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DISJONCTEUR A PISTON SEMI-MOBILE.
La présente invention se rapporte a un disjoncteur à
piston semi-mobile.
Elle concerne plus précisément un disjoncteur du type
5 à auto-soufflage, comprenant une enveloppe remplie d'un gaz
diélectrique sous pression, deux contacts d'arc coopérant
entre eux, l'un au moins faisant partie d'un ensemble de
contact mobile solidaire d'un organe de manoeuvre et adapté
pour être déplacé axialement dans l'enveloppe entre une
10 position de fermeture et une position d'ouverture,
l'ensemble de contact mobile étant constitué par un premier
tube et un second tube coaxial au premier tube pour
délimiter, de part et d'autre d'une couronne reliant le
premier et le second tubes, une chambre de soufflage et une
chambre de compression communiquant avec la chambre de
soufflage et fermée par une paroi de pression d'un piston
semi-mobile.
Pendant une opération d'ouverture, le gaz dans la
chambre de compression est comprimé du fait que la distance
20 entre le piston et la couronne séparant la chambre de
compression de la chambre de soufflage décroît. Dans des
disjoncteurs connus, le gaz diélectrique est comprimé
pendant tout le déplacement de l'ensemble de contact mobile
entre la position de fermeture et la position d'ouverture.
25 Le déplacement de l~ensemble de contact mobile requiert une
certaine quantité d'énergie. La quantité d'énergie
nécessaire est d'autant plus grande que le gaz dans la
chambre de compression est comprimé pendant toute la course
de l'ensemble de contact mobile.
Afin de réduire la consommation d~énergie du
disjoncteur pendant une opération d'ouverture, il a donc été
prévu, dans des disjoncteurs plus récents, des premiers
moyens pour immobiliser le piston pendant une première
partie du déplacement de l'ensemble de contact mobile entre
la position de fermeture et la position d'ouverture et des-
seconds moyens pour déplacer axialement le piston avec
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l~ensemble de contact moblle pendant une seconde partie de
ce même déplacement de l'ensemble de contact mobile.
Dans le cas de faibles courants à couper, l'extinction
de l'arc se produisant entre les contacts d'arc pendant une
5 opération d'ouverture se fait à l'aide d'une compression du
gaz dans la chambre de compression. Or l'extinction de l'arc
obtenue par un flux de gaz provenant de la chambre de
compression s'opère avant la fin du déplacement de
l'ensemble de contact mobile. Par conséquent, il n'est pas
10 nécessaire de comprimer le gaz dans la chambre de
compression pendant tout le déplacement de l'ensemble de
contact mobil~. A partir de l'instant où le piston se
déplace avec l'ensemble de contact mobile, la quantité
d'énergie nécessaire pour manoeuvrer l'ensemble de contact
15 mobile est très réduite du fait qu'il n'y a plus de
compression de gaz.
Un tel disjoncteur est décrit dans le document de
brevet FR-A-2 696 274 déposé le 29 septembre 1992 par la
Déposante.
Selon ce document, les premiers moyens pour
immobiliser le piston sont constitués par un ressort disposé
entre l'organe d'entraînement et le piston et par un organe
de retenue fixe coopérant avec le piston et les seconds
moyens pour déplacer axialement le piston sont constitués
25 par un organe d'entraînement solidaire de l'ensemble de
contact mobile qui entra~ne une butée solidaire du piston
pendant la seconde partie du déplacement de l'ensemble de
contact mobile, cette butée étant disposée sur le trajet de
l'organe d'entraînement.
Il s'avère dans un tel disjoncteur, que le ressort
doit être dimensionné pour résister à la pression
particulièrement importante s'exerçant sur le piston et
régnant dans la chambre de compression. Un tel ressort est
coûteux en soi.
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De plus, son effort se répercute sur tout l'ensemble
cinématique d'entraînement et de commande du disjoncteur,
qui doit donc être con,cu et dimensionné en conséquence.
Enfin, selon les dimensions propres du disjoncteur et
selon la pression maximale apparaissant dans la chambre de
compression, un ressort d'effort particulier doit être
installé. Le ressort doit donc être adapté et choisi selon
le type de disjoncteur.
L'invention résout ces problèmes en proposant des
10 premiers et seconds moyens qui permettent une diminution de
l'énergie nécessaire à une manoeuvre d'ouverture et qui
conviennent à tout disjoncteur, quelle que soit la pression
maximale dans la chambre de compression.
