CA1256476A - Disjoncteur a auto-soufflage et auto-injection de son gaz liquefie - Google Patents

Disjoncteur a auto-soufflage et auto-injection de son gaz liquefie

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Abstract

Un disjoncteur à auto-soufflage de gaz employé pour l'interruption à basses températures d'un courant élevé circulant dans une ligne électrique à haute tension comprenant un premier contact fixe et une chambre de compression. La chambre de compression comprend une partie inférieure fixe et une partie supérieure mobile axialement par rapport à ladite partie inférieure. La partie supérieure de la chambre de compression est constituée d'un second contact et d'une enveloppe disposée concentriquement relativement à ce second contact. Une buse d'accélération des gaz se situe au niveau de la partie supérieure de l'enveloppe. Le profil de la paroi interne de l'enveloppe épouse le profil externe de la partie inférieure fixe de la chambre de compression. Ce disjoncteur comprend également un dispositif d'auto-injection des gaz liquéfiés directement sur l'arc électrique formé au moment de la coupure du courant, constitué d'une chambre à injection pratiquée dans la paroi de la partie mobile de la chambre de compression et terminée à une extrémité par un étroit canal d'injection dirigé sur l'arc électrique et dont l'autre extrémité repose sur un piston de compression formé d'une chambre de pré-injection, solidaire de la partie inférieure fixe de la chambre de compression du disjoncteur, et est munie d'une buse d'alimentation en gaz liquéfiés raccordée à un réservoir desdits gaz liquéfiés par l'entremise d'un conduit et d'une soupage d'alimentation. La chambre de pré-injection est munie à sa partie supérieure d'un clapet lui permettant d'agir comme piston de compression lorsque celui-ci est en position fermée et permettant le transfert du gaz liquéfié de la chambre de pré-injection à la chambre d'injection lorsque ce dernier est en position ouverte. Un réservoir situé à la base permet de collecter par gravité tout le gaz liquéfié de l'enceinte de l'appareil.

Description

La présente invention se rapporte de façon générale à l'interruption d'un courant élevé circulant dans une ligne électrique a haute tension au moyen d'un interrupteur appelé
disjoncteur.
Plus particulierement, la présente invention a pour objet un disjoncteur a auto-soufflage de gaz et a auto-injection de son gaz liquefie utilise pour l'interruption d'un courant élevé circulant dans une ligne électrique a haute tension a des temperatures inferieures a la temperature de li-quefaction du gaz utilise.
Plus specifiquement, la présente invention a pourobjet un disjoncteur a auto-soufflage de gaz et a auto-injection de son gaz liquéfié muni d'un dispositif permettant d'injecter ledit gaz liquéfié directement sur l'arc électrique formé au moment de la coupure du courant.
Présentement, il existe des appareils de coupure du type connu sous le nom de "disjoncteurs a auto-soufflage de gaz" dans lesquels le mouvement d'ouverture du contact mobile entraîne une chambre de compression. Les gaz s'y trouvant sont alors compresses et expulses par un orifice ou tuyere pour souffler l'arc electrique produit entre les contacts. Ce soufflage de l'arc favorise un grand debit massique de gaz re-quis pour l'extinction de l'arc et la coupure du courant elec-trique. Ce type d'appareil est avantagé parce qu'il n'est pas du type a "double pression" et ne requiert pas une source d'alimentation de gaz a haute pression qui se déverse dans une enceinte de plus faible pression pour produire l'ecoulement gazeux requis pour l'interruption. Il est donc souvent iden-tifié comme appareil a "simple pression" et utilise toujours le meme volume de gaz. Le pouvoir de coupure de ce type d'appareil crolt avec la pression d'operation et varie habi-tuellement de 2 a 10 bars. Toutefois, le gaz SF6 habituel-.. ~

