Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
- 1 3!~9~3
- 1 -
Disjoncteur à haute tension à faible éner ie de manoeuvre.
La présente invention est relative à un disjoncteur a haute
tension dans lequel la chambre de coupure est remplie de gaz
diélectrique~ tel que l'héxa M uorure de soufre, et dans lequel
l'énergie de l'arc est utilisée, grâce à l'augmentation de pression
~u'elle confère au gaz, pour réduire l'énergie nécessaire à la
coupure.
~ 'invention concerne plU9 particulièrement un disjoncteur
possédant un cylindre de soufflage et une seconde chambre dans
laquelle un paire de contacts supplémentaire est capable de générer,
lors de l'ouverture du disjoncteur, un arc secondaire utilisé
pour contribuer à apporter de l'énergie pour la manoeuvre d'ouver-
ture.
Un tel disjoncteur est connu par exemple par le brevet
Prançais n 8701545.
Un problème à résoudre dans ce type de disjoncteur est
que la pression reste ~`aible dans le cylindre de goufflage pour
la coupure des petits couverts (faible énergie de manoeuvre)
et que la pression soit élevée pour la coupure des courants impor- -
tants sans augmenter pour autant l'énergie de manoeuvre.
Ce problème a été partiellement résolu dans la demande
de brevet allemand publiée n ~3 l~g 263.
Dans ce document, il est prévu de maintenir la pression
dans le cylindre de souf~lage à une valeur ~aible, en munissant
le piston de souf~lage d'ouvertures obturab}es.
Le disjoncteur décrit dans le document précité présente
cependant des inconvénients. Dans le disjoncteur de l'art antérieur
la distance maximale de séparation des contacts secondaires est
aussi longue que la distance de séparation des contacts d'arc
de sorte que l'arc secondaire s'étire longuement 9 ce qui conduit
à des amorçages sur les parois de la chambre contenant les contacks
secondaires.
Ces amorsages sont préjudiciables à une bonne coupure du
courant et entralnent une usure plus rapide du disjoncteur.
-
~ ~ .
. . ~ .
: :
-`` 1 309~3
- 2 -
Un premier but de l'invention est de réaliser un disjoncteur
dans lequel aucun amorçage dû à l'arc secondaire.
Dans le disjoncteur de l~art antérieur, aucune mesure n~est
prévue pour empêcher un arc à l'enclenchement du disjoncteur.
Or cet arc est responsable de l'accroîssement de l'énergie de
manoeuvre et entra;ne une usure supplémentaire du disjoncteur.
Un autre bu~ de l'invention est de réaliser un disjoncteur
dans lequel aucun arc ne s'amorce à l'enclenchement.
L'invention a pour objet un disjoncteur à haute tension
à ga~ diélectrique sous pression, du type comprenant au moins
une chambre de coupure comportant une enveloppe isolante remplie
dudit gaz à l'intérieur de laquelle sont placés un ensemble compor-
tant un contact principal fixe et un contact d'arc fixe, un ensemble
mobile comportant notamment un contact principal mobile et un
contact d'arc mobile~ la chambre de coupure comportant en outre
un cylindre de sou~flage débouchant dans une buse de soufflage,
ledit disjoncteur comprenant une paire de contacts secondalres9
caractérisé en ce qu'il comprend des premiers moyens pour limiter
la distance maximale de séparation des contacts secondaires à
une valeur in~érleure à la distance maximale de séparation des
contacts d'arc et des seconds moyens pour éviter tout amorgage
a l'enclenchement.
L'invention sera bien comprise par la description donr.ée
ci-après d'un mode préféré de réalisation d~un disjoncteur selon
l'invention dans lequel :
- la ~igure 1 est une vue partielle en demi-coupe axiale
de la chambre de coupure dlun disjoncteur selon l'invention,
en position enclenchée,
- la ~igure 2 est une vue similaire au cours d'une ouverture
~ur coupure de courant de ~aible intensité,
- la ~igure 3 est une vue similaire montrant la fin de
la manoeuvre d'ouverture,
- la figure 4 est une vue similaire illustrant la fermeture
du disjoncteur,
- la ~igure 5 est une vue similaire illustrant l'ouverture
:
1 309~3
-- 3 --
sur courant de forte intensité.
- la figure 6 est une vue partielle en demi-coupe axiale
d'un disjoncteur selon une variante de réalisation de l'invention.
