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CA 02281971 1999-09-07
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INTERRUPTEUR AVEC UN SYST~ME D'INSERTION D'UNE
RÉSISTANCE Ä LONGUE DURÉE D'INSERTION
L'invention concerne un interrupteur à gaz comprimé,
en particulier un disjoncteur à haute tension, comprenant
dans une enveloppe qui s'étend suivant une direction
longitudinale, un premier équipage de contacts incluant un
premier contact de courant permanent et un premier contact
d'arc, un second équipage de contacts mobile suivant la
direction longitudinale par rapport au premier équipage de
contacts et incluant un second contact permanent et un
second contact d'arc destinés à se connecter respectivement
au premier contact permanent et au premier contact d'arc, et
un système d'insertion d'une résistance lors de la fermeture
de l'interrupteur, cette résistance étant reliée
électriquement en série entre le premier contact d'arc et le
premier contact de courant permanent.
Une telle résistance sert à limiter les effets des
courants transitoires sur le réseau lors de la fermeture de
l'interrupteur. En pratique, cette résistance est insérée
lorsque s'établit, lors de la fermeture de l'interrupteur,
une connexion électrique entre les contacts d'arc et est
court-circuitée avant que s'établisse la connexion entre les
contacts de courant permanents. Lors de l'ouverture de
l'interrupteur, la résistance ne doit pas ètre insérée.
La durée d'insertion de cette résistance peut varier
d'une installation à une autre. Cette durée est généralement
dépendante de la vitesse à laquelle est déplacé l'équipage
de contacts mobile. Certains interrupteurs permettent
d'obtenir une durée d'insertion de l'ordre de 6 ms pour une
vitesse de déplacement de l'équipage de contacts mobile de
l'ordre de 4 m/s. Certaines installations requièrent
l'utilisation d'interrupteurs permettant d'arriver à une
durée d'insertion de la résistance beaucoup plus importante,
de l'ordre de 14 ms.
Un but de l'invention est de proposer un système
d' insertion d' une résistance permettant d' obtenir une durée
d'insertion de la résistance importante.
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Un autre but de l'invention est de proposer un système
d'insertion d'une résistance de fermeture qui soit compact
et qui requiert peu de pièces.
A cet. effet, l'invention a pour objet un interrupteur
à gaz comprimé comprenant, dans une enveloppe qui s'étend
suivant une direction longitudinale, un premier équipage de
contacts incluant un premier contact de courant permanent et
un premier contact d'arc, un second équipage de contacts
mobile suivant la direction longitudinale par rapport au
premier équipage de contacts et incluant un second contact
permanent et un second contact d'arc destinés à se connecter
respectivement au premier contact permanent et au premier
contact d'arc, et un système d'insertion d'une résistance
lors de la fermeture de l'interrupteur, cette résistance
étant reliée électriquement en série entre le premier
contact d'arc et le premier contact de courant permanent,
caractérisé en ce que le système d'insertion de la
résistance comprend deux contacts auxiliaires dont le
premier est relié électriquement au premier contact de
courant permanent et le second est relié au premier contact
d'arc, en ce que ces deux contacts auxiliaires sont montés
mobiles l'un par rapport à l'autre suivant 1a direction
longitudinale de telle façon à pouvoir se rapprocher l'un de
l'autre, lors de la fermeture de l'interrupteur, pour
établir une connexion qui court-circuite la résistance et de
telle façon à être solidaires en déplacement suivant 1a
direction longitudinale, lors de la fermeture de
l'interrupteur, avant d'établir ladite connexion qui court-
circuite la résistance.
Avec un tel agencement, on obtient une durée
d'insertion de 1a résistance correspondant à la durée
nécessaire pour que les deux contacts auxiliaires se
rapprochent l'un de l'autre à laquelle s'ajoute la durée de
déplacement des deux contacts auxiliaires lorsqu'ils sont
liés mutuellement en àéplacement.
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Selon un mode de réalisation particulier de
l'interrupteur selon l'invention, le premier contact d'arc a
la forme d'une tige sur laquelle coulisse un bloc métallique
portant le second contact auxiliaire et ce bloc est poussé
suivant la direction longitudinale, lors de la fermeture de
l'interrupteur, par une buse solidaire du second contact
d'arc. Ainsi, la durée d'insertion de la résistance peut
être réglée sur la vitesse de déplacement de l'équipage de
contacts mobile.
Selon encore un mode de réalisation particulier de
l'interrupteur selon l'invention, le bloc présente une
extrémité sensiblement conique qui s'emboîte dans la buse.
