Brevet FR2026965A1 — publié le 19700925

i 2026965 ' La présente invention concerne une chambre de soufflage d'arc pour un disjoncteur à air, et plus particulièrement un dispositif pour refroidir les gaz chauds émis à partir de la chambre de soufflage pendant l'interruption du circuit et pour réduire la possibilité de décharge à travers ces 5 gaz échappant. Dans une chambre de soufflage d'arc du type considéré, l'arc établi à la séparation des contacts est entraîné dans la chambre de soufflage dans laquelle sa longueur augmente et dans laquelle il est refroidi pour faciliter l'extinction de l'arc. TJn passage d'échappement existe à une extrémité de la 10 chambre de soufflage pour recevoir les produits gazeux chauds résultant de l'arc pendant l'interruption du circuit. Pour refroidir les produits chauds de l'arc s'écoulant à travers le passage d'échappement et réduire la possibilité d'une décharge électrique à l'extérieur de la chambre de soufflage à travers les produits chauds jaillissant à l'extérieur, il est habituel d'uti-15 liser un dispositif de refroidissement traversé par les produits de l'arc avant leur sortie de la chambre de soufflage. Les produits de l'arc sortant du dispositif de refroidissement étant à une température plus basse ont une rigidité diélectrique supérieure, et par suite le risque de décharge électrique à travers ces produits est réduit entre les parties voisines sous tension. 20 Une difficulté rencontrée avec les dispositifs de refroidissement des gaz d'échappement antérieurs provient du fait que ,si leur efficacité est suffisante pour assurer le refroidissement voulu, ils présentent une résistance excessive à l'écoulement des produits de l'arc cheminant vers l'extérieur. Cette résistance excessive à l'écoulement peut se traduire par une contre-pression 25 telle devant l'arc que la pénétration profonde dans la chambre de soufflage ne soit plus possible de la façon convenable pour l'extinction de l'arc, ou que le déplacement de l'arc soit exagérément retardé. La présente invention a pour objet une chambre de soufflage d'arc comportant un dispositif de refroidissement pouvant assurer le refroidissement 30 voulu des produits de l'arc sans introduire une résistance à l'écoulement suffisamment élevée pour nuire à la possibilité de déplacement rapide de l'arc dans la chambre de soufflage. Suivant un mode de mise en oeuvre de l'invention, une chambre de soufflage pour recevoir l'arc de coupure habituel comprend des parois latérales 35 espacées et un dispositif de soufflage d'arc dans l'espace compris entre ces parois latérales. La chambre de soufflage comporte un passage d'échappement à une extrémité entre les parois latérales, pour la sortie des produits chauds de l'arc. Un dispositif de refroidissement est monté à côté du passage d'échap- COPY 69 44652 2 2026965 pement de façon que les produits de l'arc traversent ce dispositif après leur sortie de la chambre de soufflage. Le dispositif de refroidissement des produits d'échappement comprend plusieurs feuilles métalliques ondulées et chaque feuille s'étendant transversalement entre les parois latérales et comportant 5 des ondulations dont la longueur est disposée d'une façon générale dans la même direction que celle suivie par les produits de l'arc à leur entrée dans le dispositif de refroidissement à partir du passage d'échappement. Le dispositif de refroidissement est ouvert à l'extrémité opposée à celle du passage d'échappement afin que les produits de l'arc puissent passer le long des ondu-10 lations pour échapper par cette ouverture. Les feuilles ondulées comportent' de nombreuses perforations faisant communiquer les espaces limités par les ondulations pour permettre le passage des produits de l'arc d'un espace à l'autre sur des trajets s'étendant transversalement à la longueur des ondulations. Le dispositif de refroidissement comporte des côtés transversaux 15 d'une façon générale parallèles à la dimension en longueur des ondulations. Ces côtés transversaux sont ouverts pour permettre l'échappement des produits de l'arc après leur passage à travers les ondulations,par les trajets transversaux à la longueur des ondulations à travers les perforations. