WO2007051778A1 - Chambre de coupure de courant a double chambre de compression - Google Patents

Chambre de coupure de courant a double chambre de compression Download PDF

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compression chamber
circuit breaker
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Denis Dufournet
Michel Perret
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Areva T & D Sa
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Definitions

  • Circuit breakers using a said arc chute to "self ⁇ blow" perform a compression with a dielectric gas, for blowing an arc which forms between the arcing contacts during a power cut-off operation, or operation opening of the circuit breaker.
  • the compression is generally performed by an operating member, which may be a spring mechanism coupled to a motor, actuating a movable part, such as a piston, in the breaking chamber.
  • These circuit breakers also utilize the energy provided by the arc as heat, thereby decreasing the external power consumption compared to conventional gas compression circuit breakers.
  • At least one second compression chamber is added relative to the known devices.
  • the cooperation between the two compression chambers makes it possible, during a strong power failure, to retain the advantages of a reduced compression stroke produced by the first compression chamber, and during a power failure. low, to achieve this cut without unnecessarily increasing the external energy consumption, mechanical or hydraulic, regardless of the duration of the arc and especially when the arc duration is long.
  • the second compression chamber makes it possible to maintain the blowing of the arc, initially produced by the first compression chamber, for the duration of the arc. arc, and that avoiding excessive external energy consumption through the use of the energy provided by the arc during the entire duration of the blowing.
  • the power cutoff chamber includes a thermal expansion volume for blowing of the bow and two compression volumes.
  • the first compression chamber is rapidly put under overpressure using the displacement of the arcing contacts during a first part only of the total stroke of the moving assembly.
  • the compression in the first chamber is therefore performed during a reduced compression stroke, allowing a rapid increase in pressure, and involving blowing performance higher than those devices whose compression is performed during the entire displacement stroke.
  • the second compression chamber intervenes if necessary to contribute to the end-of-stroke blow-out of the arcing contacts.
  • the second compression chamber can communicate with the first compression chamber via at least one valve, for example a one-way valve.
  • the current interruption chamber may include at least one piston closing the first compression chamber at a second end.
  • the current interruption chamber may also comprise means immobilizing the piston between the opening operation opening position of the circuit breaker and the compression end position of the first chamber. Thus, by remaining stationary between these two positions, the piston reduces the volume of the first compression chamber and thus compresses the dielectric fluid present in the first compression chamber.
  • the means immobilizing the piston may comprise at least one housing for receiving a stop, for example a ball, connected to the piston.
  • the current cut-off chamber may also comprise means axially displacing the piston with the moving assembly between the compression end position of the first chamber and the end-of-circuit opening position of the circuit breaker.
  • the power failure chamber may comprise means for dislodging the stop of the blocking housing between the end position of compression of the first chamber and the end position of opening operation of the circuit breaker.
  • the means for dislodging the stop may comprise at least one housing for receiving the stop.
  • the current breaking chamber may comprise at least two second coaxial tubular elements forming the second compression chamber.
  • the current interruption chamber may include means closing the second compression chamber at a second end.
  • the dielectric fluid may be a dielectric gas, for example sulfur hexafluoride (SF 6 ), nitrogen (N 2 ), dry air, carbon dioxide [CO 2 ] or a gaseous mixture.
  • the current interruption chamber may comprise means displacing the second arcing contact in a direction opposite to the movement of the moving assembly during the opening operation of the circuit breaker. In this case, it will be a chamber with double movement of contacts.
  • FIG. 1A shows a current breaking chamber 1, object of the present invention, according to a first embodiment.
  • the interrupting chamber 1 is in the engaged position, that is to say in the position in which the interrupting chamber 1 is at the beginning of a power failure operation, that is to say at the beginning of an opening operation of the circuit breaker.
  • the breaking chamber 1 comprises a casing 2 filled with a dielectric fluid 3, here a dielectric gas, under pressure.
  • This gas 3 may for example be sulfur hexafluoride (SF 6 ), nitrogen (N 2 ), dry air, carbon dioxide (CO 2 ) or a gaseous mixture.
  • the dielectric fluid could also be a plasma.
  • the breaking chamber 1 comprises a first tubular element 4 forming a first compression chamber 5.
  • This first compression chamber 5 is closed at a first end by a piston 6 and comprises at a second end a nozzle 21.
  • the breaking chamber 1 also has first and second contacts 8, 7, movable relative to each other along an axis AA. In this figure, the second arc contact 7 cooperates with the nozzle 21 to close the first compression chamber 5 at its second end.
  • the first arcing contact 8 is movable and the second arcing contact 7 is fixed.
  • the first arcing contact 8, here integrated in the piston 6, is disposed inside the first compression chamber 5.
  • the breaking chamber 1 comprises at least two second tubular elements 11, 12, coaxial with respect to the axis AA.
  • the two second tubular elements 11, 12 are part of the piston 6.
  • the space between the two second tubular elements 11, 12 forms a second compression chamber 13.
  • the volume of the second chamber of 13 is about three times smaller than that of the first compression chamber 5.
  • the second compression chamber 13 communicates with the first compression chamber 5, at a first end, with at least one valve 14, here a unidirectional valve.
  • the filling valve 15 is used after the circuit breaker opening operation so that gas 3 can enter the second compression chamber 13 when the interrupting chamber 1 returns to the engaged position.
  • the interrupting chamber 1 also comprises permanent contacts 17, 18 circulating the current when the interrupting chamber 1 is in the engaged position. Like the arcing contacts 7, 8, the permanent contacts 17, 18 are axially movable relative to each other along the axis AA. In the three embodiments described, only the contact 18, forming part of the first tubular element 4, is movable.
