FR3029351A1

FR3029351A1 - Dispositif de coupure electrique integrant un disjoncteur et un sectionneur

Info

Publication number: FR3029351A1
Application number: FR1461804A
Authority: FR
Inventors: Didier Rodrigues; Denis Frigiere; Jean Marc Willieme; Frank Jacquier
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2014-12-02
Filing date: 2014-12-02
Publication date: 2016-06-03
Anticipated expiration: 2034-12-02
Also published as: US20170338067A1; EP3227897B1; US10115546B2; EP3227897A1; JP2018501756A; FR3029351B1; WO2016087406A1

Abstract

L'invention concerne un dispositif (1) de coupure de courant comprenant un disjoncteur (2) incluant un premier support conducteur fixe (4) portant un contact d'arc fixe (14) et un contact d'arc mobile (16) et portant également un contact permanent mobile (17) le contact d'arc mobile (16) et le contact permanent mobile (17) étant électriquement reliés au premier support fixe (4), et un sectionneur (3) incluant un second support conducteur fixe (6) portant un contact de sectionnement mobile (18), et dans lequel : - le contact de sectionnement mobile (18) est en contact avec le contact d'arc fixe (14) lorsqu'il est fermé et écarté du contact d'arc fixe (14) lorsqu'il est ouvert ; - le contact de sectionnement mobile (18) et le contact permanent mobile (17) sont connectés l'un à l'autre lorsqu'ils sont tous deux en position fermée, et ils sont écartés l'un de l'autre lorsque l'un ou l'autre est ouvert.

Description

DISPOSITIF DE COUPURE ELECTRIQUE INTEGRANT UN DISJONCTEUR ET UN SECTIONNEUR DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne la coupure de courant 5 électrique dans une installation de type moyenne ou bien haute tension. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Une installation électrique de type haute tension ou moyenne tension comporte typiquement deux 10 types d'appareillages qui sont d'une part les disjoncteurs et d'autre part les sectionneurs. Un sectionneur comporte un seul jeu de contacts, comprenant un contact de sectionnement fixe et un contact de sectionnement mobile, par lesquels 15 passe le courant lorsque le sectionneur est fermé. Lorsque le sectionneur est ouvert, les contacts de sectionnement sont séparés d'une distance grâce à laquelle le sectionneur présente une certaine rigidité, c'est-à-dire une tenue diélectrique 20 déterminée. Un disjoncteur comporte un jeu de contacts permanents montés en parallèle avec un jeu de contacts d'arc. Ces contacts d'arc sont dans une enceinte contenant un gaz diélectrique tel que du SF6 favorisant 25 l'extinction d'un arc électrique se formant entre ces contacts d'arc à l'ouverture du disjoncteur. Comme les contacts d'arc ne peuvent pas être traversés par un courant nominal pendant un temps trop long, ils sont utilisés seulement en phase de manoeuvre du disjoncteur. En fonctionnement normal, lorsque le disjoncteur est fermé, les contacts permanents sont ainsi fermés, de sorte que le courant nominal passe principalement par ces contacts permanents. Lors de la manoeuvre d'ouverture, les contacts permanents sont ouverts avant l'ouverture des contacts d'arc. Un disjoncteur et un sectionneur sont généralement utilisés en série pour combiner les caractéristiques et avantages de chaque appareil : le pouvoir de coupure du disjoncteur et la rigidité diélectrique du sectionneur. L'objet de l'invention est de proposer un 15 nouvel agencement de ce type d'appareillage. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a pour objet un dispositif de coupure de courant comprenant un disjoncteur incluant 20 un premier support conducteur fixe portant un contact d'arc fixe et un contact d'arc mobile entre une position fermée et une position ouverte et portant également un contact permanent mobile entre une position fermée et une position ouverte, le contact 25 d'arc mobile et le contact permanent mobile étant électriquement reliés au premier support fixe, et un sectionneur incluant un second support conducteur fixe portant un contact de sectionnement mobile entre une position fermée et une position ouverte, et dans 30 lequel : - le contact de sectionnement mobile est en contact avec le contact d'arc fixe lorsqu'il est fermé ; - le contact de sectionnement mobile est écarté du contact d'arc fixe lorsqu'il est ouvert ; - le contact de sectionnement mobile et le contact permanent mobile sont connectés l'un à l'autre lorsqu'ils sont tous deux en position fermée ; - le contact de sectionnement mobile et le contact permanent mobile sont écartés l'un de l'autre lorsque l'un ou l'autre est ouvert.

