Brevet FR3030868A1 — publié le 20160624

DISJONCTEUR EQUIPE DE VANNES D'EVACUATION DU GAZ SOUS PRESSION DANS LES VOLUMES D'ECHAPPEMENT DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention se rapporte au domaine des disjoncteurs de courant moyenne, haute ou très haute tension. Elle concerne plus particulièrement la gestion de gaz chauds issus du soufflage de l'arc électrique dans les volumes d'échappement, lors d'une opération d'ouverture du disjoncteur. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Lors de la coupure du courant important dans un disjoncteur, des gaz chauds issus de la création d'un arc électrique émanent de la chambre de coupure, et sont évacués vers les volumes d'échappement. La réussite de la coupure du courant est conditionnée par une bonne évacuation de ces gaz. De l'art antérieur, il est connu de nombreuses conceptions de disjoncteurs, comme par exemple celle décrite dans le document DE 10 2011 20 083593. Un tel disjoncteur intègre un capot d'échappement percé d'ouvertures permettant l'évacuation des gaz. Ces ouvertures visent à réduire la montée en pression dans les volumes d'échappement et facilitent la circulation des gaz. En effet, les 25 performances en coupure de courant des disjoncteurs sont fortement liées à l'écoulement des gaz et à la différence de pression entre la chambre de soufflage du disjoncteur (an amont), et la chambre d'échappement (en aval). Cependant, lorsque les gaz chauds issus du soufflage de l'arc électrique traversent ces ouvertures pour s'extraire de la chambre de coupure, ils pénètrent dans l'espace délimité par l'enveloppe extérieure du disjoncteur. Cette enveloppe extérieure est alors sujette à des risques d'agression par les gaz chauds et par les microparticules entraînées par ces gaz. De plus, dans le cas des disjoncteurs blindés de type GIS ou Dead Tank, un défaut d'isolation électrique peut se former à travers ces gaz chauds et provoquer un amorçage diélectrique entre une partie de la chambre chargée électriquement (au potentiel non nul), et l'enveloppe extérieure métallique du disjoncteur au potentiel nul. Les ouvertures de la chambre d'échappement ne doivent donc pas être trop importantes, afin de limiter le flux de gaz chaud vers l'enveloppe extérieure. Il existe par conséquent un besoin d'optimisation de la conception de tels disjoncteurs, de manière à mieux gérer l'échappement des gaz chauds issus du soufflage de l'arc électrique, lors d'une opération d'ouverture du disjoncteur. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention vise à répondre au moins partiellement à la problématique énoncée ci-dessus, en relation avec les solutions de l'art antérieur. Pour ce faire, l'invention a pour objet un 30 disjoncteur de courant à moyenne, haute ou très haute tension, comportant au moins une chambre de coupure ainsi qu'une enveloppe extérieure définissant un espace dans lequel est agencée la chambre de coupure, celle-ci comportant : un premier ensemble de contacts électriques ainsi qu'un second ensemble de contacts électriques, au moins de façon à permettre des opérations de fermeture et d'ouverture du disjoncteur ; - une buse de soufflage d'arc électrique ; un capot d'échappement situé dans l'espace et définissant intérieurement une chambre de circulation de gaz située au moins en partie en aval de la buse de soufflage avec laquelle elle communique, ledit capot d'échappement pouvant comprendre une ou plusieurs ouvertures pour l'évacuation du gaz vers ledit espace. Selon l'invention, le capot d'échappement est équipé d'au moins une vanne entre la chambre et l'espace, et le disjoncteur est configuré de sorte que lors d'une opération d'ouverture de ce disjoncteur, la vanne puisse d'abord s'ouvrir sous l'effet de la pression du gaz de manière à permettre le passage de ce gaz, puis se refermer lorsque la pression redescend en dessous d'un seuil défini. L'invention présente tout d'abord l'avantage de permettre une ouverture plus ou moins importante de la chambre de circulation des gaz, également dite chambre d'échappement, et ce en fonction de la pression de gaz au cours d'une opération d'ouverture du disjoncteur. Par conséquent, la pression dans la chambre d'échappement est limitée au cours de cette opération d'ouverture. L'évacuation préliminaire permet, durant l'opération d'ouverture, d'augmenter le différentiel de pression entre le coeur de la chambre et l'échappement. Il en découle avantageusement un meilleur soufflage de l'arc électrique, et donc une capacité accrue de coupure pour le disjoncteur. De plus, après avoir laissé échapper les gaz froids contenus initialement dans la chambre d'échappement, les gaz chauds issus du soufflage de l'arc restent dans un second temps confinés dans la chambre, ce qui limite les risques d'agression par ces gaz chauds ou d'amorçage diélectrique dans l'enveloppe extérieure du disjoncteur. Par ailleurs, la pression dans la chambre d'échappement étant ainsi diminuée, les contraintes 15 mécaniques dans les différentes parties du disjoncteur s'en trouvent avantageusement réduites. De préférence, le disjoncteur est configuré de sorte que ladite vanne reste en position fermée lorsque le disjoncteur occupe sa position de fermeture. 