Pour ce faire, conformément à l'invention,
- ledit piston est constitué de ladite paroi de
pression annulaire et d'une partie de guidage cylindrique
solidaire de cette paroi, coulissante sur le premier tube et
disposée du côté de la paroi de pression opposé aux
contacts,
- lesdits premiers moyens comprennent un organe de
butée disposé entre l'extrémité de la partie de guidage du
piston et une pièce de retenue fixe, cet organe de butée
étant escamotable,
- lesdits seconds moyens comprennent un agencement
25 pour escamoter ledit organe de butée, agissant à la fin de
la première partie de déplacement.
Un tel dispositif est de forme linéaire et
d'encombrement radiale réduit. Il convient particulièrement
aux disjoncteurs à course importante. D'encombrement radial
30 nul, il permet d'utiliser des enveloppes de diametre réduit.
Le nombre de pièces utilisées est relativement faible
et leur usinage ainsi que leur montage sont particulièrement
simples.
Selon un mode de réalisation préféré,
- ledit organe de butée est cylindrique, bloqué en
translation axiale et disposé autour dudit premier tube
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entre l'extrémité de la partie de guidage du piston et la
pièce de retenue fixe, cet organe de butée étant expansible
radialement,
- ledit agencement pour escamoter l'organe de butée
5 est un agencement d'expansion radiale de ce dernier,
agissant de telle sorte qu'il permet le passage de la partie
de guidage entre le premier tube et l'organe de butée.
De préférence, ledit organe de butée est constitué
d'au moins deux demi-cylindres comprimés l'un contre l~autre
10 par au moins un ressort de traction annulaire.
De préférence, ledit agencement d~expansion comprend
au moins une première nervure portée par le second tube et
positionnée pour venir déformer radialement l~organe de
butée en fin de compression.
Avantageusement,
- les deux demi-cylindres de l'organe de butée
comportent une première zone conique à leur extrémité de
butée avec le piston et une seconde zone conique à proximité
de leur extrémité en butée contre la pièce de retenue fixe,
- l'agencement d'expansion comporte deux nervures
annulaires portées par le premier tube, ladite première
nervure terminant son contact avec la première zone conique
des demi-cylindres en fin de compression et une seconde
nervure venant en contact avec la seconde zone conique des
25 deux demi-cylindres lorsque la première nervure a quitté la
premlere zone conlque.
Avantageusement, une butée auxiliaire de
positionnement du piston en position de fermeture est
prévue, un jeu réduit existant entre l'extrémité de la
30 partie de guidage du piston et l'organe de butée dans cette
position et un ressort étant disposé entre la paroi de
pression du piston et la couronne.
L'invention est décrite ci-après plus en détail à
l'aide de figures ne représentant qu'un mode de réalisation
35 préféré de l'invention.
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La figure lA est une vue en coupe longitudinale d'un
disjoncteur conforme à l'invention en position de fermeture.
La figure lB est une vue en coupe transversale selon
I-I de la figure lA.
La figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un
disjoncteur conforme a l'invention en position de fin de
compression.
La figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un
disjoncteur conforme a l'invention dans une premiere
10 position intermédiaire ultérieure à la position de fin de
compression.
La figure 4 est une vue en coupe longitudinale d'un
disjoncteur conforme à l'invention dans une seconde position
intermédiaire ultérieure à la position de fin de
compression.
La figure 5A est une vue en coupe longitudinale d'un
disjoncteur conforme à l'invention en position d'ouverture.
La figure 5B est une vue en coupe transversale selon
V-V de la figure 5A.
Dans ce qui suit, on décrira une chambre de coupure,
étant entendu qu'un disjoncteur à haute tension, peut
comporter, pour chaque phase, plusieurs chambres de coupure
du type qui va être décrit. Sur les figures lA à 5B, les
mêmes références désignent des éléments identiques.
Sur les figures, la référence 1 désigne une enveloppe
isolante, de préférence en porcelaine, délimitant une
chambre d'expansion 2 remplie d'un gaz à bonnes propriétés
diélectriques, par exemple l'hexafluorure de soufre sous une
pression de quelques bars.
Le disjoncteur comprend un ensemble fixe et un
ensemble de contact mobile.
L'ensemble fixe comprend un contact d'arc 3, constitué
d'un tube métallique dont l'extrémité 3A est réalisée en un
matériau résistant aux effets de l'arc, par exemple un
35 alliage à base de tungstène. L'ensemble fixe comprend
également un contact permanent fixe 4 constitué de doigts.
