Brevet FR2937786A1 — publié le 20100430

INTERRUPTEUR DE COURANT SUR UNE LIGNE ELECTRIQUE COMPRENANT UNE AMPOULE A VIDE DESCRIPTION Le sujet de cette invention est un interrupteur de courant sur une ligne électrique comprenant une ampoule à vide. Les interrupteurs et les disjoncteurs de courant sur des lignes à moyenne ou haute tension comprennent souvent des cuves dans lesquelles sont logés les contacts mutuellement mobiles entre une position de jonction, correspondant à la fermeture de la ligne, et une position d'écartement correspondant à l'ouverture de la ligne. Ces cuves sont emplies d'un fluide diélectrique dans lesquels baignent les contacts et qui favorise la coupure du courant en éteignant l'arc électrique qui pourrait subsister une fois que les contacts ont été écartés l'un de l'autre. De nombreux fluides (air, huile, azote, etc.) ont été proposés déjà, mais on utilise beaucoup aujourd'hui l'hexafluorure de soufre SF6 qui est bien diélectrique et donc adapté à cette fonction. On doit limiter pourtant l'emploi de ce gaz qui a les inconvénients d'être toxique, corrosif et de contribuer à l'effet de serre. On peut alors être amené à utiliser des ampoules à vide, d'ailleurs utilisées dans certains disjoncteurs, dans lesquelles les contacts sont montés et qui sont elles aussi très efficaces pour éteindre les courants d'arc ; or leur emploi sans autre modification dans les interrupteurs actuels est à proscrire pour des raisons économiques, puisque les ampoules qu'il faudrait employer dans le cas de ces interrupteurs seraient trop onéreuses en raison des matériaux et des dimensions qu'il faudrait leur donner pour qu'elles satisfassent aux différentes conditions électriques et diélectriques, comme la tenue à des fréquences élevées ou aux chocs de foudre. L'objet de l'invention est de rendre économiquement viable l'emploi d'ampoules à vide dans le domaine technique des interrupteurs. Sous un aspect essentiel, elle concerne un interrupteur de courant sur une ligne électrique, comprenant une ampoule à vide munie de deux contacts électriques mutuellement mobiles pouvant prendre une position de fermeture et une position d'ouverture, caractérisé en ce qu'il comprend : un sectionneur mobile, disposé la ligne , doté d'une course où il peut prendre une position de fermeture de la ligne et une position d'ouverture de la ligne; une dérivation branchée sur la ligne à une extrémité, sur laquelle l'ampoule à vide est installée, et qui comprend une partie mobile entre l'ampoule à vide et une seconde extrémité de la dérivation ; et en ce que le sectionneur et la partie mobile sont agencés de façon que le sectionneur touche la seconde extrémité pendant une portion de la course du sectionneur partagée entre la position de fermeture de la ligne et la position d'ouverture de la ligne, et que la partie mobile connaît un premier état dans lequel elle est séparée mécaniquement de l'ampoule à vide et un second état dans lequel elle entraîne un des contacts de l'ampoule à vide pour produire la position d'ouverture des contacts. Les traits essentiels de l'invention peuvent être résumés ainsi : l'ampoule à vide n'est pas située sur la ligne à couper, mais sur une dérivation de celle-ci ; la dérivation est active et traversée par le courant seulement aux instants précédant une coupure, en laissant en repos l'ampoule pendant le service normal, ce qui lui permet d'être soumise à des contraintes moins strictes et réduit les caractéristiques qu'elle doit posséder; le mouvement du sectionneur établit lui-même le passage du courant électrique par la dérivation pendant sa course d'ouverture de la ligne. D'autres aspects, caractéristiques et avantages de l'invention seront maintenant décrits en liaison aux figures, parmi lesquelles : - les figures 1, 2, 3, 4, 5, et 6 illustrent de manière schématique plusieurs états successifs du dispositif pendant une opération d'ouverture, puis de refermeture, du circuit, - les figures 