Disjoncteur à SF6 à condensateur incorporé

Description

[0001] La présente invention concerne un disjoncteur à gaz diélectrique à condensateur incorporé selon le préambule de la revendication 1. Un tel disjoncteur est connu, par exemple à partir du document US-A-4 383 150.

[0002] Les disjoncteurs à hexafluorure de soufre (SF6) pour la coupure de grands courants de défaut en ligne nécessitent souvent la présence à leurs bornes d'une capacité de grande valeur, par exemple de plusieurs milliers de picofarads. Dans la technique des disjoncteurs conventionnels (c'est-à-dire non blindés), cette capacité est logée dans une porcelaine qui pour des raisons de tenue d'isolement, est nécessairement de grandes dimensions. Selon la technique du document cité ci-dessus, le condensateur est disposé à côté du disjoncteur proprement dit dans une enceinte isolante commune.

[0003] Un but de l'invention est de réaliser un disjoncteur avec condensateur dans lequel le volume total est fortement réduit.

[0004] Cet objectif est atteint selon l'invention telle que définie par la revendication 1 . En ce qui concerne des exemples préférés de réalisation de ce disjoncteur, référence est faite aux revendications secondaires.

[0005] Le condensateur peut être placé à l'intérieur de la chambre, même lorsque s'y trouve déjà une varistance destinée à la protection contre les surtensions.

[0006] L'invention est précisée maintenant par la description de divers modes de réalisation, en référence au dessin annexé, dans lequel:

• la figure 1 est une vue partielle en coupe axiale d'une chambre de coupure avec condensateur et varistance placés à l'intérieur de la chambre, selon un premier mode de réalisation,
• la figure 2 illustre un mode de réalisation d'un mécanisme d'insertion de la varistance et des condensateurs,
• la figure 3 est une vue partielle en coupe axiale d'un disjoncteur avec condensateurs et varistance, selon un deuxième mode de réalisation de l'invention,
• la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne V-V de la figure 3,
• la figure 5 est une vue d'un mécanisme d'insertion des condensateurs et de la varistance, selon une autre variante.

[0007] Dans la figure 1, la référence 1 désigne une enveloppe isolante, de préférence en porcelaine, délimitant un volume 2 contenant les éléments de coupure du disjoncteur. L'enveloppe isolante est fermée à une extrémité par une plaque métallique 3, fixée à une couronne métallique 4 constituant une première prise de courant et prolongée, à l'intérieur de l'enveloppe, par des bras 5 auxquels sont fixés un premier tube métallique 6 constituant le contact principal fixe, et un second tube 7, coaxial au premier, et constituant le contact d'arc fixe.

[0008] Le volume 2 est rempli d'un gaz à bonnes propriétés diélectriques, tel que l'hexafluorure de soufre, sous une pression de quelques bars.

[0009] L'équipage mobile du disjoncteur comprend un tube métallique 9, prolongé par un capot pare-effluves 10, et muni d'une cloison métallique transversale 11 portant des doigts de contact 12 constituant le contact principal mobile et un tube de soufflage 13 prolongé par des doigts de contact 14 constituant le contact d'arc mobile. La cloison, percée de trous 15 pour le passage du gaz de soufflage, porte une buse de soufflage 17 en matériau isolant. Le soufflage est assuré par un piston fixe disposé à l'intérieur du tube 9 et non représenté dans la figure 1. Le tube 9 est relié, par des contacts glissants non représentés, à une deuxième prise de courant du disjoncteur.

[0010] Selon l'invention, le condensateur associé à la chambre de coupure est logé à l'intérieur de cette chambre. Il est constitué par l'empilage d'un certain nombre d'éléments de condensateur 30, disposés dans une enveloppe cylindrique isolante 31 fixée par une extrémité à la plaque 3 et fermée à l'autre extrémité par un bloc métallique 36.

[0011] L'insertion du condensateur en parallèle sur les contacts du disjoncteur est assurée par des bras métalliques 37 fixés au bloc 36 et munis à leur extrémité d'un anneau de contact 22, par exemple en cuivre. Cet anneau est en contact avec une électrode tubulaire métallique 23 rapportée sur le tube 9.

