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Disjoncteur à haute tension à gaz diélectrique sous pression
La présente invention est relative à un disjoncteur à haute
tension dans lequel la chambre de coupure est remplie de gaz
diélectrique, tel que l'héxafluorure de soufre, et dans lequel l'énergie
5 de l'arc est utilisée, grâce à l'augmentation de pression qu'elle
confère au gaz, pour réduire l'énergie nécessaire à la coupure.
L'invention concerne plus particulièrement un disjoncteur
possédant un cylindre de soufflage et une seconde chambre dans laquelle
une 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'ouverture.
Un tel disjoncteur est connu p~r eY~ ple par le brevet
français n 8701545.
Un problème à résoudre dans ce type de disjoncteur est que
la pression reste faible dans le cylindre de soufflage pour la coupure
des petits courants (faible énergie de manoeuvre) et que la pression
soit élevée pour la coupure des courants importants sans augmenter pour
autant l'énergie de manoeuvre.
Un but de la présente invention est de réaliser un
disjoncteur dans lequel l'énergie de manoeuvre reste faible même pour la
coupure des courants de faible intensité. Un autre but de l'invention
est de réaliser un disjoncteur dans lequel aucun arc ne s'amorce à
l'enclenchement dans le volume thermique.
Un autre but de l'invention est que l'arc moteur du volume
thermique puisse s'allonger, donc dégager davantage d'énergie, si le
courant devient très important.
L'invention a pour objet un disjoncteur à haute tension à
gaz diélectrique sous pression, du type comprenant au moins une chambre
de coupure comportant une enveloppe isolante remplie dudit gaz à
30 l'intérieur de laquelle sont placés un ensemble fixe comportant 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
soufflage débouchant dans une buse de soufflage et une paire de contacts
35 secondaires, caractérisé en ce que ledit cylindre de soufflage est
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délimité par un premier cylindre constituant le contact
d'arc mobile, un second cylindre constituant le contact
principal mobile et un premier piston semi-mobile portant
l'un des contacts secondaires, l'autre contact secondaire
étant porté par un tube fixe délimitant, avec ledit premier
piston, avec un prolongement tubulaire isolant du premier
cylindre, et avec un second piston solidaire du cylindre et
coulissant le long du tube fixe, un volume fermé, ledit
piston semi-mobile pouvant effectuer un mouvement, par
rapport à l'ensemble fixe, tendant à réduire le volume du
cylindre de soufflage.
L'invention sera bien comprise par la description
donnée ci-après d'un mode préféré de réalisation d'un
disjoncteur selon l'invention dans lequel:
- la figure 1 est une vue partielle en demi-coupe
axiale de la chambre de coupure d'un disjoncteur selon
l'invention, en position enclenchée,
- la figure 2 est une vue similaire au cours d'une
ouverture sur coupure de courant de faible intensité,
- la figure 3 est une vue similaire illustrant
l'ouverture sur courant de forte intensité,
- la figure 4 est une vue similaire montrant la
fin de la manoeuvre d'ouverture.
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'héxafluorure de soufre sous une pression de quelques bars.
A l'intérieur de l'enveloppe, on trouve un ensemble
comprenant un contact principal fixe formé de doigts de
contacts 2 protégés par un capot pare-effluves 3 et un
contact d'arc formé d'un cylindre ou tube métallique 4
terminé par une extrémité 4A en alliage résistant aux effets
de l'arc.
L'équipage mobile comprend un cylindre ou tube 5,
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métallique, servant de contact d'arc mobile, terminé par un
embout 5A en alliage résistant aux effets de l'arc.
Le tube 5 est entraîné par un tube métallique 6,
par exemple en aluminium, fixé à une tige de manoeuvre non
représentée. Les tubes 5 et 6 ne sont pas fixés l'un à
l'autre; au contraire, un certain
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débattement entre eux est possible ; l'entrainement se fait grâce à un
redan 6B du tube 6 et à un redan 42A d'un piston 42 qui sera décrit plus
loin. Le débattement est limité par une butée 6C.
Un tube métallique 7, concentrique au tube 5, sert de
S contact principal mobile.
Il porte une buse de soufflage 8 en matériau isolant. Il
est en contact électrique avec un bloc métallique 9, en aluminium par
exemple, solidaire de l'équipage fixe, par des doigts de contact 10.
Le tube 5 et le tube 7 sont solidarisés par une couronne
isolante 12, percée de trous 12A.
Le volume 20 délimité par les tubes 5 et 7 est fermé par un
piston fixe 14, en matériau isolant tel que le polytétrafluoroéthylène,
ou autre matière maintenu en place par un tube métallique 15 fixé au
bloc 9.
On désigne par 20 le volume délimité par les tubes 5 et 7,
la couronne 12 et le piston 14. Ce volume constitue le cylindre de
soufflage du disjoncteur.
Le piston 14 est percé d'orifices 16 et comprend un clapet
17 n'autorisant le passage du gaz que de l'intérieur vers l'extérieur du
volume 20. Le piston 14 comprend un joint d'étanchéité 18.
