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Dokumentenidentifikation EP1855300 27.12.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001855300
Titel Trennschalter für einen Wechselstromschalter, der von einem Servomotor betätigt wird
Anmelder Areva T&D S.A., Paris, FR
Erfinder Allaire, Xavier, 69680, CHASSIEU, FR;
Frigiere, Denis, 69150, DECINES, FR;
Willieme, Jean-Marc, 69350, LA MULATIERE, FR
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LI, LT, LU, LV, MC, MT, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 10.05.2007
EP-Aktenzeichen 071079065
EP-Offenlegungsdatum 14.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.12.2007
IPC-Hauptklasse H01H 33/66(2006.01)A, F, I, 20071016, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H01H 33/36(2006.01)A, L, I, 20071016, B, H, EP   
IPC additional class H01H 33/00  (2006.01)  A,  L,  N,  20071016,  B,  H,  EP
H01H 33/12  (2006.01)  A,  L,  N,  20071016,  B,  H,  EP

Beschreibung[fr]
DOMAINE TECHNIQUE

L'invention concerne un disjoncteur sectionneur d'alternateur comprenant :

  • un premier interrupteur comprenant une première paire de contacts mobiles l'un par rapport à l'autre en translation selon un premier axe ;
  • un deuxième interrupteur de coupure comprenant une deuxième paire de contacts mobiles l'un par rapport à l'autre en translation selon un deuxième axe, le deuxième interrupteur étant mis en parallèle du premier interrupteur ;
  • un troisième interrupteur sectionneur comprenant une troisième paire de contacts mobiles l'un par rapport à l'autre ;
  • des moyens de synchronisation permettant, lors d'une interruption, la séparation des contacts du premier interrupteur avant la séparation des contacts du deuxième interrupteur, qui eux-mêmes se séparent avant que les troisièmes contacts ne se séparent entièrement.

On connaît déjà ( EP 0 877 405 , EP 0878 817 ) des appareils de ce type. Leur manoeuvre est assurée par une commande unique liée au pôle par une cinématique destinée à assurer la séquence de fonctionnement du disjoncteur. Toutefois, la combinaison d'une commande et d'une cinématique capable d'ouvrir un circuit principal, un disjoncteur, puis un sectionneur puis d'actionner un indicateur de position sont d'une conception très difficile de part l'antinomie des exigences des mouvements de chacun des équipements et de la durée des mouvements de commandes classiques des disjoncteurs. Cette séquence d'actionnement est également rendue complexe par le rassemblement de contraintes tantôt géométriques, tantôt temporelles.

On connaît également ( EP 1 108 261 ) l'utilisation d'un servo-moteur pour actionner un disjoncteur. Toutefois, le servo-moteur ne s'applique pas à la manoeuvre de plusieurs appareils de commutation par l'intermédiaire d'une même chaîne cinématique.

La présente invention a pour objet un disjoncteur sectionneur d'alternateur qui remédie à ces inconvénients. Ces buts sont atteints par le fait que les moyens de synchronisation sont actionnés par un servo-moteur.

Grâce à cette caractéristique on peut maîtriser les caractéristiques de déplacement des contacts en fonction du temps par un procédé électronique. Cela permet d'ajuster l'énergie de la commande aux besoins exacts du mouvement à réaliser.

Avantageusement le servo-moteur actionne les moyens de synchronisation de manière à obtenir une vitesse d'ouverture des contacts du premier interrupteur compris entre 1,5m/s et 2,5m/s pendant environ la première moitié de la course d'ouverture de ces contacts et une vitesse comprise entre 0,5m/s et 0,8m/s pendant la seconde moitié de la course d'ouverture de ces contacts.

Grâce à cette caractéristique on génère un mouvement rapide en début de cycle qui se ralentit fortement en une partie du cycle pour attendre l'extinction de l'arc et le mouvement du sectionneur.

De préférence les moyens de synchronisation sont conçue de manière que le deuxième interrupteur s'ouvre sensiblement lorsque le premier interrupteur a effectué la moitié de sa course et à une vitesse d'ouverture comprise entre 1,5m/s et 2,5m/s.

