EP1575067A1 - Sectionneur de terre pivotant à insertion directe et à mouvement simple - Google Patents

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EP1575067A1
EP1575067A1 EP05101787A EP05101787A EP1575067A1 EP 1575067 A1 EP1575067 A1 EP 1575067A1 EP 05101787 A EP05101787 A EP 05101787A EP 05101787 A EP05101787 A EP 05101787A EP 1575067 A1 EP1575067 A1 EP 1575067A1
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EP
European Patent Office
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earthing switch
contact
switch according
arms
disconnector
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EP05101787A
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EP1575067B1 (fr
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Dianin Ferruccio
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Grid Solutions SpA
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Areva T&D SpA
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/50—Means for increasing contact pressure, preventing vibration of contacts, holding contacts together after engagement, or biasing contacts to the open position
    • H01H1/54—Means for increasing contact pressure, preventing vibration of contacts, holding contacts together after engagement, or biasing contacts to the open position by magnetic force
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H31/00—Air-break switches for high tension without arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H31/003—Earthing switches
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/36—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by sliding
    • H01H1/42—Knife-and-clip contacts
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    • H01H31/26—Air-break switches for high tension without arc-extinguishing or arc-preventing means with movable contact that remains electrically connected to one line in open position of switch
    • H01H31/28—Air-break switches for high tension without arc-extinguishing or arc-preventing means with movable contact that remains electrically connected to one line in open position of switch with angularly-movable contact

Definitions

  • the invention relates to a disconnector comprising a pivoting movable contact assembly around an axis of rotation and an arranged fixed contact to be electrically connected to an end of said mobile contact set when this set is brought into the closed position of the disconnector.
  • the invention relates more particularly to a earthing switch intended for use in transmission and distribution facilities of high voltage electrical energy in the open air and even more particularly an earthing switch says to direct insertion and simple movement in which movement needed to connect the moving contact assembly with the fixed contact is done by a simple rotation of this set mobile.
  • the mobile contact assembly is generally called "mobile contact”, and for the sake of simplicity we will use this name in the description following.
  • the short circuit current value that a earthing switch is able to tolerate depends directly from overheating (the increase in temperature relative to the ambient temperature) in short circuit conditions and, in particular, overheating of the contact area between the contact fixed and moving contact. For example, it can be specified for a disconnector to be able to withstand a short-circuit current in the order of 50 kA for a second.
  • the behavior of the disconnector of earth is all the better than the pressure of contact between the fixed and mobile contacts is high.
  • US-4490595 discloses a disconnector of ground with direct insertion and simple movement in which has sought to minimize the impact of electromagnetic forces acting on the fixed contacts and mobile especially during the passage of a current of short circuit in the contacts.
  • An insulating stop blocks rotation of the swivel knife of mobile contact, and prevents this knife from being able to go out in the direction beyond the slit spared between two parallel flexible arms ensuring the role fixed contact.
  • This fixed contact is electrically connected to a metal shell to the potential of the Earth.
  • This configuration implies that the contact mobile is electrically connected to a phase of the line, which has drawbacks in particular for ensure control of the swivel knife and to ensure the arrangement of the knife in the open position without to pose problems of dielectric strength.
  • the two flexible arms of the fixed contact must be sufficiently long and positioned to create when the disconnector is closed a loop current which allows to exercise on the knife a force which maintains support against the insulating stop.
  • Such sizing of the fixed contact requires a distance of significant dielectric isolation in the space between the knife pivot and the fixed contact.
  • an electrodynamic pinch of the knife is created by the parallel currents that circulate in the two flexible arms of the fixed contact and that generate a force of mutual attraction between these two arms. It should be noted that with such configuration, the electrodynamic pinch force of the knife remains lower than the force of attraction which tends to bring the two arms closer together Flexible.
  • a first objective of the present invention is to realize a disconnecting earthing switch direct and simple movement in which the part mobile can be electrically connected to the earth, and in which the fixed part is of dimensions relatively small compared to the moving part to ensure a dielectric isolation distance relatively low between the fixed and mobile parts in the open position of the disconnector.
  • a second objective of the present invention is to exploit the electromagnetic forces that are exercised in a disconnecting earthing switch direct and simple movement when passing a short-circuit current in the contacts, for reinforce the maintenance of the earthing switch in its fully closed position, and to strengthen the mutual contact pressure between the fixed and mobile thanks to an electrodynamic pinch effect provided by the amplification by a leverage effect of the mutual force of attraction that tends to bring between them two parallel arms of the moving contact.
  • Another object of the present invention is to propose a direct insertion earthing switch and simple movement that can be put in motion using a low torque command, and which allows to do without springs to ensure the desired contact pressure between the elements of fixed and mobile contact.
  • the subject of the invention is a earthing switch as defined in the preamble, characterized in that said moving contact assembly includes two electrically conductive arms substantially parallel which are bent to form each at least approximately one L, each arm elbow comprising at least one flexible finger extending at least on the shortest branch of the L, the contact stationary being so arranged as to be engaged between minus a pair of flexible fingers in the position of closing of the disconnector, and in that means of join are mechanically connected at both ends of the two arms bent on the branches shorter Ls to allow for leverage which amplifies the electrodynamic pinch exerted on the fixed contact by the flexible fingers when a short circuit current or fault current travels the arms bent.
  • an earthing switch exploits the well-known electrotechnical principle of the elementary force which is exerted on a conductor when it is traversed by a current and when it is subjected to an induction field.
  • electrotechnical principle of the elementary force which is exerted on a conductor when it is traversed by a current and when it is subjected to an induction field.
  • FIG. 1 it is known that two parallel conductive elements d1 traversed in the same direction by a current I undergo a pulling force df which tends to bring them closer to one another. other, and that is proportional to the square of the current.
  • An earthing switch according to the invention for high voltage applications is a disconnector said to direct insertion and simple movement. It is formed by a first part movable in rotation and by a second fixed part.
  • the moving part of the earthing switch is a contact 1 mounted on a conductive rod pivoting about an axis of rotation (not shown) and connected to the potential of the earth.
  • This mobile contact 1 includes two parallel metal arms 2,3 angled to each form an L, and is able to rotate about 90 ° around the axis of rotation that is located in the axial extension of the longest branch L-arms.
  • the mobile contact 1 is connected electrically to the potential of the earth in its section lower and more precisely near the axis area rotation, while the upper section of the mobile contact (the shortest branch of the arms in L) makes the electrical contact with the fixed part of the switch.
  • This fixed part of the disconnector is here a cylindrical contact 4 copper which is inserted between the two shorter branches of the L-arms of the movable contact 1 when the disconnector is moved from its open position to its position of closing.
  • the disconnector is shown in a fully closed position where the movable contact 1 is in electrical contact with the fixed contact 4.
  • each 2.3 L-shaped arm includes a first part of arm indicated by the references 2A, 3A which is formed by the longest branch of the L and stretching from the axis of rotation to a second part of arm 2B, 3B forming the shortest branch of L.
  • second arm part indicated by the references 2B, 3B extends substantially transversely (perpendicularly) to the first arm part 2A, 3A.
  • the two branches of an L be strictly rectilinear.
  • a hinge spacer E connects the free ends of the second arm portions 2B, 3B which are flexibly mounted in the sense that they can move independently.
  • the spacer E defines with the second parts of arm 2B, 3B an open U-shaped slot indicated by 5 and more visible in Figure 5. This slot 5 Open U-shaped is the upper part of the mobile contact 1.
  • the seconds arm portions 2B, 3B are slotted longitudinally to define flexible contact fingers bringing even more flexibility in the elastic spacing.
  • every second arm part is split to define two flexible fingers superimposed 2B1,2B2; 3B1,3B2 and the spacer E here comprises two bolts 6 crossing each of the two fingers juxtaposed, for example 2B1,3B1 or 2B2,3B2 and each blocked by a nut 7.
  • the spacer E provides a hinge function screws to screws fingertips flexible ends and allows the amplified electrodynamic pinch effect, when the second arm portions 2B, 3B tend to bring closer as explained later in this.
  • a cylindrical sleeve 8 made of electrically insulating surrounds the stem of each bolt 6 which ensures the independence of the structure bolt relative to a short-circuit current withstand.
