Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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Dispositif de varistance et de résistance pour la chambre de coupure
d'un disjoncteur
La présente invention concerne un dispositif de varistance et de
résistance incorporé dans la chambre de coupure d'un disjoncteur à gaz
diélectrique, les éléments de varistance et de résistance étant mis en
série et logés dans un tube isolant.
Le brevet francais n 90 07425 déposé par la demanderesse
concerne un disjoncteur à varistance incorporée, avec un dispositif
d'insertion de varistance pendant la phase d'ouverture du disjoncteur.
Selon ce dispositif la varistance est formée d'un empilage de
pastilles de préférence à oxydes métalliques à base d'oxyde de zinc.
Ces pastilles forment une colonne cylindrique coaxiale à l'enveloppe
du disjoncteur. Des pastilles résistives peuvent être placées en série
avec ces dernières et prolongent l'empilage. Leur rôle est de limiter
la puissance dans les éléments de varistance. L'ensemble de l'empilage
est logé à l'intérieur d'un tube isolant non étanche.
Un simple empilage de pastilles de varistance et de résistance
est relativement encombrant en hauteur et nécessite un prolongement
vers le haut du disjoncteur.
Le but de la présente invention est de rendre compact le
dispositif de varistance et de résistance en réduisant efficacement sa
hauteur.
Pour ce faire, selon la présente invention les éléments de
varistance et de résistance sont d'une part superposés, les éléments
superposés étant séparés les uns des autres par des éléments isolants
et d'autre part juxtaposés, les éléments juxtaposés étant reliés
électriquement par des éléments conducteurs intercalés entre les
extrémités des éléments superposés et les éléments isolants.
Selon une première variante, chaque élément de varistance est
constitué d'au moins une varistance annulaire et chaque élément de
résistance d'au moins une résistance cylindrique, les éléments de
varistance annulaires étant de même dimension et empilés les uns sur
les autres et les éléments de résistance cylindriques étant de même
dimension et empilés les uns sur les autres dans l'orifice des
varistances annulaires.
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Selon cette disposition, de préférence les éléments de
varistance sont séparés par des anneaux isolants et les éléments de
résistances par des cylindres isolants.
Par ailleurs, selon un mode de réalisation préféré chaque
élément de résistance cylindrique est inséré en série électriquement
aux éléments de varistance annulaires adjacents, la liaison électrique
étant réalisée par un disque métallique de diamètre sensiblement égal
au diamètre des varistances annulaires et présentant en son centre une
cuvette circulaire de diamètre sensiblement égal au diamètre des
10 résistances cylindriques.
Selon une seconde variante, chaque élément de varistance est
constitué d'au moins une varistance cylindrique et chaque élément de
résistance d'au moins une résistance cylindrique de même diamètre, ces
éléments étant empilés selon deux piles adjacentes, les éléments de
15 résistance étant insérés de façon régulière.
Selon cette disposition, de préférence, les éléments sont
séparés par des disques isolants.
Par ailleurs, selon un mode de réalisation préféré, chaque
élément conducteur est constitué d'une lame métallique comportant deux
20 disques circulaires de diamètre sensiblement égal au diamètre des
éléments cylindriques et reliés par une languette coudée.
De ~l~r~lwl~e, les élements cylin~r;~l~ sont de hauteur égale, les
éléments de l'une des piles étant régulièrement décalés en hauteur par
rapport aux éléments de l'autre pile.
Selon une troisième variante, les éléments de varistances et de
résistance~ sont constitués pour les uns d'au moins une résistance et
une varistance cylindriques de même diamètre empilés et pour les
autres d'au moins une varistance cyclindrique identique à la
varistance précédente, ces éléments étant empilés selon trois piles
30 adjacentes et équidistantes.
Selon cette disposition, les éléments superposés sont séparés
par des éléments isolants en forme de disque d'épaisseur e comportant
un orifice circulaire et une surface de positionnement formé de deux
cuvettes circulaires reliées l'une à l'autre, cuvettes et orifices
35 ayant un diamètre légèrement supérieur à celui des éléments de
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varistance et de résistance et en ce que ces éléments isolants sont
disposés les uns au-dessus des autres décalés de 120 l'un par rapport
à l'autre.
Dans ce cas, de préférence chaque élément conducteur est
constitué d'une lame métallique comportant deux disques de diamètre
sensiblement égal au diamètre des éléments cylindriques et reliés par
une languette.
Enfin, selon un mode de réalisation préféré, les résistances ont
une hauteur sensiblement égale à la hauteur des varistances augmentée
de l'épaisseur de l'élément isolant e et de l'épaisseur de deux
éléments conducteurs.
