Dispositif de sécurité pour appareil électrique à gaz diélectrique, notamment pour disjoncteurs ou réducteurs de mesure

Description

[0001] L'invention concerne un dispositif de sécurité selon le préambule de la revendication 1 pour une enceinte contenant des appareils électriques et un gaz diélectrique isolant, tel que l'hexafluorure de soufre, sous une pression de quelques bars. Un tel dispositif est par exemple connu du document FR-A-2 388 391.

[0002] L'invention s'applique particulièrement dans le cas où les enceintes sont réalisées en porcelaine, telles que les enveloppes de disjoncteurs. Dans ce type d'enceintes il existe des organes de sécurité fonctionnant en cas de surpression accidentelle.

[0003] Ce sont soit des clapets tarés, soit des membranes, capsules ou plaques qui, lorsque la pression dans l'enceinte atteint un seuil donné, se déchirent, ou se brisent ce qui permet au gaz de se détendre à l'extérieur, évitant ainsi tout risque de destruction de l'enceinte.

[0004] L'augmentation de pression de l'enceinte contre laquelle on veut se prémunir est due à un arc interne ; suivant l'intensité de cet arc, la montée en pression jusqu'à la valeur de seuil précitée peut varier de quelques centièmes de secondes pour un arc de forte intensité à plusieurs secondes pour un arc de faible intensité. Dans ce dernier cas, en agissant rapidement par un autre moyen pour déchirer la membrane, on permet d'éviter une détérioration importante des parties actives de l'appareil. C'est le but que se propose d'atteindre le dispositif de l'invention, tel qu'il est défini par la revendication 1.

[0005] En ce qui concerne des caractéristiques de mises en oeuvre préférées de l'invention, référence est faite aux revendications secondaires.

[0006] L'invention sera bien comprise par la description ci-après de divers exemples de mise en oeuvre de l'invention, en référence au dessin annexe dans lequel :

• la figure 1 est une vue en coupe axiale d'une chambre de coupure d'un disjoncteur équipé d'un dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention,
• la figure 2 est une vue agrandie d'une partie de la figure 1,
• la figure 3 est une vue schématique d'un dispositif avec solénoïde et batterie auxiliaire,
• la figure 4 est une vue schématique d'un dispositif avec ressort et batterie auxiliaire,
• la figure 5 est une vue schématique d'un dispositif avec fusible.

[0007] La figure 1 représente schématiquement une chambre de coupure d'un disjoncteur. Cette chambre comprend une enveloppe en céramique 1 délimitant un volume 2 rempli d'un gaz diélectrique tel que l'hexafluorure de soufre, sous une pression de quelques bars.

[0008] La chambre comprend deux flasques d'extrémité 3 et 4. On a représenté en 6 l'enveloppe support des contacts fixes et en 5 l'enveloppe support des contacts mobiles et la buse de soufflage. Une tringle de manoeuvre non représentée traverse le flasque 3.

[0009] La flasque 4 est munie d'une première fenêtre fermée par un élément 7 translucide ou transparent, devant lequel est placé, de préférence à l'extérieur de la chambre, un photo-générateur 8 émettant un courant lorsqu'il reçoit une lumière à travers la fenêtre 7. Ce photo-générateur est par exemple une photo-pile ou un élément photo-voltaïque.

[0010] Le flasque 4 possède une seconde fenêtre 9 fermé par un élément cassable, tel qu'une plaque de rupture par exemple en métal ou en matériau fritté à base de fer ou de graphite.

[0011] De telles pièces de rupture sont bien connues dans l'électrotechnique.

[0012] Sur le flasque 4 est fixé, au moyen de tiges 20, un percuteur électromagnétique. Un tel percuteur est décrit dans le brevet européen n° 107 167 déposé le 18 octobre 1983 au nom de la Demanderesse.

[0013] Il comprend, dans une enveloppe 12 en matériau de fer doux comportant un pilier intérieur 12A, un circuit magnétique 13, un aimant cylindrique 14 à aimantation radiale, un noyau magnétique 15 prolongé par la tige de percussion 11, un ressort 16 et un bobinage 17.