  • FIG. 1B shows the breaking chamber 1 according to the first embodiment in the compression end position of the first compression chamber 5.
  • all the elements of the moving assembly 10 except the piston 6 and the third tubular element 20 have been moved along the axis AA by means of maneuver, not shown, connected to a second end of the tube 30.
  • the transition from the starting position of operation of circuit breaker opening at the compression end position of the first compression chamber 5 is called the first part of the circuit breaker opening operation or the power failure operation.
  • the displacement of the first tubular element 4 reduces the volume of the first compression chamber 5 because the piston 6 remains stationary, thus increasing the pressure inside the first chamber 5.
  • First means immobilize the piston 6 during this first part of the opening circuit breaker operation.
  • these first means are at least one fixed housing 27 intended to receive at least one stop 25 connected to the piston 6 via the third tubular element 20.
  • the abutment 25 is a ball inserted in a wall of the third tubular element 20.
  • the rod 9, driven by the tube 30, moves in a groove 19 formed in the third tubular element 20, thereby leaving the third tubular element 20 and the piston 6 stationary.
  • the axial displacement stroke achieved during this first part of the circuit-breaker opening operation represents between about one-third and one-half. the stroke of the total axial displacement during a breaker opening operation.
  • the permanent contacts 17, 18 are no longer in contact with each other, unlike the arcing contacts 7, 8 which are always in contact with each other. Therefore, in the compression end position of the first compression chamber 5, the current passes only through the arcing contacts 7, 8. The arcing contacts 7, 8 therefore remain in contact during the entire compression phase. of the first chamber 5.
  • second means make it possible to make the piston 6 movable.
  • these second means comprise at least one housing 31 made in the tube 30, for exiting the ball 25 from the housing 27 and thus no longer blocking the movement of the third tubular element 20 and the piston 6.
  • the blowing performed by the first compression chamber 5 is sufficient to extinguish the arc.
  • the discharge valve 16 makes it possible to evacuate any positive pressure created in the second compression chamber 13 during the circuit breaker opening operation.
  • the duration of the arc is long, and the value of the current is low, that is to say less than about 60% of the default value, the energy brought by the arc is insufficient. so that the blowing created by the first compression chamber 5 extinguishes the arc.
  • the arc is therefore always present after the decompression of the gas present in the first chamber 5.
  • the pressure in the first compression chamber 5 is then lower than that in the second compression chamber 13, which causes the opening of the valve 14. Gas is then blown from the second compression chamber 13, and this continuous blowing until the moving assembly 10 reaches the end of stroke or the arc goes out.
  • FIG. 2A represents a current breaking chamber 1 according to the invention according to a second embodiment.
  • the interrupting chamber 1 is in the starting position of the circuit breaker opening operation, or of the circuit breaker opening operation.
  • the first compression chamber 5 here comprises two volumes 5a, 5b.
  • the first volume 5a is the one in which compression is performed by the piston 6 during the first part of the circuit breaker opening operation.
  • the two volumes 5a, 5b are separated by a wall 22 provided with at least one valve unidirectional 23 opening only when the pressure in the first volume 5a is greater than that of the volume 5b.
  • the pressure increases similarly in the second volume 5b.
  • FIG. 4A shows a breaking chamber 1 according to a fourth embodiment.
  • the two arcing contacts of this fourth embodiment are movable.
  • the first arcing contact 8 is integrated with the piston 6.
  • the first arcing contact 8 is movable between the compression end position of the first chamber 5 and the end position of circuit breaker opening operation.
  • FIG. 4B shows the current breaking chamber 1 in the compression end position of the first chamber 5.
  • the piston 6 has remained stationary.
  • the first tubular element 4 has moved axially along the axis AA, causing compression of the dielectric gas in the first compression chamber.
  • the present invention is particularly adapted to operate under high voltage, for example when the voltage is greater than 245 kV.

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  • Circuit Breakers (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Refuse Collection And Transfer (AREA)

Abstract

La présente invention concerne une chambre de coupure de courant (1) remplie d'un fluide diélectrique (3) comportant un ensemble mobile (10), se déplaçant axialement entre une position de début et une position de fin d'opération d'ouverture du disjoncteur, comprenant au moins une première chambre de compression (5) dont le volume diminue entre la position de début et une position d'ouverture de la première chambre (5), au moins un premier contact d'arc (8), destiné à coopérer avec un second contact d'arc (7), au moins une seconde chambre de compression (13), communiquant avec la première chambre (5) , dont le volume diminue entre la position de début et la position de fin, destinée à injecter du fluide (3) dans la première chambre (5) , entre la position d'ouverture et la position de fin, lorsque la pression dans la première chambre (5) est inférieure à la pression dans la seconde chambre (13) .

Description

CHAMBRE DE COUPURE DE COURANT A DOUBLE CHAMBRE DE
COMPRESSION
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne une chambre de coupure de courant à double chambre de compression ainsi qu'un disjoncteur de puissance comportant une telle chambre de coupure de courant.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Dans le domaine des disjoncteurs, et particulièrement celui des disjoncteurs de puissance, il est important d'utiliser le moins d'énergie de fonctionnement possible pour couper des courants de défaut, par exemple en court-circuit. Des disjoncteurs utilisant une chambre de coupure dite à « auto¬ soufflage » réalisent une compression d'un gaz diélectrique, permettant de souffler un arc qui se forme entre des contacts d'arc lors d'une opération de coupure de courant, ou opération d'ouverture du disjoncteur. La compression est en général réalisée par un organe de manœuvre, qui peut être un mécanisme à ressorts couplé à un moteur, actionnant une partie mobile, telle qu'un piston, dans la chambre de coupure. Ces disjoncteurs utilisent également l'énergie fournie par l'arc sous forme de chaleur, diminuant ainsi la consommation d'énergie externe par rapport à des disjoncteurs à compression de gaz classiques. Les documents US 4 559 425 et US 3 975 602 décrivent des disjoncteurs à auto-soufflage. Dans un tel disjoncteur, la course de la partie mobile de la chambre de coupure réalisant la compression est approximativement proportionnelle à la tension nominale du disjoncteur. Plus la tension nominale est élevée, notamment lorsque cette tension est supérieure à environ 245 kV, plus la course est importante, ce qui augmente l'énergie nécessaire au disjoncteur pour couper le courant.
