Brevet FR3094836A1 — publié le 20201009

Description Titre de l'invention : Dispositif de coupure d'arc DOMAINE TECHNIQUE GÉNÉRAL ET ART ANTÉRIEUR [0001] L'invention concerne le domaine général des dispositifs électrique, et plus spéci- fiquement les dispositifs de type interrupteurs sectionneurs destinés à fermer ou ouvrir des lignes sur un réseau électrique. [0002] De tels dispositifs sont classiquement dimensionnés pour interrompre ou autoriser la circulation de signaux électriques de forte puissance dans des réseaux de transport, de répartition ou de distribution. [0003] Classiquement, de tels dispositifs interrupteurs sectionneurs présentent, pour chaque phase du réseau sur laquelle un courant circule, un prcmicr connecteur fixe connecté à un réseau d'alimentation, un deuxième conncctcur fixe connecté à réseau consommateur, et un connecteur mobile présentant unc configuration fermée dans laquelle le connecteur mobile est en contact avec le premier connecteur et le deuxième connecteur, et une configuration ouverte dans laquelle le connecteur mobile n'est en contact avec aucun des autres connecteurs. [0004] Un tel type (l'interrupteur sectionneur présente donc deux points de rupture de la ligne électrique lorsque le connecteur mobile passe le la configuration fermée à la configuration ouverte, le premier point (le rupture étant situé à l'interface premier connecteur/connecteur mobile, le deuxième point de rupture étant situé à l'interface deuxième connecteur/connecteur mobile. [0005] Lors de l'ouverture d'un tel interrupteur sectionneur, des arcs électriques appa- raissent entre les différents connecteurs, ce qui peut détériorer le dispositif par érosion thermique des connecteurs. [0006] Une telle configuration à deux points de rupture présente l'avantage de répartir l'énergie (le tels arcs électriques sur deux points, et donc de diviser l'énergie (le chaque arc par deux, ce qui limite fortement les contraintes thermiques et électriques induites par la formation d'un arc. [0007] Dans le cadre de la maintenance ou du développement du réseau électrique, de tels types d'interrupteurs sectionneurs de conception ancienne sont toutefois peu utilisés en raison du coût associé à la complexité de leurs connecteurs. [0008] 11 est donc préférable de déployer des interrupteurs sectionneurs présentant une ci- nématique plus simple et moins coûteuse à produire ne présentant qu'un point de rupture du circuit. 100091 Le connecteur mobile est donc articulé à un parmi le premier connecteur et le deuxième connecteur, et peut être en contact ou non avec Vautre connecteur. 100101 Dans ce type de configuration, lors de l'apparition d'un arc électrique, l'énergie de 2 l'arc est donc dissipée en un seul point, ce qui entraîne des contraintes importantes et une usure prématurée du matériel. [0011] En outre, en raison de l'évolution des normes d'installation et des contraintes dimen- sionnelles, la distance entre les différentes phases est réduite, étant de l'ordre de 130mm. Cela favorise l'apparition d'arcs entre les différentes phases. [0012] Des dispositifs de coupure d'arc ont été proposés, notamment utilisant des aimants permanents pour dévier la trajectoire d'un arc entre le connecteur mobile et le premier ou deuxième connecteur. [0013] Cependant, en raison de la valeur constante de leur pouvoir de déviation, il peut arriver que des arcs restent entretenus malgré les aimants, voire que la déviation des champs favorise la formation d'un arc entre deux phases voisines. PRÉSENTATION GÉNÉRALE DE L'INVENTION [0014] Un but de l'invention est de limiter le déploiement spatial des arcs électriques lors du fonctionnement du dispositif interrupteur sectionneur, notamment la formation d'arcs électriques entre deux phases. [0015] Un autre but de l'invention est de limiter l'usure des éléments du dispositif sec- tionneur. [0016] L'invention propose un dispositif interrupteur sectionneur de ligne électrique, comportant un premier connecteur, un deuxième connecteur, et un connecteur mobile, le connecteur mobile présentant une extrémité libre et une extrémité articulée à un parmi le premier connecteur et le deuxième