Brevet FR2004117A1 — publié le 19691121

i 2Q04117 La présente invention concerne, d'une manière générale, les interrupteurs électriques et se rapporte, plus particulièrement, aux interrupteurs de shuntage pour courants à haute intensité,interrupteurs qui comprennent des moyens pour empêcher la détério-5 ration des surfaces de contact par les étincelles. La fabrication du chlore gazeux implique, selon un procédé connu, l'emploi d'une série de "cellules" électrolytiques connectées dans des circuits électriques en série. Des courants électriques à intensité extrêmement élevée, allant jusque 300.000, voire 10 même 500.000 ampères, peuvent se présenter en cours de fonctionnement de telles cellules. Gomme ces circuits en série doivent fonctionner continuellement (c'est-à-dire 24 heures sur 24 pendant plusieurs semaines de suite) on doit prévoir des moyens pour séparer une cellule individuelle de son circuit série, aux fins de 15 nettoyage et drentretien, sans interrompre le flux de courant à travers les autres cellules branchées dans le même circuit. Cet objectif est atteint dans la pratique grâce à l'emploi d'interrupteurs de shuntage normalement ouverts, que l'on peut fermer, de manière à mettre le courant en "shunt" ou en "dérivation" 20 autour d'une cellule qu'il s'agit de reviser. Etant donné les courants extrêmement élevés qui se présentent dans ces opérations et, de plus, en raison de l'atmosphère corrosive qui y existe, l'érosion des surfaces de contact de l'interrupteur, due aux arcs électriques lors de l'ouverture et de la fermeture, pose un grave 25 problème. La formation d'arcs aux surfaces de contact est considérée comme un aspect pratiquement inévitable des opérations de manoeuvre en courants à haute intensité» Dans la technique antérieure, cette difficulté était combattue par l'emploi pour les éléments de surface des pièces de con-30 tact, d'alliages spéciaux résistant à l'érosion. ïoutefois, cette solution comporte l'inconvénient d'être basée sur un matériau de contact qui est le résultat d'un compromis et qui ne possède, ni la conductivité optimum pour le courant de régime désiré, ni la résistance optimum à 1'érosion pendant des durées de service pro-35 longées. Dans les dispositifs connus à ce jour, le remplacement des surfaces de contact érodées, représente généralement une opération difficile et fastidieuse. Ceci est dû. au fait que les pièces de contact doivent être fixées aussi solidement que possible à 40 l'appareil de manoeuvre, pour atteindre le courant de régime dé- 09 07491 2 2004117 siréde lrappareil. Ainsi, une conception judicieuse exige l'éliiai- t nation, dans les trajets sous courant de ces interrupteurs, des interfaces mécaniques à boulonnage ou à serrage, partout où cela est possible. Pour cette raison, les pièces de contact électri-5 ques de l'interrupteur sont souvent brasées ou assemblées d'une manière similaire, au corps de l'interrupteur. Ce procédé de construction présente de nombreuses difficultés lorsqu'on essaie de remplacer les éléments de surface des pièces de contact. Une autre difficulté que présente l'emploi d'interrupteurs 10 de cette espèce, réside dans la dilatation thermique des éléments conducteurs. L'installation de ces interrupteurs exige fréquemment la fixation directe des bornes de l'interrupteur aux extrémités de conducteurs relativement longs et rigides, tels que des barres omnibus planes ou tubulsires* Etant donné que ces éléments sont 15 fixés directement les uns aux autres, la dilatation et le retrait des barres omnibus provoquent un mouvement relatif des éléments de l'interrupteur, ce qui peut mettre un interrupteur hors service, en raison du coincement ou de la séparation des pièces de contact. 20 Bn conséquence, la présente invention vise à établir un in terrupteur de shuntage pour courant à haute intensité dans lequel deux surfaces traversées par le courant, ne sont pas soumises à la formation d'arcs électriques et aux détériorations qui en résultent. 