Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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DISJONCTEUR A MOYENNE TENSION A GAZ DE SOUFFLAGE
La présente invention concerne un disjoncteur à
moyenne tension dans lequel un gaz à bonnes propriétés
diélectriques tel que l'hexafluorure de soufre (SF6) est
utilisé à la fois pour l'isolation intérieure de la
chambre de coupure, mais également comme moyen de
soufflage de l'arc.
Les disjoncteurs moyenne tension (c'est-à-dire
comprise entre 3 et 45 kilovolts) réalisés à ce jour sur
le principe indiqué ci-dessus ne permettent pas de couper
des courants supérieurs à 25 kiloampères lorsque l'énergie
de manoeuvre est réduite (inférieure à 300 Joules). Or,
l'accroissement des puissances mises en jeu actuellement
dans les lignes à moyenne tension entraîne la nécessité de
disposer d'appareils permettant la coupure de courants
d'intensité plus importantes, par exemple pouvant
atteindre 45 à 50 kiloampères.
C'est un but de la présente invention de réaliser un
tel appareil.
Un autre but de l'invention est de réaliser un
appareil rustique, donc de prix de revient et de coûts
d'entretien peu élevés.
Un autre but de l'invention est de réaliser un
disjoncteur ne nécessitant qu'une faible énergie de
manoeuvre, de sorte que le prix de revient de son système
de commande soit faible.
Le disjoncteur de l'invention est du type dans
lequel l'augmentation de pression due, au moment du
déclenchement, à l'apparition d'un arc électrique entre
les contacts d'arc, est mise à profit pour exercer un
effort moteur sur l'équipage mobile, venant ainsi apporter
un énergie supplémentaire à l'organe de manoeuvre, qui dès
lors n'a pas besoin lui-même d'avoir une puissance trop
importante. Une telle disposition est connue, dans le
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domaine de la haute tension, par exemple par le brevet
français N 85 00610, dans la demande de brevet allemand
N 31 32 825 et dans le brevet américain 2 957 063. Dans
ce type de disjoncteur, l'augmentation de pression qui
naît au voisinage de l'arc se propage jusqu'à un piston
lié à l'équipage mobile et vient apporter une aide à la
manoeuvre.
La facilité et la rapidité avec lesquelles se
propage la pression dépendent d'une part des obstacles mis
au passage du gaz entre la zone d'arc et le piston, et,
d'autre part, à l'évolution du gradient de pression entre
la zone d'arc et la face du piston.
Dans les dispositifs décrits dans les documents
précités, le gaz se propage dans des conduits annulaires
lS dont la section étroite n'est pas favorable à un
écoulement rapide; par ailleurs, le gradient de pression
entre la zone d'arc et la face du piston diminue très vite
de sorte que l'action mécanique du gaz est très vite
ralentie après l'apparition de l'arc.
Pour pallier ces inconvénients, l~'invention se
propose de réaliser un disjoncteur dans lequel la pression
est rapidement transmise au piston lié à l'organe de
manoeuvre et dans lequel l'écoulement du gaz depuis la
zone d'arc s'effectue rapidement et sans perturbation.
Un autre but de l'invention est de réaliser un
disjoncteur dans lequel l'arc subit, à l'ouverture du
disjoncteur, un double soufflage, à la fois dans la
direction du mouvement des pièces mobiles et dans la
direction opposée.
L'invention a pour objet un disjoncteur à moyenne
tension à gaz diélectrique de soufflage, comprenant une
enveloppe isolante cylindrique remplie de gaz diélectrique
sous pression, un contact principal fixe, un contact d'arc
fixe, un piston de soufflage fixe et un équipage mobile
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relié à un organe de manoeuvre comprenant un contact
principal mobile, un contact d'arc mobile et un cylindre
de soufflage associé à une buse de soufflage, caractérisé
en ce quil comprend un piston moteur dont la section est
au moins égale à 1,3 fois celle dudit piston de soufflage,
ledit piston moteur se déplaçant par rapport à un second
cylindre.
D'autres particularités de l'invention apparaîtront
à la lumière de la description donnée ci-après d'un mode
préféré de réalisation, en référence au dessin annexé dans
lequel:
- la figure 1 est une vue partielle en demi-coupe
axiale d'un disjoncteur selon l'invention, représenté en
position enclenchée,
- la figure 2 est une vue partielle en demi-coupe
axiale du même disjoncteur, représenté au cours d'une
manoeuvre de déclenchement (ouverture).
Le disjoncteur, représenté en vue partielle dans la
figure 1, comporte un enveloppe 1, en matériau isolant tel
que la céramique, de forme générale cylindrique d'axe xx
et délimitant un volume intérieur Vo rempli de gaz à
bonnes propriétés diélectriques, tel que l'hexafluorure de
soufre (SF6), sous une pression de quelques bars.
Le disjoncteur, entièrement de révolution autour de
l'axe xx, comprend un contact principal fixe 2 relié à une
première prise de courant non représentée, et un contact
d'arc fixe 3, ayant une extrémité 3A réalisée en un
alliage résistant aux effets de l'arc, tel qu'un alliage
de tungstène.