La figure 1 montre une chambre de coupure comprenant une
enveloppe 1, en matériau isolant tel que le céramique, remplie
d'un gaz diélectrique tel que l'héxa~luorure de soufre sous une
pression de quelques bars. A l'intérieur de l'enveloppe, on trouve
un ensemble comprenant un contact principal ~ixe formé de doigts
de contacts 2 protégés par un capot pare-effluves 3 et un contact
d'arc ~ormé d'un tube métallique 4 terminé par une extrémité 4A
en alliage résistant aux e~ets de l'arc.
L'équipage mobile comprend un tube 5, métallique, servant
de contact d'arc mobile, terminé par un embout 5A en alliage
résistant aux e~fets de l'arc.
Le tube 5 est entra~né par un tube métallique 6, par exemple
en alwminium, ~ixé à une tige de manoeuvre non représentée. Les
tubes 5 et 6 ne sont pas Pixés l'un à l'autre ; au contraire,
un certain débattement entre eux e~t possible ; l~entraînement
se fait grâce à deux redans ~B et 6B des tubes 5 et 6. Le débattement
20 est limité par une butée 6C.
Un tube ~étallique 7, concentrique au tube 5, sert de contact
principal mobile.
Il porte une buse de sou~flage 8 en matériau isolantO Il
est en contact électrique avec un bloc métallique 9, en aluminium
par exemple, solidaire de l'équipage Pixe, par des doigts de
contact 10.
Le tube 5 et le tube 7 sont solidarisés par une couro~ne
isolante 12, percée de trous 12A.
Le volume 20 délimité par les tubes 5 et 7 est fermé par
30 un piston ~ixe 14, en matériau isolant tel que le polytétra~luoroéth~
lène9 maintenu en place par un tube métallique 15 fixé au bloc 9.
On désigne par 20 le volume délimité Rar les tubes 5 et
7, la couronne 12 et le piston 140 Ce volume constitue le cylindre
de soufflage du disjoncteur.
Le piston 14 est percé d'orifices 16 et comprend un clapet
. : ~ . ,
.
.
:.
1 30q~3
1~
17 n'autorisant le passage du gaz que de l'extérieur vers l'inté-
rieur du volume 20. Le piston 14 comprend un joint d'étanchéité 18
et un guidage 19.
Les orifices 16 du piston 14 peuvent etre obstrués par
un piston annulaire 22, pouvant glisser dans l'espace annulaire
constitué par le tube 5 et un prolongement cylindrique 23, percé
de trous 23A, du piston 14. Le piston annulaire 22 est poussé
contre les orifices 16 par un ressort 24 s'appuyant contre une
partie solidaire du tube fixe 15 . L'étanchéité du piston est
assurée par des joints 26 et 27.
Une paire de contact auxiliaire comprend :
- un contact tubulaire fixe 30, muni d~une extrémité 30
en matériau résistant à l'arc, et fixe au tube 15,
- un contact tubulaire 31, muni d'une extrémité d'usure
31A, fixé à un bloc de guidage en matériau isolant 32, et muni
de contacts glissants 31B coopérant avec le tube 5 .
Le bloc isolant est guidé dans l'espace annulaire oompri.s
entre les tubes 5 et 15 grâce à une portion 32A venant en appui
contre le tube 15.
Cette portion est munie d'orifices 33 pour permettre le
libre passage du gaz dans le volume 35 compris entre le tube 15
et les pieces 31, 32 et 42.
La pièce isolante 32 est munie d'un système d'encliquetage,
par exemple à billes 36 et ressorts 37, coopérant avec des gorges
38 et 39 pratiquée~ dans le tube 5 . Une butée 40 du tube 15 limite
la course de la pièce isolante 32. ..
Le volume 35 est fermé par un piston isolant 42, fixé au
tube 5 et possédant un segment de guidage ~3 et un clapet 44
n'autorisant le passage du gaz que de l'extérieur vers l'intérieur
du volume 35.
Le tube 5 porce a son extrémité des trous 46. De meme le
tube 6 possède des trous 47.
La pièce g porte un contact 48 coopérant avec une extrémité
49 du tube 5 pour placer le tube 5 au même potentiel que le
reste de l'équipage mobile en ~in de course d'ouverture~
1 30q~3
-- 5 --
Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant.
