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DISJONCTEUR A MOYENNE TENSION
La présente invention est relative à un disjoncteur
à moyenne tension, dans lequel l'isolement électrique est
assuré par un gaz à bonnes propriétés diélectriques tel
que l'hexafluorure de soufre SF6.
L'invention concerne plus particulièrement un
disjoncteur dans lequel circule un courant d'intensité
importante (plusieurs milliers d'ampères). Ce type de
disjoncteur se rencontre dans les centrales électriques,
en sortie d'alternateur et en amont du transformateur
électrique de tension.
Dans ce type de disjoncteurs, le contact mobile
permanent, par lequel transite le courant permanent, est
le plus souvent un tube de cuivre de masse relativement
élevée qui, lors d'un déclenchement, est entraîné avec le
contact d'arc, à grande vitesse. L'énergie nécessaire à
cette manoeuvre est importante puisqu'elle est
proportionnelle au produit de la masse de l'équipage
mobile par le carré de la vitesse de déplacement de cet
équipage. Tous les constructeurs cherchent à diminuer
cette énergie de manoeuvre, car son importance pénalise le
prix de revient de la commande de l'appareil de coupure.
Un premier but de l'invention est de réaliser un
disjoncteur dans lequel la masse de l'équipage mobile est
diminuée, de manière à diminuer corrélativement l'énergie
nécessaire à la manoeuvre de déclenchement.
Dans les disjoncteurs connus, le courant permanent
traverse des contacts glissants; ces contacts doivent être
de construction soignée et grèvent le prix de l'appareil.
Un autre but de l'invention est d'élaborer un
disjoncteur dans lequel le courant permanent ne traverse
pas de contacts glissants, de sorte qu'une économie sur le
prix de l'appareil est réalisée.
L'invention a pour objet un disjoncteur à moyenne et
basse tension à isolement par gaz à bonnes propriétés
diélectriques comprenant une enveloppe en matériau isolant
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dans lequel règne un gaz à bonnes propriétés diélectriques
à l'intérieur de laquelle sont disposés:
- des premiers contacts reliés à une première prise
de courant et des seconds contacts reliés à une seconde
prise de courant,
- un contact d'arc fixe relié électriquement à
ladite première prise de courant et un contact d'arc
mobile fixé à une bielle mécaniquement reliée à un organe
de manoeuvre, et,
- un contact permanent mobile solidaire du contact
d'arc mobile et établissant, lorsque le disjoncteur est en
position enclenchée, une liaison électrique entre lesdits
premiers et-lesdits seconds contacts, caractérisé en ce
que ledit contact permanent mobile est une pièce tubulaire
lS de faible longueur, lesdits premiers et seconds contacts
étant disposés respectivement selon deux arcs de cercle.
Avantageusement, les longueurs (a, a') des arcs des
premiers et seconds contacts sont voisins de 120 degrés.
De préférence, ledit contact permanent mobile est
relié à ladite seconde prise par une tresse métallique.
Dans un premier mode de réalisation de l'invention,
le disjoncteur comprend un cylindre et un piston de
soufflage dirigeant un jet de gaz sur la zone d'arc.
En variante, ledit contact d'arc fixe et ledit
contact d'arc mobile font partie d'une ampoule à vide
reliée d'une part à ladite première prise et d'autre part
audit contact permanent mobile.
L'invention sera bien comprise par la description
donnée ci-après d'un mode préféré de réalisation en
référence au dessin annexé dans lequel:
- la figure 1 est une vue en élévation en coupe
axiale d'un disjoncteur à moyenne tension selon un premier
mode de réalisation de l'invention, représenté en position
enclenchée, l'extinction de l'arc étant assurée par
Soufflage~
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- la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne
II-II de la figure 1, la buse de soufflage n'étant pas
représentée,
- la figure 3 est une vue en élévation en coupe
axiale du même disjoncteur représenté en position
déclenchée,
- la figure 4 est une vue en élévation en coupe
axiale d'un disjoncteur selon une variante de réalisation
de l'invention dans laquelle l'extinction de l'arc est
assurée au moyen d'une ampoule ~ vide.
Dans les figures 1 à 3, la référence 1 désigne une
enveloppe isolante, étanche, de préférence cylindrique,
munie d'un fond lA et remplie d'un gaz à bonnes propriétés
diélectriques tel que l'hexafluorure de soufre SF6, sous
une pression de 1 à plusieurs bars.
Un première prise de courant 2, connectée en amont
dans le circuit à protéger, traverse l'enveloppe 1 de
manière étanche grâce à un joint 3; la prise 2 se prolonge
à l'intérieur de l'enveloppe, d'une part par une couronne
de doigts 4, d'autre part par un contact 5 disposé selon
l'axe géométrique 6 de l'enveloppe. Les doigts 4 sont
disposés au voisinage de la paroi de l'enveloppe,
parallèlement à l'axe 6, et occupent un arc de cercle a
d'environ 120 degrés, le plan de ce cercle étant
perpendiculaire à l'axe 6.
On verra plus loin comment une limite supérieure de
l'arc de cercle précité peut être déterminée avec
pr~cision. Le contact 5 est une tige métallique terminée
par une extrémité 5A en alliage résistant aux effets de
l'arc électrique, par exemple un alliage à base de
tungstène.
