EP0986081B1

EP0986081B1 - Interrupteur avec un système d'insertion d'une résistance à longue durée d'insertion

Info

Publication number: EP0986081B1
Application number: EP99402150A
Authority: EP
Inventors: Michel Perret
Original assignee: Areva T&D SAS
Current assignee: Grid Solutions SAS
Priority date: 1998-09-09
Filing date: 1999-08-31
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2019-08-31
Also published as: FR2783088B1; DE69931441D1; FR2783088A1; CN1248780A; CN1135584C; CA2281971C; EP0986081A1; CA2281971A1; US6239399B1

Description

L'invention concerne un interrupteur à gaz comprimé, en particulier un disjoncteur à haute tension, comprenant dans une enveloppe qui s'étend suivant une direction longitudinale, un premier équipage de contacts incluant un premier contact de courant permanent et un premier contact d'arc, un second équipage de contacts mobile suivant la direction longitudinale par rapport au premier équipage de contacts et incluant un second contact permanent et un second contact d'arc destinés à se connecter respectivement au premier contact permanent et au premier contact d'arc, et un système d'insertion d'une résistance lors de la fermeture de l'interrupteur, cette résistance étant reliée électriquement en série entre le premier contact d'arc et le premier contact de courant permanent. Le document FR2751781 décrit un dispositif selon le préamble de la revendication 1.
Une telle résistance sert à limiter les effets des courants transitoires sur le réseau lors de la fermeture de l'interrupteur. En pratique, cette résistance est insérée lorsque s'établit, lors de la fermeture de l'interrupteur, une connexion électrique entre les contacts d'arc et est court-circuitée avant que s'établisse la connexion entre les contacts de courant permanents. Lors de l'ouverture de l'interrupteur, la résistance ne doit pas être insérée.
La durée d'insertion de cette résistance peut varier d'une installation à une autre. Cette durée est généralement dépendante de la vitesse à laquelle est déplacé l'équipage de contacts mobile. Certains interrupteurs permettent d'obtenir une durée d'insertion de l'ordre de 6 ms pour une vitesse de déplacement de l'équipage de contacts mobile de l'ordre de 4 m/s. Certaines installations requièrent l'utilisation d'interrupteurs permettant d'arriver à une durée d'insertion de la résistance beaucoup plus importante, de l'ordre de 14 ms.
Un but de l'invention est de proposer un système d'insertion d'une résistance permettant d'obtenir une durée d'insertion de la résistance importante.
Un autre but de l'invention est de proposer un système d'insertion d'une résistance de fermeture qui soit compact et qui requiert peu de pièces.
A cet effet, l'invention a pour objet un interrupteur à gaz comprimé selon la revendication 1.
Avec un tel agencement, on obtient une durée d'insertion de la résistance correspondant à la durée nécessaire pour que les deux contacts auxiliaires se rapprochent l'un de l'autre à laquelle s'ajoute la durée de déplacement des deux contacts auxiliaires lorsqu'ils sont liés mutuellement en déplacement.
Selon un mode de réalisation particulier de l'interrupteur selon l'invention, le premier contact d'arc a la forme d'une tige sur laquelle coulisse un bloc métallique portant le second contact auxiliaire et ce bloc est poussé suivant la direction longitudinale, lors de la fermeture de l'interrupteur, par une buse solidaire du second contact d'arc. Ainsi, la durée d'insertion de la résistance peut être réglée sur la vitesse de déplacement de l'équipage de contacts mobile.
Selon encore un mode de réalisation particulier de l'interrupteur selon l'invention, le bloc présente une extrémité sensiblement conique qui s'emboîte dans la buse. De cette manière, on supprime l'effet de choc sur le bloc lors de la fermeture de l'interrupteur, ce qui contribue à mettre en mouvement le bloc à la même vitesse que le contact mobile.
Selon encore un mode de réalisation particulier de l'interrupteur selon l'invention, le bloc comporte une prolongation tubulaire qui s'étend suivant la direction longitudinale et sur laquelle coulisse une pièce isolante solidaire du premier contact auxiliaire, la prolongation tubulaire présentant une extrémité formant un piston qui coopère avec un évidement dans la pièce isolante de telle manière que le piston est rendu solidaire de la pièce isolante, lors de la fermeture de l'interrupteur, par le jeu d'une dépression créée dans l'évidement de la pièce isolante entre le piston et la pièce isolante. On comprend donc que les contacts auxiliaires sont liés en déplacement, lors de la fermeture de l'interrupteur, par un système pneumatique simple à effet de succion qui ne requiert aucun embiellage.
