Brevet FR3077921A1 — publié le 20190816

Domaine technique Les disjoncteurs de générateur sont caractérisés par des courants nominaux importants et des puissances de court-circuit élevées. Les produits actuels répondant à ces contraintes sont des appareils dans le gaz SF6, comprenant une fonction du passage de courant en fonctionnement normal et lors de l'ouverture la fonction passage de courant est commutée dans une chambre de coupure qui en assure la coupure. Les disjoncteurs à vide actuels sont mal adaptés à ces contraintes car même si la technologie de coupure permet d'atteindre les performances, ils ne peuvent satisfaire aux contraintes d'échauffement en utilisant une seule ampoule à vide et nécessitent d'ajouter un sectionneur en série pour assurer la fonction d'isolation entrée-sortie, fonction électrique qui ne peut pas être assurée par une solution de continuité dans le vide suivant les normes IEC ou autres. L'invention a pour but d'apporter une solution économique et industrielle à ce problème avec l'utilisation d'une ampoule à vide, qui ne subira aucune contrainte liée au passage des courants permanents et n'interviendra pas dans la fonction de sectionnement. Le disjoncteur ou interrupteur, nommé par la suite disjoncteur, suivant l'invention consiste assurer la coupure et fermeture des courants de court- circuit et permanent par une ampoule à vide et assurer le passage du courant permanent par un sectionneur. Pour cela suivant l'invention, la chambre de coupure à vide sera, en fonction de la position de la partie mobile soit en série soit en parallèle avec la fonction sectionneur qui assurera le passage du 20 courant permanent et la fonction isolation entrée-sortie en position ouverte. La fonction de l'ampoule à vide se résume à fermer et couper uniquement le courant nominal ou de court-circuit dans les conditions de tension de rétablissement données par les normes et ne supporte aucune contrainte diélectrique et électrique en fonctionnement normal, cette disposition qui permettra d'utiliser des chambres de coupure de tension équivalente à la tension maximale de la 25 tension de rétablissement lors de la coupure et une capacité de passage de courant limitée aux contraintes temporaires de la coupure en millisecondes) La chambre active suivant l'invention peut fonctionner dans un diélectrique isolant comme l'air ou tout autre fluide isolant (gaz ou liquide) dans une enveloppe fermée étanche. On voit rapidement l'intérêt d'une telle solution, l'énergie utilisée pour la coupure est celle d'une 30 ampoule à vide donc relativement faible, la fonction de déplacement de l'équipage mobile sectionneur nécessite une vitesse faible donc une énergie limitée, de plus les fonctions commutation sont réalisées à même potentiel, ne générant ainsi aucun arc électrique dans le diélectrique d'isolation. Description 35 Le schéma de la figure 1 donne une représentation schématique de l'invention, la configuration présentée assure l'isolation entre la terre et les entrées sorties au travers de pièces isolantes tubulaires, mais ces isolations peuvent très bien être assurées par des isolateurs classiques entre phase et terre surtout si on utilise l'air comme diélectrique d'isolation (figure 2). Les pièces (1) et (2.) sont les deux corps isolants qui assurent pour la pièce (1) l'isolation des entrées et sorties de courant (3) et (4) du disjoncteur, la pièce (2) l'isolation entre la terre et une des entrées courant. Le disjoncteur est composé d'un premier dispositif dont la fonction sera d'assurer le passage 5 du courant permanent au travers d'un équipage mobile (11) et des contacts glissants (6) et (12). Cet équipage mobile est relié à l'organe de manoeuvre du disjoncteur non représenté (mécanique, électrique) au travers d'un système bielle (isolante) manivelle classique (18), (17) assurant la courbe espace/temps adaptée à l'invention pour le déplacement de l'équipage mobile (11). Dans la partie centrale, un deuxième dispositif comprenant une ampoule à vide (5), (adaptée 10 aux performances de coupure du disjoncteur), reliée avec la prise de courant (3) pour son contact fixe (non représenté), l'ampoule à vide (5) a été équipée d'un dispositif externe isolant (8) qui supporte une électrode (9), qui va assurer plusieurs fonctions, suivant la position de l'équipage