FR2995131A1

FR2995131A1 - Disjoncteur a chambre externe

Info

Publication number: FR2995131A1
Application number: FR1261957A
Authority: FR
Inventors: Didier Rodrigues; Denis Frigiere; Jean Marc Willieme; Frank Jacquier
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: GE Vernova GmbH
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2014-03-07

Abstract

L'invention concerne un disjoncteur pour moyennes et hautes tensions comportant une chambre de coupure (20), deux contacts d'arc logés dans la chambre de coupure (20), et deux contacts permanents (40-42) à l'extérieur de la chambre de coupure (20), caractérisé en ce qu'il comporte une chambre principale (30), les deux contacts permanents (40-42) étant logés dans la chambre principale (30), la chambre principale contenant un gaz d'isolation.

Description

DISJONCTEUR A CHAMBRE EXTERNE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention se rapporte aux circuits électriques sous moyenne ou haute tension. Plus particulièrement, l'invention concerne un appareil amélioré de coupure de courant, ou disjoncteur. Un domaine d'application est la coupure de courant en sortie de générateur. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Un disjoncteur comporte un jeu de contacts principaux, également appelés contacts permanents, et un jeu de contacts d'arc. Ces deux jeux de contacts sont habituellement disposés dans un volume clos contenant un gaz favorable à l'extinction de l'arc électrique, et donc à la coupure du courant. Lorsqu'il est fermé, le disjoncteur laisse passer le courant par les contacts permanents. Lorsqu'un ordre d'ouverture est donné, le disjoncteur effectue une manoeuvre d'ouverture pendant laquelle les contacts permanents puis les contacts d'arc se séparent. On connait de l'art antérieur la demande de brevet française FR 2 763 171 qui décrit un disjoncteur-sectionneur combiné.

L'appareil décrit par ce document présente un disjoncteur ayant des contacts principaux sous forme de tubes concentriques coulissants, et des contacts d'arc dans une ampoule à vide ou à gaz, interne aux tubes. Un sectionneur est intégré au disjoncteur, à l'intérieur des tubes et aligné longitudinalement avec les contacts d'arc. Cet appareil présente une commande mécanique entraînée en rotation sous forme d'un moyeu contenu dans un arbre. L'entrainement en rotation de la commande permet successivement la séparation des contacts principaux du disjoncteur, des contacts d'arc, et enfin des contacts du sectionneur. Dans cette architecture, les contacts 10 principaux sont à l'air libre, ce qui peut poser des problèmes de sécurité si une personne se trouve à proximité des pièces en mouvement. De plus, il est difficile de maîtriser les caractéristiques diélectriques de l'air ambiant. 15 Par ailleurs, il est souhaitable de disposer d'un disjoncteur que l'on puisse brancher indépendamment d'un sectionneur sur un circuit électrique. L'invention vise à proposer une alternative 20 aux disjoncteurs existants, celle-ci devant être sûre, simple et économique. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention porte ainsi sur un disjoncteur pour moyennes et hautes tensions comportant une chambre 25 de coupure, deux contacts d'arc logés dans la chambre de coupure, et deux contacts permanents à l'extérieur de la chambre de coupure. Selon l'invention, le disjoncteur comporte une chambre principale, les deux contacts permanents étant logés dans la chambre 30 principale, la chambre principale contenant un gaz d'isolation.