Avec cet agencement, le dispositif de coupure constitue conjointement un disjoncteur et un sectionneur, présentant par là même une quantité de composants réduite pour offrir deux fonctions en une. Le contact permanent mobile joue aussi le rôle contact fixe du sectionneur, et de manière analogue, le contact de sectionnement mobile joue aussi le rôle de contact permanent fixe. L'invention concerne également un dispositif ainsi défini, dans lequel le contact d'arc mobile et le contact permanent mobile sont cinématiquement liés l'un à l'autre pour se déplacer conjointement selon une cinématique dans laquelle lorsque le contact de sectionnement mobile est fermé, lors d'un déplacement du contact d'arc mobile et du contact permanent mobile de la position fermée à la position ouverte, le contact permanent mobile se déconnecte du contact de sectionnement mobile avant que le contact d'arc mobile ne se déconnecte du contact d'arc fixe. L'invention concerne également un dispositif ainsi défini, dans lequel le contact d'arc mobile et le contact permanent mobile sont cinématiquement liés l'un à l'autre en formant un équipage mobile unique. L'invention concerne également un dispositif ainsi défini, dans lequel le contact permanent mobile a une forme creuse de révolution entourant le contact d'arc fixe et le contact d'arc mobile en étant monté coulissant par rapport au premier support fixe qui le porte.

L'invention concerne également un dispositif ainsi défini, dans lequel le contact de sectionnement mobile a une forme de révolution et est monté coulissant par rapport au second support mobile en comportant une portion tubulaire de connexion au contact permanent mobile et un doigt central de connexion au contact d'arc fixe. L'invention concerne également un dispositif ainsi défini, dans lequel les composants du disjoncteur d'une part et les composants du sectionneur d'autre part sont espacés d'une distance lorsque tous les contacts sont ouverts, pour permettre l'insertion d'un écran entre le disjoncteur et le sectionneur. L'invention concerne également un dispositif ainsi défini, équipé d'un écran s'insérant 30 dans l'espace séparant les composants du disjoncteur et les composants du sectionneur lorsque les contacts sont ouverts. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS - la figure 1 est une vue schématique en coupe latérale du dispositif selon l'invention à l'état fermé ; - la figure 2 est une vue schématique en coupe latérale du dispositif selon l'invention lorsque son disjoncteur est ouvert ; - la figure 3 est une vue schématique en coupe latérale du dispositif selon l'invention lorsque son disjoncteur et son sectionneur sont ouverts ; - la figure 4 est une vue schématique en coupe latérale du dispositif selon l'invention installé dans une enceinte. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Comme visible sur la figure 1, le dispositif de coupure 1 selon l'invention a une forme de révolution autour d'un axe AX qui correspond à son axe longitudinal. Il comprend une partie formant disjoncteur électrique, repérée par 2 et située partie en gauche sur les figures, et une partie formant sectionneur électrique, repérée par 3 et située en partie droite sur les figures. Ce dispositif comprend un premier support fixe 4, situé du côté de la partie disjoncteur, et un second support fixe 6, situé du côté de la partie 30 sectionneur. Lorsque le dispositif de coupure 1 est en place en étant interposé entre deux tronçons de ligne conductrice, les supports fixes 4 et 6 sont électriquement connectés respectivement à l'un et à l'autre des tronçons de ligne.

Le support fixe 4 comporte une portion tubulaire 7 dont une extrémité est fermée par un fond plat 8 qui porte à sa face interne une embase 9 portant elle-même une ampoule 11 de coupure, l'embase et l'ampoule étant ainsi entourées par la portion tubulaire 7. Cette ampoule 11 délimite une enceinte étanche contenant un gaz diélectrique tel que du SF6, et elle renferme un contact d'arc mobile et un contact d'arc fixe, qui sont les contacts entre lesquels peut se former un arc électrique en phase d'ouverture du disjoncteur. L'ampoule 11 comporte un cylindre 12 dont une extrémité est portée par l'embase 9 et dont l'autre extrémité est fermée par un flanc d'ampoule 13 qui porte à sa face interne, c'est-à-dire à sa face orientée vers l'intérieur de l'ampoule, le contact d'arc fixe 14. Ce contact d'arc fixe 14 est un doigt rectiligne s'étendant dans le cylindre 12 vers l'embase 25 9, et qui présente une extrémité libre bombée située sensiblement à mi-longueur du cylindre 12. Le contact d'arc mobile, qui est repéré par 16, est porté par l'embase 9 en étant déplaçable en translation le long de l'axe AX dans l'ampoule et en 30 étant relié électriquement au support fixe 4. Il comporte une portion tubulaire dont l'extrémité vient entourer le contact d'arc fixe 14 pour établir le contact électrique en position fermée comme sur la figure 1, et une buse entourant cette portion tubulaire.

