Brevet FR3026554A1 — publié le 20160401

DISPOSITIF SURVEILLANCE DE LA QUALITÉ DU VIDE D'UN DISJONCTEUR À VIDE DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un dispositif surveillance de la qualité du vide d'un disjoncteur à vide. L'invention s' applique plus particulièrement, mais non exclusivement, a des disjoncteurs à vide, notamment triphasés, isolés par un gaz ou par des isolants solides ou par une combinaison de gaz avec une paroi isolante, ou encore sur-isolé (isolant surmoulé). ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE La sur-.niilance de la c;.oalltë iu vide dans des .orles à par des cateurs cu.snitufs est décrite par exemple le brevet américain U34103291. Dans le dispositif décrit dans ce document, l'ampoule à vide comporte un écran flottant gui forme une pLc2,iérc capacité avec un système de contact soumise à la tension du réseau. Une deuxième capacité est créée entre l'écran flottant de l'ampoule à vide et la terre. Le courant qui circule avers ces capacités fournit 25 une mesure pour l'état du vide de l'ampoule. cre fonctionnement est fondé sur les caractéristiques diélectriques du vide. Aussi, en cas d'un vide correct la tenue diélectrique est telle qu'aucun amorçage ne Se, produit à l'intérieur de l'ampoule à vide de sorte 30 qu'un courant capacitif qui traverse cette capacité est proportionnel à la tension du réseau et à la valeur desdites première et deuxième capacités en série. En cas d'un défaut du vide la tenue diélectrique de celui- c Qa,a réduite et des amorçages à l'intérieur de l'ampoule se produiront mettant l'écran flottant à la tension du réseau. La première capacité entre l'écran 5 et les contacts se trouve court-circuitée et le courant qui traverse la deuxième capacité sera augmenté. Le courant dans la deuxième capacité fournit ainsi une indication sur la quaiité du vide dans l'ampoule. Un des inconvénients de ce dispositif 10 provient de sa sensibilité aux surtensions dans le réseau qui peuvent conduire alerte de perte de vide. En outre, 7'utilisation d'un tel dispositif nécessite la présence d'un écran flottant à l'intérieur de l'ampoule, ce gui exclut son utilisation 15 pour des ampoules dites _siques dtpourvues d'écran flottant. Dans le document E52463583, un détecteur utilise plusieurs capacités qui surveillent parallèlement le vide et les parties actives du réseau 20 en amont et en aval de l'ampoule. Ainsi, une dégradation de la qualité du vide peut être détectée sous toutes les conditions du réseau pourvu qu' il existe une Lensoon. Dans la réalisation 2_e détecteur, une isolation solide avec un écran 25 métallique mis à la terre permet de créer des capacités conséquentes dans lesquelles le courant capacitif est fort. L'inconvénient des capteurs décrits ci-dessus provient du fait qu'ils ne peuvent pas être 30 appliqués à des disjoncteurs classiques soit cause d'absence de mesure correcte, soit par absence d'un couplage suffisamment fort pour créer un détecteur autonome, de manière classique. En outre, l'absence d'une isolation blindée oblige à s'éloigner fortement de l'ampoule. T figure 1 illustre schématiquement le principe d'un dispositif de surveillance de la qualité du vide dans une ampoule à vide 1 d'un disjoncteur de l'art antérieur. La référence 8 est une paroi de l'ampoule à vide 1. Ce dispositif comporte une première surface conductrice 4, agencée entre un écran 10 métallique 18 formant une partie électriquement active de l'ampoule à vide 1 et une deuxième surface conductrice TO montée mobile sur un chariot 12 relié à la terre T. La première surface conductrice 4 forme une capacité composée de deux capacités en série, soit une 15 capacité 14, dite de vide, formée entre les électrodes 16 de 1' ampoule à vide et l'écran métallique 18 entourant les électrodes 16, et une capacité 34, formée entre la surface conductrice 4 et la face extérieure de l'écran métallique 18 qui lui fait face. La surface 20 conductrice 4 forme en outre avec la deuxième surface conductrice 10 une autre capacité 32. La valeur de capacité 14 est bien définie et dépend de la conception du disjoncteur à vide. P contre les valeurs des capacités 32 et 34 dépendent des 25 distances Dl et 92 séparant la surface conductrice 4, pectivement de l'écran métallique 18 et de la deuxième surface conductrice 10. Dans ce dispositif, la tension transitoire mesurée au niveau de la surface