Brevet FR2181433A1 — publié le 19731207

Les tendances actuelles dans la réalisation des disjoncteurs à haut pouvoir de coupure s'orientent vers la réduction sensible de leur hauteur,par exemple de 80 mm (que lton constate dans les disjoncteurs ayant la forme ramassee 17,5mu)) à ó5mm,seulement en conservant au moins le même pouvoir de coupure,par exemple 5000A sous 380V.Ces conditions posent le constructeur devant des problèmes très difficiles à résoudre, surtout lorsque l1on doit conserver un prix compétitif de l'appareil.On sait que dans les disjoncteurs divisionnaires ayant la forme ramassee (par exemple 17,5mm et llmm et de hauteur 80mm),les parois de leur boitietse déforment ou même eclatent en cas de multiples coupures des court-circuits.En diminuant espace disponible dans les dis joncteurs par la diminution de leur hauteur, le risque de déformation des parois augmente encore sensiblement par suite des pressions élevées des gaz chauds provenant de l'arc s'immobilisant souvent pendant un temps relativement long devant les grilles de déionisation et dont la vitesse de propagation entre les dites grilles est ralentie soit,par un très petit entrefer entre les dites plaques soit,par manque d'un espace d'expansion suffisante devant la sortie du paquet des tôles extinctrices.Il en résulte souvent les rallumages de l'arc entre les contacts principaux ou le risque de court-circuitage par ltarc des extrémités des plaques extinctrices. On connaît actuellement deux conception d'aménagement des paquets de tôles déionisantes dans les disjoncteurs à haut pouvoir de coupure ayant la forme ramassee à savoir:parallèlement avec la semelle du boitier ou bien verticalement à cette dernière. Tandis que la première solution permet dtexploiter plus rationnellement espace de la base du boitier et d'assurer une meilleure expansion des gaz chauds, ainsi que la vitesse suffisante d'impacte de l'arc avec les rebords des plaques, leur amenagement vertical sur la semelle du boitier présente certaines difficultés notamment en ce qui concerne le problème d'expansion des gaz chauds et l'introduction rapide de l'arc entre les plaques. Mais en toutcas,et dans les deux conceptions précitees,les déformations des parois latérales du boitier ont été souvent constatées après plusieurs coupures violentes des courts-circuits. Pour évaluer l'importance des composantes qui influencent le comportement de l'arc électrique dans les grilles déionisantes, soient mentionnees les relations empiriques suivantes: a) la vitesse v (cm/sec) au déplacement de l'arc entre les grilles est directement proportionnelle au carré de leur entrefer d2 et à #i de llintensité du courant.Or: vs K d2 i1/3......l) b)la vitesse vZcm/sec d'impact de ltarc avec les plaques extinctrices, son intensité i et l'entrefer d (cm) entre les dites plaques sont lies suivant Burkhard par la relation empirique: d 9 0,3 + ( i - l).(28 - lognat v3/2)olO 100 c)Soit rappelée la relation empirique établie par Bron (URSS) pour la vitesse de déplacement de l'arc dans le champ magnetique d'intensité H (Oe): d) L'influence de la pression d'air sur le gradient de tension de l'arc peut-être évaluée suivant la relation empirique de Babikov :: ou E0 est le gradient de tension sous la pression atmosphérique po ta nais que absous pression pb, A ce phénomène s'ajoute la rapidité d'accroissement du gradient de tension proportionnelle jusqu'à une certaine limite à l'intensité du champ magnétique (H) de soufflage. I1 résulte de ce qui précède que pour obtenir une extinction rapide de llarc et dans un espace réduit, on a intérêt à augmen tersa vitesse dlimpact avec les rebords des grilles deionisantes,à augmenter la pression à l'intérieur du boitier et à accélerer la vitesse de propagation de l'arc surtout au début de son entree entre les plaques deionisantes dont la longueur ne doit pas étre inferieure à une limite déterminee par la tension et l'intensité à interrompre, ainsi que par leur forme géometrique. Ces conditions sont respectees suivant l'objet de la présente invention de la manière qui sera maintenant decrite avec appui du dessin ci-annexé où: la fig.l est la vue schematique de face d'un disjoncteur partiellement en coupe pour faire ressortir les particularités de l'invention,sa serrure de déclenchement ainsi que les déclencheurs thermiques et électromagnétiques d'une quelconque conception en soi connue ,n'étant pas representes. la fig.2 est la vue latérale sur le paquet de tôles extinctrices et suivant la flèche F figlsla première ttle (5a) et le contact mobile (11) étant enlevés. la