De cette manière, on supprime l'effet de choc sur le bloc
lors de la fermeture de l'interrupteur, ce qui contribue à
mettre en mouvement le bloc à la même vitesse que le contact
mobile.
Selon encore un mode de réalisation particulier de
l'interrupteur selon l'invention, le bloc comporte une
prolongation tubulaire qui s'étend suivant la direction
longitudinale et sur laquelle coulisse une pièce isolante
solidaire, du premier contact auxiliaire, la prolongation
tubulaire présentant une extrémité formant un piston qui
coopère avec un évidement dans la pièce isolante de telle
manière que le piston est rendu solidaire de la pièce
isolante, lors de la fermeture de l'interrupteur, par le jeu
d'unè dépression créée dans l'évidement de la pièce isolante
entre le piston et la pièce isolante. On comprend donc que
les contacts auxiliaires sont liés en déplacement, lors de
la fermeture de l'interrupteur, par un système pneumatique
simple à effet de succion qui ne requiert aucun embiellage.
Selon encore un mode de réalisation de l'interrupteur
selon l'invention, le bloc comprend une chambre interne qui
est divisée par un épaulement radial de la tige du premier
contact 'arc, et àans lequel un ressort est placé dans 1a
chambre contre l'épaulement radial de la tige de telle façon
que le déplacement du bloc 1e long de la tige du premier
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contact d'arc, lors de la fermeture de l'interrupteur,
provoque la compression du ressort en même temps que la
chambre se remplit de gaz et que, lors de l'ouverture de
l' interrupteur, le ressort en se détendant exerce une force
de rappel qui tend à déplacer automatiquement le bloc en
sens inverse en même temps que les gaz sont évacués de la
chambre par un orifice de celle-ci, l'orifice étant en outre
calibré pour que s'exerce une résistance contre la force de
rappel du ressort. Un tel agencement permet d'obtenir de
façon simple avec peu de pièces et par un moyen pneumatique,
lors de l'ouverture de l'interrupteur, une déconnexion des
contacts auxiliaires effective seulement après la
déconnexion des contacts d'arc et des contacts de courant
permanent. Ainsi, la résistance ne peut pas s'insérer lors
de l'ouverture de l'interrupteur.
Selon encore un autre mode de réalisation particulier
de l'interrupteur selon l'invention, le premier contact
auxiliaire et le premier contact de courant permanent sont
montés solidaires sur un tube mobile suivant la direction
longitudinale, et dans lequel un ressort est disposé contre
le tube mobile pour s'opposer au déplacement de ce tube
suivant la direction longitudinale, lors de la fermeture de
l'interrupteur, ce ressort exerçant une force de rappel lors
de l'ouverture de l'interrupteur qui tend à déplacer
automatiquement le tube selon ladite direction longitudinale
et dans un sens contraire.
Un exemple de réalisation de l'interrupteur selon
l'invention est décrit ci-après plus en détail et illustré
sur les dessins.
La figure 1 montre de façon très schématique un
interrupteur selon l'invention en position d'ouverture
complète.
La figure 2 montre de façon très schématique
'_'interrupteur de la figure 1 dans une première position
intermédiaire de fermeture.
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La figure 3 montre de façon très schématique
l'interrupteur de 1a figure 1 dans une seconde position
intermédiaire de fermeture.
La figure 4 montre de façon très schématique
5 l'interrupteur de la figure 1 dans une troisième position
intermédiaire de fermeture.
La figure 5 montre de façon très schématique
l'interrupteur de la figure 1 dans une quatrième position
intermédiaire de fermeture.
La figure 6 montre de façon très schématique
l'interrupteur de la figure 1 dans une position de fermeture
complète.
Sur les figures et plus particulièrement sur la figure
1, l'interrupteur représenté est un interrupteur utilisé
pour la très haute tension. I1 comprend dans une enveloppe
isolante ou métallique 1 de forme sensiblement cylindrique,
par exemple en porcelaine, qui s'étend suivant une direction
longitudinale D, un premier équipage de contacts mobile 2
suivant 1a direction D et un second équipage de contacts 3.
L'enveloppe est normalement remplie d'un gaz diélectrique
comme du SF6 sous une pression de quelques bars pour former
une chambre de coupure.
L'interrupteur montré sur les figures présente une
symétrie de révolution suivant la direction D.
L'interrupteur comprend en bout de la chambre de
coupure du côté de l'équipage de contacts 3, une résistance
R qui est insérée classiquement dans 1e circuit électrique
de l'interrupteur lors de la fermeture de ce dernier.
