EP0559552B1 - Disjoncteur auto-sectionneur à intensité nominale élevée et application à une cellule et à un poste à moyenne tension - Google Patents

Disjoncteur auto-sectionneur à intensité nominale élevée et application à une cellule et à un poste à moyenne tension Download PDF

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EP0559552B1
EP0559552B1 EP93400533A EP93400533A EP0559552B1 EP 0559552 B1 EP0559552 B1 EP 0559552B1 EP 93400533 A EP93400533 A EP 93400533A EP 93400533 A EP93400533 A EP 93400533A EP 0559552 B1 EP0559552 B1 EP 0559552B1
Authority
EP
European Patent Office
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self
metal
rod
isolating
connection member
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP93400533A
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German (de)
English (en)
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EP0559552A1 (fr
Inventor
Paul Rozier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Grid Solutions SAS
Original Assignee
GEC Alsthom T&D SA
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Filing date
Publication date
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Publication of EP0559552B1 publication Critical patent/EP0559552B1/fr
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/666—Operating arrangements
    • H01H33/6661—Combination with other type of switch, e.g. for load break switches
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/12—Auxiliary contacts on to which the arc is transferred from the main contacts
    • H01H33/121—Load break switches

Definitions

  • the present invention relates to a self-disconnecting circuit breaker according to the preamble of claim 1 usable in particular for circuits or lines with high nominal current, for example 3150 amps and more.
  • the present invention also relates to a cell comprising such a self-disconnecting circuit breaker and to a station comprising such a cell.
  • An electrical disconnect circuit breaker is an electrical device having a circuit breaker breaking capacity and which, when in the open position, has between its terminals a dielectric strength between input and output equal to or greater than that required for the disconnectors.
  • Such a device can therefore replace three switchgear functions, which is particularly advantageous for the operator, both because of the savings made in investment (lower cost, smaller footprint) than by the savings in maintenance at during operation.
  • a first object of the invention is to provide a multi-pole self-disconnecting circuit breaker of low weight and compact in all its dimensions, therefore easily accommodable in a cell and easily maneuverable without requiring great maneuvering energy.
  • Another object of the invention is to provide a cell and a medium-voltage substation equipped with the above-mentioned self-isolating circuit breaker.
  • the subject of the present invention is a multipole self-disconnecting circuit breaker comprising for each pole a double insulating bushing surrounding a vacuum interrupter and comprising at a first end a first connection element connected to a first terminal of the ampoule and intended to be connected electrically to an incoming conductor, and at a second end a second connection element connected to the other terminal of the bulb and intended to be connected electrically to a feeder conductor, characterized in that each crossing further comprises at least two metal blades passing right through it and opening out to form external sockets intended to be connected respectively to said feeder conductor and to said audit incoming conductor, the bushings being fixed to the same metal section along and sheltered from which is placed a common operating shaft for the bulbs and actuated by a control for operating the bulbs contained in a box integral with the section, the latter capable of being actuated in rotation, the aforementioned plugs and connection elements of the bushing being arranged so that the rotation of the profile first causes the switching of the current passing through the said blades in the vacuum
  • the insulating passage of each pole comprises a first cavity in which is housed the vacuum bulb, said bulb comprising an insulating envelope closed by first and second metal flanges, the first metal flange being externally connected to one of said connection elements and internally to a fixed contact of the vacuum interrupter, said second flange being leaktightly traversed by a movable metal rod carrying a second movable contact of the vacuum interrupter, the crossing insulator each comprising a second cavity communicating with the first cavity and in which is disposed a metal tube mechanically connected to the vacuum interrupter and electrically connected to said movable metal rod, said tube containing a control rod connected to said movable metal rod,!
  • each pole being fixed to said metal profile, the ti control of each pole being mechanically connected to said shaft by means of a lever articulated on an end piece integral with the metal tube, of an insulating arm articulated by a first end to said lever and by a second end to a connecting rod wedged on said shaft, said end piece being mechanically and electrically connected to said metal tube and carrying said second connection element.
  • the first cavity has internal grooves parallel to the axis of the passage, defining with the external wall of the vacuum interrupter ventilation channels, the air circulating in the metal tube and penetrating into said channels through holes in said tube.
  • the vacuum interrupter is placed in an insulating cylindrical cage, for example made of resin, placed in said first cavity.
  • said cage has grooves parallel to its axis, defining with the wall of the vacuum interrupter ventilation channels, the air circulating in the metal tube and penetrating into said channels through holes in said tube.
  • the dielectric strength between said metal tube and the wall of said second cavity is ensured by a sheath of compressible insulating material slid over said metal tube and engaged in said second cavity, the mounting being facilitated by the use of an insulating grease.
  • said sheath is made of latex.
  • the kinematic chain between said control rod and said control shaft comprises a spring play adjustment mechanism.
  • the end of the control rod comprises a tubular end portion in which engages said movable rod, said movable rod comprising a lumen in which is engaged a first pin passing through said control rod, a spring s' pressing against a first support washer in contact with said end of the control rod, and against a second support washer engaged in the mobile rod and held by a second pin passing through the mobile rod.
  • the mechanical connection of said metal tube with the vacuum interrupter and the electrical connection of said metal tube with said movable contact rod is ensured by means of a sleeve fixed to said second flange, of a ring secured to said sleeve and to said tube, and to an accordion or socket type contact disposed inside said ring and surrounding said rod.
  • Said end piece comprises two half-collars tightened on said metal tube and in abutment on the end of the insulating bushing.
  • the half-collars comprise lugs cooperating with cells made in the insulating bushing to immobilize said metal tube in rotation.
  • Said sheath is blocked by a circlip tightened on said metal tube.
  • the outer surface of the insulating bushing is metallized in the area adjacent to the support profile.
  • the crossing comprises, in the vicinity of the fillet connecting the two cavities, a metal grid inserted in the molding and set to the potential of said metal tube.
  • the invention also relates to a medium-voltage cell, characterized in that it comprises at least one self-disconnecting circuit breaker of the aforementioned type.
  • the box has a first, fixed flap, separating the space containing the bars from the space in the drawer.
  • the box has a second, movable flap, occupying a position above the first flap when the circuit breaker is in service and coming, when the circuit breaker is in the cut position, occupy a place where it completely prevents, with the first shutter access to the bar space from the drawer space.
  • the movement of the second flap is ensured by a disc driven in rotation by the rotation of the profile and actuating at least one set of connecting rods connected to said second drawer which slides in slides fixed to the box.
  • the disc comprises a notch cooperating with a latch to immobilize the disc when the drawer is extracted, the latch being unlocked by action of the drawer when the latter is replaced.
  • the drawer has a shutter driven in rotation by the rotation of the circuit breaker-auto-selector when passing from the cut-off position of the disconnection to the tripped position and putting the poles to earth when the self-disconnector circuit breaker is in the cut position.
  • the metal profile is rotated by a gear motor fixed to the drawer and cooperating with a pinion secured to the profile.
  • the invention also relates to a medium-voltage substation comprising a cell of the aforementioned type and at least one cell comprising a self-disconnecting circuit breaker of the aforementioned type associated with a busbar ascent compartment.
  • poles of the self-disconnecting circuit breaker of the invention are referenced 1, 2 and 3; they are fixed to a common metal profile 4, preferably at right angles, along and sheltered from which is placed a control shaft 38 of the poles.
  • Reference 29 designates the pole fixing collar on the profile 4.
  • Profile 4 is at ground potential; as will be seen below, the profile can turn on itself around its longitudinal direction to ensure the switching current function and cutting the device; the profile 4 is integral with a control box 5 for the circuit breaker function of the device, inside which the shaft 38 penetrates.
  • the assembly constituted by the profile and the poles is well balanced, so that the above-mentioned sectioning operation requires only a low energy.
  • Figure 2 is an axial sectional view of a pole, for example the pole 1.
  • Figure 3 is an axial sectional view of the same pole, 90 ° from the previous one.
  • the pole includes an insulating bushing 10, made of resin or elastomer. If necessary, the bushing can be fitted with fins of the attached type or molded inlets.
  • the bushing 10 is a cylindrical volume with a rectangular cross section, with rounded corners for dielectric reasons.
  • Two copper strips 7 and 8 parallel to each other and to the axis of the crossing are arranged inside the latter; the blades are placed within the bushing during the molding thereof.
  • the blades 7 and 8 extend outside the bushing to form electrical outlets at each end of the bushing.
  • These sockets are referenced 7A, 7B, 8A and 8B. They cooperate with complementary sockets described below and are used to convey the permanent current which, as already explained, is of high intensity (3150 amps and more for example).
