FR3050330A1 - Cellule electrique a appareil debrochable comprenant un volet de protection - Google Patents

Abstract

Une cellule électrique contenant un appareil tel qu'un disjoncteur à chariot (1) mobile dans une cellule, comprend un volet (30) de protection couvrant les extrémités des équipements à connecter. Ce volet n'est pas commandé par le mouvement du chariot mais par un moteur (35) dédié autonome, ce qui simplifie le dispositif en supprimant les moyens de transmission de mouvements complexes entre le chariot (13) et le volet (30), tout en pouvant donner des manœuvres plus fiables.

Description

CELLULE ELECTRIQUE A APPAREIL DEBROCHABLE COMPRENANT UN VOLET DE

PROTECTION

DESCRIPTION L'invention présente concerne une cellule à moyenne ou haute tension à appareil débrochable, comprenant un volet de protection.

On commence à décrire la figure 1. Certaines cellules de grandes dimensions, prévues pour des équipements électriques à moyenne tension par exemple, ou à haute tension, comprennent un appareil débrochable, pouvant être un disjoncteur, un interrupteur de mise à la terre, un sectionneur ou un contacteur, monté sur un chariot 1 de connexion, lequel est mobile en translation sur une piste établie sur une face de support 2 horizontale appartenant à une partie fixe de la cellule. La face de support 2 s'étend entre une porte d'accès 3 à l'intérieur de la cellule et une face de connexion 4, faisant un angle avec la face de support 2 et généralement verticale. La face de connexion 4 est une paroi séparant un compartiment avant 8, dans lequel la face de support 2 est disposée, d'un compartiment arrière 9 s'étendant derrière elle, donc éloigné de la porte d'accès 3, et abritant des équipements électriques tels que des câbles 5 et des jeux de barres 6.

Le compartiment arrière 9 comprend fréquemment ces deux catégories d'équipements, et se décompose alors en un compartiment des câbles 53, situé par exemple devant le haut de l'appareil débrochable et au-dessus, et un compartiment des câbles 54, s'étendant devant le bas de l'appareil débrochable, au-dessous de lui, et encore sous la face de support 2. La paroi de la face de connexion 4 est toutefois munie d'ouvertures et de douilles de connexion dans lesquelles sont disposées des extrémités de connexion de ces équipements ; et l'appareil débrochable porte des bras de connexion 7 (représentés à la figure 2) qui s'embrochent sur ces extrémités d'équipements quand il est poussé au fond de la face de support 2, et qui ferment alors les circuits électriques ; la déconnexion est faite par un mouvement inverse du chariot 1.

Les contacts électriques fixes aux extrémités de connexion des équipements électriques sont apparents quand le chariot 1 est retiré du compartiment avant 8, à des fins de maintenance par exemple, ce qui est dangereux ; c'est pourquoi on ajoute en général un volet 10 de protection, qui couvre alors ces contacts électriques fixes, mais prend automatiquement une position de retrait, qui les démasque, quand le chariot 1 est approché de sa position de connexion. Cela est accompli par un mécanisme 11 de commande de volet, dont une réalisation possible est représentée à la figure 2. Il est composé de bielles articulées au volet 10 et disposées en chaîne jusqu'à une extrémité libre 12. Ici, où le volet 10 est composé d'un volet supérieur 13 superposé à un volet inférieur 14, une bielle 15 ou 16 est articulée à chacun d'eux et à un bras 17 ou 18 respectif, et les bras 17 et 18 sont articulés entre eux à l'extrémité libre 12. Quand le chariot 1 est poussé vers le fond du compartiment avant 8, une came 19 ou une rampe qu'il porte intercepte l'extrémité libre 12, la repousse et déplace les chaînes de bielles de façon à lever le volet supérieur 13 et abaisser le volet inférieur 14, et à exposer ainsi les extrémités des contacts électriques fixes. Quand le chariot 1 est retiré, le mécanisme 11 revient à son état antérieur, où le volet supérieur 13 et le volet inférieur 14 sont jointifs. Les mouvements du volet 10 sont guidés par des rails 20 verticaux.

