Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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DISPOSITIF INTERRUPTEUR POUR HAUTE OU MOYENNE TENSION
Ä COUPURE MIXTE PAR VIDE ET GAZ
L'invention se rapporte à un dispositif interrupteur de type hybride pour
haute ou
moyenne tension. Le qualificatif hybride s'applique à la coupure qui est de
type mixte en
faisant coopérer deux techniques de coupure différentes. On qualifie notamment
d'hybride
un dispositif interrupteur qui comporte un interrupteur à vide renfermant une
premiëre
paire de contacts d'arc et qui comporte également un interrupteur à gaz
comprenant une
deuxième paire de contacts d'arc.
Un dispositif de ce type est connu du brevet US 3038980. Il comprend une
enveloppe remplie d'un gaz diélectrique et ayant un axe longitudinal, à
l'intérieur de
laquelle sont disposés les deux interrupteurs connectés électriquement en
série et à
l'extérieur de laquelle est disposé le mécanisme de commande du dispositif. Le
mécanisme
d'actionnement des contacts des deux interrupteurs est relativement simple, en
ce sens que
l'un des deux contacts de l'interrupteur à gaz est-. solidaire d'un contact
mobile qui lui est
adjacent dans l'interrupteur à vide. L'autre contact de l'interrupteur à gaz
est solidaire d'une
tige de manoeuvre reliée au mécanisme de commande du dispositif. Un mécanisme
à
ressort associé à une butée a pour effet de maintenir en appui l'un contre
l'autre les contacts
de l'interrupteur à gaz pendant une première partie de leur course lors de
l'ouverture du
dispositif, jusqu'à ce que les contacts de l'interrupteur à vide soient
séparés d'une distance
déterminée. Le but d'une telle séquence pour la séparation des contacts des
deux paires est
de pouvoir retarder la séparation des contacts de la deuxième paire
(interrupteur à gaz) par
rapport â ceux de la première paire (interrupteur à vide).
Cependant, une telle séquence n'est pas satisfaisante si le dispositif de
coupure
hybride à haute tension associe un interrupteur à gaz prévu pour une haute
tension
normalisée supérieure à 72,5 kV avec un interrupteur à vide prévu pour une
moyenne
tension normalisée inférieure à 52 kV. En effet, tant que les contacts de
l'interrupteur à gaz
ne sont pas séparés lors du processus de coupure d'un courant de défaut par le
dispositif,
l'interrupteur â vide supporte toute la tension transitoire de rétablissement
aux bornes du
dispositif de coupure pendant la séparation de ses contacts. Or,
l'interrupteur à vide n'est
prévu que pour supporter une tension de rétablissement qui reste dans les
limites de la
moyenne tension. Ainsi, un dispositif de coupure hybride à haute tension qui
mettxait en
oeuvre la séquence décrite ci-dessus pour la séparation des contacts ne
pourrait couper le
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la
courant qu'après la séparation des deux contacts de l'interrupteur à gaz. Ce
fonctionnement
implique une durée d'arc relativement longue qu'un interrupteur à vide n'est
pas conçu pour
supporter. La structure générale du dispositif décrit dans ce brevet US
3038980 ne permet
pas de pouvoir modifier la séquence pour la séparation des contacts. En
particulier, il n'est
pas possible avec un tel dispositif d'obtenir une séparation simultanée ou
retardée des
contacts de l'interrupteur à vide par rapport à la séparation des contacts de
l'interrupteur à
gaz.
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Il est connu de la demande de brevet EP1109187 un autre dispositif de ce type,
qui
permet d'ajuster la séquence pour la séparation des contacts de façon à
pouvoir obtenir une
séparation simultanée ou légèrement retardée des contacts de l'interrupteur à
vide par
rapport à la séparation des contacts de l'interrupteur à gaz. Le contact
mobile de
l'interrupteur à vide est relié à une bielle dont une extrémité est mobile en
rotation, cette
extrémité ou tête de bielle étant articulée sur un maneton d'un volant pouvant
être accouplé
ou désaccouplé à une tige dentée commandée en translation par la tige de
manoeuvre de
l'interrupteur à gaz.
Ce dispositif présente toutefois certains inconvénients d'un point de vue
mécanique.
'Tout d'abord, il est nécessaire d'exercer une force suffisante sur le contact
mobile de
l'interrupteur à vide tant que le passage du courant est autorisé, de façon à
avoir une
pression mutuelle entre les surfaces d'appui des contacts de cet interrupteur
qui soit
supérieure à une valeur donnée pour résister aux efforts électrodynamiques
pendant le
passage du courant. Le volant du dispositif doit donc être muni d'un système
élastique de
rappel qui permet d'exercer cette force exigée sur le contact mobile de
l'interrupteur à vide.
D'autre part, la transmission du mouvement de la tige de manoeuvre de
l'interrupteur à gaz
vers l'interrupteur à vide se fait par une bielle dont l'axe est oblique par
rapport à l'axe de
translation du contact mobile de cet interrupteur à vide. Il en résulte des
contraintes
transversales importantes sur l'interrupteur à vide, ce qui peut limiter son
endurance
mécanique.
Il existe enfin un autre dispositif de ce type décrit dans la demande de
brevet
EP1117114, qui présente notamment par rapport au dispositif précédent
l'avantage que le
contact mobile de l'intemtpteur à vide est toujours soumis à des forces
dirigées uniquement
selon la direction de l'axe longitudinal de cet interrupteur. De plus, des
moyens élastiques à
ressorts sont prévus pour maintenir une pression mutuelle entre les contact de
l'interrupteur à vide tant que cet interrupteur est fermé. Toutefois, le
mouvement de
séparation des contacts de l'interrupteur à vide est commandé par la tige de
manoeuvre de
l'interrupteur à gaz, ce qui impose de ne séparer les contacts de
l'interrupteur à vide qu'à la
fin de l'ouverture des contacts de l'interrupteur à gaz. II est nécessaire
pour ce dispositif
d'avoir une telle séquence de séparation différée des contacts afin de
provoquer le passage
du courant par zéro avant que l'interrupteur à vide assure seul la coupure. En
effet, le
dispositif est utilisé exclusivement comme disjoncteur de générateur, et par
conséquent
l'interrupteur à gaz n'est présent que pour diminuer le pourcentage
d'asymétrie du courant.
De toute évidence, il n'est pas possible de réaliser avec ce dispositif une
séparation
simultanée ou légèrement retardée des contacts de l'interrupteur à vide par
rapport à la
séparation des contacts de l'interrupteur à gaz.
L'invention vise tout d'abord à remédier aux inconvénients ou limitations de.s
techniques antérieures, en proposant un dispositif de coupure de type hybride
pour haute
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ou moyenne tension relativement compact et endurant qui tout en fonctionnant
avec un
seul organe de manceuvre, c'est à dire avec un mécanisme de commande relié à
une seule
tige de manoeuvre, permet d'ajuster la séquence de séparation des contacts des
interrupteurs pour répartir de façon adéquate entre l'interrupteur à vide et
l'interrupteur à
gaz 1a tension transitoire de rétablissement qui apparaît entre les contacts
de chaque
interrupteur dès leur séparation. L'invention parvient à cet objectif en
proposant un
dispositif de coupure fonctionnant sur le principe du dispositif de coupure de
type hybride
décrit dans la demande de brevet européen EP1271590A1 publiée le 2 janvier
'?003.
L'invention vise ensuite à empêcher tout mouvement de rebondissement du
contact mobile
de l'interrupteur à vide lors d'une interruption de courant par le dispositif,
afin d'éviter un
réamorçage diélectrique dans cet interrupteur.
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de coupure de type hybride
pour
haute ou moyenne tension, comprenant
- une enveloppe remplie d'un gaz diélectrique et ayant un axe longitudinal,
- un interrupteur à vide disposé dans l'enveloppe, comportant une première
paire de
contacts d'arc constituée d'un premier contact qui est fixe et d'un second
contact qui
peut être déplacé en translation dans la direction longitudinale de
l'enveloppe,
- des moyens prévus pour exercer sur le second contact une force telle que la
pression
mutuelle entre les surfaces d'appui des premier et second contact soit
supérieure à une
valeur déterminée tant que l'interrupteur à vide autorise le passage du
courant,
- un interrupteur à gaz disposé dans l'enveloppe, comportant une seconde paire
de
contacts d'arc constituée d'un troisième contact qui est fixe ou quasi fixe et
d'un
quatrième contact qui peut être déplacé en translation dans la direction
axiale
longitudinale, une tige de manoeuvre reliée au quatrième contact et pouvant
être
immobilisée ou déplacée en translation par des moyens de commande,
caractérisé en ce qu'il comprend en outre
- un moyen de raccordement connectant électriquement les second et troisième
contacts,
apte à être déplacé en translation dans la direction axiale longitudinale
solidairement
avec le second contact,
- des moyens de déplacement reliés à ce moyen de raccordement et à la tige de
manoeuvre pour les déplacer de manière à séparer les second et quatrième
contacts
respectivement des premier et troisième contacts, comprenant des moyens de
liaison à
course morte reliant le moyen de raccordement à la tige, ces moyens de liaison
permettant de déplacer la tige d'une course morte déterminée tout en agissant
sur le
moyen de raccordement pour maintenir l'interrupteur à vide fermé pendant ce
déplacement,
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et en ce qu'une fois la course morte parcourue par la tige, ces moyens de
liaison à course
morte sont aptes à acquérir un mouvement de translation qui est indépendant du
mouvement acquis simultanément par le moyen de raccordement.
Avantageusement, pour les applications où le dispositif selon l'invention est
destiné
à une utilisation comme disjoncteur dans un réseau haute tension, les moyens
de
déplacement sont agencés pour que les séparations des contacts des
interrupteurs
respectivement à vide et à gaz se produisent de façon simultanée ou faiblement
décalée
dans le temps.
Par ailleurs, un mode particulier de réalisation de l'invention vise à
permettre un
soufflage d'arc efficace dans l'interrupteur à gaz, y compris si le dispositif
interrupteur
hybride est destiné à supporter à ses bornes une tension transitoire de
rétablissement avec
une vitesse de rétablissement très rapide comme c'est souvent le cas pour les
applications
en haute et très haute tension, et en particulier lorsque les courants à
couper sont inférieurs
à environ 30% du pouvoir de coupure du dispositif hybride. Dans ce mode de
réalisation,
outre les caractéristiques de l'invention définies ci-dessus, le dispositif de
coupure hybride
comprend un volume de soufflage pneumatique d'appoint, adjacent au volume de
soufflage
thermique et pouvant communiquer avec ce dernier, délimité par un fond fixe ou
mabile
qui est apte à être rapproché du volume de soufflage thermique pour comprimer
le gaz
diélectrique contenu dans le volume de soufflage pneumatique lors d'une
interruption du
courant par le dispositif de coupure. Le volume de soufflage pneumatique
d'appoint permet
d'obtenir un soufflage d'arc dans le cas où le courant à couper n'est pas
assez grand pour
générer par effet thermique la surpression nécessaire dans le volume de
soufflage
thermique.