7 et 8 illustrent une réalisation concrète du dispositif selon deux vues différentes, -et les figures 9, 10, 11, 12, 13, et 14, analogues aux figures 1 à 6, illustrent plusieurs états successifs du dispositif pour une autre réalisation possible de celui-ci. On commence par des figures d'explication du fonctionnement de l'interrupteur. La figure 1 représente une ligne 1 qui est une ligne électrique principale de transport de courant, sur laquelle est situé un sectionneur 2 apte à la fermer ou au contraire à l'ouvrir selon son mouvement de rotation autour d'un axe 3. Le dispositif comprend encore une dérivation 4 qui comprend une partie fixe 5 sur laquelle une ampoule à vide 6 est fixée, et une partie mobile 7. La partie fixe 5 porte une première extrémité 8 de la dérivation 4 qui est raccordée à la ligne 1; la partie mobile 7 comprend une seconde extrémité 9 (opposée à la précédente) de la dérivation 4 qui est, dans la position représentée à la figure 1, adjacente à la ligne 1 et au sectionneur 2 mais séparée d'eux. La partie fixe 5 et la partie mobile 7 sont en continuité électrique et articulées entre elles à une jonction 10. La partie mobile 7 tourne autour d'une articulation 11 fixe. L'ampoule à vide 6 contient une paire de contacts 12 et 13 dont le premier dépend d'une tige fixe 14 s'étendant jusqu'à la première extrémité 8 et le second dépend d'une tige mobile 15 s'étendant jusqu'à la jonction 10. Des ressorts 16 s'étendant d'un point fixe à la partie mobile 7 permettent de rappeler cette dernière à la position représentée, et sous la différence de pressions, la tige 15 maintient l'ampoule à vide 6 en position fermée (rappel du contact 13 en position de fermeture). Dans cet état du dispositif où le sectionneur 2 ferme la ligne 1, le courant électrique parcourt librement celle-ci, mais pas la dérivation 4 malgré la fermeture de l'ampoule à vide 6. L'ouverture de la ligne 1 est commandée par une rotation du sectionneur 2. Le dispositif parvient à un état, représenté à la figure 2, dans lequel le sectionneur touche la seconde extrémité 9 de la dérivation 4 et la ferme, ce qui permet au courant électrique de la parcourir. La ligne 1 principale reste toutefois fermée, de sorte que le transfert du courant vers la dérivation 4 est progressif. Le mouvement de rotation du sectionneur 2 finit par ouvrir la ligne 1, ce qu'on a représenté à la figure 3. Il met par ailleurs la partie mobile 7 en mouvement autour de l'articulation 11 (éventuellement dès l'état de la figure 2). L'ampoule à vide 6 demeure dans un état de fermeture, de sorte que le courant est alors complètement commuté sur la dérivation 4, et il n'y a donc pas de formation d'arc, lorsque le sectionneur 2 quitte la ligne 1. L'ouverture de l'ampoule à vide 6 se produit quand le déplacement du sectionneur 2 devient plus important, la partie mobile 7 entraînant la tige 15, ce qui ouvre les contacts 12 et 13 comme on l'a représenté dans la situation de la figure 4. L'ampoule à vide 6 étant ouverte, aucun courant ne circule plus ni dans la dérivation 4 ni dans la ligne 1 principale : la coupure du circuit est alors complète. L'ampoule à vide 6 a été soumise au passage du courant brièvement aux états des figures 2 et 3, mais pas à l'état de fonctionnement stable de la figure 1. La poursuite de la rotation du sectionneur 2 produit l'état de la figure 5, dans lequel il a échappé à la seconde extrémité 9 de la partie mobile 7 qui a alors été libérée. Les ressorts 16 l'ont alors amenée à sa position initiale, et l'ampoule à vide 6 se referme sous la différence de pressions. La dérivation 4 a ainsi été portée au même potentiel que celui de la ligne 1 du côté de la première extrémité 8. Le sectionneur 2 est à une distance suffisante de la dérivation 4 pour éviter la formation d'un arc. Il peut être en butée sur un contact de terre 18 pour assurer la mise au potentiel de terre de la ligne 1. La refermeture de la ligne 1 s'accomplit par un