Toutefois, pour couper des courants forts, c'est-à-dire des courants dont la valeur est supérieure à environ 60% de la valeur du pouvoir de coupure assigné au disjoncteur, il n'est pas nécessaire de réaliser la compression du gaz durant toute l'opération d'ouverture du disjoncteur car l'énergie fournie par l'arc est suffisante pour souffler l'arc avant que le disjoncteur n'arrive en fin de course de compression. Les documents EP 0 897 185 et EP 0 591 039 décrivent des disjoncteurs à auto-soufflage et à course de compression réduite. Ces disjoncteurs réalisent la compression du gaz seulement pendant une partie de la course. Mais lorsque le courant est faible, par exemple inférieur ou égal à environ 60% de la valeur du pouvoir de coupure, l'énergie fournie par l'arc est beaucoup moins importante que lorsque le courant est un courant fort, et si de plus la durée de l'arc est longue (comprise entre environ 15 et 20 ms) , la consommation d'énergie externe nécessaire pour le soufflage de l'arc devient alors trop importante. EXPOSE DE L'INVENTION
La présente invention a pour but de proposer une chambre de coupure, utilisée notamment dans un disjoncteur de puissance, permettant de couper des courants aussi bien forts que faibles, tout en évitant d'augmenter inutilement la consommation d'énergie externe par l'organe de manoeuvre, quelque soit la durée de l'arc.
Pour cela, la présente invention propose une chambre de coupure de courant, pouvant être utilisée dans un disjoncteur, remplie d'un fluide diélectrique comportant un ensemble mobile se déplaçant axialement entre une position de début et une position de fin d'opération de coupure de courant, ou opération d'ouverture du disjoncteur. L'ensemble mobile comprend au moins une première chambre de compression dont le volume diminue entre la position de début d'opération d'ouverture du disjoncteur et une position de fin de compression de la première chambre, au moins un premier contact d'arc, destiné à coopérer avec un second contact d'arc, les deux contacts d'arc étant mobiles axialement l'un par rapport à l'autre. L'ensemble mobile comprend également au moins une seconde chambre de compression, communiquant à une première extrémité avec la première chambre de compression, dont le volume diminue entre la position de début de manœuvre, c'est- à-dire la position de début d'opération d'ouverture du disjoncteur, et la position de fin d'opération d'ouverture du disjoncteur, destinée à injecter du fluide diélectrique dans la première chambre de compression, entre une position d'ouverture de la première chambre et la position de fin d'opération d'ouverture du disjoncteur, lorsque la pression dans la première chambre de compression est inférieure à la pression dans la seconde chambre de compression. La position de fin de compression de la première chambre est atteinte avant la position de fin d'opération d'ouverture du disjoncteur, et une position de fin de compression de la seconde chambre est atteinte après la position de fin de compression de la première chambre.
Selon l'invention, on ajoute, par rapport aux dispositifs connus, au moins une seconde chambre de compression. Ainsi, la coopération entre les deux chambres de compression permet, lors d'une coupure de courant fort, de conserver les avantages d'une course de compression réduite réalisée par la première chambre de compression, et lors d'une coupure d'un courant faible, de réaliser cette coupure sans augmenter inutilement la consommation d'énergie externe, mécanique ou hydraulique, quelque soit la durée de l'arc et notamment lorsque la durée d'arc est longue.
En effet, lorsque le courant est faible et que la durée de l'arc est importante, la seconde chambre de compression permet de maintenir le soufflage de l'arc, réalisé dans un premier temps par la première chambre de compression, pendant toute la durée d'arc, et cela en évitant une trop grande consommation d'énergie externe grâce à l'utilisation de l'énergie fournie par l'arc pendant toute la durée du soufflage. La chambre de coupure de courant comprend un volume d'expansion thermique servant au soufflage de l'arc et deux volumes de compression. La première chambre de compression est mise rapidement en surpression en utilisant le déplacement des contacts d'arc pendant une première partie seulement de la course totale de l'ensemble mobile. La compression dans la première chambre est donc réalisée pendant une course de compression réduite, permettant d'avoir une montée en pression rapide, et impliquant des performances de soufflage supérieures à celles des dispositifs dont la compression est réalisée pendant toute la course de déplacement. La seconde chambre de compression intervient si nécessaire pour contribuer au soufflage en fin de course des contacts d'arc.
Le fait que la compression soit d'abord réalisée dans la première chambre, puis dans la seconde chambre, permet de réduire l'énergie nécessaire à la manœuvre de la chambre de coupure.
Ainsi, l'utilisation de la chambre de coupure selon l'invention dans un disjoncteur rend par exemple possible l'utilisation d'organes de manœuvre comportant un mécanisme à ressorts nécessitant peu d' énergie .
La seconde chambre de compression peut communiquer avec la première chambre de compression par l'intermédiaire d'au moins une valve, par exemple une valve unidirectionnelle.