Les conceptions de ce genre présentent certains inconvénients. Des efforts importants peuvent d'abord être nécessaires pour provoquer l'ouverture du volet 10 en convertissant le déplacement horizontal du chariot 1 en un mouvement vertical par le mécanisme 11, à cause d'une multiplication de mouvement souvent importante (par exemple, 40 mm de déplacement du chariot 1 pour un mouvement vertical de 200 mm du volet supérieur 13 et du volet inférieur 14). La fiabilité du mécanisme 11 n'est pas complète à cause de risques de blocage importants. Si le mécanisme 11 se rompt, le volet 10 tombe et devient inutile, laissant les contacts électriques fixes toujours exposés. En d'autres circonstances, on voudrait au contraire autoriser une ouverture du volet 10 en l'absence du chariot 1, par exemple pour des tests, mais cela est impossible à réaliser de façon simple, puisque le mécanisme 11 est conçu pour être actionné de la façon particulière imposée par la came 19. On doit alors recourir à des outils spéciaux, dont le maniement est malaisé, pour forcer une ouverture manuelle du volet 10. Il est manifeste que le mécanisme 11 est compliqué et encombrant. Il a aussi l'inconvénient de devoir être essentiellement métallique à cause de l'importance des efforts qu'il subit, et de créer des difficultés électriques telles que des risques d'arc à cause des champs élevés régnant près de la face de connexion 4. L'objet de l'invention est de fournir un dispositif de volet dans un tel contexte technique, qui soit à la fois simple, commode d'utilisation, et plus fiable.

Sous une forme générale, elle a trait à une cellule électrique comprenant une partie fixe et une partie mobile, la partie fixe comprenant une face de support et une face de connexion à des équipements électriques, faisant un angle avec la face de support à une extrémité de la face de support, la partie mobile comprenant d'une part un chariot porteur d'un appareil de connexion aux équipements électriques, le chariot étant mobile sur la face de support, et d'autre part un volet de sécurité, mobile entre une position de couverture de la face de connexion et une position de retrait où la face de connexion est exposée, et un dispositif de commande du volet entre lesdites positions, caractérisée en ce que le dispositif de commande est composé d'un moteur dédié, d'un mécanisme reliant le moteur au volet, et d'un système de commande du moteur.

On entend par « moteur dédié » un moteur spécialement destiné à la commande du volet, dont le mouvement ne dépend alors plus du tout de celui du chariot. On dispose alors d'une grande liberté pour la conception du mécanisme de mise en mouvement du volet, et avec la possibilité de le rendre simple, fiable, léger et peu encombrant, d'autant plus qu'en supprimant la conversion du mouvement horizontal du chariot en mouvement vertical du volet, on supprime aussi les efforts importants passant par le mécanisme. Une autre conséquence est que le volet peut si nécessaire être ouvert ou du moins entr'ouvert à volonté lorsque le chariot est retiré, pour réaliser des tests pour toute autre raison, sans devoir recourir à des outils particuliers ni des manoeuvres pénibles pour forcer l'ouverture du volet. Les dispositifs de sécurité éventuels qui peuvent être ajoutés ne dépendent pas non plus du mouvement du chariot et peuvent donc être eux aussi choisis avec une grande liberté. Une plus grande sécurité peut aussi être obtenue en donnant la faculté de vérifier que le volet est ouvert avant un mouvement de connexion du chariot, ou qu'il est fermé avant une ouverture du compartiment avant.

Le choix d'un moteur dédié semble heurter les habitudes de conception, puisque de tels moteurs, qui seront généralement électriques, peuvent être soumis à des champs électriques intenses et donc facilement déréglés. Il est toutefois apparu ici que cette conception était parfaitement viable.

Dans une conception avantageuse, le volet est souple, notamment composé de lamelles articulées entre elles, qui permettent de le déformer à volonté dans sa position de retrait de façon à limiter son encombrement. Il peut notamment être enroulé, le moteur étant alors affecté à la rotation d'un rouleau d'entraînement. Des rails de guidage des lamelles peuvent être ajoutés. Dans une disposition particulièrement préférée, le mécanisme est situé au-dessus du chariot ou de la face de connexion et le volet est levé pour réaliser l'ouverture. Par ce moyen, le volet et son mécanisme occupent des régions souvent peu occupées ou inoccupées de la cellule, ce qui donne une grande latitude d'aménagement du dispositif, tout en libérant les régions situées devant le chariot. On peut notamment rapprocher le moteur de la face avant de la cellule pour y accéder plus facilement. L'ensemble du dispositif, y compris le volet à l'état ouvert, peut aussi être éloigné des parties sous tension. Il doit encore être souligné que le volet replié d'une façon appropriée, comme par l'enroulement, reste immobile et stable même si le mécanisme se rompt, ce qui empêche donc sa chute et des risques de court-circuit contre les bras de connexion 7 par exemple.

