DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR
[0001] L'invention concerne le domaine des disjoncteurs à haute tension sous cuve métallique,
de type GIS (Gas Insulated Switchgear) ou de type Dead tank. Ces disjoncteurs peuvent
faire partie d'un poste sous enveloppe métallique.
[0002] L'invention concerne plus particulièrement un procédé d'évacuation des gaz chauds
générés par une coupure d'un tel disjoncteur et, la structure de disjoncteur associée.
[0003] Dans ce type de disjoncteurs, pour certaines valeurs de courant de court-circuit
qui correspondent à un courant de défaut maximum, les gaz chauds (c'est-à-dire le
plasma et les gaz d'échappement) générés peuvent favoriser les réamorçages entre les
différentes pièces de coupure sous tension et les pièces connectées à la terre telle
que la cuve métallique.
[0004] Dans les disjoncteurs sous enveloppe métallique actuellement commercialisés, différents
types d'agencements d'évacuation ou échappement sont prévus.
[0005] Un premier type d'agencement, par exemple prévu sur les disjoncteurs de type japonais,
tel que celui divulgué dans la demande de brevet
JP2003217411, comprend un tube court implanté à la sortie de la buse soufflant des gaz chauds
et qui permet également de souffler ceux-ci directement à l'intérieur de la cuve métallique.
L'isolation diélectrique est obtenue en conservant de grandes distances entre la couronne
d'évacuation formée avec le tube et la cuve métallique.
[0006] Un deuxième type d'agencement, par exemple prévu sur les « Dead tank » tel que publié
dans la demande de brevet
EP1806760, permet d'avoir un volume de gaz diélectrique présent dans la partie métallique de
l'échappement suffisamment important pour absorber tous les gaz chauds générés pendant
la période d'arc la plus longue du courant de court-circuit maximum. Cet agencement
d'échappement comprend des ouvertures latérales sur le côté par lequel les gaz chauds
s'échappent vers l'intérieur de la cuve métallique.
[0007] Le premier type visé ci-dessus enferme des volumes de gaz isolant qui sont par construction
inférieurs à la quantité de gaz chauds soufflés lors d'une coupure. C'est pourquoi,
il est prévu des dimensions globales de la cuve métallique plus grandes que celle
du deuxième type, du fait que ces gaz chauds sont évacués d'une manière incontrôlée,
et qu'en conséquence, des marges de sécurité dimensionnelles doivent être prises pour
assurer la tenue diélectrique à la cuve.
[0008] La fermeture prévue dans l'agencement du deuxième type implique un volume suffisant
pour conserver les gaz chauds à l'intérieur de la partie métallique de l'échappement.
Aussi, la marge de sécurité dimensionnelle entre l'extérieur de l'échappement et la
cuve métallique peut être réduite.
[0009] Les documents
US 4'236'053,
DE 9314779 et
DE 2947957, quant à eux, divulguent des moyens pour refroidir les gaz chauds à travers des échangeurs
de chaleur comprenant des solides. Les échanges de chaleur sont limités à la seule
surface exposée des pièces et nécessitent du temps.
[0010] Enfin, le document
EP1185996B1 divulgue une structure d'échappement avec une alternance de moyens permettant de
faire varier la section à travers laquelle le flux de gaz chauds passe sur sa trajectoire
d'échappement et ainsi de le refroidir avant sa sortie à l'extrémité longitudinale
du tube de contact entourant le contact d'arc fixe.
[0011] Afin d'obtenir une purge des gaz de coupure entre les contacts d'arc satisfaisante,
il n'est pas recommandé d'utiliser les variations de sections décrites dans ce document.
[0012] Le but de l'invention est de réduire encore les dimensions globales de l'échappement
ou évacuation des gaz chauds et également de réduire encore les dimensions de la cuve
métallique.
[0013] Un autre but de l'invention est de proposer une solution d'évacuation des gaz chauds
qui présente un refroidissement satisfaisant tout en maintenant une purge satisfaisante
des gaz de coupure entre les contacts d'arc.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
[0014] Pour ce faire, l'invention a pour objet un procédé d'évacuation de gaz chauds, issus
d'une coupure d'un disjoncteur haute tension, comprenant une cuve métallique remplie
de gaz isolant, une enveloppe comprenant des ouvertures de sortie de gaz et agencée
à l'intérieur de la cuve métallique en communiquant par les ouvertures.