fig.3 est la vue de face sur les parois isolantes renfer mant le paquet de tales déionisantes qui suivant une variante de réalisation, destinée aux appareils au pouvoir de coupure élevé, est introduit entre les pièces polaires d'un électroaimant créant le soufflage magnétique. Le mécanisme du disjoncteur ainsi que le paquet de tales extinctrices sont loges dans le boitier 1 réalisé en matière isolante élastique ou demi-élastique, pour permettre sa legère extenZ sion en cas dtune pression élevée dans son intérieur due aux gaz chauds provoqués par l'arc sous un court-circuit puissant.Il est possible de munir ce boîtier, de la manière en soi connue, des pattes élastiques 13 et 13a permettant ltagraffage simple de l'ap- pareil sur les rails 14, mais ite telle manière, et suivant ltob- jet d'invention, pour créer une large fente 20 entre la semelle 7 et le rail 14, dans laquelle peuvent réchapper les gaz chauds par l'intermédiaire des orifices inclinés 16. Entre les parois isolantes 3 serrant de la manière en soi connue les plaques extinctrices 6-6a sont introduites deux plaques renforcees 5-5a et 4a, la plaque 5 étant prolongée par la branche rétrécie Sa venant en contact électrique avec le contact mobilell, tandis que la plaque 4a est prolongée par une spire 4 entourant le noyau oblong en fer doux 8 et muni d'une fente Sa,destiné à créer le champ de soufflage magnetique entre les plaques. l'extrémité libre de la spire 4 est fixée sur le boitier 1 par la visse 9 servant en mme temps de borne de sortie du courant à surveiîler.Ainsi les parois 3-3' renfermant les paquets de tales ainsi que le dispositif de soufflage magnétique 4-4a-8 constituent une unité de construction pouvant titre logee dans le boîtier 1. Pour diminuer llentrefernd'"entre les plaques extinctrices 5,6 dtune part, et augmenter leur longueur d'autre part, leurs extrémités de sortie de l'arc ou des gaz chauds sont repliées d1un angle d'ordre 4 0 et orientées vers la semelle du boitier 1,ceci contre les orificès 16 conduisant les gaz chauds à travers la fente 20-dans l'espace 20o L'expérience a démontré que les arcs partiels entre les grilles 6 convenablement dimensionnés stéteignent plus rapidement après avoir brusquement changé leur direction. L'arc s'3tablissant entre les contacts 11-4 et se trouvant dans le champ électromagnétique puissant est violemment projeté sur les rebords des grilles 6 au début, dont l'entrefer "d"#rela- tivement élevé (p.exemple 1,8-2,5mm) est sensiblement réduit (d') entre les parties repliées 6a.Aussi la vitesse de propagation des arcs dans les entrefers "d" est plus grande suivant la relation 1), que celle "d' n dans les entrefers d'. Pour augmenter la vitesse de projeetion de ltarc entre les grilles conformément à la relation 3) d'une part, et protéger les parois du boitier contre la pression des gaz chauds instantanee mais violente d'autre part, les parois 3,3 fixant les plaques déioni- santes sont logées dans le champ électromagnetique creé entre les pièces polaires 10-10' (fig.2) solidaires du noyau oblong 8.Dans les appareils à courant continu le noyau 8 peut être remplacé par un aimant permanent.Dans ces cas on utilise les plaques en matériaux non-magnétiques, par exemple en cuivre, en isolant électriquement leurs saillies de fixation 3a,3b dans les parois isolan tes 3,3' très minces (d'ordre 0,3-0,4mm) p. ex. par une couche de vernis 19,19a (fig.3 et 2) résistant aux températures élevées. Pour favoriser le déplacement par refraction des pieds de l'arc sur les contacts et empêcher son rallumage, une courte paroi la est réalisée en arrière des dits contacts dans la grande paroi du boitier 1.L'espace nDtl entre la semelle 7 du boitier est. grâce à la forme des tolets extinctrices ,replié de 45 à 75Q, suffisamment# pour ne pas gêner d'une manière intolerable la sortie des gaz sortant des toles 6a.Au cas où la fente 17 ne peut pas entre réalisée, des canaux elargis 12,12a sont prevus dans la base de l'appareil. Une plaque métallique (21),ou en matière développant des gaz électronegatifs peut entre fixee sur la semelle pour déioniser ou refroidir les gaz sortant du paquet.Les parois fixant les ttles et soutenues par le noyau 8 et la visse 9 ,peuvent s'appuyer sur une saillie 18 réalisée dans le socle de l'appareil. En admettant par exemple llépaisseur des parois latérales du boitier 1mm ,ce qui est possible en utilisant les matières elas iques renforcées par les pièces polaires 10-10' dans les endroits soumis aux pressions élevées (par exemple au voisinage des contacts), l'epaisseur des pièces polaires 