Grâce à la réduction des efforts qu'il subit, le volet peut avantageusement être construit en polymère (thermoplastique ou thermodurcissable). Il en va éventuellement de même de pièces adjacentes de l'appareillage, comme les rails de guidage s'ils existent. La conséquence est que les parties métalliques peuvent être au moins partiellement évitées devant la face de connexion, ce qui réduit les risques électriques dus aux champs intenses, comme les arcs. Le déplacement du mécanisme de commande du volet vers le haut a le même effet.

Des moyens de définition d'au moins une position d'arrêt du volet entre la position de retrait et la position de couverture peuvent être ajoutés, si un état entr'ouvert est souhaité pour réaliser des tests ou pour d'autres raisons.

Avantageusement, le moteur est éloigné de la face de connexion. Cela peut être accompli en choisissant une transmission mécanique appropriée pour actionner le volet, notamment entre le rouleau mentionné plus haut et le moteur. La transmission peut alors comprendre un engrenage à angle droit adjacent au rouleau, et un axe de commande de l'engrenage, animé en rotation par le moteur et s'étendant parallèlement à une direction de mobilité du chariot sur la piste ; ou une chaîne ou une courroie. Plus généralement, il est avantageux que le mécanisme ait une extension principale parallèle à la direction de mobilité du chariot, pour rejeter le moteur loin de la face de connexion, en l'approchant par exemple de l'avant de la cellule.

Ces différents aspects, caractéristiques et avantages de l'invention seront maintenant décrits en liaison aux figures suivantes, qui illustrent certaines réalisations possibles de l'invention, sans exclure d'autres : - la figure 1, déjà décrite, illustre cependant une cellule à appareil débrochable électrique cellulaire connue ; - la figure 2, le mécanisme unissant le volet connu au chariot ; - la figure 3 est une réalisation de volet selon l'invention ; - la figure 4, un détail du volet ; - la figure 5, une réalisation de mécanisme d'entraînement du volet ; - la figure 6, une autre réalisation d'un tel mécanisme ; - la figure 7, une disposition du mécanisme dans la cellule ; - la figure 8, une autre disposition ; - et la figure 9, un schéma du dispositif de commande et contrôle.

La figure 3 et les suivantes représentent donc certains modes de réalisation de l'invention.

Le volet porte désormais la référence 30, et il consiste en un réseau de lamelles 31 susceptible d'être enroulé sur un rouleau 32 s'étendant devant la face de connexion 4 et au-dessus d'elle pour occuper une position de retrait, et déroulé de lui pour couvrir la face de connexion 4 en étant suspendu verticalement. Les rails 20 de guidage peuvent être conservés. En variante, un volet composé d'une texture souple, métallique ou isolante selon les besoins, serait possible et pourrait être apprécié. Les lamelles 31 sont disposées en succession en formant une surface presque continue ; elles sont articulées entre elles par des chaînons 33 latéraux, à deux points d'articulation aux lamelles 31 consécutives (ici à leurs extrémités), qui leur permettent donc d'être enroulées sans contrainte (figure 4). Un axe central du rouleau 32 est soutenu par une structure fixe en tourillonnant, par exemple sur des équerres 55 surmontant les rails 20 (une d'elle est représentée à la figure 3). D'autres solutions sont évidemment envisageables pour permettre l'articulation entre elles des lamelles d'un volet roulant, comme par exemple une forme adaptée des lamelles qui leur permet de s'emboîter directement les unes dans les autres de façon souple, ou la présence d'une sorte de charnière entre les lamelles. L'entraînement est assuré par un moteur 35 électrique, relié au rouleau 32 par une transmission pouvant comporter (figure 6) une courroie (crantée ou non) ou une chaîne 36 tendue entre un pignon de sortie 37 du moteur 35 et une roue dentée 38 du rouleau 32, ou bien encore une série d'engrenages entre le pignon 37 et la roue dentée 38. On peut aussi envisager (figure 5) un engrenage conique 39 dont une roue dentée 40 est solidaire de l'axe de rotation du rouleau 32 et l'autre 41 est solidaire d'un axe 42 entraîné par le moteur 35. De façon équivalente, l'engrenage conique 39 pourrait être remplacé par un engrenage à angle droit composé d'une roue dentée cylindrique et d'une vis sans fin, situées respectivement comme les roues dentées 40 et 41. Le moteur 35 est vissé à des structures fixes de la cellule, de façon non représentée. En variante, le moteur 35 externe pourrait être remplacé par un moteur 35' interne au rouleau 32, fixé aux équerres 55 et entraînant l'axe du rouleau 32 par une transmission quelconque, encore à engrenage par exemple ; les mécanismes précédents à chaîne, courroie ou engrenage à angle droit pourraient être conservés, l'axe 42 étant alors libre et servant à un actionnement manuel du volet 30 en cas de défaut du moteur 35'.