  • the passage comprises, at the upper part of the drawing, an axial cylindrical housing receiving a vacuum interrupter 14 shown diagrammatically.
  • the vacuum interrupter comprises an insulating envelope 15, preferably made of ceramic, and two metal end plates or flanges 16 and 17. On the plate 16 is fixed, inside the ampoule, a metal rod 18 carrying a fixed contact 19; a connection element 20A, such as a jaw, is fixed to the plate 16, outside the envelope.
  • the vacuum interrupter comprises a movable contact 21 carried by a metal rod 22 sliding in leaktight manner through the plate 17 thanks to a sealing bellows 23.
  • the interior surface of the housing of the vacuum interrupter is provided with grooves 12 parallel to the axis of the passage and serving as ventilation channels, as will be explained below.
  • the diameter and the depth of the vacuum bulb housing are chosen for a given type of vacuum bulb; if you want to accommodate a bulb of smaller dimensions, you will interpose, as shown in Figure 6, between the inner wall of the housing and the vacuum bulb 14, a cylindrical cage 13 of insulating material such as resin, provided of external grooves 13A defining with the lateral surface of the vacuum interrupter ventilation channels.
  • the bushing comprises a second frustoconical housing in communication with the housing of the vacuum interrupter.
  • the volume delimited by this second housing is therefore conical, its section decreasing when moving from the housing of the bulb.
  • the second housing contains a metal tube 25, preferably made of copper, secured to the vacuum interrupter as will be shown with reference to FIG. 7, and in electrical contact with the movable rod 22 of the vacuum interrupter.
  • the tube 25 is used to convey the current between the vacuum interrupter and a part 26, described in detail with reference to FIG. 5 and carrying a connection element 20B, for example a jaw.
  • the dielectric strength between the bushing 10 and the metal tube 25 is ensured by means of a sheath 27, of insulating material such as latex, and having a tubular shape with a cylindrical inner section and a conical outer surface complementary to the surface of the second home.
  • this sheath is slid around the metal tube 25, slipping being facilitated by the use of an insulating grease, for example based on silicone.
  • the outer surface of the sheath is coated with the same grease and engaged in the second housing, applying pressure so as to ensure the elimination of air. Maintaining the sheath in compression is ensured by means of a stop means such as a circlip 28 engaged in a groove in the tube 25.
  • the pole is placed in abutment on the metal profile 4, thanks to a transverse groove 10A of the bushing, coming from molding.
  • the opening or closing operation of the vacuum interrupter is ensured by means of a rod 30, for example metallic, fixed for example by screwing to the rod 22.
  • This rod is articulated at 31 to a return lever 32 itself articulated at 33 on part 26.
  • the end of the lever is articulated at 34 at a first end of an insulating rod 35 whose second end is articulated at 36 at a first end of a connecting rod 37 whose second end is wedged on the control shaft 38 placed along the profile 4 .
  • the copper tube 25 carries, in the vicinity of the plate 17, holes 25A whose role is explained now.
  • the self-disconnecting circuit breaker of the invention When the self-disconnecting circuit breaker of the invention is closed, the nominal current mainly passes through the conductors 7 and 8; only a fraction of the current flows through the vacuum interrupter.
  • the vacuum interrupter To interrupt the current in the circuit breaker, either for a normal operating operation or because of a fault, the device is tilted by rotation of the profile, which causes the separation of the contacts 7A, 7B , 8A, 8B, then the vacuum interrupter is opened by the rotation of the shaft 38 causing, by the play of the various levers, the displacement of the rod 30.
  • FIG. 7 shows how the metal tube 25 is mechanically fixed to the vacuum interrupter 14 and how the current can pass from the movable rod 22 to the tube 25.
  • Vacuum ampoules usually include a metal cover welded to the plate 17 and which contains a bearing for the movable rod 22.
  • the cover is modified and transformed into a sleeve 15A internally threaded to which a metal ring 15B can be screwed.
  • the tube 25 is engaged inside this ring and secured to the ring by brazing or screwing.
  • the ring and the tube then define a shoulder against which an accordion type contact or a contact socket 15C rests.
  • the shape and role of the part 26 are specified with reference to FIGS. 3 and 5. It can be seen that the part 26 comprises two half-collars 41 and 42 which can be tightened by means of screws 43, 44. These half-collars enclose the end of the conductive tube 25, which protrudes from the bushing 10, with a contact pressure sufficient to ensure the passage of current. The half-collars, abutting against the end of the bushing 10, thus ensure the immobilization in axial translation of the tube 25 and the vacuum interrupter 14 which is integral therewith.
  • Lugs 45 carried by the half-collars cooperate with cells coming from molding at the end of the bushing 10 to immobilize the tube 25 and, consequently, the vacuum interrupter 14, in rotation.
  • a plate 46 secured to the half-collars for example by means of screws 47, serves to support the connection element 20B.
  • the outer surface of the bushing 10, in line with the section 4, is metallized and brought to earth potential.
  • FIGS. 2 and 3 shows the presence, between the flange 17 and the passage portion 10C connecting the two housings, of a volume filled with air. Without special precautions, this volume would be subject to a strong potential gradient which could lead to partial discharges which in the long run can be destructive.
  • the bushing comprises, in line with the aforementioned volume, a metal mesh 51A inserted during the molding of the bushing, and which is set to the potential of the metal tube 25. In this way, the potential differences are applied to the only insulating parts.
  • the operating rod 30 may comprise a play take-up member comprising a cage provided with a spring 53; this play take-up member can also, as a variant, be arranged at any location of the kinematic chain connecting the rod 22 and the control shaft 38.
  • This cage can in certain cases be too bulky, it is possible to replace it with the device described below with reference to FIG. 8.
  • At least the end of the control rod 30 has a tubular portion 30A in which engages the end of the movable rod 22 of the bulb.
  • the movable metal rod 22 includes a light 22A in which is engaged a first pin 22B passing through the rod 30.
  • a spring 22C is disposed between a first support washer 22D in contact with the end of the tubular part 30A, and a second washer 22E engaged in the rod 22 and held by a second pin 22F passing through the rod 22.
  • the rod 30 compresses the spring 22C which transmits the force to the movable rod 22 without play.
  • the play take-up assembly is guided in the conductive tube 25 by the washers 22D and 22E supporting the spring.
  • the washers have holes or notches at their periphery to allow the passage of the air for cooling the bulb.
  • control rod 30 is made in tubular form; alternatively, the control rod can be a tube over its entire length.
  • the control shaft 38 is fixed to the metal section 4 by known means not shown, so as to leave it free to rotate.
  • the shaft can be protected more completely by means of a not shown angle profile, for example plastic, clipped onto the metal profile 4 so as to define a hollow beam and thus protect the shaft 38 from the dust.
  • Figures 9 to 12 illustrate the mounting of the self-disconnecting circuit breaker of the invention for the production of a medium voltage cell.
  • FIGS. 9 and 10 there is a metal frame 55 seen in section; this frame is brought to earth potential by conventional means not shown; to this frame is fixed, by all means not shown, a box 55A containing the self-isolating circuit breaker of the invention, as well as various elements described below: the box first contains a drawer 56 sliding on slides; the drawer 56 has two opposite faces 56A and 56B (see FIG. 12) on which the ends of the metal section 4 are mounted in rotation. It will be recalled that this profile can rotate on itself and that it is integral with the control box 5 shown in dashed lines in FIGS. 10 and 11.
  • the box carries at its upper part insulators 57 serving to support terminals 58 connected to the electrical bars 59 of the station.
  • the frame is surmounted by the bar compartment 60.
  • the box carries a first fixed flap 61 which prevents access to the left part of the bar compartment from the front face of the cell.
  • the box carries slides 61A carrying a flap 61B which, when the circuit breaker is in normal service, remains on the left of the figure (figure 9) and which, when the circuit breaker is in the sectioned position (figure 10) , automatically moves to the right of the figure to prevent access to the right part of the bar compartment from the front of the cubicle.
  • the drawer comprises a pivoting automatic shutter 62 which is returned to position by a spring 63; in normal service (figure 9), this flap separates the busbar compartment from the cable compartment; during a sectioning maneuver, it ensures the earth potential of the device coming and remaining in contact with the contact 8A ( Figure 10).
  • each starting cable 65 is connected to a terminal 66 carried by a support insulator 67 which can also serve as a voltage detector, the latter being detected by means of indicator lamps 68 placed at the base of the support insulator 67.
  • Terminal 66 ( Figure 11) comprises two trapezoidal blades 66A and 66B intended to cooperate with the blades 7B and 8B of the pole, and an elongated blade 66C intended to cooperate with the connection element 20B; the blades 66A and 66B carry contact fingers 66D between which the blades 7B and 8B engage.
