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Chambre de coupure pour disjoncteur à gaz
La préqente invention est relative à une chambre de coupure pour
dis~orcteur à gaæ 90U5 pression à grand pouvoir de coupure et ne nécessi-
tant pas une grande énergie de manoeuvre à la coupure. On connaît des
disjoncteur~ répondant à ces exigences : ce son~ les disjoncteurs à
auto-compression thermique de gaz dans lesquels le gaz est de l'he~a-
fluorure de soufreO
L'énergie nécessaire à la coupure des courants de grande intensité
est fournie par l'arc qui produit une forte élévation de la température
du gaz entralnant une ~orte augmentation de pression. L'énergie ainsi
accumulée est utilisée pour faciliter le soufflage de l'arc.
Lorsque l'intensité du courant à couper est ~aible, llénergie
développée par l'aro l'est également et devient in~uffisante pour la
coupure du di~joncteur. On est obligé d'adjoindre un dispositif auxi-
liaire à auto-compression ~écanique qui agit dans la phase ~inale de la
coupure.
Un but de la présente invention est de réaliser une chambre de
coupure permettant la coupure des courant~ de toutes inten~ités avec une
faible dépense d'énergie.
L'invention a pour ob~et une chambre de coupure pour disjoncteur à
gaz comprenant une enveloppe cylindrique isolante dans laquelle sont
disposé~ de manière coaxiale un contact d'arc ~ixe, un contact principal
~ixe et un contact mobile traversant un fond de l'enveloppe, le contact
mobile étant tubulaire et, en position de ~ermeture du disjoncteur,
étant pénétré par le contact d'arc fi~e sur une longueur donnée, les
diamètres du contact d'arc ~ixe et du contact ~obile étant choisis pour
exclure toute liaison galvanique en position de ~ermetur-e, l'enveloppe
étant partagée par une clo~son isolante tran~versale munie d'un orifice
central pour le pas~age du contact mobile, en deux parties, une première
partie contenant les contacts fixes, et une ~econde partie, caractérisé
en ce que la seconde partie est composée de deux zones ad~acentes de
~ection di~férente, la ~.one de plus petite section étant du côté dudit
passage et constituant un cylindre pour un piston formé par une couronne
~nm~ re solidaire du contact mobile de diamètre extérieur voisin de
celle de ladite plus petite ~ection, la course du pi~ton s~étendant
q67~
depuis ledit passa~e jusqu'à l'extrémité de la qeconde partie, la lon-
gueur de la zone de plus petite section étant ~en-qiblement égale à la
longueur de pénétration, en position de fermeture du disjoncteur, du
contact mobile par le contact d'arc ~ixe.
L'invention sera décrite plus en détail ci-après à l'aide de
divers modes de réalisation de l'invention, en ré~érence au d~ssin
annexé dans lequel :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'une ohambre de
coupure 3elon un premier mode de réalisation9
- les figure3 2, 3 et 4 sont des coupes axiales schématiques selon des
variantes de réalisation,
- la figure S est une vue en coupe axiale d'une chambre de coupure selon
une réalisation induqtrielle ~u schéma de la figure 1.
La figure 1 est une ~ue en coupe axiale schématique d'une chambre
de coupure selon un premier mode de réalisation ; la demi-coupe gauche
représente le di~joncteur en position de ~ermeture tandis que la demi-
coupe droite le représente ouvert. La chambre de la ~igure 1 est logée
dans un~ enceinte non représentée remplie de gaz isolant, comme l'hexa-
~luorure de soufre SF6, sous une pression légèrement supérieùre a la
pression atmosphérique.
Une en~eloppe cylindrique isolante 1 est ~ermée à ses extrémités
par de~ ~onds 2 et 3 servant de prises de courant.
Le fond 2 porte un ~eu de contacts fixes : un contact fixe prin-
cipal formé d'une couronne de doigts 4 et un contact d'arc fixe para-
étincelles constitué fl'un tube métallique 5 dont l'extrémité 5A est en
matériau conduoteur ré~ractaire (tel que le Wol~ram), pour mieux résis-
ter à l'usure due à l'arc éleotrique.
