Brevet FR2285700A1 — publié le 19760416

L'invention concerne un dispositif de coupure pour interrupteurs électriques dans lesquels la coupure est obtenue en déplaçant rapidement l'arc sous l'action de forces électroiagnétiques dans une enceinte remplie d'un gaz possédant un grand pouvoir d'extinction, tel que l'bexafluorure de soufre. Dans des dispositions connues, l'arc est amorcé entre deux électrodes concen- triques et un champ magnétique parallèle à l'axe provoque la rnse en rotation, le refroidissement et l'extinction de l'arc. Cette disposition présente plusieurz inconvénients : l'arc échauffe l'électrode centrale de faible diamètre beaucoup plus rapidement que l'électrode extérieure, ce qui nécessite l'utilisation de matériaux à point de fusion élevé pour éviter une usure trop importante. Le gaz d'extinction est beaucoup plus ionisé A proximité de l'axe du dispositif, ce qui provoque la création d'un anneau de gaz très chaud autour de l'électrode centrale. Il en résulte, au moment du passage du courant par zéro, des réamor0ages qui limitent fortesent le pouvoir de coupure sous des tensions élevée. Par ailleurs, le champ magnétique n'étant pas uniforme, le déplacesent de l'arc n'est pas identique sur toute sa longueur. L'invention a pour but de remédier aux inconvénients précédents et de permettre ainsi l'accroissement du pouvoir de coupure de ce type d'appareil. L'invention a pour objet un dispositif de coupure pour interrupteur élec- trique, comportant, dans une enceinte remplie de gaz diélectrique, deux contacts principaux disposés dans l'axe l'un de l'autre et dont l'un au oins est mobile, et deux contacts d'arc dont l'un au moins est mobile, caractérisé par le fait que chaque contact d'arc est disposé coaxialerent autour du contact principal auquel il est associé et a un diamètre sensible ent égal à l'autre, et qu'il cc-porte des noyons pour déplacer l'arc, s'établissant lors de la séparation des contacts d'arc, en conservant une direction sensibleme nt parallèle A l'axe commun des contacts. Selon une caractéristique, les moyens pour déplacer l'arc sont constitués par le champ magnétique d'au moins une bobine coaxiale dont l'enroulement est disposé en série avec les contacts d'arc et shunté par les contacts principaux en position de fermeture de l'interrupteur. Selon une autre caractéristique, le champ créé par la bobine est renforcé par la présence d'un moyen magnétique. Selon une autre caractéristique, il comporte un mécanisme pour assurer, A la fermeture, d'abord l'entrée en contact des contacts principaux, puis celle des contacts d'arc, et à l'ouverture d'abord la séparation des contacts principaux, puis celle des contacts d'arc. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront dans les divers exemplès de réalisation donnes à titre d'illustration dans les dessins annexés. Les figures I à 7 sont des coupes par l'axe de diverses variantes de dispo sitifs selon l'invention, en position d'ouverture. Dans les figures 1 à 4 on a désigné par 4 le contact principal fixe d'un interrupteur et par 6 le contact principal mobile qui lui est associé. Ces contacts principaux sont disposés en regard l'un de l'autre et selon le même axe, le contact fixe 4 à l'extrémité d'une tige 5, et le contact fixe 6 à l'extrémité d'une tige 7. La tige 7 est reliée d'autre part à un organe moteur non représenté dans les figures. Un contact fixe d'arc 2 est disposé autour du contact principal fixe 4 et coaxialement à celui-ci. Un contact mobile d'arc 1 est disposé autour du contact mobile principal 6. Les contacts d'arc mobile ont le même diamètre et sont disposés en regard l'un de l'autre. Un écran isolant 10 solidaire du contact fixe 4 est disposé entre ce contact et le contact d'arc 6. Un autre écran isolant 1I de diamètre différent et solidaire du contact mobile 6 est disposé entre ce contact et le contact d'arc 1. Tous ces contacts sont placés dans une enceinte de l'interrupteur, non représentée dans les figures, mais remplie de gaz possédant un grand pouvoir d'extinction, l'interrupteur étant en position d'ouverture. Dans la figure I une bobine de soufflage 3 coaxiale à la tige 5 et au contact 4 est disposée autour de cette tige et en série entre le contact d'arc 2 et la tige 5 grâce A des barrettes de connexion 30 et 31. Le contact d'arc I a la forme d'une calotte dont le fond 34 est traversé par la tige 7 ; il est rendu mobile sur la tige 7 grâce A un ressort de compression 8 interposé entre le fond de la calotte et une butée 14 fixée à cette tige. Une barrette de shuntage 9 est disposée entre la