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Disjoncteur à haute ou moyenne tension à gaz- 90U9 pr8ssion à énergie
de cou ure rélevée sur celle de l'arc.
_ P P
La présente invention est relative à un disjoncteur à haute
ou moyenne tension à gaz diélectrique ~ous preCIsion dont l'énergie
de coupure est, pour la ooupure des courants de forte intensité,
partiellement prélevée ~ur celle de l'arc.
On connait des disjoncteurs comprenant un pi~ton de ~oufflage
de l'arc dont l'énergie de manoeuvre est assurée au moins partiellement
par le gaz dont la pression augMente 30U~ 1 1 effet de l'augmentation
de température produite par l'arc.
~n tel diqjoncteur est décrit dans le brevet ~rançais n 77 19086.
Il a été propo~é d~augmenter encore la pression à laquelle
e3t soumise le pi3ton en équipant le dis~oncteur d'un jeu d'electrodes
a~urant la formation dlun Yecond arc s'établissant en même temps
qu~ le première.
Un tel disjoncteur est par exemple décrit danq le brevet
américain 3 985 988.
On a ob~ervé toutefois qu'un tel disjonckeur pré~ente de~
inconvénients.
En effet, la multiplication des zone~ d'arc entraîne une
augmention du rlsque de réamoroage après une manoeuvre d'ouverture
du diYjonoteur. En particulier, ll e~t inutile d'avoir un second
arc pour la coupure des faible~ courant~, en particulier des faibles
courants inductifs.
Un but de l'invention est de réaliser un disjoncteur à sou~flage
d'arc par piston, dan~ lequel un ~econd arc~ venant accroître
la force exercée sur le piston, n'est établi que lorsque le courant
à oouper est important (courant de court-circuit par exemple)
cet arc auxillaire ne q'établi~sant pas lorsque le courant à couper
est faible (courant inductif, coupure à vide).
L'invention a pour objet un disjoncteur à haute ou moyenne
tension à gaz sous pression à énergie de coupure prélevée sur celle
de l'arc, du type comprenant :
- un ensemble ~ixe comprenant des contact~ principaux et des contact
3~6
: , :
5~)3
d'arc,
- un ensemble mobile comprenant des contact~ principaux et des
contact d'arc,
- un volume de qoufflage comportant un piston se déplaçant à la
séparation des contacts et poussant du gaz comprimé à travers une
buse de soufflage s'ouvrant sur la zone où se forme un ara prircipal
à la 3éparation des contacts d'arc et
- un jeu de contactq auxiliaires en série avec :Les contact~ d'arc
pour créer un arc auxiliaire dans le volume ~itué à l'arrière du
piston,
caractérisé en ce qu'il comporte de~ moyens pour n'autoriser la
séparation des contacts auxiliaires que lorsque la pression dan~
la zone de soufflage atteint un seuil prédéterminé.
L'invention est préci~ée par la de~cription cl-après de plusieurs
exemples de ~a mise en oeuvre.
Le dessin annexé comprend les ~igures ci~après :
- La ~igure 1 e~t une vue en demi-coupe axiale d'un cli~joncteur
3elon un premier mode de réalisation de l'invention, position enclen-
chée~
- La ~igure 2 est une vue en demi-coupe axiale du même disJonc-
teur repré~enté au cour~ d'une manoeuvre de déclenchement,
- La figure 3 est une vue en demi-coupe axiale d'un disjoncteur
~elon un second mode de réali~ation repré~en~é au cours d'une manoeuvre
de déclenchement,
- La figure 4 est u~e vue partielle en coupe axiale d'un
disjoncteur selon un mode de réalisation voisin de celui de la
~igure 1, en position déclenchée.
- La figure 5 est la même vue partielle mais représentée
au cours d'une manoeuvre d'enclenchement.
- La figure 6 es~ une vue partielle en coupe axiale d'un
disjoncteur selon un troisième mode de réalisation de l'invention.
Le disjoncteur de la figure 1 comprend une enveloppe extérieu-
re 1, en céramique délimitant un volume 2 rempli d'un gaz diélectrique
tel que l'hexafluorure de qoufre, sous une pression de quelques
bars.
Un flasque métallique 3 relié à une prise de courant 4, ferme
: ~ .
:, .
:,
o~
-- 3 --
une extrémité de l'enveloppe.