[0015] Selon l'invention, on aspire du gaz isolant depuis l'intérieur de l'enveloppe, parallèlement
à la totalité de flux de gaz chauds issus de la coupure, de manière à les mélanger
à l'intérieur de l'enveloppe, avant leur évacuation par les ouvertures de sortie de
gaz de l'enveloppe et vers l'intérieur de la cuve métallique.
[0016] Selon l'invention, on utilise donc du gaz isolant présent avant coupure dans la structure
de l'échappement du disjoncteur, gaz qui par définition est plus froid que les gaz
chauds issus de la coupure et de le mélanger avec lesdits gaz chauds avant leur échappement
vers l'intérieur de la cuve. Dans les structures de disjoncteur de l'art antérieur,
le gaz isolant froid déjà présent dans l'échappement est simplement poussé vers l'intérieur
de la cuve métallique par les gaz chauds qui ne subissent donc aucun refroidissement
par mélange avec le gaz isolant.
[0017] L'invention est particulièrement intéressante pour des courants de défaut très importants,
c'est-à-dire des courants de défaut maximum et les durées d'arc les plus longues.
[0018] L'invention concerne également un disjoncteur haute tension, particulièrement adapté
à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
[0019] Selon l'invention, il comprend :
- une cuve métallique remplie d'un gaz isolant,
- une enveloppe comprenant des ouvertures de sortie de gaz, l'enveloppe étant agencée
à l'intérieur de la cuve métallique en communiquant par les ouvertures,
- une paire de contacts d'arc dont au moins un mobile en translation selon un axe, qui
est solidaire d'une buse isolante pour souffler des gaz chauds générés lors de la
séparation des contacts,
- des moyens pour aspirer du gaz isolant, depuis l'intérieur de l'enveloppe, parallèlement
à la totalité de flux de gaz chauds soufflés lors de la séparation des contacts, de
manière à les mélanger à l'intérieur de l'enveloppe avant leur évacuation par les
ouvertures de sortie de gaz de l'enveloppe et vers l'intérieur de la cuve métallique.
[0020] Selon un mode de réalisation de l'invention, le disjoncteur comprend, en tant que
moyens d'aspiration de gaz isolant :
- un fourreau entourant le contact fixe et agencé à l'intérieur de l'enveloppe en délimitant
un passage débouchant,
- au moins un élément formant déflecteur, agencé à l'intérieur du fourreau, de sorte
que les gaz chauds aspirent du gaz isolant depuis le passage débouchant, le(s) déflecteur(s)
dévie(nt) le gaz isolant aspiré parallèlement au flux de gaz chauds et, le gaz isolant
aspiré et dévié se mélange avec les gaz chauds à l'intérieur de l'enveloppe.
[0021] Le(s) déflecteur(s) ainsi prévu(s) dans le cadre de l'invention forcent ainsi le
gaz isolant, aspiré depuis le passage débouchant, à être complètement défléchi et
à venir s'écouler parallèlement au flux de gaz chauds générés par le soufflage avant
leur mélange ultérieur à l'intérieur de l'enveloppe et leur sortie par les ouvertures
prévues.
[0022] Selon une variante avantageuse, les ouvertures de sortie des gaz sont pratiquées
à l'une des extrémités longitudinales de l'enveloppe.
[0023] Le passage débouchant peut comprendre une pluralité de trous répartis uniformément
à la périphérie du fourreau. Selon cette variante, lorsque les ouvertures de sortie
des gaz sont pratiquées à la périphérie de l'enveloppe, les gaz chauds qui quittent
la buse soufflant du gaz à vitesse élevée peuvent aspirer le gaz isolant plus froid
depuis la partie extérieure de l'échappement (c'est-à-dire comprise entre le fourreau
et l'enveloppe) et à travers la partie du passage de retour des gaz (c'est-à-dire
du bol vers les ouvertures) et les trous débouchant.