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulière-20 ment de la description suivante donnée à titre d'exemple, et faite en se référant au dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 est une vue en élévation et partiellement en coupe d'un disjoncteur à air comportant un dispositif suivant un mode de mise en oeuvre de l'invention, 25 - la figure 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1, - la figure 3 est une vue partielle à plus grande échelle d'une partie de la figure 2, - la figure 4 est une coupe selon la ligne 4-4 de la figure 3, - la figure 5 est une vue en perspective de deux éléments du dispo-30 sitif de refroidissement de la figure 4, les pièces séparées l'une de l'autre, - la figure 6 est une vue en perspective semblable à celle de la figure 5 montrant des éléments suivant un autre mode de mise en oeuvre de 1'invention, et - la figure 7 est une vue schématique d'un dispositif suivant un 35 autre mode de mise en oeuvre de l'invention, La figure 1 représente un disjoncteur à air à soufflage magnétique. Ce disjoncteur comporte deux contacts 1 et 2 pouvant être séparés en établissant un arc, et une chambre de soufflage d'arc 7 dans laquelle l'arc est en 69 44652 3 2026965 traîné pour son extinction. Le contact 1 est un contact fixe et le contact 2 un contact mobile monté pour pivoter autour d'une articulation 3 d'un support fixe 6 du disjoncteur, et le contact mobile est actionné par une tige de commande en matière isolante 4 à mouvement alternatif. La tige de 5 commande 4 est raccordée à un mécanisme de commande (non représenté) qui fait passer le contact mobile de la position de fermeture à la position d'ouverture du circuit. Les contacts 1 et 2 sont connectés électriquement aux extrémités intérieures des barrettes de connexion 5 et 6 qui constituent les bornes du disjoncteur. Quand le disjoncteur est connecté dans un circuit 10 de puissance, un arc est établi entre les contacts au moment de la séparation des contacts 1 et 2. Une chambre de soufflage 7 est montée par rapport aux contacts de façon à recevoir directement l'arc pour son extinction. L'arc est entraîné dans la chambre le long des cornes métalliques 8' et 9" par l'action de souf-15 flage du champ magnétique produit par les enroulements de soufflage 8 et 9. Les contacts, les cornes et les structures de soufflage magnétique peuvent être de n'importe quel type, et comme les détails de leur construction ne font pas partie de la présente invention, il suffit d'une description brève. Les enroulements de soufflage magnétique 8 sont connectés électriquement à la 20 barrette conductrice 5 et aux cornes 8' en métal conducteur pour que le courant de l'arc traverse les enroulements de soufflage pendant le déplacement de l'arc le long des cornes afin de produire une partie du champ magnétique assurant 1'entraînement de l'arc dans la chambre de soufflage. Quand le disjoncteur est fermé, le courant passe normalement à tra-25 vers les contaccs principaux 1' et 2' mais, à la séparation de ces contacts pendant l'ouverture, le courant est shunté à travers les contacts d'arc 1 et 2. A la séparation des contacts 1 et 2 pour l'établissement de l'arc, l'extrémité supérieure de l'arc est déplacée rapidement le long de la corne supérieure 8' vers l'intérieur de la chambre de soufflage. Quand le contact mobile 2 appro-30 che de la position intermédiaire représentée sur la figure 1,1'extrémité inférieure de l'arc .passe de ce contact sur la corne 9'. De ce fait, l'enroulement de soufflage inférieur 9 est connecté en série avec l'arc parce que cet enroulement est connecté électriquement de la façon indiquée en 9" entre le support 6 et la corne 9'. Les enroulements de soufflage sont par suite excités 35 pendant une période précoce pour entraîner l'arc dans la chambre de soufflage d'une façon bien connue. Les enroulements de soufflage sont munis de pièces polaires, non représentées, sur les côtés extérieurs de la chambre pour établir un champ magnétique de la forme la plus efficace pour l'entraînement de 69 44652 4 2026965 l'arc à travers la chambre de soufflage. La chambre de soufflage comporte deux parois latérales 10 et 11 en matière isolante résistant à l'arc. Ces parois latérales sont assemblées à une distance convenable par un dispositif approprié, non représenté. Chaque 5 paroi latérale comporte de préférence des ailettes 10' dépassant vers l'autre paroi latérale entre les ailettes de cette paroi latérale pour établir un trajet en zigzag vu de l'extrémité d'entrée de la chambre de soufflage. Ainsi qu'il ressort de la figure 2, ces ailettes ont des hauteurs décroissant vers l'entrée de la chambre pour établir une partie formant un 10 col à travers lequel l'arc doit passer avant son entrée dans le passage en ■ zigzag entre les ailettes 10'. D'une façon générale,cette construction de contact de forme de la structure de soufflage et de la chambre de soufflage est du type décrit dans le brevet des E.U.A. n° 2 293 513. Pendant le déplacement de l'arc dans la chambre de soufflage, il est allongé autour des 15 bords des ailettes 10' et il est forcé en contact intime avec les surfaces des ailettes et des parois latérales, en prenant une forme de plus en plus sinueuse. Il en résulte le dégagement de gaz à partir des ailettes de parois latérales, et ces gaz conjointement avec d'autres produits de l'arc sont chauffés par l'arc et sont expulsés de la