TWO CENCENTRIC CUT-OFF CHAMBERS CIRCUIT BREAKER

DISJONCTEUR A DEUX CHAMBRES DE COUPURE CONCENTRIQUES

Abrégé français

Un disjoncteur à autosoufflage qui comporte une première
chambre de coupure (2), une seconde chambre de coupure (4)
disposée à l'intérieur de la première chambre de coupure, un
contact (6) fixe d'arc électrique qui s'étend à l'intérieur
de la seconde chambre de coupure. La seconde chambre de
coupure est montée mobile dans la première chambre de
coupure et est agencée pour coulisser le long du contact
fixe.
Cet agencement permet un bon soufflage de l'arc pour les
petits et les grands courants électriques.

Revendications

7
REVENDICATIONS
1/ Un disjoncteur à auto-soufflage comportant une enveloppe
(1) destinée à être remplie d'un fluide d'extinction d'un
arc électrique, un premier élément de fermeture (2) disposé
à l'intérieur de l'enveloppe et définissant une première
chambre d'expansion thermique, un second élément de
fermeture (4) disposé à l'intérieur du premier élément de
fermeture et définissant une seconde chambre d'expansion
thermique, un premier contact (7) monté coulissant à
l'intérieur de l'enveloppe selon une direction de
coulissement axiale pour pénétrer â l'intérieur desdites
première et seconde chambres d'expansion thermique afin de
coopérer électriquement avec un second contact (6) monté
fixe à l'intérieur de l'enveloppe et s'étendant axialement à
l'intérieur de la seconde chambre d'expansion thermique,
caractérisé en ce que le second élément de fermeture (4) est
monté mobile dans l'enveloppe (1) pour être déplacé en
translation de l'intérieur de la première chambre
d'expansion thermique vers l'extérieur de celle-ci ou
inversement, ce second élément de fermeture étant en outre
agencé pour coulisser le long du second contact fixe.
2/ Le disjoncteur selon la revendication 1, dans lequel le
second contact s'étend axialement à l'intérieur de la
seconde chambre d'expansion thermique selon la direction de
coulissement du premier contact et le second élément de
fermeture (4) se déplace en translation selon ladite
direction de coulissement du premier contact.
3/ Le disjoncteur selon la revendication 2, dans lequel le
premier élément de fermeture (2) est muni d'une première
buse de soufflage (3) superposée à une seconde buse de
soufflage (5) prévue sur le second élément de fermeture (4),
lesdites buses de soufflage ayant des sections sensiblement
concentriques.
4/ Le disjoncteur selon la revendication 3, dans lequel la
première buse de soufflage (3) a une section plus grande que
la seconde buse de soufflage (5).

8
5/ Le disjoncteur selon la revendication 4, dans lequel le
premier contact (7) comporte une première partie (8) ayant
une section complémentaire à celle de la seconde buse de
soufflage (5) pour son obturation et une seconde partie (9)
ayant une section complémentaire à celle de la première buse
de soufflage (3) pour son obturation.
6/ Le disjoncteur selon la revendication 1, dans lequel le
second contact présente un épaulement (18) pour limiter le
déplacement du second élément de fermeture par rapport au
premier élément de fermeture.
7/ Le disjoncteur selon l'une des revendications
précédentes, dans lequel lesdits premier et second éléments
de fermeture sont des cylindres ayant des sections
concentriques.

Description

z
Dis-ioncteur â deux chambres de cougure concentriques
L'invention concerne un disjoncteur à auto-soufflage
comportant une enveloppe destinée à être remplie d'un fluide
d'extinction d°un arc électrique, un premier élément de
fermeture disposé à l'intérieur de l'enveloppe et
définissant une première chambre d'expansion thermique, un
second élément de fermeture disposé à l'intérieur du premier
élément de fermeture et définissant une seconde chambre
d'expansion thermique, un premier contact monté coulissant â
l0 1°intêrieur de l'enveloppe selon une direction de
coulissement axiale pour pénétrer à l'intérieur desdites
première et seconde chambres d'expansion thermique afin de
coopérer électriquement avec un second contact monté fixe â
l'intérieur de l'enveloppe et s'étendant axialement à
l'intérieur de la seconde chambre d'expansion thermique.
Elle s'applique en particulier aux disjoncteurs â
haute et à moyenne tension ayant une enveloppe remplie d'un
gaz à bonnes propriétés diélectriques en particulier du SF6
et qui rie comportent ni piston de soufflage ni aimant.
Un tel disjoncteur à auto-soufflage comportant deux
chambres d'expansion thermique ayant des volumes diffërents
pour permettre de couper des courants situés dans une grande
plage de courants, par exemple des courants électriques
allant de 0 à 25000 ampères, est connu du document
US 4 259 555.
Le but de l'invention est d' améliorer les
performances d'un tel disjoncteur à gaz à expansion
thermique à deux chambres d'expansion pour couper plus
efficacement les petits et les grands courants dans une
grande gamme de courants électriques.
A cet effet l'invention a pour objet un disjoncteur à
auto-soufflage caractérisé en ce que le second élément de
fermeture est monté dans l'enveloppe pour être déplacé en
translation de l'intérieur de la première chambre
d'expansion thermique vers l'extérieur de celle-ci ou