butée 14 et le contact mobile 6. Le fonctionnement du dispositif est le suivant. En position de fermeture, les contacts d'arc I et 2 d'une part et les contacts principaux 4 et 6 d'autre part sont en contact et la plus grande partie du courant passe par la tige 5, le contact 4r le contact 6 et la tige 7, la bobine 3 se trouvant ainsi shuntée. Pendant la manoeuvre d'ouverture, le déplacement de la tige 7 selon la flèche F sépare les contacts principaux 4 et 6. Le ressort 8 maintient en contact les contacts d'arc 1 et 2. Le courant passe alors par la tige 7, la barrette de connexion 9, les contacts I et 2, la bobine 3 et la tige 5. La circulation du courant dans la bobine 3 crée un champ magnétique selon B. La continuation du déplacement selon la flèche F de la tige 7 provoque l'entraînement du contact d'arc I par le contact 6, la séparation des contacts 1 et 2 et l'apparition d'un arc, schématisé en 32 entre ces derniers. La force nécessaire du déplacement de l'arc, produite par l'action combinée du courant et du champ B créé par la bobine 3 assure le déplacement de l'arc entre les contacts 1 et 2, le refroidissement et l'extinction de l'arc.Les écrans 10 et 11 en matériau isolant résistant à l'arc empêchent la propagation des gaz ionisés vers les~contacts principaux 4 et 6 et évitent les résmorçages entre ces contacts. Dans la figure 2, les contacts d'arc I et 2 sont en série avec une deuxième bobine de soufflage 12 coaxiale la tige 7 et au contact 6. La bobine 12, qui est solidaire du contact mobile 1, est reliée A celui-ci par une barrette de connexion 33, et A la butée 14 par la barrette de connexion 9. Le champ B est alors produit par les deux bobines 3 et 12 traversées par le courant à interrompre et disposées de façon à coordonner l'action de leurs champs magnétiques propres. L'une des bobines peut etre fixe et l'autre mobile ou toutes les deux mobiles. Dans ces conditions, on peut simultanément réduire le diamètre de l'appareil et acerottre le champ résultat B tout en obtenant dans la zone de coupure un champ tri sensiblesent perpendiculaire i l'axe des tiges 5 et 7, ce qui amgmente l'efficacité du dispositif. Lors de la fermeture des appareils des figures 1 et 2, quand les contacts d'arc 1 et 2 établissent le courant, ce dernier traverse la ou les bobines Cette disposition peut entraîner des difficultés de réalisation des bobines lorsque le pouvoir de fermeture est élevé. Avec le dispositif de la figure 3, le contact d'arc mobile I est entrasse par des butées 14 et 15 disposées sur la tige mobile 7, et les mouvements des contacts 1 et 6 sont désolidarisés.A cet effet, le mouvement du contact d'arc mobile I est directement commandé à la fermeture p" la butée 14, ct A l'ouverture par une deuxième butée t5 disposé entre la butée 14 et le fond 34 de la calotte du contact d'arc, et le ressort de compression 8 est remplacé par un mécanisme annexe 13. Ce mécanisme 13 peut etre réalisé de diverses façons et par exemple cola indiqué sur la figure 3 par un dispositif å ressort A passage ds point mort. n comprend une bielle 16, pouvant tourner autour d'un aux fixe 17 et articulée 1w le contact d'arc 1, et un ressort 18. Le ressort 18 colporte un point d'attache 19 aur la manivelle 16 et peut tourner autour d'un axe fixe 20. A l'ouverture, on sépare d'abord, cosse précédemsent, les contacts principaux 4 et 6 puis les contacts d'arc I et 2. A la fermeture, le contact électrique est d'abord établi par les contacts 4 et 6 puis par les contacts 1 et 2. Mais le maintien en position de fermeture ou d'ouverture du contact 1 est obtenu l'aide du mécanisme annexe 13. Selon la variante de la figure 4, on peut ajouter au soufflage magnétique un soufflage autopneumatique qui introduit un gaz frais non ionisé dans la zone de coupure. Le déplacement de la tige 7 entraîne la pièce de contact 1 dont le fond 34 forme piston et comprise le gaz contenu dans un cylindre fixe 21. Ce gaz s'échappe par un orifice 22 débouchant sur le contact principal 6. Le gaz, injecte entre les contacts principaux 4 et 6, facilite la commutation du courant sur les contacts d'arc 1 et 2, passe entra les écrans isolants 10 et 11 et pénètre dane la zone de coupure. Cette disposition accrott le pouvoir de coupure et améliere a coupure de petits courants pour lesquels le soufflage de la bobine 3 est plus réduit. Lorsque l'appareil correspond à une grande intensité nominale ou à un grand pouvoir de coupure, l'un des contacts principaux 4 et l'un des contacts d'arc I sont formés par des contacts multiples constitués de préférence par des doigts