Brevet FR2939561A1 — publié le 20100611

PROCEDE ET DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT A CLAPETS DE L'INTERIEUR D'UN SECTIONNEUR A FORT AMPERAGE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne le domaine de disjoncteur de générateur et des sectionneurs de fort ampérage, en particulier lorsqu'ils sont placés dans une gaine de protection. ART ANTERIEUR ET PROBLEMES POSES Le souci permanent des constructeurs de ce type de matériel est d'augmenter la capacité de ces appareils à passer des courants d'ampérage de plus en plus importants, notamment au niveau des sectionneurs placés à l'intérieur des jeux de barres de sortie de centrales productrices ou distributrices de courant électrique. C'est notamment le cas lorsque ces sectionneurs sont associés à des disjoncteurs d'alternateurs. La méthode généralement utilisée consiste à homogénéiser la température de l'air en contact avec les différentes parties chauffantes du sectionneur concerné. D'autre part, l'augmentation de la capacité de tels sectionneurs à passer des courants de fort ampérage se traite habituellement en prévoyant une augmentation de la section de passage du courant, donc par une augmentation de la taille des pièces des sectionneurs. Le refroidissement se faisant par connexion naturelle ou forcée de l'air enfermé dans le 2 volume défini par la gaine dans lequel se trouve le sectionneur, la température régnant à l'intérieur de celle-ci est notablement supérieure à la température régnant à l'extérieur, c'est-à-dire de 30°C à au moins 40°C. De plus, cette température n'est pas homogène à l'intérieur de la gaine et va généralement de plus froid en partie basse au plus chaud en partie haute, la partie active du sectionneur se situant dans une zone médiane. Par le document de brevet français FR 2 846 142, on connaît un dispositif de refroidissement de sectionneur sous gaine comprenant un sectionneur, une gaine, un support de sectionneur et un circuit de refroidissement, passant dans la double paroi du carter du sectionneur et le fluide caloporteur, utilisé dans le circuit de refroidissement, étant de l'air extérieur. En référence à la figure 1, l'appareil de coupure de courant 1, le sectionneur 2 sont disposés dans une gaine étanche 3. Ce dernier se divise en une partie fixe 2a et une partie mobile 2b. Chacune de ces parties 2a et 2b sont maintenues dans la gaine 3 par des supports 4 de forme cylindrique verticale. Chaque support 4 est relié à un carter 5, 15 de forme cylindrique horizontale. Chaque support 4 est isolé électriquement, afin d'éviter que le courant ne passe dans la gaine 3. Le carter 5 de la partie fixe 2a porte un contact fixe 11 et le carter 15 de la partie mobile 2b porte un contact mobile. La partie mobile 2b du sectionneur 2 comprend le contact mobile 10 qui est relié à un mécanisme d'actionnement 6 pour venir en 3 contact avec le contact fixe 11. Le support 4 et le carter 5 sont reliés de façon étanche. Les carters 5 et 15 comportent également dans leur partie haute un tube de forme cylindrique vertical 7 avec lequel ils sont également reliés de façon étanche. Le tube 7 est isolé électriquement, afin que le courant ne passe pas dans la gaine 3. Le courant circule entre la partie fixe 2a et la partie mobile 2b par les contacts 10 et 11. Le dispositif fonctionne de la façon suivante : - l'air extérieur froid présent sous le sectionneur 2 est réchauffé par les parties chaudes du sectionneur 2 que sont les contacts fixe 11 et mobile 10, en circulant dans chaque tube 4, puis dans l'espace 50 des parois des carters 5 et 15 ; une fois réchauffé, l'air plus léger repart par chacun des tubes 7. L'objectif de l'invention est de proposer un autre type de conception de refroidissement d'appareil de coupure de courant, en particulier du sectionneur de courant qui est, de manière générale, associé à un disjoncteur, lui-même également enfermé dans la gaine de protection. RESUME DE L'INVENTION A cet effet, le premier objet de l'invention est un procédé de refroidissement de l'intérieur d'un sectionneur à fort ampérage, placé dans une gaine de protection contenant de l'air, le sectionneur étant refroidit par une circulation d'air, 4 le sectionneur étant composé d'un premier carter portant un contact fixe constitué d'un orifice et composé d'un deuxième carter portant un contact mobile tubulaire destiné à entrer en contact avec le contact fixe, ces premier et deuxième carters étant séparés l'un de l'autre. Selon l'invention, la circulation d'air dans le sectionneur a lieu à l'intérieur même du sectionneur, et non pas dans une double paroi du carter, cette circulation d'air à l'intérieur du sectionneur se faisant avec l'air extérieur à la gaine de protection et n'est organisée que lorsque le contact mobile est en contact avec le contact fixe. Une première version de ce procédé selon l'invention consiste à utiliser une connexion naturelle pour la circulation d'air. Une seconde version consiste à ce que cette circulation d'air à l'intérieur du sectionneur soit produite directement par des moyens de ventilation situés dans