  • the minimum spacing allowed between the two arms 2,3 is set by a wedge 9 disposed between the two arms 2,3 of the movable contact 1 near the elbow. This wedge prevents both arms to get too close when the contact mobile is traversed by a current of short circuit.
  • Second arm parts are provided with plates of copper such as 10 promoting good contact electric with the fixed contact 4, and are also provided of skis made of insulating material such as 11 (more visible in Figures 4 and 5) extending longitudinally on the second arm parts and conferring a shape flared at the entrance to slot 5 to facilitate the insertion of the fixed contact 4 in the slot 5 when the closing of the earthing switch.
  • each ski 11 extends in the extension of a copper plate 10 verses the back of the elbow of each L-shaped arm. Free spacing between two opposite plates 10 is slightly less than the contact diameter 4 cylindrical, so as to create the contact pressure initial mentioned above because of a slight elastic spacing of the second arm parts when the contact 4 is engaged between the plates 10.
  • the plates 10 may have a slightly larger thickness on the side of the spacer that on the ski side 11, so as to increase said elastic spacing and therefore also the contact pressure force in abutment and current no. It is also possible to dispense with the sleeve 8 insulation provided that plates 10 comprise they themselves on the side of the spacer elements stop, for example constituted on at least two plates opposite by two trapezoidal shoulders of each plate to stop the relative movement of the fixed contact 4 with respect to the slot 5.
  • the two screw plates would form substantially a U-shaped slot, and the stop function for fixed contact would be provided by these plates.
  • the air gap between the plates and the bolts of the spacer would allow the independence of the structure of the spacer in relation to a resistance to currents default. It must be understood from this example that stop element for the fixed contact is not necessarily electrically insulating in a earthing switch according to the invention.
  • the shortest branches of the cranked arms are slit longitudinally.
  • Arm parts 2A, 3A of the movable contact are extended axially by a conductive rod 12 which is rotatably mounted at its free end around the axis of rotation of the movable contact 1.
  • the rod 12 In position opening of the disconnector, the rod 12 is normally substantially horizontal.
  • This rod is electrically connected to the earth via contacts sliders arranged at the axis of rotation of the mobile contact, or by wire ropes Flexible.
  • the fixed contact 4 meanwhile, is fixed at the live bar which corresponds to the phase that can be grounded by the disconnector.
  • the rod 12 with the L-shaped arms 2,3 are driven in rotation on an angle of about 90 ° to a substantially vertical position.
  • the fixed contact 4 fits into the slot 5 while passing first at the elbows of the arms 2,3 between the skis 11 and finally comes to a stop against the spacer E formed.
  • the cylindrical fixed contact 4 which extends axially towards the axis of rotation is then moderately pinched between the plates of copper 10 which are attached to the flexible fingers 2B1.3B1 and 2B2.3B2.
  • the conductive rod 12 with the first arm portions 2A, 3A is inclined with respect to a vertical position of no balance while the cylindrical fixed contact is arranged in the bottom of the open U-shaped slot, resting against the spacer; so even when it is not traveled by a short-circuit current, the disconnector earth is kept in its closed position without that it is necessary for the control mechanism of the disconnector to exert a couple in the direction of the closing on the mobile contact 1 pivoting.
  • fault current is meant a current greater than the nominal current that may pass through the line conductor that supports the fixed contact 4.
  • the spacer E and in particular the bolts 6 associated with the nut 7, prevents any further separation of the ends of the flexible fingers once the fixed contact 4 positioned in abutment, and has a hinge role for an electrodynamic clamp whose two opposite levers are formed by the second arm portions 2B, 3B.
  • This makes it possible to amplify at the fixed contact the force of mutual attraction as defined by the preceding relation (1) and which tends to bring the opposite levers of the clamp, in particular at the level of the flexible fingers.
  • the mutual attraction force F c is proportional to the square of the current flowing through the electrical circuit of the earthing switch.
  • the line of axial alignment of the cylindrical fixed contact 4 with the axis of rotation of the moving contact is represented by the substantially vertical line lv in FIG. 3, and it can be seen in this figure that the rod 12 with the arm portions 2A , 3A extend in a longitudinal direction which is inclined relative to the line lv of a non-zero angle ⁇ of a few degrees.
  • the fixed contact is then in abutment against the spacer E of the movable contact 1, ensuring the latter a stable closed position.
  • the spacer Since the spacer is electrically insulated relative to the fixed contact 4 by the sleeve 8, it it does not have to be thermally dimensioned to withstand short-circuit currents, which makes it independent of the amplitude of the short circuit current from a structural point of view and thermal.
  • electromagnetic forces exerted in the direction of arrow F2 on the arms 2,3 cubits which tend to bring the fixed contact 4 closer together of the spacer E with the effect of blocking the contact fixed 4 in the bottom of the slot 5 and so a accentuation of the maintenance of the disconnector in its closing position.
  • FIG 6 the pinch principle electrodynamic amplified by leverage is illustrated for a second type of realization of a earthing switch according to the invention.
  • the disconnector is shown schematically in partial view by the above.
  • the conductive rod in the extension of the two parallel arms 2,3 and the wedge between arm in the vicinity of the elbow are not shown.
  • the difference with the first type of embodiment in relationship with Figures 3 to 5 focuses on the joining means that are mechanically connected at the two respective ends of the two bent arms on the shortest branches of L.
  • These means of join do not include in this case a spacer itself, in the sense that the rigid piece 13 is not interposed between the fingers flexible of the two parallel arms. But this piece 13 forms a kind of stirrup that presents a section substantially in C and which limits the spacing flexible fingers.
  • This piece ensures the same function that the spacer E in the first type of production.
  • the joining means of these two types of realization ensure the function a hinge knot for an electrodynamic clamp whose levers are constituted by the fingers flexible of the two parallel arms.
  • the piece 13 is called a screed.
  • This force of attraction F1 resulting from the summation of the elementary forces along the length of the flexible fingers returns to a unique force of attraction whose point of application on each finger is approximately half of the length of the finger.
  • the distance L1 between the point of application of F1 and the hinge node provided by the joining means is approximately equal to the length of the branch. shorter bent arms.
  • This distance L1 is in any case much greater than the distance L2 between one or the other of the two points of application of the clamping force F3 of the fingers 21 and 31 on the fixed contact 4 and the hinge node.
  • the distance L2 can be modified to a certain extent by modifying the height of the insulating bar 19 which serves as a stop means for the fixed contact 4 and which is fixed inside the yoke 13 by a bolt associated with a nut 15
  • this bar 19 also serves as a stop means for limiting the approach of the flexible fingers facing in the open position of the disconnector. More specifically, in this open position, there is provided a prestressing force which tends to bring together the two parallel arms 2 and 3, and the bar 19 is clamped by the metal plates of each pair of flexible fingers screw to screw. This allows an increase in the static nip exerted on the fixed contact 4 in the absence of fault current in the disconnector.
  • the width l 2 of the fixed contact in this case the diameter of the cylinder forming this contact, is therefore necessarily greater than the width of the bar 19.
  • the earthing switch of the FIG. 6 is diagrammatically represented by a view lateral perpendicular to the plane formed by the arm elbow 3 of the disconnector.
  • shorter branches of each bent arm 2 or 3 are split longitudinally along their entire length to form flexible fingers, and the slots become extend beyond the elbow over much of the branch the longest of each arm.
  • Fingers Flexible hoses are thus bent with the same shape in L that arms, which allows to increase the elasticity of each finger and increase the length effective leverage for amplification of the Electrodynamic pinching by a lever effect. This allows to obtain an electrodynamic clamp producing a contact pressure on the fixed contact 4 which is greater than that obtained in the first type of production.
  • the choice of one-piece type joining means such as clevis 13 makes it possible to make a knot of hinge more solid and a manufacturing cost less than the completion of a spacer E with bolts.
  • Wedge 9 located behind the bent arm 3 in this side view, is crossed by two bolts 16 and is free to slide between the two crank arms parallel with a little play along the stems of bolts.
  • this little game is twice the spacing j. Function of this hold 9 has been explained previously for the first type of realization.
  • an earthing switch of the second type according to the invention is shown in a view partial perspective.
  • This embodiment advantageous is almost identical to the one with Figures 6 and 7, and corresponds exactly to one or other of the achievements represented respectively in Figures 9 and 10.
  • the bar 20 forming the single-phase driver of line that supports the fixed contact 4.