La chambre de coupure de courant peut comporter au moins un premier élément tubulaire formant la première chambre de compression. La première chambre de compression peut comporter à une première extrémité une buse coopérant avec le second contact d'arc pour canaliser le gaz provenant de ladite première chambre de compression. De plus, au début de l'opération d'ouverture du disjoncteur, la buse et le second contact d'arc peuvent coopérer pour fermer la première chambre de compression à sa première extrémité.
La chambre de coupure de courant peut comporter au moins un piston fermant la première chambre de compression à une seconde extrémité. La chambre de coupure de courant peut également comporter des moyens immobilisant le piston entre la position de début d'opération d'ouverture du disjoncteur et la position de fin de compression de la première chambre. Ainsi, en restant immobile entre ces deux positions, le piston réduit le volume de la première chambre de compression et donc, compresse le fluide diélectrique présent dans la première chambre de compression .
Dans ce cas, les moyens immobilisant le piston peuvent comporter au moins un logement destiné à recevoir une butée, par exemple un bille, liée au piston .
La chambre de coupure de courant peut également comporter des moyens déplaçant axialement le piston avec l'ensemble mobile entre la position de fin de compression de la première chambre et la position de fin d'opération d'ouverture du disjoncteur.
La chambre de coupure de courant peut comporter des moyens pour déloger la butée du logement bloquant entre la position de fin de compression de la première chambre et la position de fin d'opération d'ouverture du disjoncteur.
Dans ce cas, les moyens permettant de déloger la butée peuvent comporter au moins un logement destiné à recevoir la butée.
La chambre de coupure de courant peut comporter au moins deux seconds éléments tubulaires coaxiaux formant la seconde chambre de compression.
La chambre de coupure de courant peut comporter des moyens fermant la seconde chambre de compression à une seconde extrémité.
Ces moyens fermant la seconde chambre de compression peuvent être fixes, tels au moins un manchon ou au moins un clapet de remplissage et au moins un clapet de décharge, ou mobiles, tels au moins un piston pouvant coopérer avec au moins un ressort.
La chambre de coupure de courant peut comporter au moins une cloison divisant la première chambre de compression en au moins deux volumes, la cloison étant munie d'au moins une valve, par exemple une valve unidirectionnelle, permettant la communication entre les deux volumes. Cette disposition permet de réduire l'encombrement en diamètre de la partie active du disjoncteur, ce qui est avantageux pour des appareils à isolement dans l'air (avec isolateur) ou sous enveloppe métallique.
Le fluide diélectrique peut être un gaz diélectrique, par exemple de l'hexafluorure de soufre (SF6), de l'azote (N2), de l'air sec, du gaz carbonique [CO2) ou un mélange gazeux. La chambre de coupure de courant peut comporter des moyens déplaçant le second contact d' arc dans une direction opposée au déplacement de l'ensemble mobile durant l'opération d'ouverture du disjoncteur. Dans ce cas, il s'agira d'une chambre à double mouvement de contacts.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :
- les figures IA à IC représentent une chambre de coupure de courant, objet de la présente invention, selon un premier mode de réalisation, à différentes étapes d'une opération d'ouverture de disjoncteur, les figures 2A à 2C représentent une chambre de coupure de courant, objet de la présente invention, selon un second mode de réalisation, à différentes étapes d'une opération d'ouverture de disjoncteur,
- les figures 3A à 3D représentent une chambre de coupure de courant, objet de la présente invention, selon un troisième mode de réalisation, à différentes étapes d'une opération d'ouverture de disjoncteur, les figures 4A et 4B représentent une chambre de coupure de courant, objet de la présente invention, selon un quatrième mode de réalisation, - la figure 5 représente un disjoncteur de puissance, également objet de la présente invention, comportant une chambre de coupure de courant selon 1' invention, Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures décrites ci-après portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
La figure IA représente une chambre de coupure de courant 1, objet de la présente invention, selon un premier mode de réalisation. Sur cette figure, la chambre de coupure 1 est en position enclenchée, c'est-à-dire en position dans laquelle se trouve la chambre de coupure 1 en début d'une opération de coupure de courant, c'est-à-dire en début d'une opération d'ouverture du disjoncteur.