~ 1256476 lement utilisé dans ces appareils se liquéfie aux basses tem-pératures. A titre d'exemple, la pression de vapeur saturante est de seulement 2,3 bars absolus a T=-50C et 4,9 bars a T=-30 C. Ainsi lorsque la température baisse sous le point de liquéfaction, une partie du gaz se condense et la pression de vapeur SF6 diminue causant une baisse quasi proportionnelle du pouvoir de coupure. Cette limitation est fondamentale a tous ces disjoncteurs pour lesquels typiquement le pouvoir de cou-pure a -50 C sera environ 50~ du pouvoir de coupure à -30C a cause de cette condensation.
La présente invention évite cette réduction du pou-voir de coupure en utilisant un mécanisme qui injecte le gaz liquéfié directement sur l'arc électrique au moment de la cou-pure et compense les performances réduites dues a la faible pression de vapeur du gaz aux basses températures. Le princi-pe d'injection consiste a pratiquer dans la paroi de la cham-bre de compression des cavités qui sont remplies de gaz liqué-fié et terminées a une extrémité par un étroit canal d'injec-tion dirigé vers l'arc, tandis que l'autre extrémité reposesur un piston de compression. Lorsque cette chambre est dé-placée par le mouvement normal d'ouverture du contact mobile et qu'elle se déplace par rapport a un piston fixe d'injec-tion, le volume de gaz liquéfié contenu dans la cavité est injecté sur l'arc par le canal d'injection pour favoriser l'augmentation du débit massique de gaz au niveau des tuyeres et de la buse de soufflage. Cette conception est d'une méca-nique tres simple et peut être adaptée a toute conception simi-laire. Puisque le pouvoir de coupure du disjoncteur devient donc insensible a la liquéfaction, la pression d'opération peut en etre accrue de facon importante et correspondre a une augmentation similaire du pouvoir de coupure.

Dans sa cc:nc:eption la plus large, la présente invention propose un disjoncteur à auto-soufflage de gaz et à auto-injection de ce gaz liquéfié employé pour l'interruption d'un courant élevé qui circule dans une ligne électrique à haute tension. Ce disjoncteur comprend un premier contact qui est fixe et une chambre de compression.
Cette chambre de compression comprend une partie inférieure qui est fixe et une partie supérieure qui est mobile axiale-ment relativement à la partie inférieure. La partie supérieure de la chambre de compression est constituée d'un second contact et d'une enveloppe qui est disposée autour de ce dernier.
L'extrémité supérieure de l'enveloppe constitue une buse d'accélération, en teflon ou tout autre matériel équivalent, des gaz de soufflage. Le profil de la paroi interne de l'enveloppe épouse le profil de la paroi externe de la partie inférieure fixe de la chambre de compression.
L'enveloppe est caractérisée par la présence d'un dispositif d'injection du gaz liquéfié directement sur l'arc électrique formé au moment de la coupure du courant.

., .