  • the disconnector earth is in an intermediate open position, and the mobile contact assembly 1 is in the process of rotate to operate for example closing the switch.
  • FIG. 8 A partial view from above of the disconnector FIG. 8 is shown in FIG. in a position where the moving contact assembly is about to come connect with the fixed contact 4. Shim 9 is not shown in this view.
  • the screed 13 includes a rectangular 13C plate whose face inside the clevis has two shoulders 13A and 13B parallels on the two opposite edges that are intended to ensure a mechanical connection with the flexible fingers and their metal plates 10 '.
  • Each shoulder 13A or 13B has three holes 18 each penetrated by a rod 14 able to ensure this mechanical connection between the clevis and a finger such as 21 or 31.
  • a sleeve of insulating material 24 is interposed between the wall of a hole 18 and the rod 14 which enters this hole.
  • the portion of the rod that enters the hole 18 is not threaded and is constituted by the end of a bolt that allows the clamping of a plate 10 'against a finger such as 21 or 31 in combination with means
  • the open U-shaped slot has a flared inlet which is formed by the metal plates 10 ', each plate having a tapered end at the entrance to the slot.
  • Each plate has near its beveled end a threaded hole for fixing the plate on an arm 2 or 3 by means of a bolt 17. It is visible that the gap 1 between two plates 10 'opposite, in the open position of the disconnector, is less than the width of the fixed contact 4.
  • the clamping means 25 have an abutment member arranged to limit to a predetermined distance d the sliding of the rod 14 in said insulating sleeve 24 when closing the disconnector in the presence of a strong current.
  • the width of the bar 19 determines the spacing l 1 between two plates 10 'facing.
  • the bar 19 is preferably made of the same electrically insulating material, and here has portions that have a substantially rectangular section to form a stop element 8 'for the fixed contact 4.
  • an insulating bar only with a cross section. U is possible, provided to provide another insulating material in the inner space of the bar to cover the head of the bolt 15 and provide the stop function.
  • the electrical insulation properties of the bar 19 and its stop element 8 ' make it possible on the one hand to isolate, with respect to the joining means, each end of an arm 2 or 3, and on the other hand to isolate between them the two respective ends of the arms 2 and 3.
  • each rod 14 has a threaded first portion 14A which cooperates with the means clamping device 25 to assist in fixing a metal plate 10 'on a flexible finger, and a second portion 14B unthreaded slidable in the insulating sleeve 24.
  • the assembly of the yoke 13 is facilitated in this embodiment, because the rod 14 can be introduced from the right of the sleeve 24 in the figure, contrary to the realization of the Figure 9.
  • the stop member 26 of the clamping means 25 is arranged to limit to a predetermined distance d the sliding of the second portion 14B of the rod in sleeve 24.
  • each rod 14 alone ensures times the mechanical connection function between the clevis 13 and a flexible finger and the fixing function of a 10 'metal plate on one finger, while these two functions are exerted by two separate bolts in the device of Figure 6.
  • This construction allows also to reduce the height of the bar 19 in the plane of the figure, thus reducing the distance L2 shown in Figure 6, while ensuring that the contact area between the fixed contact 4 and the plates 10 'does not have a bolt hole. amplification by leveraging the electrodynamic pinch of the fixed contact is thus increased compared to device of Figure 6.
  • the clevis 13 could be replaced by a metal form frame rectangular, the amounts perpendicular to the fingers 21 and 31 would be pierced with holes having the function of the holes 18 of the shoulders 13A and 13B.
  • a insulating material covering the upper and lower lower part of the frame could be sufficient to ensure insulating stop element function for contact fixed.
  • an earthing switch allows the entire locking system in the closed position is provided by the contact mobile.
  • the open position of the disconnector it is possible to easily maintain the desired dielectric distance in the interval between the fixed contact and the mobile contact since the contact fixed may be small.
  • the axis of rotation of the movable contact can be arranged to a distance relatively close to the bar that supports the fixed contact. In this way, one can ensure with a small footprint the holding of high voltages in an open configuration of the earthing switch.

Landscapes

  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
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Abstract

Le sectionneur de terre comprend un ensemble de contact (1) mobile pivotant et un contact fixe (4) agencé pour être électriquement connecté à l'ensemble de contact (1) mobile dans la position de fermeture du sectionneur. Cet ensemble (1) comprend deux bras (2, 3) parallèles qui sont coudés pour former chacun un L, chaque bras comprenant au moins un doigt flexible (2B1, 2B2; 21, 23) qui s'étend au moins sur la branche la plus courte du L, le contact fixe (4) étant disposé de façon à être engagé entre au moins une paire de doigts flexibles (21, 31) dans ladite position de fermeture. Des moyens de jointure (E, 13) sont reliés aux deux extrémités respectives des deux bras sur les branches les plus courtes des L afin de permettre un effet de levier qui amplifie le pincement électrodynamique exercé sur le contact fixe (4) par les doigts flexibles. <IMAGE>

Description

L'invention porte sur un sectionneur de terre comprenant un ensemble de contact mobile pivotant autour d'un axe de rotation et un contact fixe agencé pour être électriquement connecté à une extrémité dudit ensemble de contact mobile lorsque cet ensemble est amené dans la position de fermeture du sectionneur.
L'invention concerne plus particulièrement un sectionneur de terre destiné à être utilisé dans les installations de transmission et de distribution d'énergie électrique haute tension à l'air libre et encore plus particulièrement un sectionneur de terre dit à insertion directe et à mouvement simple dans lequel le mouvement nécessaire pour connecter l'ensemble de contact mobile avec le contact fixe est effectué par une simple rotation de cet ensemble mobile. L'ensemble de contact mobile est généralement appelé «contact mobile», et par souci de simplicité nous utiliserons cette appellation dans la description qui suit.
La valeur de courant de court-circuit qu'un sectionneur de terre est à même de tolérer dépend directement de la surchauffe (l'augmentation de sa température par rapport à la température ambiante) dans des conditions de court-circuit et, en particulier, de la surchauffe de la zone de contact entre le contact fixe et le contact mobile. Par exemple, il peut être spécifié pour un sectionneur de terre d'être capable de supporter un courant de court circuit de l'ordre de 50 kA pendant une seconde. Le comportement du sectionneur de terre est d'autant meilleur que la pression de contact entre les contacts fixe et mobile est élevée.
Une autre caractéristique de ce type de sectionneurs est leur comportement par rapport aux sollicitations électromagnétiques qui tendent habituellement à ouvrir le circuit électrique dont le sectionneur de terre est l'un des composants. Si cela se produit, les contacts du sectionneur de terre ont tendance à fondre.
En général, les meilleures solutions préexistantes concernant l'agencement d'un sectionneur de terre utilisent des pressions de contact élevées dans le cas des sectionneurs de terre à mouvement simple, ou une séparation mécanique entre le mécanisme de rotation du sectionneur et le système de contact, dans le cas des sectionneurs de terre dits à double mouvement. Ces deux solutions ne sont pas réellement satisfaisantes à cause de leur complexité mécanique et conséquemment de leur coût élevé.
Jusqu'à présent, un bon contact électrique entre les contacts d'un sectionneur de terre à mouvement simple est obtenu en utilisant des composants élastiques très rigides, par exemple des ressorts, qui réalisent une pression de contact élevée mais qui induisent des couples de manoeuvre élevés même lorsque le sectionneur n'est pas sous tension (ces couples augmentant proportionnellement à la tension nominale du sectionneur). Un bon contact électrique entre les contacts d'un sectionneur de terre à double mouvement est obtenu en utilisant des mécanismes complexes d'articulation du contact mobile.
Le document US-4490595 décrit un sectionneur de terre à insertion directe et à mouvement simple dans lequel on a cherché à minimiser l'impact des forces électromagnétiques qui s'exercent sur les contacts fixe et mobile notamment lors du passage d'un courant de court-circuit dans les contacts. Une butée isolante bloque la rotation du couteau pivotant qui fait office de contact mobile, et empêche ce couteau de pouvoir sortir dans la direction au delà de la fente ménagée entre deux bras flexibles parallèles assurant le rôle de contact fixe. Ce contact fixe est électriquement relié à une enveloppe métallique au potentiel de la terre.