[0014] Lorsque le percuteur est armé, le ressort est maintenu bandé, car le noyau 15 et le pilier 12A sont attirés magnétiquement, la force de collage magnétique étant supérieure à celle du ressorts.

[0015] Si un courant parcourt la bobine dans un sens tel qu'il s'oppose au flux de l'aimant, la force de collage disparait et le ressort entraîne le percuteur.

[0016] Dans l'application décrite, l'élément photo-générateur est relié électriquement à la bobine.

[0017] Le fonctionnement du dispositif est le suivant :

[0018] Lorsque le disjoncteur effectue une manoeuvre de coupure un arc se développe entre les contacts, puis est rapidement éteint (par exemple après 10 millisecondes). Cet arc est vu par le photo-générateur qui délivre un courant au bobinage. Mais compte tenu de la brièveté de l'arc et de l'auto-inductance du bobinage, les ampères-tours créés sont insuffisants pour annuler le flux de l'aimant du percuteur.

[0019] Si au contraire, un arc se développe et se maintient dans la chambre pendant un temps plus long que le temps de coupure d'un arc (par exemple 100 ms), les ampères-tours créés dans la bobine suffisent à faire fonctionner le percuteur qui vient briser le disque de rupture.

[0020] On peut encore ajuster la précision du fonctionnement en associant le photo-générateur à un filtre temporisateur, tel qu'un condensateur 80 connecté à ses bornes.

[0021] Le percuteur utilisé dans le mode de réalisation précité est d'une grande sensibilité et se contente des quelques milliwatts fournis par une photo-pile ou un élément photo-voltaïque.

[0022] Un organe électromécanique plus rudimentaire, tel qu'un électro-aimant 25 à noyau 26 pourrait être utilisé, à condition de relier, comme le montre la figure 3, le photo-générateur à un circuit électronique de porte 27 pour autoriser le passage d'un courant plus important fourni par une source auxiliaire telle qu'un batterie.

[0023] La figure 4 montre un mode de réalisation dans lequel un photo-détecteur tel qu'une photo-résistance 30, reliée à un circuit de porte 27 associé à une batterie 28, alimente un petit solénoïde 31 dont le noyau 32 sert de butée à une masselotte 33 poussée par un ressort 34.

[0024] Comme l'auto-inductance du petit solénoïde 31 est insuffisante pour assurer une temporisation convenable, le circuit électronique 27A comportera une temporisation.

[0025] On notera que la photo-résistance est ici placée à la surface de la fenêtre 7 ; en variante, elle pourraît être placée à l'intérieur de l'enceinte, ce qui permet de faire l'économie d'une fenêtre telle que 7.

[0026] En variante, la photo-résistance est remplacée par une photo-diode également associée à une alimentation et à un circuit de porte avec temporisation et commandant un percuteur ou un solénoïde.

[0027] Dans une variante de réalisation, le moyen pour ouvrir un passage au gaz de l'enceinte en cas d'arc prolongé est un explosif dont la mise à feu est commandée par un détonateur à temporisation, alimenté par le photo-générateur.

[0028] Dans ce qui précède un élément de percussion vient briser un organe de rupture placé dans la paroi de l'enceinte.

[0029] Dans le cas des disjoncteurs à enveloppe cylindrique de céramique, l'organe de rupture sera toujours placé sur l'un des flasques de fermeture de l'enveloppe, ce flasque devant être considéré au sens du présent brevet comme faisant partie de la paroi de l'enceinte.

[0030] Dans le cas d'une installation blindée, on dispose de plus de facilité pour placer l'organe de rupture.

[0031] Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le premier élément est sensible à la chaleur dégagée par l'arc.

[0032] Ce peut être un fusible, ou un élément à mémoire de forme. Il est alors impérativement placé à l'intérieur de l'enveloppe.

[0033] Dans le schéma de la figure 5, un fil fusible 40 maintient une masselotte 41, placée au droit d'un organe de rupture 42 de la paroi de l'enceinte, contre l'action d'un ressort 44. Dans le cas où le dispositif est appliqué à un disjoncteur, le fusible est calibré pour ne fondre que si l'arc produit une élévation de température supérieure à celle produite lors du fonctionnement normal de l'appareil.

