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DISJONCTEUR A MOYENNE OU HAUTE TENSION A AUTOSOUFFLAGE
La présente invention est relative à un disjoncteur
à moyenne ou haute tension dans lequel l'isolation est
assurée par un gaz à bonnes propriétés diélectriques, tel
que l'hexafluorure de soufre (SF6), ce même gaz assurant
par autosoufflage l'extinction de l'arc qui se forme à la
séparation des contacts d'arc du disjoncteur.
On trouve, dans ce type d'appareil, un volume appelé
volume thermique ou volume de soufflage, qui contient les
contacts d'arc et qui, au moment de la séparation des
contacts, est échauffé par l'arc et subit de ce fait une
augmentation de pression. Au premier passage par zéro du
courant, le gaz se détend et vient souffler l'arc.
On connaît les difficultés rencontrées pour réaliser
un tel appareil:
- lors de la coupure des courants de faible
intensité (par exemple de valeur inférieure ou égale à
l'intensité nominale du courant dans lequel est inséré le
disjoncteur), la montée en pression peut être insuffisante
ou trop importante, selon la dimension du volume de
soufflage. Si le volume de soufflage est important, la
montée en pression est faible et le soufflage peut être
insuffisant; si le volume de soufflage est faible, la
montée en pression est importante, mais la durée de
soufflage peut être insuffisante pour une bonne
efficacité.
- lors de la coupure des courants de grande
intensité (courants de court-circuit par exemple), la
montée en pression et l'échauffement du gaz ne doivent pas
être trop importants, ce qui pourrait entraîner un échec
de la tentative de coupure.
Pour résoudre ce problème, il a été proposé,
notamment par le document EP-A- 0315505, de prévoir une
chambre de coupure, servant de volume de soufflage, à
volume variable selon l'intensité du courant à couper.
3~
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Ceci est obtenu en remplaçant le contact d'arc fixe
qu'on trouve habituellement dans les disjoncteurs, par un
contact semi-fixe lié à un piston repoussé par un ressort
antagoniste.
Selon l'intensité du courant à couper, le
déplacement du piston est plus ou moins important et
corrélativement, le volume de soufflage est plus ou moins
grand.
Un tel appareil présente un inconvénient.
Lors de la coupure des courants de forte intensité,
la remontée rapide et complète du contact semi-fixe que le
ressort est incapable de limiter, produit un allongement
exagéré de l'arc, ce qui a pour effet de provoquer un
échauffement trop important du gaz de soufflage avec
risque d'échec diélectrique de la coupure, de polluer
exagérément le milieu environnant l'arc et peut conduire à
un échec de la seconde coupure lors des cycles O, 0,3s F,
O.
Un premier but de l'invention est d'effectuer la
coupure des forts courants par autosoufflage avec
expansion thermique dans un volume d'expansion thermique
dimensionné à cet effet, et la coupure des faibles
courants par soufflage autopneumatique d'appoint avec
pistonnage dans une partie seulement du volume d'expansion
thermique.
Un second but de l'invention est de réaliser un
appareil dans lequel la vitesse et la course de remontée
de l'ensemble semi-fixe sont progressivement limitées.
Un troisième but de l'invention est de réaliser un
appareil dans lequel du gaz frais est injecté dans la zone
des contacts d'arc lors d'une manoeuvre d'enclenchement,
ce qui améliore notablement le fonctionnement de
l'appareil lors des cycles de manoeuvre du type précité.
Ces objectifs sont atteints par le disjoncteur de
l'invention qui est un disjoncteur à moyenne ou haute
tension à autosoufflage d'arc comprenant une enveloppe
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étanche remplie d'un gaz diélectrique à l'intérieur de
laquelle sont placés un premier contact, semi-fixe,
électriquement relié à une première prise de courant et un
second contact, mobile, électriquement relié à une seconde
prise de courant et mécaniquement relié à un organe de
manoeuvre, ledit contact semi-fixe étant solidaire d'un
piston se déplaçant dans un cylindre, ledit piston
délimitant dans ledit cylindre un premier volume du côté
de la zone d'arc et un second volume, ledit contact
semi-fixe etant soumis à l'action d'un ressort tendant à
déplacer le contact semi-fixe dans le même sens que le
contact mobile lors d'une opération de déclenchement,
caractérisé en ce que le disjoncteur comprend des moyens
pour limiter, au cours d'une opération de déclenchement,
sur courant de court-circuit, la vitesse et l'amplitude du
mouvement du piston dans le sens opposé~ à celui de la
détente du ressort, les mêmes moyens permettant une
injection de gaz non pollué sur la zone des contacts d'arc
lors de l'opération de réenclenchement succédant à ladite
opération de déclenchement .