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Le contact d'arc et le contact permanent fixe sont reliés
électriquement à une première prise de courant, non
représentée.
L'ensemble de contact mobile comprend une pièce de
5 manoeuvre 6 traversant la chambre 2 de manière étanche et
reliée à un mécanisme non représenté. A la pièce 6 est relié
un ensemble métallique comprenant deux tubes 7 et 8
coaxiaux, le tube 8 ayant un diamètre plus grand que le tube
7. Les deux tubes 7,8 sont reliés entre eux par une couronne
10 métallique 9.
Le tube 7 constitue le contact d'arc mobile. Son
extrémité 7A est réalisée en un matériau résistant aux
effets de l'arc et coopère avec le contact 3-3A. Le tube 8
porte une buse de souf~lage 10 en matériau isolant. Une
15 portion tubulaire 8A d'extrémité du second tube 8 constitue
le contact mobile permanent du disjoncteur et coopere,
lorsque le disjoncteur est en position de fermeture avec les
doigts 4 comme le montre la figure lA.
L'extremite 8A du tube 8, la buse de soufflage 10, le
tube 7 et la couronne 9 délimitent une chambre de soufflage
17. La couronne 9, les tubes 7 et 8 et une paroi de pression
llA d'un piston 11 délimitent une chambre de compression 18
séparée de la chambre de soufflage par la couronne 9. La
paroi de pression llA du piston 11 coulisse axialement entre
les tubes 7 et 8 de façon étanche.
Le second tube 8 coulisse sur un tube fixe 14. Le tube
14 est relié électriquement à une seconde prise de courant
non représentée. Le tube 14 supporte par ailleurs un contact
permanent formé de doigts 16 en contact électrique avec le
tube 8.
Le piston 11 est équipé d'un clapet unidirectionnel
llC permettant une circulation de gaz de la chambre de
coupure 2 vers la chambre de compression 17 permettant le
remplissage de la chambre de compression 17 lors d'une
35 manoeuvre de fermeture. La couronne 9 est équipée quant à
elle d'un clapet unidirectionnel 9A permettant une
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circulation de gaz de la chambre de compression 18 vers la
chambre de soufflage 17.
Plus précisément, le piston 11 est constitué de la
paroi de pression llA annulaire et d'une partie de guidage
llB cylindrique solidaire de cette paroi llA, coulissante
sur le premier tube 7 et disposée du côté de la paroi de
pression llA opposé aux contacts.
Des premiers moyens pour immobiliser le piston pendant
une première partie du déplacement de l'ensemble de contact
10 mobile entre la position de fermeture et la position
d'ouverture et correspondante au déplacement de compression
et des seconds moyens pour déplacer axialement le piston
avec l'ensemble de contact mobile pendant une seconde partie
de ce même déplacement de l'ensemble de contact mobile sont
15 prévus.
Les premiers moyens comprennent un organe de butée 20
disposé entre l'extrémité de la partie de guidage llB du
piston et une pièce de retenue fixe 21. Cet organe de butée
20 est escamotable.
Plus précisément, selon le mode de réalisation
préféré, l'organe de butée 20 est cylindrique et bloqué en
translation axiale par butée dans un sens contre la pièce de
retenue 21 et par butée dans l'autre sens d'un ergot
annulaire 23 solidaire de l'organe de butée 20 contre une
25 pièce d'accrochage 22 fixe. Il est disposé autour dudit
premier tube 7 entre l'extrémité de la partie de guidage llB
du piston et la pièce de retenue 21 et expansible
radialement. Il est constitué de deux demi-cylindres 20A,
2OB comprimés l'un contre l~autre par deux ressorts de
traction annulaires 20C, 20D.
Les deux demi-cylindres 20A, 20B de l'organe de butée
comportent une première zone conique 2OE à leur extrémité de
butée avec la partie de guidage llB du piston et une seconde
zone conique 20F à proximité de leur extrémité en butée
contre la pièce fixe 21.
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Les seconds moyens comprennent un agencement pour
escamoter l'organe de butée 20, agissant à la fin de la
premiere partie de déplacement.
Cet agencement pour escamoter l'organe de butée 20 est
5 de préférence un agencement d'expansion radiale de ce
dernier, agissant de telle sorte qu'il permet le passage de
la partie de guidage llB entre le premier tube 7 et l'organe
de butée 20.