connecteur, le connecteur mobile présentant une configuration fermée dans laquelle le connecteur mobile est en contact avec le premier connecteur et le deuxième connecteur, et une configuration ouverte dans laquelle le connecteur mobile n'est en contact qu'avec le connecteur auquel il est articulé, le dispositif interrupteur sectionneur comportant en outre un dispositif de coupure d'arc électrique, le dispositif de coupure d'arc comportant un élément magnétique disposé à proximité du connecteur situé en regard de l'extrémité libre du connecteur mobile, et un dispositif de projection d'un fluide diélectrique configuré pour projeter du fluide diélectrique à proximité du connecteur situé en regard de l'extrémité libre du connecteur mobile lorsque le connecteur mobile passe de la configuration fermée à la configuration ouverte. [0017] Optionnellement mais avantageusement, un tel dispositif peut être complété par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : [0018] - le dispositif de projection comporte une chambre apte à contenir du fluide di- électrique, un piston mobile en translation dans la chambre, une bielle articulée d'une part au piston et d'autre part au connecteur mobile, de sorte que lorsque le connecteur mobile est entraîné en rotation, le piston est entraîné en translation dans la chambre ; cela permet de synchroniser mécaniquement de manière fiable l'ouverture du dispositif 3 interrupteur sectionneur et la projection de fluide diélectrique ; [0019] - la chambre et le piston sont configurés de telle manière que, lorsque le connecteur mobile est en configuration fermée, la chambre est en communication fluidique avec le milieu extérieur ; cela permet, dans un dispositif en ambiance diélectrique, de se passer de dispositif d'alimentation en fluide diélectrique du dispositif de projection ; [0020] - la chambre présente une forme sensiblement tronconique, de sorte que le piston présente un diamètre inférieur à un diamètre de la chambre lorsque le connecteur mobile est en configuration fermée, l'écart entre le diamètre du piston et le diamètre de la chambre diminuant au fur et à mesure du déplacement du piston dans la chambre ; [0021] - le dispositif de projection comporte au moins deux injecteurs situés de part et d'autre du connecteur situé en regard de l'extrémité libre du connecteur mobile ; cela permet de limiter la zone de formation de l'arc et de limiter le risque de formation d'arc entre deux phases voisines ; [0022] - l'extrémité libre du connecteur mobile comporte une zone recouverte d'un matériau gazogène, par exemple un polycétal, de sorte que, lors de l'apparition d'un arc entre un connecteur et l'extrémité libre du connecteur mobile, l'arc touche le matériau qui contribue à la dissipation de l'arc par son ionisation ; [0023] - l'élément magnétique comporte un aimant permanent recouvert d'une plaque de po- lytétrafluoroéthylène ; cela permet de limiter l'érosion de l'aimant lors de la formation d'un arc ; [0024] - le fluide diélectrique comporte une phase gazeuse d'hexafluorure de soufre. [0025] Selon un autre aspect, l'invention propose un appareil électrique comportant une enceinte hermétique et un dispositif d'interrupteur sectionneur selon l'invention, le dispositif d'interrupteur sectionneur étant situé à l'intérieur de l'enceinte hermétique, l'enceinte hermétique étant remplie de fluide diélectrique. Brève description des dessins [0026] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la des- cription qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles : [0027] [fig. 1 a] [0028] - la figure 1 est une vue en coupe de profil d'un dispositif d'interrupteur sectionneur conforme à l'invention ; plus précisément, la figure la représente le dispositif d'interrupteur sectionneur en configuration fermée ; [0029] [fig.lb] [0030] - la figure 1 est une vue en coupe de profil d'un dispositif d'interrupteur sectionneur conforme à l'invention ; la figure lb représente le dispositif d'interrupteur sectionneur en configuration ouverte ; [0031] [fig.lc] [0032] - la figure 1 est une vue en coupe de profil d'un dispositif d'interrupteur sectionneur conforme à l'invention ; la