  • the trapezoidal shapes facilitate a gradual entry into service of the contacts, therefore a better distribution of forces.
  • Terminal 58 has the same elements as terminal 66, referenced 58A, 58B, 58C and 58D to cooperate with the blades 7A and 8A as well as the connection element 20A.
  • An earthing switch 70 completes the equipment of the cell.
  • the frame 55 is placed on a box 72 for the departure of the cables; moreover, a relaying box 73 can be placed above the box 55A, with display and display members 74 arranged on the front face.
  • box 55A containing the drawer with the poles of the circuit breaker, the earthing switch, the isolators and the device for displaying the presence of voltage can be manufactured and checked in the factory and mounted on site.
  • the metal section 4, connected to the control box, is at ground potential; as the poles of the circuit breaker are mounted on a common profile, the risk of ignition between phases is practically non-existent, all priming occurring first on the ground.
  • the switching of the current and the sectioning by rotation of the metal section 4 integral with the control box is normally motorized, but it can also be carried out manually.
  • the profile is held by two ball bearings 75 and 76 integral with the walls 56A and 56B of the drawer.
  • the control box is secured to the profile 4, for example by welding.
  • a pinion 77 is secured to the profile 4.
  • a motor 78 fixed to the wall 56A of the drawer, drives, by a helical screw 79, with speed reduction, the pinion 77, which causes the profile 4 and the cabinet 5 to rotate, independently of the movement of the control shaft 38.
  • the motorization of the sectioning which has just been described shows that the apparatus can be remote-controlled and that it can therefore equip the stations for which there is no maneuvering personnel or surveillance.
  • FIGS. 15 and 16 illustrate an embodiment, given by way of nonlimiting example, of an automatic operating mechanism for the flap 61B.
  • the box carries, as already mentioned, two slides 61A in which the flap 61B, which is a rectangular sheet, can slide.
  • the box carries, on its rear face, a movable disc 61C provided with a central hole 61D of suitable shape to receive the section 4 which projects beyond the drawer beyond the face 56B (see FIG. 14) and allow the disc to rotate when the pole support profile 4 turns on itself during a sectioning operation.
  • the hole is advantageously square or rectangular.
  • the flap is driven in translation by the rotation of the disc by means of two sets of linkages cooperating with a shaft 61E parallel to the plane of the flap and parallel to the profile 4.
  • the shaft is fixed to the box 55A by means of bearings not shown.
  • the first set of connecting rods comprises a connecting rod 61H wedged on the shaft 61E and articulated to a crank 61I articulated to the flap.
  • the support section 4 engaged in the hole of the disc 61C is rotated in the direction of the arrow (Fig.15); the rotation of the disc 61C causes the rotation of the shaft 61E and the rod-crank assembly 61H-61I causes the translation of the flap 61B which obstructs access to the right part of the bar compartment.
  • a locking latch 61J engages in a notch 61K of the disc 61C, immobilizing the flap 61B in its position. This latch, fitted with a spring, is released when the drawer is replaced.
  • Box 5 contains an overcurrent relay used to control the opening of the device in the event of a fault resulting in overcurrent.
  • the box also contains the mechanism for rotating the control shaft 38, making it possible to perform opening and closing cycles of the vacuum interrupter.
  • FIG. 17 is a block diagram of this mechanism, the advantage of which is that it is directly linked to the control shaft 38 of the self-isolating circuit breaker. It suffices to give the principle of this mechanism; its implementation is within the reach of the skilled person who can usefully refer to the Techniques of Engineer, High voltage electrical switchgear, by Euffer MAURY, D 657-4, page 49.
  • the mechanism comprises a drum 80 provided with a spring and which constitutes the reservoir of operating energy.
  • a gear motor 81 makes it possible to drive the drum to reset the spring.
  • the drum drives in rotation a shaft 82 always rotating in the same direction under the action of the rebound of the spring; this shaft is associated with hooking devices 83 with electrical or manual control, making it possible to carry out the usual opening and closing cycles (for example an OPEN cycle, 0.1 seconds CLOSE, OPEN).
  • An eccentric device 84 makes it possible to transform the one-way movement of the shaft 82 into an alternating circular movement communicated to the control shaft 38 of the poles of the self-disconnecting circuit breaker.
  • the mechanism comprises, as is well known, a manual resetting member comprising a crank 85 visible in FIGS. 1, 12 and 13.
  • the invention typically applies to the production of medium voltage cells (for example 36 kV) with high nominal current (typically 3150 amps and more).
  • FIG. 18 schematically represents a station produced by means of several circuit breakers such as 101 and 102; the self-disconnecting circuit breaker 101 is placed in a cell 110 similar to that shown with reference to FIGS. 9 to 13 and comprising the incoming cables 111; the other self-disconnecting circuit breakers are placed in coupling cells such as 120 coupled to cells such as 121 for busbar mounting.

Landscapes

  • Gas-Insulated Switchgears (AREA)
  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
  • Push-Button Switches (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Keying Circuit Devices (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
  • Primary Cells (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)

Description

  • La présente invention est relative à un disjoncteur auto-sectionneur selon le préambule de la revendication 1 utilisable en particulier pour des circuits ou lignes à intensité nominale élevée, par exemple 3150 ampères et plus. La présente invention est aussi relative à une cellule comportant un tel disjoncteur auto-sectionneur et à une poste comprenant une telle cellule.
  • On appelle disjoncteur auto-sectionneur un appareil électrique ayant un pouvoir de coupure de disjoncteur et qui, lorsqu'il est en position ouverte, présente entre ses bornes une tenue diélectrique entre entrée et sortie égale ou supérieure à celle qui est exigée pour les sectionneurs. Un tel appareil peut donc remplacer trois fonctions d'appareillage, ce qui est particulièrement avantageux pour l'exploitant, tant en raison de l'économie réalisée en investissement (moindre coût, encombrement au sol plus faible) que par les économies d'entretien au cours de l'exploitation.
  • On connaît, par le brevet français n° 1 533 266, une cellule blindée comprenant pour chaque phase un appareil de coupure rotatif, la rotation de l'appareil autour d'un axe situé dans un plan vertical de la cellule assurant son propre sectionnement.
  • Un tel appareil n'a pu être construit industriellement en raison de l'encombrement en longueur important et du poids des appareils de coupure du type étanche à fluide ininflammable envisagés, en particulier les disjoncteurs à hexafluorure de soufre (SF6). Un autre handicap résulte de la longueur de course des disjoncteurs à SF6 qui pénalise le type d'appareil précité par la longueur excessive qu'il faudrait leur donner.
  • Un premier but de l'invention est de réaliser un disjoncteur auto-sectionneur multipolaire de faible poids et de faible encombrement dans toutes ses dimensions, donc aisément logeable dans une cellule et facilement manoeuvrable sans nécessiter une grande énergie de manoeuvre.
  • Dans une gamme complète de disjoncteurs à moyenne tension, les appareils de forte intensité nominale (3150 ampères et plus), indispensables car ils équipent très souvent les cellules d'arrivée et de couplage, posent généralement des problèmes à leurs constructeurs pour les raisons ci-après:
    • ils obligent à mettre en oeuvre beaucoup de cuivre, ce qui les rend chers,
    • ils sont toujours le siège de pertes Joule donc d'échauffements souvent difficiles à limiter,
    • les sections minimales des conducteurs sont peu compatibles avec les technologies de coupure employées, par exemple:
      • 1) dans les appareils à faible volume d'huile, l'augmentation du diamètre de la tige mobile nuit à l'effet de soufflage de l'arc dans le pôt de coupure,
      • 2) dans la technologie de coupure à autosoufflage dans le SF6, les constructeurs ont dû pour la même raison en venir à l'emploi de contacts parallèles souvent difficiles à coordonner avec les contacts de coupure,
      • 3) dans les appareils à vide, l'agencement en général très élaboré des électrodes de contact (diffusion et centrage des arcs élémentaires) est en général générateur de pertes Joule élevées que l'on doit souvent compenser avec l'utilisation de radiateurs relativement importants destinés à faciliter le refroidissement des ampoules à vide lors du passage du courant nominal.
  • Il faut signaler en outre que ces appareils toujours difficiles à réaliser sont toujours l'objet de séries bien plus faibles que les appareils de faible intensité nominale.
  • Il est connu que pour surmonter les difficultés précités de réalisation des appareils de calibres élevés, certains constructeurs en sont arrivés pour des disjoncteurs à coupure dans le SF6 à dissocier les fonctions de coupure et de sectionnement, en faisant réaliser la coupure par une chambre de disjoncteur et le sectionnement par un sectionneur associé traversé par le courant nominal.
