Brevet FR2046742A1 — publié le 19710312

La présente invention se rapporte à un interrupteur à haute tension avec au moins une pièce de contact essentiellement cylindrique sur laguelle on obtient un soufflage magnétique de l'arc électrique jaillissant à la coupure grâce à un traJet sensiblement hélicoïdel du courant.La présente invention est destinée plus particulièrement à des cellules à coupure dans le vide oh l'uaure des contacts jcue un rôle très important, étant donné que la course relativement faible des contacts est déjà modifiée par une très faible usure- des pièces de contact0 De plus, cette usure peut en tramer éventuellement une dégradation du vide, ce qui diminue la rigidite diélectrique et de ce fait le pouvoir de coupure de la cellule à coupure dans le vide, On-a déjà tenté de diverses manières de réduire l'usure des contacts dans les cellules à coupure dans le vide en déplaçant le pied de l'arc électrique qui jaillit entre les pièces de contact par un soufflage magnétique.Dans le brevet suisse 49 0054 on a à cet effet muni la tige de contact cylindrique d'encoches de manière à décaler le courant suivant une hélice, La réalisation de ces encoches est cependant fastidieuse, car chacune drelles doit pratiquement etre fraisée ou sciée séparément.De plus, ces encoches affaiblissent la section de la pièce de contact, et eela même si on les remplit ultérieurement d9une matière présentant une conductibilité moindre0 Les cellules à coupure dans le vide déorites dans les brevets américains 3 372 259 et 3 372 258 oè le passage en hélice du courant est obtenu par an champ magnétique extérieur ou par un conducteur ayant dans son ensemble une forme en hélice, exigent 'la mise en oeuvre de moyens importants pour former les pièces de contact et assurer le passage au courant, Dans le mode de réalisation conforme à l'invention, le soufflage magnétique de l'arc de coupure est obtenu, par contre, par le fait qu'on associe à la pièce de contact un corps en hélice réalisé dans un matériau ferromagnétique. En conséquence, 9a présente invention renonce à donner aux pièces de contact une forme spéciale. L'action exercée sur le courant est engendrée exclusivement par le corps ferromagnétique rapporté sur la pièce de contact0 Le champ magnétique qui entoure la pièce de contact lors du passage du courant, induit dans le corps ferromagnétique des courants de Foucault qui entratnent un accroissement de la ré- sistance inductive et ohmique dans la zone en hélice, Le courant évite cette zone hélicoïdale à impédance accrue lorsqu'il traverse les pièces de contact, et il euit ainsi lui-même une traJectoire hélicoïdale.Un champ magnétique axial est donc engendré à l'intérieur des pièces de contact0 Le corps ferromagnétique.peut être relié à la pièce de contact0 Cette liaison peut être électriquement conductrice. I1 est cependant également possible que le corps ferromagnétique soit rapporté par collage en utilisant une colle isolante, On obtient un mode de réalisation particulièrement simple en bobinant un fil de fer sur la pièce de contact cylindrique. Dans ce cas, on peut renoncer à fixer le fil spécialement, car il tient en place par serrage en raison de son élasticité. Pour des courants alternatifs à haute fréquence l'effet pelliculaire donne, comme il est bien connu, une ré- partition telle du courant que le courant circule à proximité de la suriace des pièces de contact cylindriques , l'action du corps ferromagnétique hélicoïdal est ainsi particulièrement intensive. Pour des interrupteurs qui doivent commuter des courants alternatifs de faible fréquence, on peut obtenir le meme effet en réalisant la pièce de contact dans la zone du corps ferromagnétique sous la forme d'un cylindre creux I1 est recommandé de munir la pièce de contact, de façon connue, dpune pièce pare-étincelles en un matériau qui fond diffficilement.Cette pièce pare-étincelles peut Qtre une bague fermée, L2arc électrique qui Jaillit au moment de la coupure chemine ainsi en rond sur cette bague jusqu'à son extinction La pièce pareétinoelles peut avoir un diamètre extérieur supérieur à celui de la pièce de contact et ser vir de butée au corps ferremagnétique. L'invention permet d'obtenir un résultet particulièrement intéressant dans le cas d9un mode de réalisation avec des pièces de contact identiques à disposition symétrique et des corps ferromagnétiques à filets cohtraires. Pour mieux comprendre l'objet de l'invention, on v décrire maintenant à titre indicatif et non limitatif un mode de réalisation représenté sur le dessin annexé Le dessin représente une coupe axiale d'une cellule à coupure dans le vide prévue pour une haute tension de par exemple 10 kV et comprenant un bottier 1 qui se compose d'un cylindre isolant 2 et de deux plaques d'extrémités métalliques 3 et 40 La plaque d'extrémité 4 est solidaire d'une pièce de contact fixe 5 ayant essentiellement une forme cylindrique et réalisée dans un matériau à électrodes ayant une bonne conductibilité électrique et propre à servir dans les cellules à coupure dans le vide, La pièce de contact 5 comprend un embout de connexion plein 7 faisant saillie hors de la plaque d'extrémité 4 du bottier et une partie intérieure 6 en forme de cylindre creuxO-Une bague fermée 8 formant pare-étincelles est rapportée sur l'extrémité libre, à l'intérieur de la cellule, du cylindre creux0 Le diamètre extérieur de cette bague est légèrement supérieur à celui dru cylindre creux 6, ce qui ressort également du dessin.On obtient ainsi une colleret te, Contre cette collerette s'appuie le fil de fer 10 enroulé en hélice et constituant