figure le représente le dispositif d'interrupteur sectionneur en configuration terre ; [0033] [fig.2] [0034] - la figure 2 est une vue schématique en 3D d'un dispositif d'interrupteur sectionneur selon l'invention ; [0035] [fig.3] [0036] - la figure 3 est une vue schématique en 3D d'un arbre portant les connecteurs mobiles d'un dispositif d'interrupteur sectionneur selon l'invention ; [0037] [fig.4] [0038] - la figure 4 est une vue schématique en 3D d'une portion d'un dispositif d'interrupteur sectionneur selon l'invention, la portion représentée étant située en regard de l'extrémité libre du connecteur mobile. [0039] DESCRIPTION D'UN OU PLUSIEURS MODES DE MISE EN OEUVRE et DE rÉalisation [0040] Généralités : [0041] Un dispositif d'interrupteur sectionneur 1 de ligne électrique, représenté en figure 1, comporte, pour chaque phase sur laquelle transite un signal électrique, un premier connecteur 2, un deuxième connecteur 3, et un connecteur mobile 4. [0042] Le connecteur mobile 4 présente une extrémité libre 5 et une extrémité articulée 6 (visible en figure 3) montée à rotation sur un parmi le premier connecteur 2 et le deuxième connecteur 3. [0043] Le connecteur mobile 4 est ainsi mobile en rotation par rapport à un des connecteurs 2, 3 et présente ainsi une configuration fennée, illustrée en figure la, dans laquelle le connecteur mobile 4 est en contact avec le premier connecteur 2 et le deuxième connecteur 3, et une configuration ouverte illustrée en figure lb dans laquelle le connecteur mobile 4 n'est en contact qu'avec le connecteur 2, 3 auquel il est articulé. [0044] Le dispositif d'interrupteur sectionneur 1 comporte en outre un dispositif de coupure d'arc électrique. [0045] Le dispositif de coupure d'arc comporte un élément magnétique 7 disposé à proximité du connecteur 2, 3 situé en regard de l'extrémité libre 5 du connecteur mobile 4, et un dispositif de projection 8 d'un fluide diélectrique configuré pour projeter du fluide diélectrique à proximité du connecteur 2, 3 situé en regard de l'extrémité libre 5 du connecteur mobile 4 lorsque le connecteur mobile 4 passe de la configuration fermée à la configuration ouverte. [0046] Un tel dispositif permet de propulser un fluide diélectrique dans la zone de formation d'arc électrique, elle-même sous influence de l'élément magnétique, de manière à combiner avantageusement les 2 dispositifs, et ainsi favoriser la dissipation de l'énergie de l'arc dans un espace très restreint, ce qui permet de limiter fortement la durée de l'arc, et de limiter le risque d'apparition d'un arc entre phases adjacentes. [0047] Optionnellement, le dispositif sectionneur 1 comporte en outre un connecteur de terre 9, relié à un collecteur de neutre représentant le potentiel électrique neutre, ce neutre pouvant être relié directement à la terre. [0048] Le connecteur mobile 4 comporte dans ce mode de réalisation une configuration sup- plémentaire, dite configuration de terre, dans laquelle le connecteur mobile 4 est en contact avec le connecteur de terre 9. [0049] Dans un mode de réalisation, le dispositif de projection 8 comporte une chambre 10 apte à contenir du fluide diélectrique, un piston 11 mobile en translation dans la chambre 10 et une bielle 12 articulée d'une part au piston 11 et d'autre part au connecteur mobile 4. [0050] Ainsi, le mouvement du piston 11 dans la chambre 10 est solidaire du mouvement du connecteur mobile 4, ce qui permet de limiter le nombre d'actionneurs différents nécessaires au fonctionnement du dispositif de coupure d'arc. Cela permet ainsi de limiter le nombre de sources de pannes potentielles, ce qui améliore la fiabilité du dispositif. [0051] Lorsque le connecteur mobile 4 est entraîné en rotation, le piston 11 est entraîné en translation dans la chambre 10. [0052] La chambre 10 est en communication fluidique avec une buse d'injection 13, (le telle sorte que lors d'un passage du connecteur mobile 4 d'une configuration fermée à une configuration ouverte, le piston 11 se déplace dans la chambre 10, comprime du fluide diélectrique qui est éjecté par la buse d'injection 13 (représentée en figure 4). [0053] La buse d'injection 13 est