En position fermée comme sur la figure 1, le contact d'arc mobile 16 est ainsi déployé dans l'ampoule, pour entourer le contact d'arc fixe 14 en l'enserrant afin d'être en contact électrique avec celui-ci. En position ouverte comme sur la figure 2, ce contact d'arc mobile 16 est au contraire rétracté pour être à distance du contact d'arc fixe 14. Lors de l'ouverture du disjoncteur, le contact d'arc mobile 16 est déplacé en translation pour passer de sa position fermée où il est déployé, à sa position ouverte où il est rétracté. Lorsque les contacts d'arc 14 et 16 se séparent durant ce mouvement, un arc électrique s'établit entre eux, et grâce notamment à la présence du gaz isolant SF6, cet arc disparaît avant la fin du mouvement d'ouverture.

Lorsque le disjoncteur est refermé, ses contacts d'arc sont alors rapprochés jusqu'à établir le contact électrique lorsque le contact d'arc mobile 16 a atteint sa position de fermeture. En service, la totalité du courant nominal ne passe pas par les contacts d'arc, car à terme cela les détériorerait. Le disjoncteur comporte ainsi un contact mobile dit permanent, et par lequel passe la plus grande partie du courant de ligne lorsque le disjoncteur est fermé et n'est pas manoeuvré.

Le contact permanent mobile, qui est repéré par 17, a ici une forme de tube qui coulisse à l'intérieur de la portion tubulaire 7 du support fixe 4 pour être mobile en translation entre une position fermée et une position ouverte. Dans la position fermée correspondant à la figure 1, le contact permanent mobile 17 est déployé pour être en contact électrique avec un autre contacteur repéré par 18. Dans la position ouverte correspondant à la figure 2, le contact permanent mobile 17 est rétracté dans la portion tubulaire 7 pour être espacé de l'autre contact 18. Le contact permanent mobile 17 est électriquement relié à la portion tubulaire 7 dans laquelle il coulisse grâce à un contact glissant 19 porté par la face interne de la portion tubulaire 7 dans la région d'extrémité de cette portion tubulaire 7. Le contact permanent mobile 17 est ainsi électriquement relié au support fixe 4 quelle que soit la position qu'il occupe. Par ailleurs, le contact permanent mobile 17 et le contact d'arc mobile 16 sont liés l'un à l'autre cinématiquement, par des éléments mécaniques non représentés, pour former ici un équipage mobile unique. Lorsque cet équipage est déplacé de sa position de fermeture à sa position d'ouverture, pour ouvrir le disjoncteur, le contact permanent mobile se déconnecte du contact 18 avant que le contact d'arc mobile 16 ne se déconnecte du contact d'arc fixe 14. L'arc ne peut ainsi pas se former au niveau du contact permanent, mais uniquement au niveau des contacts d'arc.