Selon des modes particuliers de réalisation, un dispositif de coupure selon
l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes
prises
isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles:
- les moyens de liaison à course morte comprennent des moyens de renvoi de
mouvement qui coopèrent avec des premiers moyens élastiques aptes à agir sur
le
moyen de raccordement pour maintenir l'interrupteur à vide fermé, et
comprennent des
premiers moyens de butée sur lesquels s'appuient ces premiers moyens
élastiques pour
exercer une force sur le moyen de raccordement, ces premiers moyens de butée
étant
aptes à annuler cette force une fois la course morte parcourue,
- les moyens de renvoi de mouvement comprennent deux parties aptes à être
déplacées
ensemble en appui l'une contre l'autre et à aptes â être dissociées après le
commencement de l'ouverture de l'interrupteur à vide,
- les premiers moyens de butée comprennent au moins une tige à course morte
qui est
solidaire en mouvement d'une première partie des moyens de renvoi de mouvement
et
qui comporte à une extrémité une tête, et comprennent un premier élément
tubulaire
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d'appui qui est apte à être déplacë dans la direction axiale le long d'un
premier élément
de support fixe qu'il entoure, ce premier élément tubulaire comportant une
partie
annulaire qui est traversée par la tige à course morte et contre laquelle la
tête de la tige
est apte à venir appuyer en butée une fois la course morte parcourue.
5 - les moyens de déplacement comprennent des second moyens élastiques aptes à
séparer
les contacts de l'interrupteur à vide dès que la tige a parcouru la course
morte et aptes à
déplacer le moyen de raccordement et le second contact d'une course
d'isolation
déterminée par rapport au premier contact lors d'une interruption de courant
par le
dispositif, cette course d'isolation correspondant à la distance de séparation
complète
des premier et second contacts,
- les premiers moyens élastiques comprennent un premier ressort qui est
disposé en
compression entre la partie annulaire du premier élément tubulaire d'appui et
la
première partie des moyens de renvoi de mouvement,
- les second moyens élastiques comprennent un second ressort qui est disposé
en
compression entre un second élément de support fixe et une partie annulaire
d'un second
élément tubulaire d'appui qui entoure ce second élément de support fixe, le
second
élément tubulaire d'appui étant apte à être déplacé le long du second élément
de support
fixe dans la direction axiale et étant solidairement relié par au moins un
tirant à une
partie pzincipale du moyen de raccordement,
- les premier et second éléments tubulaires d'appui sont immobiles en appui
l'un contre
l'autre tant que la course morte n'a pas ëté parcourue par ladite tige de
manoeuvre lors
d'une interruption de courant par le dispositif,
- le second élément de support fixe est muni de second moyens de butée contre
lesquels
vient buter la partie principale du moyen de raccordement au moment où ce
dernier a
parcouru la course d'isolation,
- le premier élément de support fixe supporte le troisième contact d'arc et
est supporté
par le second élément de support fixe grâce à des moyens de fixation disposés
selon
l'axe longitudinal du dispositif, ce premier élément de support étant maintenu
fixe par
l'intermédiaire d'un tirant isolant qui est fixé à une extrémité du
dispositif.
- une seconde partie des moyens de renvoi de mouvement est solidaire en
translation de
la tige de manceuvre.
- une varistance est disposée dans l'enveloppe commune du dispositif de
coupure et
électriquement reliée en parallèle aux contacts de l'interrupteur à vide afin
de pouvoir
limiter la tension appliquée sur cet interrupteur, en vue de répartir de façon
adéquate la
tension appliquée sur les interrupteurs respectivement à vide et à gaz lors de
l'ouverture
du dispositif de coupure,
- un condensateur est monté en parallèle à l'un des interrupteurs ou en
parallèle à chacun
des interrupteurs en vue d'obtenir cette répartition adéquate.
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Pour les applications où le dispositif selon l'invention est destiné à une
utilisation
comme disjoncteur de générateur pour réseau moyenne tension, les moyens de
dêplacement sont préférablement agencés pour que la séparation des contacts de
l'interrupteur à vide se produise de façon sensiblement retardée par rapport à
la séparation
des contacts d'arc de l'interrupteur à gaz, afin que le passage du courant par
zéro soit
provoqué par l'interrupteur à gaz avant que l'interrupteur à vide ne coupe le
courant.
L'invention, ses caractéristiques et ses avantages sont précisés dans la
description
qui suit en rapport avec les figures ci dessous.
Les figures 1 à 14, de même que la figure 14', correspondent à des modes de
réalisation de
IO dispositifs de coupure hybride fonctionnant sur le principe du dispositif
de coupure décrit
dans la demande de brevet européen EP1271590A1. Cependant, ces réalisations
n'incorporent pas d'amélioration selon la présente invention visant à empêcher
tout
mouvement de rebondissement du contact mobile de l'interrupteur à vide. Des
modes de
réalisation de telles améliorations sont décrits dans ce qui suit en référence
aux figures 15 à
20.
La figure 1 est un schéma de principe simplifié montrant les principaux
éléments d'un
dispositif de coupure hybride à haute ou moyenne tension dans un mode de
réalisation
particulier, représenté en position fermée.
Les figures 2, 3 et 4 représentent des étapes successives de l'ouverture du
dispositif de
coupure hybride montré à la figure 1.
La figure 5 représente le schéma de principe d'un dispositif de coupure
hybride identique à
celui représenté à la figure 1, à l'exception que les contacts de
l'interrupteur à gaz sont
agencés pour que leur séparation se produise peu de temps avant celle des
contacts de
l'interrupteur à vide.
La figure 6 représente une étape intermédiaire de l'ouverture du dispositif de
coupure
hybride représenté à la figure 5.
La figure 7 est un agrandissement d'une partie du dispositif de coupure
hybride représenté
à la figure 9.
La figure 8 est une représentation schématique d'un mode de réalisation d'un
dispositif de
coupure hybride, dont le schéma de principe simplifié est représenté à la
figure 1.
La figure 9 est une représentation schématique d'un autre mode de réalisation
d'un
dispositif de coupure hybride dans lequel les contacts de l'interrupteur à gaz
sont disposés
bout à bout.
La figure 10 est une vue partielle du dispositif de coupure hybride représenté
à la figure 9
et dont la varistance a été retirée.
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La figure 11 représente une êtape ultérieure de l'ouverture du dispositif de
coupure hybride
montré sur la figure 10.
La figure 12 est une représentation schématique partielle d'un mode de
réalisation d'un
dispositif de coupure hybride incorporant un volume de soufflage pneumatique
d'appoint
en complément du volume de soufflage thermique, dans une rêalisation pour
laquelle les
volumes de soufflage sont fixes.
La figure 13 est une représentation schématique d'un mode de réalisation d'un
dispositif de
coupure hybride dans une réalisation pour laquelle les volumes de soufflage
sont mobiles
avec la tige de manoeuvre du dispositif.
La figure 13a est un agrandissement d'une partie du dispositif de coupure
hybride
représenté à la figure 13.
La figure 14 représente une étape intermédiaire de l'ouverture du dispositif
de coupure
hybride représenté à la figure 13, correspondant approximativement à l'instant
où les
contacts de l'interrupteur à gaz se séparent.
La figure 14' est une représentation schématique d'un mode de réalisation d'un
dispositif de
coupure hybride dans lequel les premiers moyens élastiques comprennent deux
ressorts
disposés de paut et d'autre des moyens de renvoi de mouvement.
La figure I5 est une représentation schématique d'un mode de réalisation d'un
dispositif de
coupure hybride selon l'invention, qui est fonctionnellement équivalent au
dispositif
représenté sur la figure 12 et qui comporte une amélioration permettant
d'empêcher tout
rebondissement du contact mobile de l'interrupteur à vide.
La figure 16 représente le même dispositif de coupure hybride que celui de la
figure 15, en
fin d'ouverture des contacts de l'interrupteur à gaz.
La figure 17 est une représentation schématique d'un mode de réalisation d'un
dispositif de
coupure hybride seion l'invention, qui est fonctionnellement équivalent au
dispositif
représenté sur la figure 13 et qui comporte une amélioration permettant
d'empêcher tout
rebondissement du contact mobile de l'interrupteur à vide.
La figure I8 représente le même dispositif de coupure hybride que celui de la
figure 17, en
fin d'ouverture des contacts de l'interrupteur à gaz.
La figure I9 est une représentation schématique d'un autre mode de réalisation
d'un
dispositif de coupure hybride selon l'invention, dans une réalisation pour
laquelle les
contacts de l'interrupteur à gaz sont disposés bout à bout.
La figure 20 est une représentation schématique d'un autre mode de réalisation
d'un
dispositif de coupure hybride selon l'invention, dans une réalisation pour
laquelle le
dispositif est destiné à une utilisation comme disjoncteur de générateur.
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Ö
Figure 1, le dispositif 5 de coupure hybride représenté est globalement à
symétrie
de révolution autour d'un axe A. Il comporte un interrupteur à vide 10
renfermant une
première paire de contacts d'arc 1 et 2. Un premier contact 1 est fixe et est
connecté en
permanence à une traversée 7 d'extrémité du dispositif S. Un second contact 2
est mobile
S dans la direction axiale A. Le dispositif comporte aussi un interrupteur à
gaz 11 connecté
électriquement en série avec l'interrupteur à vide. Cet interrupteur à gaz
comprend une
deuxième paire de contacts d'arc, constituée d'un troisième et d'un quatrième
contact 3 et 4.
Le troisième contact 3 est fixe dans l'enveloppe 12 grâce à des moyens de
maintien
représentés aux figures $ et 9. Le quatrième contact 4 est mobile dans la
direction axiale A
et solidaire d'une tige 6 de manoeuvre reliée au mécanisme de commande 8 du
dispositif 5.
Les deux interrupteurs 10 et 11 sont disposés dans une enveloppe 12 commune
remplie
d'un gaz diélectrique.
Dans le mode de réalisation représenté, Ie contact 4 mobile est introduit dans
le
contact 3 fixe sur une certaine distance de recouvrement quand le dispositif
de coupure est
fermé. Par ce recouvrement, la séparation des troisième et quatrième contacts
a lieu à un
instant où la tige 6 de manoeuvre a parcouru une distance dêtemninée dite de
mise en
vitesse, ce qui revient à dire que la distance de recouvrement correspond à la
distance de
mise en vitesse que parcourt la tige 6. Cette mise en vitesse est appliquée au
contact mobile
4 de l'interrupteur à gaz et permet que ce contact 4 soit séparé du contact
fixe 3 avec une
vitesse relativement importante dès le début de la séparation. Quelques
millisecondes après
ladite séparation, cette vitesse peut atteindre une valeur suffisante
favorisant l'extinction de
l'arc électrique créé entre les contacts de l'interrupteur. Elle est
particulièrement utile pour
couper les courants dits capacitifs sans réamorçage d'arc électrique.
Le contact 2 est solidaire en translation d'un moyen de raccordement 13 mobile
qui
le relie électriquement en permanence au contact 3 fixe. Le fait d'agencer le
troisième
contact pour que celui-ci reste fixe dans le dispositif de coupure permet que
Ia séparation
des contacts 3 et 4 dans l'interrupteur à gaz ne dépende pas du fonctionnement
mécanique
de l'ensemble portant le second contact mobile de l'interrupteur à vide.
Des moyens de renvoi de mouvement 15 sont dissociables en deux parties 16 et
17.