[0034] Le ressort peut, en variante, être remplacé par un organe déformable sous l'action de la chaleur, tel qu'un organe à mémoire de forme, dont la modification de forme libère une masselotte poussée par un ressort et placée au droit d'une partie cassable de la paroi de ladite enceinte.

Revendications

1. Dispositif de sécurité pour un appareil électrique comprenant une enceinte remplie de gaz sous pression et un premier moyen (8) pour détecter l'apparition d'un arc à l'intérieur de ladite enceinte, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un second moyen (10) commandé par ledit premier moyen pour créer un passage pour le gaz à travers ladite enceinte lorsque le premier moyen a détecté un arc pendant une durée minimale donnée.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier moyen est un photo-générateur (8) sensible à la lumière de l'arc tel qu'une photo-pile ou un élément photo-voltaïque.

3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que ledit photo-générateur (8) est placé à l'extérieur de ladite enceinte, au droit d'une fenêtre pratiquée dans la paroi.

4. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que le photo-générateur (8) est associé à un filtre temporisateur, tel qu'un condensateur (80).

5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ledit photo-générateur commande un circuit de porte (27) pour une batterie auxiliaire.

6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier moyen est un photo-détecteur tel qu'une photo-résistance (30) ou une photo-diode.

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit photo-détecteur (30) est associé à une alimentation et à un circuit de porte avec temporisation (16).

8. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le second moyen est un percuteur (10) comprenant une tige de percussion (11), un ressort (16) de manoeuvre de ladite tige, un aimant (13) permanent de maintien de ladite tige et un bobinage (17) de commande alimenté par ledit premier moyen, ladite tige étant placée au droit d'une partie cassable (9) de la paroi de ladite enceinte.

9. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que le second moyen est un solénoïde (25) à noyau (26) venant percuter une partie cassable (9) de la paroi de ladite enceinte.

10. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le second moyen est un solénoïde (31) dont le noyau (32) constitue une butée escamotable pour une masselotte (33) poussée par un ressort (34) et placée au droit d'une partie cassable (9) de la paroi de ladite enceinte.

11. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le second moyen est un explosif dont la mise à feu est commandée par un détonateur à temporisation alimenté par le photo-générateur (8).

12. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier moyen est un moyen (40) sensible à la chaleur dégagée par l'arc et placé à l'intérieur de ladite enceinte.

13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le premier moyen est un fusible (40).

14. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le premier moyen est un élément à mémoire de forme.

15. Dispositif selon l'une des revendications 13 et 14, caractérisé en ce que le second moyen est une masselotte (41) placée au droit d'une partie cassable (42) de la paroi de l'enceinte et déplaçable par la détente d'un ressort (44), le ressort étant libéré par ledit premier moyen, lorsqu'il a détecté un arc pendant une durée minimale donnée.