Selon encore un mode de réalisation de l'interrupteur selon l'invention, le bloc comprend une chambre interne qui est divisée par un épaulement radial de la tige du premier contact d'arc, et dans lequel un ressort est placé dans la chambre contre l'épaulement radial de la tige de telle façon que le déplacement du bloc le long de la tige du premier contact d'arc, lors de la fermeture de l'interrupteur, provoque la compression du ressort en même temps que la chambre se remplit de gaz et que, lors de l'ouverture de l'interrupteur, le ressort en se détendant exerce une force de rappel qui tend à déplacer automatiquement le bloc en sens inverse en même temps que les gaz sont évacués de la chambre par un orifice de celle-ci, l'orifice étant en outre calibré pour que s'exerce une résistance contre la force de rappel du ressort. Un tel agencement permet d'obtenir de façon simple avec peu de pièces et par un moyen pneumatique, lors de l'ouverture de l'interrupteur, une déconnexion des contacts auxiliaires effective seulement après la déconnexion des contacts d'arc et des contacts de courant permanent. Ainsi, la résistance ne peut pas s'insérer lors de l'ouverture de l'interrupteur.
Selon encore un autre mode de réalisation particulier de l'interrupteur selon l'invention, le premier contact auxiliaire et le premier contact de courant permanent sont montés solidaires sur un tube mobile suivant la direction longitudinale, et dans lequel un ressort est disposé contre le tube mobile pour s'opposer au déplacement de ce tube suivant la direction longitudinale, lors de la fermeture de l'interrupteur, ce ressort exerçant une force de rappel lors de l'ouverture de l'interrupteur qui tend à déplacer automatiquement le tube selon ladite direction longitudinale et dans un sens contraire.
Un exemple de réalisation de l'interrupteur selon l'invention est décrit ci-après plus en détail et illustré sur les dessins.

La figure 1 montre de façon très schématique un interrupteur selon l'invention en position d'ouverture complète.
La figure 2 montre de façon très schématique l'interrupteur de la figure 1 dans une première position intermédiaire de fermeture.
La figure 3 montre de façon très schématique l'interrupteur de la figure 1 dans une seconde position intermédiaire de fermeture.
La figure 4 montre de façon très schématique l'interrupteur de la figure 1 dans une troisième position intermédiaire de fermeture.
La figure 5 montre de façon très schématique l'interrupteur de la figure 1 dans une quatrième position intermédiaire de fermeture.
La figure 6 montre de façon très schématique l'interrupteur de la figure 1 dans une position de fermeture complète.

Sur les figures et plus particulièrement sur la figure 1, l'interrupteur représenté est un interrupteur utilisé pour la très haute tension. Il comprend dans une enveloppe isolante ou métallique 1 de forme sensiblement cylindrique, par exemple en porcelaine, qui s'étend suivant une direction longitudinale D, un premier équipage de contacts mobile 2 suivant la direction D et un second équipage de contacts 3. L'enveloppe est normalement remplie d'un gaz diélectrique comme du SF6 sous une pression de quelques bars pour former une chambre de coupure.
L'interrupteur montré sur les figures présente une symétrie de révolution suivant la direction D.
L'interrupteur comprend en bout de la chambre de coupure du côté de l'équipage de contacts 3, une résistance R qui est insérée classiquement dans le circuit électrique de l'interrupteur lors de la fermeture de ce dernier.