Cette configuration implique que le contact mobile soit électriquement relié à une phase de la ligne, ce qui présente des inconvénients notamment pour assurer la commande du couteau pivotant et pour assurer la disposition du couteau en position d'ouverture sans poser de problèmes de tenue diélectrique. D'autre part, les deux bras flexibles du contact fixe doivent être suffisamment longs et positionnés de façon à créer lorsque le sectionneur est fermé un courant de boucle qui permette d'exercer sur le couteau une force qui le maintient en appui contre la butée isolante. Un tel dimensionnement du contact fixe nécessite une distance d'isolation diélectrique importante dans l'espace entre le pivot du couteau et le contact fixe.
Par ailleurs, un pincement électrodynamique du couteau est créé par les courants parallèles qui circulent dans les deux bras flexibles du contact fixe et qui génèrent une force d'attraction mutuelle entre ces deux bras. Il est à noter qu'avec une telle configuration, la force de pincement électrodynamique du couteau reste inférieure à la force d'attraction mutuelle qui tend à rapprocher entre eux les deux bras flexibles.
Un premier objectif de la présente invention est de réaliser un sectionneur de terre à insertion directe et à mouvement simple dans lequel la partie mobile puisse être électriquement reliée à la terre, et dans lequel la partie fixe soit de dimensions relativement petites par rapport à la partie mobile afin de garantir une distance d'isolation diélectrique relativement faible entre les parties fixe et mobile dans la position d'ouverture du sectionneur.
Un second objectif de la présente invention est d'exploiter les forces électromagnétiques qui s'exercent dans un sectionneur de terre à insertion directe et à mouvement simple lors du passage d'un courant de court-circuit dans les contacts, pour renforcer le maintien du sectionneur de terre dans sa position de fermeture complète, et pour renforcer la pression de contact mutuel entre les contacts fixe et mobile grâce à un effet de pincement électrodynamique procuré par l'amplification par un effet de levier de la force d'attraction mutuelle qui tend à rapprocher entre eux deux bras parallèles du contact mobile.
Un autre objectif de la présente invention est de proposer un sectionneur de terre à insertion directe et à mouvement simple qui puisse être mis en mouvement à l'aide d'une commande à faible couple, et qui permette de se passer de ressorts pour assurer la pression de contact souhaitée entre les éléments de contact fixe et mobile.
A cet effet, l'invention a pour objet un sectionneur de terre tel que défini en préambule, caractérisé en ce que ledit ensemble de contact mobile comprend deux bras électriquement conducteurs sensiblement parallèles qui sont coudés pour former chacun au moins approximativement un L, chaque bras coudé comprenant au moins un doigt flexible qui s'étend au moins sur la branche la plus courte du L, le contact fixe étant disposé de façon à être engagé entre au moins une paire de doigts flexibles dans la position de fermeture du sectionneur, et en ce que des moyens de jointure sont mécaniquement reliés aux deux extrémités respectives des deux bras coudés sur les branches les plus courtes des L afin de permettre un effet de levier qui amplifie le pincement électrodynamique exercé sur le contact fixe par les doigts flexibles lorsque un courant de court-circuit ou courant de défaut parcourt les bras coudés.
La construction d'un sectionneur de terre selon l'invention exploite le principe électrotechnique bien connu de la force élémentaire qui s'exerce sur un conducteur lorsqu'il est parcouru par un courant et lorsqu'il est soumis à un champ d'induction. Sur la base de ce principe, en se reportant à la figure 1, on sait que deux éléments conducteurs parallèles dl parcourus dans le même sens par un courant I subissent une force d'attraction df qui tend à les rapprocher l'un de l'autre, et qui est proportionnelle au carré du courant. En considérant un circuit électrique constitué de deux conducteurs identiques non rectilignes disposés sensiblement parallèlement entre eux et parcourus par un même courant I, ces deux conducteurs s'attirent mutuellement avec une force F c qui vérifie la relation suivante:
Figure 00050001
   où l c est la longueur totale de circuit d'un conducteur, l i est la longueur d'un tronçon élémentaire rectiligne du circuit d'un conducteur, et f i est la force d'attraction mutuelle de deux tronçons élémentaires parallèles (l i et f i correspondent respectivement à dl et df pour un tronçon élémentaire).
On sait aussi, en se reportant à la figure 2, que chaque élément d'un circuit en boucle (comme une bobine) parcouru par un courant I subit une force df tendant à écarter la boucle du circuit électrique.
Lorsque le sectionneur de terre est fermé et qu'un courant de court-circuit traverse le contact fixe et les bras parallèles en L du contact mobile, il se crée des forces électromagnétiques qui tendent à rapprocher l'une de l'autre les deux parties de bras en L entre lesquelles est disposé le contact fixe, ce qui est utilisé pour obtenir un effet de pincement du contact fixe entre les extrémités des deux bras du contact mobile. Au niveau de chaque bras en L du contact mobile, il se crée également des forces électromagnétiques qui tendent à écarter la boucle partielle de circuit formée par ce bras. Du fait que les deux bras en L formant le contact mobile sont montés de façon à pivoter solidairement autour de l'axe de rotation de ce contact, la résultante de ces forces électromagnétiques tend à faire pivoter le contact mobile vers le côté du L qui est opposé aux branches les plus courtes. Cet effet est utilisé pour maintenir le contact fixe en appui dans le fond de la fente formée par l'entretoise et les secondes parties des bras du contact mobile de sorte que le sectionneur de terre reste bloqué dans sa position de fermeture.
Les forces de pincement et de blocage du contact fixe dans la fente du contact mobile, qui sont des forces dynamiques en ce qu'elles ne se produisent qu'en présence d'un court-circuit, sont d'autant plus importantes que le courant de court-circuit circulant dans les contacts est élevé. On comprend donc qu'après la fermeture du sectionneur selon l'invention, la force de contact maximale entre le contact fixe et le contact mobile est fournie seulement durant un court-circuit. Ceci permet d'utiliser, pour les opérations courantes d'ouverture et de fermeture du sectionneur, un mécanisme d'entraínement à faible couple pour l'entraínement en rotation du contact mobile.
Dans un mode de réalisation avantageux, un sectionneur selon l'invention présente les particularités suivantes:
  • chaque bras coudé en L est fendu longitudinalement sur les deux branches du L pour former les doigts flexibles sur la majeure partie d'un bras, de façon à obtenir encore plus de souplesse dans l'écartement des extrémités des doigts et assurer un contact électrique optimal entre le contact fixe et le contact mobile du sectionneur ;
  • les moyens de jointure mécaniquement reliés aux deux extrémités respectives des deux bras coudés comprennent une chape rigide assurant la fonction d'un noeud de charnière pour une pince électrodynamique dont les leviers sont constitués par les doigts flexibles des deux bras, cette chape comprenant une plaque rectangulaire dont une face présente deux épaulements parallèles sur deux bords opposés, chaque épaulement comportant au moins deux trous pénétrés chacun par une tige apte à assurer une liaison mécanique entre la chape et un doigt flexible ;
  • un élément de butée électriquement isolant porté par le contact mobile est constitué par une barre en matériau isolant qui est fixée au milieu de la plaque de la chape parallèlement aux deux épaulements, cette barre étant prise en étau par les doigts flexibles des deux bras parallèles dans la position ouverte du sectionneur ;
  • des plaques métalliques sont fixées aux doigts flexibles des deux bras parallèles, chaque plaque métallique présentant une extrémité biseautée ou arrondie du côté par lequel le contact fixe est apte à être engagé dans le contact mobile, et l'écartement entre deux plaques métalliques en vis à vis dans la position ouverte du sectionneur est inférieur à la largeur du contact fixe ;
  • les deux bras parallèles sont prolongés axialement sur leurs branches les plus longues par une tige conductrice montée rotative autour de l'axe de rotation de l'ensemble de contact mobile pivotant. D'autres types ou modes de réalisation d'un sectionneur de terre selon l'invention sont décrits plus en détail dans la description qui suit. Un premier type de réalisation est décrit plus en détail et est illustré par les dessins des figures 3 à 5. Un second type de réalisation englobant le mode de réalisation avantageux résumé précédemment est aussi décrit plus en détail et est illustré par les dessins des figures 6 à 10.Les figures 1 et 2 illustrent le principe électrotechnique de la force élémentaire exploité par l'invention.