[0012] Lorsque le disjoncteur est en position enclenchée (position représentée dans la figure 1), l'anneau 22 est en contact avec l'électrode 23, de sorte que le condensateur formé des éléments 30 est connecté en parallèle aux bornes du disjoncteur.

[0013] Au cours du déclenchement, l'anneau 22 quitte l'électrode 23 qui se déplace avec l'équipage mobile vers le bas de la figure, de sorte que le condensateur est déconnecté lorsque le disjoncteur est en position déclenchée.

[0014] Le disjoncteur est représenté a la figure 1 en position déclenchée et on aperçoit le piston de soufflage 25.

[0015] La plaque 3 est percée d'un trou central pour permettre de loger une varistance constituée d'éléments 30 et une résistance en série constituée d'éléments 38, les éléments 30 et 38 étant empilés dans le tube isolant 31.

[0016] Les éléments de varistance peuvent être à base d'oxydes de zinc (ZnO) ou de carbure de silicium (CSi). Les éléments de résistance sont à base de carbone.

[0017] Le tube 31 est fixé à la partie supérieure d'un capot métallique 32 fermant la chambre de coupure à sa partie supérieure et en contact électrique avec la plaque métallique 3. L'empilement d'éléments est surmonté d'une plaque métallique 33 reliée par une tresse 34 au capot 32 et pressée par un ressort 35 contre le fond du capot.

[0018] Le tube 31 est fermé à sa partie inférieure par le bloc métallique 36 portant les bras 37 à l'extrémité desquels est fixé l'anneau métallique 22, par exemple en cuivre, coopérant avec l'électrode 23 pour l'insertion de la varistance.

[0019] Le condensateur 45 est réalisée sous une forme tronconique relié mécaniquement et électriquement, d'une part, à la plaque 3 et d'autre part au bloc métallique 36. Le condensateur 45, coaxial à la varistance et l'entourant partiellement, est connecté en parallèle sur la varistance, cet ensemble condensateur-varistance étant en parallèle avec les contacts du disjoncteur.

[0020] Le rôle de la varistance est de limiter les surtensions, le rôle du condensateur de valeur élevée étant d'allonger le temps de retard (td selon les normes CEI) de la tension transitoire de rétablissement et de réduire la fréquence d'oscillation de la tension de la ligne, lors de la coupure du défaut de courte distance (défaut kilométrique).

[0021] La figure 2 représente une variante de réalisation dans laquelle la tige 37 coopère avec une électrode tubulaire 46 reliée mécaniquement et électriquement au tube 9. Un anneau pare-effluves 47 solidaire de la tige 37 est placé au droit de l'extrémité de l'électrode. Pour des raisons de symétrie et d'équilibrage mécanique de l'appareil, le disjoncteur peut comporter une seconde électrode tubulaire coopérant avec un autre bras et placée symétriquement par rapport à l'axe du tube 9.
Les figures 3 et 4 illustrent une variante de réalisation du disjoncteur de l'invention; les éléments communs aux figures 1 3 et 4 ont reçu les mêmes numéros de référence.

[0022] Le condensateur est réalisé au moyen de plusieurs éléments de condensateur cylindriques 45A mis en parallèle, de préférence au nombre de 4; ils sont reliés mécaniquement et électriquement d'une part à la plaque 3 (qui peut avantageusement constituer avec la plaque 4 une seule et même pièce), et d'autre part au bloc 36 qui présente des épaulements 36A.

[0023] Ce mode de réalisation présente l'avantage, sur celui de la figure 2, de permettre l'emploi de condensateurs cylindriques du commerce.

[0024] Le mécanisme d'insertion de la figure 2 s'applique au mode de réalisation de la figure 3.

[0025] La figure 5 illustre un autre mode de réalisation du mécanisme d'insertion de la varistance et des condensateurs.