  • Les mouvements coordonnés des deux appareils sont en général définis comme suit:
    • à l'ouverture: ouverture du sectionneur, puis ouverture du circuit par le disjoncteur,
    • à la fermeture: fermeture du disjoncteur, puis fermeture du sectionneur.
  • Ces mouvements sont assurés par une même boîte de commande dont la cinématique, agencée en conséquence, est compliquée et comprend de nombreuses articulations.
  • Un autre but de l'invention est de réaliser un appareil unique, utilisable pour le passage d'un courant nominal élevé, assurant les fonctions de coupure et de sectionnement et possédant les qualités ci-après:
    • faible encombrement global,
    • dispositions très aérées autorisant une excellente ventilation en cellule,
    • longueur minimale de métal conducteur (peu de cuivre),
    • nombre réduit de contacts série, donc limitation des pertes Joule,
    • cinématique de commande simple, comportant peu d'articulations.
  • Un autre but de l'invention est de réaliser une cellule et un poste à moyenne tension équipé du disjoncteur auto-sectionneur précité.
  • La présente invention a pour objet un disjoncteur auto-sectionneur multipolaire comprenant pour chaque pôle une double traversée isolante entourant une ampoule à vide et comportant à une première extrémité un premier élément de connexion relié à une première borne de l'ampoule et destiné à être relié électriquement à un conducteur d'arrivée, et à une seconde extrémité un second élément de connexion relié à l'autre borne de l'ampoule et destiné à être relié électriquement à un conducteur de départ, caractérisé en ce que chaque traversée comprend en outre au moins deux lames métalliques la traversant de part en part et débouchant à l'extérieur pour constituer des prises de courant destinées à être reliées respectivement audit conducteur de départ et audit conducteur d'arrivée, les traversées étant fixées à un même profilé métallique le long et à l'abri duquel est placé un arbre de manoeuvre commun aux ampoules et actionné par une commande de manoeuvre des ampoules contenu dans un coffret solidaire du profilé, ce dernier pouvant être actionné en rotation, les prises et les éléments de connexion précités de la traversée étant agencés pour que la rotation du profilé entraîne d'abord la commutation du courant traversant lesdites lames dans l'ampoule à vide, puis le sectionnement de l'appareil.
  • Dans un mode particulier de réalisation, la traversée isolante de chaque pôle comprend une première cavité dans laquelle est logée l'ampoule à vide, ladite ampoule comprenant une enveloppe isolante fermée par un premier et un second flasques métalliques, le premier flasque métallique étant extérieurement relié à l'un desdits éléments de connexion et intérieurement à un contact fixe de l'ampoule à vide, ledit second flasque étant traversé de manière étanche par une tige métallique mobile portant un second contact, mobile, de l'ampoule à vide, la traversée isolante comprenant chacune seconde cavité communiquant avec la première cavité et dans laquelle est disposé un tube métallique mécaniquement relié à l'ampoule à vide et électriquement relié à ladite tige métallique mobile, ledit tube contenant une tige de commande reliée à ladite tige métallique mobile, !es traversées isolantes de chaque pôle étant fixées audit profilé métallique , la tige de commande de chaque pôle étant reliée mécaniquement audit arbre par l'intermédiaire d'un levier articulé sur une pièce d'extrémité solidaire du tube métallique, d'un bras isolant articulé par une première extrémité audit levier et par une seconde extrémité à une bielle calée sur ledit arbre, ladite pièce d'extrémité étant mécaniquement et électriquement reliée audit tube métallique et portant ledit second élément de connexion.
  • La première cavité comporte des rainures intérieures et parallèles à l'axe de la traversée, définissant avec la paroi extérieure de l'ampoule à vide des canaux de ventilation, l'air circulant dans le tube métallique et pénétrant dans lesdits canaux par des trous dans ledit tube.
  • En variante, l'ampoule à vide est placée dans une cage cylindrique isolante, par exemple en résine, disposée dans ladite première cavité.
  • Dans ce dernier cas, ladite cage comporte des rainures parallèles à son axe, définissant avec la paroi de l'ampoule à vide des canaux de ventilation, l'air circulant dans le tube métallique et pénétrant dans lesdits canaux par des trous dans ledit tube.
  • La tenue diélectrique entre ledit tube métallique et la paroi de ladite seconde cavité est assurée par une gaine en matériau isolant compressible glissée sur ledit tube métallique et engagée dans ladite seconde cavité, le montage étant facilité par l'emploi d'une graisse isolante.
  • De préférence, ladite gaine est en latex.
  • Avantageusement, la chaîne cinématique entre ladite tige de commande et ledit arbre de commande comprend un mécanisme de rattrapage de jeux à ressort.
  • En variante, l'extrémité de la tige de commande comprend une portion tubulaire d'extrémité dans laquelle s'engage ladite tige mobile, ladite tige mobile comprenant une lumière dans laquelle est engagée une première goupille traversant ladite tige de commande,un ressort s'appuyant contre une première rondelle d'appui en contact avec ladite extrémité de la tige de commande, et contre une seconde rondelle d'appui engagée dans la tige mobile et maintenue par une seconde goupille traversant la tige mobile.
  • Dans un mode particulier de réalisation, la liaison mécanique dudit tube métallique avec l'ampoule à vide et la liaison électrique dudit tube métallique avec ladite tige mobile de contact est assurée au moyen d'un manchon fixé audit second flasque, d'une bague solidarisée audit manchon et audit tube, et d'un contact du type accordéon ou douille disposé à l'intérieur de ladite bague et entourant ladite tige.
  • Ladite pièce d'extrémité comprend deux demi-colliers serrés sur ledit tube métallique et en butée sur l'extrémité de la traversée isolante.
  • Les demi-colliers comportent des ergots coopérant avec des alvéoles pratiqués dans la traversé isolante pour immobiliser ledit tube métallique en rotation.
  • Ladite gaine est bloquée par un circlips serré sur ledit tube métallique.
  • La surface extérieure de la traversée isolante est métallisée dans la zone voisine du profilé support.
  • La traversée comporte, au voisinage du congé reliant les deux cavités, une grille métallique insérée au moulage et mise au potentiel dudit tube métallique.
  • L'invention a également pour objet une cellule à moyenne tension, caractérisé en ce qu'elle comprend au moins un disjoncteur auto-sectionneur du type précité.
  • Dans un mode particulier de réalisation, la cellule comporte un disjoncteur auto-sectionneur du type précité, ce dernier étant placé dans un tiroir coulissant dans un caisson comportant des isolateurs supports pour un jeu de barres et des isolateurs support pour un départ de câbles, le profilé métallique support du disjoncteur auto-sectionneur étant articulée sur deux faces opposées dudit tiroir, le disjoncteur auto-sectionneur pouvant, en position sectionnée, prendre place entièrement dans le tiroir qui peut être au moins partiellement mais largement extrait du caisson.
  • Le caisson comporte un premier volet, fixe, séparant l'espace contenant les barres de l'espace du tiroir.
  • Le caisson comporte un second volet, mobile, occupant lorsque le disjoncteur est en service, une position au-dessus du premier volet et venant, lorsque le disjoncteur auto-sectionneur est en position sectionnée, occuper une place où il empêche complètement, avec le premier volet l'accès à l'espace des barres depuis l'espace du tiroir.
  • Le mouvement du second volet est assuré par un disque entraîné en rotation par la rotation du profilé et actionnant au moins un jeu d'embiellages relié audit second tiroir qui coulisse dans des glissières fixées au caisson.
  • Le disque comprend une échancrure coopérant avec un loquet pour immobiliser le disque lorsque le tiroir est extrait, le loquet étant déverrouillé par action du tiroir lorsque ce dernier est remis en place.
  • Le tiroir comporte un obturateur entraîné en rotation par la rotation du disjoncteur-autosectionneur lors du passage de la position enclenchée du sectionnement à la position déclenchée et mettant les pôles à la terre lorsque le disjoncteur auto-sectionneur est en position sectionnée.
  • La rotation du profilé métallique est assurée par un moto-réducteur fixé au tiroir et coopérant avec un pignon solidaire du profilé.
  • L'invention a également pour objet un poste à moyenne tension comprenant une cellule du type précité et au moins une cellule comportant un disjoncteur auto-sectionneur du type précité associée à un compartiment de remontée de jeu de barres.
  • L'invention est précisée par la description ci-après d'un exemple détaillé de réalisation du disjoncteur auto-sectionneur de l'invention, ainsi que d'une cellule à moyenne tension en faisant application, en référence au dessin annexé dans lequel:
    • la figure 1 est une vue en perspective d'un disjoncteur auto-sectionneur triphasé selon l'invention,
    • la figure 2 est une vue en coupe axiale d'un pôle de disjoncteur auto-sectionneur selon l'invention,
    • la figure 3 est une vue en coupe axiale du même pôle, à 90 degrés de la précédente.