chambre de soufflage à travers 20 une ouverture d'échappement 30 située à l'arrière de la chambre de soufflage, dans le sens indiqué par les flèches 34. Le refroidissement de ces produits chauds de l'arc est assuré selon la présente invention par un dispositif de refroidissement des gaz d'échappement 35 monté à côté de l'ouverture d'échappement 30. Ce dispositif de refrol-25 dissement 35 a une section transversale rectangulaire (figures 2 et 3) et pour des raisons expliquées ci-après, les quatre côtés du dispositif de refroidissement sont ouverts au maximum possible. Les produits gazeux chauds de l'arc échappant de la chambre de soufflage à travers l'ouverture d'échappement 30 pénètrent dans le dispositif de refroidissement 35 à travers l'un 30 des côtés ouverts 36 qui est situé immédiatement à côté de l'ouverture d'échappement 30. Ces produits de l'arc s'écoulent à travers le dispositif de refroidissement pour échapper à travers le côté opposé 38 de la façon indiquée par les flèches 60 et à travers les côtés latéraux ouverts 40 et 42 de la façon représentée par les flèches 46 et 48. Pour le montage du dispositif de re-35 froidissement dans la position représentée, les côtés 40 et 42 de ce dispositif comportent des prolongements fixés aux parois latérales 10 et 11 de la chambre de soufflage par des moyens de fixation non représentés. 69 44652 5 2026965 Le dispositif de refroidissement 35 comprend un certain nombre de feuilles métalliques ondulées 50 qui sont empilées verticalement sensiblement sur toute la hauteur de l'ouverture d'échappement 30. Ces feuilles 50 sont disposées transversalement par rapport aux parois latérales 10 et 11. Chaque 5 feuille métallique ondulée 50 comporte des ondulations formant des crêtes et des creux, la longueur de ces ondulations étant orientée dans la direction générale,indiquée par les flèches 34ssuivie par les produits de l'arc à leur entrée dans le dispositif de refroidissement des produits échappant. Chaque feuille métallique ondulée 50 comporte aussi un grand nombre de trous 53 pour 10 permettre la communication libre entre les zones situées de part et d'autre de chaque feuille ondulée 50. Une feuille métallique plane 56 comportant un grand nombre de trous est placée entre chaque paire de feuilles ondulées 50. Ces trous ou perforations 56 assurent la communication libre entre les espaces limités par les ondulations 15 sur les côtés opposés de chaque feuille plane 55. Les feuilles perforées 50 et 55 sont en métal à conductivité thermique élevée, par exemple en cuivre ou en aluminium. Cette conductivité thermique élevée augmente le pouvoir de refroidissement. Les produits gazeux engendrés par l'arc pénètrent dans le dispositif 20 de refroidissement 35 de la façon indiquée par les flèches 34. Une partie de ces produits de l'arc s'écoule suivant le sens longitudinal des ondulations vers le côté opposé 38 du dispositif de refroidissement pour échapper de la façon indiquée par les flèches 60. Comme il a été indiqué ci-dessus, le reste des produits de l'arc échappe par des trajets transversaux par rapport à celui in-25 diqué par les flèches 60. Ces produits passent à travers les trous 53 des plaques métalliques 50. Comme chaque plaque 50 comporte un grand nombre de trous d'un diamètre aussi grand que possible, la résistance à l'écoulement latéral est -assez faible. Les trous des plaques métalliques 50 et 55 contribuent à l'efficacité 30 de refroidissement parce qu'ils provoquent des turbulences importantes dans les gaz traversant le dispositif de refroidissement,et ces turbulences accélèrent le transfert de chaleur des produits gazeux vers le métal des plaques. Comme il a été indiqué ci-dessus, les difficultés rencontrées avec les dispositifs de refroidissement antérieurs résultent du fait que ces dispositifs 35 ont des surfaces de refroidissement d'une importance suffisante pour un refroidissement efficace, par suite opposent une résistance excessive à l'écoulement des gaz. Cette résistance excessive à l'écoulement des gaz peut provoquer une contre-pression suffisante devant l'arc pour entraîner un blocage ou un retard 69 44652 6 2026965 nuisibles au déplacement de l'arc le long des cornes 8f et 9' et dans l'espace en zigzag défini par les ailettes 10'. La résistance à l'écoulement, présentée par un dispositif de refroidissement selon l'invention ,est faible, principalement parce que les gaz d'échappement peuvent échapper à travers trois 5 côtés du dispositif de refroidissement de la façon indiquée au lieu d'échapper par un seul côté. En effet, les produits de l'arc ne sont pas limités à des trajets directs ou en ligne droite de la façon représentée par les flèches 60 et ces produits peuvent échapper aussi suivant les trajets latéraux indiqués par les flèches 46 et 47. Ces circulations