  • La figure 3 montre une vue partielle en perspective d'un sectionneur de terre selon l'invention dans un premier type de réalisation.
  • La figure 4 montre une vue en coupe longitudinale du sectionneur de terre de la figure 3, selon un plan parallèle à un bras en L du sectionneur.
  • La figure 5 montre une vue partielle de dessus du sectionneur de terre de la figure 3.
  • La figure 6 représente schématiquement une vue partielle de dessus d'un sectionneur de terre selon l'invention dans un second type de réalisation, et illustre le principe du pincement électrodynamique amplifié par un effet de levier.
  • La figure 7 représente schématiquement une vue latérale du sectionneur de terre de la figure 6.
  • La figure 7a représente très schématiquement une vue de dessus d'un élément visible latéralement sur la figure 7.
  • La figure 8 montre une vue partielle en perspective d'un sectionneur de terre selon l'invention dans un mode de réalisation avantageux du second type.
  • La figure 9 montre une vue partielle de dessus du sectionneur de terre de la figure 8.
  • La figure 10 représente schématiquement un détail d'une variante au sectionneur de terre de la figure 9.
Un sectionneur de terre selon l'invention, pour des applications en haute tension, est un sectionneur dit à insertion directe et à mouvement simple. Il est formé par une première partie mobile en rotation et par une seconde partie fixe.
Plus particulièrement, comme visible sur les figures 3 à 5, la partie mobile du sectionneur de terre est un contact 1 monté sur une tige conductrice pivotante autour d'un axe de rotation (non représenté) et relié au potentiel de la terre. Ce contact mobile 1 comprend deux bras métalliques parallèles 2,3 coudés pour former chacun un L, et est apte à tourner d'environ 90° autour de l'axe de rotation qui est situé dans le prolongement axial de la branche la plus longue des bras en L. Le contact mobile 1 est connecté électriquement au potentiel de la terre dans sa section inférieure et plus précisément près de la zone de l'axe de rotation, tandis que la section supérieure du contact mobile (la branche la plus courte des bras en L) réalise le contact électrique avec la partie fixe du sectionneur. Cette partie fixe du sectionneur est ici un contact 4 cylindrique en cuivre qui vient s'insérer entre les deux branches les plus courtes des bras en L du contact mobile 1 lorsque le sectionneur est déplacé de sa position d'ouverture vers sa position de fermeture. Sur les figures 3 à 5, le sectionneur est montré dans une position de fermeture complète où le contact mobile 1 est en contact électrique avec le contact fixe 4.
Comme visible sur les figures 3 et 4, chaque bras 2,3 en forme de L comprend une première partie de bras indiquée par les références 2A,3A qui est formée par la branche la plus longue du L et qui s'étend depuis l'axe de rotation vers une seconde partie de bras 2B,3B formant la branche la plus courte du L. La seconde partie de bras indiquée par les références 2B,3B s'étend sensiblement transversalement (perpendiculairement) à la première partie de bras 2A,3A.
Dans un sectionneur de terre selon l'invention, il n'est pas indispensable que les deux branches d'un L soit rigoureusement rectilignes. En particulier, il est envisageable de donner à la branche la plus longue une forme légèrement convexe pour accentuer la courbure procurée par le coude du L et renforcer éventuellement les forces électromagnétiques d'écartement du circuit, c'est à dire les forces qui s'exercent dans le sens de la flèche F2 sur la figure 3.
Une entretoise E formant charnière relie les extrémités libres des secondes parties de bras 2B,3B qui sont montées flexibles dans le sens où elles peuvent se déplacer de manière indépendante. L'entretoise E définit avec les secondes parties de bras 2B,3B une fente ouverte en forme de U indiquée par 5 et plus visible sur la figure 5. Cette fente 5 ouverte en forme de U constitue la partie supérieure du contact mobile 1.
Dans l'exemple des figures 3 à 5, les secondes parties de bras 2B,3B sont fendues longitudinalement pour définir des doigts de contacts flexibles apportant encore plus de souplesse dans l'écartement élastique. En particulier, chaque seconde partie de bras est fendue pour définir deux doigts flexibles superposés 2B1,2B2 ;3B1,3B2 et l'entretoise E comprend ici deux boulons 6 traversant chacun des deux doigts juxtaposés, par exemple 2B1,3B1 ou 2B2,3B2 et bloqué chacun par un écrou 7. Il est laissé un faible jeu entre chaque écrou 7 et un doigt flexible d'une partie 3B pour permettre un léger écartement des doigts des parties 2B et 3B lorsque le contact fixe 4 est engagé entre ces doigts, afin de procurer une certaine pression de contact initiale à courant nul ou faible. Une fois le contact fixe arrivé en butée dans le fond de la fente 5, l'entretoise E assure une fonction de charnière vis à vis des extrémités des doigts flexibles et permet l'effet de pincement électrodynamique amplifié, lorsque les secondes parties de bras 2B,3B tendent à se rapprocher comme expliqué plus loin dans la présente.
Un manchon cylindrique 8 en matière électriquement isolante entoure la tige de chaque boulon 6 ce qui assure l'indépendance de la structure du boulon par rapport à une tenue au courant de court-circuit.
De façon générale, l'espacement minimal autorisé entre les deux bras 2,3 est réglé par une cale 9 disposée entre les deux bras 2,3 du contact mobile 1 au voisinage du coude. Cette cale empêche les deux bras de se rapprocher excessivement lorsque le contact mobile est parcouru par un courant de court-circuit.
Les secondes parties de bras (les doigts flexibles 2B1,2B2,3B1,3B2) sont munies de plaques de cuivre telles que 10 favorisant le bon contact électrique avec le contact fixe 4, et sont aussi munies de skis en matière isolante tel que 11 (plus visible sur les figures 4 et 5) s'étendant longitudinalement sur les secondes parties de bras et conférant une forme évasée à l'entrée de la fente 5 afin de faciliter l'insertion du contact fixe 4 dans la fente 5 lors de la fermeture du sectionneur de terre. Comme cela apparaít sur les figures 4 et 5, chaque ski 11 s'étend dans le prolongement d'une plaque de cuivre 10 vers l'arrière du coude de chaque bras en forme de L. L'espacement libre entre deux plaques opposées 10 est légèrement inférieur au diamètre du contact 4 cylindrique, de façon à créer la pression de contact initiale évoquée précédemment du fait d'un léger écartement élastique des secondes parties de bras lorsque le contact 4 est engagé entre les plaques 10.
En variante, les plaques 10 peuvent avoir une épaisseur légèrement plus grande du côté de l'entretoise que du côté des skis 11, de façon à augmenter ledit écartement élastique et donc aussi l'effort de pression de contact en butée et à courant nul. Il est aussi envisageable de se passer du manchon 8 isolant à condition que les plaques 10 comportent elles mêmes du côté de l'entretoise des éléments de butée, par exemple constitués sur au moins deux plaques en vis à vis par deux épaulements trapézoïdaux de chaque plaque pour arrêter le déplacement relatif du contact fixe 4 par rapport à la fente 5. Dans cet exemple, les deux plaques en vis formeraient sensiblement une fente en U, et la fonction de butée pour le contact fixe serait assurée par ces plaques. L'espacement d'air entre les plaques et les boulons de l'entretoise permettrait l'indépendance de la structure de l'entretoise par rapport à une tenue à des courants de défaut. Il faut comprendre par cet exemple qu'un élément de butée pour le contact fixe n'est pas nécessairement électriquement isolant dans un sectionneur de terre selon l'invention.
Il n'est pas à priori indispensable, dans un sectionneur de terre selon l'invention, que les branches les plus courtes des bras coudés soient fendues longitudinalement. Par exemple, pour augmenter l'élasticité de ces branches, il peut être envisagé de diminuer localement l'épaisseur et/ou la hauteur de plaque métallique des bras afin de n'avoir qu'un seul doigt ou partie flexible par bras.
Les parties de bras 2A, 3A du contact mobile sont prolongées axialement par une tige conductrice 12 qui est montée rotative à son extrémité libre autour de l'axe de rotation du contact mobile 1. En position d'ouverture du sectionneur, la tige 12 est normalement sensiblement horizontale. Cette tige est électriquement reliée à la terre par l'intermédiaire de contacts glissants agencés au niveau de l'axe de rotation du contact mobile, ou encore par des câbles métalliques flexibles. Le contact fixe 4, quant à lui, est fixé à la barre sous tension qui correspond à la phase qui peut être mise à la terre par le sectionneur.