Selon une autre caractéristique de l'invention, une protection
parfaite des éléments de varistance et de résistance contre le gaz
pollué est assurée. En effet, selon l'agencement connu, ces éléments
sont en contact direct avec le gaz de coupure (en général du SF6) de
la chambre de coupure.
Pour éviter les conséquences néfastes des produits décomposés du
SF6, on protège souvent les surfaces latérales des pastilles par un
enrobage spécial. Cette protection est améliorée par le fait que le
tube isolant recevant les éléments de varistance et de résistance
comporte à une de ses extrémités une cartouche de tamis moléculaire,
les pièces supports de ce tamis comportant des canaux de passage pour
le gaz de coupure dans le tube par l'intermédiaire du tamis.
Pour réduire efficacement les surtensions, la varistance est
déterminée pour limiter la tension transitoire à environ 1 p.u. Cette
condition impose une certaine valeur ohmique à la résistance afin
d'obtenir un courant de décharge à travers le dispositif,
thermiquement et diélectriquement acceptable avant l'interruption de
ce courant par le dispositif d'insertion.
Surtout dans le cas de la coupure en opposition de phases, la
valeur de la résistance par chambre de coupure est fixée entre 200 et
800 ohms. Avec cette valeur de résistance, le courant peut être limité
à quelques centaines d'ampères.
Par ailleurs, l'utilisation d'une résistance à coefficient de
température faiblement positif permet également de réduire l'énergie
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en cas de coupure en opposition de phase surtout après la deuxième
alternance du courant, avant la coupure définitive du courant par le
dispositif d'insertion. La résistance est alors déterminée pour
- qu'elle double sa valeur initiale, par exemple, après la deuxième
alternance de courant dans le cas de l'opposition de phase.
Pour les autres cas de coupure (ligne à vide, court-circuit), la
coupure se fait pratiquement à une alternance. Ceci permet à la
résistance d'avoir une valeur faiblement augmentée et d'obtenir une
décharge de la ligne plus rapide. La valeur initiale de la résistance
sera comprise entre lOO et 400 ohms.
L'invention est exposée plus en détail à l'aide de dessins
représentant seulement des modes de réalisation préférés.
La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une première
variante de réalisation du dispositif de varistance et de résistance
15 conforme à l'invention.
La figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une seconde
variante de réalisation du dispositif de varistance et de résistance
conforme à l'invention.
La figure 3 est une we de dessus d'un élément conducteur
20 constitutif du dispositif selon cette seconde variante.
La figure 4 est une vue de dessus d'un élément isolant
constitutif du dispositif selon une troisième variante de réalisation.
La figure 5 est une vue en coupe V-V de cet élément isolant.
La figure 6 est une vue déployée du dispositif selon cet autre
25 mode de réalisation.
La figure 7 est une vue en coupe longitudinale du dispositif
conforme à l'invention, représentant plus particulièrement
l'agencement d'étanchéité aux pollutions du gaz de coupure.
La figure 1 représente une première variante de réalisation
30 conforme à l'invention.
Les varistances 1 sont de forme annulaire et empilées en
ensembles de quatre varistances selon cet exemple. Entre chaque
ensemble est insérée en série une résistance 2, de préférence
cylindrique.
Ces résistances 2 sont mises en place dans l'orifice central
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formé par les varistances annulaires 1.
Les paquets de varistances 1 sont séparés par un disque isolant
3 de forme annulaire et de dimensions légèrement supérieures à celles
des varistances 1 pour former des surfaces de positionnement de
celles-ci.
Les résistances 2 sont disposées dans l'orifice de ces disques
isolants 3 et sont reliées aux deux paquets de varistances 1 adjacents
par un disque conducteur métallique 4 de diamètre extérieur
sensiblement égal au diamètre extérieur des varistances et comportant
en son milieu une cuvette circulaire. Ainsi entre deux disques
conducteurs 4 séparés par un disque isolant 3 est logée une résistance
2, en contact avec le fond des cuvettes.
Les résistances 2 sont supportées et séparées mutuellement par
des cylindres de préférence tubulaires 5, en matière isolante.
L'ensemble est disposé dans un tube isolant 23. L'entrée
électrique et la sortie électrique sont réalisés comme décrit dans le
brevet n 9O 07 425.
La longueur totale formée par les éléments de résistance est
plus faible que celle formée par les varistances par exemple dans un
rapport de 1/2, 1/3 ou 1/4 selon les conditions de fonctionnement
exigés.