conductrice 4 dépend des valeurs des capacités 14, 32 30 et 34 et de la tension de ligne VHv sur les electrodes 16. Comme la valeur de la capacité 14 est beaucoup plus grande que celles des capacités 32 et 34, la majeure partie de la tension Vfv', est appliquée sur ces capacités 32 et 34, na répartition de la tension sur la surface conductrice 4 par rapport à la tension ,,e ligne Viiv sera proportionnelle au rapport des distances Dl et Les capacités 32 et 34 peuvent être considérées comme résultant de condensateurs à plaques parallèles. Par conséquent, la valeur de la capacité 32 est inversement proportionnelle à la distance Dl et celle 10 de la capacité 34 est inversement proportionnelle à la distance El2. Du fait que la valeur de le. capacité 14 est beaucoup plus grande que celle de la capacité 32, elle peut négligée dans l'approximation. Il en résulte que la tension V. sur la surface conductrice il dépend du rapporr Dl / UA + D2) et de la hante tension sun E.'ec---rodes à rjridoerieur du disjoncteur à f rie -- 4 fil,' DI + D2 i 20 Afin de comprendre les conséquences cette relation, on considère la condition réaliste suivante: dans un disjoncteur à vide de moyenne tension normale, la distance entre le disjoncteur à vide et le chariot du disjoncteur (Dl ± D2) est généralement de 10 cm. La tension est typiquement 10 kV. Afin d'avoir une tension de fonctionne en toute sécurité sur la surface conductrice 4, à coins de 48 Volts, la distance D2 doit être à 0,5 mm de la plaque 10 de mise à la terre sur chariot du disjoncteur. Une 30 variation de 5 mm sur la distance de D2 conduira à une tension de 500 volts sur la surface conductrice 4, dépassant d'un facteur 10 le niveau de tension. admissible pour l'équipement de mesure basse tension. 11 apparait clairement qu'il est difficile de maintenir une distance securitaire de 0,5 mm pour 1)2 dans des r=, conditions de travail pratique. L'absence d'une maîtrise des distances LJJ_ et 1)2 et/ou des capacités 32 et 34, met en péril la mesure et le circuit électronique Ces manières suivantes : 10 -Si la distance D2 entre la surface conductrice 4 et le chariot 12 r-; sjoncteur est trop petite, la tension transitoire sera ial-ie trop difficiles à détecter, Ceci ne permet pas de détecter une perte de vide dans l'ampoule du. dirjoncteur 15 vide. -Si cette distance est trop grande, ia tend on h surît surface conductrice 4 deviendra trop grande, ce qui peut causer des dommages aux composants électroniques ou créer un court-circuit dans le circuit 20 de mesure. La distance sera affectée par la façon dont la surface conductrice 4 est montée sur le chariot. .12. Un but de l'invention. est de pallier les inconvénients de l'art antérieur décrit ci-dessus. nerticulierement le but de 25 l'invention est un dispositif permettant de détecter, un défaut de vide dans une ampoule à vide d'un disjoncteur sans contact physique avec les parties sous-tension du disjoncteur. EXPOSÉ DE L'INVENTION Le but de l'invention est atteint au moyen d'un dispositif de surveillance de la qualité du vide d'un disjoncteur à vide comportant une première surface conductrice fixe séparée par une couche isolante d'une deuxième surface conductrice fixe de manière à former une première capacité ayant une valeur fixe et un circuit électronique destiné à mesurer une variation de tension sur ladite première capacité représentative d'un changement d'état du vide du disjoncteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite première surface conductrice fixe forme une deuxième capacité. fixe avec une partie électriquement active du disjoncteur à vide. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'assemblage rigide est agencé à l'intérieur d'un blindage électrique cylindrique do- :noins une surrace extérieure forme une ail cati,qcité fixe avec la terra. La couche isolante est ccrustituée soit par une structure en nid d'abeille, soit par une structure en mousse, soit par une plaque en époxy. 20 Dans un premier mode dg réalisation du dispositif selon l'invention, l'assemblage rigide est réalisé sur un circuit imprime sur lequel sont gravées la première surface conductrice et la deuxième surface conductrice, séparées par un isolant. 