Lors de la fermeture du sectionneur, la tige 12 avec les bras 2,3 en forme de L sont entraínés en rotation sur un angle d'environ 90° jusqu'à une position sensiblement verticale. Lors du déplacement du contact mobile 1 pendant la fermeture du sectionneur, le contact fixe 4 s'insère dans la fente 5 en passant d'abord au niveau des coudes des bras 2,3 entre les skis 11 et vient finalement en butée contre l'entretoise E formée. Le contact fixe cylindrique 4 qui s'étend axialement en direction de l'axe de rotation est alors modérément pincé entre les plaques de cuivre 10 qui sont fixées aux doigts flexibles 2B1,3B1 et 2B2,3B2.
En position de fermeture complète du sectionneur, la tige conductrice 12 avec les premières parties de bras 2A,3A est inclinée par rapport à une position verticale de non équilibre tandis que le contact fixe cylindrique est disposé dans le fond de la fente ouverte en forme de U, en appui contre l'entretoise ; ainsi, même lorsqu'il n'est pas parcouru par un courant de court-circuit, le sectionneur de terre est maintenu dans sa position de fermeture sans qu'il soit nécessaire au mécanisme de commande du sectionneur d'exercer un couple dans le sens de la fermeture sur le contact mobile 1 pivotant.
Dans ce qui précède, on a fait abstraction des forces électromagnétiques pour ne considérer qu'un pincement mécanique statique du contact fixe sous l'effet des forces élastiques qui tendent à rapprocher entre elles les secondes parties de bras du fait de leur flexibilité. Mais si on considère un état fermé du sectionneur avec passage d'un courant de court-circuit ou courant de défaut, il faut pendre en compte l'effet de pincement électrodynamique procuré par les forces électromagnétiques. Le pincement du contact fixe par les doigts flexibles devient alors beaucoup plus important. On entend par courant de défaut un courant supérieur au courant nominal pouvant transiter dans le conducteur de ligne qui supporte le contact fixe 4. L'entretoise E, et en particulier les boulons 6 associés aux écrou 7, empêche pratiquement tout écartement supplémentaire des extrémités des doigts flexibles une fois le contact fixe 4 positionné en butée, et a un rôle de charnière pour une pince électrodynamique dont les deux leviers opposés sont formés par les secondes parties de bras 2B,3B. Ceci permet d'amplifier au niveau du contact fixe la force d'attraction mutuelle telle que définie par la relation (1) précédente et qui tend à rapprocher les leviers opposés de la pince, en particulier au niveau des doigts flexibles. On rappelle que la force d'attraction mutuelle F c est proportionnelle au carré du courant passant à travers le circuit électrique du sectionneur de terre.
On obtient ainsi une force de pression des doigts flexibles contre le contact fixe qui est bien supérieure à la force F c due à l'effet électrodynamique s'exerçant sur les secondes parties de bras 2B,3B. Le contact fixe 4 étant en butée contre l'entretoise, les zones de pression des plaques 10 contre ce contact sont en effet au plus proche de l'axe de l'entretoise c'est à dire de la charnière de la pince. Cet effet d'amplification du pincement est particulièrement avantageux par rapport à un dispositif classique tel que montré dans le document US-4490595, dans lequel les bras flexibles parallèles n'agissent pas comme des leviers d'une pince de type « casse noix » du fait de l'absence d'élément charnière à l'extrémité des bras.
On a représenté par la ligne sensiblement verticale lv sur la figure 3 la ligne d'alignement axial du contact fixe cylindrique 4 avec l'axe de rotation du contact mobile, et on voit sur cette figure que la tige 12 avec les parties de bras 2A,3A s'étendent selon une direction longitudinale qui est inclinée par rapport à la ligne lv d'un angle non nul α de quelques degrés. Le contact fixe est alors en appui contre l'entretoise E du contact mobile 1, assurant à ce dernier une position de fermeture stable. Quand un courant électrique de défaut parcourt les bras 2,3, alors que le sectionneur est dans sa position de fermeture, des forces d'attraction électromagnétiques tendent à rapprocher entre elles les secondes parties de bras 2B,3B qui portent les doigts flexibles opposés 2B1,3B1,2B2,3B2, avec pour effet un pincement électrodynamique du contact fixe 4 entre les deux bras de la partie supérieure du contact mobile. De cette manière on assure un contact électrique optimal entre les contacts fixe et mobile 1,4 puisque la force de pincement exercée est amplifiée par rapport à la force d'attraction électromagnétique F c résultant sur les deux bras. L'effet de pincement électrodynamique est illustré plus loin sur la figure 6 en rapport avec un autre mode de réalisation d'un sectionneur de terre selon l'invention.
Vu que l'entretoise est isolée électriquement par rapport au contact fixe 4 par le manchon 8, il n'est pas nécessaire qu'elle soit thermiquement dimensionnée pour supporter les courants de court-circuit, ce qui la rend indépendante de l'amplitude du courant de court-circuit d'un point de vue structurel et thermique. En outre, des forces électromagnétiques s'exercent dans le sens de la flèche F2 sur les bras 2,3 coudés, qui tendent à rapprocher le contact fixe 4 de l'entretoise E avec pour effet un blocage du contact fixe 4 dans le fond de la fente 5 et donc une accentuation du maintien du sectionneur dans sa position de fermeture. Il faut remarquer que cela est possible parce que dans la position de fermeture du sectionneur, l'état de la tige portant le contact mobile est incliné par rapport à la position de la ligne lv, et l'effet électrodynamique qui tend à ouvrir le circuit en L permet de pousser encore plus la tige 12 avec les bras coudés dans le sens de la fermeture du sectionneur. Comme indiqué plus haut, ces forces électromagnétiques sont dynamiques et d'autant plus fortes que le courant de court-circuit est élevé.
Sur la figure 6, le principe du pincement électrodynamique amplifié par un effet de levier est illustré pour un second type de réalisation d'un sectionneur de terre selon l'invention. Le sectionneur est représenté schématiquement en vue partielle par le dessus. La tige conductrice dans le prolongement des deux bras parallèles 2,3 ainsi que la cale entre les bras au voisinage du coude ne sont pas représentées. La différence avec le premier type de réalisation en rapport avec les figures 3 à 5 porte principalement sur les moyens de jointure qui sont mécaniquement reliés aux deux extrémités respectives des deux bras coudés sur les branches les plus courtes des L. Ces moyens de jointure ne comprennent pas dans le cas présent une entretoise à proprement parler, dans le sens où la pièce rigide 13 n'est pas intercalée entre les doigts flexibles des deux bras parallèles. Mais cette pièce 13 forme une sorte d'étrier qui présente une section sensiblement en C et qui permet de limiter l'écartement des doigts flexibles. Cette pièce assure donc la même fonction que l'entretoise E dans le premier type de réalisation. De façon générale, les moyens de jointure de ces deux types de réalisation assurent la fonction d'un noeud de charnière pour une pince électrodynamique dont les leviers sont constitués par les doigts flexibles des deux bras parallèles. Dans ce qui suit, la pièce 13 est appelée une chape.
Dans la position de fermeture du sectionneur représentée sur la figure 6, le contact fixe 4 cylindrique est engagé en butée dans le fond de la fente 5 en U qui est définie par la chape 13 et par les branches les plus courtes des deux bras coudés parallèles. Par souci de simplicité du commentaire de la figure 6, on ne considérera que les doigts flexibles parallèles 21 et 31 pour l'explication du pincement électrodynamique, mais la même explication est valable pour les autres paires de doigts flexibles en vis à vis. Lorsque un courant de court-circuit ou courant de défaut parcourt les doigts flexibles parallèles 21 et 31, il résulte sur les deux doigts une force d'attraction électromagnétique F1 pouvant être déterminée de la même façon que la force F c dans la relation (1). Cette force d'attraction F1 résultant de la sommation des forces élémentaires sur la longueur des doigts flexibles revient à une force d'attraction unique dont le point d'application sur chaque doigt se situe approximativement à la moitié de la longueur du doigt. Ainsi, étant donnée la relativement grande longueur des doigts flexibles dans ce second type de réalisation, la distance L1 entre le point d'application de F1 et le noeud de charnière assuré par les moyens de jointure est approximativement égale à la longueur de la branche la plus courte des bras coudés. Cette distance L1 est en tout cas bien supérieure à la distance L2 entre l'un ou l'autre des deux points d'application de la force de pincement F3 des doigts 21 et 31 sur le contact fixe 4 et le noeud de charnière.