[0024] Selon un mode de réalisation avantageux, il est prévu deux déflecteurs coaxiaux par
rapport à l'axe de translation du contact mobile, l'un des deux déflecteurs comprenant
au moins une échancrure pratiquée à l'une de ses extrémités longitudinales, l'agencement
réalisé entre l'enveloppe, le fourreau et les deux déflecteurs créant une chicane
d'amenée de gaz isolant par l'échancrure.
[0025] Selon un mode de réalisation, un des deux contacts d'arc est fixé à l'enveloppe et
l'autre est mobile en translation selon l'axe.
[0026] Alternativement, les deux contacts d'arc sont mobiles en translation selon un axe.
[0027] L'invention concerne enfin un module de disjoncteur tel que décrit ci-dessus, qui
comprend l'enveloppe, le fourreau et les déflecteurs.
[0028] Selon l'invention, le module peut être obtenu à partir de cinq pièces métalliques
assemblées entre elles dont :
- deux pièces moulées dont :
- une forme un couvercle comprenant les ouvertures de sortie des gaz,
- l'autre comprend une base à laquelle peut être fixé le contact d'arc fixe et forme
une partie du fourreau et un des deux déflecteurs qui comprend une partie dans laquelle
la buse isolante peut coulisser,
- trois pièces tubulaires formant respectivement l'enveloppe, l'autre partie du fourreau
et l'autre déflecteur, réalisées chacune à partir d'une feuille roulée.
[0029] Le module de l'invention peut également être réalisé à partir de six pièces métalliques
assemblées entre elles dont :
- trois pièces moulées dont :
- une forme un couvercle comprenant les ouvertures de sortie des gaz,
- une autre forme une partie du fourreau et une partie d'un des déflecteurs et comprend
une base à laquelle peut être fixé le contact d'arc fixe,
- et une dernière comprenant l'autre partie d'un des déflecteurs dans laquelle la buse
isolante peut coulisser,
- trois pièces tubulaires formant respectivement l'enveloppe, une partie du fourreau
et l'autre partie du fourreau, réalisées chacune à partir d'une feuille roulée.
[0030] De tels modules pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention sont avantageux,
car ils sont d'un coût de réalisation moindre du fait qu'en particulier, le moulage
de parties est réduit et que, l'assemblage entre les différentes parties est simplifié.
[0031] Le module comprenant six pièces métalliques a pour avantage d'avoir des moulures
plus simples.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
[0032] D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux à la lecture de la description
détaillée faite en référence aux figures annexées dans lesquelles :
- la figure 1 est une vue schématique, en coupe longitudinale, d'un disjoncteur selon
un mode de réalisation de l'invention,
- la figure 2 est une vue de face d'un module de disjoncteur selon un mode de réalisation
avantageux de l'invention,
- les figures 2A, 2B, 2C et 2D sont des vues en coupe longitudinale de la figure 2 respectivement
selon les plans AA, BB, CC et DD,
- la figure 3 est une vue de face d'un module de disjoncteur selon un autre mode de
réalisation avantageux de l'invention,
- les figures 3A à 3E sont des vues en perspective représentant les différentes pièces
du mode de réalisation selon la figure 3,
- la figure 3F est une vue partielle en coupe longitudinale de la figure 3 selon le
plan FF.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
[0033] Sur la figure 1, on a représenté en vue de coupe longitudinale un disjoncteur 1 sous
enveloppe métallique (GIS). Ce disjoncteur 1 à haute tension comprend une cuve métallique
2 remplie d'un gaz isolant (GI), une enveloppe 3 comprenant des ouvertures de sortie
de gaz 30. L'enveloppe est agencée à l'intérieur de la cuve métallique et communique
par les ouvertures de sortie de gaz pour évacuer des gaz isolant ou chaud (GI et GC
représentés par les flèches). Plus exactement, dans ce mode de réalisation selon la
figure 1, les ouvertures de sortie des gaz sont pratiquées à la périphérie de l'enveloppe
3 à proximité de son extrémité longitudinale 3b qui est la plus proche de la zone
de coupure.