Le piston 14 est autorisé à excursionner par rapport à la
pièce fixe 15. A cet effet, il est fixé à un tube 21 coulissant contre
le tube 7 et possédant une butée à bille 22 et ressort 23 ou autre
système coopérant avec une encoche 24 pratiquée dans le tube 15. Un
ressort 25 travaillant à la compression est disposé entre une couronne
15A d'extrémité de la pièce 15 et une couronne 21A à l'extrémité du tube
21.
Le piston 14 ne coulisse pas directement sur le tube 5 mais
par l'intermédiaire d'un bloc 28 muni de contact électrique 29 et
terminé par un cylindre 30 constituant l'un des contacts secondaires.
L'autre contact secondaire 31 est solidaire du tube 15. Une électrode 32
est portée par un bloc métallique 33 dans le prolongement du tube 5 et
séparé de celui-ci par une portion tubulaire 5B en matériau isolant.
Le volume 35, délimité par le tube 15, le piston 14, le
bloc 28 et les contacts 30 et 31, est fermé par un piston isolant 42,
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fixé au tube 5 et possédant un segment de guidage 43 et un clapet 44
n'autorisant le passage du gaz que de l'extérieur vers l'intérieur du
volume 35.
Le bloc 33 porte à son extrémité des trous 46. De même le
tube 6 possède des trous 47. Le rôle de ces trous sera expliqué plus
loin.
La pièce 9 porte un contact 48 coopérant avec une extrémité
49 du tube 5 pour placer le bloc 33 au même potentiel que le reste de
l'équipage mobile en fin de course d'ouverture.
Une électrode 49A portée par la pièce fixe 15 permet, en
fin de manoeuvre d'ouverture, de mettre le bloc 28 au potentiel de la
pièce 15.
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 l'ouverture du disjoncteur (figure 2),
l'équipage mobile est entraîné par le tube 6. A la séparation des
contacts, un arc 50 jaillit entre les contacts d'arc 4A et 5A.
A peu près simultanément, un arc 60 s'établit entre les
contacts secondaires 30 et 32, puis commute sur le contact 31. Le
courant passe alors par le contact 4, l'arc 50, le tube 5, le bloc 28,
25 le contact 30, l'arc 60, le contact 31, le tube 15 et le bloc 9. L'arc
60 est de faible énergie et l'augmentation de pression dans le volume 35
est insuffisante pour déplacer le piston 14 par rapport au tube 15.
La pression dans le volume 20 augmente peu en raison de
l'ouverture du clapet 17.
Le soufflage est néanmoins suffisant pour éteindre l'arc 50
au premier passage par zéro du courant. L'énergie de manoeuvre est
faible.
Coupure des courants de grande intensité
Il s'agit des courants de court-circuit.
La figure 3 montre le disjoncteur en cours d'ouverture par
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déplacement du tube 6 vers la droite de la figure.
L'arc 60, de très forte intensité, provoque un échauffement
rapide du volume 35 et corrélativement une augmentation très importante
de la pression du gaz de ce volume.
Cette augmentation de pression a trois effets :
- le premier effet est de fermer le clapet 17,
- le second effet est de déplacer le piston 14 par rapport au tube fixe
15.
La bille 22 quitte l'encoche 24 et le ressort 25 est comprimé. Le
déplacement du piston, qui résulte de la superposition de deux
mouvements, l'un par rapport au tube 15, l'autre par rapport à
l'ensemble mobile, produit une compression très rapide du gaz du volume
20 et un soufflage très énergique.
L'allongement de l'arc, dû à la distance supplémentaire qui
intervient entre les contacts 30 et 31, permet de mieux chauffer le gaz
du volume 35,
- le troisième effet de l'augmentation de pression du gaz du volume 35
est d'exercer une pression importante sur le piston 42 solidaire de
l'équipage mobile, ce qui apporte une énergie supplémentaire pour la
manoeuvre d'ouverture du disjoncteur.
En fin de phase d'ouverture, le ressort 25 ramène le piston
14 jusqu'à ce que la bille 22 tombe dans l'encoche 24.
En fin de mouvement d'ouverture (figure 4), le cylindre de
soufflage pousse le piston 14 et fait échapper la bille 22 de son
encoche 24 ; le piston 14, sous l'action du ressort 25 peut avancer
jusqu'en butée 15A ; ce faisant l'électrode 30, solidaire du piston 14,
se déplace également.
La distance L2 entre l'électrode 32 et le contact
auxiliaire 30 est alors inférieure à la distance Ll entre les contacts
d'arc 4A et 5A.
De la sorte, lors de l'enclenchement, aucun amorsage ne se
produira dans le volume clos 35.
Fermeture du disjoncteur
Le tube 6 est actionné vers la gauche de la figure. La
butée 6C entraîne le tube 5. La légère surpression dans le volume 35
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r
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~ s'évacue, par les trous 46 et 47 qui viennent en coincidence, vers le
~~' volume 70 intérieur au tube 5.
En fin de manoeuvre de fermeture on retrouve la configu-
ration de la figure 1.
Toute résistance due à une éventuelle dépression dans la
chambre 20 est évitée par l'ouverture du clapet 17.
