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Disjoncteur à haute et moyenne tension a gaz de soufflage
La présente invention concerne un disjoncteur à haute tension
du type a gaz diélectrique, tel que l'hexafluorure de soufre, sous
une pression de quelques bars.
L'invention vise plus particulièrement un disjoncteur du
type précité dans lequel l'augmentation de pression due, au moment
du déclenchement, à l'apparition d'un arc électrique entre les
contacts d'arc, est mise à profit pour exercer un effort moteur
sur l'équipage mobile ; cette disposition, connue par exemple par
le brevet français 85 00610 déposé le 16 janvier 1985 et publié
le 18 juillet 1986 sous le n 2 576 142, permet d'assurer la coupure
de l'arc ~an~ nécessiter l'emploi d'un dispositif de manoeuvre
de puissance trop importante.
Dans ces disjoncteurs dits à faible énergie de manoeuvre,
l'augmentation de pression qui nait au voisinage de l'arc se propage
jusqu'a un piston lié à l'équipage mobile.
La facilité et la rapidité avec lesquelles se propage la
pression dépendent d'une part des obstables mis au passage du gaz
~ entre la zone d'arc et le piston, d'autre part à l'évolution du
gradient de pression entre la zone d'arc et la face du piston.
Dans les dispositifs connus comme par exemple dans la demande
de brevet allemand publiée DE 31 32825 Al ou dans le brevet américain
2 957 063, la gaz se propage dans des conduits annulaires dont
la section étroite n'est pas favorable à un écoulement rapide ;
par ailleurs, le gradient de pression entre la zone d'arc et la
face du piston diminue très vite, de sorte que l'action mécanique
du gaz est très vite ralentie après l'apparition de l'arc.
Un but de l'invention est de réaliser un disjoncteur dans
lequel la pression est rapidement transmise au piston lié a l'organe
de manoeuvre et dans lequel l'écoulement du gaz depui~ la zone
d'arc s'effectue rapidement et sans perturbation.
L'invention a pour objet un disjoncteur à haute tension a
gaz de qoufflage, comprenant une enveloppe isolante cylindrique
remplie de gaz diélectrique sous pression, un contact principal
fixe, un contact d'arc fixe et un équipage mobile relié à un organe
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de manoeuvre et comprenant un contact principal mobile, un
contact d'arc mobile, un cylindre de soufflage associé à une
buse de soufflage et coopérant avec un premier piston, et un
second piston solidaire de l'équipage mobile et coulissant
dans un second cylindre fixe, caractérisé en ce que le
contact d'arc est constitué par une première extrémité d'un
tube métallique coaxial à l'enveloppe, la seconde extrémité
dudit tube étant reliée audit organe de manoeuvre, ledit
second piston ayant une section annulaire et étant extérieur
audit tube métallique, ledit tube étant percé de larges
ouvertures à sa périphérie pour mettre en communication
ledit second piston avec la zone d'arc par un chemin à
faibles pertes de charge, ledit second piston étant percé
d'orifices calibrés pour limiter la pression sur la face
dudit piston recevant les gaz chauffés par l'arc,
l'intérieur dudit tube étant bouché sensiblement au droit
dudit second piston.
De préférence, le premier piston comprend un
clapet annulaire fermant un coulisseau cylindrique coaxial
et extérieur audit tube, ledit coulisseau pouvant prendre
deux positions dans lesquelles il obstrue ou dégage des
ouvertures dudit second cylindre débouchant dans le volume
contigu à ladite enveloppe.
De préférence, le second piston porte un clapet
assujetti à se fermer lorsque la pression du gaz sur sa face
située du côté de la zone d'arc est supérieure à la pression
sur l'autre face.
L'invention est expliquée maintenant en réf~rence
au dessin annexé dans lequel:
- la figure 1 est une vue partielle en demi-coupe
axiale d'un disjoncteur selon l'invention, représenté en
position fermé,
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- 2a -
- la figure 2 est une vue partielle en demi-coupe
axiale du même disjoncteur, représenté en cours d'ouverture
(déclenchement),
- la figure 3 est une vue partielle en demi-coupe
axiale du même disjoncteur, en cours de fermeture (enclen-
chement).
Le disjoncteur représenté en vue partielle dans la
figure 1, comporte une enveloppe 1, en matériau isolant tel
que la céramique, de forme générale cylindrique d'axe XX et
délimitant un volume intérieur Vo rempli de gaz diélectrique
tel que l'hexafluorure de soufre, sous une pression de
quelques bars.
Le disjoncteur comprend un contact principal fixe
2 relié à une première prise de courant non représentée, et
un contact d'arc fixe 3, ayant une extrémité 3A réalisé en
alliage résistant
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aux effets de l'arc, tel qu'un alliage de tungstène.
L'équipage mobile du disjoncteur comprend un tube 4, dont
une extrémité 4A, en alliage résistant à l'arc, constitue le contact
d'arc mobile. Le tube 4 est relié, à son autre extrémité 4B, à
un dispositiP de manoeuvre non représenté. Le tube 4 e~t solidaire
d'un tube 5 dont une extrémité 5A constitue le contact principal
mobile du disjoncteur.
A l'extrémité 5A est fixée une buse isolante 6 dont le col
est obstrué par le contact d'arc 4 lorsque le disjoncteur e~t en
position fermée.
Des trous 7 sont pratiqués dans la couronne reliant les tubes 4
et 5 de telle sorte que ces tube~ définissent un seul et même volume Vl,
fermé d'un côté par la buse 6.