La chambre de coupure 1 comporte une enveloppe 2 remplie d'un fluide diélectrique 3, ici un gaz diélectrique, sous pression. Ce gaz 3 peut par exemple être de l'hexafluorure de soufre (SF6), de l'azote (N2), de l'air sec, du gaz carbonique (CO2) ou encore un mélange gazeux. Le fluide diélectrique pourrait également être un plasma. La chambre de coupure 1 comporte un premier élément tubulaire 4 formant une première chambre de compression 5. Cette première chambre de compression 5 est fermée à une première extrémité par un piston 6 et comporte à une seconde extrémité une buse 21. La chambre de coupure 1 comporte également un premier et un second contacts d'arc 8, 7, mobiles l'un par rapport à l'autre selon un axe AA. Sur cette figure, le second contact d'arc 7 coopère avec la buse 21 pour fermer la première chambre de compression 5 au niveau de sa seconde extrémité. Dans les trois premiers modes de réalisation décrits, le premier contact d'arc 8 est mobile et le second contact d'arc 7 est fixe. Le premier contact d'arc 8, ici intégré au piston 6, est disposé à l'intérieur de la première chambre de compression 5. La chambre de coupure 1 comporte au moins deux seconds éléments tubulaires 11, 12, coaxiaux par rapport à l'axe AA. Dans ce premier mode de réalisation, les deux seconds éléments tubulaires 11, 12 font partie du piston 6. L'espace entre les deux seconds éléments tubulaires 11, 12 forme une seconde chambre de compression 13. Typiquement, le volume de la seconde chambre de compression 13 est environ trois fois plus petit que celui de la première chambre de compression 5. Sur la figure IA, la seconde chambre de compression 13 communique avec la première chambre de compression 5, à une première extrémité, par au moins une valve 14, ici une valve unidirectionnelle. Cette valve 14 ne s'ouvre que lorsque la pression dans la seconde chambre de compression 13 est supérieure à celle dans la première chambre de compression 5. Dans ce premier mode de réalisation, la seconde chambre de compression 13 est fermée à une seconde extrémité par au moins un clapet de remplissage 15 et au moins un clapet de décharge 16. Le clapet de décharge 16 fonctionne comme une valve de régulation de pression : si la pression dans la seconde chambre de compression 13 dépasse un certain seuil mais reste inférieure à celle régnant dans la première chambre de compression 5, la valve 14 restant alors fermée, le clapet de décharge 16 évacue la surpression de la seconde chambre de compression 13. Ce clapet de décharge 16 est donc utilisé lorsque le courant à couper est fort et/ou que la durée d'arc est longue, c'est-à-dire lorsque le soufflage réalisé par la première chambre de compression 5 est suffisant pour éteindre l'arc. Le clapet de remplissage 15 est utilisé après l'opération d'ouverture de disjoncteur, afin que du gaz 3 puisse entrer dans la seconde chambre de compression 13 lorsque la chambre de coupure 1 revient en position enclenchée . La chambre de coupure 1 comporte également des contacts permanents 17, 18 faisant circuler le courant lorsque la chambre de coupure 1 est en position enclenchée. Comme les contacts d'arc 7, 8, les contacts permanents 17, 18 sont mobiles axialement l'un par rapport à l'autre selon l'axe AA. Dans les trois modes de réalisation décrits, seul le contact 18, faisant partie du premier élément tubulaire 4, est mobile.
La chambre de coupure 1 comporte également un tube 30. Une première extrémité du tube 30 est liée au premier élément tubulaire 4 par l'intermédiaire d'une tige 9 disposée perpendiculairement au tube 30. Dans ce premier mode de réalisation, un troisième élément tubulaire 20, relié au piston 6 et dans lequel est disposé le tube 30, est traversé par la tige 9. Le contact d'arc 8, la première chambre de compression 5, la seconde chambre de compression 13, le piston 6, le tube 30, la tige 9 et le troisième élément tubulaire 20 forment un ensemble mobile 10 adapté pour être déplacé selon l'axe AA dans l'enveloppe 2 durant l'opération d'ouverture de disjoncteur, ou l'opération de coupure de courant .
La figure IB représente la chambre de coupure 1 selon le premier mode de réalisation en position de fin de compression de la première chambre de compression 5. Dans cette position, par rapport à la position enclenchée, tous les éléments de l'ensemble mobile 10 sauf le piston 6 et le troisième élément tubulaire 20, ont été déplacés le long de l'axe AA par des moyens de manœuvre, non représentés, liés à une seconde extrémité du tube 30. Le passage de la position de début d'opération d'ouverture de disjoncteur à la position de fin de compression de la première chambre de compression 5 est appelé première partie de l'opération d'ouverture de disjoncteur ou de l'opération de coupure de courant. Pendant cette première partie de l'opération d'ouverture de disjoncteur, le déplacement du premier élément tubulaire 4 réduit le volume de la première chambre de compression 5 car le piston 6 reste immobile, augmentant ainsi la pression à l'intérieur de la première chambre de compression 5. Des premiers moyens immobilisent le piston 6 pendant cette première partie de l'opération d'ouverture de disjoncteur. Dans le premier mode de réalisation, ces premiers moyens sont au moins un logement 27 fixe destiné à recevoir au moins une butée 25 liée au piston 6 par l'intermédiaire du troisième élément tubulaire 20. Dans ce premier mode de réalisation, la butée 25 est une bille insérée dans une paroi du troisième élément tubulaire 20. Pendant cette première partie de l'opération d'ouverture de disjoncteur, la tige 9, entraînée par le tube 30, se déplace dans une rainure 19 formée dans le troisième élément tubulaire 20, laissant ainsi immobiles le troisième élément tubulaire 20 et le piston 6. En général, la course du déplacement axial réalisé pendant cette première partie de l'opération d'ouverture de disjoncteur représente entre environ un tiers et la moitié de la course du déplacement axial total pendant une opération d'ouverture de disjoncteur. Sur la figure IB, les contacts permanents 17, 18 ne sont plus en contact l'un avec l'autre, contrairement aux contacts d'arc 7, 8 qui sont toujours en contact l'un avec l'autre. Donc, en position de fin de compression de la première chambre de compression 5, le courant ne passe plus que par les contacts d'arc 7, 8. Les contacts d'arc 7, 8 restent donc en contact pendant toute la phase de compression de la première chambre 5. En position de fin de compression de la première chambre de compression 5, comme représenté sur la figure IB, des seconds moyens permettent de rendre mobile le piston 6. Dans le premier mode de réalisation, ces seconds moyens comportent au moins un logement 31 réalisé dans le tube 30, permettant de sortir la bille 25 du logement 27 et ainsi, de ne plus bloquer le mouvement du troisième élément tubulaire 20 et du piston 6. La figure IC représente la chambre de coupure 1, selon le premier mode de réalisation, en position de fin d'opération d'ouverture de disjoncteur, correspondant à une position de fin de compression de la seconde chambre de compression 13. Dans cette position, par rapport à la position représentée sur la figure IB, tous les éléments de l'ensemble mobile 10 ont été déplacés le long de l'axe AA. Le passage de la position de fin de compression de la première chambre de compression à la position de fin de compression de la seconde chambre de compression 13 est appelé seconde partie de l'opération de coupure de courant ou de l'opération d'ouverture du disjoncteur. Pendant cette seconde partie de l'opération d'ouverture de disjoncteur, le déplacement de la tige 9 entraîne le déplacement axial du piston 6 par l'intermédiaire du troisième élément tubulaire 20. Le déplacement du piston 6 réduit le volume de la seconde chambre de compression 13, augmentant ainsi la pression à l'intérieur de la seconde chambre 13. Etant donné que la compression dans la première chambre de compression 5 est terminée et que la compression du gaz ne s'effectue que dans la seconde chambre, l'énergie nécessaire au déplacement de l'ensemble mobile 10 est bien inférieure pendant cette seconde partie de l'opération d'ouverture de disjoncteur que pendant la compression de la première chambre 5. Dans ce premier mode de réalisation, le clapet de remplissage 15 et le clapet de décharge 16 sont fixes.