Dans un mode particulier de réalisation, lesdits
moyens comprennent des organes pour clore, au cours d'une
operation de déclenchement, ledit second volume, les mêmes
organes permettant le passage de gaz dudit second volume
vers ledit premier volume lors d'une opération de
réenclenchement.
Par exemple, lesdits organes comprennent d'une part
des premiers trous traversant ledit piston et obturables
par des premiers clapets unidirectionnels fermés lorsque
3~ la pression dans ledit premier volume est supérieure à la
pression dans ledit second volume, et d'autre part des
seconds trous traversant le fond dudit cylindre et
obturables par des seconds clapets unidirectionnels fermés
lorsque la pression dans ledit second volume est
supérieure à la pression régnant dans l'enveloppe à
l'extérieur dudit cylindre.
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Avantageusement, lesdits premiers clapets sont
constitués ensemble par une première rondelle.
De même, lesdits seconds clapets sont avantageu-
gement constitués ensemble par une seconde rondelle.
L'invention sera bien comprise à la lumière de la
description donnée ci-après d'un exemple de réalisation de
1'invention, en regard du dessin annexé dans lequel:
- la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un
disjoncteur selon l'invention représenté en position
enclenchée,
- la figure 2 est une vue en coupe axiale du même
disjoncteur représenté lors d'un déclenchement sur un
courant de faible intensité,
- la figure 3 est une vue en coupe axiale du même
disjoncteur représenté lors d'un déclenchement sur
court-circuit,
- la figure 4 est une vue en coupe axiale du même
disjoncteur, représenté lors d'une manoeuvre
d'enclenchement.
Dans la figure 1, on distingue une enveloppe 1, en
matériau isolant, à l'intérieur de laquelle se trouve un
gaz à bonnes propriétés diélectriques tel que
l'hexafluorure de soufre SF6, sous une pression de un à
quelques bars. Une première prise de courant 2, traversant
l'enveloppe de manière étanche, est électriquement reliée
par une tresse 3, à un premier contact 4 appelé semi-fixe
pour des raisons exposées plus loin. Le contact 4, réalisé
sous forme tubulaire, est terminé par une pièce d'usure 4A
en matériau résistant aux effets de l'arc électrique, par
exemple un alliage à base de tungstène.
Une seconde prise de courant 5, traversant
l'enveloppe de manière étanche, est électriquement reliée
par des contacts glissants 6, à une tige 7 constituant un
contact mobile du disjoncteur; la tige 7 traverse
l'enveloppe de manière étanche et est reliée à un
mécanisme de manoeuvre non représenté. La tige 7 possède
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une extrémité 7A en matériau résistant aux effets de l'arc
électrique.
Le contact semi-fixe 4 porte un piston 8 coulissant
dans un cylindre fixe 9; la course du piston 8 est limitée
par un épaulement inférieur 11 et une couronne supérieure
12; le contact semi-fixe 4 est poussé par un ressort 13
qui est comprimé lorsque le disjoncteur est en position
enclenchée, comme c'est le cas dans la figure 1.
Le cylindre 9 est fixé par un fond 14 à un cylindre
15 de dimensions plus grandes; le cylindre 15 est fixé à
l'enveloppe 1; il porte, à une extrémité, une buse
isolante 16, à travers laquelle coulisse la tige 7.
Le piston 8 sépare l'intérieur du cylindre en deux
volumes, V1 à la partie inférieure de la figure et V2 à la
partie supérieure. Les volumes V1 et V2 peuvent
communiquer par des orifices 18 pratiqués à travers le
piston 8; ces orifices peuvent être obturés simultanément
par un clapet unidirectionnel constitué d'une rondelle 19
retenue par un épaulement 21 du piston 8. Le volume V2
peut communiquer avec le volume V3 extérieur au cylindre 9
par des orifices 22 pratiqués dans le fond de ce cylindre;
ces orifices peuvent être obturés simultanément par un
clapet unidirectionnel constitué par une rondelle 23
retenue par la couronne 12.