[0026] Le bras 37 porte une électrode 22 qui coopère avec un tube métallique 70 délimitant un volume 77 et muni d'un couvercle supérieur 71 percé d'un trou; une pièce métallique 72 présentant une tête 72A, une tige 72B et une butée 72C, peut se déplacer vis-à-vis du tube sur une longueur d.

[0027] La hauteur de la tête 72A est choisie pour ne pas venir au-dessus du capot 10 lorsque le disjoncteur est en position enclenchée (figure 5); la largeur du tube 72 est choisie pour que l'électrode 22 vienne en contact électrique avec le tube et la tête 72A au cours d'une manoeuvre d'ouverture du disjoncteur. Des trous 80 pratiqués dans le tube 70 évitent une compression du gaz trop rapide dans le volume 77 en début de course.

[0028] La pièce 72 est électriquement reliée par une tresse 73 au tube 70. Le tube 70 est fixé mécaniquement et relié électriquement au tube 9, par exemple par des brasures 74.

[0029] La tête 72A porte un aimant 75 qui, lorsque le disjoncteur est en position enclenchée, est en vis-à-vis d'un aimant 76 porté par le bras 37. La tête 72A peut être simplement en acier doux. Il est possible de remplacer les aimants 75 et 76 par les aimants 75A et 76A.

[0030] Le fonctionnement est le suivant:

• en position enclenchée, la varistance et les condensateurs sont court-circuités par les contacts du disjoncteur,
• au déclenchement, l'équipage mobile est déplacé vers le bas de la figure.

[0031] En raison de l'inertie et de l'attraction des aimants, la pièce 72 reste immobile, de sorte que la durée du contact entre l'électrode 22 et le tube 9, via le tube 70, la pièce 72 et la tresse 73, est allongée par rapport à celui de la réalisation de la figure 3, d'une durée correspondant au déplacement du tube 9.

[0032] Entre le moment où les contacts d'arc 7 et 14 se séparent et le moment où l'électrode 22 quitte la tête 72A, la varistance et les condensateurs sont insérés en parallèle sur l'arc de coupure. En fin de manoeuvre de déclenchement, la tête 72A retombe sur le couvercle 71. Il est possible de loger entre le couvercle 71 et la butée 72C un ressort de faible raideur pour faciliter le retour de la pièce 72 sur le couvercle 71 en fin de course.

[0033] A la fermeture du disjoncteur, le tube 70 entraîne la tête 72A qui vient se repositionner comme indiqué dans la figure 5, avec précision grâce aux aimants, en insérant la varistance avant l'entrée en contact des contacts d'arc 14 et 7.

[0034] Pour des raison d'équilibrage du dispositif, on placera avantageusement un deuxième système d'insertion, identique à celui qui vient d'être décrit, symétriquement par rapport à l'axe du tube 9.

[0035] Le disjoncteur dont plusieurs modes de réalisation viennent d'être décrits est un disjoncteur de la cinquième génération des disjoncteurs à SF6, après les disjoncteurs à double pression des années 1960 (première génération), les disjoncteurs à auto-soufflage (deuxième génération), les disjoncteurs à volume thermique (troisième génération), et les disjoncteurs à expansion thermique avec équipage mobile à déplacement assisté.

[0036] Ce disjoncteur de la cinquième génération permet une meilleure coupure et est auto-protégé contre les surtensions. Les dispositions de la présente invention sont applicables aux disjoncteurs blindés à cuve à la masse (disjoncteurs sous enveloppe métallique).

Revendications

1. Disjoncteur à haute tension comprenant, pour chaque phase, au moins une chambre de coupure comprenant une enveloppe isolante cylindrique étanche (1) remplie de gaz à bonnes propriétes diélectriques et contenant un contact d'arc fixe (7) et un équipage mobile comprenant des contacts d'arc (14), la chambre comprenant en outre un cylindre (9) et un piston (25) de soufflage et une buse de soufflage (17), ainsi qu'un condensateur (45, 45A) associé à un mécanisme (37: 23, 46, 55, 70-72) permettant son insertion momentanée en parallèle avec les contacts d'arc (7, 14) et des contacts permanents (6, 12) lors d'une operation de déclenchement ou d'enclenchement du disjoncteur, caractérisé en ce qu'une mise en série d'une varistance (30) en matériau à base d'oxydes de zinc ou en carbure de silicium avec une résistance (38) est électriquement reliée en parallèle audit condensateur, l'ensemble du condensateur, de la varistance et de la résistance étant disposé à l'intérieur de ladite enveloppe et étant associé au mécanisme d'insertion.

2. Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la varistance et la résistance sont constituées d'un empilage d'éléments (30,38) disposés dans un tube isolant (31), le condensateur étant réalisé sous la forme d'un tronc de cône (45) coaxial audit tube (31) et l'entourant au moins partiellement.

3. Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la varistance est constitué d'un empilage d'éléments (30) disposés dans un tube isolant (31), le condensateur étant réalisé sous la forme d'éléments cylindriques (45A) reliés électriquement en parallèle et disposés parallèlement à l'axe de l'enveloppe (1).

4. Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le mécanisme d'insertion comprend au moins un bras métallique (37) relié à l'un des points communs à la varistance et au condensateur, coopérant avec une électrode (46,72) en liaison électrique avec la seconde prise de courant.

5. Disjoncteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la seconde électrode est un tube (46) fixé à une pièce (9) de l'équipage mobile.

6. Disjoncteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la seconde électrode comprend une pièce métallique (72) ayant une tête (72A) en contact électrique avec le bras (37) lorsque le disjoncteur est en position enclenchée et un pied (72C) pouvant coulisser dans une pièce tubulaire métallique (70) mécaniquement et électriquement reliée à une pièce (9) de l'équipage mobile électriquement reliée à la seconde prise de courant, ledit pied étant électriquement relié à ladite pièce tubulaire par une tresse métallique (73), ladite tête (72A) portant un aimant (75) qui se trouve au droit d'un aimant (76) porté par ledit bras (37) lorsque le disjoncteur est en position enclenchée, ladite pièce métallique (72) présentant une inertie et une force d'attraction suffisantes pour lui permettre de rester un instant au contact de l'électrode (22) malgré le déplacement de l'équipage mobile lors d'une opération de déclenchement du disjoncteur.

Ansprüche

1. Hochspannungsschalter, der für jede Phase mindestens eine Trennkammer aufweist, die eine zylindrische dichte isolierende Hülle (1) besitzt, die mit einem Gas mit guten dielektrischen Eigenschaften gefüllt ist und einen festen Lichtbogenkontakt (7) und eine bewegliche Einheit mit Lichtbogenkontakten (14) enthält, wobei die Kammer weiter einen Zylinder (9), einen Blaskolben (25) und eine Blasdüse (17) sowie einen Kondensator (45, 45A) in Verbindung mit einem Mechanismus (37; 23, 46, 55, 70-72) aufweist, der seine vorübergehende Einfügung parallel zu den Lichtbogenkontakten (7, 14) und zu Dauerkontakten (6, 12) bei einem Ausschalt- oder Einschaltvorgang des Schalters erlaubt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Serienanordnung eines Varistors (30) aus einem Material auf der Basis von Zinkoxid oder Siliziumkarbid mit einem Widerstand (38) mit dem Kondensator elektrisch parallelgeschaltet ist, wobei die Einheit aus dem Kondensator, dem Varistor und dem Widerstand innerhalb der Hülle angeordnet und dem Einfügungsmechanismus zugeordnet ist.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Varistor und der Widerstand aus einem Stapel von Elementen (30, 38) bestehen, der in einem isolierenden Rohr (31) angeordnet ist, wobei der Kondensator in Form eines Kegelstumpfs (45) ausgebildet ist, der koaxial zum Rohr (31) liegt und es mindestens teilweise umgibt.

3. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Varistor aus einem Stapel von Elementen (30) besteht, die in einem isolierenden Rohr (31) angeordnet sind, während der Kondensator in Form von zylindrischen Elementen (45A) ausgebildet ist, die elektrisch parallelgeschaltet und parallel zur Achse der Hülle (1) angeordnet sind.

