Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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Interrupteur à auto-soufflage avec une chambre de coupure à deux
volumes
L'invention porte sur un interrupteur électrique, notamment pour la
moyenne ou haute tension, comprenant un premier contact entouré par
une chambre de coupure à auto-soufflage dans laquelle du gaz est mis
sous pression par effet thermique et un second contact mobile suivant
une direction axiale par rapport au premier contact. La chambre de
coupure comporte une cloison intérieure séparant un premier
compartiment d'un second compartiment de plus petit volume, les deux
compartiments étant remplis dudit gaz sous pression et possédant
chacun un orifice pour le soufflage de l'arc. Les orifices sont séparés et
disposés en série suivant ladite direction axiale, et le second contact est
agencé pour libérer l'orifice du premier compartiment alors qu'il obture
l'orifice du second compartiment à la séparation des deux contacts.
Le but de l'invention est de proposer un tel interrupteur capable de
couper par auto-soufflage les faibles courants de court-circuit (c'est-à-
dire des courants inférieurs ou égaux à 30% du pouvoir de coupure de
l'interrupteur) et les forts courants, avec une énergie de manoeuvre la
plus faible possible.
A cet effet, l'invention a pour objet un tel interrupteur, caractérisé
en ce que chaque compartiment est relié à son orifice par un canal de
soufflage, en ce que le premier compartiment avec son canal de
soufflage et son orifice sont disposés adjacents audit premier contact, en
ce que le second compartiment est disposé principalement entre les
extrémités du premier contact d'arc et d'un contact de courant permanent
correspondant, et en ce que les deux compartiments communiquent entre
eux par l'intermédiaire d'un canal fermé par un dispositif d'évacuation de
surpression autorisant le passage unidirectionnel du gaz en surpression
du compartiment ayant le plus petit volume vers le compartiment ayant le
plus grand volume.
Le compartiment de plus grand volume est optimisé pour couper
les plus forts courants, c'est-à-dire des courants supérieurs à 30% du
pouvoir de coupure de l'interrupteur. Le compartiment de plus faible
volume est optimisé pour couper les plus faibles courants. Avec cette
disposition à deux volumes thermiques, l'interrupteur peut couper par
auto-soufflage des courants sur l'ensemble de la gamme de coupure de
l'interrupteur.
Dans un mode particulier de réalisation de l'interrupteur à auto-
soufflage selon l'invention, ce dernier comprend une buse en matière
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isolante disposée coaxialement autour du premier contact et dans
laquelle pénètre le second contact, au moins le second des deux
compartiments étant disposé à l'intérieur de ladite buse, la cloison
intérieure de séparation de ces deux compartiments étant formée par une
partie de la buse. Dans une variante de ce mode particulier, le canal de
soufflage du premier compartiment est séparé du premier contact d'arc
par une paroi entourant ce dernier et constituée du même matériau
isolant que la buse. Des entretoises peuvent être disposées dans le canal
de soufflage du second compartiment et solidairement fixées à la cloison
intérieure séparant les deux compartiments ainsi qu'au corps principal de
la buse. Dans une variante complémentaire, un aimant permanent
produisant un champ magnétique tournant pour la coupure de l'arc
électrique est disposé à l'intérieur de la buse ou encore à l'intérieur du
second contact.
D'autres caractéristiques et avantages de l'interrupteur selon
l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un exemple
de réalisation illustré sur la figure unique.
Sur la figure, un disjoncteur à auto-soufflage selon l'invention est
montré partiellement et schématiquement en demi coupe axiale et
comprend un premier contact d'arc 1 ainsi qu'un contact de courant
permanent 2 correspondant qui lui est solidaire. Le contact d'arc 1 est
entouré coaxialement par une buse 3 réalisée en une matière isolante
électriquement, représentée en traits hachurés. Cette buse 3 comporte
un compartiment de volume V2 fixe disposé principalement entre les
extrémités du premier contact d'arc 1 et du contact de courant permanent
2, dans lequel du gaz diélectrique est mis sous pression par effet
thermique. Un autre compartiment de plus grand volume V1 est disposé
entre les tubes coaxiaux formés par le premier contact d'arc 1 et le
contact de courant permanent 2, adjacent au volume V2 ainsi qu'au
premier contact d'arc 1 et du côté opposé au cône de soufflage 3' de la
buse 3. Une chambre de coupure à deux volumes distincts est ainsi
réalisée. Nous appellerons par la suite premier compartiment celui de
plus grand volume V1, et second compartiment celui de plus petit volume
V2. Ces deux compartiments sont séparés par une cloison intérieure 4.
Dans le mode préféré de réalisation représenté pour 1a chambre de
coupure, fa cloison intérieure 4 est formée par une partie de la buse 3,
constituée par la paroi tubulaire interne de ladite buse. Préférablement,
seul le second compartiment est disposé à l'intérieur de la buse, afin de
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limiter la taille de la buse et donc son coût. On peut toutefois sans sortir
du cadre de l'invention prévoir une buse 3 qui se prolonge du côté
opposé à son cône de soufflage 3' pour entourer partiellement ou en
totalité le volume V1.
Le disjoncteur comprend encore un contact d'arc 5 qui est mobile
suivant la direction axiale A par rapport au contact d'arc 1 et qui pénètre
à l'intérieur de la buse 3 en position de fermeture du disjoncteur. Le
contact d'arc 5 est également solidaire d'un contact de courant
permanent correspondant, non illustré sur la figure. Le contact d'arc 5 est
ici en forme de tige et vient s'insérer dans le contact d'arc 1 qui est creux.
