DISPOSITIF DE COMMUTATION ÉLECTRIQUE À CAME BI-PISTE

Abstract

 La présente invention décrit un dispositif de commutation électrique comprenant :
- une embase de support (1) comprenant un axe de pivot (2) autour duquel pivote une came (3),
- un premier bras (4) d'entrainement ayant une extrémité d'entrainement couplée à la came afin de la faire pivoter par rapport à l'embase autour de l'axe de pivot,
- un deuxième bras (5) de commutation électrique par entrainement linéaire selon un axe du dit bras,
- le dit deuxième bras ayant :
a) une première extrémité munie d'un connecteur électrique mâle (6) dédié à être inséré dans ou retiré d'un connecteur électrique femelle (7) et ;
b) une deuxième extrémité entrainée par pivot de la came au moyen d'un couplage par coulissement, le dit couplage comprenant un premier coulisseau (8) solidaire de la deuxième extrémité du deuxième bras et coulissant dans une première piste curviligne (9) de la came,

- l'extrémité d'entrainement du premier bras d'entrainement de la came forme un moyen de couplage par coulissement, le dit couplage comprenant un deuxième coulisseau (10) solidaire de ladite extrémité du premier bras et coulissant dans une deuxième piste (11) de la came.
Le dit dispositif se caractérise en ce que la deuxième piste (11) comprend une portion de piste linéaire ayant un axe principal (12) passant par le point de pivot de la came.

Description

[0001] La présente invention concerne un dispositif de commutation électrique à came bi-piste selon le préambule de la revendication 1.

[0002] Dans des installations de disjoncteur ou sectionneur, en particulier sous haute tension, par exemple comme des postes à enveloppe métallique de type GIS (gas insultated switchgear) ou AIS (air insulated switchgear), il est visé de pouvoir connecter, mais surtout de déconnecter des éléments de connexion électrique, tel qu'un connecteur électrique mâle dédié à être inséré dans ou retiré d'un connecteur électrique femelle. A ce titre, il est prévu un dispositif de commutation électrique apte à connecter ou déconnecter mécaniquement les dits connecteurs.

[0003] Particulièrement en mode de déconnexion, il est requis d'atteindre une ouverture rapide et fiable entre le connecteur mâle et le connecteur femelle. A ce titre, un exemple de dispositif connu de commutation est donné au travers des figures 1, 2 et 3.

Figure 1 : dispositif de commutation électrique à came mono-piste en mode de connexion fermée,

Figure 2 : dispositif de commutation électrique à came mono-piste en mode de déconnexion intermédiaire,

Figure 3 : dispositif de commutation électrique à came mono-piste en mode de déconnexion finale.

Figure 1 présente ainsi un dispositif de commutation électrique comprenant :

• une embase de support (1) comprenant un axe de pivot (2) autour duquel pivote une came (3),
• un premier bras (4) d'entrainement ayant une extrémité d'entrainement couplée à la came afin de la faire pivoter par rapport à l'embase autour de l'axe de pivot,
• un deuxième bras (5) de commutation électrique par entrainement linéaire selon un axe du dit bras,
• le dit deuxième bras ayant :
  a) une première extrémité munie d'un connecteur électrique mâle (6) dédié à être inséré dans ou retiré d'un connecteur électrique femelle (7) et ;

  b) une deuxième extrémité entrainée par pivot de la came au moyen d'un couplage par coulissement, le dit couplage comprenant un premier coulisseau (8) solidaire de la deuxième extrémité du deuxième bras et coulissant dans une première piste curviligne (9) de la came,
• l'extrémité d'entrainement du premier bras d'entrainement de la came est formée par un moyen de couplage rotatif ponctuel (3') distinct de l'axe de pivot (2) afin de pouvoir exercer un moment (Mo) sur ladite extrémité et par conséquent de faire pivoter la came.