Ces deux parties sont en appui l'une contre l'autre selon la direction axiale
A par
l'intermédiaire de moyens de couplage 22 prévus à leurs deux extrémités en vis
à vis. La
seconde partie 17 est solidaire en translation avec la tige 6, et la première
partie 16 peut
être déplacée en translation d'une course D déterminée dans la direction
axiale A
relativement au moyen de raccordement 13. Dans la réalisation représentée,
cette course D
est égale à la distance de recouvrement des contacts 3 et 4, ce qui revient à
dire qu'elle est
égale à la distance de mise en vitesse définie précédemment.
Ces moyens de renvoi 15 peuvent aussi être réalisés par une liaison
télescopique
non représentée comprenant deux parties pouvant être bloquées en butée l'une
contre
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9
l'autre et coulissant l'une dans l'autre pendant leur écartement dans la
direction axiale, une
telle liaison têlescopique ëtant fonctionnellement équivalente aux moyens de
renvoi 15
schématisés à la figure 1. Toutefois, une telle réalisation peut présenter des
inconvénients
du fait de l'augmentation des masses en mouvement.
Des premiers moyens élastiques sont prévus pour maintenir l'interrupteur à
vide
fermé, en exerçant sur le moyen de raccordement 13 et donc sur le contact 2
une première
poussée qui reste supërieure à un seuil déterminé jusqu'à un instant où la
tige 6 a parcouru
la course déterminée D.
A cet instant correspondant à la reprësentation de la figure 2, les contacts
de
l'interrupteur à gaz se séparent. Cette première poussée cesse d'agir sur le
moyen de
raccordement audit instant, pour laisser agir sur le contact 2 des second
moyens élastiques
qui exercent une seconde poussée de sens opposé. Cette seconde poussée met en
mouvement contact 2, ce qui provoque la séparation des contacts de
l'interrupteur à vide.
Cette séparation se produit ainsi de façon simultanée ou retardée par rapport
à la séparation
des contacts de l'interrupteur à gaz, selon une séquence déterminée.
Dans le dispositif décrit, les premier et second moyens élastiques prévus pour
exercer lesdites première et seconde poussées comprennent respectivement un
premier
ressort 20 et un second ressort 21 tous deux armés en compression et associés
respectivement à des premier et second moyens de butée 14 et 19. Le premier
ressort 20 est
monté entre le moyen de raccordement 13 et la première partie 16, pour exercer
respectivement sur ces éléments des poussées opposées -Fzo et Fco . La
position fermée du
dispositif de coupure 5 est assurée grâce au verrouillage du mouvement de la
tige 6 par le
mécanisme de commande 8, ce qui permet de maintenir les deux parties 16 et 17
immobiles en appui l'une contre l'autre et aussi de maintenir une certaine
pression sur les
contacts 1 et 2 grâce au premier ressort 20 associé au moyen de raccordement
13. Cette
pression de contact permet à l'interrupteur d'assurer le passage d'un courant
de défaut, et
dépend de la valeur du courant de défaut â supporter.
En cas d'ordre d'interruption de courant envoyé au mécanisme de commande 8 du
dispositif de coupure 5, la tige 6 doit être débloquée pour laisser la
première partie 16 se
déplacer en translation relativement au moyen 13 sous l'effet de la détente du
premier
ressort 20. Ce mouvement relatif est ensuite arrêté dès que la première partie
16 a parcouru
la course D, par les premiers moyens de butée 14 qui forment une extrémité du
moyen de
raccordement 13 de sorte que cette partie 16 est rendue solidaire en
translation dudit
moyen 13 comme montré à la figure 2.
Les moyens de renvoi 15 et les premiers moyens élastiques forment un ensemble
de
liaison qui relie le moyen de raccordement 13 à la tige 6. Cet ensemble peut
être qualifïé de
moyens de liaison à course morte, en ce sens que ces moyens de liaison ne
permettent pas
au moyen de raccordement de suivre le mouvement de la tige tant que celle-ci
n'a pas
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parcouru une course déterminée. Durant cette course D, le moyen de
raccordement 13
reste immobile puisque les moyens de renvoi 15 ne lui transmettent pas le
mouvement de
la tige 6. Cette propriété se vérifie tant à l'ouverture qu'à la fermeture du
dispositif de
coupure.
5 Le mouvement du contact 2 lors de la séparation des contacts 1 et 2 de
l'interrupteur
à vide 10 est assuré par le second ressort 21 serai-mobile dont une extrémité
est immobile
car en appui permanent contre la face de l'interrupteur à vide qui est
traversée par la tige
portant le contact 2. L'autre extrémité de ce ressort 21 est mobile, en appui
permanent
contre le moyen de raccordement 13, et exerce contre ce dernier une poussée
qui reste très
10 inférieure à celle du premier ressort 20.
Les moyens de liaison à course morte coopèrent avec les second moyens
élastiques
pour déplacer la tige 6 et le moyen de raccordement 13 de façon à séparer les
contacts
mobiles 2 et 4 respectivement des contacts fixes 1 et 3. Dans la réalisation
représentée, ils
sont une partie constituante des moyens de déplacement qui permettent que les
séparations
1S des contacts 1 et 2 et des contacts 3 et 4 des interrupteurs respectivement
à vide et à gaz se
produisent de façon simultanée ou faiblement décalée dans le temps.
Les second moyens de butée 19 sont disposés de façon à arrêter le mouvement de
translation du moyen de raccordement 13, dès que ce dernier a parcouru une
certaine
course d, comme représenté à la figure 3. Ces moyens de butée 19 sont
électriquement et
mécaniquement reliés au contact fixe 3, et participent avantageusement â la
liaison
électrique entre les contacts 2 et 3. Ils sont ici constitués d'un plot
cylindrique d'axe A,
lequel est introduit dans une partie tubulaire creuse du moyen de raccordement
13 mobile
qui peut ainsi coulisser dans la direction axiale A. Ils sont en outre
électriquement et
mécaniquement reliés à un élément de conduction 9 qui entoure et maintient une
chambre
de soufflage disposée dans la direction axiale A. De manière connue, cette
chambre
comprend un volume de soufflage thermique 11A et une buse de soufflage I 1B.
La buse de
soufflage 11B est destinée à souffler un arc électrique entre les contacts de
l'interrupteur à
gaz par expansion thermique du gaz diélectrique contenu dans ce volume de
soufflage
1 I A.
L'élément de conduction 9 fait office de contact principal pour le passage du
courant permanent lorsque le dispositif de coupure 5 est fermé. La liaison
électrique entre
l'élément 9 et une prise de courant 33 est assurée par l'intermédiaire d'un
contact glissant
I7A supporté par la seconde partie 17 des moyens de renvoi 15 au niveau des
moyens de
couplage 22. Cette seconde partie 17 est électriquement conductrice et se
déplace en
translation avec la tige 6 tout en restant en contact électrique par un
contact glissant 28
avec un tube conducteur 31 fixe relié à la prise 33. La première partie 16 des
moyens de
renvoi 15 est quant à elle électriquement isolante pour des raisons expliquées
ci-après.
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11
Le moyen de raccordement 13 dans l'exemple de réalisation représenté est
constitué
d'une douille métallique à symétrie de révolution dans la direction axiale A.
Les différentes
parties constituant cette pièce sont référencées à la figure 2, La douille
comporte une partie
tubulaire creuse 13A qui présente à son extrëmité ouverte un premier
épaulement annulaire
qui constitue les premiers moyens de butée 14. Cette partie creuse 13A
comporte un fond
13C destiné à venir en appui contre le plot cylindrique constituant les second
moyens de
butée 19. La douille comporte aussi une partie cylindrique 13B dans laquelle
est ménagé
un logement annulaire 13D ouvert vers l'interrupteur à vide 10 et destinée à
loger le second
ressort 21. La paroi 13E qui entoure ce logement 13D comporte à son extrémité
un second
épaulement annulaire 13F pour maintenir le premier ressort 20 en butée. Le
ressort 20 est
comprimé en permanence entre cet épaulement 13F et une paroi annulaire 16A qui
constitue une extrémité de la première partie 16. Le diamètre intérieur de
cette paroi 16A
est sensiblement égal au diamètre extérieur de la partie tubulaire 13A de la
douille 13, de
façon à ce que la partie 16 puisse coulisser le long de la douille dans la
direction axiale A.
Suite au déblocage de la tige 6, la première partie 16 des moyens de renvoi 15
se
déplace en translation depuis la position représentée à la figure 1 jusqu'à
celle de la figure
2. Elle pousse dans son mouvement la seconde partie 17, et le contact glissant
17A est
prévu pour se séparer de l'élément de conduction 9 afin que le courant de
défaut passe
exclusivement par les contacts d'arc 3 et 4 dans l'interrupteur à gaz 11.
Comme mentionné
précédemment, la première partie 16 est électriquement isolante ou tout au
moins permet
d'isoler électriquement entre eux le moyen de raccordement 13 et la seconde
partie 17 qui
est conductrice. En effet, si cette partie 16 était entièrement conductrice,
il y aurait
apparition d'arcs électriques entre les parties 16 et 17 après que le contact
glissant 17A soit
dêconnecté de l'élément de conduction 9.
Le mouvement de translation des moyens de renvoi 15 est transmis à la tige 6,
et
par conséquent au contact mobile 4 de l'interrupteur à gaz. La poussée fournie
par la
détente du premier ressort 20 permet d'assister le mécanisme de commande 8
pour la
manceuvre de la tige.
Figure 2, le dispositif est représenté au moment où la paroi annulaire 16A de
la
première partie 16 arnve en butée contre les premiers moyens de butée 14,
après avoir
parcouru la distance D. Le contact mobile 4 a parcouru simultanément la
distance D dans
l'interrupte_ur à gaz, et est sur le point d'être séparés du contact fixe 3. A
cette étape, la
poussée - Fco du premier ressort 20 ne peut plus agir de façon effective sur
le moyen de
raccordement 13 pour maintenir la pression sur le contact 2, et la poussée du
second ressort
21 est libre d'agir sur ce moyen 13 pour sa mise en translation. Le contact
mobile 2 dans
l'interrupteur à vide 10 est alors sur le point d'être séparé du contact fixe
1, simultanément
à la séparation des contacts 3 et 4 dans l'interrupteur à gaz.
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12
Entre les positions représentëes aux figures 2 et 3, le moyen de raccordement
13 est
mis en mouvement par 1_a détente du second ressort 21 qui exerce en permanence
sur ce
moyen 13 une poussée Fm représentée à la figure 3. Cette mise en mouvement
entraîne
d'une part le déplacement du second contact 2 pour ouvrir l'interrupteur à
vide 10, d'autre
part la poursuite du déplacement en translation des moyens de renvoi 15.
Figure 3, Le mouvement du contact 2 est prévu pour être arrêté dès que ce
dernier
est complètement séparé du contact 1 dans l'interrupteur à vide 10. La
séparation complète
est effectuée lorsque le contact mobile 2 est séparé du contact fixe I d'une
distance
d'isolation dans le vide déterminée, par exemple de l'ordre de 15 mm. A cet
effet, le
I0 mouvement du moyen de raccordement 13 est arrêté par les second moyens de
butée 19
qui sont disposés de façon à ce que la course dl parcourue par ce moyen I3
soit égale à la
distance d'isolation correspondant à la séparation complète des contacts 1 et
2. Dans ce qui
suit, on appelle aussi course d'isolation cette course dl.