le circuit de ventilation. Un second objet principal de l'invention est un dispositif de refroidissement pour la mise en oeuvre du procédé de refroidissement ci-dessus mentionné. Il est équipé d'un mécanisme d'actionnement pour actionner le contact mobile tubulaire, qui possède donc un orifice. Selon l'invention, les premier et deuxième contacts possèdent, respectivement, un premier et deuxième clapets à l'intérieur de leur carter respectif, pour obturer leur orifice respectif, à l'aide, pour chacun d'eux, d'un ressort qui les maintient contre leur appui orifice respectif. De préférence, les deux clapets possèdent chacun, sur leur face externe, une butée d'ouverture 5 faisant saillie l'une en direction de l'autre, et d'une longueur suffisante pour qu'elles rentrent en contact l'une contre l'autre avant la fin de course du contact mobile, les deux ressorts étant tarés pour se comprimer conjointement et offrir un passage à la circulation d'air. Le dispositif se complète avantageusement d'une entrée d'air et d'une sortie d'air sur chacun des deux carters, la circulation pouvant passer dans le contact mobile pour passer également d'un carter à l'autre, le dispositif étant complété, pour chacun des carters d'un tube d'entrée et d'un tube de sortie d'air, débouchant chacun à l'intérieur, au moyen des entrées d'air et sorties d'air, de leur carter respectif et débouchant également à l'extérieur de la gaine. Enfin, dans une réalisation du dispositif selon l'invention, celui-ci possède une canalisation avec des moyens de ventilation, placés à l'extérieur de la gaine de protection, complétés d'un échangeur de chaleur placé sur cette canalisation. LISTE DES FIGURES L'invention et ses différentes caractéristiques techniques seront mieux comprises à la lecture de la description suivante, accompagnée de plusieurs figures illustrant : 6 - figure 1, déjà décrite, en coupe, un dispositif de refroidissement d'un ensemble sectionneur/disjoncteur, selon un art antérieur ; - figure 2, en coupe, le dispositif de refroidissement de sectionneur mettant en oeuvre le procédé selon l'invention, dans une première position, dite "ouverte" - figure 3, en coupe, le même dispositif de refroidissement que la figure 2, mais en phase de transition de fermeture ; et - figure 4, en coupe, le même dispositif de refroidissement selon l'invention, en position "fermée". DESCRIPTION DETAILLEE D'UNE REALISATION DE L'INVENTION En référence à la figure 2, représentant à la fois le dispositif et le procédé selon l'invention, un sectionneur 21 est enfermé dans une gaine de protection 23 étanche. Cette dernière contient de l'air qui entoure, entre autres, le sectionneur 21, les câbles ou conduits qui y sont connectés et, le plus souvent un disjoncteur, non représenté, auquel est associé le sectionneur. Le principe même du procédé et du dispositif selon l'invention est d'organiser un flux d'air à l'intérieur même du sectionneur 21, et non pas entre les parois ou l'éventuelle double paroi de son carter, comme cela a été décrit précédemment. Cette circulation d'air est provoquée, de préférence, par des moyens de ventilation 28, placés à l'extérieur de la gaine 23, par exemple en amont du sectionneur, en 7 considérant la circulation d'air (voir les flèches). Ces moyens de ventilation débouchent, de façon étanche, sur une canalisation d'entrée d'air 24, traversant la gaine de protection 23 étanche et débouchant à l'intérieur même d'un premier carter 22A du sectionneur 22. On peut envisager d'organiser une circulation d'air par connexion. Ce dernier étant représenté, sur cette figure 2, en position ouverte, c'est-à-dire de non contact, ce premier carter 22A est séparé d'un deuxième carter 22B du sectionneur 2. Le deuxième carter 22B est relié à une canalisation de sortie 27, qui débouche à l'extérieur de la gaine de protection 23 étanche pour évacuer l'air réchauffé. Le fonctionnement de ce sectionneur 22 se fait au moyen du mouvement d'un contact mobile 30 se déplaçant par coulissement dans le premier carter 22A, en direction du deuxième carter 22B pour atteindre un contact fixe 31 placé sur ce dernier. On note que le contact fixe 31 est constitué par un orifice dont le diamètre interne doit correspondre avec le diamètre externe du contact mobile 30. Un mecanisme de manoeuvre 26 permet d'actionner le contact mobile 30 pour opérer la jonction de ce dernier avec le contact fixe 31. Ce mécanisme d'actionnement 26 est représenté par une tige de manoeuvre entourée d'une flèche symbolisant les deux sens de rotation. Dans cette position de non contact, le premier carter 22A est fermé par un clapet 40 plaqué contre la face interne d'un rebord d'orifice 46 de ce 8 premier carter 22A, au moyen d'un ressort 44 placé à l'intérieur der ce dernier. De façon similaire, un clapet 41 ferme le deuxième carter 22B en étant plaqué contre la surface interne d'un support 47 du contact fixe 31 par un ressort 45, placé à l'intérieur même du deuxième carter 22B. Dans le but d'ouvrir les deux clapets 40 et 41, lors de la jonction du contact mobile 30 avec le contact fixe 31, les