L'équipage mobile du disjoncteur comprend un tube 4,
dont une extrémité 4A, en alliage résistant à l'arc,
constitue le contact d'arc mobile. Le tube 4 est relié, à
son autre extrémité 4B, à un dispositif de manoeuvre non
représenté. Le tube 4 est solidaire d'un tube 5 dont une
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extrémité 5A constitue le contact principal mobile du
disjoncteur.
A l'extrémité 5A est fixée une buse de soufflage 6,
en matériau isolant, dont le col est obstrué par le
contact d'arc 4 lorsque le disjoncteur est en position
fermée.
Des trous 7 sont pratiqués dans la couronne reliant
les tubes 4 et 5 de telle sorte que ces tubes définissent
un seul et même volume Vl, fermé d'un côté par la buse 6.
Le tube 5 est guidé par une première partie
tubulaire 8A d'une pièce métallique 8 ayant une seconde
partie tubulaire 8B de section bien supérieure à celle de
la partie 8A.
La pièce 8 est reliée à une seconde prise de courant
lS non représentée.
Le tube 5 porte un contact électrique glissant 5C
coopérant avec le tube 8A.
Le volume Vl est fermé, à son extrémité située à
droite dans la figure 1, par un piston de soufflage lO
solidaire du tube 8A; le piston lO est muni d'un clapet
lOA unidirectionnel, qui ne laisse passer le gaz que de
l'extérieur vers l'intérieur du volume Vl; des joints 11
et 12 assurent l'étanchéité du piston lO.
En position enclenchée du disjoncteur, (figure 1),
le courant circule par les pièces 2, 5 et 8.
Le tube 5 est solidaire d'un piston 14, dit piston
moteur, placé à l'intérieur du tube 8B et pouvant
coulisser dans ce tube de manière étanche grâce à un joint
14D. Le piston moteur 14 délimite, avec les tubes 8A et
8B,et le piston lO, un volume V2. Le piston moteur
comprend un siège muni d'ouvertures 14A pouvant être
fermées par un clapet annulaire 16, dont la course est
limitée par un ressaut 14B.
2 ~ 1 4 ~ 1 ~
s
Selon une caractéristique de l'invention, la section
du piston moteur 14 est grande vis-à-vis de celle du
piston de soufflage, par exemple le rapport des sections
est au moins égal à 1,3 et est de préférence compris entre
1,5 et 2.
Le siège du clapet possède également des orifices de
diamètre calibré 14C dont le rôle sera expliqué plus loin.
Le tube 4 est percé, à sa surface, de très larges
ouvertures 15, assurant par de vastes passages, la
communication entre le volume V2 et le volume V3 intérieur
au tube 5. Le volume V3 est fermé, côté organe de
manoeuvre, par un disque 17 solidaire du tube 4.
Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant:
1) CouPure des courants de forte intensité
Il s'agit des courants de court-circuit.
A la détection du court-circuit, le dispositif de
manoeuvre du disjoncteur entraîne l'équipage mobile (tubes
4 et 5, buse 6, piston 14) vers la droite de la figure.
Les contacts principaux se séparent et le courant
traverse alors les contacts d'arc 3 et 4.
A la séparation des contacts d'arc, un arc 20
(figure 2) se forme; il échauffe fortement le gaz
environnant et la pression croît fortement. Le gaz chaud
s'échappe par le volume V3 et la pression résultante vient
fermer le clapet 16. La surface du piston étant très
grande, la force exercée sur ce dernier, qui aide à la
manoeuvre d'ouverture, est très grande. Le disjoncteur ne
ralentit pas.
L'écoulement du gaz chaud provenant de la zone d'arc
est facilité:
a) par les grandes ouvertures 15 qui réduisent à
néant les pertes de charges,
b) par les orifices calibrés 14C qui limitent la
valeur de la pression dans le volume V2, assurant ainsi
2Sl~
une chute de pression entre la zone d'arc et la zone du
piston 14.
Le gaz comprimé des volumes Vl et V3 se détend au
premier passage par zéro du courant, ce qui entraîne
l'extinction de l'arc, grâce à un double soufflage selon
les flèches Fl et F2 de la figure 2.
2) Coupure des courants de faible intensité
Il s'agit par exemple du courant nominal, ou des
courants capacitifs ou faiblement inductifs.
A la séparation des contacts d'arc, l'augmentation
de pression due à l'arc est insuffisante pour plaquer le
clapet 16 contre son siège. Celui-ci reste ouvert, ce qui
évite, dans le volume V2, toute dépression qui viendrait
freiner l'équipage mobile.
Le courant s'éteint au premier passage par zéro, par le
soufflage produit par le gaz du volume Vl entre les
contacts d'arc.
3) Fermeture du disjoncteur
La surpression dans le volume V2 est suffisante pour
fermer le clapet 16, mais cette surpression reste limitée
en raison de la grande valeur des volumes Vl et V3, de
sorte que le mouvement de l'équipage mobile à
l'enclenchement n'est pas freiné de manière notable.
Le disjoncteur qui vient d'être décrit permet la
coupure d'importants courants à moyenne tension tout en ne
nécessitant qu'une faible énergie de manoeuvre.
