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COMMENTAIRE ACCOMPAGNANT L'AMENDEMENT
L'invention telle que définie dans la nouvelle revendication, se rapporte à un coupe-circuit conçu ou agencé pour débrancher un appareil électrique, par exemple un transformateur de distribution, d'un réseau à moyenne tension ou d'un réseau à haute tension, en situation de défaut. Les contacts du coupe-circuit sont connectés électriquement en série à un fusible à haute tension situé dans chaque phase. Au moins un mécanisme à ressort est prévu pour tenir les contacts en service dans une position de connexion et pour les écarter par poussée vers la position extrême de déconnexion lorsqu'ils sont déconnectés, tandis que l'arbre est amené au-delà du point mort de sa rotation par un moyen de déclenchement.
Le but de l'invention consiste à éliminer le problème de coordination en rapport avec la protection par fusible.
On y parvient par un agencement selon lequel chaque contact mobile du coupe-circuit est agencé sur l'arbre tournant du coupe-circuit, l'arbre étant pourvu, à chaque phase, d'un bras de levier. Chaque bras de levier est fait pour tourner à l'aide d'un moyen de déclenchement constitué d'un goujon de déclenchement et d'un percuteur du fusible à haute tension. les contacts mobiles de toutes les phases sont donc déplacés à la position de connexion en passant par le point mort de la rotation de l'arbre tournant.
GB 270456 (voir figures 3 et 4) divulgue un coupecircuit qui est agencé pour débrancher un appareil électrique en situation de défaut. L'appareil comporte un premier mécanisme à levier (s) et ressort (leviers 64,84, ressort 68). Un arbre (62) est destiné seulement au mécanisme de déclenchement. Il y a également un arbre auxiliaire (26) auquel sont fixés les bras de leviers (56) pour chaque phase ainsi qu'un bras de levier (58) pour déclencher le premier mécanisme. Lors du déclenchement du mécanisme à levier-ressort, des bras (30,32) tournent et déplacent un bras intermédiaire articulé entre eux et auquel des contact mobiles sont fixés. Cet agencement a
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plusieurs arbres (62,26, 28,36). La présente invention est donc plus simple parce que les contacts mobiles et le bras de levier sont fixés a l'arbre.
FR 2441938 et DE 3413219 montrent des coupes-circuit comportant des fusible à haute tension pourvus de moyens de déclenchement constitués de goujons de déclenchement et de percuteurs, mais comportant un autre mécanisme de commutation.
Il y a lieu de noter également que l'agencement selon US 2330690 offre quelques similitudes avec la présente invention. Toutefois il faudrait une forte charae de moudre pour provoquer le déclenchement direct de ce système antérieur sans les moyens de la présente invention. Cette antériorité américaine date de 1943 et l'antériorité britannique date de 1927. Aucun spécialiste en la matière n'a jamais combiné ces deux techniques.
L'invention satisfait donc non seulement au critère de nouveauté mais également à celui d'activité inventive, en plus de l'applicabilité industrielle.
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DESCRIPTION COUPE-CIRCUIT POUR DEBRANCHER UN APPAREIL ELECTRIQUE DU RESEAU ELECTRIQUE.
L'invention se rapporte à un coupe-circuit conçu ou agencé pour débrancher un appareil électrique, par exemple un transformateur de distribution, d'un réseau à moyenne tension ou d'un reseau à haute tension, en situation de défaut. Les contacts du coupe-circuit sont connectés électriquement en série à un fusible à haute tension situé dans chaque phase. Au moins un mécanisme à ressort est prévu pour tenir les contacts en service dans une position de connexion et pour les écarter par la poussée vers la
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position extrême de déconnexion lorsqu'ils sont déconnectés, tandis que l'arbre est amené au-delà du point mort de sa rotation par un moyen de déclenchement.
A cause des exigences de plus en plus strictes de qualité de l'énergie électrique, il faut autant que possible minimiser le nombre des interruptions de l'utilisation d'une ligne d'énergie et raccourcir leur durée. Lorsqu'un défaut se produit dans un transformateur de distribution, la durée d'interruption de l'utilisation du courant électrique alimentant la ligne est raccourcie par un déclenchement automatique immédiat du transformateur par rapport au réseau électrique, parce que la ligne peut être maintenue en service en permanence pendant le diagnostic du défaut et pendant les préparations destinées à remplacer le transformateur défectueux.