    • la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 2,
    • la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne V-V de la figure 3,
    • la figure 6 est une vue en coupe axiale de la partie supérieure d'un pôle selon une variante de réalisation permettant de loger une ampoule à vide de petites dimensions,
    • la figure 7 est une vue en élévation en coupe axiale d'une partie d'un pôle montrant les dispositions pour relier mécaniquement et électriquement le tube métallique et l'ampoule à vide,
    • la figure 8 est une vue en élévation en coupe d'un dispositif de rattrapage de jeux pour la commande des contacts de l'ampoule,
    • la figure 9 est une vue en élévation d'un disjoncteur auto-sectionneur selon l'invention, équipé de son tiroir et placé dans un caisson fixé à une charpente, le disjoncteur auto-sectionneur étant représenté avec les fonctions sectionneur et disjoncteur enclenchées,
    • la figure 10 est une vue analogue à la précédente, le disjoncteur auto-sectionneur étant représenté avec ses fonctions sectionneur et disjoncteur déclenchées,
    • la figure 11 est une vue en perspective de l'un des borniers coopérant avec le pôle du disjoncteur auto-sectionneur de l'invention,
    • la figure 12 représente schématiquement une cellule équipé du disjoncteur auto-sectionneur de l'invention, la cellule étant montrée avec le tiroir ouvert,
    • la figure 13 représente la même cellule, avec le tiroir fermé,
    • la figure 14 représente le mécanisme de manoeuvre de sectionnement du disjoncteur auto-sectionneur de l'invention,
    • la figure 15 est une vue de côté du volet de protection coulissant et de son mécanisme de manoeuvre,
    • la figure 16 est une vue de dessus du même mécanisme,
    • la figure 17 est un schéma expliquant le mécanisme de manoeuvre de la partie disjoncteur du disjoncteur auto-sectionneur de l'invention,
    • la figure 18 représente schématiquement un poste réalisé au moyen de plusieurs disjoncteurs auto-sectionneurs.
  • Dans la figure 1, les pôles du disjoncteur auto-sectionneur de l'invention sont référencés 1, 2 et 3; ils sont fixés à un profilé métallique commun 4, de préférence en équerre, le long et à l'abri duquel est placé un arbre de commande 38 des pôles. La référence 29 désigne le collier de fixation du pôle sur le profilé 4.
  • Le profilé 4 est au potentiel de la terre; comme on le verra plus loin, le profilé peut tourner sur lui-même autour de sa direction longitudinale pour assurer la fonction commutation du courant et sectionnement de l'appareil; le profilé 4 est solidaire d'un coffret de commande 5 de la fonction disjoncteur de l'appareil, à l'intérieur duquel pénètre l'arbre 38.
  • L'ensemble constitué par le profilé et les pôles est bien équilibré, de sorte que la manoeuvre de sectionnement précitée n'exige qu'une faible énergie.
  • La figure 2 est une vue en coupe axiale d'un pôle, par exemple le pôle 1. La figure 3 est une vue en coupe axiale du même pôle, à 90° de la précédente.
  • Le pôle comprend une traversée isolante 10, en résine ou en élastomère. Si nécessaire, la traversée peut être munie d'ailettes de type rapporté ou venues de moulage.
  • La traversée 10 est un volume cylindrique à section droite rectangulaire, au coins arrondis pour des raisons diélectriques.
  • Deux lames de cuivre 7 et 8 parallèles entre elles et à l'axe de la traversée sont disposées à l'intérieur de cette dernière; les lames sont placées au sein de la traversée lors du moulage de celle-ci. La lames 7 et 8 s'étendent à l'extérieur de la traversée pour constituer des prises de courant à chacune des extrémités de la traversée. Ces prises sont référencées 7A, 7B, 8A et 8B. Elles coopèrent avec des prises compléméntaires décrites plus loin et servent à véhiculer le courant permanent qui, comme on l'a déjà expliqué, est de forte intensité (3150 ampères et plus par exemple).
  • La traversée comprend, à la partie supérieure du dessin, un logement cylindrique axial recevant une ampoule à vide 14 représentée schématiquement.
  • L'ampoule à vide comprend une enveloppe isolante 15, de préférence en céramique, et deux plaques métalliques d'extrémité ou flasques 16 et 17. Sur la plaque 16 est fixée, à l'intérieur de l'ampoule, une tige métallique 18 portant un contact fixe 19; un élément de connexion 20A, tel qu'une machoire, est fixé sur la plaque 16, à l'extérieur de l'enveloppe.
  • L'ampoule à vide comprend un contact mobile 21 porté par une tige métallique 22 coulissant de manière étanche à travers la plaque 17 grâce à un soufflet d'étanchéité 23.
  • La surface intérieure du logement de l'ampoule à vide est munie de rainures 12 parallèles à l'axe de la traversée et servant de canaux de ventilation, comme il sera expliqué plus loin. On notera que le diamètre et la profondeur du logement de l'ampoule à vide sont choisis pour un type d'ampoule à vide donné; si on veut loger une ampoule de plus faibles dimensions, on interposera, comme il est montré dans la figure 6, entre la paroi interne du logement et l'ampoule à vide 14, une cage cylindrique 13 en matériau isolant tel que la résine, muni de rainures extérieures 13A définissant avec la surface latérale de l'ampoule à vide des canaux de ventilation.
  • Revenant aux figures 2 et 3, on voit que la traversée comporte un second logement de forme tronconique en communication avec le logement de l'ampoule à vide. Le volume délimité par ce second logement est donc conique, sa section allant en diminuant lorsqu'on se déplace à partir du logement de l'ampoule.
  • Le second logement contient un tube métallique 25, de préférence en cuivre, solidarisé à l'ampoule à vide comme on le montrera en référence à la figure 7, et en contact électrique avec la tige mobile 22 de l'ampoule à vide. Le tube 25 sert à acheminer le courant entre l'ampoule à vide et une pièce 26, décrite en détail en référence à la figure 5 et portant un élément de connexion 20B, par exemple une mâchoire.
  • La tenue diélectrique entre la traversée 10 et le tube métallique 25 est assurée au moyen d'une gaine 27, en matériau isolant tel que le latex, et présentant une forme tubulaire à section intérieure cylindrique et à surface extérieure conique et complémentaire de la surface du second logement. Au montage, cette gaine est glissée autour du tube métallique 25, le glissement étant facilité par l'emploi d'une graisse isolante par exemple à base de silicone. Puis la surface extérieure de la gaine est enduite de la même graisse et engagée dans le second logement, en exerçant une pression de manière à assurer l'élimination d'air. Le maintien en compression de la gaine est assuré grâce à un moyen d'arrêt tel qu'un circlips 28 engagé dans une rainure du tube 25.
  • Le pôle est disposé en appui sur le profilé métallique 4, grâce à une rainure transversale 10A de la traversée, venue de moulage.
  • La manoeuvre d'ouverture ou de fermeture de l'ampoule à vide est assurée au moyen d'une tige 30, par exemple métallique, fixée par exemple par vissage à la tige 22. Cette tige est articulée en 31 à un levier de renvoi 32 lui-même articulé en 33 sur la pièce 26. L'extrémité du levier est articulée en 34 à une première extrémité d'une tringle isolante 35 dont la seconde extrémité est articulée en 36 à une première extrémité d'une bielle 37 dont une seconde extrémité est calée sur l'arbre de commande 38 placé le long du profilé 4.
  • Le tube de cuivre 25 porte, au voisinage de la plaque 17, des trous 25A dont le rôle est expliqué maintenant.
  • Lorsque le disjoncteur auto-sectionneur de l'invention est fermé, le courant nominal traverse principalement les conducteurs 7 et 8; seule une fraction du courant traverse l'ampoule à vide. Pour interrompre le courant dans le circuit du disjoncteur auto-sectionneur, soit pour une manoeuvre normale d'exploitation, soit en raison d'un défaut, l'appareil est basculé par rotation du profilé, ce qui provoque la séparation des contact 7A, 7B, 8A, 8B, puis l'ampoule à vide est ouverte par la rotation de l'arbre 38 provoquant, par le jeu des divers leviers, le déplacement de la tige 30. La totalité du courant traverse l'ampoule à vide pendant quelques millisecondes avant la séparation des contacts 19 et 21; le refroidissement de l'ampoule est assuré par une circulation d'air qui s'engage dans la pièce 26, traverse l'espace annulaire entre la tige de manoeuvre 30 et le tube 25, traverse les trous 25A et s'engage dans les rainures 12 du premier logement (ou les rainures 13A dans le cas de la variante de réalisation de la figure 6). Ce circuit de ventilation de l'ampoule est de toute première importance car il permet d'éliminer les risques de pollution et de condensation.