4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfügungsmechanismus mindestens einen metallischen Arm (37) aufweist, der mit einem der dem Varistor und dem Kondensator gemeinsamen Punkte verbunden ist und mit einer Elektrode (46, 72) zusammenwirkt, die in elektrischer Verbindung mit dem zweiten Stromanschluß steht.

5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode ein Rohr (46) ist, das an einem Teil (9) des beweglichen Elements befestigt ist.

6. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode ein metallisches Teil (72) aufweist, von dem ein Kopf (72A) in elektrischem Kontakt mit dem Arm (37) steht, wenn der Schalter sich in der eingeschalteten Stellung befindet, und von dem ein Fuß (72C) in einem metallischen rohrförmigen Teil (70) gleiten kann, das mechanisch und elektrisch mit einem Teil (9) des beweglichen Elements verbunden ist, das mit dem zweiten Stromanschluß verbunden ist, wobei der Fuß elektrisch mit dem rohrförmigen Teil über eine Metallitze (73) verbunden ist und der Kopf (72A) einen Magneten (75) trägt, der vor einem Magneten (76) des Arms (37) angeordnet ist, wenn der Schalter sich in der eingeschalteten Stellung befindet, wobei das Metallteil (72) eine Trägheit und eine Anziehungskraft aufweist, die ausreichen, um ihm zu erlauben, einen Moment in Kontakt mit der Elektrode (22) zu bleiben, trotz der Verschiebung des beweglichen Elements bei einem Ausschaltvorgang des Schalters.

Claims

1. A high tension circuit breaker comprising, for each phase, at least one current interrupting chamber comprising a gastight cylindrical insulating case (1) filled with gas having good dielectric properties and containing a fixed arcing contact (7), and moving equipment comprising arcing contacts (14), the chamber further comprising a cylinder (9) and a blast piston (25) and a blast nozzle (17), together with a capacitor (45, 45A) associated with a mechanism (37; 23, 46, 55, 70-72) enabling it to be inserted momentarily in parallel with the arcing contacts (7, 14) and the permanent contacts (6, 12) during a disengagement or an engagement operation of the circuit breaker, the circuit breaker being characterized in that a series connection of a resistor (38) and a varistor (30) made of a material based on zinc oxides or on silicon carbide is electrically connected in parallel to said capacitor, the capacitor, varistor and resistor all being disposed inside said case and being associated with the insertion mechanism.

2. A circuit breaker according to claim 1, characterized in that the varistor and the resistor are constituted by a stack of components (30, 38) disposed in an insulating tube (31), while the capacitor is made in the form of a truncated cone (45) coaxial with said tube (31) and surrounding it, at least in part.

3. A circuit breaker according to claim 1, characterized in that the varistor is constituted by a stack of components (30) disposed inside an insulating tube (31), while the capacitor is made in the form of cylindrical components (45A) electrically connected in parallel and disposed parallel to the axis of the case (1).

4. A circuit breaker according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the insertion mechanism comprises at least one metal arm (37) connected to one of the points common to the varistor and the capacitor, and co-operating with an electrode (46, 72) in electrical connection with the second current terminal.

5. A circuit breaker according to claim 4, characterized in that the second electrode is a tube (46) fixed to a piece (9) of the moving equipment.

6. A circuit breaker according to claim 4, characterized in that the second electrode comprises a metal piece (72) having a head (72A) in electrical contact with the arm (37) when the circuit breaker is in its engaged position, and a foot (72C) capable of sliding in a tubular metal piece (70) which is mechanically and electrically connected to the piece (9) of the electrical equipment which is electrically connected to the second current terminal, said foot being electrically connected to said tubular piece by a metal braid (73), said head (72A) carrying a magnet (75) which comes level with a magnet (76) carried by said arm (37) when the circuit breaker is in the engaged position, the inertia and the attraction force of said metal piece (72) being sufficient to enable it to remain for an instant in contact with the electrode (72) in spite of the moving equipment moving during a disengagement operation of the circuit breaker.

Dessins