2
inversement, ce second élément de fermeture étant en outre
agencé pour coulisser le long du second contact fixe.
Un tel argument permet d°obtenir un meilleur soufflage
de l'arc électrique pour les faibles courants à couper.
Par ailleurs, du fait que le second ëlément de
fermeture coulisse aussi le long du contact d'arc
complémentaire du contact d'are mobile, ou obtient un
meilleur soufflage de l'arc électrique pour les grands
courants à couper.
10. . Avantageusement, le second élément de fermeture est
incorporé dans 1e premier élêment de fermeture de maniëre à
réduire la course du contact d'arc mobile.
Les avantages obtenus par l'invention sont les
suivants. L'élément de coupure a une forme simple. Le nombre
de piêces du disjoncteur est réduit par rapport aux
disjoncteurs classiques à auto-soufflage comportant deux
chambres d'expansion. Le disjoncteur selon l'invention
fonctionne avec une énergie de commande beaucoup plus faible
que les appareils ayant deux contacts mobile par pôle. le
disjoncteur fonctionne pour toute la plage de courants
allant de 0 à 25000 ampères et au delà dans certains cas.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
apparaîtront dans 1a description qui suit d'un exemple de
réalisation de 1°invention faite en référence aux dessins.
- La figure 1 représente schématiquement le
disjoncteur selon l'ïnvention comprenant deux chambres
d'expansion fixes et concentriques.
- La figure 2 représente schématiquement le
disjoncteur selon 1°invention à deux chambres d'expansion
dont l'une est mobile par rapport à l'autre, le contact
d'arc mobile étant en position enclenchée.
- La figure 3 représente schématiquement 1e
disjoncteur de la figure 2, le contact d'arc mobile étant en
position pour couper des petits courants.

3
-- La figure ~ représente le disjoncteur de la figure
2, le contact d'arc mobile étant en position pour couper des
grands courants.
La figure 5 représente une autre variante du
disjoncteur selon l'invention.
Sur la figure Z, le disjoncteur à moyenne ou haute
tension comprend une enveloppe Z étanche remplie d'un gaz
diélectrique, tel que du sf6, â l'intérieur de laquelle est
placé un ensemble de coupure d'arc électrique.
l0 L'ensemble de coupure comprend un premier cylindre 2
délimitant une chambre d°expansion thermique ayant un volume
V1 et ayant une buse de soufflage 3 pour souffler l'arc
électrique engendré par des grands courants à couper, un
second cylindre 4 incorporé dans le cylindre 2 et portant
une buse 5 pour souffler l'arc électrique engendrer par des
petits courants â couper. Le second cylindre 4 délimite une
chambre d'expansion thermique ayant un volume V2 plus petit
que le volume V1. De préférence, les deux cylindres ont des
sections concentriques (cylindres coaxials) pour rendre
compact l'ensemble de coupure.
Un premier contact d'are 6 fixe, électriquement relié
à une premiére prise de courant à travers les deux cylindres
4 et 2, est placé à l'intérieur du petit cylindre 4 dans la
zone d'arc. ce premier contact peut être du type à tulipe et
posséda des doigts de contact 20.
Chaque cylindre 2,4 possêde une extrémité fermée
reliée à l' enveloppe et portant 1e contact d' arc fixe 6 et
une extrêmité ouverte portant une buse de soufflage 3,5. Les
buses de soufflage 3,5 sont superposées et distantes l'une
de l'autre comme visible sur 1a figure 1. Elle ont des
sections de passage du gaz sensiblement concentriques
(alignêes axialement). Elles sont traversées par un contact
d'arc mobile unique 7 rectiligne électriquement relié à une
seconde prise de courant et mécaniquement à un organe de
manoeuvre qui le fait coulisser à l'intérieur des buses
perpendiculairement à leur section pour l'enclencher entre