préférentiellement située clans une zone d'apparition po- tentielle d'arc électrique, par exemple à proximité d'un connecteur, préférentiellement le connecteur 2,3 situé en regard de l'extrémité libre 5 du connecteur mobile 4. [0054] En effet, l'arc se développe entre un connecteur 2,3 et le connecteur mobile 4 lors de l'ouverture du connecteur mobile 4. [0055] La projection de gaz diélectrique lors de l'ouverture du connecteur mobile 4, dans la zone d'apparition de l'arc, permet de limiter fortement les effets thermiques et électriques de l'arc. [0056] Lorsqu'un arc apparaît, l'injection de gaz diélectrique sur l'arc permet de dissiper ra- pidement l'énergie de l'arc par ionisation du gaz. Cela pennet de limiter la durée de l'arc, et donc de préserver le dispositif. [0057] Dans un mode de réalisation, le dispositif sectionneur 1 est disposé clans une enceinte hennétique formant une cavité, la cavité étant préférentiellement remplie de fluide diélectrique. 6 [0058] Le fluide diélectrique peut comporter du gaz d'hexafluorure de soufre. [0059] Avantageusement, la chambre 10 et le piston 11 sont configurés de telle manière que, lorsque le connecteur mobile 4 est en configuration fermée, la chambre 10 est en communication fluidique avec le milieu extérieur. [0060] De telle manière, en milieu diélectrique, le diélectrique emplit la chamhre 10, ce qui permet de se passer d'un système de réservoir ou d'une alimentation auxiliaire en fluide diélectrique. [0061] Lors de l'ouverture du connecteur mobile 4, le piston 11 se déplace et rend la chambre 10 hermétique au milieu extérieur, le fluide ne pouvant être éjecté que par la buse d'injection 13. [0062] La chambre 10 peut par exemple comporter des perçages (non représentés) ou des ca- nalisations réalisées à travers la paroi délimitant la chambre 10, lesdits perçages étant situés de telle manière que la chamhre 10 et le milieu extérieur sont en communication fluidique lorsque le piston 11 est en position dite « basse », correspondant avec une configuration fermée du connecteur mobile 4. [0063] Il est entendu par position basse la position du piston 11 pour laquelle la chamhre 10 présente un volume maximal. [0064] Les perçages peuvent ainsi déboucher dans la chambre 10 à proximité du piston 11 lorsque celui-ci est en position basse. Lorsque le piston 11 n'est pas en position basse, les perçages ne débouchent plus dans la chambre 10, et la chambre 10 est donc isolée du milieu extérieur.. [0065] En variante, la chambre 10 présente une forme sensiblement tronconique, et le piston 11 présente un diamètre inférieur à un diamètre de la chambre 11 lorsque le connecteur mobile 4 est en configuration fermée. Ainsi, l'écart de diamètre entre le piston 11 et la chambre 10 permet une liaison fluidique entre le milieu extérieur et la chambre 10. [0066] L'écart entre le diamètre du piston 11 et le diamètre de la chambre 10 diminue au fur et à mesure du déplacement du piston 11 clans la chambre 10, grâce à la forme tronconique de la chambre 10, ce qui limite progressivement la circulation de fluide de la chambre 10 vers le milieu extérieur, et force le fluide vers la buse d'injection 13. [0067] Dans cette variante, le piston 11 comporte avantageusement un élément d'étanchéité, de préférence défonnable, tel qu'un segment ou un joint. Cela permet d'augmenter l'efficacité de l'injection et augmente la quantité de fluide injectée par la buse d'injection 13. [0068] Dans un mode de réalisation, l'élément magnétique 7 comporte un aimant permanent recouvert d' une plaque de polytétrafluoroéthylène. [0069] L'aimant permanent est préférentiellement positionné clans une zone d'apparition po- tentielle d'arc, en regard de l'extrémité libre 5 du connecteur mobile 4. [0070] L'utilisation cl'une plaque de polytétrafluoroéthylène permet de limiter l'érosion de 7 l'aimant lors de l'apparition d'arcs. [0071] Dans un mode de réalisation, l'extrémité libre 5 du connecteur mobile 4 comporte une zone recouverte d'un matériau gazogène, de sorte que, lors de l'apparition d'un arc entre un connecteur et l'extrémité libre 5 du connecteur mobile 4, l'arc touche le matériau qui absorbe l'énergie de