Ainsi, selon l'invention, une enveloppe externe de la chambre principale empêche tout contact physique avec les contacts principaux. De plus, le disjoncteur selon l'invention permet avantageusement de limiter le volume de la chambre de coupure et d'en contrôler l'étanchéité aux gaz plus facilement que dans les disjoncteurs renfermant les deux jeux de contact dans un même volume. Le coût de l'isolation des contacts d'arc est ainsi réduit. En outre, en permettant d'isoler les contacts permanents dans un volume indépendant de la chambre de coupure dont il est facile de régler la pression interne, le disjoncteur permet une grande flexibilité de réalisation. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention : - la chambre principale est étanche aux gaz, - le gaz d'isolation de la chambre principale est sous pression. On note que par gaz d'isolation, on entend aussi bien un gaz pur qu'un mélange de gaz. Une chambre principale contenant un gaz 25 d'isolation sous pression permet un paramétrage très fin de l'isolation des contacts principaux. Il est en outre possible de limiter le volume de la chambre principale par rapport à l'état de la technique pour des caractéristiques données 30 d'isolation des contacts principaux, et/ou d'améliorer l'isolation des contacts principaux pour un volume donné. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la chambre de coupure est une ampoule à 5 gaz, les contacts d'arc étant isolés l'un de l'autre par un gaz d'isolation sous pression. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, la chambre de coupure est une ampoule à SF6. 10 Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le gaz d'isolation de la chambre principale est différent du gaz d'isolation de la chambre de coupure. Il est ainsi possible de limiter l'usage de 15 certains gaz à l'une ou l'autre des chambres. Par exemple, le SF6 présente de très bonnes caractéristiques de coupure mais est un puissant gaz à effet de serre. La réglementation de certains pays pénalise ainsi financièrement le relâchement de SF6 20 dans l'atmosphère. Il est alors avantageux d'en limiter son utilisation à la chambre de coupure. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention, prises seules ou en combinaison : 25 - le gaz d'isolation de la chambre principale est le même que le gaz d'isolation de la chambre de coupure, - le gaz d'isolation de la chambre principale est à une pression différente de celle du 30 gaz d'isolation de la chambre de coupure, - le gaz d'isolation de la chambre principale est à la même pression que le gaz d'isolation de la chambre de coupure, - la chambre de coupure est une ampoule à vide, les contacts d'arc étant isolés l'un de l'autre par le vide, - le gaz d'isolation de la chambre principale est du CO2, du N2, de l'air, du SF6, du CF4, de la fluorocétone, de l'hydrofluoroléfine, du fluoro- oxirane, du fluoro-nitrile, pur ou un mélange de plusieurs de ces gaz. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le gaz d'isolation de la chambre principale est à une pression comprise entre 1 et 5 15 bar. Une telle pression intermédiaire entre la pression atmosphérique et une pression usuelle de 7 bar pour la chambre de coupure permet de limiter avantageusement les contraintes mécaniques sur les 20 enveloppes respectives des chambres. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la chambre principale est perméable aux gaz. Le disjoncteur permet ainsi une circulation 25 gazeuse autour des contacts principaux lors de et après la formation d'un arc à la coupure du courant. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, la chambre principale contient de l'air à pression atmosphérique.

Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, la chambre de coupure est disposée à l'intérieur de la chambre principale. Le disjoncteur améliore ainsi avantageusement la sécurité environnementale de l'existant en ce que toute fuite éventuelle du gaz isolant de la chambre de coupure sera contenue dans la chambre principale. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS On décrira à présent, à titre d'exemples non limitatifs, des modes de réalisation de l'invention, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une représentation 15 schématique d'un disjoncteur à l'état fermé, c'est-à-dire traversé par un courant ; - la figure 2 est une représentation schématique du disjoncteur de la figure 1 en transition entre l'état fermé et un état ouvert ; 20 - la figure 3 est un exemple de chambre de coupure de type ampoule à vide ; et, - la figure 4 est un exemple de chambre de coupure de type ampoule à gaz. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS 25 Le disjoncteur visible à la figure 1 comporte une chambre de coupure 20 et une chambre principale 30.

La chambre principale 30 est un compartiment délimité par une enveloppe 31. La chambre 30 enveloppe des contacts principaux 40, 41 et 42. L'enveloppe 31 est étanche ou non aux gaz selon les cas (voir exemples ci-après). Les contacts principaux 40, 41 et 42 sont ici tubulaires et concentriques. Les contacts principaux 40 et 41 sont fixes. Le contact principal 42 est mobile en translation.