mouvement inverse de rotation du sectionneur 2 d'après les modalités suivantes, visibles à la figure 6. La partie mobile 7 est maintenue dans l'état des figures 1 et 5 par le contact d'une butée 19 fixe et des ressorts 16, et la seconde extrémité 9 est reliée au reste de la partie mobile 7 par une articulation 20. Cette articulation 20 est équipée d'une butée qui arrête son mouvement dans le sens d'ouverture et d'un ressort qui la rappelle à la position de butée. Elle est donc unidirectionnelle : la seconde extrémité 9 se déplace avec le reste de la partie mobile 7 tant que le sectionneur 2 est déplacé en réalisant l'ouverture de la ligne 1 dans le sens illustré de la figure 1 à la figure 5 (sens anti-horaire), la butée opérant, mais elle peut être déplacée sans mouvement du reste de la partie mobile 7 quand le sectionneur 2 effectue la fermeture de la ligne 1 dans le sens inverse (horaire) illustré à la figure 6. Le sectionneur 2 peut alors revenir à la position de départ de la figure 1 en écartant seulement la seconde extrémité 9, sans déplacer le reste de la partie mobile 7 et donc sans agir sur l'ampoule à vide 6 ni provoquer un contact électrique entre la ligne 1 et la dérivation 4 grâce au stratagème suivant. Il est indiqué que la seconde extrémité 9 soit couverte d'une couche d'isolant 21 sur une seconde face 23 opposée à une première face 22, qui est revêtue de matière conductrice, dirigée vers la ligne 1 et sur laquelle le sectionneur 2 frottait pendant l'ouverture de la ligne 1. Les figures 7 et 8 illustrent de façon concrète une réalisation possible de l'invention. On reconnaîtra un certain nombre de constituants déjà décrits, sans que des précisions soient nécessaires. Quelques-unes seront pourtant utiles. C'est ainsi que la partie mobile 7 n'est pas elle-même conductrice. Elle est alors munie d'une tresse 24 qui s'étend de la tige 15 à la seconde extrémité 9 en évitant l'articulation 20. La tresse 24 est souple et conductrice. L'isolant 21 peut être formé d'une pièce en agrafe serrée sur la seconde extrémité 9 et qui entoure la partie mobile 7. Et l'entraînement de la tige 15 par la partie mobile 7 est favorablement produit par une biellette 25 articulée à la partie mobile 7, coulissant sur la tige 15 et qui dans la position de départ de la figure 1, et aussi de la figure 8, est séparée d'une collerette 37 au bout de la tige 15 par un jeu qui permet de ne pas passer sans transition de l'état de la figure 2 à celui de la figure 4. Le mouvement de la tige 15 commence dès que le jeu est consumé, la collerette 37 ayant été atteinte par la biellette 25. Un deuxième mode de réalisation sera maintenant décrit au moyen des figures 9 à 14, qui représentent certaines étapes de son fonctionnement. L'interrupteur se distingue du précédent en ce que la partie mobile (maintenant 27) de la dérivation (maintenant 26) a un montage coulissant plutôt que tournant, les autres éléments de l'interrupteur étant inchangés et portant les mêmes références. La dérivation 27 comporte alors une coulisse 28 parallèle à l'axe de l'ampoule à vide 6 et qui est mobile en translation dans une glissière 29 fixe. On retrouve en particulier une seconde extrémité 9 du circuit secondaire 26, adjacente au sectionneur 2 à la position de départ, revêtue d'un conducteur à sa première face 22 dirigée vers le sectionneur 2 et d'un isolant à sa face opposée 23. La seconde extrémité 9 est reliée à la coulisse 28 par l'articulation 20. Dans l'état de la figure 9, la ligne 1 est fermée par le sectionneur 2. L'ampoule à vide 6 est fermée, les contacts 12 et 13 étant jointifs, mais aucun courant ne passe par la dérivation 26. L'état de la figure suivante 10 correspond à celui de la figure 2 : le sectionneur 2 est en contact avec la seconde extrémité 9 sans avoir quitté la barre 30 de la ligne 1. Le courant passe aussi par la dérivation 26. L'ampoule à vide 6 reste fermée au moyen d'un dispositif retardateur d'ouverture tel celui