EP1006548B1

EP1006548B1 - Interrupteur à haute tension

Info

Publication number: EP1006548B1
Application number: EP98870264A
Authority: EP
Inventors: Rik Vandoorne
Original assignee: Het Veer NV
Current assignee: Het Veer NV
Priority date: 1998-12-04
Filing date: 1998-12-04
Publication date: 2006-01-11
Anticipated expiration: 2018-12-04
Also published as: EP1006548A1; DE69833181D1; ATE315831T1

Description

La présente invention se rapporte à un interrupteur à haute tension comprenant: un arbre mobile agencé à être déplacé en rotation suivant un axe de rotation entre une position d'enclenchement et de déclenchement, l'arbre mobile comprenant des premier et deuxième flancs situés de part et d'autre de l'axe de rotation et un trou traversant les premier et deuxième flancs; une paire de contacts mobiles traversant le trou et s'étendant au delà de chacun des premier et deuxième flancs; une première paire de pales de ventilation comprenant des première et deuxième pales s'étendant de part et d'autre de la paire de contacts mobiles dépassant le premier flanc de l'arbre mobile; une deuxième paire de pales de ventilation comprenant des troisième et quatrième pales s'étendant de part et d'autre de la paire de contacts mobiles dépassant le deuxième flanc de l'arbre mobile; chaque pale comprenant un axe central, un premier côté et un deuxième côté situé à l'opposé du premier côté.
Dans le domaine des interrupteurs à haute tension, il est bien connu d'utiliser un gaz, par exemple du SF6, pour éteindre les arcs électriques provoqués lors du déclenchement de l'interrupteur. Une méthode conventionnelle d'extinction d'arc consiste en l'application d'un flux de gaz le long de l'arc lorsque l'interrupteur est amené dans sa position de déclenchement. Le gaz est typiquement comprimé dans un cylindre et conduit vers l'arc électrique. Un mécanisme séparé est donc nécessaire pour générer le flux de gaz.
La demande de brevet EP-A-0 518 837 décrit un agencement dans lequel des pales de ventilation s'étendent à partir de l'arbre mobile et sont reliées aux flancs de l'arbre. Les pales d'une paire de pales sont de forme identique mais sont positionnés selon des angles prédéterminés différents, de sorte que, lorsque l'arbre mobile est amené en rotation, une turbulence est générée dans la zone autour de l'arc. Ainsi, du gaz ionisé présent autour de l'arc est déplacé par du gaz frais, ce qui mène à l'extinction de l'arc.
Bien que l'agencement offre des résultats satisfaisant, le temps d'extinction d'arc est encore relativement élevé. De plus, le positionnement des pales sur l'arbre mobile selon certains angles rend la construction de l'arbre mobile avec les pales relativement complexe. Si l'on souhaite placer des pales de ventilation dans un interrupteur connu, il faut impérativement remplacer l'ensemble de l'arbre mobile, ce qui est laborieux.
Un but de la présente invention est de prévoir un interrupteur à haute tension comprenant un système de ventilation qui permet d'éteindre de façon efficace les arcs électriques provoqués lors du déclenchement de l'interrupteur. Un autre but de la présente invention est de prévoir des pales de ventilation qui peuvent facilement être adaptés à des interrupteurs à haute tension connus.
Selon l'invention, l'interrupteur est caractérisé en ce que chaque pale de ventilation s'étend essentiellement perpendiculairement aux contacts mobiles; chacune des première et quatrième pales comprend des première et deuxième pattes s'étendant parallèlement de part et d'autre de l'axe central, chacune des première et deuxième pattes comprenant: un bord intérieur s'étendant parallèlement à l'axe centrale à une distance D1 de l'axe centrale; un bord extérieur s'étendant parallèlement à l'axe centrale à une distance D2 de l'axe centrale; et chacune des deuxième et troisième pales comprend des troisième et quatrième pattes s'étendant parallèlement de part et d'autre de l'axe central, une ouverture étant prévue dans chacune des troisième et quatrième pattes, l'ouverture étant délimitée par un bord intérieur situé à une distance D5 de l'axe centrale, la distance D5 étant inférieure à la distance D2; et un bord extérieur situé à une distance D6 de l'axe centrale, la distance D6 étant supérieure à la distance D2.
On a pu constater lors d'essais, qu'une telle forme et dispositions de pales sur l'arbre mobile permet de générer une turbulence dans le flux de gaz frais amené autour de l'arc afin d'éteindre celui-ci de façon efficace. En particulier, par le choix des distances D2, D5 et D6 l'une par rapport à l'autre, on garantit un flux de gaz efficace vers l'arc électrique.
Dans une première forme de réalisation de l'interrupteur selon l'invention, les premières et troisième pales sont reliées par une première base et les deuxième et quatrième pales sont reliées par une deuxième base. Ceci forme un ensemble de pales qui peuvent facilement être placées de façon amovible dans des arbre mobiles existants.
Dans une deuxième forme de réalisation de l'interrupteur selon l'invention, chaque contact mobile comporte une face extérieure située à une distance D7 de l'axe centrale des pales, la distance D7 étant inférieure à la distance D1. Par ce choix de distances relatives, on a découvert que l'extinction de l'arc électrique était encore plus efficace.
Des détails concernant l'invention sont décrits ci-après faisant référence aux dessins.