Ce dispositif de commutation électrique à came mono-piste est ici en mode de connexion fermée, c'est-à-dire que le connecteur électrique mâle (6) est inséré dans le connecteur électrique femelle (7). En d'autres termes, le connecteur femelle (7) est en position la plus rapprochée de l'embase (1). Sachant que ce guide d'entrée est couplé à l'autre extrémité du premier bras d'entrainement (4) de la came, le moyen de couplage rotatif ponctuel (3') est localisé loin du dit guide d'entrée ou du connecteur femelle (7), alors que inversement le premier coulisseau (8) est localisé au plus près du dit guide d'entrée ou du connecteur femelle (7). Par conséquent, le connecteur mâle (6) couplé au deuxième bras (5) lui-même couplé au premier coulisseau (8) est en position la plus enfoncée dans le dit guide d'entrée ou du connecteur femelle (7). Le dit premier coulisseau (8) est ainsi en position initiale sur une première extrémité de la piste curviligne (9).

Figure 2 présente selon figure 1 le même dispositif de commutation électrique à came mono-piste, toutefois en mode de déconnexion intermédiaire, c'est-à-dire lorsque le moment (Mo) exercé par l'extrémité d'entrainement du premier bras d'entrainement (4) de la came (3) se trouve dans un intervalle de valeurs maximales et permet ainsi à la came de pivoter sous un couple élevé d'entrainement, alors que l'effort d'entrainement (Fd) parallèle à l'axe du connecteur mâle est assuré par le retrait du connecteur femelle (7) plus loin de l'embase fixe (1) par rapport à la figure 1. L'effort résultant (Fr) selon la direction principale du premier bras d'entrainement (4) sur la came (3) est amoindri à environ 15% de l'effort d'entrainement (Fd) - (Fr = 85% x Fd) - parallèle à l'axe du connecteur mâle. Par soucis de clarté dans le présent document, les efforts de frictions ne sont pas considérés. Dans ce mode de déconnexion intermédiaire, il est aussi prévu que le connecteur mâle (6) se désolidarise du connecteur femelle (7) créant ainsi une rupture de contact sous arc électrique qui sera communément soufflé par une arrivée de gaz neutre ou du SF6 pendant la suite de la déconnexion. Egalement, le premier coulisseau (8) glisse dans la piste (9) dont la géométrie curviligne en forme de crochet ou « L » arrondi est adaptée pour minimiser des efforts de frictions du coulisseau avec des bords de ladite piste.

Figure 3 présente selon figure 2 le même dispositif de commutation électrique à came mono-piste, toutefois en mode de déconnexion finale pour une séparation mécanique et électrique totale des connecteurs mâle et femelle (6, 7). Le moment (Mo) exercé par l'extrémité d'entrainement du premier bras d'entrainement (4) de la came (3) revient ainsi dans un intervalle de valeurs minimales. De même, le premier coulisseau (8) atteint sa position finale à une seconde extrémité de la piste curviligne (9).

[0004] En considérant les figures 1 à 3 dans leur ordre inverse, il serait alors facile de comprendre le procédé opposé de (re)connexion des connecteurs mâle et femelle.

[0005] Il est aussi à noter que la géométrie curviligne (en crochet ou « L » arrondi) de la première piste (9) est disposée sur une majeure moitié de la came (3) et dont la première extrémité (position de coulisseau en figure 1) est plus éloignée de l'axe de pivot (2) que la deuxième extrémité (position de coulisseau en figure 3). Cette géométrie de piste permet une accélération de retrait du connecteur mâle (6) par rapport au connecteur femelle (7) lors du mode de déconnexion intermédiaire (figure 2). Cette accélération permet de diminuer la durée de coupure ou de soufflage de l'arc. A ce titre, il est fait référence à un document publié de type brevet FR2817389A qui avait été déposé le 30.11.2000 par une société maintenant affiliée au présent déposant. Principalement, cette publication présente au moyen des figures 1 à 6 et de leurs descriptions un dispositif de commutation analogue aux figures 1 à 3 précédemment décrites ci-dessus. Enfin, la publication inclut une figure 7 comprenant un dispositif analogue présentant cependant une came bi-piste, toutes deux à géométrie curviligne, au lieu d'une came mono-piste à géométrie curviligne.