Cet axe 42, de même que la chaîne 36, peut être de grande longueur, de manière à éloigner le moteur 35 des régions de la cellule où règne un champ électrique fort, à commencer par les alentours de la face de connexion 4 et à faciliter son accès à des fins d'entretien ou de fonctionnement par commande manuelle. Il est à noter que les deux états principaux du volet 30 sont généralement stables et subsistent même en cas de rupture du mécanisme d'entraînement, puisque le volet 30 peut rester enroulé sous son poids propre et nécessiter un seuil d'effort pour amorcer le déroulement.

Se reportant aux figures 7 et 8, on voit qu'il existe fréquemment un volume supérieur 21 surplombant le chariot dans le compartiment avant 8 de la cellule, ce volume supérieur 21 restant vide et s'étendant entre le sommet du compartiment arrière 9, à hauteur du jeu de barres 6, et un compartiment à basse tension 22 surplombant la porte 3 d'introduction du chariot et situé donc à l'avant de la cellule. Le dispositif de l'invention peut être placé dans le volume supérieur 21, ce que représente la figure 7, ou au-dessus de ce volume supérieur 21, dans un tunnel d'évacuation des gaz 23, comme le représente la figure 8, le rouleau 32 pouvant même s'étendre alors au-dessus du compartiment arrière 9, au-delà de la face de connexion 4. Dans les deux cas, le dispositif, déjà léger et peu encombrant, n'impose guère de contraintes d'aménagement puisqu'il occupe des volumes qui restent inoccupés ou peu occupés dans des conceptions habituelles, et de plus le moteur 35 peut s'étendre dans le compartiment à basse tension 22 et donc être d'autant plus éloigné des champs électriques forts, si l'axe 42 de la transmission (ou la chaîne 36) a une extension principale dans la direction de mouvement du chariot 1.

On termine la description sur la figure 9. Le moteur 35 peut être commandé à partir du compartiment à basse tension 22, qui contient déjà les équipements de contrôle et commande habituels. Le système de commande du moteur 35 est schématisé par 44. Il peut comporter des éléments classiques (boutons de commande, électronique, etc.). Des commandes automatiques peuvent toutefois être imposées au moteur 35 par le système de commande 44, quand certaines situations particulières sont atteintes, afin d'imposer des sécurités, de définir des états principaux admis ou d'empêcher des fonctionnements interdits. C'est ainsi que les mouvements de déroulement et d'enroulement du volet 30 peuvent être limités par des capteurs 45, 46 ou 47, installés à des hauteurs différentes sur les rails 20 pour détecter respectivement, par exemple, un état abaissé du volet 30, correspondant à une position de couverture complète de la face de connexion 4, un état complètement relevé correspondant à une position de retrait où les extrémités de connexion des équipements électriques sont toutes exposées, et une position intermédiaire correspondant à une couverture partielle, pouvant être exploitée par exemple dans certaines situations de test où on veut accéder seulement aux câbles 5 tout en continuant à cacher les jeux de barres 6, qui sont à un niveau plus élevé de la face de connexion 4.