25 La présente invention vise, en outre, à établir un interrup teur de shuntage dans lequel les pièces de contact soumises à l'érosion par arcs, sont montées de façon à pouvoir être enlevées et remplacées aisément, sans affecter la capacité de transmission de courant de l'interrupteur. 30 1'invention vise, d'autre part, à établir un interrupteur de shuntage pour courant à haute intensité, dans lequel les matériaux constitutifs des pièces de contact peuvent être choisis séparément en vue d'assurer une conductivité optimum et des paramètre» sptimum de résistance à 1'érosion. 35 L'invention vise, d'autre part, à réaliser un interrupteur de shuntage comprenant des dispositifs internes qui compensent la dilatation et le retrait des conducteurs accouplés aux bornes de 1'interrupteur. Une particularité de la présente invention réside dansl'u--r0 tilisation de deux pièces de contacts secondaires montées élasti- 69 07491 3 2004117 quement, qui sont appelées à entrer en contact préalablement à l'entrée en contact des pièces de contact principales lors de la fermeture de l'interrupteur, et de se séparer postérieurement à la séparation des pièces de contact principales, lors de l'ouver-5 ture de l'interrupteur. Cette particularité assure une protection notable contre les arcs pour les pièces de contact principales,en faisant en sorte que l'arc électrique ne s'établisse, dans l'interrupteur, qu'entre les pièces de contact secondaires. Une autre particularité de la présente invention réside dans 10 la réalisation d'un are flexible en matière conductrice, interposé entre le corps de l'interrupteur et une borne de ce dernier, po«r servir de liaison conductrice et mécanique, et destiné à absorber un déplacement relatif entre le corps de 1'interrupteur et la borne. 15 Les objets, particularités et avantages de l'invention, se ront d'ailleurs mis en évidence plus particulièrement dans la description qui va suivre, portant sur un mode de réalisation choisi à titre d'exemple et représenté sur les dessins annexés, dont : - La figure 1 est une vue en élévation frontale, partie en 20 coupe, de deux unités de coupure de courant construites conformément à la présente invention. - La figure 2 est une vue partielle en plan de dessus des groupes de coupure représentés dans la figure 1. - La figure 3 est une vue en coupe transversale, prise sui-25 vant le plan 3-3 de la figure 1 et montrant l'interrupteur dans sa position "fermée", tout comme dans la figure 1. - La figure 4 est une vue partielle prise dans le même plan que la figure 3 et montrant 1'"ouverture" de l'interrupteur. - La figure 5 est une vue de détail, partie en coupe, des 30 pièces de contact de l'interrupteur représenté, que l'on voit dans la position entièrement ouverte. - La figure 6 est une vue identique à la figure 5» mais avec les pièces de contact en position partiellement ouverte ou partiellement fermée. 35 - La figure 7 est une vue identique à la figure 5» mais avec toutes les pièces de contact occupant la position de fermeture totale. Selon l'exemple choisi et représenté sur les dessins, on voit à la figure 3, un interrupteur suivant la présente invention, com-40 prenant une première plaque à borne conductrice 10 et une seconde 69 07491 4 2004117 plaque à borne conductrice 12, écartées l'une de l'autre, un bras flexible en porte-àfaux 14, partant de la première plaque 10 et présentant une extrémité libre 16, qui recouvre partiellement la seconde plaque 12, tout en étant écartée de celle-ci. Un élément 5 18, qui constitue la pièce de contact principale, est formé sur l'extrémité libre 16 du bras en porte-à-faux 14, tandis qu'une surface 20, formant un élément de contact ou plat complémentaire, est définie sur la seconde plaque conductrice 12, pour être mise en