[0034] Le disjoncteur 1 comprend également une paire de contacts d'arc dont seul le contact
fixe 40 est représenté (figure 1) et est fixé à l'enveloppe 3. L'autre contact mobile
en translation selon l'axe XX' est solidaire d'une buse isolante 41 prévue pour souffler
des gaz chauds générés lors de la séparation des contacts.
[0035] Selon l'invention, il est prévu des moyens 5 pour aspirer du gaz isolant GI depuis
l'intérieur de l'enveloppe 3, parallèlement au flux de gaz chauds GC soufflés lors
de la séparation des contacts, de manière à les mélanger (GI et GC) à l'intérieur
de l'enveloppe avant leur évacuation par les ouvertures de sortie de gaz de l'enveloppe
3, vers l'intérieur de la cuve métallique 2.
[0036] Dans le mode de réalisation de la figure 1, les moyens d'aspiration 5 comprennent
un fourreau 50 entourant le contact fixe 40 et, agencé à l'intérieur de l'enveloppe
3 en délimitant un passage débouchant 6 par l'intermédiaire d'une pluralité de trous
débouchant 500 répartis uniformément à la périphérie du fourreau 50. Les moyens d'aspiration
comprennent également un unique déflecteur sous la forme d'une partie tubulaire 51,
agencé à l'intérieur du fourreau, de sorte que les gaz chauds (GC) aspirent du gaz
isolant (GI) depuis les trous 500, c'est-à-dire exclusivement depuis l'intérieur de
l'enveloppe 3, le déflecteur 51 dévie le gaz isolant (GI) aspiré parallèlement au
flux de gaz chauds. L'agencement du déflecteur 51 dans le fourreau 50 est ainsi prévu
pour que seul le gaz isolant (GI) provenant de l'intérieur de l'enveloppe 3 est aspiré
et non pas par exemple les gaz en périphérie de la buse 41. Puis, le gaz isolant aspiré
et dévié se mélange avec les gaz chauds à l'intérieur de l'enveloppe 3.
[0037] Ainsi, selon le mode de réalisation illustré à la figure 1, les gaz chauds GC qui
quittent la buse 41 à vitesse élevée peuvent aspirer le gaz isolant, plus froid, respectivement,
depuis la partie extérieure de l'échappement (c'est-à-dire comprise entre le fourreau
50 et l'enveloppe 3), à travers la partie du passage de retour des gaz (c'est-à-dire
du bol 3a vers les ouvertures latérales) puis à travers les trous débouchant 500.
[0038] Sur le mode de réalisation des figures 2 à 2D, ainsi que sur celui des figures 3
à 3F, les ouvertures 30 de sortie des gaz sont pratiquées à l'une des extrémités longitudinales
3a de l'enveloppe 3 et les moyens d'aspirations comprennent deux déflecteurs 51, 52
coaxiaux par rapport à l'axe XX' de translation du contact mobile et de la buse 41,
l'un des deux déflecteurs 52 comprenant une pluralités d'échancrures 520 pratiquées
à l'une de ses extrémités longitudinales 52a, l'agencement réalisé entre l'enveloppe,
le fourreau et les deux déflecteurs 51,52 créant une chicane 7 d'amenée de gaz isolant
par les échancrures 520 (voir flèches recourbées sur figures 2A et 2C par exemple).
[0039] Plus exactement, dans ces deux modes de réalisation illustrés, l'un des deux déflecteurs
51 comprend deux parties des parois 510, 511 parallèles entre elles. L'autre déflecteur
52 est agencé entre ces deux parties des parois 510, 511 parallèles de sorte que la
chicane d'amenée de gaz isolant, ou chicane d'aspiration 7, est conformée en Z avec
l'intérieur du fourreau 50 parallèle à la paroi 511 (voir par exemple la figure 2A).
[0040] Dans le mode de réalisation illustré aux figures 2A à 2D, le module 8 selon l'invention
est obtenu à partir de six pièces métalliques imbriquées et vissées entre elles. Parmi
celles-ci, trois pièces sont moulées. L'une forme un couvercle 80 comprenant les ouvertures
30 de sortie des gaz. L'autre pièce 81 forme une partie du fourreau 50 avec une base
50A à laquelle peut être fixé le contact d'arc fixe, et une partie 511 d'un des deux
déflecteurs 51. La dernière pièce moulée comprend une autre partie 510 du déflecteur
51 dans laquelle la buse 41 peut coulisser. Enfin, trois pièces tubulaires forment
respectivement l'enveloppe 3, l'autre partie du fourreau 50 et l'autre déflecteur
52, réalisées chacune à partir d'une feuille roulée.