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Les transformateurs de distribution isolés à l'huile présentent le problème particulier que si un défaut apparaît dans un enroulement d'un transformateur, l'huile de transformateur située dans la cuve du transformateur est chauffée et un mélange de gaz est produit dans la cuve. Au pire, la pression dans la cuve augmente tellement que la cuve se déchire et que de l'huile de transformateur fuit sur le sol en provoquant des problèmes de pollution de l'environnement, un risque d'incendie au sol ou autres ou, dans le pire des cas, un danger d'explosion mettant en péril des vies humaines.
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personnel d'entretien est exposé à un danger particulièrement élevé lorsqu'il inspecte un
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Les transformateurs de distribution et de nombreux transformateurs spéciaux sont caractérisés en ce que leurs dispositifs de protection doivent travailler sans être alimentés en tension auxiliaire, qu'ils peuvent être situés à l'extérieur, qu'ils sont exposés à de dures conditions d'environnement, raisons pour lesquelles les solutions connues dans le domaine des transformateurs à haute tension et mises en oeuvre au moyen de relais et de coupe-circuits de protection ne peuvent être utilisées de manière économique dans ce cadre.
Une solution connue pour les défauts éventuels d'un transformateur de distribution consiste à doter le côté primaire du transformateur de fusibles à haute tension.
Cette solution présente cependant l'inconvénient que dans une situation de défaut, un transformateur à deux ou trois phases reste en service parce que chaque phase est protégée par son propre fusible. Lorsque le fusible d'une phase d'un transformateur à trois phases a éclaté, le courant continue de passer. De plus, lorsque l'on utilise
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des fusibles normaux de limitation du courant, il se pose un problème de coordination, c'est-à-dire une situation dans laquelle le courant n'est pas débranché lors de l'éclatement du fusible, mais continue de passer et provoque une augmentation de pression à l'intérieur du fusible, jusqu'à ce que le fusible saute.
La norme IEC 282-1 (1985) n'impose pas une capacité de rupture des fusibles à haute tension pour de faibles surcourants (en dessous de 3 * In) De plus, un court-circuit cyclique peut par exemple provoquer un courant de défaut tellement faible qu'il ne peut être détecté à partir de la force du
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courant primaire, et qu'en particulier il ne peut être
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protégé au moyen de fusibles, mais un défaut de cette -,- de pression dans la cuve du transformateur, et une chauffe locale de l'huile provoque la production de gaz.
Le brevet français 2 712 730 divulgue une solution dans laquelle le transformateur comporte sur chaque phase deux fusibles à haute tension de différents types, en série sur un coupe-circuit à trois phases. Le coupe-circuit s'ouvre lorsque les propriétés du liquide diélectrique du transformateur se modifient et dépassent une valeur de seuil prédéterminée. Cette solution élimine le problème de coordination qui se pose avec la protection par fusibles, mais dans une situation de défaut, elle laisse encore le transformateur en service sur un nombre réduit de bornes si le coupe-circuit ne s'ouvre pas.
De plus, il faut tellement d'espace pour disposer les deux fusibles branchés en série en association avec le transformateur, que dans une solution de ce type, le transformateur standard ne peut être remplacé tel quel, sans aucune transformation.
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Parmi d'autres applications proches, on peut mentionner la norme IEC 420"combinaisons commutateur-fusible pour courant alternatif à haute tension", qui définit les propriétés électriques et de fonctionnement de coupecircuits à fusibles destinés à être utilisés en courant alternatif dans la plage des tensions moyennes.
En ce qui concerne les coupe-circuits à fusibles utilisant comme déclencheurs des fusibles à haute tension, on peut mentionner que, à cause du fait que les exigences en matière de courant nominal sont parfois des douzaines de fois plus élevée que les exigences différentes pour le domaine d'application de l'invention, lesdits coupecircuits à fusibles sont en pratique toujours dotés de mécanismes comnliaués, libérés Dar un foulon de déclenchement d'un percuteur du fusible, pour augmenter la puissance. Par exemple, le coupe-circuit d'un transformateur de distribution de 160 kVA aura un courant nominal de 15 A, alors que les plus faibles courants nominaux des coupe-circuits sont de 630 A.