A ce ~lasque est fixée une pièce métallique comprenant une
première portion cylindrique 5a coaxiale à l'enveloppe, une partie
discale 5b perpendiculaire à l'axe 6 de l'enveloppe et une seconde
partie cylindrique 5c de diamètre in~érieur au diamètre de la partie
5a. La partie discale comprend des orifices de préférence circulai-
res 5d, régulièrement répartis vers le bord du diqque, par exemple
trois orifices à 120 degrés l'un de l'autre.
La partie cylindrique 5c présente une extrémité 5e plus épaisse
percée d'orifices 5f convergeant vers l'axe 6.
A cette extrémité sont fixés, une buise isolante ~ et une
pièce métallique 8 à extrémité tubulaire 8a constituant le contact
permanent fixe du disjoncteur. La pièce 8 porte des orifices 8b
en coincidencas avec les orifices 5~ pour dé~inir des passages
- 15 de soufflage. Par lei~ orificeis 5d paissent de9 tiges 9 ~ixées par
une première extrémité à une bague 10 ooulissant dans le cylindre 5a
et poussée par un ressort 11 s'appuyant isur le flasqu2. La iseconde
extrémité deis tiges 9 porte un piston 12 qui se prolonge d'une
part par un cylindre métallique 13 entourant le cylindre 5a, d'autre
part par un cylindre isolant 14 terminé par une partie rerflée 14a.
Les pièces 12, 14, 5c et 8 définis3ent un volume Vl.
Le cylindre 5a se prolonge par une pièce métallique 15 munie
d'une portion annulaire 16 constituant un piston fixe coulissant
le long du cylindre 13. On désigne par V2 le volume délimité par
les pièces 16, 13, 12, 5c et 5b.
Les pistons 12 et 16 sont percéq d'orifices référencés respecti-
vement 12a et 16a associés à des clapets mobiles 12b et 16b.
A la partie discale 5b est fixé un tube métallique 18 terminé
par un épaulement annulaire 18a.
A cet épaulement est fixée un ensemble cylindrique oomprenant
un premier cylindre métallique 19 prolongé par un second cylindre
iisolant 20 lui-même prolongé par un troisième cylindre 21 métallique,
terminé par une extrémité 21a en métal ou alliage résistant à l'usure
de l'arc et constituant l'un de contacts d'arc principaux.
Le cyllndre 21 se prolonge du côté opposé à l'extrémité 21a
. . .
: . . .. ; . .
~' :
~5~3
par une parti~ cylindrique extérieure aù cylindre 20 et termlnée
par une portion 21c constituant un des contacts auxiliaire d'arc.
L'autre contact auxiliaire d'arc est une pièce métallique 22
poussée par un ressort 23 s'appuyant sur l'épaulement 18ag munie
d'une extrémité résistante 22a.
Le cylindre 5c présents, au droit des contacts d'arc auxiliaires,
de larges ouvertures 18b.
Un cylindre isolant 2~ est fixé au contaot 23. Ce cylindre
présente des ouvertureq 24a mettant la zone des contact3 21c, 22a
en liaison avec le volume V2 à travers les ouverture~ 18b.
Le cylindre 24 présente une partie annulaire 24b munie d'un
contact gli3sant ~er~ant le volume V2 par gli~sement sur le cylin-
dre 22.
L'extrémité du cylindre Z4 pré3ente une partie renflée 24c
~ermant li~space annulaire compris entre les cylindres 21 et 5c
et con~tituant un piston.
La section S2 de oet espace est supérieure à la seotion S1
entre la pièce Z1 et l'extrémité de la pièce 5e.
L'équipage mobile du di~jonoteur oomprend un tube 25 avec
extrémité 25a resistante à l'aro et constituant le contact principal
mobile d'arc, ainsi que des doigtq 26 associés à des res~orts 27
et protégés par un oapot 28 at oonstituant le contaot prinoipal
fixe.
Les contaots mobiles 25 et 26 sont reliés comme il est blen
connue à une seconde prise de courant non représentée.
Ils sont dépla~ables en bloc grâoe à une tringle de manoeuvre
non représentée.
En positon enclenchée, le capot 28 repousqe la pièce 14,
ce qui provoque la mise en compression du ressort 11. Les contacts
principaux 26 et 8a assurent le passage du courant permanent à
traverq la prise 4, le ~lasque 3, la pièce cylindrique 5a, 5b,
5c, 5e, le contaat 8a et le contact 26.
Les contacts d'arc principaux 25a-21a et les contacts d'arc
auxiliaire 22a-21c sont en contact, le ressort 23 peut être détendu
ou bandé.
Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant :
: . : ,,
,
D3
a/ Coupure des courants de forte intensité (courants de court-circuit).
L'équipage mobile est déplacé par la tringle de manoeuvre
vers le bas de la figure.
Lss contacts principaux 26 et 8a se séparerlt, puis Les contacts
d'arc principaux 25a 21a se séparent à leur tour provoquant la
nai3sance d'un arc primaire 30 (figure 2).
Lorsque le capot 28 s'est déplacé, la pièce 14 a SUiYi le
mouvement ~ous l'action du ressort 11 ; il sn est résulté un déplace-
ment du pi~ton 12 comprimant le volume ~1 et poussant du gaz de
soufflage sur l'arc 30 à travers les canaux 8b-5f.
L'augmentation de pression dans la zone voisine de 1'arc
primaire 30 entraîne un déplacement de la pièce 24 contre l'action
du re3sort 23 (vers le haut de la flgure). Cette pre~sion slexerce
sur la section Sl puis, dès que la pièce 24 ~'est déplacée, sur
la ~ection S2.
Le mouvement entra~ne la ~éparation des contacts auxiliaires
d'arc 22a et 21c, provoquant la nai~sance d'un arc secondaire ;
le courant passe alors par le~ pièceq 4, 3, 5a, 5d, 18, 18a, 19,
2Z, l'arc 31~ 21c, 21, 21a, l'arc 30~ 25a et 25.
L'arc 31 provoque une forte montée de la pre~sion dans le
volume V2, ce qui accroît la pre3sion sur le piston 12 qui, s'exerçant
sur la large surface S4 contribue ainsi à augmenter le ~oufflage
de llarc primaire 30 par le gaz du volume V1.
On notera que pendant la phase d'ouverture du disjoncteur,
le clapet 12b reste fermé, car 11 présents une surface plus grcmde
du côté du volume Vl que du côté du volume V2. Le clapet 16b s'ouvre
et évite une dépression du volume ~2 lors de l'apparition de l'arc
secondaire, la suppression le fer~e.
Au passage par zéro du courant, les arcs s'ételgnent et :Le
re3sort 23 ramène le contact 22a au contact du contact 21c. Des
trous calibrés non représentés assurent l'évacuation de la pression
du volume V2 en fin de manoeuvre de déclenchement.
b/ Coupure des courants de faible inten~ité ~coupure du courant
nominal, coupure des courants inductifs).
L'arc 30 a une énergie inYuffisante pour que l'augmentation
de pression qu'il engendre soit suffisante pour déplacer la pièce 24
'
, : . ~ . , - .
'~ :
": ~ .
contre l'action du ressort.
Il n'~ a donc pas d'arc ~econdaire et donc pas de risque
de réamorçage engendrant des surtensions en ca~cade.
L'énergie contenue dans le ressort 11 suffit à assurer, par
~on action ~ur le piston 12, un ~oufflage correct de l'arc 30.
c/ fermeturs
A la fermeture du disjoncteur~ produite par le déplacemsnt
ver3 le haut de la figure de l'équipage mo~ile7 le capot 28 repousse
la pièce 14 contre l'action du ressort 11. Le clapet 12b s'ouvre
et le clapet 16b se ferme, ce qui assure le remplissage du volume V1
depuis le volume V2.
Des trou~ de décompression 21b dans la pièce 21 et 18b dans
la pièce 18 permettent d'égaliser les pressions et de réduire l'énergie
nécessaire à la fermeture du disjonoteur~
Dans le mode de réalisation qui vient d'être décrit le 3euil
de courant à couper à partir duquel l'arc secondaire 5 ~ établit,
est réglé par la force du ressort 23.
On pourra donc utiliser le di~oneteur en haute ou moyenn~
tension et réeler aisément le3 seuils de fonctionnement désirés.
Dan~ l'exemple de réalisation des figures 1 et 2, 18 piston
de souf~lage et les contacts d'arc auxiliaires appartiennent aux
parties ~ixes du di~joncteur.
La figure 3 représente un disjoncteur dan~ laquelle le piston
de soufflage et les contacts d'arc auxilaire appartiennent à l'équipage
mobile.
Les éléments fonctionnellement communs aux figures 1 et 3
ont reçu les memes numéros de référence.
En haut de la figure, les contacts 25-25a et 26-27-28 sont
fixe3 ; le re~te des parties de la figure appartiennent à l'équipage
m~bile.