  • On se reportera à la figure 7 qui montre comment le tube métallique 25 est fixé mécaniquement à l'ampoule à vide 14 et comment le courant peut passer de la tige mobile 22 au tube 25.
  • Les ampoules à vide comprennent habituellement un capot métallique soudé à la plaque 17 et qui contient un palier pour la tige mobile 22. Pour les besoins de l'invention, le capot est modifié et transformé en un manchon 15A fileté intérieurement auquel on peut visser une bague métallique 15B. Le tube 25 est engagé à l'intérieur de cette bague et solidarisé à la bague par brasage ou vissage. La bague et le tube définissent alors un épaulement contre lequel s'appuie un contact de type accordéon ou une douille de contact 15C.
  • La forme et le rôle de la pièce 26 sont précisés en références aux figures 3 et 5. On voit que la pièce 26 comprend deux demi-colliers 41 et 42 pouvant être serrés au moyen de vis 43, 44. Ces demi-colliers enserrent l'extrémité du tube conducteur 25, qui dépasse de la traversée 10, avec une pression de contact suffisante pour assurer le passage du courant. Les demi-colliers, venant en butée contre l'extrémité de la traversée 10, assurent ainsi l'immobilisation en translation axiale du tube 25 et de l'ampoule à vide 14 qui en est solidaire.
  • Des ergots 45 portés par les demi-colliers coopèrent avec des alvéoles venus de moulage à l'extrémité de la traversée 10 pour immobiliser le tube 25 et, par suite, l'ampoule à vide 14, en rotation.
  • Une plaque 46, solidarisée aux demi-colliers par exemple au moyen de vis 47, sert de support à l'élément de connexion 20B.
  • La surface extérieure de la traversée 10, au droit du profilé 4, est métallisé et porté au potentiel de la terre.
  • L'examen des figures 2 et 3 montre la présence, entre le flasque 17 et la portion de traversée 10C reliant les deux logements, d'un volume rempli d'air. Sans précautions particulières, ce volume serait l'objet d'un fort gradient de potentiel pouvant entraîner des décharges partielles qui à la longue peuvent être destructrices. Pour éviter cet inconvénient, la traversée comprend, au droit du volume précité, un grillage métallique 51A inséré lors du moulage de la traversée, et qui est mis au potentiel du tube métallique 25. De la sorte, les différences de potentiel sont appliquées sur les seules parties isolantes.
  • La tige de manoeuvre 30 peut comprendre un organe de rattrapage de jeux comportant une cage munie d'un ressort 53; cet organe de rattrapage de jeux peut aussi, en variante, être disposé en tout endroit de la chaîne cinématique reliant la tige 22 et l'arbre de commande 38.
  • Cette cage pouvant dans certains cas être trop encombrante, il est possible de la remplacer par le dispositif décrit ci-après en référence à la figure 8.
  • Au moins l'extrémité de la tige de commande 30 présente une portion tubulaire 30A dans laquelle s'engage l'extrémité de la tige mobile 22 de l'ampoule. La tige mobile métallique 22 comporte une lumière 22A dans laquelle est engagée une première goupille 22B traversant la tige 30. Un ressort 22C est disposé entre une première rondelle d'appui 22D en contact avec l'extrémité de la partie tubulaire 30A, et une seconde rondelle 22E engagée dans la tige 22 et maintenue par une seconde goupille 22F traversant la tige 22. En position de fermeture des contacts de l'ampoule, la tige 30 comprime le ressort 22C qui transmet sans jeu l'effort à la tige mobile 22. On notera que l'ensemble de rattrapage de jeu est guidé dans le tube conducteur 25 par les rondelles 22D et 22E d'appui du ressort. Les rondelles portent des trous ou échancrures à leur périphérie pour permettre le passage de l'air de refroidissement de l'ampoule.
  • On a indiqué que seule l'extrémité de la tige de commande 30 était réalisée sous forme tubulaire; en variante, la tige de commande peut être un tube sur toute sa longueur.
  • L'arbre de commande 38 est fixé au profilé métallique 4 par des moyens connus non représentés, de manière à le laisser libre en rotation. L'arbre peut être protégé plus complètement au moyen d'un profilé en équerre non représenté, par exemple en plastique, clipsé sur le profilé métallique 4 de manière à définir une poutre creuse et mettre ainsi l'arbre 38 à l'abri de la poussière.
  • Les figures 9 à 12 illustrent le montage du disjoncteur auto-sectionneur de l'invention pour la réalisation d'une cellule à moyenne tension.
  • Dans les figures 9 et 10, on distingue une charpente métallique 55 vue en coupe; cette charpente est mise au potentiel de la terre par des moyens conventionnels non représentés; à cette charpente est fixée, par tous moyens non représentés, un caisson 55A contenant le disjoncteur auto-sectionneur de l'invention, ainsi que divers éléments décrits ci-après: le caisson contient d'abord un tiroir 56 coulissant sur des glissières; le tiroir 56 présente deux faces opposées 56A et 56B (voir figure 12) sur lesquelles les extrémités du profilé métallique 4 sont montées en rotation. On rappelle que ce profilé peut tourner sur lui-même et qu'il est solidaire du coffret de commande 5 représenté en tiretés dans les figures 10 et 11.
  • Le caisson porte à sa partie supérieure des isolateurs 57 servant de support à des bornes 58 reliés aux barres électriques 59 du poste. La charpente est surmontée par le compartiment barres 60.
  • Le caisson porte un premier volet fixe 61 qui interdit l'accès de la partie gauche du compartiment barres à partir de la face avant de la cellule. Le caisson porte des glissières 61A portant un volet 61B qui, lorsque le disjoncteur auto-sectionneur est en service normal, reste à gauche de la figure ( figure 9) et qui, lorsque le disjoncteur auto-sectionneur est en position sectionnée (figure 10), se déplace automatiquement vers la droite de la figure pour interdire l'accès à la partie droite du compartiment barres à partir de la face avant de la cellule.
  • Le tiroir comprend un obturateur automatique pivotant 62 qui est rappelé en position par un ressort 63; en service normal (figure 9), ce volet sépare le compartiment barres du compartiment câbles; lors d'une manoeuvre de sectionnement, il assure la mise au potentiel de la terre de l'appareil en venant et restant en contact avec le contact 8A (figure 10).
  • A la partie inférieure du caisson, on trouve un compartiment câbles, où chaque câble de départ 65 est relié à une borne 66 portée par un isolateur support 67 pouvant servir également de détecteur de tension, celle-ci étant détectée au moyen de lampes témoins 68 placées à la base de l'isolateur support 67.
  • La borne 66 (figure 11) comprend deux lames trapézoïdales 66A et 66B destinées à coopérer avec les lames 7B et 8B du pôle, et une lame allongée 66C destinée à coopérer avec l'élément de connexion 20B; les lames 66A et 66B portent des doigts de contacts 66D entre lesquels s'engagent les lames 7B et 8B. Les formes trapézoïdales facilitent une entrée en service progressive des contacts, donc une meilleure répartition des efforts.
  • La borne 58 porte les mêmes éléments que la borne 66, référencées 58A, 58B , 58C et 58D pour coopérer avec les lames 7A et 8A ainsi que l'élément de connexion 20A.
  • Un sectionneur de terre 70 complète l'équipement de la cellule.
  • Le fonctionnement du disjoncteur auto-sectionneur de l'invention est le suivant:
    • en fonctionnement normal, le disjoncteur auto-sectionneur est dans la configuration représentée dans la figure 9. Le courant circule entre le câble 65 et la barre 59 en empruntant de préférence les lames 7 et 8, de sorte qu'un courant relativement faible traverse l'ampoule à vide.
    • si on souhaite interrompre le courant, soit pour une manoeuvre normale d'exploitation, soit sur défaut, un ordre est donné à l'organe de manoeuvre du profilé 4 qui tourne sur lui-même dans le sens de la flèche F1 de la figure 9; cette rotation entraîne la séparation des éléments de connexion 20A et 20B d'avec les doigts 58D et 66D. Le courant traversant les lames 7 et 8 est commuté dans l'ampoule à vide; un ordre est donné alors au mécanisme de commande de l'arbre 38 qui par sa rotation provoque la séparation des contacts 18 et 21 et l'arrêt du courant.