Les fonctions du système de commande 44 peuvent être variées. Il peut non seulement commander les mouvements du volet 30 jusqu'aux positions demandées par l'utilisateur et les arrêter automatiquement selon les indications des capteurs 45, 46 et 47 indicateurs de ces positions, mais exercer d'autres fonctions comme : le verrouillage de la porte 3 quand le volet 30 n'est pas complètement abaissé et que le disjoncteur est sous tension ; l'ouverture automatique du volet 30 quand le chariot 1 s'avance au-delà d'un seuil, ou au contraire l'arrêt forcé du chariot 1 s'il atteint ce seuil alors que le volet 30 n'est pas complètement levé ; ou l'impossibilité de commander la position entr'ouverte, de test, du volet 30 si le disjoncteur est sous tension. On a représenté ici, seulement schématiquement, un capteur de franchissement de seuil 48 par le chariot 1, installé sur le support 2 ; un interrupteur 49 de tension du disjoncteur ; un verrou 50 de la porte 3 ; et un accouplement débrayable 51 installé sur un mécanisme 52 d'avance du chariot 1. Ces équipements électriques ou électromécaniques communiquent avec le système de commande 44 par des fils non représentés et interagissent avec lui selon la description qui précède ; d'autres fonctions techniques peuvent être ajoutées sans difficulté.

On s'est ici consacré à la description d'un appareil électrique débrochable, qui est l'application principale envisagée aujourd'hui pour l'invention ; il doit être ajouté que celle-ci pourrait aussi bien compléter d'autres appareillages électriques, pour probablement tous les niveaux de tension, là où des problèmes techniques analogues existeraient.

Claims (15)

1. REVENDICATIONS 1) Cellule électrique comprenant une partie fixe et une partie mobile, la partie fixe comprenant une face de support (2) et une face de connexion (4) à des équipements électriques faisant un angle avec la face de support à une extrémité de ladite face de support, la partie mobile comprenant d'une part un chariot (1) portant un appareil de connexion aux équipements électriques, le chariot étant mobile sur la face de support, et d'autre part un volet (30), mobile entre une position de couverture de la face de connexion (4) et une position de retrait où la face de connexion est exposée, et un dispositif de commande du volet entre lesdites positions, caractérisée en ce que le dispositif de commande est composé d'un moteur (35) dédié, d'un mécanisme reliant le moteur (35) au volet (30), et d'un système de commande (44) du moteur.
2. 2) Cellule électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moteur (35) est un moteur électrique.
3. 3) Cellule électrique selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le volet (30) est souple.
4. 4) Cellule électrique selon la revendication 3, caractérisée en ce que le mécanisme comprend un rouleau (32) d'enroulement du volet (30).
5. 5) Cellule électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le volet (30) est en polymère.
6. 6) Cellule électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le mécanisme est situé au-dessus de la face de connexion (4), de même que le volet (30) à la position de retrait.
7. 7) Cellule électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le système de commande du moteur comprend un indicateur (47) de définition d'au moins une position d'arrêt du volet entre la position de retrait et la position de couverture.
8. 8) Cellule électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le système de commande du moteur comprend au moins un indicateur (48) de franchissement d'un seuil de déplacement par le chariot (1) le long de la face de support (2).
9. 9) Cellule électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le mécanisme possède une extension principale dans une direction de mobilité du chariot sur la face de support, le moteur (35) étant plus éloigné de la face de connexion que le volet (30).
10. 10) Cellule électrique selon les revendications 4 et 9, caractérisée en ce que le mécanisme comprend un engrenage (39) à angle droit adjacent au rouleau, et un axe (42) de commande de l'engrenage, animé en rotation par le moteur (35) et s'étendant dans la direction de mobilité du chariot (1) sur la face de support (2).
11. 11) Cellule électrique selon les revendications 4 et 9, caractérisée en ce que le mécanisme comprend une courroie ou une chaîne (36) tendue entre un axe du rouleau et un axe du moteur.
12. 12) Cellule électrique selon la revendication 3, caractérisée en ce que le moteur (35') est contenu dans le rouleau (32).
13. 13) Cellule électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que l'appareil est un disjoncteur, interrupteur de mise à la terre, sectionneur ou contacteur à moyenne tension ou à haute tension.
14. 14) Cellule électrique selon les revendications 6 et 13, caractérisée en ce que le mécanisme s'étend dans un volume supérieur (21) compris entre la face de connexion (4) et un compartiment à basse tension (22) au-dessus d'une porte (3) d'entrée du chariot (1) sur la face de support.
15. 15) Cellule électrique selon les revendications 6 et 13, caractérisée en ce que le mécanisme s'étend dans un tunnel d'évacuation des gaz (23) situé au-dessus de la face de connexion (4).