La poussée F21 du second ressort 21 est prévue suffisante pour dans un premier
temps fournir l'énergie nécessaire au déplacement du contact 2 et des pièces
13 et 16
solidaires en translation, et dans un second temps maintenir les contacts I et
2 ouverts tel
que représenté à la figure 3. Toutefois, cette poussée reste très inférieure
en norme à celle
Fzo du premier ressort 20. En effet, tant que l'interrupteur à vide 10 reste
fermé comme
représenté aux figures 1 et 2, la pression à maintenir sur les contacts 1 et 2
est assez élevée,
par exemple de l'ordre de 2000 N pour un courant de défaut de 40 kA. Les
poussées F2o et
F2r des premier et second ressort sont donc prévues pour présenter une
différence OF=l~2o-
F21 qui reste supérieure à un seuil S déterminé. FZO décroît entre les
instants correspondant
aux figures 1 et 2 alors que F2~ est stable à son maximum, FZO restant
suffisamment élevée
pour satisfaire la condition FZO>Fzl+S.
Dans un mode particulier d'agencement du mécanisme de commande 8 de la tige 6
qui actionne l'ouverture des interrupteurs, ladite tige est entraînée en
translation par le
mécanisme 8 avec une vitesse supérieure à celle qu'acquiert le moyen de
raccordement 13
sous l'effet de la détente du second ressort 21. Le dispositif représenté aux
figures 1 à 4
fonctionne selon ce mode d'agencement. Les parties 16 et I7 des moyens de
renvoi 15 sont
dans ce cas prévues pour se séparer avant que le moyen 13 arrive en butée,
c'est à dire
avant que les contacts 1 et 2 soient complètement séparês à l'instant
correspondant à la
figure 3. Par exemple, la séparation des parties 16 et 17 peut être prévue
pour commencer
juste après celle des contacts 1 et 2, c'est à dire juste après l'instant
correspondant à la
figure 2. Ainsi, seule une première phase du mouvement de translation du
contact 2 est
transmise à la tige 6 par les moyens de renvoi 15. Après cette première phase
qui peut ëtre
très courte, les moyens de renvoi 15 n'exercent donc plus d'action sur la tige
6 pour aider
son mouvement de translation, lequel est alors entièrement assuré par le
mécanisme de
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13
commande 8. Ce fonctionnement permet d'avoir une plus grande vitesse du
contact mobile
4 au moment du soufflage de l'arc entre Ies contacts 3 et 4 dans
l'interrupteur à gaz 11,
Les contacts 1 et 2 sont maintenus ouverts dans l'interrupteur à vide 10,
jusqu'à
l'ouverture complète des contacts 3 et 4 dans l'interrupteur à gaz telle que
représentée à la
figure 4 où ces contacts sont séparés d'une certaine distance d'isolation d2
en fin de course
du contact mobile 4. Cette distance d2 est très supérieure à la course
d'isolation dl
mentionnée pour l'interrupteur à vide, étant donné que d2 est généralement
comprise entre
80 et 200 mm pour la plupart des interrupteurs à gaz de soufflage.
La figure 5 reprësente le schéma de principe d'un dispositif identique à celui
représenté à la figure 1, excepté que les contacts de l'interrupteur à gaz
sont agencés pour
que leur séparation se produise peu de temps avant celle des contacts de
l'interrupteur à
vide. Pour obtenir une telle séparation anticipée des contacts de
l'interrupteur à gaz, il suffit
que la distance de recouvrement de ces contacts soit quelque peu inférieure à
la course D
définie précédemment, quand le dispositif de coupure est fermé. On a donc une
distance de
recouvrement, en d'autres termes une distance de mise en vitesse pour la tige
6, égale à D-s
avec la distance E qui est fonction du décalage temporel souhaité pour cette
séparation
anticipée.
Figure 6, à l'instant où la tige 6 a parcouru la course déterminée D, les
contacts de
l'interrupteur à gaz viennent d'être séparés et sont écartés de la distance ~.
On voit donc que
cette distance s se définit comme l'écartement souhaité pour les contacts de
l'interrupteur à
gaz au moment où ceux de l'interrupteur à vide sont sur le point d'être
séparés,
La figure 7 est une vue partielle agrandie du dispositif de coupure hybride
représenté à la figure 9, en position fermée. Cette vue montre un second mode
de
réalisation d'un dispositif de coupure, dans lequel les contacts 3 et 4 de
l'interrupteur à gaz
11 sont maintenus en appui l'un contre l'autre avec une certaine pression de
contact assurée
par des moyens élastiques pour résister aux efforts électrodynamiques pendant
le passage
du courant.
Des moyens de retardement 18 de la mise en mouvement du contact mobile 4 sont
intercalés entre ce contact et la tige 6 de manoeuvre du dispositif, de façon
à ce que la
séparation des contacts 3 et 4 provoquée par ladite mise en mouvement du
contact 4 ait lieu
précisément à l'instant où Ia tige 6 a parcouru la distance de mise en vitesse
définie
précédemment.
La tige 6 ainsi que les contacts 3 et 4 sont préférablement de forme tubulaire
dans la
direction axiale A, et les contacts 3 et 4 comportent avantageusement chacun à
leur
extrémité un embout respectivement 3A et 4A réalisé en un matériau conducteur
réFractaire. Le contact d'arc 4 comporte aussi des orifices ou ouvertures 4B
pour permettre
l'évacuation des gaz chauds qui sont en surpression à l'intérieur de la
structure tubulaire
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14
dudit contact pendant la coupure d'un courant de défaut par les contacts d'arc
3 et 4. Les
gaz en surpression sont évacués dans l'espace compris entre les moyens de
retardement 18
et la seconde partie 17, puis passent dans l'espace compris entre la tige 6 et
le tube
conducteur 31 par des ouvertures ménagées à cet effet dans la seconde partie
17. Enfin, ces
gaz subissent une dernière détente en passant dans le volume adjacent à la
paroi intérieure
de l'enveloppe 12 par des ouvertures ménagées à cet effet dans le tube
conducteur 31. Bien
entendu, d'autres agencements d'ouvertures paur l'évacuation des gaz en
surpression
peuvent être prévus.
Les moyens de retardement 18 comprennent:
IO - un premier élément tubulaire 25 disposé dans le prolongement axial du
contact 4,
solidairement raccordé à ce dernier et pouvant coulisser à l'intérieur de Ia
tige 6 lors du
déplacement de celle-ci, la distance de mise en vitesse pour la tige 6 étant
définie par la
course autorisée pour ce coulissement,
- des troisièmes moyens de butée 23 fixés à une extrémité de l'élément
tubulaire 25 au
niveau du raccordement avec le contact 4,
- un second élément tubulaire 26 solidairement relié par une extrémité à la
seconde
partie 17 des moyens de renvoi 15, de diamètre supérieur à celui de l'élément
tubulaire
25, pouvant coulisser le long des troisièmes moyens de butée 23 dans la
direction axiale
A lors du déplacement de la tige 6 et comportant à son autre extrémité un
chapeau
annulaire 27 destiné à venir en appui contre les moyens de butée 23,
- un troisième ressort 24 à spires disposé selon la direction axiale A,
intercalé entre les
premier et second éléments tubulaires, en appui d'un côté contre les
troisièmes moyens
de butée 23 et d'un autre côté contre la seconde partie 17 des moyens de
renvoi 15.
Dans l'exemple de réalisation représenté, les moyens de retardement 18 sont
dimensionnés
pour que Ia distance de mise en vitesse soit égale à la course D que peuvent
parcourir les
moyens de renvoi 15 relativement au moyen de raccordement 13, de façon à
obtenir la
séparation simultanée des deux paires de contacts.
Lors de la coupure du courant par Ie dispositif, une fois que le contact
glissant 17A
est déconnecté de l'élément de conduction 9 et avant l'instant de séparation
des contacts 3
et 4, le courant de défaut circule du contact fixe 3 au tube conducteur 31 en
passant par le
contact 4, l'élément tubulaire 25, des contacts glissants 29, une portion de
la seconde partie
17 des moyens de renvoi 15, et enfin les contacts glissants 28.
Pendant Ie mouvement de translation commune des parties I6 et 17 des moyens de
renvoi 15, le contact mobile 4 est maintenu en appui contre le contact fixe 3
avec une
certaine pression de contact grâce à la poussée exercée par le troisième
ressort 24. Lorsque
la distance de mise en vitesse a été parcourue par la tige 6, le chapeau
annulaire 27 arnve
en appui contre les moyens de butée 23. Le ressort 24 n'exerce plus d'action
sur le contact
4 qui est dès lors entraîné en translation avec Ia tige 6 et la seconde partie
17. Ainsi, le
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contact mobile 4 n'est solidaire en translation des pièces 6 et I7 qu'à partir
d'un instant
donné à compter de l'instant de déclenchement du dispositif.
De façon analogue au dispositif représenté à la figure 1, le fonctionnement du
dispositif est ici prévu pour obtenir la séparation des contacts 3 et 4 dans
l'interrupteur à
5 gaz simultanément à celle des contacts 1 et 2 dans l'interrupteur à vide. Il
est toutefois
possible d'avoir une séparation anticipée des contacts de l'interrupteur à
gaz, en agençant
les éléments du dispositif pour que la distance de mise en vitesse soit
inférieure à la
distance D, de façon analogue â l'agencement représenté à la figure 5.
Figure 8, on a représenté schématiquement un mode de réalisation d'un
dispositif de
10 coupure hybride dont le schéma de principe simplifié est représenté à la
figure 1. Les
contacts de l'interrupteur â gaz sont emmanchés l'un dans l'autre avec une
certaine distance
de recouvrement quand le dispositif de coupure est fermé, de même qu'à la
figure 1.
Le volume adjacent à la paroi intérieure de l'enveloppe commune aux deux
interrupteurs est dimensionné pour accueillir une varistance 32 électriquement
reliée en
1 S parallèle aux contacts de l'interrupteur à vide afin de pouvoir limiter la
tension appliquée
sur ledit interrupteur. Ceci permet de répartir de façon adéquate la tension
appliquée sur les
interrupteurs respectivement à vide et à gaz lors de l'ouverture du dispositif
de coupure. La
répartition de la tension peut aussi être ajustée à l'aide d'au moins une
capacité montée en
parallèle au dispositif de coupure ou en parallèle à l'un des deux
interrupteurs.
Dans le cas d'un appareil à isolement dans l'air tel que représenté oû les
dispositifs
de coupure en série peuvent être logés dans une enveloppe isolante verticale,
il peut être
avantageux de disposer l'interrupteur à vide dans la partie de l'enveloppe la
plus éloignée
du sol. Ceci permet d'obtenir une répartition de tension naturelle qui donne
une tension sur
le dispositif de coupure à gaz supérieure celle appliquée sur l'interrupteur à
vide. Par
ailleurs, la relative compacité de dispositifs hybrides tels que ceux
représentés dans Ia
présente peut permettre d'utiliser une enveloppe isolante existante prévue
pour un
interrupteur à gaz non hybride.
La liaison électrique entre la varistance 32 et le contact mobile de
l'interrupteur à
vide est assurée par l'intermédiaire du soufflet métallique d'étanchéité de
cet interrupteur.