transversales sont rendues 10 possibles non seulement par les ouvertures latérales 40 et 42 du dispositif de refroidissement mais aussi par le grand nombre de trous ou perforations 53 des plaques métalliques ondulées 50 qui permettent l'écoulement transversalement aux ondulations vers les ouvertures latérales 40 et 42. Les trous ou perforations 56 des plaques métalliques planes 55 con-15 tribuent aussi à réduire la résistance à l'écoulement en permettant le passage d'une partie des gaz à travers ces plaques planes , participant ainsi à l'égalisation de l'écoulement à travers les espaces formés par les plaques ondulées 50 voisines. L'ensemble des feuilles perforées 50 et 55 est divisé en plusieurs groupes par des plaques planes 61 en matière isolante espacées sur la hauteur 20 de l'empilage. Ces plaques isolantes 61 sont parallèles aux feuilles métalliques planes 55. Suivant un mode de réalisation particulier, le groupe de feuilles métalliques entre chaque paire de plaques isolantes 61 comporte trois feuilles ondulées 50 et deux feuilles métalliques planes 55. Les plaques isolantes 61 ne sont pas perforées pour assurer un bon isolement électrique entre 25 les empilages ou groupes courts de plaques métalliques situés sur les côtés opposés des plaques isolantes. Ainsi qu'il ressort de la figure 4, les plaques isolantes 61 sont un peu plus larges que les plaques métalliques 50 et 55 et par suite elles comportent des bords 62 dépassant au-delà des bords des feuilles métalliques 50 et 55. 30 Les plaques isolantes sont, par exemple, en nwlifrip fibreuse, ne se carbonisant pas et pouvant dégager des gaz quand elles sont exposées aux produits chauds de l'arc. Quand les produits chauds de l'arc pénètrent dans le dispositif de refroidissement, ils rencontrent d'abord les bords 62 des plaques fibreuses dépassant de l'ensemble, et les gaz dégagés par ces plaques participent au 35 refroidissement des produits de l'arc avant qu'ils atteignent les feuilles métalliques 50 et .55. Les plaques isolantes 61 ont pour fonction principale d'isoler électriquement les groupes de plaques métalliques les uns des autres pour empêcher tout trajet métallique continu suivant la hauteur de l'empilage. 69 44652 7 2026965 Une autre fonction importante des plaques isolantes est d1empêcher les décharges le long d'une surface extérieure de l'empilage global de feuilles métalliques. A ce point de vue, le dépassement des plaques isolantes au-delà des bords des feuilles métalliques augmente la distance de contournement 5 d'un arc le long des surfaces extérieures de l'empilage, et aide aussi à isoler les gaz entrant et sortant d'un groupe de feuilles métalliques 50, 55 des gaz entrant et sortant d'un groupe voisin. Bien que le dispositif de refroidissement suivant le mode de mise en oeuvre de l'invention représenté sur les figures 3 à 5 comporte des plaques 10 de refroidissement 50 et 55 perforées, il doit être noté que l'invention n'est pas limitée à ce cas, et suivant son aspect le plus général,.peut utiliser des structures de refroidissement d'autres types, perforées ou poreuses. Par exemple, il est possible d'utiliser des toiles métalliques à ouvertures relativement grosses de la façon représentée en 70 et 71 sur la figure 6 pour 15 remplacer les feuilles 50 et 55. La figure 7 représente un autre exemple suivant lequel des éléments ondulés en toile métallique 75 sont empilés sur le trajet principal d'écoulement 34 de la chambre de soufflage. Cependant, quel que soit le type de structure poreuse de refroidissement, ces structures doivent être suffisamment poreuses ou ouvertes pour permettre 1'écoulement des 20 gaz sur des trajets latéraux tels que les trajets 46 et 47 des figures 3 et 7, en permettant aussi des trajets directs de la façon représentée par les flèches 60. Pour tous les modes de réalisation de dispositifs de refroidissement selon 1'invention,, il est important que le dispositif de refroidissement com-25 porte des ouvertures libres sur les côtés latéraux 40 et 42 (figure 3) ainsi que sur le côté arrière 38 pour permettre l'échappement des gaz à travers tous ces côtés ouverts du dispositif de refroidissement. Cet échappement sur trois directions a un rôle très important pour limiter à une valeur faible la résistance à l'écoulement présentée par le dispositif de refroidissement. Il 30 doit de plus être compris que suivant les différentes variantes, la structure de refroidissement comporte plusieurs groupes séparés par des plaques planes en matière isolante correspondant aux plaques 61 des figures 3 et 4. Le mode de réalisation représenté sur les figures 3 et 4 est particulièrement avantageux parce qu'il permet une fabrication et un assemblage sim-35 pies et peu coûteux et une grande stabilité dimensionnelle. La production des feuilles ondulées 50 est simple, et il est facile d'empiler les différentes 69 44652 8 2026965 parties pour constituer l'ensemble désiré. Aucune opération de soudage ou de fixation autre n'est nécessaire pour l'assemblage d'un dispositif selon les figures 3 et 4. Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative et 5 l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. 69 44652 2026965 REVENDICATIONS 1 - Disjoncteur à air comprenant des éléments pour établir un arc, une chambre de soufflage d'arc dans laquelle l'arc est entraîné et comprenant des parois latérales espacées en matière isolante et un disposi- 5 tif pour l'extinction de l'arc entre ces parois latérales, la chambre de soufflage comportant un passage d'échappement à une extrémité entre les parois latérales pour l'échappement des produits chauds de l&rc, et un dispositif de refroidissement pour les gaz d'échappement à côté du passage d'échappement pour être traversé par les produits de l'arc sortant de la 10 chambre de soufflage, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement comprend un certain nombre de feuilles métalliques ondulées empilées, chaque feuille s'étendant transversalement entre les parois latérales et comportant des ondulations dont la longueur s'étend d'une façon générale dans la même direction que celle suivie par les produits de l'arc à leur entrée dans le 15 dispositif de refroidissement à partir du passage d'échappement, le dispositif de refroidissement étant ouvert sur le côté opposé à celui du passage d'échappement pour permettre le passage des produits de l'arc suivant la longueur des ondulations et leur échappement à travers ce côté opposé, les feuilles comportant de nombreuses perforations faisant communiquer les espaces déli-20 mités par les ondulations d'une feuille donnée pour permettre le passage des produits de l'arc entre ces espaces à travers des. trajets transversaux par rapport à la longueur des ondulations et le dispositif de refroidissement comportant aussi deux côtés latéraux orientés d'une façon générale parallèlement à la longueur des ondulations, ces côtés étant ouverts pour permettre 25 l'échappement des produits de l'arc ayant traversé les feuilles ondulées transversalement par rapport à la longueur des ondulations à travers les perforations. 2 - Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement comporte aussi des plaques en matière iso- 30 lante entre les groupes voisins de feuilles métalliques empilées pour isoler électriquement ces groupes voisins les uns des autres afin d'empêcher les décharges électriques suivant la hauteur de l'empilage. 3 - Disjoncteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement comporte aussi des feuilles 35 métalliques supplémentaires de forme générale plane entre les différentes feuilles métalliques ondulées, ces feuilles métalliques supplémentaires comportant des ouvertures pour permettre la communication entre les espaces définis par les ondulations sur les côtés opposés des feuilles métalliques supplémentaires. 69 44652 10 2026965 4 - Disjoncteur à air caractérisé par un dispositif pour établir un arc, une chambre de soufflage d'arc dans laquelle l'arc est entraîné et comprenant des parois latérales en matière isolante et un dispositif pour l'extinction de l'arc dans l'espace compris entre les parois latérales, la 5 chambre de soufflage comportant un passage d'échappement à une extrémité entre les parois latérales pour la sortie des produits chauds de l'arc à partir de la chambre de soufflage et un dispositif de refroidissement à côté de ce passage disposé pour être traversé par les produits de l'arc sortant de la chambre de soufflage, ce dispositif de refroidissement comprenant 10 une structure métallique poreuse comportant des passages pour le passage libre des produits de l'arc dans une première direction orientée sensiblement dans la direction suivie par les produits de l'arc à. leur entrée dans le dispositif de refroidissement à partir du passage d'échappement,et "des passages supplémentaires pour permettre l'échappement libre des produits de l'arc 15 dans des directions latérales par rapport à la première direction, le dispositif de refroidissement comportant deux côtés latéraux sensiblement parallèles à la première direction, ces côtés étant ouverts pour permettre l'échappement des produits de l'arc transversalement à la première direction. 5 - Disjoncteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que 20 le dispositif de refroidissement comporte plusieurs structures poreuses empilées devant l'ouverture d'échappement de la chambre de soufflage et des plaques en matière isolante entre les structures poreuses voisines ,isolées électriquement des structures voisines les unes des autres,afin d'empêcher l'établissement d'arcs suivant la hauteur de cet empilage.