-2a-.~ ~

L'invention sera mieux comprise en se référant aux figures 1 à 7 parmi lesquelles:
La figure 1 représente une vue en coupe d'un dis-joncteur a auto-soufflage et a auto-injection de son gaz liquéfié selon la présente invention.
La figure 2 représente le même disjoncteur en cir-cuit fermé permettant le passage du courant électrique.
La figure 3 représente le même disjoncteur lors de l'ouverture des contacts permettant la coupure du courant électrique.
La figure 4 représente le même disjoncteur en cir-cuit ouvert apres coupure du courant électrique.
La figure 5 représente une vue en perspective d'une chambre de pré-injection.
Les figures 6 et 7 montrent respectivement des chambres d'injection a sections circulaires et rectangulaires.
Afin de faciliter la compréhension de l'invention, on a omis de présenter l'enceinte étanche dans laquelle tou-tes les pieces devront être montées. Pour la même raison on a omis de représenter les mécanismes d'ouverture des contacts.
Dans la figure 1, on retrouve les trois pieces principales d'un disjoncteur a auto-soufflage et a auto-injection de son gaz liquéfié qui sont découplées pour en faciliter la description. On y trouve le contact fixe (1) et la base de la chambre de compression (3) qui est aussi fixe.
On trouve ensuite toutes les parties mobiles qui sont rigide-ment reliées entre-elles dont: le contact mobile (5), la chambre de compression (7), la buse (9) qui accélere la vitesse du gaz mis en mouvement par la chambre de compression, la chambre d'injection du liquide (13) et son canal d'injec-tion (15), sa buse de remplissage de liquide (17), son piston d'étancheite et de transfert (19) et enfin sa soupape d'ali-mentation (21). De plus, la figure 1 represente la chambre de pré-injection (23), le clapet de cette chambre (25) formant le piston de la chambre d'injection, le conduit d'alimenta-tion en liquide (27) raccordé à un systeme de pompage (37), le réservoir de gaz liquéfié (29) et le conduit de retour des fuites du liquide (35).
La partie gauche de la figure 1 représente la forme intérieure (7') de la configuration conventionnelle d'une chambr~ de coupure dont le profil pourra être intercalé entre les régions prévues pour les mécanismes d'injection liquide présentés a droite, de façon a offir un volume maximal pour le gaz dans la chambre de compression.
La figure 2 représente la chambre de coupure ayant ses contacts (1) et (5) fermés lorsque la chambre d'injection (13) est remplie avec du gaz liquéfié qui est disponible pour l'injection. On voit que l'étanchéité de cette chambre est assurée par la paroi latérale supérieure de la chambre de pré-injection (23) et le piston d'étanchéité (19).
La figure 3 indique l'écoulement des gaz d'inter-ruption le long de l'arc électrique (11) ainsi que l'apport de l'injection liquide sur l'arc lors de l'ouverture des contacts. On remarque que le canal d'injection (15) est situé en amont de la buse (9) de façon a ce que la volatili-sation instantanée du liquide incident sur l'arc s'ajoute au débit gazeux passant par la buse. Par conséquent, le débit massique de gaz sera tres significativement augmenté et se traduira par une amélioration du pouvoir de coupure. Cette volatilisation instantanée du liquide au contact avec l'arc est due aux tres hautes températures de plus de 10,000C at-teintes par l'arc. Sur cette figure, on remarque que le __ clapet de la chambre de pré-injectiOn (25) est en position fermée et agit comme piston assurant le débit du liquide vers l'arc. Ce clapet est situé thermiquement tres loin des hautes températures de l'arc et est isolé de celui-ci par l'écoulement gazeux axial, par le petit diametre du canal d'injection (15) et par la paroi intérieure (31) de la chambre de compression qui est habituellement constituée de téflon.
La figure 4 représente la chambre de coupure en position ouverte et en présence de gaz liquéfié qui est conte-nu dans la chambre (23) de pré-injection. Le large clapet (25) permettra au liquide de transiter sans résistance de la chambre de pré-injection (23) a la chambre d'injection (13) lors de fermeture des contacts. Ainsi, la vitesse de fer-meture des contacts ne sera pas significativement limitée par le mouvement du gaz liquéfié. Il est aussi apparent que pour compenser toute fuite de liquide autour du piston (19), un retour de ce liquide au circuit d'alimentation est prévu par un conduit (35) vers le réservoir (29).
La figure 5 représente le principe de construction de la chambre de pré-injection (23) et de son raccord avec le piston (19). Le corps de la chambre peut être de section circulaire et constitué d'un cylindre en métal ou d'un autre matériel dont la paroi verticale est coupée de part et d'au-tre pour y laisser glisser le piston (19) qui est raccordé
aux parois (31) et (33) de la chambre de compression.
Enfin, la forme de la section et le nombre des chambres d'injection et de pré-injection peuvent être conçus de différentes façons. C'est ainsi que les figures 6 et 7 représentent des profils de sections circulaires et rectangu-laires respectivement.
Le disjoncteur de la présente invention permettra d'utiliser de plus hautes pressions de gaz et ainsi produirede plus hautes performances que celles que l'on a connues antérieurement puisque cette conception s'accommode tres bien de la présence de gaz liquéfié. De plus, cette conception est adaptable a tout disjoncteur conventionnel a auto-soufflage et ne requiert que des modifications mineures a l'appareil. La construction est tres simple et ne requiert qu'une piece mobile qui est un simple clapet (25) situé tres loin des régions de tres hautes températures résultant en un haut niveau de fiabilité. De plus, suite a un nombre exces-sif d'opérations, des fuites du systeme d'injection liquide peuvent facilement être tolérées par un systeme de pompage (37). Ce systeme de pompage serait tres peu utilisé si la pression était choisie de façon telle qu'une liquéfaction se produise a 0C, -10C ou -20C plutôt qu'aux valeurs actu-elles de -30C et -40C.