contact avec 1'élément de contact principal 18 à la suite du 10 fléchissement du bras à porte-à-faux. L'extrémité libre 16 du bras à porte-à-faux 14 porte, en outre, un second bras de support secondaire 22, qui recouvre partiellement l'extrémité libre 16 et s'avance au-delà de celle-ci. Un élément de contact secondaire 24 est uni électriquement et mécaniquement audit bras de support for-15 mant rallonge. Un plot ou pièce de contact secondaire complémentaire 26 est uni électriquement et mécaniquement à la seconde plaque conductrice 12, dans une position telle qu'il puisse entrer en contact avec la pièce de contact secondaire opposée 24, prévue sur le bras de support 22.D'autre part, un cadre ou une console 30 fi-20 xée à la seconde plaque conductrice 12, est prévue dans le but de supporter un système de leviers 32, qui peut être actionné en vue de défléchir 1'extrémité libre 16 du bras en porte-à-faux 14, pour mettre en contact, respectivement, les pièces de oontact principales 18, 20 et les pièces de contact secondaires 24» 26. La premiè-25 re et la seconde plaques à bornes 10 et 12 sont pourvues de moyens par exemple d'ouvertures 34, 36,destinés à faciliter le couplage électrique et mécanique entre les plaques conductrices à des conducteurs externes, par exemple, des barres omnibus 38 et 40. Dans la forme de réalisation représentée, ce couplage est obtenu à l'ai-30 de de boulons 42 qui traversent les orifices 34, 36.■ Ainsi qu'on le voit, le bras en porte-à-faux 14 peut comprendre deux bandes courbées en sens opposés, de construction feuilletée. Cette construction combine la flexibilité optimum avec la conductivité requise, de manière à assurer un couplage électrique 35 et mécanique entre la première plaque à- bft&aelO et la pièce de contact principale 18. L'extrémité libre 16, qui porte la pièce de contact 18, est fixée de façon à empêcher ses déplacements relatifs longitudinaux par rapport à la seconde plaque 12, ce but étant atteint grâce à la construction du système de leviers 32, 40 fttti sera décrit dans la suite. L'adoption du bras courbe en por- 69 07491 5 2004117 t e-à-f aux 14 fait en sorte qu'un conducteur attaché à la borne 10 pourra se mouvoir longitudinalement par rapport à un conducteur attaché à la borne 12, sans déranger l'alignement des pièces de contact ou plots intérieurs 18, 20 et 24, 26 de l'interrupteur» ' 5 Le système de leviers 32 comprend un arbre rotatif 44 suppor té sur une console 30, un bras excentrique 46 monté sur l'arbre rotatif, une bielle 48 en forme de J articulée au bras excentrique et une tige de commande coulissante 50, articulée à la bielle en J. Cet ensemble convertit un mouvement rotatif limité de 1'arbre 44 en un 10 mouvement de coulissement rectiligne limité de la tige 50. La figure 4 représente les positions relatives des éléments du système de leviers 32, lorsque l'interrupteurr suivant la présente invention, est à l'état "ouvert". Il ressort de cette figure que l'arbre rotatif 44 a tourné dans le sens anti-horaire, de sorte que 15 l'articulation entre la barre en J 48 et le bras excentrique 46 s' est déplacé: depuis une position où elle se trouvait tout juste à une légère distance à gauche de la ligne verticale passant par l'axe de l'arbre 44, jusqu'à une position située nettement à droite de cette ligne verticale. Lorsque ce point d'articulation se trouve à 20 gauche de cette ligne verticale, ainsi qu'on le voit dans la figure 3, l'effort agissant sur la tige 50, tend à solliciter l'arbre 44 dans le sens d'une rotation horaire; toutefois, cette rotation est empêchée par contact entre la barre en J 48 et la surface de "l'arbre 44. Le système sera ainsi efficacement "verrouillé" dans la po-25 sition représentée. Én appliquant un effort manuel suffisant pour vaincre les efforts de "verrouillage", on peut faire tourner lfarbre 44 dans le sens anti-horaire, pour l'amener