La figure 2 représente un second mode de réalisation de
l'invention.
Dans ce cas, les varistances 1 sont de forme cylindrique pleine.
Les résistances 2 sont de préférence de même forme et de même
dimension.
Selon l'exemple représenté, chaque ensemble de résistance ou de
varistance est constitué de deux éléments cylindriques. Yaristance 1
et résistance 2 sont donc disposées en ensembles empilés et séparés
par des disques circulaires 3 de diamètre légèrement supérieur à celui
des résistances et des varistances pour former des surfaces de
positionnement de celles-ci.
Les paquets de varistance 1 et de résistance 2 sont disposés
selon deux piles adjacentes. De préférence, les paquets sont décalés
de facon régulière, pour permettre l'emploi d'éléments conducteurs 4
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identiques sur toute la hauteur des piles.
Ces éléments conducteurs 4 (voir également la figure 3) sont
formés de clinquants métalliques constitués respectivement de deux
disques circulaires 4a, 4b, de diamètre égal à celui des varistances
et des résistances, reliés par une languette coudée 4c. Les disques
4a, 4b sont intercalés entre les paquets et les disques isolants 3
pour réaliser la liaison électrique en série des paquets adjacents.
Aux extrémités des piles, afin de réaliser des prises d'entrée
et de sortie simples, comme décrites dans le brevet n 90 07 425, une
cale 6 de matière quelconque et de hauteur égale à la moitié de la
hauteur des paquets est mise en place à l'extrémité de l'une et de
l'autre des piles. L'ensemble est logé dans un tube 23 isolant.
Les figures 4, 5, 6 représentent une troisième variante de
réalisation de mise en série de varistances et de résistances.
15 Celles-ci sont de forme cylindriques et sont empilées selon trois
piles adjacentes et équidistantes.
Les disques isolants sont représentés sur les figures 3 et 4.
Ils sont, selon l'exemple représenté, de forme semi-triangulaire
et comportent principalement un orifice circulaire 3a et une surface
20 de positionnement 3b destiné à recevoir un élément conducteur 4 formé
de deux disques circulaires reliés par une languette.
La vue déployée du dispositif de résistance et de varistance en
utilisant de tels disques est visible sur la figure 6.
Les varistances V sont toutes de hauteur égale et les
25 résistances R ont une hauteur égale à celle des varistances V
augmentée de l'épaisseur e du disque isolant et de l'épaisseur de 2
lames conductrices 4. L'élément conducteur 4 est de préférence un
clinquant métallique permettant par sa relative flexibilité de
rattraper les jeux.
Les disques 3 sont disposés les uns au-dessus des autres,
décalés de 120 l'un par rapport à l'autre. Ainsi est réalisé un
ensemble de varistance V+ résistance R, varistance V, varistance V+
résistance R, varistance V... disposées en série.
Cette disposition nécessite un tube isolant 23 de plus grand
35 diamètre que dans les cas précédemment décrits. Elle convient donc
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parfaitement aux disjoncteurs ayant une cuve à la masse, par exemple
de type blindé. Par contre, la hauteur du tube 23 sera très réduite.
La figure 7 représente une caractéristique du dispositif
conforme à l'invention concernant l'agencement d'extrémité inférieure
de celui-ci.
Sur la figure, varistances et résistances sont schématisées
selon un empilement simple.
Pour éviter que le gaz de coupure puisse entrer directement à
l'intérieur 200 du tube 23 à partir de l'espace interne du
disjoncteur, une pièce 207 est montée par boulonnage sur un disque 208
coopérant. Ces deux pièces resoivent la cartouche d'un tamis
moléculaire 203 et comportent des canaux ou gorges 204, 205. Le gaz
est ainsi obligé d'entrer par les gorges 204, à travers la cartouche
203, dans le canal 205 puis dans les gorges 206 d'une plaquette 209
avant de pénétrer dans l'espace 200.
Le tamis moléculaire contenu dans la cartouche 203 à surface
perforée permet l'absorption des produits décomposés du SF6 par l'arc
de coupure et de l'humidité contenue soit dans le gaz soit dans les
composants solides (tube 23, varistances 1, résistances 2...).
Le canal 205 permet d'équilibrer la pression entre l'espace 200
et l'espace interne du disjoncteur après les manoeuves de coupure.
Grâce à l'agencement décrit, la cartouche 203 peut être
installée très rapidement, à la dernière minute, avant la mise en
place du bras 103 d'insertion du dispositif de varistance et de
résistance.