Claims (13)

Les revendication de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:
1. Un disjoncteur à auto-soufflage de gaz et à auto-injection dudit gaz liquéfié employé pour l'interruption d'un courant élevé circulant dans une ligne électrique à
haute tension, ledit disjoncteur comprenant un premier contact fixe et une chambre de compression, ladite chambre de compression comprenant une partie inférieure fixe et une partie supérieure mobile axialement par rapport à ladite partie inférieure, ladite partie supérieure étant constituée d'un second contact et d'une enveloppe disposée autour dudit second contact, l'extrémité supérieure de ladite enveloppe constituant une buse d'accélération en teflon, le profil de la paroi interne de l'enveloppe épousant le profil de la paroi externe de ladite partie inférieure fixe de ladite chambre de compression, ladite enveloppe étant caractérisée par la présence d'un dispositif d'injection du gaz liquéfié directement sur l'arc électrique formé au moment de la coupure du courant.
2. Le disjoncteur de la revendication 1 dans lequel le dispositif d'injection du gaz liquéfié est constitué d'au moins une chambre d'injection remplie dudit gaz liquéfié, laquelle chambre d'injection comprend un étroit canal d'injection dirigé sur l'arc électrique et un piston de compression pour l'injection.
3. Le disjoncteur de la revendication 2 dans lequel la chambre d'injection consiste en une cavité pratiquée dans la paroi de la partie mobile de la chambre de compression du disjoncteur, ledit étroit canal étant disposé à une extrémité
opposée audit piston de compression.
4. Le disjoncteur de la revendication 2 dans lequel la chambre d'injection est constituée d'un mécanisme extérieur indépendant de la chambre de compression du disjoncteur.
5. Le disjoncteur de la revendication 2 dans lequel le piston de compression est constitué d'une chambre de pré-injection assujettie à la partie fixe de la chambre de com-pression du disjoncteur.
6. Le disjoncteur de la revendication 2 dans lequel un piston de transfert raccordé par des épaulements aux parois interne et externe de la partie mobile de la chambre de com-pression du disjoncteur assure l'étanchéité entre la chambre d'injection et le piston de compression.
7. Le disjoncteur de la revendication 1 dans lequel le second contact est disposé de façon concentrique à ladite en-veloppe.
8. Le disjoncteur de la revendication 3 dans lequel la cavité a une section circulaire.
9. Le disjoncteur de la revendication 3 dans lequel la cavité a une section rectangulaire.
10. Le disjoncteur de la revendication 5 dans lequel la chambre de pré-injection est constituée d'un cylindre creux dont les parois latérales présentent des ouvertures longitu-dinales lui permettant de glisser le long des épaulements du piston de transfert et dont l'extrémité supérieure fermée est munie d'un clapet, qui en position fermée permet à ladite chambre de pré-injection de servir de piston de compression et qui en position ouverte assure le transfert du gaz liqué-fié de ladite chambre de pré-injection à la chambre d'injec-tion.
11. Le disjoncteur de la revendication 2 dans lequel la chambre d'injection est munie d'une buse de remplissage de gaz liquéfié laquelle est reliée à une soupage d'alimentation raccordée à un système de pompage assurant le transfert du gaz liquéfié contenu dans le réservoir conçu à cet effet.
12. Le disjoncteur de la revendication 4 dans lequel une canalisation de retour de fuites du gaz liquéfié
pratiquée dans ladite partie inférieure de ladite chambre de compression relie le fond d'une chambre de pré-injection à un réservoir contenant le gaz liquéfié.
13. Le disjoncteur de la revendication 1 dans lequel le gaz employé est un gaz électronégatif tel que l'hexafluorure de soufre (SF6) ou un mélange de gaz comprenant du SF6.
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