans la direction circulaire, par deux résistances électriques qui s'étendent en arc de cercle le long de la circonférence définie par la rotation des deux extrémités du contact mobile, résistance dont la valeur évolue de manière continue en fonction de la position des contacts mobiles. Dans une première réalisation principale de l'invention, chaque résistance est fixée à un contact fixe. Dans la deuxième réalisation principale de l'invention, chaque résistance est fixée à une extrémité du contact mobile tournant. Selon l'invention, on prévoit que l'interrupteur-sectionneur comprenne une enveloppe isolante et étanche à l'intérieur de laquelle est placé le contact mobile et à travers laquelle débouchent les contacts fixes. Une première variante de l'invention consiste à remplir l'enveloppe isolante par de l'hexafluorure de soufre (SF6). Une deuxième variante de l'invention consiste à remplir l'enveloppe isolante et étanche d'un autre gaz isolant, par exemple du dioxyde de carbone (CO2) Liste des figures L'invention et ses différentes caractéristiques techniques seront mieux comprises à la 7 lecture de la description suivante qui est accompagnée de deux figures représentant respectivement : - figure 1, la première réalisation de l'interrupteur-sectionneur selon l'invention, et - figure 2, la deuxième réalisation de l'interrupteur-sectionneur selon l'invention. Description détaillée de deux réalisations de l'invention En référence à la figure 1, on distingue principalement une enveloppe isolante et étanche 14 sur le bord de laquelle se trouvent, diamétralement opposés, deux contacts fixes 1A et 1B et à l'intérieur de laquelle se trouve, monté pivotant autour d'un axe A de façon concentrique à l'enveloppe isolante et étanche 14, un contact mobile 2. Celui-ci se présente sous la forme d'une tige de la longueur très légèrement inférieure au diamètre intérieur de l'enveloppe isolante et étanche 14, et dont les extrémités 21 peuvent venir en contact simultanément sur les extrémités 17 des contacts 1A et 1B débouchant à l'intérieur de l'enveloppe isolante et étanche 14. On précise que l'enveloppe isolante et étanche 14 est, de préférence, remplie d'un gaz assurant les fonctions d'isolation et de coupure. On pense, en particulier, au dioxyde de carbone. L'arrivée du courant électrique est symbolisée par une première flèche 12, appliquée à un 30 premier contact fixe 1A et la sortie est schématisée 8 par une deuxième flèche 13 sortant de l'autre contact fixe 1B, diamétralement opposé au premier 1A. L'invention prévoit de placer, dans cette première réalisation, à côté des extrémités 17 de contact 1 une résistance 15 qui arbore le profil d'un arc de cercle puisqu'il est fixé sur la paroi interne de l'enveloppe isolante et étanche 14. La longueur, le long de l'arc de cercle, de cette résistance 15 est fonction de l'intensité et/ou de la tension et/ou de la puissance que l'on désire couper ou établir. Lorsque l'interrupteur-sectionneur est fermé, le courant passe du contact supérieur 1A au contact inférieur 1B par l'intermédiaire du contact mobile 2, et en particulier de ces deux extrémités 21. Ces dernières sont généralement en cuivre ou en alliage cuivreux. La résistance de l'interrupteur-sectionneur est faible, c'est-à-dire de quelques dizaines de micro-ohms. Il n'y a donc pas d'échauffement excessif supérieur aux valeurs dictées par les normes, pour le courant nominal. Lorsqu'un ordre d'ouverture est donné, le contact mobile 2 tourne et ses extrémités 21 quittent les extrémités 17 des contacts fixes 1A et 1B. Ensuite, ces extrémités 21 du contact mobile 2 glissent ou frottent chacune contre une des deux résistances 15 pendant quelques millisecondes avant de se séparer de celles-ci, jusqu'à une position de coupure suffisamment éloignée de la position de passage de courant évoquée précédemment, afin d'assurer une situation diélectrique suffisante. 