Une seconde prise de courant 10, connectée en aval
dans le circuit à protéger, traverse l'enveloppe de
manière étanche grâce à un joint 11, et se prolonge à
l'intérieur de l'enveloppe 1 par une portion cylindrique
12 portant des plots de contact 13 disposés selon un arc
de cercle a' dont le plan est perpendiculaire à l'axe 6,
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de sorte que les plots 13 sont en vis-à-vis des extrémités
des doigts 4. L'arc de cercle a' selon lequel sont
disposés les plots 13 est de préférence de même longueur
que l'arc a des doigts 4 et on verra plus loin comment
déterminer une limite supérieure de sa longueur.
L'ensemble fixe du disjoncteur est complété par un
cylindre de soufflage 14, en matériau isolant, coaxial à
l'axe 6, fixé à la paroi par des pattes 15, et dont le
fond 16 présente une ouverture pour le passage d'un
élément de l~équipage mobile.
L'équipage mobile comprend un tube métallique 20,
s'engageant dans l'ouverture précitée du fond 16 et fixé,
par une première extrémité, à une bielle de manoeuvre 21
en matériau isolant. La bielle 21 est articulée à une
manivelle 22 entraînée en rotation par un arbre 23 qui
traverse la paroi 1 et qui est reliée à l'extérieur de
cette enveloppe à un dispositif de manoeuvre non
représenté.
La seconde extrémité du tube 20 porte une couronne
de doigts de contact 25 constituant le contact d'arc
mobile et coopérant avec le contact d'arc fixe 5.
Le tube 20 porte un piston de soufflage 26 coulissant
à l'intérieur du cylindre de soufflage 14 et muni
d'ouvertures calibrées 27.
Au piston 26 est fixée un buse de soufflage 28 en
matériau isolant tel que du polytétrafluoro-éthylène connu
sous la marque déposée téflon.
Le contact mobile permanent est constitué par un
tube de cuivre 30, de diamètre choisi pour coopérer,
lorsque le disjoncteur est en position enclenchée (figures
1 et 2), avec les doigts 4 et les plots 13. Ce tube 30 est
rendu solidaire du tube 20 par des bras métalliques 31;
une tresse métallique 32 relie un bras 31 à la prise amont
10-12.
Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant:
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en position enclenchée, le courant traverse la prise
amont 2, les doigts 4, le tube 30, les doigts 13 et la
prise aval 10.
Pour ouvrir le disjoncteur, la commande produit un
mouvement de rotation à l'arbre 23, qui est transformé par
la manivelle 22 et la bielle 21 en un mouvement de
translation du tube 20 vers le bas de la figure 1. Le
contact 30 quitte les doigts 4 et les plots 13 et le
courant commute alors sur la tige 5 et les doigts 25; le
mouvement se poursuivant, les doigts 25 quittent la tige 5
et un arc 40 s'allume (figure 3). Le gaz du cylindre 14
est comprimé, s'échappe par les ouvertures 27 et traverse
la buse 28, en soufflant l'arc qui s'éteint au premier
passage par zéro du courant.
Grâce à la très courte longueur du tube 30,
l'équipage mobile est très léger et ne nécessite, toutes
choses étant égales par ailleurs, qu'une énergie de
manoeuvre réduite. On observe par ailleurs que le courant
permanent ne traverse qu'un seul jeu de contacts, la
conception de l'appareil permettant l'absence de tout
contact glissant.
L'arc a et l'arc a' sont choisis pour assurer la
tenue de la tension lorsque le disjoncteur est en position
déclenchée. Ainsi une distance minimale d'isolement
entre les doigts 4 d'extrémité et les plots 13
d'extrémités devra être respectée (figure 2). De même une
distance d'isolement minimale devra être respectée entre
le piston 26 ou le tube 30, au potentiel de la prise aval,
et les doigts 4 au potentiel de la prise amont. L'homme du
métier saura calculer ces distances en fonction notamment
de la tension nominale du disjoncteur, du diamètre
intérieur de l'enceinte et de la rigidité diélectrique du
gaz d'isolement utilisé.
La tresse 32 est utilisée pour le passage du courant
seulement pendant la manoeuvre du disjoncteur, quand le
tube 30 a quitté les plots 4 et 13; le courant passe alors
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par les éléments 5A, 25, 20, 31 et la tresse 32 reliée à
la prise 10.
On peut, en variante, remplacer le cylindre et le
piston de soufflage par une ampoule à vide. La figure 4
illustre un disjoncteur, conforme à celui représenté dans
les figures 1 à 3, mais dans lequel le cylindre 14, le
piston 27, le tube 20, les contacts 5A et 25 ainsi que la
buse 28 sont remplacés par une ampoule à vide 50
comprenant:
- un boitier isolant 51,
- un couvercle métallique 52 relié à des doigts de
contact 53 coopérant avec la tige 5,
- un contact fixe 54 intérieur à l'ampoule,
- un contact mobile 55 relié extérieurement à
l'ampoule à la bielle de manoeuvre 21,
- des soufflets d'étanchéité 56 et 57.
Le fonctionnement de cette variante de réalisation
du disjoncteur est tout à tait semblable à celui qui a été
décrit plus haut et ses avantages identiques.
L'invention trouve application dans la réalisation
de disjoncteurs de tension nominale inférieure ou égale à
45 kV, et en particulier, de disjoncteurs de centrale.
On peut également envisager de mettre en oeuvre
l'invention pour réaliser des disjoncteurs à basse tension
à isolement dans l'air ou dans un gaz à rigidité
électrique élevée.
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