Ansprüche

1. Sicherheitsvorrichtung für ein elektrisches Gerät, die ein mit Gas unter Druck gefülltes Gehäuse und ein erstes Mittel (8) zur Erfassung eines Lichtbogens in dem Gehäuse besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung weiter ein zweites Mittel (10) aufweist, das von dem ersten Mittel gesteuert wird, um einen Durchlaß für das Gas durch die Wand des Gehäuses zu schaffen, wenn das erste Mittel einen Lichtbogen während einer gegebenen Mindestdauer erfaßt hat.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Mittel ein lichtelektrischer Generator (8) ist, der auf das Licht des Bogens anspricht und beispielsweise eine Photozelle oder ein photovoltaisches Element ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtelektrische Generator (8) außerhalb des Gehäuses gegenüber einem Fenster in der Wand des Gehäuses angebracht ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtelektrische Generator (8) einem Filter mit Zeitverzögerungseffekt zugeordnet ist, wie z.B. einem Kondensator (80).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtelektrische Generator eine Torschaltung (27) für eine Hilfsbatterie steuert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Mittel ein Photodetektor wie z.B. ein Photowiderstand (30) oder eine Photodiode ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Photodetektor (30) einer Stromversorgung und einer Torschaltung mit Zeitverzögerung (16) zugeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Mittel ein Durchschlagsorgan (10) ist, das einen Durchschlagsstößel (11), eine Feder (16) zur Betätigung des Stößel, einen Permanentmagneten (13) zum Halten des Stößel und eine Steuerspule (17) aufweist, die von dem ersten Mittel gespeist wird, wobei der Stößel gegenüber einem zerstörbaren Bereich (9) der Wand des Gehäuses angebracht ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Mittel eine Magnetspule (25) mit einem Magnetkern (26) ist, von dem ein zerstörbarer Bereich (9) der Wand des Gehäuses durchstoßen wird.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Mittel eine Magnetspule (31) ist, deren Kern (32) einen rückziehbaren Anschlag für einen von einer Feder (34) belasteten und gegenüber einem zerstörbaren Bereich (9) in der Wand des Gehäuses angebrachten Stößel (33) bildet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Mittel ein Explosivstoff ist, dessen Zünder mit Zeitverzögerung gesteuert wird, der von dem lichtelektrischen Generator (8) gespeist wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Mittel (40) auf die vom Lichtbogen abgegebene Wärme anspricht und im Inneren des Gehäuses angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Mittel eine Schmelzsicherung (40) ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Mittel ein Element mit Formgedächtnis ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Mittel ein Stößel (41) ist, der gegenüber einem zerstörbaren Bereich (42) der Wand des Gehäuses liegt und durch Entspannung einer Feder (44) verschiebbar ist, wobei die Feder vom ersten Mittel freigegeben wird, wenn letzteres einen Lichtbogen während einer gegebenen Mindestdauer erfaßt hat.

Claims

1. A safety device for an electrical apparatus comprising an enclosure filled with gas under pressure and first means (8) for detecting the appearance of an arc inside said enclosure, the safety device being characterized in that it further comprises second means (10) controlled by said first means to establish a path for the gas through said enclosure when the first means has detected an arc for a given minimum length of time.

2. A safety device according to claim 1, characterized in that the first means is a photo-generator (8) sensitive to the light of the arc, e.g. a photo cell or a photo-voltaic element.

3. A safety device according to claim 2, characterized in that the said photo-generator (8) is placed outside the said enclosure, looking through a window in the wall thereof.

4. A safety device according to claim 2 or 3, characterized in that the photo-generator (8) is associated with a time delay filter, such as a capacitor (80).

5. A safety device according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the said photo-generator controls a gate circuit (27) for an auxiliary battery.

6. A safety device according to claim 1, characterized in that the first means is a photodetector such as a photoresistor (30) or a photodiode.

7. A safety device according to claim 1, characterized in that the said photodetector (30) is associated with a power supply and with a gate circuit including time delay means (16).

8. A safety device according to any one of claims 2 to 7, characterized in that the second means is a striker (10) comprising a striker rod (11), a spring (16) for operating said rod, a permanent magnet (13) holding said rod, and a control winding (17) powered from said first means, said rod being placed to strike a breakable portion (9) of the wall of said enclosure.

9. A safety device according to any one of claims 2 to 8, characterized in that the second means is a solenoid (25) having a core (26) disposed to strike a breakable portion (9) of the wall of said enclosure.

10. A safety device according to any one of claims 2 to 7, characterized in that the second means is a solenoid (31) having a core (32) which constitutes a retractable abutment for retaining a flyweight (33) under urging from a spring (34) and placed ready to strike a breakable portion (9) of the wall of said enclosure.

11. A safety device according to claim 2, characterized in that the second means is an explosive which is fired under the control of a detonator having time delay means fed by the photo-generator (8).

12. A safety device according to claim 1, characterized in that the first means is constituted by means (40) sensitive to the heat given off by an arc, and placed inside said enclosure.

13. A safety device according to claim 12, characterized in that the first means is a fuse (40).

14. A safety device according to claim 12, characterized in that the first means is a shaped-memory element.

15. A safety device according to claim 13 or 14, characterized in that the second means is a flyweight (14) placed ready to strike a breakable portion (42) of the wall of the enclosure and displaceable by means of a spring (44) relaxing, the spring being released by said first means, when said first means has detected an arc for a given minimum length of time.

Dessins