GB 270456 (voir figures 3 et 4) divulgue un coupe-circuit qui est agencé pour débrancher un appareil électrique en situation de défaut. L'appareil comporte un premier mécanisme à levier (s) et ressort (levier 64,84, ressort 68). Un arbre (62) est destiné seulement au mécanisme de déclenchement. Il y a également un arbre auxiliaire (26) auquel sont fixés les bras de leviers (56) pour chaque phase ainsi qu'un bras de levier (58) pour déclencher le premier mécanisme. Lors du déclenchement du mécanisme à levier-ressort, des bras (30, 32) tournent et déplacent un bras intermédiaire articulé entre eux et auquel des contacts mobiles sont fixés.
Cet agencement a plusieurs arbres (62,26, 28, 36).
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FR 2441938 et DE 3413219 montrent des coupes-circuit comportant des fusible à haute tension pourvus de moyens de déclenchement constitués de goujons de déclenchement et de percuteurs, mais comportant un autre mécanisme de commutation.
Il y a lieu de noter également que l'agencement selon US 2330690 offre quelques similitudes avec la présente invention. Toutefois il faudrait un forte charge de poudre pour provoquer le déclenchement direct de ce système antérieur sans les moyens de la présente invention. Cette antériorité américaine date de 1943 et l'antériorité
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britanique date de 1927. Aucun spécialiste en la matière n'a jamais combiné ces deux techniques.
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inconvénients exposés ci-dessus, et en particulier, d'éliminer le problème de coordination en rapport avec la protection par fusible.
Cet objectif est atteint par un agencement selon lequel chaque contact mobile du coupe-circuit est monté sur l'arbre tournant du coupe-circuit, l'arbre étant pourvu, à chaque phase, d'un bras de levier. Chaque bras de levier est fait pour tourner à l'aide d'un moyen de déclenchement constitué d'un goujon de déclenchement et d'un percuteur du fusible à haute tension. Les contacts mobiles de toutes les phases sont donc déplacés à la position de connexion en passant par le point mort de la rotation de l'arbre tournant.
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Du fait que dans une situation de défaut, le mécanisme de coupure selon l'invention coupe toujours la tension sur toutes les phases, les enroulements du transformateur restent entièrement hors tension et hors courant bien que seul le fusible d'une seule phase ait sauté. Le transformateur défectueux ne s'échauffe donc pas et aucun mélange de gaz susceptible d'exploser n'est produit, raison pour laquelle l'inspection du transformateur et son remplacement par un nouveau se font dans des conditions de sécurité.
Le problème de la coordination du fusible est éliminé du
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fait que lors de l'éclatement du fusible, le coupe-circuit s'ouvre et débranche le courant, et on évite ainsi une
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il ! -, ," ! n'Pnr-'1 rT. c' 1 c-tin-hr'n c : o1r'n TQ. 't'1 il faut un seul fusible pour chaque phase d'alimentation.
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Si le fusible est intégré dans un isolateur d'alimentation, le transformateur peut présenter des dimensions mécaniques qui lui permettent de remplacer un transformateur classique dépourvu de protection.
Le coupe-circuit du transformateur selon l'invention est en outre caractérisé en ce que le coupe-circuit peut être réglé sur des conditions de travail lors du montage du transformateur. La limite de déclenchement de l'agencement peut être dimensionnée de telle sorte que le coupe-circuit ne s'ouvre dans aucune situation de commutation ou de surcharge du transformateur, mais uniquement si le transformateur devient défectueux. Lors de l'entretien et des réparations du transformateur, le mécanisme peut donc être de nouveau réglé sur les
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conditions de travail et il ne faut alors aucun mécanisme extérieur distinct pour la commande du coupe-circuit.
L'invention va être décrite plus en détail ci-dessous, en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 représente une vue en perspective d'un mécanisme de coupure, la figure 2 représente une vue latérale du mécanisme de coupure de la figure 1, disposé dans une cuve sur le couvercle de laquelle sont fixés des fusibles à haute tension,
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la figure 3 représente plus en détail un isolateur
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d'alimentation selon la figure 2, dans lequel un fusible ëh. L.-L. tie. Lc :, c < -
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la figure 4 représente une vue générale de la rotation de l'arbre du coupe-circuit. Les composants de base d'un coupe-circuit selon l'invention sont les contacts mobiles 1 prévus pour chaque phase d'un transformateur, et les contacts fixes 2 correspondants coopérant avec les contacts mobiles.