Pendant cette seconde partie de l'opération d'ouverture de disjoncteur, un arc se forme entre les deux contacts d'arc 7, 8 lorsqu'ils ne sont plus en contact l'un avec l'autre. Les contacts d'arc 7, 8 sont séparés l'un de l'autre qu'après la fin de la compression de la première chambre 5. Ensuite, la chambre de coupure 1 passe par une position d'ouverture de la première chambre de compression 5. Cette position est atteinte lorsque la buse 21 ne coopère plus avec le contact d' arc 7 pour fermer la première chambre de compression 5. L'arc formé entre les contacts d'arc 7 et 8 passe alors par la buse 21. Le soufflage de l'arc se produit lorsque le contact d' arc 7 ne coopère plus avec la buse 21 pour fermer la première chambre de compression. En effet, lorsque la première chambre de compression 5 s'ouvre au niveau de la buse 21, la surpression créée dans la première chambre de compression 5 provoque un soufflage du volume de gaz contenu dans la première chambre 5 vers l'enveloppe 2 à travers la buse 21. Le soufflage est réalisé par un volume de gaz ayant une forte densité du fait que la compression de la première chambre 5 soit achevée avant la séparation des contacts d'arc 7, 8, améliorant ainsi les performances de coupure par rapport à une compression de la première chambre qui ne serait que partiellement réalisée au moment de la séparation des contacts d'arc 7, 8.
Si la durée de l'arc est courte, le soufflage réalisé par la première chambre de compression 5 est suffisant pour éteindre l'arc.
Si la durée de l'arc est longue, et que la valeur du courant est proche de la valeur de défaut, l'énergie apportée par l'arc est suffisante pour que le soufflage créé par la première de chambre de compression 5 éteigne l'arc. Dans ces deux cas, le clapet de décharge 16 permet d'évacuer une éventuelle surpression créée dans la seconde chambre de compression 13 pendant l'opération d'ouverture de disjoncteur. Par contre, si la durée de l'arc est longue, et que la valeur du courant est faible, c'est- à-dire inférieure à environ 60% de la valeur de défaut, l'énergie apportée par l'arc est insuffisante pour que le soufflage créé par la première chambre de compression 5 éteigne l'arc. L'arc est donc toujours présent après la décompression du gaz présent dans la première chambre 5. La pression dans la première chambre de compression 5 est alors inférieure à celle dans la seconde chambre de compression 13, ce qui provoque l'ouverture de la valve 14. Du gaz est alors soufflé depuis la seconde chambre de compression 13, et ce soufflage continu jusqu'à ce que l'ensemble mobile 10 arrive en fin de course ou que l'arc s'éteigne.
La figure 2A représente une chambre de coupure de courant 1 suivant l'invention selon un second mode de réalisation. Sur cette figure 2A, la chambre de coupure 1 est en position de début d'opération d'ouverture de disjoncteur, ou d'opération d'ouverture de disjoncteur. Par rapport au premier mode de réalisation, la première chambre de compression 5 comporte ici deux volumes 5a, 5b. Le premier volume 5a est celui où s'effectue la compression par le piston 6 lors de la première partie de l'opération d'ouverture de disjoncteur. Les deux volumes 5a, 5b sont séparés par une paroi 22 munie d'au moins une valve unidirectionnelle 23 ne s' ouvrant que lorsque la pression dans le premier volume 5a est supérieure à celle du volume 5b. Ainsi, lorsque le gaz est comprimé dans le premier volume 5a, la pression augmente de manière similaire dans le second volume 5b. La première chambre de compression 5 est ici formée par le premier élément tubulaire 4, qui réalise le second volume 5b, et par le second élément tubulaire 11, qui réalise le premier volume 5a. Les deux seconds éléments tubulaires 11 et 12, coaxiaux par rapport à l'axe AA, forment la seconde chambre de compression 13. Dans ce second mode de réalisation, la seconde chambre de compression 13 est fermée à la seconde extrémité par des moyens fixes, par exemple au moins un manchon 24. La chambre de coupure 1 comporte également les deux contacts d'arc 7, 8 comme dans le premier mode de réalisation. Seul le contact d'arc 8, ici intégré au premier élément tubulaire 4, est mobile. Dans le second mode de réalisation, étant donné que la seconde chambre de compression 13 est fermée par un manchon 24 et non par un clapet de remplissage, la seconde chambre de compression 13 est munie d'une valve de limitation de pression 32, destinée à remplir le même rôle que le clapet de remplissage 16 utilisé dans le premier mode de réalisation. Dans ce second mode de réalisation, le piston 6 est disposé de manière coulissante sur le tube 30, sans utiliser un élément tubulaire 20 intermédiaire comme pour le premier mode de réalisation, et la bille 25 est directement insérée dans une paroi du piston 6. La figure 2B représente la chambre de coupure 1 selon le second mode de réalisation en position de fin de compression de la première chambre de compression 5. Comme dans le premier mode de réalisation, par rapport à la position enclenchée, tous les éléments de l'ensemble mobile 10 sauf le piston 6, ont été déplacés le long de l'axe AA par des moyens de manœuvre, non représentés. En position de fin de compression de la première chambre de compression, la paroi 22 se trouve en contact avec le piston 6, le premier volume 5a étant devenu nul ou quasiment nul. La pression ainsi créée par le premier volume 5a se retrouve dans le second volume 5b. Contrairement au premier mode de réalisation, la compression dans la seconde chambre de compression 13 se déroule durant toute l'opération d'ouverture de disjoncteur. Pendant la première partie de l'opération d'ouverture de disjoncteur, comme cela peut se voir sur la figure 2A, la bille 25 roule sur une tige 26 montée sur le tube 30. Lorsque le déplacement axial de l'ensemble mobile 10 arrive en position de fin de compression de la première chambre de compression 5, un logement 31 réalisé dans la tige 26 permet de sortir la bille 25 de son logement 27, rendant ainsi mobile le piston 6. Ainsi, pendant la seconde partie de l'opération d'ouverture de disjoncteur, le piston 6 est entraîné dans le déplacement de l'ensemble mobile 10 par la paroi 22 et le déverrouillage des billes, jusqu'à atteindre la position de fin de compression de la seconde chambre de compression 13, représentée sur la figure 2C. Le principe de fonctionnement de la chambre de compression étant identique pour les deux modes de réalisation, la figure 2C ne sera pas décrite en détail .