de contact 23 et 24 ainsi que représentés dans la figure 5. Le passage du courant permanent est assuré par le contact principal 6 et les doigts 23 et la tenue au courant de court-circuit par le contact des doigts 24 avec le contact d'arc 2. Après la séparation du contact d'arc 2 d'avec les doigts 24, l'arc est commuté entre les contacts d'arc I et 2. Le principe de coupure est le même que précé demxent. On peut également accroftre le pouvoir de coupure de l'appareil en utilisant un dispositif comme celui représenté dans la figure 6. Un noyau magnétique 25 en matériau magnétique, de forme cylindrique par exemple, est disposé coaxialement l'intérieur de la bobine 3. Dans les dispositions des figures I à 5, lorsque le courant à interrompre tend vers zéro, le champ magnétique B tend également vers zéro et la force qui tend à déplacer l'arc 32 sur les contacts d'arc I et 2 décroît très rapidement. Sur la figure 6, la pièce magnétique 25, aimantée par la bobine 3, maintient une valeur élevée du champ B même lorsque le courant décroît et assure ainsi le déplacement et un refroidissement efficace de l'arc jusqu'à des valeurs très faibles du courant. Dans la figure 7, on a représenté une construction simplifiée du dispositif de coupure, dans laquelle la bobine 3 a été remplacée par un aimant permanent 26. Cet aimant crée à lui seul le champ B et il est protégé des atteintes possibles de l'arc par un isolant 27. Dans cette disposition, le contact principal est assuré par le contact des doigts 28 avec la surface extérieure 29 du contact d'arc 1. A l'ouverture, la séparation des contacts s'effectue d'abord entre les doigts de contact 28 et la surface 29, puis entre I et 2. il est évident que l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation qui viennent d'etre décrits et représentés et qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple ; en particulier on peut, sans sortir du cadre de l'invention, modifier certaines dispositions, ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents. ERVENDICATIONS 1/ Dispositif de coupure pour interrupteur électrique, comportant dans une enceinte replie de gaz di électrique deux contacts principaux (4, 6) disposés d'as i'axe l'un de l'autre et dont l'un (6) au oins est mobile, et deux contacts d'arc (2, I) dont l'un (I) au moins est mobile, caractérisé par le fait que chaque contact d'arc (2, 1) est disposé coaxialement autour du contact principal (4, 6) auqual il est associé et a un diamètre sensiblement égal à l'autre, et qu'il comporte des doyens pour déplacer l'arc, s'établissant lors de la séparation des contacts d'arc, en conservant une direction sensiblement parallele à l'axe commun des contacts. 2/ Dispositif selon la revendication I, caractérisé par le fait que les doyens pour déplacer l'arc sont constitués par le champ magnétique d'au soins une bobine (3) coaxiale dont l'enroulement est disposé en série avec les contacts d'arc (1, 2) et shunte par les contacts principaux (4, 6) en position de fermeture de l'interrupteur. 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le champ créé par la bobine (3) est renforcé par la présence d'un noyau Magnétique (25) disposé à l'intérieur de la bobine. 4/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens pour déplacer l'arc comportent un aimant permanent (26). 5/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'au moins un écran isolant (IO) est disposé entre les contacts d'arc (2) et les contacts principaux (I). 6/ Dispositif selon l'une des revendications I à 5, caractérisé par le fait qu'il colporte un mécanisme (13) pour assurer, à la fermeture, d'abord l'entrée en contact des contacts principaux (4, 6) puis celle des contacts d'arc (2, i) et à l'ouverture, d'abord la séparation des contacts principaux, puis celle des contacts d'arc. 71 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le mécanisme (13) est du type à passage de point mort comportant une bielle (16) articulée sur un point fixe (19) et reliée d'une part au contact d'arc mobile (I) et d'autre part à un ressort de rappel (18). 8/ Dispositif selon l'une des revendications I à 6, caractérisé par le fait que le contact mobile (1) constitue le piston mobile (34) d'un dispositif de soufflage autopneumatique agissant sur un orifice (22) disposé au centre du piston mobile. 9/ Dispositif selon la revendication I, caractérisé par le fait que le gaz dié- lectrique qui remplit l'enceinte est de l'hexafluorure de soufre. 10/ Dispositif selon la revendication I, caractérisé par le fait que l'enceinte à gaz est sous pression permanente.