L'équipage de contacts mobile 2 inclut un contact de courant permanent 2A se présentant sous la forme d'une couronne de doigts métalliques et un contact d'arc creux 2B se présentant également sous la forme d'une couronne de doigts métalliques, le contact d'arc creux 2B étant disposée de façon coaxiale au contact 2A suivant la direction D. Ces contacts mobiles 2A et 2B sont portés par un tube 2C équipé d'un piston (non représenté) de compression du gaz pour l'extinction de l'arc à l'ouverture de l'interrupteur comme cela est bien connu. Le tube 2C porte également une buse 2D de canalisation des gaz dont le divergeant, qui est coaxial aux contacts 2A et 2B suivant la direction D, s'ouvre par un divergeant en tulipe du côté de l'équipage de contacts 3. L'équipage de contacts 2A,2B avec la buse 2D est déplacé en translation suivant la direction D par un organe de manoeuvre de l'interrupteur non représenté.
Dans l'alignement de l'équipage de contacts mobile 2, l'équipage de contacts 3 comprend un contact de courant permanent 3A qui se présente sous la forme d'une couronne de doigts métalliques disposée de façon coaxiale suivant la direction D à la couronne de doigts du contact 2A et un contact d'arc ayant la forme d'une tige 3B (éventuellement creuse) qui s'étend suivant la direction D coaxialement à la couronne de doigts du contact 2B. A la fermeture de l'interrupteur, le contact d'arc en forme de tige 3B s'insère dans le contact d'arc creux mobile 2B en traversant la buse 2D et le contact 3A vient s'engager sur le contact 2A.
La résistance R est maintenue dans un support isolant 4 qui est solidaire à la tige du contact d'arc 3B et s'étend suivant la direction D. Cette résistance R est reliée électriquement en série entre le contact d'arc 3B et le contact de courant permanent 3A bien que cela n'apparaisse pas sur les figures.
Un bloc métallique 5 est monté coulissant sur la tige 3B en contact électrique avec celle-ci par l'intermédiaire de contacts accordéon 6. Le bloc 5 comporte une extrémité de forme sensiblement conique adaptée pour venir s'insérer dans le divergeant du col de la buse et présente sur la surface extérieure de cette extrémité conique un bourrelet périphérique 5A sur lequel vient en butée le bord de l'ouverture du divergeant de la buse 2D.
Ce bloc 6 porte un premier contact d'arc auxiliaire 7A qui se présente sous la forme d'une couronne de doigts et qui coopère avec un second contact d'arc auxiliaire 7B se présentant sous la forme d'un tube, ces deux contacts d'arc auxiliaires 7A et 7B servant à court-circuiter la résistance R lors de la fermeture de l'interrupteur.
Plus particulièrement, les doigts du contact 7A s'étendent suivant la direction D vers la résistance R et le tube du contact 7B s'étend en sens inverse, c'est-à-dire vers l'équipage de contacts mobile 2.
Le contact auxiliaire 7B est relié électriquement au contact de courant permanent 3A par l'intermédiaire d'un tube métallique 8 qui est monté mobile suivant la direction D dans l'enveloppe 1, sur un autre tube métallique 9 fixe dans l'enveloppe et qui entoure la résistance R. Le tube métallique 8 est en contact électrique avec le tube métallique 9 par l'intermédiaire de contacts glissants 8A.
Le bloc 5 qui porte le contact auxiliaire 7A comporte une chambre interne 10 qui est traversée de manière étanche par la tige 3B du contact d'arc fixe de l'équipage 3, sur laquelle il coulisse. Cette chambre 10 est divisée par un épaulement radial 11 de la tige 3B (formant une sorte de piston) sur lequel s'appuie un ressort 12. La chambre 10 comporte des orifices calibrés 5B permettant un échappement des gaz de l'intérieur de la chambre 10. Le ressort 12 est comprimé quand le bloc 5 est déplacé suivant la direction D de haut en bas sur la figure 1.
Le bloc 5 est prolongé par une portion tubulaire 5C qui s'étend suivant la direction D en entourant la tige 3B. Une pièce isolante 13 est montée coulissante sur cette portion tubulaire 5C. La portion tubulaire 5C présente un élargissement de périmètre qui forme un piston 5D apte à venir s'introduire dans un évidemment 13A complémentaire de la pièce 13. Le piston 5D comporte des valves 5E orientées de telle façon que les gaz dans l'évidement 13A puissent être libérés de cet évidemment quand le piston 5D s'insère dans cet évidemment.
La pièce 13 est solidaire du tube 8 par l'intermédiaire d'un cône support isolant 14 de sorte que le tube 8 et donc les contacts 3A et 7B sont solidaires en mouvement suivant la direction D avec la pièce isolante 14.