La figure 1 est une vue en plan d'un ensemble de pales de ventilation selon l'invention, les pales étant reliées par une base
La figure 2 est une vue en perspective d'un ensemble comprenant un arbre mobile, des contacts mobiles et des pales de ventilation suivant la figure 1.
La figure 3 est une vue frontale en coupe d'un interrupteur selon l'invention, comprenant l'ensemble de la figure 2.
La figure 4 est une vue latérale en coupe de l'interrupteur suivant la figure 3.
La figure 5 est un détail illustrant le flux de gaz lorsque l'interrupteur est amené en une position de déclenchement.

La figure 1 illustre une forme de réalisation préférentielle d'un ensemble selon l'invention. Une première pale de ventilation 66 comprend une première patte 12 et une deuxième patte 14 qui s'étendent parallèlement de part et d'autre de l'axe central 74 des pales. Une deuxième pale de ventilation 68 comprend une troisième patte 16 et une quatrième patte 18 qui s'étendent également parallèlement de part et d'autre de l'axe central 74 des pales. Comme clairement illustré à la figure 1, les première et deuxième pales sont de forme différente et sont reliées par un élément de base 10. Les pales sont de préférence en polycarbonate renforcé ayant une épaisseur égale inférieure à 3 mm, en particulier environ égale à 2 mm. L'épaisseur choisie garantit une bonne flexibilité des pales.
Les première et deuxième pattes 12, 14 ont chacune un bord intérieur 20, 22 et un bord extérieur 24, 26 s'étendant parallèlement à l'axe centrale. Les bords intérieurs 20, 22 sont situés à une distance D1 de l'axe central. Les bords extérieurs 24 sont situés à une distance D2 de l'axe central.
Les troisième et quatrième pattes 16, 18 ont chacune un bord intérieur 28, 30 et un bord extérieur 32, 34 s'étendant parallèlement à l'axe centrale. Les bords intérieurs 28, 30 sont situés à une distance D3 de l'axe central. Les bords extérieurs 32, 34 sont situés à une distance D4 de l'axe central. Les bords extérieurs 32, 34 ne doivent pas impérativement s'étendre parallèlement à l'axe centrale. Selon une alternative, les bords extérieurs 32, 34 s'étendent suivant un angle déterminé par rapport à l'axe central. Il est également concevable que le bord extérieur soit en forme de courbe.
Une ouverture 36 est prévue dans chacune des troisième et quatrième pattes 16, 18. De préférence, l'ouverture 36 est de forme rectangulaire, ce qui permet de créer une zone de turbulence pour éteindre l'arc électrique de façon efficace. L'ouverture est délimitée par un bord intérieur 37 et un bord extérieur 39. Le bord intérieur 37 est situé à une distance D5 de l'axe centrale, tandis que le bord extérieur 39 est situé à une distance D6 de l'axe centrale. Il est important que la distance D5 soit inférieure à la distance D2 et que la distance D6 soit supérieure à la distance D2, afin de garantir un flux de gaz frais ainsi qu'une zone de turbulence autour de l'arc électrique, comme il sera expliqué ci-après en faisant référence à la figure 5.
La base 10 comprend de préférence des encoches 38, 40 agencées à s'ajuster dans un élément d'arrêt prévu dans l'arbre mobile, afin de garantir un bon positionnement de l'ensemble de la figure 1 par rapport à l'arbre mobile.
La figure 2 est une vue en perspective d'une partie de l'interrupteur suivant l'invention. Un arbre mobile 50, connu en tant que tel, est agencé à être amené en rotation suivant un axe de rotation 76. L'arbre mobile comprend un premier flanc 54 et un deuxième flanc 56. Les flancs sont situés de part et d'autre de l'axe de rotation 76. L'arbre mobile illustré à la figure 2 est agencé à être utilisé dans un interrupteur tripolaire. Par conséquent, il comporte trois trous 58 traversant chacun des premier et deuxième flancs.