9 En référence à la figure 2, l'interrupteur-sectionneur s'apparente à celui précédemment décrit. La différence est que les résistances 15 qui sont fixes sur la première réalisation représentée par la figure 1 sont remplacées par des résistances 35 équivalentes, mais placées chacune à l'extrémité 31 du contact mobile 3 qui est monté tournant, de la même manière que celui précédemment décrit. On comprend que, dans une position de passage du courant, chaque résistance 35 est en contact avec une extrémité 17 d'un contact fixe 1A ou 1B. La résistance du circuit est alors égale à 0 ohms. Lors de la rotation du contact mobile 3, la résistance de l'ensemble augmente pendant quelques millisecondes, puis la coupure du courant est effectuée, le contact mobile 3 arrivant dans une position de coupure de courant, telle que représentée sur cette figure 2. On améliore le fonctionnement de ces deux interrupteurs-sectionneurs en remplissant l'intérieur de l'enveloppe isolante et étanche 14 de dioxyde carbonique CO2. Toutefois, il est envisagé d'utiliser cette technologie avec du SF6 à l'intérieur de l'enveloppe isolante et étanche 14. Les avantages principaux de ces deux réalisations sont que les dispositifs proposés ont des performances améliorées en coupure et fermeture sur court-circuit. L'utilisation du CO2r dioxyde de carbone, ou d'un autre gaz isolant permet de supprimer l'utilisation du SF6. REVENDICATIONS1. Interrupteur-sectionneur électrique de moyenne et haute tensions par séparation mécanique de contacts électriques comprenant : - au moins un contact fixe (1A, 1B) relié à un conducteur électrique (12, 13) ; et un contact mobile (2, 3) selon une direction déterminée pour pouvoir assurer le passage et la coupure du courant par deux positions respectives, une première position de passage de courant dans laquelle le contact mobile (2, 3) est en contact avec le au moins un contact fixe (1A, 1B) et une deuxième position de coupure de courant décalée par rapport à la position de passage de courant et dans laquelle le contact mobile (2, 3) est écarté du contact fixe (1A, 1B), - au moins une résistance (15, 35), placée en série dans le circuit électrique de l'ensemble pour dissiper une partie de la puissance électrique pendant les opérations d'ouverture et de fermeture, caractérisé en ce que - les contacts fixes (1A, 1B) sont au nombre de deux, espacés l'un de l'autre; - le contact mobile (2, 3), de longueur très légèrement supérieure à la distance séparant les deux contacts fixes (1A, 1B) est monté rotatif sur un axe de rotation (A) situé à mi-distance des deux contacts fixes (1A, 1B) pour pouvoir assurer le passage et la coupure du courant par les deux positions respectives, la première position de passage de courant 11 dans laquelle le contact mobile (2, 3) est en contact par chacune de ses extrémités (21, 31) avec un contact fixe (1A, 1B) et la deuxième position de coupure de courant, décalée angulairement par rapport à la position de passage de courant et dans laquelle les extrémités du contact mobile (21, 31) sont écartées des contacts fixes (1A, 1B) ; - un premier type de contact parmi les deux types des contacts fixe(s) ou mobile est complété, dans la direction circulaire de déplacement du mobile par la au moins une résistance électrique (15, 35) s'étendant en arc de cercle le long de la circonférence définie par la rotation des deux extrémités (21, 31) du contact mobile (2, 3), résistance dont la valeur évolue de manière continue en fonction de la position des contacts mobiles. 2. Interrupteur-sectionneur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque résistance (15) est fixée à chaque contact fixe (1A, 1B). 3. Interrupteur-sectionneur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque résistance (35) est fixée à chaque extrémité (31) du contact mobile (3). 4. Interrupteur-sectionneur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe isolante et étanche (14) à l'intérieur de laquelle est monté le contact mobile (2, 12 3), étant traversée par les deux contacts fixes (1A, 1B), cette enveloppe isolante et étanche (14) étant remplie d'un autre gaz assurant les fonction d'isolation et de coupure. 5. Interrupteur-sectionneur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le gaz est du dioxyde de carbone (CO2). 6. Interrupteur-sectionneur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe isolante et étanche (14) à l'intérieur de laquelle est montée le contact mobile (2, 3), étant traversée par les contacts fixes (1A, 1B) 15 et étant remplie de hexafluorure de soufre (SF6) 10