Les extrémités 4 d'un enroulement primaire du transformateur sont connectées aux contacts fixes 2 qui sont fixés sur une barre de fixation 3 réalisée en un matériau isolant diélectrique. D'autre part, la barre de fixation 3 est fixée sur des parties de châssis 21 du coupe-circuit.
Les contacts mobiles 1 en forme de U sont montés sur un arbre 6 parallèle à la barre de fixation 3 et pour leur permettre de tourner autour de leur axe, ils sont montés dans des paliers sur les parties de châssis 21, en des points 7. Les contacts 1 sont agencés de manière à agir en même temps au moyen de l'arbre 6, et la force du
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contact entre les branches la et lb est chaque fois donnée par un ressort 5 tendu entre les branches la et lb du contact mobile 1. De plus du fait que les contacts mobiles 1 présentent la forme d'un U, leur force de contact augmente lorsque le courant croît, et par conséquent le contact 1 subit une situation de court circuit du secondaire du transformateur et les courants élevés provoqués par un défaut dans un enroulement.
Selon les figures 2 et 3, le coupe-circuit est hébergé dans une cuve 20 remplie d'un liquide diélectrique,
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laquelle cuve garantit que le coupe-circuit fonctionnera même si le caisson (non représenté dans les dessins)
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Chaque phase primaire comporte un fusible à haute tension 17 connu à partir de l'utilisation du coupe-circuit à fusibles, lequel fusible est chaque fois intégré dans un isolateur d'alimentation 16 fixé sur un couvercle 22 du caisson 20 et relié électriquement en série au coupecircuit.
Lorsque le mécanisme de coupure est dans la position fermée des figures 1 et 2, une électrode 23 de l'extrémité inférieure du fusible 17 est en contact avec l'arbre 6 du contact mobile 1, au moyen d'un bras de levier 8 qui est chaque fois agencé sur le contact mobile 1, tandis que le contact mobile 1 est relié au contact fixe 2. A l'extrémité inférieure du fusible 17, on trouve de plus un percuteur 18 qui se déclenche lorsque le fusible saute. Une partie importante du percuteur 18 est un goujon de déclenchement 19 qui bondit hors de l'extrémité du fusible 17.
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Lorsque le fusible 17 saute, le déplacement du goujon de déclenchement 19 est transmis à l'arbre 6 au moyen du bras de levier 8.
Le mécanisme de coupure comporte de plus au moins un ressort de liaison comportant une console 9 fixée à l'arbre 6, une fiche 11 fixée à la console par un goujon à goupille 10, une extrémité de la fiche étant fixée à la barre 3 au moyen d'un support 24, et un ressort de poussée 12 étant monté autour de la fiche 11, lequel ressort, lorsque les contacts 1 et 2 sont en position de
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fermeture, repousse légèrement le mécanisme de coupure
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basculé au-delà du point mort de la rotation de l'arbre 0, e ëIH flë-=ct j. 'e : . ctuj. Jl-i-liL, e : iHe--t. \. < = v
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l'impact ou une vibration.
Le point mort de la rotation de l'arbre 6 correspond à la ligne C dans la figure 4 (la ligne entre une extrémité de la fiche 11, une goupille de fixation 26 du support 24 et l'axe de l'arbre 6), suite à quoi l'arbre 6 bascule dans la direction opposée lorsque le boulon à goupille 10 traverse ladite ligne C suite au fonctionnement du goujon de déclenchement 19. Par conséquent, lorsque le fusible 17 fonctionne, le fonctionnement de son goujon de déclenchement 19 fait tourner l'arbre 6 et les contacts mobiles 1 de toutes les phases de la position de fermeture à la position d'ouverture en passant par ledit point mort.
Lorsque l'arbre 6 a été amené par la force du goujon de déclenchement 19 au-delà du point mort de la rotation de l'arbre, la force du ressort 12 du mécanisme à ressort de liaison continue de faire tourner l'arbre 6 et donc les contacts mobiles 1 vers la position extrême d'ouverture, à une vitesse suffisante pour que l'arc électrique provoqué par l'interruption du courant se rompe. Cette
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rotation est représentée dans la figure 1 par les flèches A et B.