[0006] Plus spécifiquement et par référence, la figure 7 de FR2817389A est reproduite dans la présente invention sous figure 4 et présente un dispositif de commutation électrique (120) comprenant :

• une embase de support comprenant un axe de pivot (voir croix) autour duquel pivote une came (184),
• un premier bras (186) d'entrainement ayant une extrémité d'entrainement couplée à la came afin de la faire pivoter par rapport à l'embase autour de l'axe de pivot,
• un deuxième bras (80) de commutation électrique par entrainement linéaire selon un axe du dit bras,
• le dit deuxième bras (80) ayant :
  a) une première extrémité munie d'un connecteur électrique mâle dédié à être inséré dans ou retiré d'un connecteur électrique femelle et ;

  b) une deuxième extrémité entrainée par pivot de la came au moyen d'un couplage par coulissement, le dit couplage comprenant un premier coulisseau (190a) solidaire de la deuxième extrémité du deuxième bras et coulissant dans une première piste curviligne (192a) de la came,
• l'extrémité d'entrainement du premier bras (186) d'entrainement de la came forme un moyen de couplage par coulissement, le dit couplage comprenant un deuxième coulisseau (190b) solidaire de ladite extrémité du premier bras et coulissant dans une deuxième piste (192b) de la came.

[0007] Cette alternative bi-piste décrite selon FR2817389A en p. 22, 1. 18-31 et figure 7 permet d'atteindre des vitesses (accélérations) de coupure identiques à celles des figures 1 à 5 de FR2817389A et donc sans avantage cinétique face aux figures décrites 1 à 3 dans le présent document comprenant une came mono-piste. D'après une étude plus précise des glissements des coulisseaux, il apparait aussi que des répartitions d'efforts latéraux des coulisseaux sur les bords de leur piste respective créent des effets de friction indésirables.

[0008] Un but de la présente invention est de proposer un dispositif de commutation électrique efficace permettant une vitesse de déconnexion des connecteurs mâle et femelle plus rapide, en particulier pour une application haute tension comme un disjoncteur ou sectionneur sous poste d'enveloppe métallique de type GIS.

[0009] A partir d'un dispositif de commutation électrique tel que décrit aux figures 1 à 3 et comprenant une came bi-piste tel que prévu à la figure 4, il est ainsi proposé un dispositif de commutation électrique selon les caractéristiques de la revendication 1. Ce même dispositif est aussi décrit sous un exemple de réalisation et d'application avantageuse fourni à l'aide de figures décrites :

Figure 5 : dispositif de commutation électrique à came bi-piste en mode de connexion fermée,

Figure 6 : dispositif de commutation électrique à came bi-piste en mode de déconnexion intermédiaire,

Figure 7 : dispositif de commutation électrique à came bi-piste en mode de déconnexion finale,

Figure 8 : Diagramme de vitesse de déplacement de bras du dit dispositif.

[0010] Un ensemble de sous-revendications présente également des avantages de l'invention.

[0011] Figure 5 présente ainsi un dispositif de commutation électrique comprenant :

• une embase de support (1) comprenant un axe de pivot (2) autour duquel pivote une came (3),
• un premier bras (4) d'entrainement ayant une extrémité d'entrainement couplée à la came afin de la faire pivoter par rapport à l'embase autour de l'axe de pivot,
• un deuxième bras (5) de commutation électrique par entrainement linéaire selon un axe du dit bras,
• le dit deuxième bras ayant :
  a) une première extrémité munie d'un connecteur électrique mâle (6) dédié à être inséré dans ou retiré d'un connecteur électrique femelle (7) et ;

  b) une deuxième extrémité entrainée par pivot de la came au moyen d'un couplage par coulissement, le dit couplage comprenant un premier coulisseau (8) solidaire de la deuxième extrémité du deuxième bras et coulissant dans une première piste curviligne (9) de la came,
• l'extrémité d'entrainement du premier bras d'entrainement de la came forme un moyen de couplage par coulissement, le dit couplage comprenant un deuxième coulisseau (10) solidaire de ladite extrémité du premier bras et coulissant dans une deuxième piste (11) de la came.

[0012] Le dit dispositif se caractérise enfin en ce que la deuxième piste (11) comprend une portion de piste linéaire ayant un axe principal (12) passant par le point de pivot (2) de la came.