Quand un arc électrique tel que 8 s'étire entre les contacts d'arc 1
et 5 à l'ouverture du disjoncteur, il se produit par effet thermique une
mise en pression du gaz diélectrique à l'intérieur des deux compartiments
de la chambre de coupure. Au passage à zéro du courant, le gaz sous
pression dans les premier et second compartiments est soufflé sur l'arc
par des premier et second orifices de soufflage 6 et 7. Chaque orifice de
soufflage 6 ou 7 d'un compartiment est relié à ce compartiment par un
canal de soufflage 12 ou 13 ménagé dans la buse 3 ou le long d'une
paroi interne de celle-ci. Dans le mode préféré représenté, le canal de
soufflage 12 du premier compartiment est séparé du premier contact
d'arc 1 par une paroi 14 entourant ledit contact d'arc et constituée du
même matériau isolant que la buse 3.
Des entretoises 15 peuvent être disposées dans le canal de
soufflage 13 du second compartiment et solidairement fixées à la cloison
intérieure 4 ainsi qu'au corps principal de la buse 3, afin d'augmenter la
tenue mécanique de la buse à la surpression dans le second
compartiment.
Le volume V1 du premier compartiment est dimensionné de
manière à obtenir la surpression nécessaire à la coupure de forts
courants. Ce volume V1 doit donc être de valeur suffisante pour éviter
que le gaz qu'il contient ne s'échauffe excessivement. Le volume V2 est
plus petit que le volume V1, par exemple de 0,25 à 0,35 fois V1, ce qui
permet d'obtenir la surpression nécessaire à la coupure des faibles
courants de court-circuit. Les deux compartiments communiquent par un
canal 9 fermé par un dispositif d'évacuation de surpression 10 permettant
le passage unidirectionnel du gaz du second compartiment ayant le plus
petit volume V2 vers le premier compartiment ayant le plus grand volume
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V1, en cas de surpression dans le second compartiment. Le dispositif
d'évacuation 10 représenté sur la figure est un clapet taré.
Les deux orifices de soufflage 6 et 7 sont disposés en série suivant
la direction A, le premier orifice 6 étant situé entre le contact d'arc 1 et
le
second orifice 7. Cette disposition permet d'exercer un soufflage le long
de l'arc électrique 8 lors de l'ouverture du disjoncteur, sur deux parties
distinctes de l'arc. Avec cette construction, pour des courants de valeur
intermédiaire, on obtient l'addition des soufflages des deux orifices 6 et 7.
En coupure de faibles courants, seul le soufflage provenant du plus petit
volume V2 contribue efficacement à l'extinction de l'arc. En coupure de
forts courants, seul le soufflage provenant du plus grand volume V1
contribue efficacement à l'extinction de l'arc.
Le fonctionnement du dispositif est optimum quand l'orifice 6 du
compartiment de plus grand volume V1 est situé adjacent au contact
d'arc 1. En effet, lors de la séparation des contacts 1 et 5, le contact 5
libère d'abord l'orifice 6 suite à son retrait du contact 1 suivant la
direction
A, ce qui permet au gaz du premier compartiment de commencer à
souffler l'arc alors que l'orifice 7 du second compartiment est encore
obturé par le contact 5. Cet agencement permet d'avoir une montée en
pression rapide du gaz dans le premier compartiment, et permet de
limiter le volume de gaz à chauffer par l'arc électrique au seul volume V1
du fait que le clapet taré 10 reste alors fermé.
Dans le cas de faibles courants, la surpression dans le second
compartiment reste faible et le clapet 10 reste donc fermé, de sorte que
le volume mis en pression reste égal à la valeur faible V2. Dans le cas de
très forts courants, la surpression dans le second compartiment est
limitée par l'ouverture du clapet taré 10 qui permet le passage d'une
partie du gaz du second compartiment dans le premier compartiment.
Une montée en pression rapide du gaz dans ce premier compartiment
permet ainsi d'obtenir une coupure rapide avec une faible longueur d'arc
électrique. Si nécessaire, un deuxième soufflage de l'arc électrique par
l'orifice 7 peut intervenir sur une longueur plus importante de l'arc
électrique
Le clapet taré 10 permet d'éviter un échauffement et une
surpression excessive du gaz dans le second compartiment du fait que
ce gaz peut être évacué vers le premier compartiment, sa température
diminuant lorsqu'il se détend dans le volume V1.
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Pour les courants extrêmement faibles, l'allongement de l'arc peut
ne pas être suffisant pour obtenir une coupure franche de l'arc par auto-
soufflage. Pour de tels cas, il est avantageux de prévoir au moins un
aimant permanent 11, par exemple à l'intérieur de la buse 3 ou à
l'intérieur du contact d'arc mobile 5 pour produire un champ magnétique
tournant qui va étirer l'arc électrique par rotation pour favoriser son
extinction.
La construction de la chambre de coupure selon l'invention avec
les deux orifices 6 et 7 disposés en série suivant la direction A permet
d'obtenir un soufflage du gaz sous pression dirigé vers une racine de l'arc
et un autre soufflage du gaz dirigé vers l'autre racine de l'arc. Ce double
soufflage est particulièrement utile pour obtenir la coupure des défauts en
ligne.
Le disjoncteur selon l'invention requiert une énergie de manoeuvre
environ deux fois plus faible que celle requise pour la manoeuvre d'un
disjoncteur avec une chambre de coupure à un seul volume et munie
d'un piston de compression.