Le ressort 11 s'appuie maintenant daDs une gorge 5g de la
pièce 5a-5b-5c qui est guidée dans un tube fixe 33.
Le piston de sou~flage 12 n'est pas couplé au contact mobile.
Le fonctionnement est identique à celui décrit en référence
aux figures 1 et 2, l'énergie de souf~lage de l'arc produit par
les faibles courants étant toujours assurée par le ressort 11.
:
: .
~ ~ .
,,
3 %9~3
La masse de l'équipage mobile etant supérieure à celle de
l'équipage mobile du disjoncteur selon la figure 1, on préférera
souvent la solution de la figure 1 à celle de la figure 3.
Danq les disjoncteurs du type décrit precédemment, il peut
survenir, pour des tensions nominales élevëess un préamorçage pendant
la phase de fermeture (enclenchement) du disjoncteur.
Le préamorçage entra}ne l'ouverture des contacts d'arc secondai-
res, provoquant un arc qui acorolt la pression dans le volume V2.
Il est donc nécessiare de prévoir un moyen d'évacuer le gaz de
oe volume vers le volume 2, faute ds quoi la fermeture du disjuncteur
ne pourrait avoir lieu.
La figure 4 est une vue partielle du disjoncteur de l'invention,
dans laquelle les éléments communs aux figures 1 et 4 ont reçu
le~ mêmeq numéros de référence.
On notera cette fois qus le res30rt 11a de manoeuvre du piston 12,
8 ~ appuie sur un épaulemsnt annulaire Sh de la pièce 5a.
Pour permettre l'évacuation du gaz du volume ~2 lors de l'enclen-
chement, le di3joncteur présente les caractéristiques ci-aprèq :
le cylindre 14 est rendu mobile par rapport au cylindre 13 grâce
à un ressort 40 qui s'appuie sur un redan 13a de la pièce 13. Le
oyllndre 13 e~t percé d'orifices radiaux 13b ; il en est de meme
de la pièce 14, qui pré~ente des orifice~ radiaux 14b, situés de
manière que, par le coulissement relatif des pièceq 13 et 14, les
orifice~ 13b puissent venir en coincidence avec les orifices 14b.
Les orifice~ 13b et 14b sont en outre situéq l'un par rapport
à l'autre de manière que lorsque le dlsjoncteur est ouvert ou en
cours d'ouverture (figure 4), ces orifices ne soient pas en coinci-
dence, ce qui lais3e le volume V2 fermé.
Lorsque le di~joncteur est en cours de fermeture (figure 5),
le capot 28 repousse la pièce 14 contre l'action du ressort 40.
Les orifices 13b et 14b viennent alors en coincidence, ce
qui permet d'évacuer, le cas échéant, la surpression due à l'arc
secondaire 31.
Bien entendu la force du resgort 40 egt bien inférieure a
celle du ressort 11a.
;::
: ' :
-- 8 --
La course de la pièce 14 peut ê~re liml~ée par un pion 13c
solidaire du oylindre 13 coopérant avec une lumière 14c de la pièce 14.
La figure 6 et une vue partielle en deml-coupe axiale d'un
di~joncteur selon une variante de réalisation.
Les élémsnt3 commun aux figures 1, ~ ~t 6 ont reçu leq même~
numéro3 da ré~érence.
Dan~ cette variante, le contact auxiliaire 22 ainsi que la
pièc~ 24 sont fixe~ et solidaires de la piece 5a.
Le second contact auxiliaire, référencé maintenant 45 couli3se
dans un logement 24c de la pièce 24, sou3 l'action d~un pi3ton 46
dont une face 46a est mise en communication avec la zone de l'arc
principal par des rainure3. Un rassort 47 permet le rappel du oontact
45. Ce dernler est muni de contacts gli~sants ~5a assurant le passage
du courant entre le contact 45 et le contaot prlncipal d'arc.
Lorsque l'aro principal ~aillit, le piston se déplace, comprimant
le res~ort 47 et provoquant la séparation des contacts d'arc auxiliaires.
L'invention n'est pas limitée aux modea de réallsation décrits
et représentés.
Elle s'applique par exemple au disjoncteur décrit dans
le brevet français délivré le 8 mai 1988 e-t publié sous le
numéro 2,596,575 où l'homme de l'art saura aisément
transposer les solutions précédemment décri-tes.
. .~
~ .