L'équipage de contacts mobile 2 inclut un contact de
courant permanent 2A se présentant sous la forme d'une
couronne de doigts métalliques et un contact d' arc creux 2B
se présentant également sous la forme d'une couronne de
doigts métalliques, le contact d'arc creux 2B étant
disposée de façon coaxiale au contact 2A suivant 1a
direction D. Ces contacts mobiles 2A et 2B sont portés par
un tube 2C équipé d'un piston (non représenté) de
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compression du gaz pour l'extinction de l'arc à l'ouverture
de l'interrupteur comme cela est bien connu. Le tube 2C
porte également une buse 2D de canalisation des gaz dont 1e
divergeant, qui est coaxial aux contacts 2A et 2B suivant la
direction D, s'ouvre par un divergeant en tulipe du côté de
l'équipage de contacts 3. L'équipage de contacts 2A,2B avec
la buse 2D est déplacé en translation suivant la direction D
par un organe de manoeuvre de l'interrupteur non représenté.
Dans l' alignement de l' équipage de contacts mobile 2,
l'équipage de contacts 3 comprend un contact de courant
permanent 3A qui se présente sous la forme d'une couronne de
doigts métalliques disposée de façon coaxiale suivant la
direction D à la couronne de doigts du contact 2A et un
contact d'arc ayant la forme d'une tige 3B (éventuellement
creuse) qui s'étend suivant la direction D coaxialement à la
couronne de doigts du contact 2B. A la fermeture de
l'interrupteur, le contact d'arc en forme de tige 3B
s'insère dans le contact d'arc creux mobile 2B en traversant
la buse 2D et le contact 3A vient s' engager sur le contact
ZA.
La résistance R est maintenue dans un support isolant
4 qui est solidaire à la tige du contact d'arc 3B et s'étend
suivant la direction D. Cette résistance R est reliée
électriquement en série entre le contact d'arc 3B et le
contact de courant permanent 3A bien que cela n'apparaisse
pas sur les figures.
Un bloc métallique S est monté coulissant sur la tige
3B en contact électrique avec celle-ci par l'intermédiaire
de contacts accordéon 6. Le bloc 5 comporte une extrémité de
forme sensiblement conique adaptée pour venir s'insérer dans
le divergeant du col de la buse et présente sur la surface
extérieure de cette extrémité conique un bourrelet
périphérique 5A sur lequel vient en butée le bord de
l'ouverture du divergeant de la buse 2D.
Ce bloc 6 porte un premier contact d'arc auxiliaire 7A
qui se présente sous 1a forme d'une couronne de doigts et
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qui coopère avec un second contact d'arc auxiliaire 7B se
présentant sous la forme d' un tube, ces deux contacts d' arc
auxiliaires 7A et 7B servant à court-circuiter la résistance
R lors de la fermeture de l'interrupteur.
Plus particulièrement, les doigts du contact 7A
s'étendent suivant la direction D vers la rèsistance R et le
tube du contact 7B s'étend en sens inverse, c'est-à-dire
vers l'équipage de contacts mobile 2.
Le contact auxiliaire 7H est relié électriquement au
contact de courant permanent 3A par l'intermédiaire d'un
tube métallique 8 qui est monté mobile suivant la direction
D dans l'enveloppe 1, sur un autre tube métallique 9 fixe
dans l'enveloppe et qui entoure la résistance R. Le tube
métallique 8 est en contact électrique avec le tube
métallique 9 par l'intermédiaire de contacts glissants 8A.
Le bloc 5 qui porte le contact auxiliaire 7A comporte
une chambre interne 10 qui est traversée de manière étanche
par la tige 3B du contact d'arc fixe de l'équipage 3, sur
laquelle i1 coulisse. Cette chambre 10 est divisée par un
épaulement radial 11 de la tige 3B (formant une sorte de
piston) sur lequel s'appuie un ressort 12. La chambre 10
comporte des orifices calibrés 5B permettant un échappement
des gaz de l' intérieur de la chambre 10. Le ressort 12 est
comprimé quand le bloc 5 est déplacé suivant la direction D
de haut en bas sur 1a figure 1.
Le bloc 5 est prolongé par une portion tubulaire 5C
qui s'étend suivant la direction D en entourant la tige 3B.
Une pièce isolante 13 est montée coulissante sur cette
portion tubulaire 5C. La portion tubulaire 5C présente un
élargissement de périmètre qui forme un piston 5D apte à
venir s'introduire dans un évidemment 13A complémentaire de
la pièce 13. Le piston 5D comporte des valves 5E orientées
de telle façon que les gaz dans l'évidement 13A puissent
être libérés de cet évidemment quand le piston 5D s'insère
dans cet évidemment.