    Pendant cette manoeuvre, le profilé a achevé sa rotation de 90 degrés; le pôle s'immobilise dans la position représentée dans la figure 10, avec les contacts 7B et 8B mis à la terre par l'obturateur 62. Les distances d'isolement sont respectées. Le coffret de commande 5 bascule en même temps que les pôles qui sont venus se loger dans le tiroir 56. Cette disposition permet un sectionnement visible,évitant tout risque pour le personnel. La visualisation du sectionnement peut être accentuée au moyen d'une signalétique constituée par exemple par un tracé 5A de couleur visible. Un dispositif bien connu, mais non représenté, permet d'éviter l'extraction totale du tiroir, ce qui interdit l'accès au compartiment barres. Le tiroir peut être tiré suffisamment (figure 12) pour permettre un accès total aux pôles en vue de leur entretien ou de leur remplacement. On note que la disposition des pôles n'autorise la refermeture du tiroir qu'en position sectionnée. On observera enfin que lorsque le tiroir est ouvert, les pôles du disjoncteur auto-sectionneur peuvent être replacés en position verticale, par rotation du profilé métallique 4, par exemple pour réaliser des essais de déclenchement ou d'enclenchement des ampoules à vide.
  • Pour constituer une cellule complète (figure 13), on dispose la charpente 55 sur un caisson 72 pour le départ des câbles; par ailleurs, un caisson relayage 73 peut être placé au-dessus du caisson 55A, avec organes de visualisation et d'affichage 74 disposés en face avant.
  • On notera que le caisson 55A contenant le tiroir avec les pôles du disjoncteur auto-sectionneur, le sectionneur de terre, les isolateurs et le dispositif de visualisation de la présence de tension peuvent fabriqués et contrôlés en usine et montés sur le site.
  • On rappelle que le profilé métallique 4, relié au coffret de commande, est au potentiel de la terre; comme les pôles du disjoncteur auto-sectionneur sont montés sur un profilé commun, le risque d'amorçage entre phases est pratiquement inexistant, tout amorçage se produisant d'abord à la terre.
  • La commutation du courant et le sectionnement par rotation du profilé métallique 4 solidaire du coffret de commande est normalement motorisé, mais il peut aussi être effectué manuellement.
  • Dans la figure 14, on distingue le profilé métallique 4, l'arbre de commande 38 des pôles et l'une des bielle 37; le pôle correspondant n'a pas été représenté par souci de clarté du dessin.
  • Le profilé est maintenu par deux paliers à billes 75 et 76 solidaires des parois 56A et 56B du tiroir. Le coffret de commande est solidarisé au profilé 4, par exemple par soudage. Un pignon 77 est solidarisé au profilé 4. Un moteur 78, fixé à la paroi 56A du tiroir, entraîne, parune vis hélicoïdale 79, avec réduction de vitesse, le pignon 77, ce qui provoque la rotation du profilé 4 et du coffret 5, indépendamment du mouvement de l'arbre de commande 38. La motorisation du sectionnement qui vient d'être décrite montre que l'appareil peut être télécommandé et qu'il peut donc équiper les postes pour lesquels il n'est pas prévu de personnel de manoeuvre ou de surveillance.
  • Les figures 15 et 16 illustrent un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif, d'un mécanisme de manoeuvre automatique du volet 61B.
  • Le caisson porte, comme il a déjà été mentionné, deux glissières 61A dans lesquelles peut coulisser le volet 61B, qui est une tôle rectangulaire.
  • Le caisson porte, sur sa face arrière, un disque mobile 61C muni d'un trou central 61D de forme convenable pour recevoir le profilé 4 qui déborde du tiroir au-delà de la face 56B (voir figure 14) et permettre la rotation du disque lorsque le profilé 4 support des pôles tourne sur lui-même lors d'une opération de sectionnement. Lorsque le profilé est une équerre, comme indiqué précédemment, le trou est avantageusement de forme carrée ou rectangulaire. Le volet est entraîné en translation par la rotation du disque au moyen de deux jeux d'embiellages coopérant avec un arbre 61E parallèle au plan du volet et parallèle au profilé 4. L'arbre est fixé au caisson 55A au moyen de paliers non représentés. Il est entraîné en rotation par une bielle 61F articulée d'une part sur le disque 61C et d'autre part à une manivelle 61G calée sur l'arbre 61E. Le mouvement de rotation de l'arbre est converti en un mouvement de translation communiqué au volet au moyen de deux jeux d'embiellages. Seul l'un des jeux d'embiellages celui du fond du tiroir, est décrit en détail, l'autre jeu, à l'avant du tiroir étant tout à fait identique. Le premier jeu d'embielleges comprend une bielle 61H calée sur l'arbre 61E et articulée à une manivelle 61I articulée au volet. Lors d'une manoeuvre de sectionnement, le profilé support 4, engagé dans le trou du disque 61C, est entraîné en rotation dans le sens de la flèche (Fig.15); la rotation du disque 61C entraîne la rotation de l'arbre 61E et l'ensemble bielle-manivelle 61H-61I provoque la translation du volet 61B qui vient obstruer l'accès à la partie droite du compartiment barres. Après la manoeuvre de sectionnement, si on retire le tiroir 56, un loquet de verrouillage 61J vient s'engager dans une échancrure 61K du disque 61C, immobilisant le volet 61B dans sa position. Ce loquet, muni d'un ressort, se dégage lorsque le tiroir est remis en place.
  • Le coffret 5 contient un relais à maximum de courant servant à commander l'ouverture de l'appareil en cas de défaut entraînant une surintensité. Le coffret contient en outre le mécanisme de mise en rotation de l'arbre de commande 38, permettant d'effectuer des cycles d'ouverture et de fermeture de l'ampoule à vide. La figure 17 est un schéma de principe de ce mécanisme dont l'intérêt est qu'il est directement lié à l'arbre de commande 38 du disjoncteur auto-sectionneur. Il suffit de donner le principe de ce mécanisme; sa mise en oeuvre est à la portée de l'homme du métier qui pourra utilement se référer aux Techniques de l'Ingénieur, Appareillage électrique d'interruption à haute tension, par Eugène MAURY, D 657-4, page 49.
  • Dans la figure 17, on reconnaît l'arbre 38 disposé à l'intérieur du profilé métallique 4 solidarisé au boîtier de commande 5.
  • Le mécanisme comprend un tambour 80 muni d'un ressort et qui constitue le réservoir d'énergie de manoeuvre. Un moto-réducteur 81 permet d'entraîner le tambour pour réarmer le ressort. Le tambour entraîne en rotation un arbre 82 tournant toujours dans le même sens sous l'action de la détente du ressort; cet arbre est associé à des dispositifs d'accrochage 83 à commande électrique ou manuelle, permettant de réaliser les cycles habituels d'ouverture et de fermeture (par exemple un cycle OUVERTURE, 0,1 seconde FERMETURE, OUVERTURE). Un dispositif excentrique 84 permet de transformer le mouvement à sens unique de l'arbre 82 en un mouvement circulaire alternatif communiqué à l'arbre de commande 38 des pôles du disjoncteur auto-sectionneur.
  • Le mécanisme comporte, comme il est bien connu, un organe de réarmement manuel comportant une manivelle 85 visible dans les figures 1, 12 et 13.
  • L'invention s'applique typiquement à la réalisation de cellules à moyenne tension (par exemple 36 kV) à courant nominal élevé (typiquement 3150 ampères et plus).
  • La figure 18 représente schématiquement un poste réalisé au moyen de plusieurs disjoncteurs auto-sectionneurs tels que 101 et 102; le disjoncteur auto-sectionneurs 101 est placé dans une cellule 110 analogue à celle représentée en référence aux figures 9 à 13 et comportant les câbles d'arrivée 111; les autres disjoncteurs auto-sectionneurs sont placés dans des cellules de couplage telle que 120 accouplées à des cellules telle que 121 de remontée de jeu de barres.

Claims (24)

  1. Disjoncteur auto-sectionneur multipolaire comprenant pour chaque pôle une double traversée isolante (10) entourant une ampoule à vide (14) et comportant à une première extrémité un premier élément de connexion (20A) relié à une première borne de l'ampoule et destiné à être relié électriquement à un conducteur d'arrivée, et à une seconde extrémité un second élément de connexion (20B) relié à l'autre borne de l'ampoule et destiné à être relié électriquement à un conducteur de départ, caractérisé en ce que chaque traversée comprend en outre au moins deux lames métalliques (7, 8) la traversant de part en part et débouchant à l'extérieur pour constituer des prises de courant (7A,7B,8A,8B) destinées à être reliées respectivement audit conducteur de départ et audit conducteur d'arrivée, les traversées étant fixées à un même profilé métallique (4) le long et à l'abri duquel est placé un arbre de manoeuvre (38) commun aux ampoules et actionné par une commande de manoeuvre des ampoules contenu dans un coffret solidaire du profilé, ce dernier pouvant être actionné en rotation, les prises (7A, 8A, 7B, 8B) et les éléments de connexion (20A, 20B) précités de la traversée étant agencés pour que la rotation du profilé (4) entraîne d'abord la commutation du courant traversant lesdites lames dans l'ampoule à vide (14), puis le sectionnement de l'appareil.