[0041] Dans le mode de réalisation illustré aux figures 3 à 3F, le module 8' selon l'invention
est obtenu à partir de cinq pièces métalliques imbriquées et vissées entre elles.
Parmi celles-ci, deux pièces sont moulées (figure 3A et figure 3B). L'une forme un
couvercle 80' comprenant les ouvertures 30 de sortie des gaz (figure 3A). L'autre
pièce 81' forme une partie du fourreau 50 avec une base 50A à laquelle peut être fixé
le contact d'arc fixe 40. L'autre pièce comprend intégralement un des deux déflecteurs
51 dont une partie 510 dans laquelle la buse isolante peut coulisser. Enfin, trois
pièces tubulaires forment respectivement l'enveloppe 3 (figure 3C), l'autre partie
du fourreau 50 (figure 3D) et l'autre déflecteur 52 (figure 3E), réalisées chacune
à partir d'une feuille roulée.
[0042] Autrement dit, les moyens d'aspiration 5 qui sont prévus dans les différents modes
de réalisation sont des moyens mécaniques qui tels qu'agencés dans la cuve métallique
consistent à réaliser une succion de la totalité des gaz chauds par les gaz isolants
froids. Ainsi, pour obtenir une aspiration optimale, les moyens mécaniques prévus
(déflecteur(s)) permettent de définir des chemins parcourus d'une part, par les gaz
chauds depuis la buse de soufflage jusqu'à la sortie de la cuve et d'autre part, par
les gaz isolants froids depuis leur entrée d'aspiration (entrée de chicane 7 dans
le mode de réalisation de la figure 2) jusqu'à la sortie de la cuve qui soient approximativement
de même longueur.
[0043] Des calculs ont montré que la mise en oeuvre du procédé selon l'invention sur un
disjoncteur était efficace. En particulier, il a été calculé que la pression statique
à l'intérieur de l'échappement qui guide les gaz chauds à partir de la buse isolante
était inférieure à la pression régnant entre l'échappement (enveloppe) et la cuve
métallique.
[0044] Grâce à l'invention, on raccourcit l'échappement d'un disjoncteur haute tension,
ce qui permet de réduire également l'encombrement longitudinal de la cuve métallique
associée. Cela est particulièrement important pour répondre aux exigences de transport,
avant leur installation in-situ, des cuves appelées « Dead Tank ».
1. Procédé d'évacuation de gaz chauds issus d'une coupure d'un disjoncteur (1) haute
tension comprenant une cuve métallique (2) remplie de gaz isolant, une enveloppe (3)
comprenant des ouvertures (30) de sortie de gaz et agencée à l'intérieur de la cuve
métallique (2) en communiquant par les ouvertures, caractérisé en ce qu'on aspire du gaz isolant (GI) depuis l'intérieur de l'enveloppe (3), parallèlement
à la totalité de flux de gaz chauds (GC) issus de la coupure, de sorte à les mélanger
à l'intérieur de l'enveloppe (3) avant leur évacuation par les ouvertures (30) de
sortie de gaz de l'enveloppe vers l'intérieur de la cuve métallique (2).
2. Disjoncteur (1) haute tension comprenant :
- une cuve métallique (2) remplie d'un gaz isolant (GI),
- une enveloppe (3) comprenant des ouvertures (30) de sortie de gaz, l'enveloppe étant
agencée à l'intérieur de la cuve métallique en communiquant par les ouvertures de
sortie de gaz pour évacuer des gaz (GI et GC),
- une paire de contacts (4) d'arc dont au moins un mobile en translation selon un
axe (XX'), qui est solidaire d'une buse isolante (41) pour souffler des gaz chauds
générés lors de la séparation des contacts,
- des moyens (5) pour aspirer du gaz isolant (GI) depuis l'intérieur de l'enveloppe
(3), parallèlement à la totalité de flux de gaz chauds (GC) soufflés lors de la séparation
des contacts, de manière à les mélanger (GI et GC) à l'intérieur de l'enveloppe avant
leur évacuation par les ouvertures (30) de sortie de gaz de l'enveloppe (3) et vers
l'intérieur de la cuve métallique (2).