25 Dans une première variante de ce mode de réalisation, l'assemblage rigide est monté sur un chariot mcbi7e relié à la terre. Dans une deuxième variante, l'assemblage ridide est agencé à l'intérieur d'un blindage 30 électrigue ovlindrigue entourant le disjoncteur à vice, ledit riltincl étant relié a la deuxième surface conductrice, ladite R,ré surface conductrice étant: reliée à un écran métallique formant ladite partie électriquement active de l'ampoule à vide, la deuxième capacité est formée entre la surface extérieure du blindage électrique et la terré. Dans une autre variante, l'assemblage rigide peut être fixé comme un « patch » sur la surface externe de l'ampoule à vide en contact électrique avec ladite partie électriquement active. Le dispositif selon l'invention permet de 10 surveiller la Qualité du vide d'un disjoncteur à vide triphasé. Dans ce cas, pour chaque phase, il comporte ledit assemblage rigide. Ce dernier comporte en outre une capacité supplémentaire agencée de manière A récupérer un courant pour alimenter le circuit 15 électronique destinée détecter un changement d'étatoi u. vide. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de 20 l'invention ressortiront de la description qui va suivre, prise à titre d'exemple non limitatif, en référence aux figures annexées dans lesquelles: - la Ligure 1, décrite précédemment, illustre schématiquement le principe d'un dispositif de 25 surveillance de la qualité du vide d'un disjoncteur à vide d,- l'art antérieur, - la figure 2 illustre schématiquement un premier mode de réalisation d'un dispositif de surveillance de la qualité du vide d'un disjoncteur â 30 vide selon l'invention, - la figure 3 illustre schématiquement un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de surveillance de la qualité du vide d'un disjoncteur à vide selon l'invention, - la figure 4 illustre schématiquement un troisième mode de réalisation d'un dispositif de surveillance de la qualité du vide d'un disjoncteur à vide selon l'invention, - la figure 5 est une courbe illustrant la variation de la tension de tenue diélectrique dans un disjoncteur industriel à 10 EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Pour plus de clarté, des références identiques désigneront les éléments du dispositif de T 'art antérieur de la figure 1 et les dispositifs selon l'invention. Sur flaure est illustré schématiquement_ un disjoncteur à vide cc d'un. chariot 12 el- au moins une ampoule à et un assemblage rigide 2 formant un détecteur des variations 20 de l'etat du vide de l'ampoule 1. Ce détecteur comporte une première surface conductrice fixe 4 séparée par une couche isolante 30 d'une deuxième surface conductrice fixe 10 reliée à la terre T. L'assemblage rigide 2 constitué par la première surface conductrice fixe 4, 25 et la deuxième surface conductrice fixe 10 forme une première capacité 32 ayant une valeur fixe. L'ensemble .1- .3_ ainsi constitué est monté sur le chariot 12 et agencé de sorte que la première surface conductrice fixe soit en vis-à-vis d'une partie électriquement 20 active 18 disjoncteur è vide. La première surface conductrice fixe 4 forme ainsi avec cette partie électriquement active 18 une deuxième capacité 24. Un circuit électronique, non représenté, est relié à l'assemblage rigide 2 pour mesurer les variations de courant dans première capacité 32 et la deuxième capacité 34 et fournir une indication de l'état du vide de l'ampoule 1 en fonction du résultat des mesures. La connexion la terre de la deuxième surface conductrice fixe 10 est réalisée au moyen d'un boulon ou d'un rivet 40 enserrant la couche isolante 30 Pt le reliant solidement chariot 12. Une pièce de 10 séparation 41 iixee sur le boulon 40 permet de maintenir une distance suffisante entre l'assemblage rigide 2 et les composants électroniques montés sur le circuit de détection installé sur le chariot 12. Er raison de :a rigidité de l'assemblage obtenu, la capacité 3? :emite une va e u t r L éçuri rr r r r Ge 1a cduche isolaa - 30 est comprise ehtre 0,1 et 10 mm. Une valeur trop faible augmente excesàis la valeur de la capacité 32 et réduira inutilement la valeur de la tension transitoire mesurée sur la première surface 29 conductrice fixe 4. La figuré 3 illustre un eerv se mode de réalisation de l'invention dans lequel l'assemblage rigide 2 est agence à l'intérieur d'un fl électrique cylindrique 50 entourant l'ampoule à vide 1. 