l'arc, contribuant à la dissipation de l'arc. [0072] Le matériau gazogène peut comporter un ou plusieurs polycétal, par exemple un ou plusieurs thermoplastiques types polyoxyméthylènes. [0073] Dans le domaine de l'appareillage électrique, et plus particulièrement lors des phénomènes de coupures de courant, un matériau est qualifié de « gazogène », dès lors qu'il est en mesure de relâcher des atomes ou molécules susceptibles de participer de manière positive à l'absorption de l'énergie du plasma constitué par l'arc électrique et/ ou à une amélioration des qualités diélectriques du milieu ambiant. [0074] En effet, ces matériaux, à proximité immédiate, voire au contact de l'arc électrique, vont subir une réaction chimique par ionisation. [0075] Cette réaction, qui va transformer à l'échelle moléculaire le matériau, va à la fois absorber de l'énergie, et permettre la création de nouveaux composés, qui vont eux aussi participer à l'amélioration du milieu diélectrique ambiant. [0076] Un dispositif interrupteur sectionneur 1 à plusieurs phases comporte, pour chacune des phases, une structure telle que décrite précédemment, comportant un premier connecteur 2, un deuxième connecteur 3, un connecteur mobile 4, un dispositif de coupure d'arc comportant un élément magnétique 7 et un dispositif de projection 8 de fluide diélectrique, et optionnellement un connecteur de terre. [0077] Un dispositif interrupteur sectionneur 1 triphasé est représenté en figure 2, en confi- guration ouverte. [0078] Le dispositif interrupteur sectionneur 1 comporte un châssis 14 comportant une première poutre 15, une deuxième poutre 16 (non visible sur la figure 2, indiquée sur la figure 1), une troisième poutre 17 et deux flasques 18, les poutres 15,16,17 s'étendant d'un flasque 18 à l'autre et étant fixées aux flasques 18. [0079] Les premiers connecteurs 2 sont maintenus en position par la première poutre 15, les deuxièmes connecteurs 3 sont maintenus en position par la deuxième poutre 16 et les connecteurs de terre 9 sont maintenus en position par la troisième poutre 17. [0080] Un arbre 19, également représenté en figure 3, est monté à rotation dans les flasques 18, les connecteurs mobiles 4 étant maintenus en position dans l'arbre 19. [0081] De cette manière, quand l'arbre 19 est entraîné en rotation, le connecteur mobile 4 de chaque phase est entraîné simultanément. [0082] Dans un mode de réalisation, les connecteurs mobiles 4 comportent, du côté de leur extrémité libre 5, deux lames 21 conductrices sensiblement parallèles. [0083] Ainsi, lors de l'apparition d'un arc, l'arc se développe entre le premier connecteur 2 8 (ou le deuxième 3, en fonction de la configuration du dispositif) et aléatoirement sur l'une ou l'autre des lames 21 du connecteur mobile 4. Cela permet de limiter l'usure du connecteur mobile 4, l'arc n'ayant qu'une chance sur deux de se développer entre une lame 21 et le premier connecteur 15. [0084] Dans un mode de réalisation, les lames 21 sont recouvertes de matériau gazogène, cc qui permet ainsi de limiter la propagation de l'arc par l'ionisation du matériau gazogène, et de limiter la dégradation du matériau gazogène grâce à la formation de l'arc entre le premier connecteur 2 (ou le deuxième 3, en fonction de la configuration du dispositif) et aléatoirement sur l'une ou l'autre des lames 21 du connecteur mobile 4. [0085] Dans le mode de réalisation représenté, le dispositif de coupure d'arc est installé sur la première poutre 15, représentée en détail en figure 4. [0086] Les réservoirs 10 sont solidaires de la première poutre 15. [0087] La première poutre 15 comporte des saillies 20 sur lesquelles sont positionnés les éléments magnétiques 7, les saillies 20 étant positionnées à proximité des premiers connecteurs 2, en regard de l'extrémité libre 5 des connecteurs mobiles 4. [0088] Les buses d'injection 13 sont situées à proximité des premiers connecteurs 2, en regard de l'extrémité libre 5 des connecteurs mobiles 4. [0089] Dans un mode de réalisation préférentiel, les buses d'injection 13 comportent deux injecteurs 22, situés de part et d'autre des premiers injecteurs 2 et de l'extrémité libre 5 des connecteurs mobiles 4. [0090] De cette manière, lors de l'ouverture du connecteur mobile 4, du fluide diélectrique est injecté de part et d'autre de chaque connecteur mobile 4, ce qui limite fortement la probabilité d'apparition d'un arc entre deux phases voisines. 