De préférence le troisième interrupteur s'ouvre lorsque la premier interrupteur a parcouru sensiblement les deux tiers de sa course d'ouverture. Avantageusement les moyens de synchronisation sont conçus de telle manière que la vitesse d'ouverture du troisième interrupteur soit comprise entre 1,5m/s et 2,5m/s.

Des caractéristiques complémentaires optionnelles ou alternatives sont énumérées ci-après :

  • les contacts de la troisième paire du troisième interrupteur sont mobiles l'un par rapport en translation selon un troisième axe et l'un au moins des deuxième ou troisième axes est sécant du premier axe ;
  • le troisième axe est sensiblement parallèle au premier axe ;
  • le deuxième axe est sécant du premier axe ;
  • les contacts de la troisième paire sont mobiles l'un par rapport à l'autre par pivotement autour d'un axe ;
  • le troisième interrupteur est en série avec le deuxième interrupteur est leur ensemble étant parallèle avec le premier interrupteur ;
  • le deuxième axe fait un angle sensiblement égal à 90 degrés par rapport au premier axe ;
  • chaque paire de contacts est associée à l'actionnement mobile sous l'action de moyens de commande ;
  • le disjoncteur comprend des moyens de synchronisation adaptés pour séparer dans cet ordre les contacts du premier interrupteur puis du deuxième interrupteur puis du troisième interrupteur.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisations donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées. Sur ces figures :

  • la figure 1 illustre schématiquement le principe de coupure d'un disjoncteur sectionneur selon l'invention ;
  • la figure 2 montre un mode de réalisation préféré du disjoncteur selon l'invention ;
  • les figures 3A à 3F illustrent une séquence de coupure pour un disjoncteur d'alternateur selon un autre mode de réalisation de l'invention ;
  • la figure 4 représente trois courbes qui représentent la course des trois interrupteurs en fonction du temps.

Le principe de fonctionnement d'un disjoncteur, et en particulier d'un disjoncteur d'alternateur selon l'invention, est schématisé en figure 1, avec un circuit principal dans lequel circule en fonctionnement une intensité I0 proche de l'intensité nominale I, et un circuit auxiliaire sollicité pour la coupure de court-circuit.

Pour un disjoncteur d'alternateur, le passage d'un courant I d'une intensité nominale supérieure à plusieurs milliers d'ampères nécessite l'utilisation sur le circuit principal d'un interrupteur 10 dont les contacts sont particulièrement conducteurs, par exemple en cuivre ; leur pouvoir de coupure est cependant limité en raison de la génération d'arcs électriques. Un deuxième interrupteur 20 de coupure est mis en parallèle avec le premier 10 afin d'effectuer la fonction de coupure proprement dite, l'ouverture du premier interrupteur 10 commutant de fait le courant I du circuit principal sur ce circuit auxiliaire ; les contacts de ce deuxième interrupteur 20, par exemple en tungstène, sont de performance limitée en ce qui concerne le passage du courant nominal I, mais possèdent un fort pouvoir de coupure.

Ainsi, les fonctions de transmission du courant permanent et de coupure de court-circuit sont séparées : en cas de sollicitation, le premier interrupteur 10 est tout d'abord activé, le courant I passe alors totalement dans le circuit auxiliaire et entraîne l'ouverture du deuxième interrupteur 20 pour obtenir la fonction de coupure. En outre, un troisième interrupteur 30 est ensuite ouvert : sa fonction est principalement une fonction de sécurité, son association sur le circuit auxiliaire permettant d'éviter une baisse de tenue diélectrique du deuxième interrupteur 20 qui pourrait accidentellement permettre le passage de courant dans la branche associée.

Pour refermer un tel disjoncteur, l'ordre est inversé : le sectionneur 30 est d'abord refermé, puis l'interrupteur de coupure 20, et enfin le premier interrupteur 10.