25 Ledit blindage s t relié deuxième surface conductrice 10 Pt la première surface conductrice 4 est partie électriquement active de l'ampoule à vide. La deuxième capacité 34 est formée entre la surface extérieure du blindage éleetriGue 50 30 et la terre. L'assemblage ainsi réalisé peut être appliqué sur la surface externe de l'ampoule à vide 1 autour de l'écran métallique 18, comme un « patch » comme cela est illustré par la figure 4. La surface conductrice 4 est en contact électrique direct avec la partie électriquement active 18. En raison du contact direct avec l'écran métallique 18, le système peut être autodlimenté. En fonctionnement, la tension de la remiéere capacité 32 17u est utilisée pour surveiller l'état du vide du disjoncteur à vide. Dans le cas d'un 10 disjoncteur à vide ayant un bon niveau de vide, la chaîne condensateurs 14, 32 et 84 nerrnet de déterminer le courant circulant dans ces capacités, et d'en déduire la tension Viu, par la formule suivante : 15 Dans Le d'un disjoncteur avec un défaut de vide, la pression dans l'ampoule S vide du disjoncteur augmente régulièrement et _La rigidité diélectrique du dj '..8citeur à vidé suit la loi Paschens comme illustré par la figure 5. Lorsque le niveau du vide dans le disjoncteur atteint une valeur dite « Minimum de Paschen », la rigidité diélectrique est inférieure à la 25 tension de réseau. Cela provoque des céurtecircuits entre les électrodes 16 et l'écran tt.llique 18. La caigàcité 14 est alors courLcircuitt s entraînant une augmentation du courant circulant a travers la chaîne restante dés capaclt-5us 82 et 34. La tension V-,2 varie 30 alors de la manière à .vante: * 1 J ff' ) 32 1-23-1 Il en résulte que la tension V32 augmente en présence d' un défaut de vide dans 1' ampoule à vide REVENDICATIONS1. Dispositif de surveillance de la qualité du vide d'un disjoncteur à vide caractérisé en ce qu'il comporte: - au moins un assemblage rigide (2) comportant une première surface conductrice fixe (4) séparée par une couche isolante (30) d'une deuxième surface conductrice fixe (10) de manière à former une première capacité (32) ayant une valeur fixe, et - un circuit électronique destiné à mesurer une variation de tension sur ladite première capacité (32) représentative d'un changement d'état du vide du disjoncteur. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ladite première surface conductrice fixe (4) forme une deuxième capacité fixe (34) avec une partie électriquement active (18) du disjoncteur à vide. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel l'assemblage rigide (2) est agencé à l'intérieur d'un blindage électrique cylindrique (50) dont au moins une surface extérieure forme une deuxième capacité fixe (34) avec la terre. 4. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la couche isolante (30) est constituée par une structure en nid d'abeille. 5. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la couche isolante (30) est constituée par une structure en mousse. 6. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la couche isolante (30) est constituée par une plaque en époxy. 7. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'assemblage rigide (2) est réalisé sur un circuit imprimé sur lequel sont gravées la première surface conductrice (4) et la deuxième surface conductrice (10) séparées par l'isolant, (30). 8. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le disjoncteur à vide comporte un chariot (12), au moins une ampoule à vide (1) et un assemblage rigide (2) formant un détecteur des variations de l'état du vide de l'ampoule (1). 9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel l'assemblage rigide (2) est monté sur un chariot mobile (12) relié à la terre (T). 10. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel l'assemblage rigide (2) est fixé comme un « patch » sur la surface externe de l'ampoule à vide (1) en contact électrique avec ladite partie électriquement active (18). Il. Dispositif de surveillance de la qualité du vide d'un disjoncteur à vide triphasé caractérisé en ce qu'il comporte, pour chaque phase, un assemblage rigide (2) comportant une première surface conductrice fixe (4) séparée par une couche isolante (30) d'une deuxième surface conductrice fixe (10) de manière à former une première capacité (32) ayant une valeur fixe' et en ce que chaque assemblage rigide (2) comporte en outre une capacité supplémentaire agencée de manière à récupérer un courant pour alimenter le circuit électronique destiné à détecter un changement d'état du vide.