Dans l'exemple des figures, cet ordre de déconnexion est assuré par un choix approprié des longueurs et positionnements du contact permanent mobile 17 par rapport au contact 18, et du contact d'arc mobile 16 par rapport au contact d'arc fixe 14. Plus concrètement, lorsque l'équipage est en position de fermeture, la longueur d'enfoncement du contact d'arc fixe 14 dans le contact d'arc mobile 16 est plus importante que la longueur d'enfoncement du contact permanent mobile dans le contact 18. Une autre possibilité peut consister à prévoir que le contact d'arc mobile 16 et le contact permanent mobile 17 soient déplaçables indépendamment l'un de l'autre, et qu'ils soient manoeuvrés l'un après l'autre grâce à un système de commande ou à une procédure de manoeuvre du dispositif. En ce qui concerne l'autre contact, repéré par 18, il constitue en fait le contact mobile de sectionneur du dispositif, et il est monté coulissant dans le second support fixe 6 du dispositif pour être lui aussi déplaçable en translation le long de l'axe AX. Ce second support fixe 6 comporte ainsi, tout comme le premier, une portion tubulaire 21 dont une extrémité est fermée par un fond plat 22. Le contact mobile de sectionneur 18 comporte un corps tubulaire 23 qui est monté coulissant à l'intérieur de la portion tubulaire 21 du support fixe 6. Un contact glissant 24 monté à la face interne de la portion tubulaire 21, dans la région de son extrémité, assure un contact électrique continuel entre le support fixe 6 et le contact de sectionnement mobile18. De la même manière, le corps tubulaire 23 porte dans la région de son extrémité proche du contact permanent mobile 17, c'est-à-dire l'extrémité s'étendant vers le premier support fixe 4, un contact glissant 26 porté par sa face interne. Ce contact de sectionnement mobile18 est déplaçable en translation entre une position ouverte correspondant à celle de la figure 3 et une position fermée correspondant à celle qu'il occupe dans les figures 1 et 2. Lorsqu'il occupe sa position ouverte, le contact de sectionnement mobile18 est rétracté dans la portion tubulaire 21 pour être espacé du contact permanent mobile 17, que celui-ci soit fermé ou bien ouvert. Lorsqu'il occupe sa position fermée, le contact de sectionnement mobile18 est déployé pour venir en contact avec le contact permanent mobile 17 s'il est fermé, c'est-à-dire déployé comme sur la figure 1. Ainsi, et comme visible sur la figure 1, lorsque le contact permanent mobile 17 occupe sa position déployée de fermeture, si le contact de sectionnement mobile18 occupe aussi sa position déployée de fermeture, il entoure le contact permanent mobile 17 pour être en contact électrique avec celui-ci par l'intermédiaire du contact glissant 26. Dans cette situation, le dispositif est complètement fermé, et le courant nominal passe 30 successivement, par le support fixe 4, le contact permanent mobile 17, le contact de sectionnement mobile18, et le second support fixe 6. Ce contact de sectionnement mobile18 comporte, outre son corps tubulaire 23, une paroi médiane 27 plane qui s'étend selon un plan normal à l'axe IX, qui ferme le corps tubulaire 23, et qui porte un doigt de contact central 28. Ce doigt de contact 28 s'étend selon l'axe de révolution AX en direction de l'ampoule de coupure 11, c'est-à-dire en direction opposée au second support fixe 6. Complémentairement à ce doigt de contact 28, le flanc d'ampoule 13 porte à sa face externe un organe de contact tubulaire 29 dans lequel vient s'engager le doigt de contact 28 lorsque le contact de sectionnement mobile18 occupe sa position de fermeture comme sur la figure 1 ou la figure 2. Dans ces conditions, le contact d'arc fixe 14 du disjoncteur est électriquement relié au second support fixe 6, par l'intermédiaire du flanc d'ampoule 13, de l'organe de contact 29, et du contact de sectionnement mobile18. Comme on l'aura compris, en fonctionnement normal, le dispositif de coupure selon l'invention est entièrement fermé, comme dans la figure 1. Son ouverture consiste alors en premier lieu à manoeuvrer l'équipage mobile comprenant le contact permanent mobile 17 et le contact d'arc mobile 16, depuis sa position de fermeture vers sa position d'ouverture, à savoir de gauche à droite sur les figures.

Dans une première phase, le contact permanent mobile 17 se déconnecte du contact de sectionnement mobile 18. A ce stade, la totalité du courant passe par les contacts d'arc 14 et 16, et par le doigt central 28 du contact de sectionnement mobile 18 pour atteindre le support fixe 6.

Lorsque ce mouvement continue, le contact d'arc mobile 16 s'écarte du contact d'arc fixe 14, ce qui provoque la formation d'un arc électrique entre ces deux éléments. Cet arc s'éteint ensuite pendant que continue le mouvement d'écartement du contact d'arc mobile 16, et ce mouvement se termine lorsqu'il a atteint sa position d'ouverture maximale, comme dans la figure 2. A ce stade, le courant est coupé du fait que le contact permanent mobile 17 et le contact de sectionnement 18 sont espacés l'un de l'autre et que le contact d'arc mobile 16 et le contact d'arc fixe 14 sont eux aussi espacés l'un de l'autre. Pour terminer l'ouverture électrique du dispositif, il convient encore de manoeuvrer le contact de sectionnement mobile 18 jusqu'à sa position d'ouverture pour l'écarter le plus possible de la partie formant disjoncteur afin d'assurer une rigidité maximale de la coupure, ce qui correspond à la situation de la figure 3.

Comme visible dans la figure 3, dans la situation d'ouverture complète du dispositif, les différents composants de la partie disjoncteur du dispositif et les différents composants de la partie sectionneur du dispositif sont tous espacés les uns des autres, d'une distance minimale repérée par D dans la figure 4.