A travers chacun des trous, une paire de contacts mobiles 52 est logée. Les contacts mobiles font saillies hors des flancs 54 et 56 de l'arbre mobile. Comme on peut le constater à la figure 2, les pales sont disposées essentiellement perpendiculairement aux plans principaux des contacts mobiles. Du côté du premier flanc 54 s'étend une première paire de pales de ventilation comprenant une première pale 66 et une deuxième pale 68. De façon similaire, du côté du deuxième flanc 56 s'étend une deuxième paire de pales de ventilation comprenant une troisième pale 70 et une quatrième pale 72. Comme indiqué par les notations de références à la figure 1, la quatrième pale 72 est semblable à la première pale 66, tandis que la troisième pale 70 est semblable à la deuxième pale 68.
La figure 3 est une vue frontale en coupe d'un interrupteur selon l'invention, comprenant l'ensemble de la figure 2. L'ensemble formée par l'arbre mobile 50, les contacts mobiles 52 et les pales de ventilation 66, 68, 70, 72 est logé dans une enveloppe 64 connue en tant que tel. A l'intérieur de cette enveloppe est contenu un gaz, typiquement du SF6 ou autre gaz isolant, par exemple de l'air. Pour répondre à des normes de sécurité, le gaz contenu dans l'enveloppe est sous une pression absolue de 1,5 bar au maximum. L'enveloppe même peut être fabriquée d'une matière isolante. Selon une alternative, l'enveloppe isolante est de matière métallique. Dans ce cas, une isolation est prévue autour des contacts fixes 60, 62.
Des contacts fixes 60 et 62 sont agencés sur l'enveloppe de sorte qu'ils puissent être connectés l'un à l'autre par l'intermédiaire des contacts mobiles 52, lorsque l'arbre mobile 50 est amené vers la position d'enclenchement I. Lorsque l'arbre mobile est amené vers la position de déclenchement O, la connexion des deux contacts fixes 60 et 62 est interrompue. Étant donné qu'il s'agit d'un interrupteur à double coupure, l'arc électrique se forme à la hauteur des deux contacts fixes lorsque l'arbre rotatif est amené de la position d'enclenchement I vers la position de déclenchement.
La figure 4 est une vue latérale en coupe de l'interrupteur suivant la figure 3. Sur cette figure, on note clairement un chevauchement entre les deux pales d'une paire de pales. Chaque ouverture 36 des deuxième et quatrième pales est délimitée par un bord intérieur 37, situé à une distance D5 de l'axe central 74, et un bord extérieur 39, situé à une distance D6 de l'axe. Chaque patte des première et quatrième pales comprend un bord extérieur 24 situé à une distance D2 de l'axe central. Par chevauchement, on entend que la distance D2 est supérieure à la distance D5, mais inférieure à la distance D6. On note également à la figure 4 la présence de ressorts 78 agencés à appuyer les extrémités des contacts mobiles 52 les uns vers les autres, de façon à garantir une bonne prise de contact entre les contacts mobiles et les contacts fixes 60 et 62.