Des orifices 24, pratiqués dans le cylindre 15,
facilitent la circulation du gaz à l'intérieur de
l'enveloppe 1.
On désigne par V4 le volume compris entre les
cylindres 15 et 9; ce volume V4, en communication
permanente avec le volume V1 par un passage entre la buse
16 et l'extrémité du cylindre 9, constitue, avec le volume
V1, un volume Vl + V4 d'expansion thermique du disjoncteur.
Le fonctionnement du disjoncteur est décrit
maintenant.
Coupure des courants de faible intensit~
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Il s'agit des courants dont l'intensité est
inférieure ou sensiblement égale à l'intensité nominale de
la phase de la ligne dans laquelle est inséré le
disjoncteur.
La tige 7 est tirée par le mécanisme de manoeuvre
vers le bas de la figure. Le contact semi-fixe 4, poussé
par le ressort 13, accompagne la tige dans son mouvement,
jusqu'à ce qu'elle soit arrêtée par l'épaulement ll. La
tige poursuit seule son mouvement, provoquant ainsi la
séparation des contacts. Un arc 50 jaillit entre les
contacts (figure 2) et échauffe le gaz environnant. La
surpression, générée par le déplacement du piston 8 et
l'échauffement du gaz dans les volumes Vl et V4, provoque
un soufflage de l'arc, à travers la buse 16 et le contact
4A, et son extinction à un passage par zéro du courant.
Pendant cette manoeuvre, la légère surpression dans
le volume Vl a plaqué le clapet l9 contre son siège,
isolant ainsi le volume V2.
Coupure des courants de forte intensité
Il s'agit des courants de court-circuit.
Le processus de déclenchement est identique à celui
qui vient d'être décrit, jusqu'à la séparation des
contacts.
Mais, cette fois, l'arc Sl (figure 3) est très
important et produit un dégagement de chaleur qui conduit
à une très forte augmentation de la pression dans les
volumes Vl et V4. Le contact 4 est repoussé vers le haut
de la figure, en raison de la très forte pression qui
s'exerce sur le piston 8 et qui produit une force
supérieure à celle du ressort 13. Le volume Vl est ainsi
agrandi, de sorte que la pression qui y règne, tout en
étant importante, n'en conserve pas moins une valeur
acceptable.
La surpression dans le volume Vl provoque la
fermeture du clapet l9 qui vient isoler le volume V2. Ce
dernier diminue en raison du déplacement du piston 8; il
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en résulte une augmentation de la pression dans le volume
V2 qui, d'une part, ferme le clapet 23 et d'autre part,
limite la vitesse et la course du piston 8, le gaz du
volume V2 jouant le rôle d'amortisseur. De la sorte, l'arc
51 ne s'allonge pas de manière trop importante, ce qui
permet de limiter l'échauffement et la pollution du gaz
environnant par les produits de décomposition du SF6.
La surpression générée essentiellement par expansion
thermique dans les volumes V1 et V4 provoque un soufflage
de l'arc à travers la buse 16 et le contact 4A, et son
extinction à un passage par zéro du courant.
Après extinction de l'arc, le ressort 13 ramène le
contact semi-fixe en butée sur l'épaulement 1, comme le
montre la figure 2.
Réenclenchement
Au réenclenchement, qui se produit par déplacement
de la tige 7 vers le haut de la figure (figure 4), il se
crée une dépression dans le volume Vl, ce qui a pour effet
de provoquer l'ouverture du clapet 19. Du gaz non pollué
du volume V2 traverse alors les orifices 18, ce qui vient
améliorer la qualite diélectrique du gaz dans les volumes
Vl et V4, favorisant ainsi la réussite d'une éventuelle
opération de coupure qui surviendrait peu de temps après
le réenclenchement (cas d'un cycle Ouverture, 0,3 seconde
Fermeture, Ouverture).
L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation
qui vient d'être décrit à titre d'exemple, mais s'applique
à tout disjoncteur dans lequel les moyens de l'invention
sont remplacés par des moyen remplissant la même fonction
en vue du même résultat.
L'invention s'applique aux disjoncteurs à moyenne et
haute tension.