de la biellette 25 articulée (non représentée ici). L'état de la figure suivante 11 correspond à celui de la figure 3 : le sectionneur 2 a quitté la barre 30 et transféré le courant de la ligne 1,à la dérivation 26 mais il reste en contact avec la seconde extrémité 9 qu'il repousse en faisant coulisser la partie mobile 27 dans la glissière 29. Les contacts, 12 et 13 se disjoignent, ce qui ouvre aussi la dérivation 26. L'ampoule à vide 6 joue son rôle d'extincteur d'arc. La figure 12 illustre un état où le sectionneur 2 a dépassé la seconde extrémité 9, ce qui permet à la partie mobile 27 de revenir en place et de refermer l'ampoule à vide 6. Cela est accompli par la différence de pression agissant comme un ressort de rappel. La figure 13 illustre que, comme à la figure 5 précédente, le sectionneur 2 peut être placé sur un contact de terre 18, la partie inférieure de la ligne 1 étant donc mise à ce potentiel, alors que l'ensemble de la dérivation 26 est mis au potentiel électrique de la partie supérieure de la ligne 1 grâce à la refermeture de l'ampoule à vide 6. La figure 14 est analogue à la figure 6 et illustre la refermeture de l'interrupteur : le sectionneur 2 franchit la seconde extrémité 9 en faisant tourner l'articulation 20. En frottant sur la surface 23 revêtue d'isolant, il ne crée aucun passage de courant à travers la dérivation 26 de la ligne 1 mais referme la ligne 1 une fois qu'il a touché la barre 30. On retrouve l'état de la figure 9. La seconde extrémité 9 s'est échappée et revient dans sa position d'équilibre initiale. REVENDICATIONS1) Interrupteur de courant sur une ligne électrique (1), comprenant une ampoule à vide (6) munie de deux contacts électriques (12, 13) mutuellement mobiles pouvant prendre une position de fermeture et une position d'ouverture, caractérisé en ce qu'il comprend : un sectionneur (2) mobile, disposé à travers la ligne et pouvant prendre des positions de fermeture de la ligne (1) et une position d'ouverture de la ligne pendant une course de mouvement ; une dérivation (4) branchée sur la ligne à une première extrémité (8), sur laquelle l'ampoule à vide est installée, et qui comprend une partie mobile (7) entre l'ampoule à vide et une seconde extrémité (9) opposée à la première extrémité ; et en ce que le sectionneur (2) et la partie mobile sont agencés de façon que le sectionneur touche la seconde extrémité (9) pendant une portion de la course partagée entre la position de fermeture de la ligne et la position d'ouverture de la ligne, et que la partie mobile connaît un premier état dans lequel elle est dégagée de l'ampoule à vide et un second état dans lequel elle entraîne un des contacts (13) de l'ampoule à vide pour produire la position d'ouverture des contacts. 2) Interrupteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un ressort de rappel (16) de la partie mobile à une position où la seconde extrémité (9) est approchée de la ligne (1). 3) Interrupteur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la seconde extrémité comprend une première face (22) conductrice de l'électricité dirigée vers la ligne (1) et une seconde face (23) isolante de l'électricité opposée à la première face, et en ce que le sectionneur (2) est mobile en sens alternés. 4) Interrupteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la seconde extrémité est reliée à une autre portion de la partie mobile par une articulation (20) à sens unique à butée et ressort de rappel, l'articulation étant déplacée quand le sectionneur (2), mobile en sens alternés, est mû de la position d'ouverture de la ligne à la position de la fermeture de la ligne le long de ladite course. 5) Interrupteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le sectionneur (2) est tournant. 6) Interrupteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la partie mobile (7) est tournante. 7) Interrupteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la partie mobile est coulissante.