Chacun des interrupteurs 10, 20, 30 comprend une paire de contacts mobiles l'un par rapport à l'autre ; avantageusement, le premier contact 12, 22, 32 de chaque paire est fixe, et le deuxième contact 14, 24, 34 est mobile par rapport au premier. Selon un premier mode de réalisation illustré en figure 2, chacun des contacts mobiles se déplace par translation le long d'un axe AA, BB, CC respectif.

En particulier, le premier interrupteur 10 peut être du type à gaz ; il peut aussi, notamment si le courant nominal est très élevé, s'agir lui-même d'un appareil de commutation comprenant deux interrupteurs mis en parallèle l'un par rapport à l'autre. De préférence cependant, tel qu'illustré, le premier interrupteur 10 est un interrupteur dans l'air comprenant un premier contact 12 tubulaire dans lequel peut s'insérer un deuxième contact 14 tubulaire également.

Le deuxième interrupteur 20 peut être un disjoncteur à gaz, du type SF6 ; de préférence, comme le courant I - I0 le traversant est faible en fonctionnement normal, il s'agit d'une ampoule à vide : ceci permet d'éviter l'utilisation de l'hexafluorure de soufre qui ne remplit pas tous les critères écologiques, et réduit les coûts. Le contact mobile 24 du deuxième interrupteur 20 est déplacé au moyen d'une barre d'actionnement 44 mobile le long de l'axe BB.

Enfin, le troisième interrupteur 30 peut, selon un mode de réalisation, comprendre un contact fixe 32 dans lequel peut s'insérer un autre contact mobile 34 le long de l'axe CC d'ouverture/fermeture, du type tige. La tige 34 peut être déplacée par l'intermédiaire d'une barre 46 en translation.

Un servo-moteur 40 permet le déplacement des premier 14, deuxième 24 et troisième 34 contacts mobiles. A cette fin, le servo-moteur 40 est relié de façon fonctionnelle à chacun des actuateurs 42, 44, 46. Des moyens de synchronisation 50 permettent de différer les ouvertures relatives des interrupteurs 10, 20, 30.

Le servo-moteur 40 ouvre d'abors le premier interrupteur 10. Cette ouverture se fait, dans une première partie de la course d'ouverture des contacts à une vitesse relativement rapide, comprise entre 1,5m/s et 2,5m/s et de préférence égale à 2m/s. Cette première partie s'étend sur, sensiblement, la moitié de la course d'ouverture du premier interrupteur 10.

Lorsque le premier interrupteur a atteint une distance d'ouverture suffisante, les moyens de synchronisation 50 commandent l'ouverture du deuxième interrupteur 20. Cette distance suffisante est fonction du voltage. A titre d'exemple une distance d'ouverture de 70mm peut être suffisante pour une tension de 61kV. En tout état de cause, le deuxième interrupteur s'ouvre au plus tard lorsque le premier interrupteur a parcouru la moitié de sa course. Par exemple, si la couse du premier interrupteur est de 170mm, le deuxième interrupteur s'ouvrira au plus tard lorsque les contacts mobiles du premier interrupteur auront parcouru 85mm. Sa vitesse d'ouverture et relativement rapide, environ 2m/s.

Le premier interrupteur ayant parcouru la moitié de sa course, le servo-moteur ralentit sa vitesse d'actionnement du mécanisme de synchronisation 50 de telle sorte que la seconde moitié de l'ouverture des contacts 12, 14 s'effectue relativement lentement. Par relativement lentement, il faut entendre que la vitesse d'ouverture,exprimée en m/s est environ trois fois plus lente que la vitesse relativement rapide. Ainsi, la vitesse d'ouverture relativement lente du premier interrupteur sera comprise entre 0,5 et 0,8m/s.

Le disjoncteur 20 étant ouvert, les moyens de synchronisation font que l'on attend un certain temps nécessaire pour l'extinction de l'arc du disjoncteur 20 avant de déplacer le troisième contact 34 du sectionneur 30. Le sectionneur ayant atteint une distance de sectionnement suffisante, le servo-moteur déplace un indicateur de position (non représenté) dont la fonction est d'indiquer si le disjoncteur est ouvert ou fermé.