Comme pour toute pince mécanique de type « casse-noix », on a ici la relation F1 · L1 = F3 · L2, soit F3 = F1 · L1/L2, ce qui implique qu'un effet de levier amplifie avec un coefficient égal à L1/L2 la force d'attraction électromagnétique F1 exercée sur les leviers qui sont constitués par les doigts flexibles parallèles 21 et 31, pour obtenir la force de pincement F3 exercée sur le contact fixe 4.
La distance L2 peut être modifiée dans une certaine mesure en modifiant la hauteur de la barre isolante 19 qui sert de moyen de butée pour le contact fixe 4 et qui est fixée à l'intérieur de la chape 13 par un boulon associé à un écrou 15. D'autre part, comme expliqué plus loin au commentaire de la figure 9, il faut comprendre que cette barre 19 sert aussi de moyen de butée pour limiter le rapprochement des doigts flexibles en vis à vis, dans la position ouverte du sectionneur. Plus précisément, dans cette position ouverte, il est prévu une force de précontrainte qui tend à rapprocher entre eux les deux bras parallèles 2 et 3, et la barre 19 est prise en étau par les plaques métalliques de chaque paire de doigts flexibles en vis à vis. Ceci permet une augmentation du pincement statique exercé sur le contact fixe 4 en l'absence de courant de défaut dans le sectionneur. La largeur l2 du contact fixe, en l'occurrence le diamètre du cylindre formant ce contact, est donc nécessairement supérieure à la largeur de la barre 19.
Sur la figure 7, le sectionneur de terre de la figure 6 est représenté schématiquement par une vue latérale perpendiculairement au plan formé par le bras coudé 3 du sectionneur. On peut constater une différence supplémentaire avec le premier type de réalisation en rapport avec les figures 3 à 5 : les branches les plus courtes de chaque bras coudé 2 ou 3 sont fendues longitudinalement sur toute leur longueur pour former des doigts flexibles, et les fentes se prolongent au delà du coude sur une grande partie de la branche la plus longue de chaque bras. Les doigts flexibles obtenus sont ainsi coudés avec la même forme en L que les bras, ce qui permet d'augmenter l'élasticité de chaque doigt et d'augmenter la longueur de bras de levier efficace pour l'amplification du pincement électrodynamique par un effet de levier. Ceci permet d'obtenir une pince électrodynamique produisant une pression de contact sur le contact fixe 4 qui est supérieure à celle obtenue dans le premier type de réalisation.
Le choix de moyens de jointure de type monobloc tels que la chape 13 permet de réaliser un noeud de charnière plus solide et d'un coût de fabrication inférieur à la réalisation d'une entretoise E avec des boulons. En outre, il est avantageux dans ce mode de réalisation particulier d'avoir trois doigts flexibles tels que 31, 32 et 33 sur chaque bras coudé, afin d'augmenter encore l'élasticité de chaque doigt, et d'avoir une longueur de doigt qui augmente en se rapprochant de l'intérieur du coude.
La cale 9, située derrière le bras coudé 3 dans cette vue latérale, est traversée par deux boulons 16 et est libre de coulisser entre les deux bras coudés parallèles avec un petit jeu le long des tiges des boulons. Sur la figure 7a, on peut voir que ce petit jeu correspond à deux fois l'espacement j. La fonction de cette cale 9 a été explicitée précédemment pour le premier type de réalisation.
Sur la figure 8, un sectionneur de terre du second type selon l'invention est montré dans une vue partielle en perspective. Ce mode de réalisation avantageux est quasiment identique à celui en rapport avec les figures 6 et 7, et correspond exactement à l'une ou l'autre des réalisations représentées respectivement sur les figures 9 et 10. On a représenté ici la barre 20 formant le conducteur monophasé de ligne qui supporte le contact fixe 4. Le sectionneur de terre est dans une position d'ouverture intermédiaire, et l'ensemble de contact 1 mobile est en train de pivoter pour opérer par exemple la fermeture du sectionneur.
Une vue partielle de dessus du sectionneur de terre de la figure 8 est représentée sur la figure 9, dans une position où l'ensemble de contact mobile est sur le point de venir se connecter avec le contact fixe 4. La cale 9 n'est pas représentée dans cette vue. A la différence du mode de réalisation en rapport avec les figures 6 et 7, les trous 18 des épaulements de la chape 13 ne comportent pas de filetage et ne sont donc pas destinés au serrage d'un boulon. La chape 13 comprend une plaque 13C rectangulaire dont la face intérieure à la chape présente deux épaulements 13A et 13B parallèles sur les deux bords opposés qui sont destinés à assurer une liaison mécanique avec les doigts flexibles et leurs plaques métalliques 10'. Chaque épaulement 13A ou 13B comporte trois trous 18 pénétrés chacun par une tige 14 apte à assurer cette liaison mécanique entre la chape et un doigt tel que 21 ou 31.
Un manchon en matériau isolant 24 est intercalé entre la paroi d'un trou 18 et la tige 14 qui pénètre dans ce trou. La partie de la tige qui pénètre dans le trou 18 n'est pas filetée et est constituée par l'extrémité d'un boulon qui permet le serrage d'une plaque 10' contre un doigt tel que 21 ou 31 en association avec des moyens de serrage 25. La fente ouverte en forme de U présente une entrée évasée qui est formée par les plaques métalliques 10', chaque plaque présentant une extrémité biseautée à l'entrée de la fente. Chaque plaque possède près de son extrémité biseautée un trou fileté pour la fixation de la plaque sur un bras 2 ou 3 grâce à un boulon 17. Il est visible que l'écartement l1 entre deux plaques 10' en vis à vis, dans la position ouverte du sectionneur, est inférieur à la largeur du contact fixe 4.
Les moyens de serrage 25 possèdent un organe de butée agencé pour limiter à une distance prédéterminée d le coulissement de la tige 14 dans ledit manchon isolant 24 lors de la fermeture du sectionneur en présence d'un fort courant. Cette distance prédéterminée est voisine de l'amplitude e d'écartement d'un doigt flexible définie comme la moitié de la différence entre l'écartement l1 et la largeur l2 du contact fixe 4. On a en effet la relation suivante : e = 0,5 · (l1 - l2).
La largeur de la barre 19 détermine l'écartement l1 entre deux plaques 10' en vis à vis. La barre 19 est de préférence constituée d'un même matériau électriquement isolant, et présente ici des parties qui ont une section sensiblement rectangulaire afin de constituer un élément de butée 8' pour le contact fixe 4. Toutefois, une barre isolante uniquement à section en U est envisageable, à condition de prévoir un autre matériau isolant dans l'espace intérieur de la barre afin de recouvrir la tête du boulon 15 et d'assurer la fonction de butée. Les propriétés d'isolation électrique de la barre 19 et de son élément de butée 8' permettent d'une part d'isoler par rapport aux moyens de jointure chaque extrémité d'un bras 2 ou 3, et d'autre part d'isoler entre elles les deux extrémités respectives des bras 2 et 3.
Sur la figure 10, chaque tige 14 possède une première partie 14A filetée qui coopère avec les moyens de serrage 25 pour contribuer à la fixation d'une plaque métallique 10' sur un doigt flexible, et une seconde partie 14B non filetée apte à coulisser dans le manchon isolant 24. Le montage de la chape 13 est facilité dans cette variante de réalisation, car la tige 14 peut être introduite par la droite du manchon 24 sur la figure, contrairement à la réalisation de la figure 9. Comme pour la réalisation précédente, l'organe de butée 26 des moyens de serrage 25 est agencé pour limiter à une distance prédéterminée d le coulissement de la seconde partie 14B de la tige dans le manchon 24. Par comparaison avec le mode de réalisation en rapport avec les figures 6 et 7, on peut remarquer que chaque tige 14 assure à elle seule à la fois la fonction de liaison mécanique entre la chape 13 et un doigt flexible et la fonction de fixation d'une plaque métallique 10' sur un doigt, alors que ces deux fonctions sont exercées par deux boulons séparés dans le dispositif de la figure 6. Cette construction permet aussi de réduire la hauteur de la barre 19 dans le plan de la figure, réduisant ainsi la distance L2 représentée sur la figure 6, tout en assurant que la zone de contact entre le contact fixe 4 et les plaques 10' ne comporte pas de trou de boulon. L'amplification par effet de levier du pincement électrodynamique du contact fixe est ainsi augmentée par rapport au dispositif de la figure 6.