Il subsiste ainsi un espace entre ces deux parties, d'une longueur D selon la direction AX, et qui laisse ainsi un espace suffisant pour l'insertion d'un écran permettant d'accroître encore la rigidité électrique. Ceci permet ainsi une intervention humaine sur l'une des parties du dispositif, l'autre partie pouvant alors être laissée sous tension. A ce titre, on a représenté dans la figure 4 l'intégration d'un dispositif de coupure selon l'invention dans une enceinte comportant une coque 31 dont la partie supérieure est fermée par deux demi-toits 32 et 33 qui couvrent respectivement la partie 2 formant disjoncteur et la partie 3 formant sectionneur. Ces deux demi-toits peuvent être ouverts indépendamment l'un de l'autre, et ils sont espacés l'un de l'autre le long de l'axe AX par une fente de faible largeur permettant l'insertion d'un écran électrique 34 avant ouverture de l'un ou l'autre des toits. Cette fente permet d'insérer l'écran, mais elle est suffisamment étroite pour interdire à un technicien de passer son bras ou sa jambe. Une intervention sur la partie disjoncteur du dispositif consiste ainsi à mettre la partie disjoncteur hors tension, insérer l'écran électrique 34 entre les deux demi-toits, en laissant la partie sectionneur sous tension. Le demi-toit 32 couvrant la partie disjoncteur peut alors être ouvert pour permettre à un opérateur d'intervenir sur ce disjoncteur sans risque d'électrocution.

Concrètement, l'écran qui est inséré le long de la partie disjoncteur assure le maintien d'une distance suffisante, à savoir la distance D, entre tous les composants de la partie disjoncteur et tous les composants de la partie sectionneur durant l'intervention de l'opérateur.

L'invention apporte ainsi les avantages suivants : en cas d'avarie sur la commande de la partie disjoncteur, la partie formant sectionneur reste opérationnelle et peut être manoeuvrée indépendamment de l'autre partie.

Le dispositif selon l'invention, tout en réunissant un disjoncteur et un sectionneur permet ainsi leurs fonctionnements indépendants. Il est ainsi possible de réaliser sans risque des essais de manoeuvre de la partie disjoncteur, en laissant simplement la partie sectionneur ouverte, par exemple avant mise en service du système. Grâce à l'espace s'établissant entre la partie disjoncteur et la partie sectionneur lorsque le dispositif est ouvert, il est possible d'insérer un écran pour intervenir sur l'une des parties du dispositif sans devoir mettre l'autre hors tension.

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif (1) de coupure de courant comprenant un disjoncteur (2) incluant un premier support conducteur fixe (4) portant un contact d'arc fixe (14) et un contact d'arc mobile (16) entre une position fermée et une position ouverte et portant également un contact permanent mobile (17) entre une position fermée et une position ouverte, le contact d'arc mobile (16) et le contact permanent mobile (17) étant électriquement reliés au premier support fixe (4), et un sectionneur (3) incluant un second support conducteur fixe (6) portant un contact de sectionnement mobile (18) entre une position fermée et une position ouverte, et dans lequel : - le contact de sectionnement mobile (18) est en contact avec le contact d'arc fixe (14) lorsqu'il est fermé ; - le contact de sectionnement mobile (18) est écarté du contact d'arc fixe (14) lorsqu'il est ouvert ; - le contact de sectionnement mobile (18) et le contact permanent mobile (17) sont connectés l'un à l'autre lorsqu'ils sont tous deux en position fermée ; - le contact de sectionnement mobile (18) et le contact permanent mobile (17) sont écartés l'un de l'autre lorsque l'un ou l'autre est ouvert.
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le contact d'arc mobile (16) et le contactpermanent mobile (17) sont cinématiquement liés l'un à l'autre pour se déplacer conjointement selon une cinématique dans laquelle lorsque le contact de sectionnement mobile (18) est fermé, lors d'un déplacement du contact d'arc mobile (16) et du contact permanent mobile (17) de la position fermée à la position ouverte, le contact permanent mobile (17) se déconnecte du contact de sectionnement mobile (18) avant que le contact d'arc mobile (16) ne se déconnecte du contact d'arc fixe (14).
3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le contact d'arc mobile (16) et le contact permanent mobile (17) sont cinématiquement liés l'un à l'autre en formant un équipage mobile unique.
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le contact permanent mobile (17) a une forme creuse de révolution entourant le contact d'arc fixe (14) et le contact d'arc mobile (16) en étant monté coulissant par rapport au premier support fixe (4) qui le porte.
5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel le contact de sectionnement mobile (18) a une forme de révolution et est monté coulissant par rapport au second support mobile (6) en comportant une portion tubulaire (23) de connexion au contact permanent mobile (17) et un doigt central (28) de connexion au contact d'arc fixe (14).6 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les composants du disjoncteur (2) d'une part et les composants du sectionneur (3) d'autre part sont espacés d'une distance (D) lorsque tous les contacts (14, 16, 17, 18) sont ouverts, pour permettre l'insertion d'un écran entre le disjoncteur et le sectionneur. 7. Dispositif selon la revendication 6, équipé d'un écran s'insérant dans l'espace séparant les composants du disjoncteur (2) et les composants du sectionneur (3) lorsque les contacts sont ouverts.