Un ressort 15 est disposé entre le tube 8 et un épaulement du tube 9. Ce ressort 15 est comprimé quand le tube 8 est déplacé suivant la direction D de haut en bas sur la figure 1. En outre, la course du tube 8 de haut en bas sur la figure 1 est arrêtée par une butée formée par l'extrémité du tube 9 et le cône isolant 14.
Comme visible sur la figure 1, dans l'interrupteur en position d'ouverture complète, les contacts d'arc auxiliaires 7A et 7B sont séparés d'une certaine distance dAX qui peut servir au réglage de la durée d'insertion de la résistance lors de la fermeture de l'interrupteur. En outre, cette durée d'insertion de la résistance peut être réglée par la distance dAX' qui correspond à la course du tube 8 jusqu'à ce que le cône isolant vienne en butée contre le bord du tube 9.
Le fonctionnement du système d'insertion de la résistance lors de la fermeture de l'interrupteur est maintenant le suivant.
Figure 1, l'interrupteur est en position complètement ouverte. Les contacts 2A,2B et 7A sont séparés respectivement des contacts 3A,3B et 7B. Le piston 5D est complètement enfoncé dans l'évidement 13A ; il n'y a pas de gaz à l'interface entre le piston 5D et la pièce isolante 13 ce qui crée une dépression.
Figure 2, une manoeuvre de fermeture de l'interrupteur a commencé. L'équipage 2 commence une course de fermeture suivant la direction D dans le sens indiqué par la flèche F. Les contacts 2A et 2B sont rapprochés des contacts 3A et 3B et un arc électrique se crée d'abord entre les contacts d'arc 2B et 3B. Le courant passe donc du contact d'arc 2B vers le contact d'arc 3B. Par construction la distance dAX est suffisamment importante pour éviter un amorçage d'arc électrique entre les contacts d'arc auxiliaires 7A et 7B. Le courant traverse donc la tige du contact d'arc 3B et la résistance R qui est insérée dans le circuit électrique de l'interrupteur. Lors de cette première phase de fermeture, la buse 2D a été déplacée en même temps que les contacts 2A et 2B et est venue percuter le bourrelet 5A sur la surface conique de l'extrémité avant du bloc 5. Toutefois, cette extrémité conique du bloc 5 est d'abord venue s'insérer progressivement dans le divergeant en forme de tulipe de la buse 2D ce qui fait que sa mise en mouvement sera faite sans oscillations dues au choc.
Figure 3, l'équipage 2 s'est légèrement déplacé par rapport à sa position de la figure 2, dans le sens de la flèche F. Les contacts 2A et 2B se sont encore rapprochés des contacts 3A et 3B mais la distance dCP entre les contacts 2A et 3A reste encore suffisante pour éviter l'amorçage d'un arc électrique. Le bloc 5, poussé par la buse 2D, s'est également légèrement déplacé suivant la direction D dans le sens de la flèche F ce qui a entraîné un déplacement dP correspondant du piston 5D dans l'évidement 13A de la pièce isolante 13. Ce léger déplacement à créé une dépression à l'interface entre le piston 5D et la pièce isolante 13. A noter que la distance dAX entre les contacts d'arc auxiliaires 7A et 7B a également légèrement diminuée mais reste suffisante pour éviter un amorçage d'arc entre ces contacts. Le courant passe toujours dans le contact d'arc 2B, le contact d'arc 3B et la résistance R qui est insérée.