La liaison électrique entre le moyen de raccordement 13 et le plot conducteur
formant les
second moyens de butée 19 est assurée par des contacts glissants. Des orifices
ou
ouvertures sont prévus au niveau du raccordement entre ce plot et l'élément de
conduction
9 qui entoure la chambre de soufflage de l'interrupteur à gaz, pour permettre
l'évacuation
des gaz chauds comme expliqué dans le commentaire de la figure 7. De telles
ouvertures
sont aussi ménagées dans les première et seconde parties I6 et I7 des moyens
de renvoi
I5, ainsi que dans le tube conducteur dans lequel cette seconde partie peut
coulisser.
Des tirants électriquement isolants 30 participent au maintien mécanique de
l'interrupteur à gaz dans l'enveloppe du dispositif de coupure. Ces tirants
sont fixés par une
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16
extrémité sur la face de l'interrupteur à vide qui est traversée par la tige
portant le contact
mobile. Ils sont rigidement liés par leur autre extrémité à l'élément de
conduction 9 et
permettent ainsi de maintenir fixe le troisième contact dans l'interrupteur à
gaz.
La tige 6 de manexuvre du dispositif est rigidement liée au contact mobile 4
ainsi
qu'à la seconde partie 17 des moyens de renvoi 15. Les trois éléments 6, 4 et
17 sont donc
en permanence solidaires en translation dans ce mode de réalisation.
La figure 9 est une représentation schématique d'un autre mode de réalisation
d'un
dispositif de coupure hybride en position fermée, dans lequel les contacts de
l'interrupteur
à gaz sont disposés bout à bout. De nombreux éléments sont identiques à ceux
utilisés pour
le mode de réalisation représenté à la figure 8. Toutefois, la structure
différente des
contacts de l'interrupteur à gaz implique que l'entraînement du contact mobile
de cet
interrupteur ne peut être réalisé de façon aussi directe que pour le mode de
réalisation où
ces contacts sont emmanchës. Afin de respecter la séquence souhaitée
d'ouverture des
interrupteurs, des moyens de retardement 18 tels que détaillés à la figure 7
sont prévus
pour retarder la mise en mouvement dudit contact mobile. Ces moyens permettent
à la tige
6 de parcourir la distance de mise en vitesse comme expliqué précédemment, et
permettent
donc au contact mobile 4 d'être entraîné par la tige 6 avec une vitesse
importante au
commencement de la séparation des contacts de l'interrupteur à vide, de même
que dans le
mode de réalisation à contacts emmanchés.
Figure 10, les éléments du dispositif de coupure hybride reprêsenté sont
identiques
à ceux de la figure 9, à l'exception de Ia varistance qui a été retirée et de
l'enveloppe
isolante dont le diamètre a été diminuë en conséquence.
La figure 11 montre le dispositif de la figure 10 à un instant correspondant à
l'étape
de la figure 2.
Les dispositifs dëcrits précédemment aux figures 1 à 11 ne permettent pas
toutefois
d'obtenir un soufflage d'arc qui soit efficace en toutes circonstances dans
l'interrupteur à
gaz. En particulier, dans le cas où le courant à couper n'est pas assez grand
pour générer un
effet thermique suffisant à l'obtention de la surpression nécessaire dans le
volume de
soufflage thermique, l'adjonction d'un volume de soufflage pneumatique
d'appoint peut
permettre d'obtenir une surpression suffisante pour un soufflage d'arc
efficace, comme
connu pour les disjoncteurs haute tension conventionnels. Il est à noter que
dans un
dispositif de coupure hybride, le besoin en soufflage est plus faible que dans
un dispositif
de coupure classique car l'interrupteur à vide contribue à la tenue de la
tension de
rétablissement.
Figure I2, un dispositif de coupure hybride haute tension incorpore un volume
I 1C
de soufflage pneumatique d'appoint en complément du volume 11A de soufflage
thermique, dans une réalisation pour laquelle ce volume de soufflage thermique
est
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17
immobile. Un grand nombre de parties du dispositif sont communes avec le
dispositif
4.
représenté à la figure 9, et en particulier les contacts de l'interrupteur à
gaz sont disposés
bout à bout en position fermée. Les principales modifications à apporter au
dispositif de la
figure 9 pour l'adjonction du volume de soufflage pneumatique d'appoint
portent sur la
paroi conductrice 9' qui forme le fond du volume 11A de soufflage thermique
ainsi que sur
la première partie 16 des moyens de renvoi de mouvement du dispositif.
Dans ce qui suit, on appelle aussi volume de compression le volume de
soufflage
pneumatique d'appoint, étant donné que l'assistance au soufflage thermique
résulte de la
compression du gaz dans ce volume supplémentaire.
Comme connu de l'êtat de la technique, le volume de soufflage thermique et le
volume de compression peuvent communiquer par des clapets par exemple à
billes. Ceci
permet le passage des gaz depuis le volume de compression vers le volume de
soufflage
thermique tout d'abord pendant une première phase de la compression, et
ensuite pendant
la phâse finale de la compression au cas où la surpression gênérée par l'effet
thermique seul
est insuffisante pour le soufflage de l'arc. Cette insuffisance est alors
compensée par un
apport de gaz comprimé vers le volume de soufflage thermique. Inversement,
dans le cas
où Ia surpression générée par l'effet thermique seul dans le volume 11A est
suffisante et
supérieure à la surpression obtenue par compression pneumatique dans le volume
11C, il
est avantageux de ne pas laisser le gaz s'échapper du volume I 1A vers le
volume 11C afin
de ne pas diminuer l'effet du soufflage thermique. De plus, dans une
réalisation d'un
dispositif de coupure hybride telle que représentée sur la figure I2, et en
cas de forts
courants à couper, il est nécessaire d'empêcher que la surpression dans le
volume de
compression 11C puisse atteindre des valeurs excessives qui tendraient à
ralentir ou à
bloquer l'action du second ressort 21 pour ouvrir les contacts de
l'intexrupteur à vide. A cet
effet, des clapets 35 sont ménagés dans la paroi 9' du volume IlA pour assurer
les
fonctions souhaitées de passage unidirectionnel des gaz ou d'isolation des
deux volumes de
soufflage en fonction de la coupure des courants respectivement faibles ou
forts.
D'autre part, à la fin d'une opération de refermeture du dispositif de coupure
hybride, il est nécessaire de ne pas créer une dëpression dans le volume de
soufflage
pneumatique 11C, ceci afin de pouvoir assurer correctement la compression du
gaz si le
dispositif doit à nouveau s'ouvrir. A cet effet, il est avantageux de ménager
au moins un
clapet 36 par exemple à bille dans le fond du volume de compression, ce fond
étant formé
par une paroi annulaire 16A qui constitue une extrémité de Ia première partie
I6 des
moyens de renvoi de mouvement du dispositif.
Enfin, le volume de compression 11C doit être étanche vis à vis du gaz de
l'enveloppe du dispositif pendant la compression, de façon à ce que le gaz
diélectrique sous
pression soit canalisé uniquement vers Ies contacts de l'interrupteur à gaz
pour Ie soufflage.
Pour assurer l'étanchéitê de ce volume, il est possible d'augmenter le
diamètre de la paroi
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18
annulaire 9' du volume 11A par rapport à la réalisation du dispositif de la
figure 9 afin de
réaliser une zone de contact étanche 37 entre cette paroi annulaire 9' et la
paroi intérieure
cylindrique de la première partie 16 des moyens de renvoi.
Le volume de compression 11C peut être vu comme la somme de deux volumes
partiels adjacents Vc, et Vc~. La longueur du volume Vcl dans la direction
longitudinale
correspond à la course D mentionnée sur le schéma de principe de la figure 1,
ce qui
signifie que Ie volume de compression 11C sera réduit au volume Vc2 lorsque la
première
partie 16 des moyens de renvoi aura parcouru cette course D à un instant qui
correspondra
au commencement de la séparation des contacts de l'interrupteur à gaz.
Ensuite, le volume
11C continuera à être comprimé pendant l'ouverture des contacts de
l'interrupteur à vide
sous l'action du second ressort 21, puisque la première partie 16 des moyens
de renvoi sera
alors solidaire en mouvement du contact mobile de l'interrupteur à vide et
continuera à se
rapprocher de la paroi annulaire 9'.
Dans la réalisation précédente pour laquelle le volume de soufflage thermique
est
1 S immobile dans le dispositif de coupure, la course de compression dans le
volume de
soufflage pneumatique est au plus égale à la somme des distances D et dl
définies
précédemment. Ainsi, le volume de compression est nécessairement limité dans
la
direction longitudinale- Pour obtenir un soufflage pneumatique d'appoint
important, il est
alors nécessaire d'augmenter les dimensions radiales du volume de compression,
et donc
notamment d'augmenter les diamètres des parois annulaires 9' et 16A qui
délimitent ce
volume. Il en résulte une augmentation de l'encombrement radial du dispositif
de coupure.
Pour les applications de la moyenne tension (infêrieure à 72,SkV) et en
particulier
celles où l'isolation entre la chambre de coupure et l'environnement extérieur
est réalisée
par une enveloppe métallique, il est en général possible d'avoir
l'encombrement radial
nécessaire au dispositif. En revanche, un tel encombrement radial peut poser
des problèmes
pour les applications où l'isolation de la chambre de coupure est réalisée par
une enveloppe
en porcelaine.
Figure 13, une réalisation particulière d'un dispositif de coupure hybride à
soufflage
pneumatique est représentée schématiquement. Ce mode de réalisation diffère
notablement
des précédents du fait que les volumes de soufflage thermique 40A et
pneumatique 40C de
l'interrupteur à gaz 40 sont mobiles avec la tige de manoeuvre 6 du
dispositif.
Le dispositif de coupure hybride est représentê en position fermée. Les
contacts de
l'interrupteur à vide 10 sont en appui l'un contre l'autre, et les contacts de
l'interrupteur à
gaz sont emmanchés l'un dans l'autre. Le dispositif présente un certain nombre
de
similitudes avec celui représenté à la figure 8. En particulier,
l'interrupteur à vide 10, .le
moyen de raccordement 13, ainsi que les premier et second moyens élastiques
peuvent être
identiques dans les deux réalisations.
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19
Figure 13a, une partie du dispositif de la figure 19 centrée sur
l'interrupteur à gaz
40 est représentée en agrandissement. De même que pour le dispositif de la
figure 8, les
moyens de renvoi de mouvement 15 comprennent deux parties 16 et 17 qui sont
aptes à
être déplacées ensemble en appui l'une contre l'autre et aptes à être
dissociées après le
commencement de l'ouverture de l'interrupteur à vide. La seconde partie 17 est
solidaire en
translation avec la tige de manoeuvre 6, du fait que cette partie 17 est fixée
à la périphérie
d'une paroi 40D approximativement tubulaire cylindrique qui réalise la
séparation entre les
deux volumes de soufflage 40A et 40C et le gaz contenu dans l'enveloppe du
dispositif.
Cette paroi 40D est en effet reliée fixement à la tige de manoeuvre par
l'intermédiaire d'une
paroi annulaire 39 qui sépare les deux volumes de soufflage.