Chacun des contacts principaux 40 et 41 comporte une couronne respective de doigts de contacts 40A et 41A. Les couronnes 40A et 41A assurent la coopération entre les contacts principaux fixes 40 et 41 et le contact principal mobile 42.

Le contact mobile 42 est contrôlé en translation par un mécanisme 50. A la figure 1, le mécanisme 50 est déplié, le contact principal 42 déployé et les contacts 40 et 41 sont connectés électriquement. A la figure 2, le mécanisme est partiellement replié et le courant est interrompu entre le contact principal 42 et le contact 40. Les contacts principaux 40, 41 et 42 définissent un volume à l'intérieur duquel est ici logée la chambre de coupure 20.

La chambre de coupure 20 est, d'une manière générale, un compartiment délimité par une enveloppe 21. L'enveloppe 21 isole le volume intérieur de la chambre 20 du gaz extérieur. La chambre de coupure 20 est dans une 30 réalisation de l'invention une ampoule à vide 60 du type représenté à la figure 3.

Dans une autre réalisation de l'invention, la chambre 20 est une ampoule à gaz 80 du type représenté à la figure 4. Dans tous les cas, chaque chambre de coupure 20, 60 ou 80 comporte des contacts d'arc 62 et 63 ou 82 et 83, dont la conformation dépend de l'atmosphère interne de l'ampoule respective. L'ampoule 60 comporte une enveloppe 61 et un soufflet 64 étanches aux gaz.

Les contacts d'arc 62 et 63 sont disposés dans le volume formé par l'enveloppe 61 et le soufflet 64. Le contact d'arc 62 est fixe et le contact d'arc 63 est mobile en translation. Ils se font face par leur extrémité à surface plane respective (figure 3).

Le soufflet 64 est disposé autour de la tige du contact mobile 63 et assure le maintien du vide dans l'ampoule 60 lors de son coulissement. L'ampoule à gaz 80 comporte une enveloppe 81 étanche aux gaz.

Les contacts d'arc 82 et 83 sont disposés dans le volume formé par l'enveloppe 81. Les contacts 82 et 83 ont des extrémités en pointe. Le contact d'arc 82 est fixe et le contact d'arc 83 est mobile. L'extrémité du contact 83 est pourvue d'une buse de soufflage 84 prévue pour favoriser l'extinction d'un arc électrique lors de la coupure du courant. Les contacts 82 et 83 sont pourvus d'une pluralité de conduits 85 de circulation de gaz et de soupapes 86 pour contrôler les déplacements gazeux liés à l'apparition de l'arc électrique (variations de pression et de température dans le gaz).

L'ampoule à gaz 80 est préférentiellement remplie d'hexafluorure de soufre (SF6) à une pression de 7 bar. Alternativement, elle contient du N2 OU CO2, pur ou en mélange. Alternativement, la pression à l'intérieur de l'ampoule 80 est différente de 7 bar, dans une fourchette de 1 à 10 bar. Dans une première réalisation particulière du disjoncteur, la chambre de coupure 20 est l'ampoule à vide 60 et la chambre principale 30 contient, sous une pression comprise entre 1 et 5 bars, un gaz pur parmi le SF6, le N2, le CO2, l'air, le CF4, la Fluorocétone, les hydrofluoroléfines, les fluorooxiranes, les fluoro-nitriles ou encore un mélange de plusieurs de ces gaz.