- Le tube 5 est guidé par une première partie tubulaire 8A
, ~
- 15 d'une pièce métallique fixe 8 ayant une seconde partie tubulaire 8B
de diamètre bien ~upérieur à celui de la partie 8A.
La pièce 8 est reliée à une seconde prise de courant non
représentée.
Le tube 5 porte un contact électrique glissant SC coopérant
~, .
20~ avec le tube 8A.
En position enclenchée du disjoncteur le courant circule
par les pièces 2, 5, 8. Un joint 9 assure l'étanchéité entre tube 5
et tube 8A.
La liaison entre les tubes 8A et 8B se fait par une portion
mas~ive de la pièce 8 dans laquelle sont pratiquées des ouvertures
en forme de cheminées radiales 10. Ce~ cheminées sont normalement
fermée~ par un coulisseau 11 dont une extrémité annulaire llA coopère
avec un joint circulaire 8C a la base des cheminées. L'extrémité llA
sert également a limiter la course du coulis~eau en venant en butée
sur la base des cheminées a l'opposé du joint 8C. Le coullsseau llA
a la forme générale d'un tube ; il eqt solidaire d'une portion
tubulaire llB pouvant glisser sur le tube 4 qui lui sert de guide.
Une étanchéité est as~urée par un joint 12. Le coulisseau
11 est également guidé par la pièce fixe 8A qui présente un bos~age
8D approprié.
_ : .
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_ - 4 -
L'espace annulaire entre les tubes 11 et 1 lB peut être fermé
par un clapet annulaire 13 dont la course est limitée par un ressaut 11C
de la pièce 1 lB.
Le tube 5, qui constitue le cylindre de soufflage du disjonc-
teur, est solidaire d'un piston 14 placé à l'intérieur du tube 8Bet pouvant coulisser dans ce tube de manière étanche grâce à un
joint 14D. Le piston 15 délimite avec les tubes 8A et 8B un volume V2.
Le piston possède des ouvertures 14A pouvant être fermées par un
clapet annulaire 16, dont la course est limité par un ressaut 14B.
Selon une caractéristique fondamentale de l'invention, la
section du piston est grande vis-à-vis de la section du cylindre
de soufflage, par exemple le rapport des diamètres e~t au moins
égal à 2.
Le piston 14 possède également des ouvertures calibrées 14C
dont le rôle sera expliqué plus loin.
Le tube 4 est percé de très large~ ouvertures 15 sur sa surface
en communication par de vastes passages le volume V2 avec le volume V3
intérieur au tube 5. On note que le volume V3 est fermé, côté organe
~ de manoeuvre par un disque 11 solidaire du tube 4.
Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant :
1) Coupure des courants de forte intensité
(courts-circuits)
A la détection du court-circuit, le dispositif de manoeuvre
du disjoncteur entra;ne l'équipage mobile (tubes 4 et 5, buse 6,
pi~ton 14) vers la droite de la figure.
Le~ contacts principaux se séparent et le courant traverse
alor~ les contacts d'arc 3 et 4.
A la séparation des contacts d'arc, un arc 20 (fig.2) se
forme ; il échauffe fortement le gaz environnant et la pression
cro;t fortement. Le volume V1 se ferme par application du clapet 13.
Le gaz chaud s'échappe par le volume V3 entourant l'axe et passe
par le~ ouvertures 15 dans le volume V2.
La surface du piston étant très grande, la force exercée
sur ce dernier, qui aide à la manoeuvre d'ouverture est importante.
,~
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L'écoulement du gaz chaud provenant de la zone d'arc est
facilité :
a) par les grandes ouvertures 15 qui réduisent à néant les
pertes de charge
b) par les orifices calibrés 14C qui limitent la valeur de
la pression dans le volume V2, assurant ainsi un gradient
de pression entre la zone d'arc et la zone du piston 14.
La pression régnant dans le volume V1 produit au premier
passage par zéro du courant une détente de gaz à travers la buse 6,
qui produit l'extinction de l'arc.
2) Coupure des courants de faible intensité
(courant nominal, courants capacitifs ou faibles courant~
inductifs)
A la séparation des contacts d'arc, l'augmentation de pression
due a l'arc est insuffisante pour plaquer le clapet 16 sur son
: siège. Celui-ci reste ouvert, ce qui évite, dans le volume V2,
: toute dépression qui viendrait freiner l'équipage mobile.
La pression dans le volume V1 est suffisante pour plaquer
le clapet 13 contre son siège ; la détente du volume V1 au passage
' par zéro du courant suffit a couper l'arc.
`~ 3) Fermeture du disjoncteur
.,
~ (enclenchement)
On se référera à la figure 3.
L'organe de manoeuvre déplace l'équipage mobile vers la droite
de la figure. Une légère surpression dans le volume V2 provoque
d'une part la fermeture du clapet 16, et d'autre part, combinée
à une légère dépression dans le volume V1, provoque un déplacement
vers la gauche du coulisseau 1.
Ce dernier dégage la base des cheminées 10, ce qui permet
au gaz du volume V2 de s'échapper vers le volume Vo et d'éviter
une perte d'énergie par compression de gaz.
Le clapet 13 s'ouvre, ce qui permet un remplissage du volume V1
sans nécessiter d'effet particulier en raison d'une dépression
,~
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._ -- 6 --
importante dan~ le volume Vl.
Le disjoncteur qui vient d'être décrit pré~ente une énergie
de manoeuvre trè~ réduite par rapport aux disjoncteur~ de l'art
antérieur
L'invention s'applique aux disjoncteurs à haute et moyenne
ten~ion.
,
,''
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