La figure 5 est un détail illustrant le flux de gaz lorsque l'interrupteur est amené en une position de déclenchement. Comme mentionné plus haut, un arc électrique 80 est formé lorsque les contacts mobiles 52 sont déplacés de la position d'enclenchement vers la position de déclenchement. Lors de ce déplacement, un flux de gaz, illustré par les flèches, est créé. Afin de créer un flux suffisant pour éteindre l'arc électrique, l'arbre mobile est déplacé à une vitesse relativement élevé. En particulier, les extrémités des contacts mobiles sont déplacées à une vitesse allant de 5 à 9 mètres par seconde. La vitesse est choisie afin d'obtenir un juste équilibre entre les propriétés mécaniques des pales et les performances électriques à cette vitesse. Dû à la forme et la disposition des pales une turbulence est créée, ce qui permet d'éteindre de façon efficace l'arc électrique.
La distance D2 est inférieure à la distance D6, mais supérieure à la distance D5. Par conséquent, une partie du flux de gaz passant par l'ouverture 36, bute contre la pale 66, tandis qu'une autre partie passe au delà du bord extérieur 24 de la pale 66. Cette condition de dimensions relatives des distance D2, D5 et D6 s'est avérée nécessaire pour un bon fonctionnement du dispositif.
De préférence, le bord intérieur 20 de la patte 66 est situé à une distance D1 supérieure à la distance D7, la distance D7 étant la distance de la face extérieure des contacts mobiles par rapport à l'axe central. Cette condition permet d'amener une partie du flux de gaz entre la face extérieure des contacts mobiles et le bord intérieur des première et quatrième pales.
Par conséquent, le flux de gaz passe entre les pattes des pales et par l'ouverture des deuxième et troisième pales. Le gaz passant par l'ouverture passe d'une part entre la face extérieures des contacts mobiles et les bords intérieurs des première et quatrième pales et d'autre part à l'extérieur des bords extérieurs 24 des première et quatrième pales.
Le bord intérieur 28 des pattes des deuxième et troisième pales 68, 70 est situé à une distance D3 de l'axe central. Cette distance D3 est de préférence inférieure à la distance D7. Par le choix de distances D3 et D1 par rapport à D7, un effet venturi est créé entre les contact mobiles 52, ce qui amène la partie de gaz passant entre les pattes en direction de l'arc électrique.
Le flux de gaz génère une légère surpression à l'avant des pales dans le sens du déclenchement (indiqué par la flèche O), tandis qu'une légère dépression est générée à l'arrière des pales. Ceci résulte en une turbulence du gaz isolant, obligeant celui-ci à converger vers la zone de l'arc électrique. Cet effet dynamique sur le gaz isolant permet une régénération rapide du gaz isolant ionisé dans la zone de l'arc électrique, ce qui contribue efficacement et de façon rapide à l'extinction de l'arc.
En utilisant le système de pales suivant l'invention, on a pu obtenir des temps d'extinction d'arc, pour une fréquence de 50 Hz, situés entre 4 et 17 millisecondes.
Il est clair que la présent invention n'est pas limitée à des connexions tripolaire. Le nombre de pôles peut être différent; elle peut par exemple être appliquée dans des interrupteurs bipolaires ou unipolaires. Pour chaque pôle, une paire de contacts mobiles ainsi que des première et deuxième paires de pales sont disposés dans l'arbre mobile comme décrit ci-dessus.
Les pales illustrées sur les figures sont agencés à être logées de façon amovible dans l'arbre mobile. Selon une alternative, les pales sont intégrées à l'arbre mobile et l'ensemble est moulé en une pièce.
La présente invention peut également être appliquée dans un interrupteurs à trois positions: une position d'enclenchement, une position de déclenchement, et une position neutre reliant un des contacts fixes à un contact de terre.