à la position représentée dans la figure 4 et qui correspond à 1'"ouverture" de 1' interrupteur. Un mouvement rotatif limité de 1'arbre 44 aura été 30 ainsi converti en un mouvement de coulissement ascendant de la tige 50. Le déplacement de l'extrémité libre 16 dans le sens de son éloi-gnement de la seconde plaque conductrice 20, a lieu, dans ces conditions, par suite de la force élastique emmagasinée -dans le bras en . p.orte-à-faux 14 et secondée par la force ascendante qui s'exerce par 35 l'entrée en contact de l'extrémité 52 de la tige 50 avec la surface en regard de l'extrémité libre 16. La tige de commande coulissante est disposée de manière à traverser les ouvertures 52, 54 et 56 prévues respectivement dans la seconde plaque 12, l'extrémité libre 16 et le bras de support 56, Se 40 telle sorte que cette, tige dépasse d'une faible longueur ces trois 69 07491 6 2004117 éléments sur les deux côtés, l'extrémité inférieure de la tige 50 est articulée à la barre en. J 48. L'extrémité supérieure de cette tige ou broche, est réunie à un sommier 60 à l'aide d'un boulon de fixation 62, qui est vissé dans cette broche. Un ressort de 5 compression hélicoïdal 64 est retenu entre le sommier 60 et le bras de rallonge 22, dans le but de transmettre les efforts de compression engendrés par le mouvement de la tige 50. Le ressort de compression 64 transmet l'effort de la1tige 50 directement au bras de rallonge 22, qui porte la pièce de contact secondaire 24. 10 De plus,- un jeu de ressorts de compression 74, 76 est retenu entre le sommier 60 et la surface de l'extrémité libre 16» pour transmettre des efforts du. système à leviers 32 directement à l'extrémité libre 16. En considérant la figure 3, on peut voir plus clairement 15 que le bras de rallonge 22s, dispose d'une certaine liberté de mouvement , ce qui lui permet de coulisser le long du boulon de fixation 62, indépendamment de l'extrémité libre 16. Le principal obstacle au mouvement du bras de la rallonge 22, est représenté par la cheville d'■ alignement 66, qui est retenue dans l'extrémité li-20 bre 16 et s'adapte librement dans un orifice 68 prévu dans 1© bras de rallonge. Ceci empêche tout déplacement parallèle relatif entre les surfaces de contact du bras de rallonge 22, d'une part, et l'extrémité libre 16, d'autre part, tout en limitant le bras 22 à tin mouvement de pivotement relatif. Le mouvement de pivotement limité 25 du bras 22, qui se produit lors de la "fermeture" de 1*interrupteur, donne lieu à une certaine action d'"essuyage" mutuel entre les pièces de contact secondaires 24 , 26, ce qui "favorise l5 élimination de films isolants ou autres obstacles qui auraient pu se former entre les pièces de contact lorsque celles-ci étaient dans 30 la position "ouverte". La construction qui vient d'être décrite, a été conçue dans le but de protéger les principales pièces de contact 18 et 20, con-' tre des piqûres ou l'érosion causées par les arcs électriques qui se forment lors de l'ouverture et de la fermeture de 1'interrup— 35 teur. Ce but est atteint, grâce à l'adoption des contacts secondaires 24, 26 et de leur système de montage particulier. Plus spécialementf et ainsi qu'on le voit très clairement dans la figure 6, les contacts principaux et secondaires et les organes connexes, qui sont réunis à l'extrémité libre 16 et à la seconds 40 plaque 12, sont appelés à amener l'entrée en contact des pièces de 69 07491 7 2004117 contact secondaires 24, 26 préalablement à 1'entrée en contact des pièces de contact principales 18, 20, lorsque l'extrémité libre 16 se déplace vers la seconde plaque 12. Par conséquent, les pièces de contact secondaires 24, 26 sont forcément le siège d'arcs éven-5 tuels dus à la différence entre les niveaux respectifs d'énergie électrique de l'extrémité libre 16 et de la seconde plaque 12. la pleine force et l'effet d'érosion de la formation