La chambre comprend un contact mobile tubulaire 6 traversant ]e
fond 3 et rellé, à l'extérieur de l'enveloppe 19 à un mé~n;smP de dépla
cemerlt de ~ype connu non représenté. L'extrémité 6A du contact mobile
est également en matériau refractaire. Le contact d'arc ~ixe 5 pénétre
dans le contact mobile 6 lorsque le disjoncteur est en position de ~erme-
ture, sur une certaine longueur L. Ces deux contacts coaxiaux ne sont
alors en liaison galvanique qu'à travers les doigts 4.
Un joint 7 assure un certain degré d'étanchéité entre l'intérieur
;67~3
et l'extérieur de l'enveloppe à la traversée par le contact mobile.
La liaison électrique entre la tige mobile et le ~ond 3 est assuré
par des contacts glissants 15.
L'intér-ieur de l'enveloppe est fermé partiellement, à peu près au
niveau de l~extrémité du contact pare~étincelles 59 par une cloison
transversale isolante 8, qui ~ait o~ice de buse de soufflage.
Ce~te cloison est, a cet e~e~, percée en son centre d'un orifice
circulaire qui lai3se passer le contact mobile 6. Le contact d'arc ~ixe
arrive jusqu'au niveau de la cloison pour rendre à peu près étanche, en
position de fermeture du diqjoncteur, la chambre 11 située au-dessus de
la cloiso2l 8. La référence 12 désigne globalement le volume situé au-
de~sou~ de la cloiqon 8.
Le volume 12 comprend une première zone 12A du côts de la cloison,
et une zone 12B, adjacente à la zone 12A. Ces zones dif~èrent par leur
diamètre, celui de la zone 12B étant supérieur à celui de la zone 12A.
Un zone 12C de faible hauteur et touchant au ~ond 3 a un diamètre
voisin de celui de la zone 12A.
La zone 12A a une longueur voisine de la longueur L dé~inie plus
haut de pénétratîon de contact 6 par le contact 5 en posltion de ~erme-
ture du di~oncteur.
Un piston 14, solidaire de la tige 6 et de diamètre très légère-
ment in~`érieur au diamètre intérieur de la zone 12A9 complète le dispo-
sitiP.
Le fonctionnemert e t le suivant :
En position de fermeture (partie gauche de la ~igure 1) le courant passe
par la prise de courant supérieure 2 les doigts 4l la tige 6 le~ doigts
in~érieurs et la prise in~érieure 3.
Ouverture à vide c'est-à-dire sans courant
Lors de l'ouverture, la tige 5 est déplacée dans le sens d'une
~lèche F, le volume de la chambre 11 reste sen~iblement constant, au
volume de l'extrémité de la tige 6 près.
Le volume compris entre le piston 14 et la cloison ~, qui était
presque nul en position de ~ermeture, s'accroît, ce qui provoque une
aspiration de gaz en provenance de la chambre 11.
_ 4 --
Le volume situé au-dessou~ du piston diminue, le piston comprimant
le gaz jusqu'à ce qu'il atteigne la zone 12B ; alor~, la cc ;cation
entre leq volume~9 situé~ de part et d'autre du piston, s'établit.
En plus de l'énergie de mise er. mouvement de l'équipage mobile, il
est nécessaire de Pournir l'énergie de compression du volume situé au-
de~q~ous du pisto~ ~t celle d'aspiration du volume de gaz de la cham-
bre 11, mais ces énergies sont peu importantes.
En ~in de course, le piston joue un rôle d'amortisseur en compri-
mant le gaz de la zone 12C.
Coupure des grand3 courants
L'ouverture se produit comme au paragraphe précedent, mais à la
séparatlon de~ contacts 4 et 6A, un arc prend naissance entre 4 et 6A qui
va échau~fer plu~ ou moins selon son amplitude le gaz contenu dans le
volume 11 ; ce gaz passe dan le volume compris entre la cloi~on et le
pi~ton, évitant la dépres~ion de la chambre 11 et aidant à la compression
du volume Yitué sou~ le pi3~0n. Ce gaz ne peut passer que dif~icilement à
l'intérieur du contact tubulaire 6 encore bouché.
L'arc passe du contact 4 au contact 5 pour s'établir entre les
contacts 5A et 6A.
