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CA 022069~0 1997-0~-12
DISJON~l~uK A HAUTE TENSION AVEC INSERTION DE RESISTANCE A
LA FERMETURE
La présente invention est relative à un disjoncteur à
haute tension comprenant pour chaque pôle, une enveloppe
cylindrique remplie de gaz isolant à l'intérieur de laquelle
sont disposés les organes de coupure et une résistance,
disposée axialement, associée à des moyens pour son
insertion temporaire lors de la fermeture du disjoncteur.
On a décrit, dans la demande de brevet français n~ 79
05 478, un disjoncteur dans la chambre de coupure duquel
sont disposés une résistance et des moyens pour insérer
temporairement cette résistance dans le circuit du
disjoncteur lors d'une opération d~enclenchement. Ces moyens
comprennent un contact solidaire de l'équipage mobile, mais
15 mobile par rapport à ce dernier. C'est la raison pour
laquelle on le désigne par contact semi-mobile.
Généralement, le contact semi-mobile est une pièce de
tungstène choisie massive car elle doit subir le choc d'une
opération de fermeture. Ce contact présente donc une masse
dont la proportion dans la masse de l'équipage mobile est
importante, contribuant ainsi à augmenter la puissance de la
commande du disjoncteur. Par ailleurs, le contact de
fermeture est de fort encombrement, nécessitant une
enveloppe de grand diamètre.
Or, les constructeurs recherchent tous à diminuer la
puissance de la commande, de manière à diminuer le prix de
revient et d'exploitation du disjoncteur.
Un premier but de l'invention est de réaliser un
disjoncteur du type précité dans lequel les moyens
30 d'insertion de la résistance sont allégés, ce qui permet de
réduire la puissance de la commande.
Un autre but de l'invention est de réaliser un
disjoncteur du type précité dans lequel les moyens
d'insertion de la résistance sont de volume réduit, ce qui
35 permet de réduire le diamètre des enveloppes utilisées.
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La pr~sente invention a pour objet un disjoncteur
selon les revendications.
L'invention sera bien comprise par la description ci-
après d'un mode préféré de réalisation, en référence au
5 dessin annex~, dans lequel:
- la figure 1 est une vue partielle en coupe axiale
d'un p~le de disjoncteur ~elon l'invention, représenté en
position enclenchée,
- les figures 2 à 5 sont des vues similaires du
10 disjoncteur pendant les différentes phases d'une manoeuvre
de déclenchement,
- les figures 6 à 7 sont des vues similaires du
disjoncteur montrant deux phases successives d'une opération
de fermeture.
Dans ce qui suit, on décrira un pôle de disjoncteur,
étant bien entendu que l'invention s'applique à un
disjoncteur triphasé comrenant trois p81es identiques.
On décrira un pôle de disjoncteur de type ouvert, mais
bien entendu l'invention s'applique aux disjoncteurs à
enveloppe métallique à la terre.
Dans la Fig. 1, la référence 1 désigne une enveloppe
isolante, par exemple en céramique, remplie d'un gaz à
bonnes propriétés diélectriques tel que l'hexafluorure de
soufre SF6.
La chambre de coupure comprend un ensemble fixe
comprenant un cylindre métallique fixe 2 relié à une
première prise de courant non représentée. Une résistance 3
dite "de fermeture" est disposée axialement dans l'enveloppe
l; elle est constituée d'un empilement de disques 3A
entourés d'une gaine isolante latérale 4; une premiere
extrémité de l'empilement est relié à la première prise de
courant mentionnée plus haut; l'autre extrémité de
l'empilement est terminé par un flasque métallique 6.
Au cylindre métallique 2 est fixé un tube métallique 7
constituant le contact principal fixe du disjoncteur; au
même cylindre 2 est fixé, par des bras métalliques 8, une
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portion tubulaire métallique 9 dont l'extrémité 9A est
réalisée en un alliage résistant aux effets de l'arc
électrique. Cette portion tubulaire 9-9A constitue le
contact d'arc, fixe, du disjoncteur.
Au flasque 6 est fixé, de préférence par des vis 10,
une pièce métallique 11 portant des bras métalliques 12
parallèles a l'axe de l'enveloppe; les bras sont de
pr~ference au nombre de deux; ~ l'extrémité de ces bras est
soudée une couronne métallique 13 constituant une électrode
fixe pour l'insertion de la résistance à la fermeture.
L'ensemble mobile du disjoncteur comprend un flasque
métallique circulaire 15 disposé perpendiculairement à l'axe
de l'enveloppe.
Ce ~lasque métallique porte une couronne de doigts de
contact 16 constituant les contacts principaux mobiles qui
cooperent avec le tube 7. Les doigts 16 sont protégés par un
capot pare-effluves 16A.
A l'opposé des contacts 16, le flasque est reli~ à
deux cylindres coaxiaux dont l'axe commun est l'axe de
l~enveloppe. ces cylindres, ré~érencés 17 et 18, dé~inissent
un volume de soufflage V1 dans lequel est disposé un piston
de soufflage fixe non représenté. L'un des cylindres, le
cylindre intérieur 17 par exemple, est relié mécaniquement à
une tringle de manoeuvre non représentée; l'autre cylindre,
18, est relié électriquement par des contacts glissants non
représentés, à une seconde prise de courant non représentée.
Le cylindre intérieur 17 se prolonge de l'autre côté
du flasque 15 par une portion cylindrique 17A munie
intérieurement de contacts glissants 17B.