  2. Disjoncteur auto-sectionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la traversée isolante de chaque pôle comprend une première cavité dans laquelle est logée l'ampoule à vide (14), ladite ampoule comprenant une enveloppe isolante (15) fermée par un premier (16) et un second (17) flasques métalliques, le premier flasque métallique (16) étant extérieurement relié à l'un (20A) desdits éléments de connexion et intérieurement à un contact fixe (18) de l'ampoule à vide, ledit second flasque (17) étant traversé de manière étanche par une tige métallique mobile (22) portant un second contact (21), mobile, de l'ampoule à vide (14), la traversée isolante comprenant une seconde cavité communiquant avec la première cavité et dans laquelle est disposé un tube métallique (25) mécaniquement relié à l'ampoule à vide (14) et électriquement relié à ladite tige métallique mobile (22), ledit tube (25) contenant une tige de commande (30) reliée à ladite tige métallique mobile (22), les traversées isolantes de chaque pôle étant fixées audit profilé métallique (4), la tige de commande (30) de chaque pôle étant reliée mécaniquement audit arbre de commande (38) par l'intermédiaire d'un levier (32) articulé sur une pièce d'extrémité (26) solidaire du tube métallique (25), d'un bras isolant (35) articulé par une première extrémité audit levier (32) et par une seconde extrémité à une bielle (37) calée sur ledit arbre (38), ladite pièce d'extrémité (26) étant mécaniquement et électriquement reliée audit tube métallique (25) et portant ledit second élément de connexion (20B).
  3. Disjoncteur auto-sectionneur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première cavité comporte des rainures (12) intérieures et parallèles à l'axe de la traversée, définissant avec la paroi extérieure de l'ampoule à vide des canaux de ventilation, l'air circulant dans le tube métallique (25) et pénétrant dans lesdits canaux par des trous (25A) dans ledit tube.
  4. Disjoncteur auto-sectionneur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ampoule à vide (14) est placée dans une cage cylindrique isolante (13), par exemple en résine, disposée dans ladite première cavité.
  5. Disjoncteur auto-sectionneur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite cage (13) comporte des rainures intérieures (13A) parallèles à son axe, définissant avec la paroi de l'ampoule à vide (14) des canaux de ventilation, l'air circulant dans le tube métallique (25) et pénétrant dans lesdits canaux par des trous (25A) dans ledit tube.
  6. Disjoncteur auto-sectionneur selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que la tenue diélectrique entre ledit tube métallique (25) et la paroi de ladite seconde cavité est assurée par une gaine (27) en matériau isolant compressible glissée sur ledit tube métallique (25) et engagée dans ladite seconde cavité, le montage étant facilité par l'emploi d'une graisse isolante.
  7. Disjoncteur auto-sectionneur selon la revandication 6, caractérisé en ce que ladite gaine (27) est en latex.
  8. Disjoncteur auto-sectionneur selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que la chaîne cinématique entre ladite tige de commande (30) et ledit arbre de commande (38) comprend un mécanisme de rattrapage de jeux à ressort.
  9. Disjoncteur auto-sectionneur selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que l'extrémité de la tige de commande (30) comprend une portion tubulaire d'extrémité (30A) dans laquelle s'engage ladite tige mobile (22), ladite tige mobile comprenant une lumière (22A) dans laquelle est engagée une première goupille (22B) traversant ladite tige de commande, un ressort (22C) s'appuyant contre une première rondelle d'appui (22D) en contact avec ladite extrémité de la tige de commande (30) , et contre une seconde rondelle d'appui (22E) engagée dans la tige mobile (22) et maintenue par une seconde goupille (22F)traversant la tige mobile (22).
  10. Disjoncteur auto-sectionneur selon l'une des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que la liaison mécanique dudit tube métallique (25) avec l'ampoule à vide et la liaison électrique dudit tube métallique (25)avec ladite tige mobile de contact (22)est assurée au moyen d'un manchon (15A) fixé audit second flasque (17), d'une bague (15B) solidarisée audit manchon (15A) et audit tube (25), et d'un contact du type accordéon ou douille (15C) disposé à l'intérieur de ladite bague et entourant ladite tige (22).
  11. Disjoncteur auto-sectionneur selon l'une des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que ladite pièce d'extrémité (26) comprend deux demi-colliers (41, 42) serrés sur ledit tube métallique et en butée sur l'extrémité de la traversée isolante (10).
  12. Disjoncteur auto-sectionneur selon la revendication 11, caractérisé en ce que les demi-colliers (41, 42) comportent des ergots (45) coopérant avec des alvéoles pratiqués dans la traversé isolante (10) pour immobiliser ledit tube métallique (25) en rotation.
  13. Disjoncteur selon l'une des revendications 6 à 12, caractérisé en ce que ladite gaine (27) est bloquée par un circlips (28) serré sur ledit tube métallique (25).
  14. Disjoncteur auto-sectionneur selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la surface extérieure de la traversée isolante (10) est métallisée dans la zone voisine du profilé support (4).
  15. Disjoncteur auto-sectionneur selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que la traversée comporte, au voisinage du congé (10C) reliant les deux cavités, une grille métallique (51A) insérée au moulage et mise au potentiel dudit tube métallique (25).
  16. Cellule à moyenne tension, caractérisé en ce qu'elle comprend au moins un disjoncteur auto-sectionneur selon l'une des revendications 1 à 15.
  17. Cellule à moyenne tension selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'elle comporte un disjoncteur auto-sectionneur selon l'une des revendications 1 à 15, ce dernier étant placé dans un tiroir (56) coulissant dans un caisson (55A) comportant des isolateurs supports (58) pour un jeu de barres (59) et des isolateurs supports (67) pour un départ de câbles (65), le profilé métallique support du disjoncteur auto-sectionneur étant articulée sur deux faces (56A, 56B) opposées dudit tiroir , le disjoncteur auto-sectionneur pouvant, en position sectionnée, prendre place entièrement dans le tiroir (56) qui peut être au moins partiellement mais largement extrait du caisson (55A).
  18. Cellule à moyenne tension selon la revendication 17, caractérisée en ce le caisson (55A) comporte un premier volet (61), fixe, séparant l'espace contenant les barres (59) de l'espace du tiroir (56).
  19. Cellule à moyenne tension selon l'une des revendications 17 et 18, caractérisée en ce que le caisson (55A) comporte un second volet (61B), mobile, occupant lorsque le disjoncteur est en service, une position au-dessus du premier volet (61) et venant, lorsque le disjoncteur auto-sectionneur est en position sectionnée, occuper une place où il empêche complètement, avec le premier volet (61), l'accès à l'espace des barres (59) depuis l'espace du tiroir (56).
  20. Cellule à moyenne tension selon la revendication 19, caractérisée en ce que le mouvement du second volet (61B) est assuré par un disque (61C) entraîné en rotation par la rotation du profilé (4) et actionnant au moins un jeu d'embiellages (61F, 61G, 61H, 61I) relié audit second volet (61B) qui coulisse dans des glissières (61A) fixées au caisson (55A).
  21. Cellule à moyenne tension selon la revendication 20, caractérisée en ce que le disque (61C) comprend une échancrure (61K) coopérant avec un loquet (61J) pour immobiliser le disque lorsque le tiroir (56) est extrait, le loquet étant déverrouillé par action du tiroir lorsque ce dernier est remis en place.
  22. Cellule à moyenne tension selon l'une des revendications 17 à 21, caractérisée en ce que le tiroir (56) comporte un obturateur (62) entraîné en rotation par la rotation du disjoncteur-autosectionneur lors du passage de la position enclenchée du sectionnement à la position déclenchée, et mettant les pôles à la terre lorsque le disjoncteur auto-sectionneur est en position sectionnée.
  23. Cellule à moyenne tension selon l'une des revendications 17 à 22, caractérisée en ce que la rotation du profilé métallique (4) est assurée par un moto-réducteur (78) fixé au tiroir (56) et coopérant avec un pignon (77) solidaire du profilé (4).
  24. Poste à moyenne tension comprenant une cellule (110) selon l'une des revendications 17 à 23 et au moins une cellule (120) comportant un disjoncteur auto-sectionneur (102) selon l'une des revendications 1 à 14, associée à un compartiment (121) de remontée de jeu de barres.
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