Bien que chaque barre d'actionnement 42, 44, 46 de ce mode de réalisation se déplace en translation et soit solidaire des mêmes moyens de commande 40, les trois axes AA, BB, CC d'ouverture/fermeture ne sont pas nécessairement parallèles, l'un au moins étant sécant au premier axe AA par exemple. Pour des raisons de compacité, il est préférable de disposer au moins un axe BB selon un angle d'environ 90° par rapport au premier axe AA. Bien que cette configuration nécessite des agencements différents des paires de contacts 12, 14 ; 22, 24 ; 32, 34 et de leurs moyens de mise en mouvement 42, 44, 46, il apparaît que cette géométrie, a priori écartée pour des raisons de complexité de la synchronisation, puisse être retenue.

Les moyens de synchronisation 50 peuvent ainsi par exemple comprendre, sur la barre d'actionnement 42 du premier interrupteur 10, une rainure 52 généralement longitudinale le long de l'axe AA de la barre mais comprenant une partie oblique, la rainure étant associée à un élément de type ergot 54 solidaire de la deuxième barre 44 d'actionnement, de sorte que, dans un premier temps, lors du mouvement du premier contact 14 mobile, la position de l'ergot 54 reste stable, puis, dans un deuxième temps, l'ergot 54 est déplacé de façon à écarter le deuxième contact 24 mobile du deuxième contact fixe 22.

Il peut être avantageux que les axes AA, CC de l'interrupteur de commutation 10 et du sectionneur 30 soient parallèles, comme illustré sur la figure 2, mais d'autres options sont possibles, tel que décrit plus loin. Les moyens de synchronisation 50 peuvent comprendre un système similaire au précédent 52, 54 pour différer l'ouverture du sectionneur 30 par rapport à l'interrupteur de coupure 20 ; il est cependant préférable que les moyens de synchronisation 50 soient associés directement entre premier et troisième interrupteurs 10, 30. Par exemple, les moyens de synchronisation 50 comprennent un bras de levier 56 couplé à une partie d'extrémité au troisième contact mobile 34 et dont l'axe de pivotement est associé à une rainure 58 localisée dans la barre d'actionnement 46 du troisième interrupteur 30 : les barres d'actionnement 42, 46 des premier et troisième interrupteurs 10, 30 sont déplacées conjointement par les moyens d'actionnement 40, mais un retard au déplacement du troisième contact 34 est généré par la latence avant le pivotement du levier 56.

D'autres solutions d'actionnement et de synchronisation sont bien entendu envisageables.

En particulier, tel qu'illustré en figure 3, l'interrupteur de section 30' peut fonctionner sur un autre principe du type « sectionneur à couteau ». Dans le disjoncteur d'alternateur illustré, l'interrupteur principal 10' comprend deux contacts 12' , 14' mobiles relativement en translation, disposés dans une enveloppe comme un tube de diamètre 200 mm ; dans une position de fonctionnement illustrée en figure 3A, le courant I0 d'alternateur circule dans ce circuit principal (voir flèche).

Lorsqu'une coupure est requise, le servo-moteur 60 sépare relativement rapidement les deux contacts 12', 14' : l'actionnement est effectué au moyen d'une barre 42' . Dans un premier temps illustré en figure 3B, le courant I conserve son chemin principal, mais un arc est formé, couvrant la distance entre les deux contacts 12', 14' de l'interrupteur 10' ; puis, l'interruption sur le circuit principal est achevée (figure 3C), et le courant circule uniquement sur le circuit auxiliaire, les moyens de retardement 50' ayant différé l'ouverture des contacts 22', 24' de l'interrupteur de coupure 20'. Par exemple, la distance diélectrique sur le circuit principal permet de tenir la tension transitoire de rétablissement, c'est-à-dire que la barre d'actionnement 42' se déplace d'environ la moitié de sa course totale avant ouverture de la chambre à vide 20'.