20 De préférence, la ou les vannes peuvent être agencées sur le fond du capot d'échappement, correspondant à une extrémité axiale de la chambre de coupure. Cela permet de faciliter l'évacuation du front froid sous haute pression au cours de l'opération 25 d'ouverture du disjoncteur, ce front se propageant en effet de l'amont vers aval, jusqu'à atteindre le font du capot d'échappement. De préférence, le capot d'échappement est équipé de plusieurs vannes, de préférence régulièrement 30 réparties autour d'un axe de la chambre de coupure. Comme évoqué précédemment, le disjoncteur est configuré de sorte que l'instant de fermeture de la vanne, au cours de l'opération d'ouverture du disjoncteur, se produise après l'évacuation d'un front froid de gaz sous haute pression et avant l'arrivée du front de gaz chauds issus de la coupure du courant électrique. L'invention a enfin pour objet un procédé de commande d'un disjoncteur de courant à moyenne, haute ou très haute tension tel que décrit ci-dessus, le procédé comprenant les étapes visant, lors d'une opération d'ouverture du disjoncteur, à : - assurer le passage de gaz à travers la vanne sous l'effet de la pression de gaz dans la 15 chambre de circulation de gaz ; puis - interdire le passage du gaz à travers ladite vanne lorsque la pression dans la chambre de circulation de gaz redescend en dessous du seuil défini. 20 D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS Cette description sera faite au regard des 25 dessins annexés parmi lesquels ; - la figure 1 représente une vue schématique en coupe longitudinale d'un disjoncteur haute tension en position fermée, selon un mode de réalisation préféré de l'invention ; la figure 2 représente une vue schématique en coupe longitudinale du disjoncteur montré sur la figure précédente, en position ouverte ; - la figure 3 représente une vue plus 5 détaillée et agrandie d'une partie du disjoncteur montré sur la figure précédente, montrant l'une des vannes de décharge de gaz ; - la figure 4 est une vue en perspective de celle de la figure 3 ; et 10 - la figure 5 représente une vue similaire à celle de la figure 1, plus détaillée, dans un état tel qu'observé lors d'une opération d'ouverture du disjoncteur. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS 15 En référence tout d'abord aux figures 1 et 2, il est représenté de manière schématique un disjoncteur 10 haute tension, selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Le disjoncteur 10 comporte une chambre de 20 coupure 12. La chambre de coupure 12 est agencée à l'intérieur d'une enveloppe 14. La chambre de coupure 12 est ainsi logée dans un espace 13 défini intérieurement par l'enveloppe extérieure 14. Cet espace 13 est habituellement rempli d'un gaz isolant, 25 par exemple du type SF6. La chambre 12 comprend un premier ensemble de contacts électriques 18a, 20a, ainsi qu'un second ensemble de contacts électriques 18b, 20b. Plus précisément, le premier ensemble comprend un premier 30 contact permanent 20a coopérant avec un second contact permanent 20b du second ensemble, lorsque le disjoncteur occupe une position de fermeture telle que représentée sur la figure 1. De plus, le premier ensemble comporte un premier contact d'arc électrique 18a, coopérant avec un second contact d'arc électrique 18b du second ensemble, lorsque le disjoncteur occupe sa position de fermeture. Le premier contact d'arc 18a traverse une buse de soufflage 19, réalisée de manière conventionnelle. Cependant, l'invention n'est pas limitée à 10 ce mode de réalisation. L'invention peut notamment être appliquée aux disjoncteurs à double mouvement. Le second contact d'arc électrique 18b est entouré par deux volumes 21 et 22 séparés axialement l'un de l'autre par une paroi, et permettant 15 l'extinction par soufflage de l'arc électrique, afin de couper le courant. La buse de soufflage 19 permet de canaliser le flux de gaz lors de ce soufflage. Les gaz issus de l'arc électrique et des volumes 21 et 22 sont évacués axialement de part et 20 d'autre par la buse 19 et l'espace intérieur 24 du second contact d'arc 18b. Les gaz s'échappant par la buse 19 pénètrent dans une chambre de circulation de gaz 31, également dite chambre d'échappement, et délimitée par un capot d'échappement 40 logé dans 25 l'espace 13. La chambre 31 est ainsi agencée au moins en partie en aval de la buse 19, le terme « aval » étant ici considéré selon une direction principale axiale d'écoulement des gaz dans la chambre 12, en sortie de la buse 19. 