de l'arc électrique, sont ainsi absorbés par les contacts secondaires 24, 26, avant qu'un arc n'ait la possibilité de se former entre les pièces de 10 contact principales 18, 20. la facilité du remplacement des pièces de contact secondaires 24, 26, constitue un avantage particulier de la construction représentée, le contact secondaire complémentaire 26 peut être pomv vu simplement d'une portion filetée 70, qui s'engage dans un orifi-15 ce fileté 72 prévu dans la seconde plaque conductrice 12, cela pour la facilité de l'enlèvement et du remplacement. De même, la pièce de contact secondaire 24 peut être remplacée, avec une facilité égale, ensemble avec le bras de rallonge 22, en détachant simplement le boulon 62 de la broche coulissante 50. Un avantage acces-20 soire de l'adoption de pièces de contact secondaires aisément rem- . jplas&blea, réside en ce que les pièces de contact principales, exi-I ge&t des remplacements moins fréquents et, par conséquent, peuvent être montées d'une manière fixe ou faire corps avec l'extrémité libre 16 et la seconde plaque conductrice 12. 25 lia figure 7 des dessins annexés, représente les positions re latives de l'extrémité libre 16 et du bras de rallonge 22 lorsque l'interrupteur,suivant, la présente invention, est dans la position complètement fermée (c'est-à-dire lorsqu'il y a contact, à la fois, entre les pièces de contact principales 18, 20 et les pièces de 30 contact secondaires 24, 26. On peut constater que le bras de rallonge 22 s'est relevé par rapport à l'extrémité libre 16 sous l'effort exercé sur la pièce de contact secondaire 24 par la pièce de contact secondaire complémentaire 26. Cette position des pièces de contact, est obtenue par le fait que l'extrémité libre 16, est sol-35 licitée vers le bas, en direction de la seconde plaque 12, au-delà de la position dans laquelle les pièces de contact secondaires 24, 26 se rencontrent, position réalisée en premier lieu (ainsi qu'on le voit sur la figure 6). L'effort nécessaire pour amener l'extrémité libre 16 à sa position de contact, est communiquée à cette ex-40 trémité par les ressorts de compression 74, 76. Pour réaliser ce 69 07491 8 2004117 mode de fonctionnement il est nécessaire de choisir les constantes des ressorts de telle façon que l'effort de "basculement" exercé par les ressorts 74, 76, soit supérieur à l'effort exercé par le ressort de compression 64 sur le bras de rallonge 22. Il con-5 vient de noter que le basculement du bras de rallonge 22 qui, ainsi qu'on le voit, suit l'entrée en contact des pièces de contact secondaires 24 , 26, produit le mouvement d'essuyage entre les surfaces de contact secondaires, mouvement qui a été décrit plus haut, la figure 1 représente deux équipages interrupteurs montés 10 côte à côte et ayant un arbre rotatif commun 44. Il va de soi que plusieurs équipages de cette sorte peuvent être montés d'une manière similaire, pour être commandés par un arbre rotatif commun. Il est également évident que les extrémités des arbres 44, peuvent être pourvues de dispositifs d'accouplement 78, destinés à les réu-15 nir à d'autres arbres, alignés avec les premiers dans le sens axial, ou à des leviers de manoeuvre (non représentés, etc...). Afin de mettre parfaitement en évidence le mouvement relatif des pièces de- contact principales et secondaires pendant l'actionne-ment de l'interrupteur, on a représenté à la figure 5, la position 20 occupée par les pièces de contact respectives lorsque l'interrupteur est complètement ouvert. On peut constater que, dans cette position, les pièces de contact secondaires 24, 25" sont séparées par une distance "a", qui est inférieure, d'une quantité déterminée, à la distance "b" entre les pièces de contact principales 18, 20. 25 Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, celui-ci n'ayant été donné qu'à titre d'exemple. 