Pour réaliser la coupure du courant de court-circuit, le servo-moteur 60' déplace en translation les deux contacts 22', 24' mobiles relativement de la chambre de coupure 20' selon un axe orthogonal à l'axe de translation du premier interrupteur 10' : figure 3D. Le déplacement des deux contacts 22', 24' est effectué au moyen d'une barre d'actionnement 44' orthogonale à la barre 42', solidaire de cette dernière par l'intermédiaire des moyens de retardement 50', par exemple au moyen d'un ergot 54' se déplaçant dans une rainure 52' de la première barre d'actionnement 42'. Lors de l'écartement des contacts 22', 24', un arc se crée, puis, très rapidement, la coupure est achevée : figure 3E.

Pendant ces étapes, l'interrupteur 30' de section n'est pas sollicité grâce aux moyens de retardement 50'. A partir de ce point, le servo-moteur 60' manoeuvre les contacts relativement lentement. Le contact fixe 32' du sectionneur 30' est solidaire du contact fixe 12' du premier interrupteur ; le deuxième contact 34' du sectionneur 30' est mobile relativement par pivotement autour d'un axe 36'. Les moyens d'actionnement 46' des contacts 32', 34' de cet interrupteur 30' sont solidaires de la première barre 42' ; par ailleurs, au niveau du pivot 36', le contact mobile 34' comprend des moyens de retardement 56' sous la forme d'une gorge complémentaire d'un ergot de la barre d'actionnement 46' mais permettant un déplacement relatif avant entraînement par la barre 46' du contact 34' en rotation autour de son axe 36' : enfin, tel qu'illustré en figure 3F, la section est achevée.

Naturellement, d'autres actionnements sont possibles : par exemple, le sectionneur 30' peut également se déplacer dans un plan « horizontal », c'est-à-dire, dans le cadre représenté, par pivotement autour d'un axe 36' parallèle à l'un des axes de translation des contacts des deux autres interrupteurs 10', 20'.

Sur la figure 4 la référence 110 représente la courbe de la course d'ouverture du premier contact 10, la référence 120 représente la course d'ouverture du deuxième interrupteur 20 et la référence 130 la courbe d'ouverture du troisième interrupteur 30. Comme on le constate, la courbe 110 présente une partie de forte pente 132 et une partie 134 d'une pente relativement plus faible. La partie 132 correspond à la partie du cycle pendant laquelle le servo-moteur 40 ou 60' actionne relativement rapidement les moyens de synchronisation et la partie 134 correspond à la seconde partie du cycle d'ouverture du disjoncteur sectionneur durant laquelle le servo-moteur actionne relativement lentement ces mêmes moyens de synchronisation. A titre d'exemple, la partie 132 de la courbe 110 correspond à une vitesse d'ouverture de 2 m/s tandis que la partie 134 de cette même courbe correspond à une vitesse d'ouverture de 0,6m/s. En d'autres termes, la vitesse d'ouverture est plus de trois fois supérieure durant la partie de cycle d'ouverture relativement rapide que durant la partie du cycle d'ouverture relativement lente. Le point 135 de transition entre les deux parties de la courbe est situé sensiblement à la moitié de la course d'ouverture du premier interrupteur 10. Comme on peut le voir sur la figure 4, l'ouverture 136 de l'interrupteur de coupure 20 s'effectue sensiblement vers la fin de la période d'ouverture rapide et la pente de la partie 136 est sensiblement égale à la pente de la partie 132 c'est-à-dire qu'elle correspond à une vitesse approximativement de deux m/s, dans l'exemple. Après la fin de l'ouverture de l'interrupteur de coupure 20 on attend un certain délai, par exemple une dizaine de millisecondes comme représenté par le segment de droite 138 avant l'ouverture du troisième interrupteur sectionneur 30. A ce point, le premier interrupteur a parcouru sensiblement les deux tiers de sa course d'ouverture. L'ouverture de l'interrupteur sectionneur 30 s'effectue alors relativement rapidement, comme le montre la pente 140 de la courbe 120, c'est-à-dire à une vitesse de 2m/s environ et cela bien qu'à ce moment le servo-moteur actionne relativement lentement l'ouverture du premier contact. L'ouverture relativement rapide du troisième interrupteur est obtenue par la construction des moyens de synchronisation, par exemple par le rapport des bras de levier 42 et 56 (voir figure 2).