Figure 4, l'équipage 2 s'est encore déplacé par rapport à sa position de la figure 3, dans le sens de la flèche F. Le contact d'arc 3B en forme de tige est maintenant inséré dans le contact d'arc creux 2B et les contacts de courant permanent 2A et 3A sont toujours séparés d'une distance suffisante dCP pour éviter un amorçage d'arc électrique. La buse 2D en se déplaçant avec les contacts 2A et 2B a poussé le bloc 5 suivant la direction D dans le sens de la flèche F entraînant la compression du ressort 12 entre l'épaulement 11 et le bloc 5 et l'entrée de gaz, par l'intermédiaire d'une valve 5F, dans la chambre 10 du bloc 5. Parallèlement, le piston 5D à l'extrémité de la portion tubulaire 5C du bloc 5, a entraîné par un effet de succion la pièce isolante 13 dans le sens de la flèche F ce qui fait que le tube 8 s'est également déplacé suivant la direction D dans le sens de la flèche F en comprimant le ressort 15. Il est entendu que la puissance du ressort 15 doit être inférieure à la force de succion exercée par le piston 5D sur la pièce isolante 13. Du fait que le tube 8 et le bloc 5 se sont déplacés ensembles et dans le même sens, les contacts d'arc auxiliaires 7A et 7B sont restés séparés d'une distance dAX suffisante pour éviter tout amorçage d'un arc électrique. Par conséquent, le courant passe toujours dans le contact d'arc 2B, le contact d'arc 3B et la résistance R qui reste insérée. Sur la figure 4, le cône support 14 arrive en butée contre l'extrémité du tube 9 de sorte que le tube 8 est bloqué en mouvement suivant la direction D dans le sens de la flèche F.
Figure 5, l'équipage 2 s'est encore déplacé par rapport à sa position de la figure 4, dans le sens indiqué par la flèche F. Le contact d'arc en forme de tige 3B s'est inséré encore plus dans le contact d'arc creux 2B et les contacts de courant permanent 2A et 3A se sont encore rapprochés l'un de l'autre tout en restant suffisamment distants pour éviter un amorçage d'arc électrique. Le bloc 5 a encore été poussé par la buse 2D dans le sens de la flèche F et le ressort 12 s'est encore plus comprimé. Du fait que le tube 8 est en butée dans le sens de la flèche F, la poussée du bloc 5 par la buse 2D provoque un retrait du piston 5D de l'évidement 13A dans la pièce isolante 13. L'effet de succion est donc supprimé. Le contact d'arc auxiliaire 7A se rapproche du contact d'arc auxiliaire 7B jusqu'à ce que la distance dAX soit suffisamment faible pour qu'il se crée un arc électrique entre ces deux contacts. Cette connexion entre les deux contacts 7A et 7B court-circuite la résistance R le courant traverse donc le contact d'arc 2B, le contact d'arc 3B, les contacts accordéon 6, le bloc métallique 5, le contact d'arc auxiliaire 7A, le contact d'arc auxiliaire 7B, le tube 8, les contacts accordéon 8A et le tube 9.
Figure 6, l'interrupteur est complètement fermé. Les contacts 2A,2B et 7A sont connectés aux contacts 3A,3B et 7B respectivement, la connexion des contacts de courant permanent 2A et 3A s'établissant après la connexion des contacts d'arc auxiliaires 7A et 7B. Par rapport à la position de l'interrupteur sur la figure 5, le bloc 5 a encore été poussé dans le sens de la flèche F par la buse 2D et le ressort 12 a encore été comprimé. Du fait que le piston 5D n'était plus solidaire en déplacement avec la pièce isolante 13, le ressort 15 s'est détendu et a exercé une force de rappel qui a déplacé le tube 8 et donc les contacts 3A et 7B dans le sens opposé à la flèche F. Le tube 8 est donc revenu dans la position qu'il occupait sur la figure 1 quand l'interrupteur était ouvert complètement.
Lors de l'ouverture de l'interrupteur, l'équipage 2 est déplacé à grande vitesse dans le sens opposé à la flèche F avec la buse 2D. Les contacts de courant permanent 2A et 3A se séparent en premier, puis ensuite les contacts d'arc 2B et 3B. Le bloc 5 ne subissant plus la poussée de la buse 2D, se déplace automatiquement dans le même sens que l'équipage mobile 2 par le jeu de la force de rappel exercée par le ressort 12 (qui se détend) en même temps que le gaz dans la chambre 10 du bloc 5 s'évacue par les orifices 5B. Ces orifices sont calibrés comme indiqué plus haut pour que s'exerce une résistance à la force de rappel du ressort 12 ce qui fait que le bloc 5 se déplace plus lentement que l'équipage 2 dans le sens opposé à la flèche F. Il en résulte que les contacts d'arc auxiliaires 7A et 7B restent connectés un certain temps après la séparation des contacts d'arc 2B et 3B de sorte que la résistance reste aussi court-circuitée lors de l'ouverture de l'interrupteur. Quand le bloc 5 revient à la position qu'il occupait sur la figure 1, le piston 5D s'insère de nouveau dans l'évidement 13A de la pièce isolante 13 et les gaz à l'interface du piston 5D et de la pièce isolante 13 sont chassés par la valve 5E.