Lorsque le disjoncteur est fermé (position de la figure 1),
le courant passe par les doigts 2, le tube 7, les doigts 10 et
la pièce 9.
Coupure des faibles courants
Il s'agit des courants inférieurs ou égaux au courant nominal
de l'installation. A llouverture de disjoncteur (~igure 2), l'équipa-
ge mobile est entraîné par le tube 6. A la séparation des contacts
un aro 50 jaillit entre les contacts d~arc 4B et 5A. L~augmentation
de pression dans la chambre 20 repousse le piston 22, contre --
l'action du ressort 24~ de sorte que la pression dans la chambre
reqte constante et faible, le gaz trouvant une expansion ~acile
par les trous 16 et 23A.
La dépression engendrée dans le volume 35 provoque l'ouverture
du clapet 44 et le maintien de la pression dans le volume 35.
Il n'y a donc pas de perte par succion.
L'arc 60, qui s'établit entre les contacts 30 et 31 soit
en même temps que l'arc 50, soit légèrement avant, soit légèrement
après, crée une surpression su~fisamment faible pour ne pas perturber
ce ~onctionnement.
Avant que le courant ne soit coupé par l'action de la sépara-
tion de~ contactsl le courant passe par le contact 4, l'arc 50,
le tube 5, les contaots 31B~ le contaov 31, l'arc 60, le contact 30,
le tube 15 et la pièce 9.
Après certaine course, déterminée en fonction du courant
de court-circuit la pièce 32A vient en butée sur la butée 40~
Le tube 5 poursuivant sa course, les billes 36 quittent la gorge 39
et viennent se positionner sur la gorge 38 (~igure 3~ en ~in
de manoeuvre d'ouverture et la légère surpression du volum2 20
disparait grace aux trous 23A ; le piston 22 revient en butée
contre le piston ~ixe 14. Le contact 48 met l'extrémite 49 du
tube 5, et donc le contact 31, au potentiel de la pièce 9~ du
tube 15 et donc du contact 30.
On voit que grâce aux dispositlons de l'invention7 la distance
maximale de ~éparation des contacts secondaires reste in~érieure
, .
': ' '
-`-`` 1 3094~
-- 6 --
à celle des contacts d'arc, de sorte qu'aucun risque d'amorçage
dû à un trop grand étirement de l'arc secondaire n'est à craindre.
Fermeture du disjoncteur
Le tube 6 est actionné vers la gauche de la figure (figure ~).
La butée 6C entraîne le tube 5 et les con~acts 30 et 31 viennent
en contact, sans création d'arc puisqu'il qont au même potentiel
grâce au contact des pièces 48 et 49. La légère surpression dans
le volume 35 s'évacue~ par les trous 46 et ll7 qui viennent en
coincidence, vers le volume 70 intérieur au tube 5. Lorsque le
contact 30A vient en butée contre le bloc portant le contact 31
les billes 36 quittent la gorge 38 pour revenir se placer sur
la gQrge 39 en fin de manoeuvre d'enclenchement.
En fin de manoeuvre de fermeture on retrouve la configuration
de la figure 1.
On voit que grâce à la disposition de l'lnvention tout
amorçage à la fermeture du disjoncteur est exclus.
Toute résistance due à une éventuelle dépression dans cham-
bre 20 est évitée par l'ouverture du clapet 17.
Coupure des courant de grande intensité
Il s'agit des courants de court-circuitl
La figure 5 montre le disjoncteur en cours d'ouverture
par déplacement du tube 6 vers la droite de la figure.
L'arc 60, de très Porte intensité, provoque un échauffement
rapide du volume 35 et du volume 35B entouré par les contacts 30,
31 le piston 22 et le cylindre 5.
L'augmentation de pression a deux effets :
- le premier effet est de plaquer le piston 22 contre le
piston 14 et de fermer ainsi toute communication entre le volume
35B et le volume 20. La pression croissant dans le volume 20
faYorise l'extinction de l'arc primaire 50 par un autosoufflage
~avori3é par la réduction de grandeur du volume 20 en raison
du déplacement de l'equipage mobile 5, 7, par rapport au piston
fixe 14.
- le deuxième effet est d'exercer une pression sur le piston
isolant 42 et d'apporter ainsi une contribution à l1energie de
- :' ~ . ,'
.. .