Anspruch[fr]
Disjoncteur sectionneur d'alternateur comprenant : - un premier interrupteur (10) comprenant une première paire de contact (12, 14, 12', 14') mobiles l'un par rapport à l'autre en translation selon un premier axe (AA) ; - un deuxième interrupteur (20, 20') de coupure comprenant une deuxième paire de contact (21, 24, 22', 24') mobiles l'un par rapport à l'autre en translation selon un deuxième axe (BB), le deuxième interrupteur (20, 20') étant mis en parallèle du premier interrupteur (10, 10') ; - un troisième interrupteur (30, 30') sectionneur comprenant une troisième paire de contact (32, 34, 32', 34') mobile l'un par rapport à l'autre ; - des moyens de synchronisation (50, 50') permettant lors d'une interruption, la séparation des contacts du premier interrupteur (10, 10') avant la séparation des contacts du deuxième interrupteur (20, 20') qui eux-mêmes se séparent avant que les troisièmes contacts (32, 34, 32', 34') ne se séparent entièrement ; caractérisé en ce que les moyens de synchronisation sont actionnés par un servo-moteur (40, 60') . Disjoncteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le servo-moteur (40, 60') actionne les moyens de synchronisation (50, 50') de manière à obtenir une vitesse d'ouverture des contacts (12, 14, 12', 14') du premier interrupteur (10) comprise entre 1,5m/s et 2,5m/s pendant environ la première moitié de la course d'ouverture de ces contacts et une vitesse comprise entre 0,5m/s et 0,8m/s pendant la seconde motié de la course d'ouverture de ces contacts. Disjoncteur selon la revendication 2 caractérisé en ce que les moyens de synchronisation (50) sont conçus de manière que le deuxième interrupteur s'ouvre sensiblement lorsque le premier interrupteur (10) a effectué la moitié de sa course et à une vitesse d'ouverture comprise entre 1,5m/s et 2,5m/s. Disjoncteur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le troisième interrupteur s'ouvre lorsque le premier interrupteur (10) a parcouru sensiblement les deux tiers de sa course d'ouverture. Disjoncteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de synchronisation sont conçus de telle manière que la vitesse d'ouverture du troisième interrupteur (30) soit comprise entre 1,5m/s et 2,5m/s. Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les contacts de la troisième paire du troisième interrupteur (30) sont mobiles l'un par rapport l'autre en translation selon un troisième axe (CC) l'un au moins des deuxième et troisième axes étant sécant du premier axe (AA). Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le troisième axe (CC) est sensiblement parallèle au premier axe (AA). Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les contacts de la troisième paire (32', 34') sont mobiles l'un par rapport à l'autre par pivotement autour d'un axe (36') . Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le troisième interrupteur (30, 30') est en série avec le deuxième interrupteur (20, 20') et leur ensemble étant parallèle avec le premier interrupteur (10, 10'). Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le deuxième axe (BB) fait un angle sensiblement égal à 90° par rapport au premier axe (AA). Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que chaque paire de contact est associée à une barre d'actionnement (42, 44, 46) mobile sous l'action de moyens de commande (40). Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les moyens de synchronisation (50, 50') sont adaptés pour séparer dans cet ordre les contacts du premier interrupteur (10, 10') puis du deuxième interrupteur (20, 20') puis du troisième interrupteur (30, 30'). Disjoncteur selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens de synchronisation (50, 50') sont adaptés pour refermer succesivement les contacts des interrupteurs (10, 20, 30, 10', 20', 30') dans l'ordre inverse de leur séparation.






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