En variante, la chape 13 pourrait être remplacée par un cadre métallique de forme rectangulaire dont les montants perpendiculaires aux doigts 21 et 31 seraient percés de trous ayant la fonction des trous 18 des épaulements 13A et 13B. Un matériau isolant recouvrant les montants supérieur et inférieur du cadre pourrait suffire à assurer la fonction d'élément de butée isolant pour le contact fixe.
La construction d'un sectionneur de terre selon l'invention permet que tout le système de verrouillage en position de fermeture soit assuré par le contact mobile. En outre, en position d'ouverture du sectionneur, il est possible de maintenir facilement la distance diélectrique souhaitée dans l'intervalle entre le contact fixe et le contact mobile puisque le contact fixe peut être de faible dimension. En d'autres termes, l'axe de rotation du contact mobile peut être disposé à une distance relativement proche de la barre qui supporte le contact fixe. De cette manière, on peut assurer avec un faible encombrement la tenue à des tensions élevées dans une configuration d'ouverture du sectionneur de terre.

Claims (18)

  1. Sectionneur de terre comprenant un ensemble de contact (1) mobile pivotant autour d'un axe de rotation et un contact fixe (4) agencé pour être électriquement connecté à une extrémité dudit ensemble de contact (1) mobile lorsque cet ensemble est amené dans la position de fermeture du sectionneur, caractérisé en ce que ledit ensemble de contact (1) mobile comprend deux bras (2, 3) électriquement conducteurs sensiblement parallèles qui sont coudés pour former chacun au moins approximativement un L, chaque bras coudé (2, 3) comprenant au moins un doigt flexible (2B1, 2B2, 3B1, 3B2 ; 21, 23, 31, 33) qui s'étend au moins sur la branche la plus courte du L, ledit contact fixe (4) étant disposé de façon à être engagé entre au moins une paire de doigts flexibles dans la position de fermeture du sectionneur, et en ce que des moyens de jointure (E, 13) sont mécaniquement reliés aux deux extrémités respectives des deux bras coudés (2, 3) sur les branches les plus courtes des L afin de permettre un effet de levier qui amplifie le pincement électrodynamique exercé sur le contact fixe (4) par lesdits doigts flexibles lorsque un courant de court-circuit ou courant de défaut parcourt lesdits bras (2, 3).
  2. Sectionneur de terre selon la revendication 1, dans lequel le contact fixe (4) et l'ensemble de contact (1) mobile sont disposés l'un par rapport à l'autre de telle manière qu'en position de fermeture complète du sectionneur, le contact fixe soit en appui contre un élément de butée (8, 8') électriquement isolant porté par l'ensemble de contact mobile.
  3. Sectionneur de terre selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel le contact fixe (4) a la forme d'un plot sensiblement cylindrique dont l'axe définit une ligne (lv) sensiblement verticale, et dans lequel ladite ligne s'étend axialement en direction de l'axe de rotation de l'ensemble de contact (1) mobile.
  4. Sectionneur de terre selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les branches les plus courtes (2B, 3B) de chaque bras coudé (2, 3) en forme de L sont fendues longitudinalement pour former des doigts flexibles (2B1, 2B2, 3B1, 3B2).
  5. Sectionneur de terre selon la revendication 4, dans lequel les branches les plus longues de chaque bras coudé (2, 3) en forme de L sont aussi fendues longitudinalement, de façon à obtenir des doigts flexibles (21, 23, 31, 33) coudés en forme de L.
  6. Sectionneur de terre selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel lesdits moyens de jointure sont constitués d'une entretoise (E) qui comprend un manchon (8) en matière électriquement isolante qui entoure un boulon (6) traversant deux doigts flexibles (2B1, 3B1 ; 2B2, 3B2) des deux bras parallèles (2, 3).
  7. Sectionneur de terre selon la revendication 5, dans lequel lesdits moyens de jointure comprennent une chape (13) rigide assurant la fonction d'un noeud de charnière pour une pince électrodynamique dont les leviers sont constitués par les doigts flexibles des deux bras parallèles (2, 3).
  8. Sectionneur de terre selon la revendication 7, dans lequel ladite chape (13) comprend une plaque (13C) rectangulaire dont une face présente deux épaulements (13A, 13B) parallèles sur deux bords opposés, chaque épaulement comportant au moins deux trous (18) pénétrés chacun par une tige (14) apte à assurer une liaison mécanique entre ladite chape et un doigt flexible d'un bras coudé (2, 3).
  9. Sectionneur de terre selon la revendication 8, dans lequel un manchon en matériau isolant (24) est intercalé entre la paroi d'un trou (18) et la tige (14) qui pénètre dans ce trou.
  10. Sectionneur de terre selon l'une des revendications précédentes, dans lequel des plaques métalliques (10') sont fixées aux doigts flexibles des deux bras parallèles (2, 3), chaque plaque métallique présentant une extrémité biseautée ou arrondie du côté par lequel le contact fixe est apte à être engagé dans l'ensemble de contact mobile, et dans lequel l'écartement (l1) entre deux plaques métalliques (10') en vis à vis dans la position ouverte du sectionneur est inférieur à la largeur (12) du contact fixe (4).
  11. Sectionneur de terre selon la revendication 10 prise en combinaison avec la revendication 9, dans lequel ladite tige (14) possède une première partie (14A) filetée qui coopère avec des moyens de serrage (25) pour contribuer à la fixation d'une plaque métallique (10') sur un doigt flexible (31) et une seconde partie (14B) non filetée apte à coulisser dans ledit manchon isolant (24), et dans lequel lesdits moyens de serrage (25) possèdent un organe de butée (26) agencé pour limiter à une distance prédéterminée (d) le coulissement de ladite seconde partie (14B) dans ledit manchon isolant (24) lors de la fermeture du sectionneur en présence d'un fort courant.
  12. Sectionneur de terre selon la revendication 11, dans lequel ladite distance prédéterminée (d) est voisine de l'amplitude (e) d'écartement d'un doigt flexible (21, 31) définie comme la moitié de la différence entre l'écartement (l1) entre deux plaques métalliques (10') et la largeur (12) du contact fixe (4).
  13. Sectionneur de terre selon l'une des revendications 10 à 12 prise en combinaison avec la revendication 8, dans lequel l'élément de butée (8') électriquement isolant qui est porté par l'ensemble de contact mobile est solidaire d'une barre électriquement isolante (19) qui présente des parties à section en U et qui est fixée au milieu de la plaque (13C) de ladite chape (13) parallèlement aux deux épaulements (13A, 13B), et dans lequel ladite barre isolante est prise en étau par les doigts flexibles des deux bras parallèles (2, 3) dans la position ouverte du sectionneur.
  14. Sectionneur de terre selon la revendication 13, dans lequel ledit élément de butée (8') est constitué par des parties de ladite barre isolante (19) qui possèdent une section sensiblement rectangulaire.
  15. Sectionneur de terre selon l'une des revendications précédentes, dans lequel une cale (9) est disposée entre les deux bras parallèles (2, 3) au voisinage de leurs coudes et définit un espacement minimal autorisé entre les deux bras lorsque ledit ensemble de contact (1) mobile est parcouru par un courant de court-circuit.
  16. Sectionneur de terre selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les deux bras parallèles (2,3) sont prolongés axialement sur leurs branches les plus longues par une tige conductrice (12) montée rotative autour de l'axe de rotation de l'ensemble de contact (1) pivotant.
  17. Sectionneur de terre selon la revendication 16, dans lequel en position de fermeture complète du sectionneur, ladite tige conductrice (12) est inclinée par rapport à une position verticale de non équilibre.
  18. Sectionneur de terre selon la revendication 5, dans lequel chaque bras coudé en forme de L comprend trois doigts flexibles (31, 32, 33).
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