Lorsque les contacts 1 et 2 ainsi que 1 et 23 s'ouvrent, deux arcs électriques en série augmentent la résistance de l'arc électrique et rompent l'arc électrique mieux qu'un seul contact. La rupture est basée sur le phénomène de refroidissement du contact provoqué par l'huile utilisée comme liquide diélectrique, et sur un déplacement de l'huile, lequel déplacement peut être intensifié en configurant le contact mobile 1 de manière appropriée ou en le dotant par exemple d'une aile 27 qui est disposée entre les branches la et 1b du contact 1.
De plus, le mécanisme de coupure est complété par un mécanisme de déclenchement mécanique qui comporte des soufflets serrés 13 contenant un gaz. Lorsque la pression dans la cuve du transformateur ou dans le caisson 20 du mécanisme de coupure dépasse la valeur de seuil présélectionnée, les soufflets 13 s'écrasent et déclenchent un goujon de déclenchement 14, qui fait tourner par la force du ressort 15, l'arbre 6 et les contacts 1 de toutes les phases de la position d'ouverture à la position de fermeture, en traversant le point mort de la rotation dudit l'arbre, décrit plus haut. Ensuite, le mécanisme 9 à 12 à ressort de liaison ouvre le coupe-circuit de la même manière que lors d'une libération provoquée par un fusible.
Le point de fonctionnement de libération par surpression dépend légèrement de la température du liquide dans la cuve ou dans le caisson 20, parce que la pression du gaz à l'intérieur des soufflets 13 varie en accord avec la formule générale p * V/T = constante.
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Encore un autre mécanisme 9 à 12 à ressort de liaison est de préférence fixé à côté de cet agencement, grâce à quoi ces deux mécanismes 9 à 12 garantissent, dans toutes les situations, une force suffisante pour maintenir la connexion et une force suffisante de poussée vers la position extrême d'ouverture.
En plus du fusible et de la protection contre les suppressions, le système peut également être complété par des protections qui se déclenchent en fonction de la température de l'huile et des enroulements et sur base
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d'une baisse de niveau de la surface du liquide,
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lesquelles protections ne sont pas représentées - B H. dmc L.'J. o. llù j. cù c :--m. LJc / -'L-e. : j-n
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température peuvent comporter des sondes de température agencées en association avec le coupe-circuit, par exemple un moyen à bilame ou un capillaire doté d'un goujon de déclenchement. De même, le déclenchement de la protection par l'abaissement du niveau de la surface du liquide peut comporter un flotteur également doté d'un goujon de déclenchement.
Ces goujons sont agencés pour faire tourner l'arbre 6 du coupe-circuit au moyen de bras de levier appropriés au-delà du point mort de la rotation de l'arbre lorsque la température admissible est dépassée et lorsque la valeur admissible du niveau du liquide s'abaisse, de la même manière que pour la protection par fusibles et contre les suppressions, décrite plus haut.
De plus, un déclencheur électromécanique peut être agencé en association au coupe-circuit pour faire tourner l'arbre 6 du coupe-circuit par une commande électrique à distance, par exemple, mais par ailleurs de la manière décrite plus haut, et donc pour débrancher les contacts 1 et 2 lorsqu'il existe l'une ou l'autre raison spécifique de le faire.
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Une information de contact auxiliaire concernant l'état du coupe-circuit peut de plus être détectée au moyen d'au moins un contact auxiliaire, par exemple pour être transmise au superviseur de fonctionnement au moyen d'un système de commande à distance.
L'arbre 6 du coupe-circuit peut également être passée à travers les parois des structures entourant le coupecircuit, ce qui permet d'agencer un affichage mécanique extérieur des données de position et d'effectuer un nouveau réglage du coupe-circuit depuis l'extérieur du transformateur.
Il faut de plus remarquer que le bras de levier fixé à l'arbre 6 et prévu pour le moyen de déclenchement peut également être intégré dans le contact mobile 1. Par conséquent, on peut utiliser dès bras de levier séparés pour différents déclencheurs, ou certains déclencheurs peuvent avoir un bras de levier commun.
La description donnée ci-dessus de l'invention est uniquement destinée à illustrer l'invention. Cependant, une personne expérimentée dans la technique pourra mettre en oeuvre ses détails de très nombreuses manières supplémentaires à celles décrites plus haut tout en restant à l'intérieur de la portée des revendications annexées.