30 De manière analogue, à l'opposé de la chambre de coupure, les gaz s'échappant par l'espace 24 pénètrent dans une autre chambre de circulation de gaz 32, délimitée par un capot d'échappement 41 également logé dans l'espace 13. Du côté du premier ensemble de contacts 5 18a, 20a, la chambre de coupure 12 comporte donc le capot d'échappement 40 formant paroi extérieure du volume d'échappement 31. Le capot d'échappement 40 comporte plusieurs orifices 50 permettant l'évacuation des gaz vers l'espace 13 défini par la cuve 14. Dans le 10 mode de réalisation montré sur les figures 1 et 2, ces ouvertures 50 sont agencées à proximité d'une extrémité amont du capot 40, mais elles peuvent bien entendu être agencées différemment sur ce capot 40. D'ailleurs, l'invention est applicable quelle que soit la 15 configuration à l'intérieur de la chambre 31. De même, du côté du second ensemble de contacts 18b, 20b, le capot d'échappement 41, définissant le volume d'échappement 32, comporte plusieurs orifices 51 pour l'évacuation des gaz issus 20 de la zone de coupure de l'arc électrique, vers l'espace 13. Selon l'invention, le capot 40 est équipé d'une ou plusieurs vannes 52 de décharge des gaz sous pression, visant à permettre aux gaz de s'extraire de 25 la chambre 31 pour aller en direction de l'espace 13. Les vannes 52, préférentiellement du type à soupape ou à clapet anti-retour, sont ici positionnées sur le fond 40a du capot 40, axialement à l'opposé de la buse 19. Elles sont dirigées selon l'axe 30 longitudinal A de la chambre de coupure 12, comme cela est représenté sur la figure 3. La figure 4 montre quant à elle un exemple de réalisation comprenant huit vannes 52 à clapet antiretour, positionnées sur le fond 40a du capot d'échappement 40, et régulièrement réparties autour de l'axe A. Néanmoins, ces vannes 52 peuvent être positionnées différemment sur le capot 40, en fonction de la configuration du disjoncteur et des zones propices aux fortes pressions gazeuses. Chaque vanne 52 est prévue pour s'ouvrir 10 lorsque la pression de gaz au sein du volume 31 dépasse une valeur prédéterminée, également dite « seuil défini ». Aussi, lorsque le disjoncteur se trouve en position de fermeture et que la pression à l'intérieur de la chambre 31 et de l'espace 13 reste faible, la 15 vanne 52 reste fermée. De même, du côté du second ensemble de contacts 18b, 20b, un capot d'échappement 41 définissant le volume d'échappement 32 comporte plusieurs orifices 51 pour l'évacuation des gaz issus 20 de la zone de coupure de l'arc électrique vers le volume 13. Lors d'un déclenchement d'une opération d'ouverture du disjoncteur, il se crée dans la chambre 12 une circulation des gaz depuis la zone entre les 25 contacts 18a et 18b, vers les chambres d'échappement 31, 32. Dans le cas de la coupure de forts courants, un front de gaz sous haute pression se dirige en direction du fond de la chambre 31, à savoir en direction du fond 40a du capot d'échappement 40, comme cela a été 30 représenté schématiquement sur la figure 5. Ce front sous haute pression est constitué dans un premier temps des gaz froids 60a contenus initialement dans la chambre 12. De manière connue de l'homme du métier, ce premier front froid 60a sous haute pression est poussé par un front de gaz chaud 60b provenant de la buse 19 et issu de l'arc électrique créé lors de l'opération de coupure du courant, entre les contacts électriques 18a et 18b. C'est donc ce front chaud 60b qui pousse le front froid 60a axialement en direction du fond 40a du capot d'échappement. Sous l'effet de la pression exercée par le front de gaz froid 60a sur les clapets des vannes 52, celles-ci s'ouvrent par compression de leurs ressorts, et laissent échapper tout ou partie du front froid 60a. Le front froid 60a est ainsi évacué hors de la chambre de coupure et délivré dans l'espace 13 défini par l'enveloppe 14 du disjoncteur. Ces gaz froids ne sont pas ou peu agressifs et ne permettent pas d'établir un pont électrique entre la chambre et l'enveloppe du disjoncteur. Après le passage de ce front haute pression 60a, la pression des gaz chauds 60b restant dans la chambre d'échappement 31 est diminuée, et n'est pas suffisante pour maintenir les clapets 52 