Le volume de soufflage thermique 40A est délimité à une extrémité par une buse
de
soufflage 40B fixée à une extrémité de la paroi 40D, cette buse étant ainsi
solidaire en en
translation avec 1a tige de manoeuvre 6. Un contact de courant permanent 44
entoure
l'extrémité de la paroi 40D et participe au maintien longitudinal de la buse
contre la paroi,
ce contact étant donc mobile avec Ia tige et la buse. La paroi 40D est
conductrice et permet
le passage du courant permanent depuis le contact 44 jusqu'â un élément
conducteur
tubulaire 45 qui est fixe et est électriquement relié à une prise de courant
33 du dispositif
de coupure, cette paroi 40D pouvant coulisser de façon étanche le long de
l'élément
conducteur tubulaire 45 tout en restant électriquement en contact avec ce
dernier. Le
contact mobile de courant permanent 44 prêsente une portion tubulaire qui est
introduite
dans un contact fixe de courant permanent 43, lequel est de forme tubulaire et
est
électriquement relié au moyen de raccordement 13. La distance de recouvrement
des
contacts de courant permanent 43 et 44 est bien entendu prévue inférieure à la
distance de
recouvrement D des contacts d'arc 3 et 4 de l'interrupteur à gaz 40, afin que
ces contacts de
courant permanent puissent être séparês avant que les contacts d'arc ne soient
séparés à leur
tour lors d'une interruption de courant, comme ceci est représenté sur la
figure 14.
L'élément conducteur fixe 45 assure le maintien d'un élément d'étanchéité 41
qui a
une fonction de piston fixe pour le volume de compression 40C, et qui est apte
à isoler ce
volume de compression du volume adjacent 42 délimité par la tige 6 et
l'élément tubulaire
45. Cet élément d'étanchéité 41 est ici muni d'un clapet 41A destiné à
permettre le passage
de gaz diélectrique depuis le volume 42 vers le volume de compression 40C lors
d'une
opération de refermeture du dispositif de coupure hybride, évitant ainsi de
créer une
dépression dans ce volume.
La paroi annulaire 39 qui sépare les deux volumes de soufflage 40A et 40C
possède
des ouvertures 38 destinées à permettre le passage des gaz comprimés depuis le
volume de
compression 40C vers le volume de soufflage thermique 40A. Dans la réalisation
représentée sur la figure, ces ouvertures 38 sont de simples passages non
munis de clapets,
ce qui s'avère satisfaisant dans un certain nombre d'applications. Par
exemple, cette
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réalisation est efficace lorsque le soufflage qui est effectué par compression
pneumatique
pour couper les petits courants avec des durées d'arc courtes n'a besoin que
d'un
relativement petit complément de soufflage par effet thermique lorsqu'il
s'agit de couper
les grands courants.
S En variante non représentée sur la figure, les ouvertures 38 peuvent aussi
comporter
des clapets, comme connu de l'état de la technique et notamment du brevet
FR2751782. En
outre, l'élément d'étanchéitë 41 peut être muni d'un clapet destiné à limiter
la surpression
dans le volume de compression en autorisant le passage des gaz en surpression
vers le
volume 42.
10 Figure 14, le dispositif de coupure hybride des figures 13 et 13a est
représenté à une
étape intermédiaire de son ouverture, correspondant approximativement à
l'instant où les
contacts 3 et 4 de l'interrupteur à gaz se séparent c'est à dire lorsque le
contact mobile 4 qui
est solidaire en mouvement de la tige de manoeuvre a parcouru la distance de
recouvrement
D. A cet instant, la paroi annulaire 39 qui sépare les deux volumes de
soufflage s'est
1S déplacée de la même distance D vers le piston fixe du volume de compression
40C, ce qui
permet à du gaz diélectrique comprimé de passer dans le volume de soufflage
thermique
comme représenté par une flèche sur Ia figure.
Ainsi, après la séparation des contacts d'arc de l'interrupteur à gaz, le
soufflage de
l'arc est en partie effectué grâce à la compression pneumatique. On peut noter
que cette
20 compression est effectuée durant la totalité de la course de la tige de
manoeuvre, à la
différence des réalisations précédentes ot1 le volume de soufflage thermique
est immobile
dans le dispositif. Un dispositif de coupure hybride qui comporte un volume de
soufflage
thermique mobile présente donc l'avantage de pouvoir couper des courants avec
des durées
d'arc en principe plus longues en comparaison avec un dispositif à volume
thermique
immobile tel que représenté à la figure 12. Par ailleurs, la dimension
longitudinale du
volume de compression 40C n'est pas limitée par la course morte D comme
précédemment,
ce qui permet d'obtenir un volume de compression satisfaisant sans pour autant
devoir
augmenter la dimension radiale de ce volume. Les dispositifs à volume
thermique mobile
sont donc bien adaptés aux applications où l'isolation de la chambre de
coupure est réalisée
par une enveloppe en porcelaine, et en général aux applications en haute
tension supérieure
à environ 100kV.
Figure 14', un dispositif de coupure hybride est représenté dans un mode de
réalisation proche de celui représenté sur la figure 14 tout en êtant
relativement plus
complexe. En effet, bien que la plupart des éléments de ce dispositif sont
communs avec le
dispositif précédent, quelques modifications et éléments supplëmentaires ont
ëté apportés.
En particulier, les premiers moyens élastiques comprennent en plus du premier
ressort 20
un autre ressort 42, ces deux ressorts étant disposés de part et d'autre des
moyens de renvoi
de mouvement 1S'. Le ressort 42 est intercalé entre la seconde partie 17' des
moyens de
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21
renvoi de mouvement 1S' et l'enveloppe tubulaire du volume de compression 40C.
Les
deux ressorts 20 et 42 coopèrent pour que la tige de manoeuvre 6 puisse être
déplacée de la
course moule D tout en maintenant une certaine pression entre les contacts de
l'interrupteur
à vide. Toutefois, seul le premier ressort 20 assure la fonction de maintien
de cette
S pression, du fait qu'un tirant fixe 46 muni d'une butée d'extrémité permet
le blocage en
translation de la seconde partie 17' pour empêcher que la force F4z appliquée
par le ressort
42 ne s'ajoute à la force FZO appliquée par le premier ressort 20.
La course Dl que peut parcourir la première partie 16 des moyens de renvoi de
mouvement 1S' sous l'action du premier ressort 20 est notablement réduite par
rapport aux
réalisations précédentes. Ainsi, la force FZO appliquée par ce ressort varie
moins pendant
une opération d'ouverture ou de fermeture du dispositif de coupure hybride, ce
qui permet
de limiter les efforts appliqués sur l'interrupteur à vide lors de l'ouverture
et de la
fermeture de ses contacts. Les premiers moyens élastiques étant destinés à
permettre le
déplacement de la tige de manoeuvre 6 d'une course morte D, il est nécessaire
que le ressort
1S 42 puisse entraîner la tige sur une certaine course inférieure ou égale à
la distance D2
représentée sur la figure, avant que le premier ressort 20 n'entraîne cette
tige sur la course
D 1 par l'intermédiaire des moyens de renvoi de mouvement 15'. La somme des
deux
courses D1 et D2 doit être égale à la course morte D s'il est souhaité une
séparation
simultanée des contacts des interrupteurs respectivement à gaz et à vide. De
plus, il est
nécessaire que la force F42 soit supérieure à force Fzo au moins dans la
position de
fermeture représentëe, afin de permettre que la premiêre partie 16 des moyens
de renvoi de
mouvement 15' n'ait parcouru Ia distance D1 seulement après que la seconde
partie 17' des
moyens de renvoi de mouvement 1S' soit rendue solidaire en mouvement de la
tige de
manoeuvre.Il est possible d'agencer le dispositif de cette figure 14' pour
avoir une distance
Dl relativement petite devant la distance D2, ce qui permet de limiter la
course de la
première partie 16 des moyens de renvoi de mouvement 1S'. Ceci procure un
rebond
relativement limitê de cette partie 16 lorsqu'elle arnve en butée contre
l'épaulement 14 qui
est solidaire du moyen de raccordement 13, et permet de limiter ainsi Ie
risque de
rëamorçage diélectrique dans l'interrupteur â vide. Toutefois, même avec cette
solution, iI
est difficile d'éviter complètement un rebond de Ia partie 16, et il peut
s'avérer utile de
modifier le dispositif pour y effectuer une amélioration selon la présente
invention telle
que présentée dans la description en référence aux figures 17 et 18. En
particulier, il est
possible de remplacer Ia première partie 16 ainsi que notamment les pièces
situées à sa
gauche sur la figure 14' par une partie du dispositif de la figure 17. En
effet, sur la figure
17, 1a partie du dispositif située â gauche de la partie 16 est agencée pour
empêcher un
rebond du contact mobile de l'interrupteur à vide lorsque cette partie 16 a
parcouru sa
course morte D.
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22
Figure 15, un mode de réalisation d'un dispositif de coupure hybride selon
l'invention est représenté schématiquement. Cette réalisation est
fonctionnellement
équivalente au dispositif représenté sur la figure 12, du fait que les volumes
de soufflage
respectivement thermique 11A et pneumatique 11C sont fixes. Elle comporte par
rapport
au dispositif de la figure 12 une amélioration qui permet d'empêcher tout
mouvement de
rebondissement du contact mobile de l'intemzpteur à vide, afin d'éviter un
réamorçage
diélectrique dans cet interrupteur.
De même que dans le dispositif représenté sur la figure 12, des moyens de
liaison à
course morte sont agencés pour permettre un déplacement de la tige 6 qui porte
1e contact
mobile 4 de l'interrupteur à gaz, alors que l'interrupteur à vide est maintenu
fermé pendant
ce déplacement correspondant à une course morte D. IIs comprennent notamment
des
moyens de renvoi de mouvement 15 qui coopèrent avec un premier ressort 20 apte
à agir
sur un moyen de raccordement pour maintenir l'inten-upteur à vide fermé. Mais
à la
différence du dispositif de la figure 12, las moyens de liaison à course morte
sont ici aptes
à acquérir un mouvement de translation qui est indépendant du mouvement acquis
simultanément par le moyen de raccordement 13'.
En effet, dans les réalisations de dispositifs de coupure hybride tels que
représentés
aux figures 8 à 14 ainsi que 14', la première partie 16 des moyens de renvoi
de mouvement
devient solidaire en mouvement du moyen de raccordement 13 une fois la course
morte D
ou D1 parcourue par cette partie 16. Ces réalisations ne sont pas complètement
satisfaisantes car en fin de course morte, la partie 16 peut rebondir contre
les premiers
moyens de butée 14 qui sont solidaires du moyen de raccordement 13, entraînant
ainsi un
rebondissement de cette pièce 13. Etant donné que le moyen de raccordement 13
est
nécessairement solidaire en mouvement du contact mobile de l'interrupteur à
vide, le
rebondissement de la pièce 13 implique un rebondissement analogue de ce
contact mobile
par rapport au contact fixe. Ceci n'est pas acceptable, car la distance entre
les contacts de
l'interrupteur à vide se voit alors sensiblement réduite dans la phase
correspondant au début
du processus de sëparation de ces contacts, ce qui est susceptible de
provoquer un
réamorçage diélectrique dans cet interrupteur.