Claims

Un interrupteur à gaz comprimé comprenant, dans une enveloppe (1) qui s'étend suivant une direction longitudinale (D), un premier équipage de contacts (3) incluant un premier contact de courant permanent (3A) et un premier contact d'arc (3B), un second équipage de contacts (2) mobile suivant la direction longitudinale par rapport au premier équipage de contacts et incluant un second contact permanent (2A) et un second contact d'arc (2B) destinés à se connecter respectivement au premier contact permanent et au premier contact d'arc, et un système d'insertion d'une résistance (R) lors de la fermeture de l'interrupteur, cette résistance étant reliée électriquement en série entre le premier contact d'arc (3B) et le premier contact de courant permanent (3A), le système d'insertion de la résistance comprenant deux contacts auxiliaires dont le premier (7B) est relié électriquement au premier contact de courant permanent (3A) et le second (7A) est relié au premier contact d'arc (3B), ces deux contacts auxiliaires étant montés mobiles l'un par rapport à l'autre suivant la direction longitudinale de telle façon à pouvoir se rapprocher l'un de l'autre, lors de la fermeture de l'interrupteur, pour établir une connexion qui court-circuite la résistance caractérisé en ce que les contacts auxiliaires sont solidaires l'un à l'autre en déplacement suivant la direction longitudinale, lors de la fermeture de l'interrupteur, avant de commencer la manoeuvre de connexion qui court-circuite la résistance.
L'interrupteur selon la revendication 1, dans lequel le premier contact d'arc a la forme d'une tige sur laquelle coulisse un bloc métallique (5) portant le second contact auxiliaire et dans lequel ce bloc est poussé suivant la direction longitudinale, lors de la fermeture de l'interrupteur, par une buse (2D) solidaire du second contact d'arc.
L'interrupteur selon la revendication 2, dans lequel le bloc (5) présentant une extrémité sensiblement conique qui s'emboîte dans la buse (2D).
L'interrupteur selon la revendication 2, dans lequel le bloc comporte une prolongation tubulaire (5C) qui s'étend suivant la direction longitudinale et sur laquelle coulisse une pièce isolante (13) solidaire du premier contact auxiliaire, la prolongation tubulaire présentant une extrémité formant un piston (5D) qui coopère avec un évidement (13A) dans la pièce isolante de telle manière que le piston est rendu solidaire de la pièce isolante, lors de la fermeture de l'interrupteur, par le jeu d'une dépression créée dans l'évidement de la pièce isolante entre le piston et la pièce isolante.
L'interrupteur selon la revendication 2, dans lequel le bloc (5) comprend une chambre interne (10) qui est divisée par un épaulement radial (11) de la tige du premier contact d'arc, et dans lequel un ressort (12) est placé dans la chambre contre l'épaulement radial de la tige de telle façon que le déplacement du bloc le long de la tige du premier contact d'arc, lors de la fermeture de l'interrupteur, provoque la compression du ressort en même temps que la chambre se remplit de gaz et que, lors de l'ouverture de l'interrupteur, le ressort en se détendant exerce une force de rappel qui tend à déplacer automatiquement le bloc en sens inverse en même temps que les gaz sont évacués de la chambre par un orifice (5B) de celle-ci, l'orifice étant en outre calibré pour que s'exerce une résistance contre la force de rappel du ressort.
L'interrupteur selon la revendication 1, dans lequel le premier contact auxiliaire (7B) et le premier contact de courant permanent (3A) sont montés solidaires sur un tube mobile (8) suivant la direction longitudinale, et dans lequel un ressort (15) est disposé contre le tube mobile (8) pour s'opposer au déplacement de ce tube suivant la direction longitudinale, lors de la fermeture de l'interrupteur, ce ressort exerçant une force de rappel lors de l'ouverture de l'interrupteur qui tend à déplacer automatiquement le tube selon ladite direction longitudinale et dans un sens contraire.