Quand l'extrémité de 6 arrive au niveau de ltextrémité inférieure
de 5A, la c nication des volumes situés de part et d'autre de la
cloison avec l'intérieur de la tige 6 et éventuellement de la ti~e 5 est
ouverte et le gaz chaud et comprimé de~ volumes précités se détend~
sou~lant l t arc qui 9 t éteint au pas~age par zéro du courant.
Coupure des petits courants
L'énergie dégagée alors par l t arc qui naît entre les contacts 4
et 6A compense tout juste la dépression causée dans la chambre 11 par le
déplacement du piston 8.
L'arc s t allonge entre les coDtacts 6 et 4, puis antre les
conta¢ts 6A et 5A ; quand ie piston arrive au nlveau de la ~one 12B, le
gaz qui était sous le piston passe dans la zone 12A, puis à ltintérieur
des contacts tubulaires 6 et 5, se détend et coupe au passage par zéro du
courant un arc générale~ent grêle. Dans ce cas lténergie de coupure n'est
7~
pas plu~ importante que lors de la coupuro à vide.
Fermeture
Lor~ de la fermeture sur courant9 quand la tige mobile 6 se déplace
en sens inverse de la ~lèche F et s'approche de la tiga 5, un arc de
préamorçage jaillit entre ces contacts~ Il est de tres ~aible lon-
gueur (distance entre diamètre intérieur de 6 et diamètre extérieur
de 5) et il est rapidemont shunté par le contact entre les doigts 4 et le
tube 6.
On note que le tube 5 sert a la fois comme contact d~arc, surtout à
la fermeture, et comme déflecteur pour améliorer le soufflageg car il
ferme partiellement le volume 11.
Grace à la combinaison de deux formes de soufflage, auto-soufflage
thermique par l'arc et souf~lage mécarique après compression, on réallse
un disjon~teur dont l'énergie de coupure reste faible quelle que soit la
valeur du courant coupé.
Le schéma de la ~igure 1 concerne une chambre pour dis~oncteur à
haut pouYoir de coupureO
Le contact d'arc tubulaire 5 contribue à l'échappement des gaz
chaud~ qui pas~ent aussi par le contact mobile 6.
Dans l'application de l'invention à des disjoncteur~ à pouvoirs de
coupure plus faible3, le contact d'arc fixe peut être plein, comme il est
représenté sous la référence 50 dan~ la figure 2 où les autres détails
constitutifs et ré~érences demeurent inch~ngées; la ré~érence 50A dési-
2S ~ne llextrémité semi-sphérique du contact d'arc ~ixe.
Leq ga~ s'échappent, lors d'une coupure~ par la partie centrale du
contact mobile 6.
La variante de la figure 3 correspond à une application à des
di9 joncteurs à tension élevée (supérisure a 3O kV).
Pour supprimer la ligne de ~uite et la contrainte sur l'enve
loppe 1, le piston 14 se désolidarise en fin de course du tube 6, comme
représenté dans la figure 3, qui porte les mêmes numéros de reférence que
la figure 1.
Pour permettre la solidarisation et la désolidarisation du pis-
ton 14 avec le tube 6, le piston porte des dispositifs à bille 14A et
ressort 14B~ coopérant avec une gorge 6B pratiquée dans le tube.
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La ~igure 4 montre une variant0 de réali~ation dans laquelle le
~ond 3 est plaqué par un ressort 20 s'appuyant sur une p].aque 30 ~ixe ;
en fin de course~ le piston repousse le fond 3, introduisant ainsi une
di~continui5é entre les pri~es 2 et 3.
La figure 5 est une vue d'un mode de réalisation industriel d'une
chambre de coupure conforme à la ~igure 1.
Dans ce cas on a muni les doigts 4 d'un revêtement permettant une
bonne tenue à l'usure due à l'arc. La zone 12A est revêtue d'un manchon
iqolant 30.
La couronne de doigts 15 est fixée à un bloc conducteur 31 ~aisant
partie ou solidaire du ~ond de l'enveloppe.
Par ailleurs, en variante non reyrésentée, les contacts 5A et 50
peuvent être i~oléq de la prise 2, par exemple par une portion en maté-
riau isolant, de manière à maintenir une tension d'arc suffisante pour
fournir l'énergie d'échau~fement du gaz dans l'enceinte 11.
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