Comme visible sur la figure 15, les moyens de liaison à course morte
comprennent
des premiers moyens de butée 14' sur lesquels s'appuient le premier ressort 20
pour exercer
une force sur le moyen de raccordement 13'. Ces premiers moyens de butée 14'
comprennent au moins une tige 14'A qui est solidaire en mouvement de la
première partie
16 des moyens de renvoi de mouvement 15 et qui comporte à une extrémité une
tête 14'B.
3S Une seule tige 14'A est représentée sur la figure par souci de clarté, mais
il est entendu que
plusieurs tiges similaires peuvent être fïxées à la première partie 16, par
exemple disposées
équidistantes entre elles le long d'un cercle centré sur l'axe longitudinal A
du dispositif.
Chaque tige possède alors la même longueur que la tige unique représentée, et
comporte à
CA 02430148 2003-06-02
23
une extrémité une tête 14'B similaire. Dans une réalisation équivalente, une
tige 14'A peut
aussi être constituée d'une portion angulaire d'un élément tubulaire dont
l'axe coïncide avec
l'axe A du dispositif, et une tête I4'B pourra alors avoir la forme d'une
portion angulaire
d'un élément annulaire centré sur cet axe A.
Les premiers moyens de butée 14' comprennent en outre un premier élément
tubulaire d'appui 14'C qui est apte à être déplacé dans la direction axiale
longitudinale A le
long d'un élément de support fixe 50 qu'il entoure. Dans la réalisation
montrée sur la
figure, l'élément de support fixe 50 est constitué d'une première partie 50A
qui porte le
contact d'arc fixe 3 de l'interrupteur à gaz et d'une seconde partie 50B gui
est maintenue
fixe par l'intermédiaire d'un tirant isolant 30' fixé à une extrémité du
dispositif. La seconde
partie SOB maintient en place la première partie 50A grâce à des moyens de
fixation 51
disposés selon l'axe A du dispositif, et est ainsi électriquement en contact
avec cette
dernière.
Le premier élément tubulaire d'appui 14'C comporte une partie annulaire qui
est
I5 traversée par la ou les tiges 14'A, de sorte que chaque tige I4'A est apte
à coulisser au
travers de cet élément I4'C. Chaque tête I4'B d'une tige est apte à venir
appuyer en butée
contre cette partie annulaire une fois la course morte D parcourue par chaque
tige
solidairement avec la première partie 16.
Le premier ressort 20 est disposé en compression entre la partie annulaire du
premier élêment tubulaire 14'C et la première partie 16 des moyens de renvoi
de
mouvement 15. Pendant la détente du ressort 20 qui provoque le parcours de la
course
morte D, le premier élément tubulaire 14'C reste en appui contre le moyen de
raccordement
13' qui est solidaire en mouvement du contact mobile de l'interrupteur à vide,
ce qui permet
de maintenir l'interrupteur à vide fermé. Une fois la course morte D parcourue
par les
moyens de renvoi de mouvement 1S ainsi que par la ou les tiges 14'A, la
détente du ressort
20 est brusquement interrompue du fait que chaque tête 14'B d'une tige vient
en butée
contre le premier élément tubulaire d'appui 14'C, cet état étant désigné comme
la nuise en
butée des premiers moyens de butée 14' dans ce qui suit. Le premier élément
tubulaire
d'appui I4'C devient alors solidaire en mouvement de la première partie 16 des
moyens de
renvoi de mouvement 15, et de ce fait les premiers moyens de butée 14' cessent
d'exercer
toute force sur le moyen de raccordement 13', autorisant ainsi la mise en
mouvement du
contact mobile de l'interrupteur à vide sous l'action d'un second ressort 21.
Le mouvement
acquis par ces premiers moyens de butée 14' avec la première partie 16 est par
conséquent
indépendant du mouvement du moyen de raccordement 13', ce qui présente
l'avantage par
rapport aux réalisations précédemment montrées de pouvoir ajuster la vitesse
de
dêplacement imposée au contact mobile de l'interrupteur à vide en jouant
uniquement sur
les caractéristiques du second ressort sans tenir compte de la masse ou de la
vitesse que
possède cette première partie 16.
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24
Avantageusement, la distance dl+g autorisée pour le déplacement du premier
élément tubulaire d'appui 14'C le long de l'élément de support fixe 50 excède
d'un certain
jeu référencé g, aussi appelé jeu de désolidarisation, la distance de
séparation d~ des
contacts de l'interrupteur à vide. Il convient de rappeler que cette distance
d1 est aussi la
distance autorisée pour le déplacement du moyen de raccordement 13', et que
par
conséquent le jeu de désolidarisation g correspond à la distance qui sépare le
premier
élément tubulaire d'appui 14'C de ce moyen de raccordement 13' en fin
d'ouverture de
l'interrupteur à vide ainsi que représenté sur la figure 16. Un épaulement
annulaire 52 est
ménagé sur la première partie 50A de l'élément de support fixe 50 afin de
former une butée
fixe de fin de parcours pour arrêter le déplacement du premier élément 14'C et
donc arrêter
le déplacement des premiers moyens de butée 14' ainsi que celui de la première
partie 16
des moyens de renvoi de mouvement 15 peu de temps aprês la mise en butée de
ces
premiers moyens de butée 14'.
Le moyen de raccordement 13' comprend une partie principale 13'A fixée au
contact mobile de l'interrupteur à vide, constituée d'un plot cylindrique de
même axe que
l'axe A du dispositif et muni à une extrémité d'un épaulement annulaire en
regard de
l'interrupteur à vide. L'autre extrémité de ce plot cylindrique peut coulisser
dans une cavité
cylindrique de même diamètre ménagée dans la seconde partie 50B de l'élément
de support
fixe 50, tout en assurant le raccordement électrique entre le contact mobile
de l'interrupteur
à vide et le contact fixe 3 de l'interrupteur à gaz qui est porté par la
première partie 50A de
l'élément de support fixe 50. Cette seconde partie 50B est munie de second
moyens de
butée 19' contre lesquels vient buter l'épaulement annulaire de la partie
principale 13'A du
moyen de raccordement 13', au moment où ce dernier a parcouru la course
d'isolation dl
solidairement avec le contact mobile de l'interrupteur à vide.
A cet épaulement annulaire de la partie principale 13'A est fixé un tirant
13'B qui
relie solidairement cette partie 13'A à un second élément tubulaire d'appui
13'C qui
constitue une partie secondaire du moyen de raccordement I3'. Ce second
élément
tubulaire 13'C entoure l'élëment de support fixe 50 et est apte à être déplacé
le long de ce
dernier dans la direction axiale A. Il a pour première fonction de permettre
de transmettre
au moyen de raccordement 13' la force exercée par le premier ressort 20 pour
maintenir les
contacts de l'interrupteur à vide fermés avec une certaine pression de
contact. Dans cette
situation, il est en effet en appui contre le premier élément tubulaire
d'appui 14'C des
premiers moyens de butée 14'. D'autre part, il permet de loger le second
ressort 21 entre sa
surface cylindrique interne et la surface cylindrique externe de la seconde
partie 50B de
l'élément de support fixe 50, et comporte à son extrémité en regard des
premiers moyens de
butée 14' un épaulement annulaire servant à maintenir en compression le second
ressort 21.
Ainsi, la poussée exercée sur cet épaulement annulaire par le second ressort
21 lors de sa
détente permet le déplacement de l'ensemble du moyen de raccordement 13'.
_._. ___. N.
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De même que pour le dispositif de coupure hybride haute tension représenté sur
la
figure 12, le dispositif de Ia figure 15 incorpore un volume 11C de soufflage
pneumatique
d'appoint en complément du volume 11A de soufflage thermique, dans une
réalisation pour
laquelle ce volume de soufflage thermique est immobile.
5 Figure 16, le dispositif de la figure 15 est représenté à la fin d'un
processus
d'inteznzption de courant. Ce processus a débuté par le déblocage de la tige
de manoeuvre
de l'interrupteur à gaz, ce qui a permis la mise en vitesse du contact mobile
de l'interrupteur
à gaz grâce notamment à la poussée exercée par le premier ressort 20 sur les
moyens de
renvoi de mouvement 15 dont la seconde partie 17 est solidaire en mouvement de
la tige de
IO manoeuvre. Cette poussée du premier ressort a été exercée pendant tout le
parcours de la
course morte D par chaque tige I4'A des premiers moyens de butêe 14'
solidairement avec
1a première partie 16 des moyens de renvoi de mouvement 15. Dès que la course
morte D a
été parcourue, la détente du premier ressort 20 a été interrompue par la mise
en butée des
premiers moyens de butëe 14', et le mouvement de la seconde partie 17 est
devenu
15 indépendant de celui de la première partie 16 des moyens de renvoi de
mouvement 15.
Ensuite, cette première partie 16 a parcouru librement une distance
supplêmentaire
dl+g solidairement avec les premiers moyens de butée I4', du faït
principalement de
l'énergie cinétique acquise précédemment par cet ensemble mobile. Le parcours
supplémentaire de cet ensemble est interrompu par Ia butée fixe formée par
l'épaulement
20 annulaire 52, ainsi que mentionné précédemment, à une position
longitudinale pour
laquelle le volume 11C de soufflage pneumatique d'appoint est réduit à son
minimum. De
même que pour la réalisation représentée sur Ia figure I2, le piston du volume
de soufflage
pneumatique est formé par une paroi annulaire de Ia première partie 16 des
moyens de
renvoi de mouvement 15. On peut remarquer que Ia compression dans le volume
11C
25 pezmet de ralentir la vitesse de l'ensemble mobile des premiers moyens de
butée 14' avant
que ceux-ci soient arrêtés par la butée fixe que forme l'épaulement annulaire
52.
Une telle butée fixe 52 n'est pas indispensable, et on peut envisager une
réalisation
légèrement différente dans laquelle le piston formé par la paroi annulaire de
la première
partie 16 arrive en butée contre la paroi de séparation des deux volumes de
soufflage 11A
et 11C une fois que le parcours supplémentaire dz+g de l'ensemble mobile en
question a été
effectué.
Cette figure 16 représente la fin de l'ouverture du dispositif de coupure
hybride, ce
qui correspond à un instant postérieur â l'étape décrite ci dessus où Ie
parcours des
premiers moyens de butée 14' est interrompu. Le mouvement du contact mobile de
l'interrupteur à gaz s'est poursuivi après cette étape, solidairement avec la
tige de
manoeuvre 6 et la seconde partie 17 des moyens de renvoi de mouvement 15,
jusqu'à ce
qu'une distance d'isolation suffisante soit atteinte pour les contacts d'arc
de l'intezrupteur à
gaz après que l'arc entre ces contacts ait été soufflé.
_ .. , . ~..~a,~ .. .
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Le contact mobile de l'interrupteur à vide a parcouru la distance de
séparation d1
solidairement avec le moyen de raccordement 13', ce dernier étant maintenu
appuyé en
butée contre l'élément de support fixe 50 grâce à la force exercée par le
second ressort 21
en compression.
Il est entendu que l'amélioration selon l'invention, qui permet de procurer
aux
moyens de liaison à course morte un mouvement de translation indépendant de
celui du
moyen de raccordement, peut aussi être mise en oeuvre sur des dispositifs de
coupure
hybride qui n'incorporent pas de volume de soufflage pneumatique d'appoint
comme par
exemple les dispositifs représentés aux figures 8 et 9.