REFERENCES DES FIGURES

10: première base
11: deuxième base
12: première patte
14: deuxième patte
16: troisième patte
18: quatrième patte
20: bord intérieur de la première patte
22: bord intérieur de la deuxième patte
24: bord extérieur de la première patte
26: bord extérieur de la deuxième patte
28: bord intérieur de la troisième patte
30: bord intérieur de la quatrième patte
32: bord extérieur de la troisième patte
34: bord extérieur de la quatrième patte
36: ouverture
37: bord intérieur de l'ouverture
38: première encoche
39: bord extérieur de l'ouverture
40: deuxième encoche
50: arbre mobile
52: contacts mobiles
54: premier flanc
56: deuxième flanc
58: trou traversant
60: premier contact fixe
62: deuxième contact fixe
64: enveloppe
66: première pale
68: deuxième pale
70: troisième pale
72: quatrième pale
74: axe central
76: axe de rotation de l'arbre mobile
78: ressorts
80: arc électrique

Claims

Interrupteur à haute tension comprenant:
(a) un arbre mobile (50) agencé à être déplacé en rotation suivant un axe de rotation (76) entre une position d'enclenchement et de déclenchement, l'arbre mobile comprenant des premier (54) et deuxième (56) flancs situés de part et d'autre de l'axe de rotation et un trou (58) traversant les premier et deuxième flancs;

(b) une paire de contacts mobiles (52) traversant le trou et s'étendant au delà de chacun des premier et deuxième flancs;

(c) une première paire de pales de ventilation (66, 68) comprenant des première et deuxième pales s'étendant de part et d'autre de la paire de contacts mobiles dépassant le premier flanc de l'arbre mobile;

(d) une deuxième paire de pales de ventilation (70, 72) comprenant des troisième et quatrième pales s'étendant de part et d'autre de la paire de contacts mobiles dépassant le deuxième flanc de l'arbre mobile;
chaque pale comprenant un axe .central, un premier côté et un deuxième côté situé à l'opposé du premier côté, caractérisé en ce que :

(e) chaque pale de ventilation s'étend essentiellement perpendiculairement aux contacts mobiles;

(f) chacune des première (66) et quatrième (72) pales comprend des première et deuxième pattes s'étendant parallèlement de part et d'autre de l'axe central, chacune des première et deuxième pattes comprenant:
i) un bord intérieur s'étendant parallèlement à l'axe centrale à une distance D1 de l'axe centrale;

ii) un bord extérieur s'étendant parallèlement à l'axe centrale à une distance D2 de l'axe centrale; et

(g) chacune des deuxième (68) et troisième (70) pales comprend des troisième et quatrième pattes s'étendant parallèlement de part et d'autre de l'axe central, une ouverture étant prévue dans chacune des troisième et quatrième pattes, l'ouverture étant délimitée par :
i) un bord intérieur situé à une distance D5 de l'axe centrale, la distance D5 étant inférieure à la distance D2; et

ii) un bord extérieur situé à une distance D6 de l'axe centrale, la distance D6 étant supérieure à la distance D2.
Interrupteur suivant la revendication 1, dans lequel les premières et troisième pales sont reliées par une première base et les deuxième et quatrième pales sont reliées par une deuxième base.
Interrupteur suivant la revendication 1 ou 2, dans lequel chaque contact mobile comporte une face extérieure située à une distance D7 de l'axe centrale des pales, la distance D7 étant inférieure à la distance D1.
Interrupteur suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdites ouvertures prévues dans les troisième et quatrième pattes sont de forme rectangulaire.
Interrupteur suivant la revendication 2, dans lequel la base comprend une encoche agencée à s'ajuster dans un élément d'arrêt prévu dans l'arbre mobile.
Interrupteur suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque pale a une épaisseur inférieure à 3 mm et de préférence environ égale à 2 mm.
Interrupteur suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel la pale est en polycarbonate renforcé.
Interrupteur suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel les pales forment une partie intégrante de l'arbre mobile.
Interrupteur suivant l'une des revendications 1 à 7, dans lequel les pales sont appliquées de façon amovible à l'arbre mobile.