1 3!~9~3
-- 7 --
manoeuvre.
Pour cela le gaz chaud du volume 35 passe à travers les
orifices 33 de la pièce 32A.
La refermeture du disjoncteur après une telle manoeuvre
d'ouverture sur courant de forte intensité ~'effectue comme il
a été décrit précédemment sous le chapitre : fermeture du disjonc-
teur. Les trous 46 et 47 revenant en face l'un de l'autre, la
surpression du volume 35 est évacuée dans le volume 70.
La figure 6 représente une variante de réalisation. Les
éléments communs à cette figure et aux figures précédentes ont
reçu les mêmes numéros de référence.
On reconnait l'enveloppe céramique 1, les contacts principaux
fixes 2, le contact principal d'aro 4, 4A, le contact principal
mobile 7, le contact d'arc mobile 5, 5A, fixé à un tube 100 lui-
même fi~é à un court tube massif 101 muni des perçages 102 radiaux.
On reconnait le piston l4 muni de se joints dynamiques
18 et 19 et fixé au tube fixe 15. Le piston est muni cette fois
- de simples clapets 14A et 17~.
Au piston 14 est fixée un tube isolant 103, terminé par
une pièce mét211ique 104 munie d'une pièce d'usure 104~ et en
contact électrique avec le tube 100 par des contacts électriques
glissant 104B. Le tube isolant (103) est avantageusement muni
de rainures parallèles à l'axe du disjoncteur qui canalisent
l'arc secondaire. Le premier contact secondaire 105, muni d'une
- 25 pièce d'usure 105 A est solidaire du tube 15 ; le second oontact
secondaire 106, muni d~une pièce d'usure 106 A, est mobile par
rapport au tube 101 et prolongé par une pièce tubulaire l07 elle-
même reliée à une trin~le de manoeuvre du disjoncteur non représen-
tée. Le contact ~06 possède une partie massive 106 C munie d'orifices
radiau~ 108 quig lorsque le disjoncteur est fermé, (position
de la figure 6), sont en coincidence avec les perçages 102. La
partie 106C possède des contacts électriques glissants 106B coopérant
aveo la pièce 101~ Une butée 109 tel qu'un circlips, solidaire
de la tige 107) vient en butée contre la pièce 101 lors d'une
manoeuvre d'enclenchement.
., ~ : : ~' .
... .
.. . , -
` 1 3'Jq~3
-- 8 --
Le contact principal mobile 7 porte des contacts électriques
glissants 110 assurant le pa~sage du courant dans la pièce 15
qui, comme precedemment, est reliée à l'une des prises du disjoncteur.
Une butée 111 limite la course de l'équipage mobile à l'enclenchement ;
comme dans les figures 1 à 5, la chambre 35 est ~ermée par un
piston isolant 42 muni d1un segment de guidage 43 et d'un clapet 44.
Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant :
- en position fermée, le courant passe par les doigts 2, le tube 7,
les contacts 110 et le tube 15 ; les orifices 102 et 108 sont
en coincidence,
- à l'ouverture du disjoncteur (déclenchement), le tube 107 est
tiré vers la droite de la figure et il entraîne le contact 106
dont la partie massive 106A vient d'abord obturer les orifices
102, puis entraîner la pièce 102 et par suite le contact d'arc 5.
15L'arc apparait à peu près en même temps sur les oontacts
d'arc et sur les contacts secondaires.
Mais, dès que l'extrémité 106A atteint la pièce 104A, l'arc
secondaire ne 51 allonge plus et reste fixé entre ces deux pièces.
Il n'y a donc.pas de risque d'amorçage dans la chambre 35, dû
à un trop grand étirement de l'arc second~ire.
- à la ~ermeture du disjoncteur (enclenchement), la tige 107
rapproche les contacts 105 et 106 avant tout mouvement relatif
des contacts 4 et 5.
De la sorte, les contacts secondaires sont fermés avant
les contact d'arc, de sorte qu'il ne peut y avoir d'amorçage
à l'enclenchement.
Le disjoncteur de l~invention ne nécessite qu'une ~aible
énergie de manoeuvre pour toutes les valeurs de courant à couper.
Le nombre d'éléments est faible et ils sont tous de révolution
ce qui assure une construction économique et un montage facile
et rapide. Sa conception permet d'éliminer tout risque d'amorçage~
.
-
-