Sur la figure 17 est représenté schématiquement un mode de réalisation d'un
dispositif de coupure hybride qui est fonctionnellement équivalent au
dispositif représenté
sur la figure 13, et qui comporte une-améIioration selon l'invention
permettant d'empêcher
tout rebondissement du contact mobile de l'interrupteur à vide.
De même que pour le dispositif de la figure 13, l'interrupteur à gaz 40
comporte des
volumes de soufflage thermique 40A et pneumatique 40C qui sont mobiles avec la
tige de
manoeuvre 6 du dispositif. Le piston fixe du volume de soufflage pneumatique
40C n'est
pas représenté sur la figure, mais un piston tel que l'élément d'étanchéité 41
du dispositif de
la figure I3 peut parfaitement convenir. En dehors des parties qui sont
solidaires en
mouvement de la tige de manoeuvre, l'essentiel des éléments du dispositif de
coupure
hybride représenté aux figures 17 et 18 est identique aux éléments du
dispositif des figures
1S et 16. On peut donc se reporter aux commentaires de ces figures 15 et 16
pour la
compréhension du fonctionnement de ce dispositif.
A la différence de la réalisation de la figure 15, le parcours supplémentaire
dl+g de
l'ensemble mobile qui comprend les premiers moyens de butée 14' ainsi que la
première
partie 16 des moyens de renvoi de mouvement n'est pas ici interrompu par
l'épaulement
annulaire 52, mais par un autre épaulement annulaire 53 qui forme une butée
fixe à
l'extrémité de l'élément de support fixe 50. Cette butée fixe 53 est en effet
dimensionnée
pour arrêter le mouvement de translation de la première partie 16 à la fin du
parcours
supplémentaire de l'ensemble mobile, sachant que ce mouvement n'est pas ici
freiné par la
compression dans le volume de soufflage pneumatique.
Figure 18, le dispositif de la figure 17 est représenté en fin d'ouverture des
contacts
de l'interrupteur à gaz. Pour la compréhension des étapes du fonctionnement
des moyens
de déplacement qui sont reliés an moyen de raccordement 13' et à la tige de
manoeuvre 6
du dispositif, on pourra se reporter à l'identique aux commentaires de la
figure 16.
On peut noter pour cette réalisation qu'il est avantageux que l'épaulement
annulaire
52 soit positionné de façon à ne laisser qu'un très faible jeu avec le premier
élément
tubulaire d'appui 14'C une fois le parcours supplémentaire dl+g effectué par
les premiers
moyens de butée 14', ceci permettant d'éviter que cet élément 14'C ne continue
son
. , .~......~..,~,.~a...
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27
mouvement de translation en comprimant le premier ressort 20 du fait de son
énergie
cinétique.
Le jeu de désolidarisation g permet notamment de tolérer de légers rebonds des
premiers moyens de butée 14' solidairement avec la première partie 16 à la fin
du parcours
supplémentaire dl+g de cet ensemble mobile. En effet, de tels rebonds d'une
distance
inférieure à ce jeu g n'affecteront pas le maintien en butée du moyen de
raccordement I3'
et ne présenteront donc pas le risque de rêduire la distance entre les
contacts de
l'interrupteur à vide.
Figure 19, un autre mode de réalisation d'un dispositif de coupure hybride
selon
l'invention est représenté schématiquement et en vue partielle. Le dispositif
complet peut
être extrapolé à partir de celui représenté sur la figure 17 et qui est
fonctionnellement
équivalent, la buse de soufflage 40B étant mobile avec la tige de manoeuvre du
dispositif
pour chaque réalisation. Les différences structurelles portent sur la
réalisation des contacts
d'arc 3' et 4 de l'interrupteur à gaz, ces derniers ëtant ici disposés bout à
bout. On pourra se
rêférer aux figures 9 et 7 pour la compréhension de l'agencement des contacts
qui sont en
appui l'un contre l'autre, en particulier en ce qui concerne la structure des
moyens 18' qui
permettent de maintenir une pression entre les contacts d'arc de
l'interrupteur à gaz pour
résister aux efforts êlectrodynamiques pendant le passage du courant. La
structure de ces
moyens 18' sur la figure 19 est similaire à celle des moyens 18 de retardement
de la mise
en mouvement du contact mobile sur la figure 7.
Dans le cas présent, le contact mobile 4 est directement fixé à la tige de
manoeuvre
6 et est donc en permanence solidaire en translation de la tige. On peut noter
que cette
réalisation à contacts disposés bout à bout permet d'obtenir un volume de
soufflage
thermique 11A relativement important pour un encombrement radial limité du
dispositif,
mais ceci implique une rëalisation sensiblement plus complexe qu'avec des
contacts
emmanchés comme sur la figure 13.
Les moyens I8' de maintien de pression de contact sont montés sur la première
partie 50A de l'élément de support fixe 50, et supportent à une extrémité le
troisième
contact d'arc 3' qui n'est pas ici complêtement fixe contrairement aux
réalisations
précédentes. Ces moyens 18' sont agencés pour permettre au troisième contact
d'arc 3'
d'être déplacé avec le quatrième contact d'arc 4 jusqu'â la séparation de ces
contacts, et
d'être ensuite maintenu immobile en butée après cette séparation tandis que le
quatrième
contact continue sa course solidairement avec la tige de maneeuvre lors d'une
interruption
du courant par le dispositif.
Dans la présente réalisation, nous qualifions de quasi fixe le troisième
contact d'arc
3', puisque ce dernier n'est mobile que pendant une relativement faible partie
de la course
totale parcourue par le contact d'arc mobile 4. Ce troisième contact d'arc
peut donc être
considéré comme quasi fixe par rapport au quatrième contact d'arc. On peut
noter que dans
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28
des réalisations similaires de moyens 18 de maintien de pression de contact
connues de
l'état de la technique, un contact d'arc quasi fixe est aussi parfois appelé
contact serai-fixe.
Pour un dispositif de coupure hybride selon l'invention, la réalisation des
contacts
d'arc de l'interrupteur à gaz pourra généralement faire appel à l'une ou
l'autre des deux
techniques illustrées dans la présente, en l'occurrence la technique des
contacts emmanchés
avec une certaine distance de recouvrement ou celle des contacts disposës bout
à bout avec
des moyens de maintien de pression de contact.
Figure 20, un autre mode de rëalisation d'un dispositif de coupure hybride
selon
l'invention est reprësentë dans une réalisation pour laquelle le dispositif
est destiné à une
utilisation comme disjoncteur de générateur dans un réseau moyenne tension.
Les moyens
de déplacement qui sont reliés au moyen de raccordement 13' et à Ia tige 6 de
manoeuvre
du dispositif sont ici agencês pour que Ia séparation des contacts de
l'interrupteur à vide se
produise de façon sensiblement retardée par rapport à la séparation des
contacts d'arc de
l'interrupteur à gaz.
En effet, la distance de recouvrement Dr des contacts 3 et 4 de l'interrupteur
à gaz
est ici inférieure à la moitié de la course morte D des premiers moyens de
butée I4'. On
rappelle que cette distance de recouvrement est aussi appelëe distance de mise
en vitesse,
en particulier dans le cas d'une réalisation équivalente o~ les contacts de
l'interrupteur à
gaz seraient disposés bout à bout. De façon générale, pour ces applications du
dispositif en
tant que disjoncteur de générateur, on préférera choisir une course morte D
supérieure à
deux fois cette distance de mise en vitesse du contact mobile de
l'interrupteur à gaz.
Ceci implique qu'un arc électrique se forme entre les contacts de
l'interrupteur à gaz
qui sont déjà séparés d'une certaine distance avant que la course morte D ne
soit totalement
parcourue, c'est à dire avant la séparation des contacts de l'interrupteur à
vide.
L'interrupteur à gaz est donc en mesure de provoquer le passage du courant par
zéro avant
que l'interrupteur à vide ne coupe le courant, ce qui est un avantage dans le
cadre d'une
utilisation comme disjoncteur de générateur.
II convient de souligner qu'un dispositif de ce type doit être capable de
couper des
courants de court-circuit avec de fortes asymétries qui entraînent des
passages par zéro du
courant retardés. Le dispositif de coupure hybride représenté permet de
réduire l'asymétrie
du courant et de provoquer plus tôt le passage par zéro du courant, à un
instant compatible
avec le fonctionnement de l'interrupteur à vide.
Les éléments constitutifs du dispositif sont pour l'essentiels similaires à
ceux du
dispositif des figures I5 et I6, à la différence notable que le volume de
soufflage thermique
IlA n'est pas secondé par un volume de soufflage pneumatique d'appoint. En
effet,
contrairement à ce dispositif précédent, on ne demande pas ici à
l'interrupteur à gaz de
couper les faibles courant car dans un réseau moyenne tension ce rôle est
assuré par
l'interrupteur â vide qui est aussi capable de tenir la tension rétablie.
CA 02430148 2003-06-02
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Ainsi, la paroi formant le fond du volume de soufflage thermique 11A ne
comporte
pas d'ouverture. En outre, la première partie 16 des moyens de renvoi de
mouvement
comporte au moins une ouverture destinée à équilibrer la pression de gaz entre
Ie volume
intérieur à cette partie 16 et Ie volume extérieur aux moyens de déplacement,
de même que
dans Ie dispositif des figures 17 et 18.
La longueur de Ia tige coulissante des premiers moyens de butée 14' doit être
rallongée par rapport au dispositif de la figure IS de façon à autoriser
l'allongement de la
course morte D, et les caractéristiques du premier ressort sont prévues pour
que ce ressort
exerce toujours une pression suffisante sur les contacts de l'interrupteur à
vide même
lorsqu'il s'est détendu d'une distance proche de cette distance D juste avant
la séparation de
ces contacts.
Un dispositif de coupure hybride selon l'invention permet que la phase
thermique
de la coupure du courant, c'est à dire la période de quelques microsecondes
pendant
laquelle débute le rétablissement de Ia tension, soit assurée en grande partie
par
1 S l'interrupteur à vide du dispositïf. De son côté, l'interrupteur à gaz
contribue
essentiellement à la tenue â la valeur crête de la tension, grâce à la
relativement grande
distance de séparation des contacts inhérente à ce type d'appareil en
comparaison avec un
interrupteur à vide. Ceci offre en particulier la possibilité d'utiliser un
gaz autre que le SF6
pour le soufflage de l'interrupteur à gaz. En effet le SF6 est génëralement
choisi pour ses
propriétës de tenue à des vitesses de rétablissement rapides de la tension
pendant la phase
thermique de Ia coupure. Puisque la tenue de la tension transitoire de
rétablissement
pendant la phase thermique est apportée par l'interrupteur à vide dans un
dispositif de
coupure hybride selon l'invention, un autre gaz ou mélange de gaz possédant
des propriétés
diélectriques suffisantes peut alors être utilisé dans l'interrupteur à gaz du
dispositif.
L'azote sous haute pression possède les propriétés diélectriques exigées en
haute tension.
Ne présentant pas de risques pour l'environnement il constitue une solution
préférentielle
pour une utilisation avec un gaz autre que le SF6. Alternativement, un mélange
composé de
plus de 80% d'azote et d'un autre gaz comme le SF6 présente au moins
l'avantage de
diminuer considérablement les risques pour l'environnement par rapport à
l'utilisation de
SF6 pur.