mobile (11) : -le guidage de la bielle isolante (13) qui va actionner le contact mobile de l'ampoule à vide au 15 travers du contact mobile (7) -la commutation du courant de la prise (3) et contacts (6) vers l'ampoule à vide(5) -le passage du courant de l'ampoule à vide (5) dans l'équipage mobile (11) au travers de contacts glissants (10) L'ampoule à vide est manoeuvrée par un deuxième équipage mobile composée d'une tige 20 isolante (13) reliée à un dispositif mécanique type came qui permettra grâce à une liaison mécanique au système bielle manivelle déjà mentionné ou à l'équipage mobile, d'assurer la synchronisation des deux courbes espaces temps qui seront décrites ultérieurement. La figure (1) montre les positions fermé et ouvert du disjoncteur. La figure (2) montre la position de l'équipage mobile (11) pour assurer le transfert du courant dans l'ampoule à vide (5) dans un 25 deuxième type de configuration de disjoncteur, isolation par isolateur phase- terre et contact mobile ampoule à vide lié électriquement avec la prise de sortie (3) . En position ouvert, la fonction sectionneur et l'isolation sont assurées par une solution de continuité du fluide isolant au travers de la distance entre les pièces (11), (9), (6). Il est à noter que la pièce (9) pourra être en fin de mouvement à un potentiel flottant ou au potentiel des contacts (6) 30 suivant la courbe espace/temps choisie, en effet on peut refermer l'ampoule à vide en fin de course de l'équipage mobile pour éviter tout potentiel flottant, solution préconisée pour les tensions élevées. En position fermé, l'équipage mobile (11) relie les entrée- sortie (3) et (4) au travers des contacts glissants (6) et (5). L'ampoule à vide est en position fermée et est totalement court-circuitée par l'équipage mobile (11) par la liaison électrique entre les contacts (6) et l'électrode (9), sans compter 35 sur l'effet de peau et supporte aucune contrainte électrique et mécanique en fonctionnement normal. La figure 2 montre la position intermédiaire, lors d'un ordre d'ouverture la cinématique des deux équipages mobiles permet la commutation du courant de l'extérieur de la chambre dans l'ampoule à vide (5). L'équipage mobile (11) pendant son déplacement, reste en contact avec l'électrode (9 ) pendant tout le temps nécessaire à l'ampoule à vide (5) pour réaliser la coupure des courants appliqués 40 par l'ouverture de ses contacts. -3 - La distance diélectrique entre les contacts (6) et l'électrode (9) assure la tenue des tensions de rétablissement lors de la coupure et cela uniquement dans le laps de temps court nécessaire pour que la fonction sectionnement prenne le relais grâce à la distance d'isolement entre l'équipage mobile 5 (11) et l'électrode (9) L'invention s'appuie sur la synchronisation des mouvements des fonctions de disjoncteur / sectionneur permettant d'utiliser une ampoule à vide de coupure dimensionnée aux contraintes tension et courant limitées aux conditions électriques et temporelles de la coupure. Lors de la fermeture, seule l'ampoule à vide (5) assure la fermeture des circuits courant, la fonction sectionneur 10 de l'équipage mobile (11) fermera sous tension nulle et n'aura que les contraintes de commutation des courants. L'ampoule à vide (5) est (soit ou mise) en position ouverte dès le début du mouvement de l'équipage mobile (11). Celui-ci vient en contact avec l'électrode (9), le mécanisme de l'ampoule à vide assure sa fermeture et l'enclenchement du courant. L'équipage mobile (11) continue sa course pour rentrer en contact avec les contacts glissants (6) de la prise (3) et permet la commutation du courant 15 dans la fonction sectionneur. Les courbes espace/temps des deux équipages mobiles sont liées et synchronisées, celle de la fonction sectionneur dépend de la tension et du diélectrique utilisés ( air , gaz) , en moyenne tension ces courses seront comprises entre 150 et 300rnm, pour celle des contacts de l'ampoule à vide on tablera sur 10 à 15 mm, elles permettent d'assurer la tenue diélectrique entre contacts (6) et électrode (9) pendant la coupure de l'ampoule à vide et le relais de la fonction d'isolation du sectionneur assurée ensuite par la distance d'ouverture entre l'équipage mobile (11) et l'électrode de commutation (9) A titre d'exemple, la figure (3) donne une représentation des