Une portion cylindrique 20, solidarisée au flasque 15,
entoure coaxialement la portion cylindrique 17A. Les
portions cylindriques 17A et 20 définissent un volume
annulaire V2 dans lequel se déplace l'extrémité d'une buse
de soufflage 22 en matériau isolant. La buse 22 possede,
comme les buses classiques de disjoncteur, un col 22A, mais
elle se termine par une couronne 22B constituant un
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.
épaulement facilitant son coulissage dan6 le volume v2. Un
ressort 24 s'appuie d'une part sur l'epaulement 22B et
d'autre part sur un épaulement 20A à l'extrémité de la
portion cylindrique 20.
La buse 22 est solidarisée, par une couronne 26 a une
portion tubulaire métallique 30 constituant un contact d'arc
semi-mobile coopérant avec le contact d'arc fixe 9-9A. La
portion 30 est terminée a une extrémité par une piace de
contact 30A réalisée en un alliage résistant aux effets de
l'arc électrique.
On note que le fla8que 15 comporte des passages lSA
pour le passage du gaz de soufflage du volume V1 au volume
V2 lors d'une opération d'ouverture.
Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant.
En régime de fonctionnement normal, le disjoncteur est
dans la configuration de la Fig.1. Le courant permanent
transite par la première prise de courant, le cylindre 2, le
tube 7, les doigts 16, le flasque 15, le tube 18 et la
seconde prise de courant.
~e déclenchement du disjopncteur est produit par le
déplacement de l'ensemble mobile, sous l'action de la
commande du disjoncteur, non représentée, vers la droite de
la Fig.1.
Dans une premiere phase, représentée dans la Fig.2,
l'ensemble mobile s'est déplacé de quelques dizaines de mm
vers la droite. Par inertie, et aussi en raison de la montée
de la pression dans le volume V2 derrière la couronne 22B,
due à la compression du gaz dans le volume Vl, le sous-
ensemble semi-mobile constitué par la buse (22) et le
30 contact d'arc (30-30A) reste dans la position qu'ils
occupaient dans la configuration de la Fig. 1. Ceci permet
aux contacts principaux 7 et 16 de se séparer, le courant
commutant dans les contacts d'arc 9-9A et 30-30A. Dans ce
mouvement, le ressort 24 est comprimé.
Après une course supplémentaire de l'équipage mobile,
les contacts 16 ont dépassé l'électrode d'insertion 13, et
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les contacts d'arc 9-9A et 30-30A sont sur le point de se
séparer, puisque le ressort étant complètement comprimé, le
contact d'arc 30-30A du sous-ensemble semi-mobile est
entraîn~ par 1'ensemble mobile.
Après la séparation des contacts d'arc, (Fig. 4), un
arc jaillit entre ces contacts, mais il est rapidement
éteint par le soufflage énergique à travers la buse 22.
La pression dans le volume V2 décroît rapidement et,
80US 1 ' effet du ressort, le sous-ensemble semi-mobile
constitué par la buse 22 et le contact d'arc 30-30A reprend
sa position initiale par rapport à l~ensemble ~obile.
En fin de manoeuvre d'ouverture, le disjoncteur est,
en position déclenchée, dans la configuration de la Fig.5.
La tension est tenue entre les extrémités des contacts 9A et
30A, ainsi qu'entre l'extrémité des capots pare-effluves 16A
et l'électrode 13, grâce à des distances d'isolement
suffisantes. On note que, dans la configuration déclenchée
du disjoncteur (Fig.5), la distance entre l'extrémité du
capot (16A) du contact principal mobile (16) et l'électrode
(13) est inférieure à la distance entre les extrémités
respectives 9A et 30A des contacts d'arc 9 et 30. C'est
cette particularité qui va permettre l'insertion temporaire
de la résistance lors de l'opération de fermeture du
disjoncteur.
Une manoeuvre de fermeture se traduit par un
déplacement vers la gauche de l'équipage mobile.
C'est le capot pare-effluves 16A qui s'approche le
premier de l'électrode d'insertion 13. Lorsque la distance
qui sépare ces deux pieces devient inférieure à la distance
d'isolement (Fig.6), un arc s'amorce entre l'électrode 13 et
le capot pare-effluves 16A, ce qui a pour conséquence
d'insérer la résistance 3 en série dans le circuit du
disjoncteur.
Lorsque, l'ensemble mobile poursuivant sa course, la
35 distance entre les extrémités respectives des 9A et 30A des
contacts d'arc devient inférieure à la distance d'isolement
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(Fig.7), un arc s'amorce entre ces contacts, ce qui a pour
conséquence de court-circuiter la résistance 3. Les
dimensions des divers eléments du disjoncteur et la valeur
de la vitesse de déplacement de l'ensemble mobile sont
choisis pour que la durée d'insertion soit comprise entre 8
et 10 millisecondes, ce qui est la fourchette prescrite par
les utilisateurs de réseaux.
Poursuivant se course, l~ensemble mobile retrouve sa
position initiale (Fig.l).
Les moyens d'insertion de la résistance à la fermeture
qui viennent d'être décrits permettent de résoudre les
problèmes techniques énoncés dans le préambule du présent
mémoire:
- réduire la masse des éléments liés à l'ensemble
15 mobile, ce qui est réalisé puisque les masses
supplémentaires viennent seulement de l'allongement de la
buse 22, des contacts glissants 18 et du ressort 24, ce qui,
au total, est très faible.
- diminuer l'encombrement. Ce problème est ré~olu
20 puisque l'électrode d'insertion est de diamètre inférieur au
capot pare-effluves 16A de la couronne des doigts de
contacts principaux 16.