10-10' 1,3mm,l'épaisseur des parois isolantes (3) 0,5mmet 0,2 mm ltépaisseur de la couche de vernis (19,19a)isolante,c'est à dire au total bmm la largeur des tôles extinctrices,pouvant entre amenagées dans l'appareil dont la largeur est 17,5mm,est d'ordre llmm et 16mm dans les appareils de 22mm de largeur.En admettant 8 tales extinctrices d'épaisseur 1,3mm distancées à l'entrée de l'arc de mm (d),îa longueur du paquet de ces tales est d'ordre 26 mm.Bién que la longueur des tales est de 25mn du paquet est de 20mm seulement. Cependant on peut supprimer ces t8les extinctrices et amenager entre les pièces polaires une chambre céramique ou en matière résistant aux températures élevées comme par exemple mélamine,cette réalisation étant avantageuse dans les disjoncteurs à pouvoir de coupure moyenne (d'ordre 1500A) et d'épaisseur p. ex. 11,3mm. REVENDICÂTIGNS 1/ Chambre d'extinction de l'arc électrique notamment destinee aux disjoncteurs ayant la forme ramassée,caracterisee en ce que une portion de ses toles extinctrices (5,6) disposées perpendiculairement à la semelle du boitier de l'appareil est repliée dtun angle pouvant varier entre 30 et 65g et orientée vers les orifices (12) d'échappement des gaz chauds en particulier vers les fentes (7) conduisant les gaz provenant de ltarc dans ltespce (20) entre la semelle et le rail (14) de fixation de l'appareil0 2/Chambre d'extinction suivant la revendication première caracterisée en ce que les tales extinctrices (6,6a) fixées de la manière en soi connue entre des parois isolantes et parallèles, sont logées entre les pièces polaires (10,10') solidaires d'un noyau en fer (8) excité par au moins une spire (4) traversée par le courant à surveiller, ladite spire avec son noyau et contact fixe étant située au dessus des tales extinctrices,une de ses extrémites créant le parc-etincelles solidaire de la tale extinctrice extérieure (4a) du paquet des tales déionisantes tandis çue 11 autre extrémité (4b)est solidaire de la borne d'arrivée ou de sortie du courant (9). 3/ Chambre d'extinction de l'arc suivant les revendications 1) et 2) caractérisée en ce que les saillies (3a,3b) de fixation des tales extinctrices (5,6) dans les parois isolantes (3,3') sont electriquement isolées des pièces polaires(10,10') par une mince couche de vernis isolant (19,19a) résistant aux températures éle vées. 4/Chambre d'extinction de llarc suivant les revendications 2 et 3 caractérisée en ce que le paquet des tales extinetriees,les pièces polaires, le noyau oblong et son enroulement d'excitation constituent l'unité de construction pouvant être fixée sur une des bornes d'arrivée ou de sortie du courant de l'appareil0 5/ Chambre d'extinction suivant les revendications 1 et 2 caracté- risée en ce qu'unie courte paroi afractrice de l'arc (la)est réalisée dans la partie superieure du boitier (1) et en arrière des contacts principaux (11,4) de l'appareil. 6/Chambre d'extinction suivant les revendications 1,2 et 5 caracterisée en ce qu'une tale extérieure (5) du paquet des tales ex tinctrices est prolongée (5a) au dessus dudit paquet pour délimi ter avec l'autre tales extérieure (4a,4),les pièces polaires (10,10') et l'enroulement (4) du soufflage magnétique,l'espace (17) dans lequel se développe ltarc électrique. 7/ Chambre d'extinction suivant les revendications 1-t caractérisée en ce que le boitier de l'appareil est réalisé en matière elastique ou demi-élastique,les grandes parois latérales étant protégees et renforcées par les pièces polaires de l'aimant ou électroaimant créant le champ magnetique du soufflage de 1:arc. 8/ Chambre dlextinctinn suivant les revendications 1-6 caractérisée en ce que la semelle (7) du boîtier est munie de saillies pour créer entre les rails ou barres de fixation de l'appareil un espace (20) dans lequel pénètrent et se refroidissent les gaz chauds provenant de ltextinetion de ltarc électrique. 9/Chambre d'extinction suivant une des revendications précédentes caractérisée en ce que le paquet de tales extinctrices (6) est remplacé par une chambre de soufflage en céramique ou en matière moulée et fixée entre les pièces polaires (10-10') décrites dans la revendication 2). 10/ Chambre d'extinction suivant une des revendications précé dentes caractérisée en ce que le noyau (8) avec sa spire d'exci tation,créant ou solidaire du contact Oixe,possède une forme ob longue ou une barre plate située au dessus dlune partie de pa quet des tales extinctrices (5,6) et opposee à l'extrémité du parc-etincelles (5a) solidairé de la plaque extinctrice extéri eure (5) dudit paquet.