3. Disjoncteur (1) selon la revendication 2, comprenant, en tant que moyens d'aspiration
de gaz isolant (5):
- un fourreau (50) entourant le contact fixe (40) et agencé à l'intérieur de l'enveloppe
(3) en délimitant un passage débouchant (6),
- au moins un élément formant déflecteur (51, 52), agencé à l'intérieur du fourreau,
de sorte que les gaz chauds (GC) aspirent du gaz isolant (GI) depuis le passage débouchant
(6), le(s) déflecteur(s) (51,52) dévie(nt) le gaz isolant (GI) aspiré parallèlement
au flux de gaz chauds et, le gaz isolant aspiré et dévié se mélange avec les gaz chauds
à l'intérieur de l'enveloppe (3).
4. Disjoncteur (1) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel les ouvertures (30) de
sortie des gaz sont pratiquées à l'une (3a) ou l'autre des extrémités longitudinales
de l'enveloppe (3).
5. Disjoncteur (1) selon l'une des revendications 3 ou 4, dans lequel le passage débouchant
(6) comprend une pluralité de trous (500) répartis uniformément à la périphérie du
fourreau (50).
6. Disjoncteur (1) selon l'une des revendications 3 ou 4, comprenant deux déflecteurs
(51,52) coaxiaux par rapport à l'axe (XX') de translation du contact mobile (41),
l'un des deux déflecteurs (52) comprenant au moins une échancrure (520) pratiquée
à l'une de ses extrémités longitudinales (52a), l'agencement réalisé entre l'enveloppe,
le fourreau et les deux déflecteurs (51,52) créant une chicane (7) d'amenée de gaz
isolant par l'échancrure (520).
7. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, dans lequel un des deux
contacts d'arc (40) est fixé à l'enveloppe (3) et l'autre est mobile en translation
selon l'axe (XX').
8. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, dans lequel les deux
contacts d'arc sont mobiles en translation selon un axe.
9. Module de disjoncteur (8') selon la combinaison des revendications 4, 6 et 7, comprenant
l'enveloppe (3), le fourreau (50) et les déflecteurs (51, 52),
caractérisé en ce qu'il est obtenu à partir de cinq pièces métalliques assemblées entre elles avec :
- deux pièces moulées dont :
• une forme un couvercle (80') comprenant les ouvertures (30) de sortie des gaz,
• l'autre (81') comprend une base (50A) à laquelle peut être fixé le contact d'arc
fixe (40) et forme une partie du fourreau (50) et un (51) des deux déflecteurs qui
comprend une partie (510) dans laquelle la buse isolante (41) peut coulisser,
- trois pièces tubulaires formant respectivement l'enveloppe (3) et l'autre partie
du fourreau (50) et l'autre déflecteur (52), réalisées chacune à partir d'une feuille
roulée.
10. Module (8) de disjoncteur selon la combinaison des revendications 4, 6 et 7, comprenant
l'enveloppe (3), le fourreau (50) et les déflecteurs (51, 52),
caractérisé en ce qu'il est obtenu à partir de six pièces métalliques assemblées entre elles avec :
- trois pièces moulées dont :
• une forme un couvercle (80) comprenant les ouvertures (30) de sortie des gaz,
• une autre (81) forme une partie du fourreau (50) et une partie (511) d'un (51) des
deux déflecteurs et comprend une base (50A) à laquelle peut être fixé le contact d'arc
fixe (40),
• et une dernière comprenant l'autre partie (510) d'un (51) des déflecteurs (51) dans
laquelle la buse isolante (41) peut coulisser,
- trois pièces tubulaires formant respectivement l'enveloppe (3) et l'autre partie
du fourreau (50) et l'autre déflecteur (52), réalisées chacune à partir d'une feuille
roulée.