9 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] REVENDICATIONSDispositif interrupteur sectionneur (1) de ligne électrique, comportant un premier connecteur (2), un deuxième connecteur (3), et un connecteur mobile (4), le connecteur mobile (4) présentant une extrémité libre (5) et une extrémité articulée (6) montée à rotation sur un parmi le premier connecteur (2) et le deuxième connecteur (3), le connecteur mobile (4) présentant une configuration fermée dans laquelle le connecteur mobile (4) est en contact avec le premier connecteur (2) et le deuxième connecteur (3), et une configuration ouverte dans laquelle le connecteur mobile (4) n'est en contact qu'avec le connecteur auquel il est articulé, le dispositif interrupteur sectionneur (1) comportant en outre un dispositif de coupure d'arc électrique, le dispositif de coupure d'arc comportant un élément magnétique (7) disposé à proximité du connecteur (2,3) situé en regard de l'extrémité libre (5) du connecteur mobile (4), et un dispositif de projection (8) d'un fluide diélectrique configuré pour projeter du fluide diélectrique à proximité du connecteur (2,3) situé en regard de l'extrémité libre (5) du connecteur mobile (4) lorsque le connecteur mobile (4) passe de la configuration fermée à la configuration ouverte. Dispositif interrupteur sectionneur (1) selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de projection (8) comporte une chambre (10) apte à contenir du fluide diélecttique, un piston (11) mobile en translation dans la chambre (10), une bielle (12) articulée d'une part au piston (11) et d'autre part au connecteur mobile (4), de sorte que lorsque le connecteur mobile (4) est entraîné en rotation, le piston (11) est entraîné en translation dans la chambre (10). Dispositif interrupteur sectionneur (1) selon la revendication 2, dans lequel la chambre (10) et le piston (11) sont configurés de telle manière que, lorsque le connecteur mobile (4) est en configuration fermée, la chambre (10) est en communication fluidique avec le milieu extérieur. Dispositif interrupteur sectionneur (1) selon l'une des revendications 2 à 3, dans lequel la chambre (10) présente une forme sensiblement tronconique, de sorte que le piston (11) présente un diamètre inférieur à un diamètre de la chambre (10) lorsque le connecteur mobile (4) est en configuration fermée, l'écart entre le diamètre du piston et le diamètre de la chambre diminuant au fur et à mesure du déplacement du piston (11) dans la chambre (10). 10 [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] Dispositif interrupteur sectionneur (1) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le dispositif de projection (8) comporte deux injecteurs (22) situées de part et d'autre du connecteur (2,3) situé en regard de l'extrémité libre (5) du connecteur mobile (4). Dispositif interrupteur sectionneur (1) selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel l'extrémité libre (5) du connecteur mobile (4) comporte une zone recouverte d'un matériau gazogène, par exemple un polycétal, de sorte que, lors de l'apparition d'un arc entre un connecteur (2,3) et l'extrémité libre (5) du connecteur mobile (4), l'arc touche le matériau qui contribue à la dissipation de l'arc par son ionisation. Dispositif interrupteur sectionneur (1) selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel l'élément magnétique (7) comporte un aimant permanent recouvert d'une plaque de polytétrafluoroéthylène. Dispositif interrupteur sectionneur (1) selon une des revendications 1 à 7, dans lequel le fluide diélectrique comporte une phase gazeuse d'hexafluorure de soufre. Appareil électrique comportant une enceinte hermétique et un dispositif interrupteur sectionneur (1) selon une des revendications 1 à 8, le dispositif sectionneur (1) étant situé à l'intérieur de l'enceinte hermétique, l'enceinte hermétique étant remplie de fluide diélectrique.