deux clapets 40 et 41 possèdent, sur leur surface externe, chacun une butée d'ouverture respective 42 et 43, qui font saillies l'une face à l'autre qui ont des longueurs déterminés pour que leurs extrémités soient séparées, en position ouverte, d'une distance inférieure à la course du contact mobile 30. En effet, en référence à la figure 3, qui montre le contact mobile 30 se dirigeant vers le contact fixe 31, les deux butées d'ouverture 42 et 43 rentrent en contact l'une avec l'autre. A ce moment, les deux clapets 40 et 41 sont encore en contact avec le contact mobile 30 pour le premier clapet 42 et le support 47 du contact fixe 31 du deuxième carter 22B. En référence à la figure 4, lorsque le contact mobile 30 continue son parcours à l'intérieur du contact fixe 31 porté par son support 47, les deux ressorts 44 et 45, de même raideur, se trouvent alors comprimés l'un et l'autre de la même manière. Comme le fond 29 du contact mobile 30, poussé par le mécanisme d'actionnement 26, continue sa course, de manière à ce que le contact mobile 30, le ressort 44 du clapet 40 du contact mobile 30 continuent à être translatés en direction du deuxième carter 22B. De ce fait, le 9 ressort 45 du clapet 41 de ce deuxième carter 22B se trouve encore comprimé. Un espace apparaît alors entre l'appui 46 du clapet 40 sur le contact mobile et le clapet 40 lui-même. De même, le clapet 41 du deuxième carter 22B continuant à reculer et son ressort 45 continuant à se comprimer, un espace apparaît entre le support 47 du contact fixe 31 et le clapet 41. En conséquence, de l'air peut passer de l'intérieur du premier carter 22A vers l'intérieur du carter 22B, dès lors que le fond 29 du contact mobile possède des orifices de passage, non représentés. Sur cette figure 4, on a représenté des joints d'étanchéité 48 placés chacun contre un appui de clapet. Des butées limitant la course d'ouverture des clapets 40 et 41 peuvent être ajoutées pour assurer l'ouverture des deux clapets lorsque l'air doit circuler. AVANTAGES DE L'INVENTION Ce procédé permet d'utiliser l'air frais régnant à l'extérieur de la gaine de protection pour refroidir directement les parties chaudes d'un ensemble secteur/disjoncteur, notamment l'intérieur du sectionneur. Ce procédé est compatible avec les systèmes existants et fonctionnant sans gaine de protection. Il permet de réaliser un ensemble sectionneur/disjoncteur compact et présentant une meilleure performance du transit et du courant. REVENDICATIONS1. Procédé de refroidissement de l'intérieur d'un sectionneur à fort ampérage, placé dans une gaine de protection (23) étanche contenant de l'air, le sectionneur étant refroidit par une circulation d'air et étant composé d'un premier carter (22A) portant un contact mobile (30) tubulaire et destiné à rentrer en contact avec un contact fixe (31) constitué d'un orifice d'un deuxième carter (22B), les premier (22A) et deuxième (22B) carters étant séparés l'un de l'autre, caractérisé en ce que la circulation d'air dans le sectionneur a lieu à l'intérieur même du sectionneur pour le traverser, et non pas dans une double paroi du carter, cette circulation d'air à l'intérieur du sectionneur se faisant avec l'air extérieur de la gaine de protection (23) et n'étant organisée que lorsque le contact mobile (30) est en contact avec le contact fixe (31). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser une convection naturelle pour la circulation d'air. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la circulation d'air à l'intérieur du sectionneur provient directement des moyens de ventilation (28) situés dans le circuit de ventilation. 11 4. Dispositif de refroidissement pour la mise en oeuvre du procédé de refroidissement selon la revendication 1, équipé d'un mécanisme d'actionnement (26) pour actionner le contact mobile (30), caractérisé en ce que les premier et deuxième contacts (30, 31) possèdent respectivement chacun un premier et deuxième clapets (40, 41) à l'intérieur de leur carter (22A, 22B) respectif pour obturer leur orifice respectifs à l'aide, pour chacun, d'un ressort (44, 45) qui les maintient contre leur appui respectif. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deux clapets (40, 41) possèdent chacun sur leur face externe une butée d'ouverture (42, 43) faisant saillie l'une en direction de l'autre et d'une longueur suffisante pour qu'elles rentrent en contact l'une contre l'autre avant la fin de la course du contact mobile (31), les deux ressorts (44, 45) étant tarés pour se comprimer conjointement. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il possède une entrée d'air (24) dans le premier carter (22A) et une sortie d'air (27) dans le deuxième carter (22B), la circulation d'air pouvant passer dans le contact mobile (30) pour passer d'un carter à l'autre. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend une canalisation (6, 26, 36) et des moyens de ventilation (8, 28, 38) placés à l'extérieur de la gaine de protection (23) et qu'il12 possède un échangeur de chaleur (7, 37) placé à l'extérieur de cette gaine de protection (23).