La figure 3A représente une chambre de coupure 1 selon un troisième mode de réalisation. Par rapport au second mode de réalisation, la seconde chambre de compression 13 est fermée à sa seconde extrémité par des moyens mobiles, par exemple au moins un piston 28 et un ressort 29. Ces moyens mobiles permettent de réguler la pression dans la seconde chambre de compression 13 pendant toute l'opération d'ouverture de disjoncteur. Ainsi, lorsque l'ensemble mobile 10 arrive en position de fin de compression de la première chambre de compression 5, représentée sur la figure 3B, le piston 28 est dans une position sensiblement similaire par rapport à celle de la figure 3A, les pressions dans la première et la seconde chambres de compression 5, 13 étant sensiblement identiques. Pendant la seconde partie de l'opération d'ouverture de disjoncteur, représentée par la figure 3C, si la pression devient trop importante, c'est-à- dire lorsque le gaz 3 est évacué par le clapet d'évacuation 16 ou la valve de limitation de pression 32 dans les deux premiers modes de réalisation, ici le piston 28 recule pour ne pas que la pression augmente trop dans la seconde chambre de compression 13. L'arc formée entre les contacts d'arc 7, 8 est tout d'abord soufflé par le gaz sortant de la première chambre de compression 5 par la buse 21 puis, lorsque la pression diminue dans la première chambre de compression 5, le piston avance de manière à continuer le soufflage de l'arc pendant tout le déplacement de l'ensemble mobile 10, comme cela est représenté sur la figure 3D . Ce troisième mode de réalisation permet de répartir au mieux le soufflage réalisé par la seconde chambre de compression 13, pendant toute la durée d'arc. La figure 4A représente une chambre de coupure 1 selon un quatrième mode de réalisation. Par rapport aux modes de réalisation précédents, les deux contacts d'arc de ce quatrième mode de réalisation sont mobiles. Comme sur les figures IA à IC, le premier contact d'arc 8 est intégré au piston 6. Donc, comme dans le premier mode de réalisation, le premier contact d'arc 8 est mobile entre la position de fin de compression de la première chambre 5 et la position de fin d'opération d'ouverture de disjoncteur. La figure 4B représente la chambre de coupure de courant 1 en position de fin de compression de la première chambre 5. Entre cette position et la position de la figure 4A, le piston 6 est resté immobile. Le premier élément tubulaire 4 s'est déplacé axialement le long de l'axe AA, entraînant la compression du gaz diélectrique se trouvant dans la première chambre de compression. Comme on peut le voir sur les figures 4A et 4B, le mouvement du premier élément tubulaire 4 entraîne le mouvement d'un levier 33 et par l'intermédiaire d'un levier 35 qui, relié au second contact d'arc 7 par des bras 34, entraîne le déplacement axial du second contact d' arc 7 dans le sens opposé au déplacement du premier élément tubulaire 4. Ce double mouvement des contacts permet de diminuer l'énergie cinétique nécessaire pendant une manœuvre d'ouverture, les deux contacts se déplaçant avec une vitesse divisée par deux par rapport à deux contacts dont seul un des deux est mobile. Cette utilisation d'un levier permettant le déplacement des deux contacts d'arc dans des directions opposées l'une de l'autre est par exemple décrit dans le brevet EP 0 313 813.
La présente invention est particulièrement adaptée pour fonctionner sous haute tension, par exemple lorsque la tension est supérieure à 245 kV.