[0013] Le dispositif de commutation électrique à came bi-piste selon figure 5 est ici en mode de connexion fermée analoguement à la figure 1, c'est-à-dire que le connecteur électrique mâle (6) est inséré dans le connecteur électrique femelle (7). Le deuxième coulisseau (10) se trouve à une extrémité de la deuxième piste (11) la plus éloignée du point de pivot (2). Le premier coulisseau (8) se trouve également à une extrémité de la première piste (9) la plus éloignée du point de pivot (2).

[0014] Lors d'un prochain mode de déconnexion (intermédiaire, puis finale) selon les figures suivantes 6 et 7, la première piste a un profil géométrique de glissement incurvé (puis linéaire) de sorte que pour un intervalle de positions du premier coulisseau sur ce profil en association à un intervalle de positions du deuxième coulisseau dans la deuxième piste, un entrainement linéaire du deuxième bras subit une accélération qui est ici un avantage considérable aussi présenté en figure 8.

[0015] Figure 6 représente le dispositif de commutation électrique selon figure 5, toutefois en mode de déconnexion intermédiaire, analoguement au mode de déconnexion intermédiaire de la figure 2. Le connecteur mâle (6) se désolidarise du connecteur femelle (7) créant ainsi une rupture de contact sous arc électrique qui sera communément soufflé par une arrivée de gaz neutre ou du SF6 pendant la suite de la déconnexion.

[0016] Ici, le deuxième coulisseau (10) se trouve à une autre extrémité de la deuxième piste (11) la plus proche du point de pivot (2). Le premier coulisseau (8) a alors parcouru plus de 30% sur la première piste (9) en direction de l'autre extrémité de la première piste (9) la plus proche du point de pivot (2).

[0017] L'effort d'entrainement (Fd) parallèle à l'axe du connecteur mâle (6) est assuré par le retrait du connecteur femelle (7) plus loin de l'embase fixe (1) par rapport à la figure 5. L'effort résultant (Fr) selon la direction principale - ici aussi avantageusement parallèle à l'axe du connecteur mâle - du premier bras d'entrainement (4) sur la came (3) est ainsi égal à 100% de l'effort d'entrainement (Fd) parallèle à l'axe du connecteur mâle. Le premier bras est ainsi couplé à un mécanisme de déplacement dudit bras selon une direction linéaire identique à celle de l'axe dudit premier bras, libre de rotation par rapport à l'embase de support. Le premier et le deuxième bras de forme longiligne forment des déplacements parallèles selon leurs axes pour toute position de leur coulisseau respectif avec une des pistes de la came. Même si cette configuration de transmission « parallèle » d'effort est optimale car permet une transmission intégrale des dits efforts, une rotation du premier bras peut être toutefois tolérée.

[0018] Par soucis de clarté dans le présent document, les efforts de frictions ne sont toujours pas considérés. Egalement, le premier coulisseau (8) glisse dans la piste (9) dont la géométrie curviligne en forme de crochet ou « L » arrondi est adaptée pour minimiser des efforts de frictions du coulisseau avec des bords de ladite piste.

[0019] Au plus simple, le dispositif selon l'invention prévoit ainsi que la deuxième piste est une ouverture oblongue linéaire. Il est à noter que la première et la deuxième pistes décrivent une forme en point d'interrogation (?) dont le point inférieur assimilé à la deuxième piste est toutefois oblong. Cette géométrie des pistes permet ainsi de fournir une accélération au premier coulisseau (8) afin de retirer plus vite le connecteur mâle (6) du guide d'entrée du connecteur femelle (7).

[0020] Enfin, un guide d'entrée sous forme de tuyère (7') entrainée par le premier bras (4) et de la came en mode de déconnexion permet de retirer par coulissement dans la dite tuyère le connecteur mâle (6) du connecteur femelle (7), la dite tuyère (7') étant mobile par rapport à l'embase de support (1) .

[0021] Figure 7 représente le dispositif de commutation électrique selon figure 5 ou 6, toutefois en mode de déconnexion finale, analoguement au mode de déconnexion finale de la figure 3. Le connecteur mâle (6) est ainsi complétement désolidarisé du connecteur femelle (7).