ouverts. Aussi, avant la fin de l'opération d'ouverture, lorsque la pression du gaz redescend en dessous du seuil défini, les vannes se referment alors automatiquement. A partir de cet instant de fermeture des vannes 52, les gaz chauds issus du soufflage de l'arc électrique peuvent transiter par les orifices 50 avant d'atteindre l'espace volumineux 13, lorsque de tels orifices 50 sont prévus. En interdisant l'échappement des gaz chauds par les vannes 52, le risque d'agression de l'enveloppe 14 par ces mêmes gaz et par les microparticules qu'ils entraînent, s'avère limité. Il en est de même pour le risque d'amorçage diélectrique. Avec cette évacuation du front avant froid sous haute pression, la pression dans la chambre 31 est diminuée pendant l'opération d'ouverture, de sorte que les efforts mécaniques requis pour le déplacement des contacts électriques et les contraintes dans les interfaces mécaniques du disjoncteur s'en trouvent avantageusement réduits. Par ailleurs, le soufflage de l'arc électrique s'en trouve également amélioré, renforçant ainsi les performances de coupure du disjoncteur, en raison de l'augmentation de la différence de pression entre le coeur de la buse 19 et la chambre d'échappement 31. En outre, la diminution de pression dans la chambre d'échappement 31, par rapport à la pression dans le coeur de la buse 19, réduit favorablement le risque de retour des gaz chauds dans la zone entre les contacts 18a et 18b, et limite ainsi le risque de réamorçage diélectrique suite à la coupure. En outre, l'invention est indépendamment 25 applicable au côté du second ensemble de contacts 18b, 20b, sur le capot 41. L'invention est également applicable dans le cas de chambres d'échappement 31, 32 fermées, c'est-à-dire sans orifice 50 et 51. 30 Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite sans sortir du cadre de l'exposé de l'invention.5 REVENDICATIONS1. Disjoncteur (10) de courant à moyenne, haute ou très haute tension, comportant au moins une chambre de coupure (12) ainsi qu'une enveloppe extérieure (14) définissant un espace (13) dans lequel est agencée la chambre de coupure (12), celle-ci comportant : - un premier ensemble de contacts électriques (18a, 20a) ainsi qu'un second ensemble de contacts électriques (18b, 20b), au moins de façon à permettre des opérations de fermeture et d'ouverture du disjoncteur ; - une buse de soufflage d'arc électrique (19) ; - un capot d'échappement (40) situé dans l'espace 15 (13) et définissant intérieurement une chambre de circulation de gaz (31) située au moins en partie en aval de la buse de soufflage (19) avec laquelle elle communique, ledit capot d'échappement (40) pouvant comprendre une ou plusieurs ouvertures (50) pour 20 l'évacuation du gaz vers ledit espace (13), caractérisé en ce que le capot d'échappement (40) est équipé d'au moins une vanne (52) entre la chambre (31) et l'espace (13), et en ce que le disjoncteur est configuré de sorte que lors d'une opération d'ouverture 25 de ce disjoncteur, la vanne (52) puisse d'abord s'ouvrir sous l'effet de la pression du gaz de manière à permettre le passage de ce gaz, puis se refermer lorsque la pression redescend en dessous d'un seuil défini. 30 2. Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est configuré de sorte que ladite vanne (52) reste en position fermée lorsque le disjoncteur occupe sa position de fermeture. 3. Disjoncteur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les vannes (52) sont de préférence agencées sur le fond du capot d'échappement (40), correspondant à une extrémité axiale de la chambre de coupure (12). 4. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capot d'échappement (40) est équipé de plusieurs vannes (52), de préférence régulièrement réparties autour d'un axe (A) de la chambre de coupure (12). 5. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est configuré de sorte que l'instant de fermeture de la vanne (52), au cours de l'opération d'ouverture, se produise après l'évacuation d'un front froid de gaz sous haute pression (60a) et avant l'arrivée d'un front de gaz chauds issus de la coupure du courant électrique. 6. Procédé de commande d'un disjoncteur (10) de courant à moyenne, haute ou très haute tension selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes visant, lors d'une opération d'ouverture du disjoncteur, à :- assurer le passage de gaz à travers ladite vanne (52) sous l'effet de la pression de gaz dans la chambre de circulation de gaz (31) ; puis interdire le passage du gaz à travers ladite 5 vanne (52) lorsque la pression dans la chambre de circulation de gaz (31) redescend en dessous d'un seuil défini. 10