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La pièce 13 est solidaire du tube 8 par
l'intermédiaire d'un cône support isolant 14 de sorte que le
tube 8 et donc les contacts 3A et 7B sont solidaires en
mouvement suivant la direction D avec la pièce isolante 14.
Un ressort 15 est disposé entre le tube 8 et un
épaulement du tube 9. Ce ressort 15 est comprimé quand le
tube 8 est déplacé suivant la direction D de haut en bas sur
la figure 1. En outre, la course du tube 8 de haut en bas
sur 1a figure 1 est arrêtée par une butée formée par
l'extrémité du tube 9 et le cône isolant 14.
Comme visible sur la figure 1, dans l' interrupteur en
position d'ouverture complète, les contacts d'arc
auxiliaires 7A et 7B sont séparés d'une certaine distance
dAX qui peut servir au réglage de la durée d'insertion de la
résistance lors de la fermeture de l'interrupteur. En outre,
cette durée d'insertion de la résistance peut être réglée
par la distance dAX' qui correspond à la course du tube 8
jusqu'à ce que le cône isolant vienne en butée contre le
bord du tube 9.
Le fonctionnement du système d'insertion de la
résistance lors de la fermEture de l'interrupteur est
maintenant le suivant.
Figure 1, l'interrupteur est en position complètement
ouverte. Les contacts 2A,2H et 7A sont séparés
respectivement des contacts 3A,3B et 7B. Le piston SD est
complètement enfoncé dans l'évidement 13A ; il n'y a pas de
gaz à l'interface entre le piston 5D et la pièce isolante 13
ce qui crée une dépression.
Figure 2, une manoeuvre de fermeture de l'interrupteur
a commencé. L'équipage 2 commence une course de fermeture
suivant la direction D dans 1e sens indiqué par la flèche F.
Les contacts 2A et 2B sont rapprochés des contacts 3A et 3B
et un arc électrique se crée d'abord entre les contacts
d'arc 2B et 3B. Le courant passe donc du contact d'arc 23
vers le contact d'arc 3B. Par construction la distance dAX
est suffisamment importante pour éviter un amorçage d'arc
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électrique entre les contacts d'arc auxiliaires 7A et 7B. Le
courant traverse donc la tige du contact d'arc 3B et la
résistance R qui est insérée dans le circuit électrique àe
l'interrupteur. Lors de cette première phase de fermeture,
la buse 2D a été déplacée en méme temps que les contacts 2A
et 2B et est venue percuter le bourrelet 5A sur la surface
conique de l'extrémité avant du bloc 5. Toutefois, cette
extrémité conique du bloc 5 est d'abord venue s'insérer
progressivement dans le divergeant en forme de tulipe de la
buse 2D ce qui fait que sa mise en mouvement sera faite sans
oscillations dues au choc.
Figure 3, l'équipage 2 s'est légèrement déplacé par
rapport à sa position de la-figure 2, dans le sens de la
flèche F. Les contacts 2A et 2B se sont encore rapprochés
des contacts 3A et 3B mais la distance dCP entre les
contacts 2A et 3A reste encore suffisante pour éviter
l'amorçage d'un arc électrique. Le bloc 5; poussé par la
buse 2D, s'est également légèrement déplacé suivant la
direction D dans le sens de la flèche F ce qui a entrainé un
déplacement dP correspondant du piston 5D dans l'évidement
13A de la pièce isolante 13. Ce léger déplacement à créé une
dépression à l'interface entre le piston 5D et la pièce
isolante 13. A noter que la distance dAX entre les contacts
d'arc auxiliaires 7A et 7B a également légèrement diminuée
mais reste suffisante pour éviter un amorçage d'arc entre
ces contacts. Le courant passe toujours dans le contact
d'arc 2B, le contact d'arc 3B et la résistance R qui est
insérée.
Figure 4, l'équipage 2 s'est encore déplacé par
rapport à sa position de la figure 3, dans 1e sens de 1a
flèche F. Le contact d'arc 3B en forme de tige est
maintenant inséré dans 1e contact d'arc creux 2B et les
contacts de courant permanent 2A et 3A sont toujours séparés
d'une distance suffisante dCP pour éviter un amorçage d'arc
électrique. La buse 2D en se déplaçant avec les contacts 2A
et 2B a poussé le bloc 5 suivant la direction D dans le sens
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de la flèche F entraînant la compression du ressort 12 entre
l'épaulement 11 et le bloc 5 et l'entrée de gaz, par
1' intermédiaire d' une valve 5F, dans la chambre 10 du bloc
5. Parallèlement, 1e piston 5D à l' extrémité de 1a portion
5 tubulaire 5C du bloc 5, a entraîné par un effet de succion
la pièce isolante 13 dans le sens de la flèche F ce qui fait
que le tube 8 s'est également déplacé suivant 1a direction D
dans le sens de la flèche F en comprimant le ressort 15. I1
est entendu que la puissance du ressort 15 doit être
10 inférieure à la force de succion exercée par le piston SD
sur la pièce isolante 13. Du fait que le tube 8 et le bloc 5
se sont déplacés ensembles et dans le même sens, les
contacts d'arc auxiliaires 7A et 7B sont restés séparés
d'une distance dAX suffisante pour éviter tout amorçage d'un
arc électrique. Par conséquent, le courant passe toujours
dans le contact d'arc 2B, le contact d'arc 3B et la
résistance R qui reste insérée. Sur la figure 4, le cône
support 14 arrive en butée contre l'extrémité du tube 9 de
sorte que le tube 8 est bloqué en mouvement suivant la
direction D dans le sens de la flèche F.