La présente invention concerne également un disjoncteur 100, représenté sur la figure 5, comportant une chambre de coupure 1 selon l'un quelconque des modes de réalisation décrits précédemment. Ce disjoncteur 100 sera, par exemple, un disjoncteur de puissance à haute ou moyenne tension, c'est-à-dire utilisé pour des tensions supérieures à environ 52 kV. La chambre de coupure 1 est reliée à un organe de manœuvre 40 permettant d'actionner la compression dans la chambre de coupure 1 et l'ouverture du disjoncteur 100. Bien que plusieurs modes de réalisation de la présente invention aient été décrits de façon détaillée, on comprendra que différents changements et modifications puissent être apportés sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Chambre de coupure de courant (1), destinée à être utilisée dans un disjoncteur (100), remplie d'un fluide diélectrique (3) comportant : un ensemble mobile (10), se déplaçant axialement entre une position de début et une position de fin d'opération d'ouverture du disjoncteur, comprenant : a) au moins une première chambre de compression (5) dont le volume diminue entre la position de début d'opération d'ouverture du disjoncteur et une position de fin de compression de la première chambre (5) , b) au moins un premier contact d'arc (8), destiné à coopérer avec un second contact d'arc (7), les deux contacts d'arc (7 ,8) étant mobiles axialement l'un par rapport à l'autre, c) au moins une seconde chambre de compression (13), communiquant à une première extrémité avec la première chambre de compression (5), dont le volume diminue entre la position de début et la position de fin d'opération d'ouverture du disjoncteur, destinée à injecter du fluide diélectrique (3) dans la première chambre de compression (5), entre une position d'ouverture de la première chambre (5) et la position de fin d'opération d'ouverture du disjoncteur, lorsque la pression dans la première chambre de compression (5) est inférieure à la pression dans la seconde chambre de compression (13), la position de fin de compression de la première chambre (5) étant atteinte avant la position de fin d'opération d'ouverture du disjoncteur, et une position de fin de compression de la seconde chambre (13) étant atteinte après la position de fin de compression de la première chambre (5) .
2. Chambre de coupure de courant (1) selon la revendication 1, dans laquelle la seconde chambre de compression (13) communique avec la première chambre de compression (5) par l'intermédiaire d'au moins une valve (14) .
3. Chambre de coupure de courant (1) selon la revendication 2, dans laquelle la valve (14) est une valve unidirectionnelle.
4. Chambre de coupure de courant (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins un premier élément tubulaire (4,11) formant la première chambre de compression (5) .
5. Chambre de coupure de courant (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la première chambre de compression (5) comporte à une première extrémité une buse (21) coopérant avec le second contact d'arc (7) pour canaliser le gaz provenant de ladite première chambre de compression (5) .
6. Chambre de coupure de courant (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins un piston (6) fermant la première chambre de compression (5) à une seconde extrémité.
7. Chambre de coupure de courant (1) selon la revendications 6, comportant des moyens immobilisant le piston (6) entre la position de début d'opération d'ouverture du disjoncteur et la position de fin de compression de la première chambre (5) .
8. Chambre de coupure de courant (1) selon la revendication 7, dans laquelle les moyens immobilisant le piston (6) comportent au moins un logement (27) destiné à recevoir une butée (25) liée au piston ( 6) .
9. Chambre de coupure de courant (1) selon la revendication 8, dans laquelle la butée (25) est une bille.
10. Chambre de coupure de courant (1) selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, comportant des moyens déplaçant axialement le piston (6) avec l'ensemble mobile (10) entre la position de fin de compression de la première chambre (5) et la position de fin d'opération d'ouverture du disjoncteur.
11. Chambre de coupure de courant (1) selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, comportant des moyens pour déloger la butée (25) du logement (27) bloquant entre la position de fin de compression de la première chambre (5) et la position de fin d'opération d'ouverture du disjoncteur.
12. Chambre de coupure de courant (1) selon la revendication 11, dans laquelle les moyens permettant de déloger la butée (25) comportent au moins un logement (31) destiné à recevoir la butée (25) .
13. Chambre de coupure de courant (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins deux seconds éléments tubulaires coaxiaux (11,12) formant la seconde chambre de compression (13).
14. Chambre de coupure de courant (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant des moyens (15,16,24,28,29) fermant la seconde chambre de compression (13) à une seconde extrémité .
15. Chambre de coupure de courant (1) selon la revendication 14, dans laquelle les moyens (15,16,24) fermant la seconde chambre de compression (13) sont fixes.
16. Chambre de coupure de courant (1) selon la revendication 15, dans laquelle les moyens fermant la seconde chambre de compression (13) comportent au moins un manchon (24) .
17. Chambre de coupure de courant (1) selon la revendication 15, dans laquelle les moyens fermant la seconde chambre de compression (13) comportent au moins un clapet de remplissage (15) et au moins un clapet de décharge (16) .
18. Chambre de coupure de courant (1) selon la revendication 14, dans laquelle les moyens (28,29) fermant la seconde chambre de compression (13) sont mobiles.
19. Chambre de coupure de courant (1) selon la revendication 18, dans laquelle les moyens fermant la seconde chambre de compression (13) comportent au moins un piston (28) .
20. Chambre de coupure de courant (1) selon la revendication 19, dans laquelle le piston (28) coopère avec au moins un ressort (29) .
21. Chambre de coupure de courant (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins une cloison (22) divisant la première chambre de compression (5) en au moins deux volumes (5a, 5b), la cloison (22) étant munie d'au moins une valve (23) permettant la communication entre les deux volumes (5a, 5b).
22. Chambre de coupure de courant (1) selon la revendication 21, la valve (23) permettant la communication entre les deux volumes (5a, 5b) étant une valve unidirectionnelle.
23. Chambre de coupure de courant (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le fluide diélectrique (3) est un gaz diélectrique .
24. Chambre de coupure de courant (1) selon la revendication 23, dans laquelle le gaz diélectrique est de l'hexafluorure de soufre [SF6), de l'azote (N2), de l'air sec, du gaz carbonique (CO2) ou un mélange gazeux .
25. Chambre de coupure de courant (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant des moyens déplaçant le second contact d' arc (7) dans une direction opposée au déplacement de l'ensemble mobile (10) durant l'opération d'ouverture du disjoncteur.
26. Disjoncteur (100) comportant une chambre de coupure de courant (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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