courbes espaces/temps d'ouverture pour assurer les différentes commutations et isolation ainsi que le temps nécessaire à la coupure de l'ampoule REVENDICATIONS1) Un disjoncteur-sectionneur opérant dans l'air ou tout autre fluide isolant ( gaz ou liquide) dans une enceinte étanche, à coupure dans le vide caractérisé - par un premier dispositif assurant la fonction sectionneur comprenant un équipage mobile unique (11) lié électriquement à une des entrée-sortie (4) du sectionneur, qui en position fermé, relie les contacts glissants (6,12) des deux entrée-sortie du sectionneur(3 ,4) ; qui en position ouvert, assure la tenue diélectrique grâce à une solution de continuité dans le fluide isolant utilisé, entre l'équipage mobile(11), la deuxième entrée-sortie du sectionneur(3) et la terre ; qui en position intermédiaire pendant une partie de son mouvement jusqu'à la position fermé, sera connecté à une électrode fixe de commutation (9). -par un second dispositif assurant la fonction disjoncteur extérieur à la fonction sectionneur, composé par une ampoule à vide(5) dont le contact fixe est relié électriquement à la deuxième sortie du sectionneur(4), et par un support isolant(8) assurant en premier le positionnement et l' isolation de l'ampoule à vide par rapport aux éléments du sectionneur et en second le positionnement mécanique de l'électrode de commutation (9) liée électriquement au contact mobile (7) de l'ampoule à vide(5). -par une électrode de commutation (9) qui assure une isolation ou une liaison électrique série ou parallèle entre les deux dispositifs sectionneur et disjoncteur en fonction de la position relative de l'équipage mobile du sectionneur ; 1) équipage mobile entre la position ouvert du sectionneur et non connecté à l'électrode de commutation, les deux dispositifs sont isolés par les distances de leurs éléments constitutifs dans le fluide d'isolement ; 2) équipage mobile en contact avec l'électrode de commutation et non connecté avec la deuxième prise du sectionneur, les deux dispositifs sont reliés électriquement en série permettant d'assurer la fermeture ou la coupure des courants par l'ampoule à vide ; 3) équipage mobile connecté aux contacts (6) de la deuxième prise du sectionneur, le dispositif disjoncteur est mis en parallèle avec la fonction sectionneur et l'ampoule à vide est court-circuitée au travers des contacts(6) et ceux de l'électrode de commutation. -par un système mécanique de synchronisation des mouvements du sectionneur et de l'ampoule à vide permettant lorsque les deux fonctions sont connectées en série , soit sur une opération de fermeture, de déclencher la fermeture des contacts de l'ampoule à vide et ainsi fermer les courants par l'ampoule à vide, soit sur une opération d'ouverture, après que l'équipage mobile se soit déconnecté des contacts de la deuxième sortie du sectionneur de déclencher avec un retard optimisé l'ouverture de l'ampoule à vide pour assurer la coupure des courants et de tenir a minima les tensions transitoires de rétablissement grâce à la solution de continuité dans le fluide isolant utilisé, entre les contacts (6), l'équipage mobile(11) et l'électrode de commutation (9). 2) Un disjoncteur-sectionneur suivant la revendication 1, caractérisé par un système mécanique de synchronisation qui est lié à un organe de manoeuvre et au travers d'un système bielle manivelle (17)(18) assure le mouvement de l'équipage mobile (11) du sectionneur et par une deuxième liaison mécanique entraine en rotation une came (16) dont le profil adapté, permet au travers d'une bielle isolante (13) de synchroniser le déplacement des contacts de l'ampoule à vide avec celui de l'équipage 5 mobile du sectionneur. 3) Un disjoncteur-sectionneur suivant les revendications 1 à 2 caractérisé par le mouvement linéaire de l'équipage mobile du sectionneur. 4) Un disjoncteur-sectionneur suivant les revendications 1 à 3 caractérisé par l'intégration 5 coaxiale du dispositif disjoncteur dans le dispositif sectionneur. 5) Un disjoncteur-sectionneur suivant les revendications 1 à 2 caractérisé par le mouvement rotatif du sectionneur. 6) Un disjoncteur-sectionneur suivant les revendications 1 à 2 caractérisé par l'électrode de commutation(9) qui est fixe mécaniquement par rapport aux éléments de l'ampoule à vide et du 10 dispositif sectionneur. 5