Plus précisément, il comprend deux nervures 7B, 7C
annulaires portées par le premier tube 7, ladite première
nervure 7B venant déformer radialement l'organe de butée 20
apres contact avec la premiere zone conique 2OE des demi-
cylindres a la fin de la première partie de déplacement et
la seconde nervure 7C venant en contact avec la seconde zone
conique 20F des deux demi-cylindres, lorsque la première
nervure 7B a quitté la première zone conique 2OE.
Constructivement, le premier tube 7 est usiné selon
des épaisseurs différentes sur sa partie à l'arrière de la
couronne 9, son diametre intérieur étant constant.
20Sur une première distance dl, cette épaisseur est
relativement petite et a cette distance dl est augmentée
pour former une butée auxiliaire 24. La fonction de cette
butée auxiliaire 24 est d'assurer le positionnement du
piston 11 en position de fermeture comme représenté sur la
figure lA. Dans cette position, un jeu réduit existe entre
l'extrémité de la partie de guidage llB du piston et
l'organe de butée 20. Lors d'une manoeuvre de fermeture et
du remplissage de la chambre de compression 18, le piston 11
est poussé contre cette butée 24 grâce à un ressort 25
30 disposé entre la paroi de pression llA du piston et la
couronne 9. Ce ressort 25 est de dimension et d'effort
réduit, n'assurant qu'un rôle de positionnement et étant
sollicité par une pression de gaz relativement petite.
A une deuxième distance d2 de cette butée auxiliaire
24, l'épaisseur du tube 7 est de nouveau réduite pour former
la première nervure 7B dont la fonction est définie plus
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haut. Avantageusement, elle constitue une surface de butée
conlque .
A une troisième distance d3 de cette première nervure
7B, est disposée la seconde nervure 7C dont la fonction est
5 précisée plus haut. Destinée à solliciter l'organe de butée
20 qu'après la fin de la première partie de déplacement de
l'ensemble mobile, c'est-à-dire après la compression, elle
se déplace pendant cette première partie de déplacement dans
un évidement 26 aménagé dans l'organe de butée 20. Cet
évidement 26 se termine par la seconde zone conique 2OF.
Une manoeuvre d'ouverture se déroule donc comme suit.
En position de fermeture, comme représenté sur la
figure 1, les contacts 3A et 7A sont en position insérée, la
chambre de compression 18 est rempli de gaz et le piston 11
est en butée contre la butée auxiliaire 24, dans sa position
la plus éloignée de la couronne 9.
Lors de la manoeuvre d'ouverture, l'ensemble mobile
est déplacé vers la droite (vu selon la figure) et très
rapidement, l~extrémité de la partie de guidage llB du
20 piston vient en butée contre l'organe de butée 20 fixe en
translation, le jeu initial entre ces deux éléments étant
petit.
Pendant toute la première partie du déplacement, le
piston 11 est donc maintenu fixe par l'organe de butée 20.
25 Le volume de la chambre de compression 18 se réduit et le
gaz comprimé dans celle-ci est injecté dans la chambre de
soufflage 17. En fin de compression, le disjoncteur est dans
la position représenté sur la figure 2. La première nervure
7B termine son contact contre la première zone conique 2OE
30 et commence l'expansion radiale des deux demi-cylindres 20A
et 20B de l'organe de butée 20.
Une fois cette première zone conique 20E dépassé,
comme représenté sur la figure 3, l'extrémité de la partie
de guidage llB du piston 11 commence à pouvoir s~introduire
35 entre le premier tube 7 et l'organe de butée 20 et la
seconde nervure 7C arrive en butée contre la seconde zone
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conique 20F. La poursuite du déplacement realise l'expansion
radiale complète de l'organe de butee 20, permettant le
passage de la partie de guidage llB entre le premier tube 7
et l'organe de butee 20.
Selon l'exemple représenté sur les figures 3 et
suivantes, la paroi de pression llA est en butée contre la
couronne 9 en fin de compression, le volume de la chambre de
-compression 18 étant nulle en fin de compression. Poussé par
cette couronne 9, le piston 11 continue donc à se déplacer
10 avec l'ensemble mobile jusqu'à la position d'ouverture
représentee sur la figure 5, l'organe de butée 20 n'offrant
pas de résistance à ce déplacement.
En dimensionnant différemment les éléments
constitutifs du disjoncteur et en particulier la partie de
15 guidage llB du piston 11 et le ressort 25, l~on peut
réaliser la fin de la compression avant butée de la paroi de
pression llA contre la couronne 9 et conserver ainsi un
volume résiduel de la chambre de compression 18.