4
les doigts 20 du contact fixe 6 ou le libérer de ceux-ci .
Les cowtacts 6 et 7 sont alignês.
Le contact mobile 7 présente une partie terminale 8 à
section complëmentaire à celle de la buse 5 pour
1 ° obturation de celle--ci et une partie médiane 9 à section
complémentaire à celle de la buse 3 pour l'obturation de
cette dernière. La buse 5 a une section de passage de gaz
plus petite que celle de la buse 3, 1a .dimension des
sections des buses étant fonction des volumes respectifs des
chambres.d'expansion.
Le contact mobile 7 porte en outre des doigts 10 pour
le passage du courant permanent en établissant un contact
êlectrique avec la surface extérieure du premier cylindre 2.
Tel que représenté sur 1a figure 1, le contact mobile
7 est enclenché dans le contact fixe 6. En position fermée,
le courant passe par les doigts de contact permanent 10.
Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant. Dans
le cas où un petit courant traversant 1°ensemble de coupure
doit être coupê, l'organe de manoeuvre du disjoncteur est
.actionné pour déplacer le contact mobile 7. Le passage de
courant permanent par les doigts 10 est interrompu dans un
premier temps puis il y a commutation des contacts d' arc 6
et 7 et un arc électrique apparaît entre ceux-ci. L'énergie
ëmise par l'arc électrique provoque une montée en pression
du gaz dans le volume V2 par augmentation de la température
et une circulation de gaz s'opère entre ce volume et le
volume V1 qui joue le rôle d'un volume de détente du fait de
la différence de pression entre ces deux volumes et du
dégagement de la buse 5 par le contact d'arc 7 se déplaçant.
La circulation de gaz coupe l'arc électrique au passage à
zéro du courant.
Dans le cas oü un grand courant doit étre coupé,
1°ênergie émise par 1°arc provoque une montée en pression du
gaz à la fois dans le volume V1 et dans le volume V2 et une
circulation de gaz s'opére des volumes V1 et V2 vers le
volume de détente V3 pour souffler 1°arc électrique, le

5
contact d°arc 7 ayant libéré aussi la buse 3, en fin de
course.
Par conséquent, par le simple coulissement du contact
mobile 7 à 1°intérieur des buses 3 et 5, l'arc électrique
peut être soufflé pour des petïts et des grands courants à
couper.
En variante, comme visible sur la figure 2, le petit
cylindre 4 est monté coulissant â l'intérieur du grand
cylindre et porte une partie 11 du premier contact 6,
l'autre partie, 12 du contact s reliée â la première prïse
électrique étant fixe. Cette partie 12 pénètre dans une
cavité 17 aménagée dans le petit cylindre et est
électriquement reliée â ce dernier par des contacts
accordéons 13. Le grand cylindre est relié par son extrémité
fermée à l'enveloppe 1 par l'intermédiaire d'un troisième
cylindre 15 ayant des orifices 14 débouchant dans le volume
de détente V3 et dans lequel coulisse aussi le petit
cylindre 4.
Lorsque le contact d°arc mobile 7 est en position
enclenchée, la buse 5 reste en appui sur la buse 3 sous
l'effet d°un ressort 16 en appui sur la paroi de l'enveloppe
et exerçant une force de poussée sur le petit cylindre.
Pour couper des petits courants comme visible sur la
figure 3, le petit cylindre 4 reste en place et la
circulation du gaz schématisée par une flèche s'opère
directement du volume V2 vers le volume de détente V3 soumis
à une pressïon de gaz plus faible que le volume V2 ce qui
améliore l'efficacité du soufflage de 1°arc électrique. Pour
les grands courants, le petit cylindre 4 coulisse, sous
l'effet de la montée en pression du gaz dans les volumes V1
et V2, â l'intérieur du grand cylindre 2 et du troisième
cylindre 15 selon la même direction que le coulissement du
contact mobile 7 et dans un sens inverse comme visible sur
la figure 4 jusqu'à venir en butée contre la partie fixe 12
du contact d'arc 6. Le déplacement du petit cylindre est
causé par la mantée en pression du gaz dûe â l'arc

-.
6
électrique dans le uolume V2. Le déplacement du petit
cylindre 4 entraîne la séparation des buses 3 et 5. La
circulation de gaz schématisée par deux flëches s'effectue
alors depuis les volumes V1 et V2 vers le volume V3 comme
dans le cas précédent. Après la coupure du courant, le petit
cylindre ~ revient en position de repos sous l'acti.on du
ressort 16. Ce montage permet aussi de réduire 1a course du
contact d°arc mobile 7.
Selon encore une autre variante comme visible sur la
figure 5, le premier contact 6 est en une seule partie fixe
et le petit cylindre 4 coulisse à l'intérieur du grand
cylindre 2 et le long du premier contact 6 fixe. Le premier
contact 6 présente un épaulement 18 servant de butée pour
arrêter la course du petit cylindre.
La buse 5 repose toujours sur la buse 3 sous l' effet
du ressort 16. Le soufflage de 1°arc électrique engendré par
des petits courants à couper est identique au cas de la
figure 3. Dans le cas de grands courants, le petit cylindre
coulisse é 1' intérieur du grand cylindre 2 et du troisième
cylindre 15 sous 1°effet de la montée en pression du gaz
dans les volumes V1 et V2 mais 1°arc électrique à souffler
n'est pas allongëe par le déplacement du petit cylindre, le
contact d°arc 6 restant fixe, ce qui augmente l'efficacité
du soufflage de l'arc électrique.

Dessin représentatif