[0022] Ici, le deuxième coulisseau (10) se trouve de nouveau à l'extrémité initiale de la deuxième piste (11) la plus éloignée du point de pivot (2). Le premier coulisseau (8) a alors parcouru toute la première piste (9) en direction de l'autre extrémité de la première piste (9) la plus proche du point de pivot (2).

[0023] Figure 8 présente un exemple de diagramme de vitesse de déplacement des premier et deuxième bras du dit dispositif, afin d'illustrer l'effet avantageux d'accélération décrit précédemment.

[0024] Les courbes représentées sont une valeur (%) de déplacement (Di) en fonction d'une unité de temps (Tu) entre 0 et 1. Une première courbe (DS) indique ainsi la vitesse constante de retrait du premier bras (4) (lors du retrait du guide d'entrée 7). Une deuxième courbe (SC) indique la vitesse d'entrainement du connecteur mâle (6) pour un dispositif selon une des figures 1 à 3 (ou 4) : on peut y constater que dans l'intervalle de temps [0,2 ; 0,7], la dite vitesse de retrait du deuxième bras ou du connecteur mâle (6) est égale (et opposée) à celle du retrait du premier bras (4). Enfin, une troisième courbe (DC) indique la vitesse d'entrainement du connecteur mâle (6) pour un dispositif selon une des figures 5 à 7 : on peut y constater que, dans l'intervalle (HS) de temps [0,31 ; 0,46], la dite vitesse de retrait du deuxième bras ou du connecteur mâle (6) est augmentée (et opposée) par rapport à celle ( SC) du retrait du premier bras (4), il y a en effet une accélération d'un facteur 1,5 sur cet intervalle (HS) à haute vitesse, ce qui illustre bien l'effet souhaité par le dispositif selon l'invention, afin de rendre la déconnexion plus rapide et donc la coupure d'arc plus efficace.

Revendications

1. Dispositif de commutation électrique comprenant :

- une embase de support (1) comprenant un axe de pivot (2) autour duquel pivote une came (3),

- un premier bras (4) d'entrainement ayant une extrémité d'entrainement couplée à la came afin de la faire pivoter par rapport à l'embase autour de l'axe de pivot,

- un deuxième bras (5) de commutation électrique par entrainement linéaire selon un axe du dit bras,

- le dit deuxième bras ayant :

a) une première extrémité munie d'un connecteur électrique mâle (6) dédié à être inséré dans ou retiré d'un connecteur électrique femelle (7) et ;

b) une deuxième extrémité entrainée par pivot de la came au moyen d'un couplage par coulissement, le dit couplage comprenant un premier coulisseau (8) solidaire de la deuxième extrémité du deuxième bras et coulissant dans une première piste curviligne (9) de la came,

- l'extrémité d'entrainement du premier bras d'entrainement de la came forme un moyen de couplage par coulissement, le dit couplage comprenant un deuxième coulisseau (10) solidaire de ladite extrémité du premier bras et coulissant dans une deuxième piste (11) de la came,

caractérisé en ce que
la deuxième piste (11) comprend une portion de piste linéaire ayant un axe principal (12) passant par le point de pivot de la came.

2. Dispositif selon revendication 1, pour lequel en mode de déconnexion, la première piste a un profil géométrique de glissement incurvé puis linéaire de sorte que pour un intervalle de positions du premier coulisseau en association à un intervalle de positions du deuxième coulisseau dans la deuxième piste, un entrainement linéaire du deuxième bras subit une accélération.

3. Dispositif selon une des revendications 1 à 2, pour lequel le premier bras est couplé à un mécanisme de déplacement dudit bras selon une direction linéaire identique à celle de l'axe dudit premier bras, libre de rotation par rapport à l'embase de support.

4. Dispositif selon une des revendications 1 à 3, pour lequel le premier et le deuxième bras de forme longiligne forment des déplacements parallèles selon leurs axes pour toute position de leur coulisseau respectif avec une des pistes de la came.

5. Dispositif selon une des revendications 1 à 4, pour lequel la deuxième piste est une ouverture oblongue linéaire.

6. Dispositif selon une des revendications 1 à 5, pour lequel la première et la deuxième pistes décrivent une forme en point d'interrogation (?) dont le point inférieur est oblong.

Dessins