Figure 5, l'équipage 2 s'est encore déplacé par
rapport à sa position de la figure 4, dans le sens indiqué
par la flèche F. Le contact d'arc en forme de tige 3B s'est
inséré encore plus dans le contact d'arc creux 2B et les
contacts de courant permanent 2A et 3A se sont encore
rapprochés l'un de l'autre tout en restant suffisamment
distants pour éviter un amorçage d'arc électrique. Le bloc 5
a encore été poussé par la buse 2D dans le sens de 1a flèche
F et le ressort 12 s'est encore plus comprimé. Du fait que
le tube 8 est en butée dans 1e sens de la flèche F, la
poussée du bloc 5 par la buse 2D provoque un retrait du
piston 5D de l'évidement 13A dans la pièce isolante 13.
L'effet de succion est donc supprimè. Le contact d'arc
auxiliaire 7A se rapproche du contact d'arc auxiliaire 7B
jusqu'à ce que 1a distance dAX soit suffisamment faible pour
qu'il se crée un arc électrique entre ces deux contacts.
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Cette connexion entre les deux contacts 7A et 7B court-
circuite la résistance R le courant traverse donc le
contact d'arc 2B, le contact d'arc 3B, les contacts
accordéon 6, le bloc métallique 5, le contact d'arc
auxiliaire 7A, le contact d'arc auxiliaire 7B, le tube 8,
les contacts accordéon 8A et le tube 9.
Figure 6, l'interrupteur est complètement fermé. Les
contacts 2A,2B et 7A sont connectés aux contacts 3A,3B et 7B
respectivement, la connexion des contacts de courant
permanent 2A et 3A s'établissant après la connexion des
contacts d'arc auxiliaires 7A et 7B. Par rapport à la
position de l'interrupteur sur la figure 5, le bloc 5 a
encore été poussé dans le sens de la flèche F par la buse 2D
et le ressort 12 a encore été comprimé. Du fait que le
piston 5D n'était plus solidaire en déplacement avec la
pièce isolante 13, le ressort 15 s'est détendu et a exercé
une force de rappel qui a déplacé le tube 8 et donc les
contacts 3A et 7B dans le sens opposé à la flèche F. Le tube
8 est donc revenu dans la position qu'il occupait sur la
figure 1 quand l'interrupteur était ouvert complètement.
Lors de l'ouverture de l'interrupteur, l'équipage 2
est déplacé à grande vitesse dans le sens opposé à la flèche
F avec la buse 2D. Les contacts de courant permanent 2A et
3A se séparent en premier, puis ensuite les contacts d'arc
2B et 3B. Le bloc 5 ne subissant plus la poussée de 1a buse
2D, se déplace automatiquement dans le méme sens que
l'équipage mobile 2 par le jeu de 1a force de rappel exercée
par 1e ressort 12 (qui se détend) en méme temps que le gaz
dans la chambre 10 du bloc 5 s' évacue par les orifices 5B.
Ces orifices sont calibrés comme indiqué plus haut pour que
s' exerce une résistance à la force de rappel du ressort 12
ce qui fait que le bloc 5 se déplace plus lentement que
l'équipage 2 dans le sens opposé à 1a flèche F. I1 en
résulte que les contacts ~" arc auxiliaires 7A et 7B res Lent
connectés un certain temps après la séparation des contacts
d'arc 2B et 3B de sorte que la résistance reste aussi court-
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circuitée lors de l'ouverture de l'interrupteur. Quand le
bloc 5 revient à la position qu'il occupait sur la figure 1,
le piston SD s'insère de nouveau dans l'évidement 13A de la
pièce isolante 13 et les gaz à l'interface du piston SD et
de la pièce isolante 13 sont chassés par 1a valve SE.