le corps ferromagnétique agissant sur l'arc électrique0 La pièce de contact fixe 5 coopère avec une pièce de contact mobile 12 présentant exactement la même forme que la pièce de contact So Seul l'embout de connexion plein 13 faisant saillie hors du bottier 1 est légèrement plus long que l'embout de connexion plein 7o Le cylindre creux 14 porte, en un agencement symétrique par rapport à la pièce de contact fixe 5, une bague pare-étincelles fermée 15 dont le diamètre extérieur est légèrement plus grand0 On obtient ainsi une collerette servant de butée au fil de fer 16o Le fil 16 est enroulé de façon à obtenir un filet contraire par rapport au fil de fer lOo L'embout de connexion 13 de la pièce de contact 12 traverse une ouverture ménagée dans la plaque d'extré- mité 30 L'étanchéité du passage dans le bottier 1 est obtenue par un soufflet métallique 17 qui est fixé de façon étanche au gaz à la pièce de contact 12 au point 18 et à la plaque dtex- trémité 3 au point 19 ; ; l'assemblage étanche au gaz est obtenu par exemple par soudage0 Le soufflet métallique permet de déplacer la pièce de contact 12 de la longueur nécessaire pour réaliser une opération de commutationOComme il est représenté sur le dessin, les pièces de contact 5 et 12 sont entourées d'un écran de condensation 20 dont une bride 21 s'engage dans une gorge 22 du tube isolant 2. En position de fermeture, les pièces de contact 5 et 12 se touchent par les bagues pare-stincelles 8 et 15 de sorte qu'un courant électrique peut traverser 19inter- rupteur Pans la zone des cylindres creux 6, 14, ce courant suit un trajet sensiblement hélicoTdal vu que les fils de fer 10, 16 enroulés sur les pièces de contact provoquent une distorsion telle du champ magnétique engendré par le courant que celui-ci est guidé par son propre champ suivant une trajec-toire hélicoïdale à proximité des fils 10 et 16.En raison des filets contraires de ces deux fils, on obtient sur les bagues pare-étincelles 8, 15 tournées l'une vers l'autre des pièces de contact 5, 12 un champ magnétique à orientation fortement radiale qui fait que l'arc électrique jaillissant lors de la coupure entre les bagues pare-6tinoelles circule en rond sur les bagues 8 et 14e Grâce à ce mouvement circulaire, l'usure des pièces de contact diminue très fortement, car 1"4chauffe- ment local est beaucoup plus faible que si l'aro électrique restait immobile; Par conséquent, la chaleur disponible pour une évaporation du matériau de contact est également moindre. Les effets avantageux précités sont obtenus sans aucun usinage particulier du matériau formant les pièces de contact0 Pour les cellules à coupure dans le vide cela constitue un avantage particulièrement intéressant, car la réalisation de ces cellules exige déjà l'utilisation d'un matériau fabriqué à grands frais, par exemple par frittage, qui doit dégager une quantité de gaz aussi faible que possible, L'avantage de la présente invention s'étend également à dwau- tres interrunteurs. vu que l'adjonction de corps ferromagndtir gues " notamment si la mise en place se fait par simple en- gageent en se servant par exemple de l'élasticité propre du matériau ferromagnétique > est beaucoup plus simple que la mise en oeuvre des moyens connus pour obtenir une ciroulation hélicïdale du courmant électrique. R E V E N D I C A T I O N S lo Cellule à coupure dans le vide pouvant équiper des interrupteurs à haute tension, avec une ou plusieurs pièces de contact réalisées dans un matériau à électrodes ayant une bonne conductibilité électrique et traversées par le courant suivant une trajectoire telle que le courant engendre un champ magnétique soufflant l'arc électrique jaillissant à la coupure, caractérisée par le fait que le trajet du courant dans les pièces de contact est déterminé par un corps en matière ferromagnétique disposé à l'extérieur de chaque pièce de con taot et associé chaque fois directement à celle-ci. 2. Cellule à coupure dans le vide suivant la revendication 1, caractérisée par le fait qu'un trajet hélico- ïdal est déterminé dans une pièce de contact de révolution par un corps ferromagnétique disposé en hélice et associé chaque fois à une pièce de contact de révoultion. 30 Cellule à coupure dans le vide suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait qu'en enroule un fil de fer en hélice sur une pièce de contact cylindrique0 4. Cellule à coupure dans le vide suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que la pièce de contact forme un cylindre creux dans la zone du corps ferromagnétique. 50 Cellule à coupure dans le vide suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la pièce de contact est munie d'une pièce pareétincelles réalisée dans un matériau difficilement fusible. 6. Cellule à coupure dans le vide suivant la revendioation 5, caractérisée par fermée. lait que la pièce pare étincelles est une bague 7. Cellale à coupure dans le vide suivant la revendication 6, caractérisée par le fait que la pièce pareétincelles présente un diamètre ertérieur supérieur à celui de la pièce de contact et qu'elle sert d'appui au corps erre- magnétique0 8. Cellule à coupure dans le vide suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le lait que deux pièces de contact disposées suivant un mEme ase présentent une forme s trique et que les corps fer romaguétiques de ces deux pièces de contact ont des filets contraires. 9. Cellule à coupure dans le vide suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le corps ferromagnétique a une section reo- tangulaire, sa largeur en contact avec la pièce de contact étant un multiple de la hauteurs