69 07491 9 2004117 H B 7 B iv B I CATIONS 1„- Interrupteur électrique applicable aux circuits électriques à haute intensité, et comprenant : . - une première plaque conductrice à borne; 5 - une seconde plaque conductrice à borne, située à distance de la première plaque conductrice à borne; - un bras flexible conducteur en porte-à-faux, relié électriquement à la première plaque conductrice, et présentant une extrémité libre qui recouvre partiellement la seconde plaque conductri- 10 ce, tout en étant écartée de celle-ci, ladite extrémité libre passant d'une position non défléchie à une position défléchie, à la suite d'une déflexion du bras en porte-à-faux; - une pièce de contact principale montée sur l'extrémité libre du bras en porte-à-faux; 15 - une pièce de contact principale complémentaire, montée sur la seconde plaque conductrice, en regard et à distance de la pièce de contact principale, prévue sur ladite extrémité libre; - ion élément de support fixé à la seconde plaque à borne; - un levier articulé audit élément de support et à 1'extrémi- 20 té libre du bras en porte-à-faux et destiné à mouvoir celle-ci vers la seconde plaque à borne, de manière à mettre en contact la pièce de contact principale avec la pièce de contact principale complémentaire; • - un dispositif élastique principal interposé entre ledit le- 25 vier et l'extrémité libre du bras en porte-à-faux, pour transmettre à celle-ci l'effort dudit levier; - un bras de rallonge en position de chevauchement par rsjport à ladite extrémité libre et se prolongeant au-delà de ceUe-cisde façon à recouvrir partiellement la seconde plaque conductrice, tout 30 en étant écarté de celle-ci; - une pièce de contact secondaire reliée électriquement au bras de rallonge; - une pièce de contact secondaire complémentaire, reliée é-lectriquement à la seconde plaque conductrice, en face et à distan- 35 ce de la pièce de contact secondaire prévue sur le bras de rallonge; - un dispositif élastique secondaire reliant le levier au bras de rallonge, pour transmettre à celui-ci les efforts dudit levier, dans le sens du déplacement du bras de rallonge vers la seconde plaque conductrice; 40 -la distance entre la pièce de contact secondaire et la pièeo 69 07491 10 2004117 de contact secondaire complémentaire étant inférieure à la distance entre la pièce de contact principale et la pièce de contact principale complémentaire, lorsque le bras en porte-à-faux occupe une position non défléchie. 5 2.- Interrupteur électrique suivant la revendication 1, dans lequel r - le levier est pourvu d'un bras excentrique monté pivotant sur l'élément de support, ainsi que d'une tige de commande coulissante ayant une première extrémité reliée cinématiquement au bras 10 excentrique et une seconde extrémité disposée en saillie ; - la seconde plaque à borne, l'extrémité libre du bras en porte-à-faux et le bras de rallonge, sont traversés de part en part par au moins un orifice, lesdits orifices étant alignés les uns avec les autres; 15 - la tige de commande coulissante traverse chacun desdits orifices, la seconde extrémité de la tige de commande étant reliée à l'extrémité libre du bras en porte-à-faux par l'entremise du dispositif élastique de compression, principal et au. bras de rallonge par l'entremise du dispositif élastique de compression secondaire. 20 3.- Interrupteur électrique suivant la revendication 2,dans lequel le bras en porte-à-faux comporte un arc en matière conductrice flexible, permettant tin déplacement longitudinal relatif entre l'extrémité libre précitée et la première plaque conductrice. 4.- Interrupteur électrique, suivant la revendication 1, 25 dans lequel la pièce de contact secondaire complémentaire, est montée sur la seconde plaque conductrice au moyen d'un élément de fixation fileté, de façon à permettre une séparation, aisé© de ladite-pièce de contact d'avec ladite plaque conductrice secondaire®