Dans une deuxième réalisation du disjoncteur, la chambre de coupure 20 est l'ampoule à gaz 80 telle que décrite ci-dessus. La chambre principale 30 contient, sous une pression comprise entre 1 et 5 bars, un gaz pur parmi le SF6, le N2, le CO2 ou l'air, ou encore un mélange de plusieurs de ces gaz. Dans un premier mode de cette deuxième réalisation, l'ampoule à gaz 80 et la chambre principale 30 contiennent le même gaz ou le même 25 mélange de gaz, à pression différente. Dans une autre variante de cette deuxième réalisation, l'ampoule à gaz 80 et la chambre principale 30 contiennent un gaz ou mélange de gaz respectif différent. 30 Dans une troisième réalisation du disjoncteur, la chambre principale 30 est remplie d'air à pression atmosphérique, l'enveloppe 31 étant perméable aux gaz, la chambre de coupure étant une ampoule à vide 60 ou une ampoule à gaz 80. Dans tous les cas, les contacts permanents 40, 41 et 42 sont dimensionnés pour assurer de manière durable la tenue des tensions transitoires de rétablissement (en anglais TRV ou Transient Recovery Voltage) ainsi que la rigidité diélectrique en position ouverte (en anglais accross terminal voltage withstand). Dans les réalisations décrites ci-dessus, comme il est visible aux figures 1 et 2, la chambre de coupure 20 est disposée à l'intérieur de la chambre principale 30.

Dans une réalisation alternative non représentée, la chambre de coupure 20 est disposée hors de la chambre principale 30, permettant une flexibilité intéressante dans l'agencement physique de l'appareillage de coupure.20

Claims

REVENDICATIONS1. Disjoncteur pour moyennes et hautes tensions comportant une chambre de coupure (20 ; 60 ; 80), deux contacts d'arc (62, 63 ; 82, 83) logés dans la chambre de coupure (20 ; 60 ; 80), et deux contacts permanents (40-42) à l'extérieur de la chambre de coupure (20 ; 60 ; 80), caractérisé en ce qu'il comporte une chambre principale (30), les deux contacts permanents (40-42) étant logés dans la chambre principale (30), la chambre principale (30) contenant un gaz d'isolation.
2. Disjoncteur selon la revendication 1, la chambre principale (30) étant étanche aux gaz.
3. Disjoncteur selon la revendication 2, le gaz d'isolation de la chambre principale (30) étant sous pression.
4. Disjoncteur selon la revendication 3, la chambre de coupure (20 ; 80) étant une ampoule à gaz (80), les contacts d'arc (82, 83) étant isolés l'un de l'autre par un gaz d'isolation sous pression.
5. Disjoncteur selon la revendication 3 ou 4, la chambre de coupure (20 ; 80) étant une ampoule à SF6 (80). 30
6. Disjoncteur selon l'une des revendications 3 à 5, le gaz d'isolation de la chambre 25principale (30) étant différent du gaz d'isolation de la chambre de coupure (20 ; 80).
7. Disjoncteur selon l'une des revendications 3 à 5, le gaz d'isolation de la chambre principale (30) étant le même que le gaz d'isolation de la chambre de coupure (20 ; 80).
8. Disjoncteur selon l'une des revendications 4 à 7, le gaz d'isolation de la chambre principale (30) étant à une pression différente de celle du gaz d'isolation de la chambre de coupure (20 ; 80).
9. Disjoncteur selon l'une des revendications 4 à 7, le gaz d'isolation de la chambre principale (30) étant à la même pression que le gaz d'isolation de la chambre de coupure (20 ; 80).
10. Disjoncteur selon la revendication 3, la chambre de coupure (20 ; 60) étant une ampoule à vide (60), les contacts d'arc (62, 63) étant isolés l'un de l'autre par le vide.
11. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, le gaz d'isolation de la chambre principale (30) étant du CO2, du N2, de l'air, du SF6, du CF4, de la fluorocétone, de l'hydrofluoroléfine , du fluoro-oxirane, du fluoro- nitrile, pur ou un mélange de plusieurs de ces gaz.
12. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, le gaz d'isolation de la chambre principale (30) étant à une pression comprise entre 1 et 5 bars.
13. Disjoncteur selon la revendication 1, la chambre principale (30) étant perméable aux gaz.
14. Disjoncteur selon l'une des revendications 1, 2 ou 13, la chambre principale (30) contenant de l'air à pression atmosphérique.
15. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, la chambre de coupure (20 ; 60 ; 80) étant disposée à l'intérieur de la chambre principale (30).