Brevet FR2295548A1 — publié le 19760716

L'invention est relative à un dispositf d'extinction d'arc pour appareil de coupure de courant électrique comprenant - des contacts séparables engendrant en position séparée un intervalle de coupure, - des moyens magnétiques créant au voisinage dudit intervalle un champ magnétique orienté transversalement par rapport à la direction de l'arc tiré entre lesdits contacts, - un organe de manoeuvre associé à l'un, mobile, desdits contacts entraené en translation selon l'axe longitudinal du dispositif, parallèle audit champ magnétique, vers la position d'ouverture de l'appareil de coupure. Dans un dispositif connu du genre mentionné, l'arc initial tiré entre lesdits contacts dans l'intervalle de coupure s étend sensiblement dans l'axe longitudinal du dispositif, et ne réagit que faiblement avec le champ magnétique engendré dans l'in- tervalle de coupure par les moyens magnétiques. Pour remédier à cet inconvénient, on a déjà proposé des moyens additionnels de soufflage, actifs lors de la formation de l'arc de manière à l'orienter perpendiculairement au champ magnétique. L'arc tourne alors dans l'espace annulaire délimité par une-électrode cylindrique et-le contact mobile.Ces moyens additionnels de soufflage peuvent entre supprimés par un agencement approprié de ltélectrode, laquelle est munie d'une extension radiale en saillie dirigée vers la zone d'arc pour capter l'arc électrique après sa formation. Selon un autre appareil de coupure connu, 1 'arc est perpendiculaire au champ magnétique dès sa naissance mais nécessite une commande d'ouverture à rotation. L'invention a pour but d'éviter ces inconvénients et de réaliser un dispositif d'extinction d'arc fiable et à coupure rapide. Elle est caractérisée par le fait que l'autre desdits contacts est semi-fixe, et coopère avec un élément de positionnement susceptible de déplacer ledit contact semi-fixe selon une direction perpendiculaire audit axe longitudinal provoquant la formation d'un arc initial radial et mobile en rotation autour desdits contacts sous l'action dudit champ magnétique. Selon un développement de l'invention, une électrode métallique en forme de piste divergente est agencée au voisinage du dit contact semi-fixe, de telle manière que ledit arc initial radial saute sur ladite électrode et subit un allongement progressif en fonction de la position du contact mobile le long dudit axe longitudinal, tout en restant sensiblement perpendiculaire audit champ magnétique Jusqu a son extinction. Selon un autre développement de ltinvention, ledit élément de positionnement suit durant une course déterminée le déplacement longitudinal dudit contact mobile, et comprend une paroi oblique par rapport audit axe longitudinal, susceptiblé d'écarter ledit contact semi-fixe dudit contact mobile, l'écartement maximum correspondant au rattrapage de ladite course et au libre déplacement du contact mobile vers la position d'ouverture. Le dispositif d'extinction d'arc est logé dans une enceinte étanche remplie de gaz isolant, notamment d'hexafluorure de soufre. I1 comprend un circuit principal de passage du courant permanent et un circuit pare-étincelles dans lequel est commuté un courant de défaut postérieurement à la séparation des contacts principaux. L'élément de positionnement a une forme de révolution, notamment tronconique, agencé autour de l'axe longitudinal, et à surface latérale coopérant avec le contact semi-fixe susceptible entre écarté du contact mobile. Le contact mobile est monté à coulissement dans un alésage ménagé dans l'élément de positionnement qui suit durant une course déterminée le déplacement longitudinal du contact mobile et autorise le libre déplacement de ce dernier après rattrapage de la course. Selon une variante de réalisation de l'invention, le contact mobile est en aboutement avec l'organe de positionnement durant ladite course. Les moyens magnétiques comportent au choix une bobine électromagnétique connectée en série avec l'électrode et les contacts pare-étincelles, ou des aimants permanents judicieusement disposés dans l'intervalle de coupure pour engendrer le champ dtinduction axial perpendiculaire à la direction de l'arc. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de l'exposé qui va suivre de deux modes de mise en oeuvre donnés à titre d'exemples non limitatifs, et représentés aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue schématique en élévation d'un dispositif d'extinction selon l'invention, représenté en position de coupure; les figures 2 et 3 montrent, à échelle réduite, le dispositif de la figure 1, respectivement en position de fermeture et d'ouverture; la figure 4 est une vue schématique en élévation d'une variante de réalisation de l'invention, représentée en position de coupure; les figures 5 et 6 sont des vues partielles du dispositif de la figure 4, respectivement en position de fermeture, et en position de commutation à circuit principal ouvert, circuit pare-étincelles fermé. Selon les figures 1 à 3, un dispositif d'extinction d'arc 10 pour appareil de coupure de courant électrique, notamment un disjoncteur à isolement gazeux, comporte deux contacts principaux 12, 14 fixes montés dans une cage 16 annulaire en matériau conducteur avec interposition de moyens élastiques, notamment des ressorts 18, 20 de compression, et coopérant avec un contact principal mobile 22, en forme de tige conductrice, assujetti à un organe de manoeuvre (non représenté) susceptible de déplacer le contact mobile 22 selon l'axe XX' longitudinal de symétrie du dispositif vers la position d'ouverture.La cage 16 est connectée à un conducteur 24 d'amenée du courant, et le contact principal mobile 22 est solidaire mécaniquement et électriquement d'un contact pareétincelles mobile 26 en forme de bague prolongée par une tige 28 conductrice associée à un contact frottant 29 relié à un conducteur de sortie 30 de courant. Une bobine 32 électromagnétique de forme cylindrique d'axe XX' entoure coaxialement le dispositif d'extinction 10 au niveau du contact pare-étincelles 26 et de la tige 28, et est connectée électriquement par l'une de ses extrémités au conducteur 24 d'amenée de courant au moyen d'un fil de liaison 34, et par l'ex- trémité opposée àKune électrode 36 métallique logée dans l'espace interne creux de la bobine 32. L'électrode 36 comprend une portion cylindrique 38, de diamètre inférieur à celui de la bobine 32, prolongée par unie portion tronconique 40 dirigée jusqu'au voisinage de contacts pare-étincelles semi-fixes 42, 44, disposés de part et d'autre du contact pare-étincelles mobile 26, en position de fermeture de l'appareil. Un intervalle de coupure 46 annulaire délimité par le profil de l'électrode 36 est traversé par les lignes de forces d'un champ magnétique d1induction engendré par la bobine 32. Les contacts pare-étincelles semi-fixes 42, 44 sont pourvus d'organes de guidage 48, 50 montés à coulissement dans des ouvertures 52, 54 ménagées dans une cage 56 annulaire en matériau conducteur, assujettie à la portion tronconique 40 de l'électrode 36. Un tronçon isolant 58 cylindrique est agencé entre les deux cages 16, 56 de contacts principaux et pare-étincelles, et guide le mouvement longitudinal d'un organe de positionnement 60 des contacts pare-étincelles semi-fixes 42, 44, prenant appui sur la bague du contact pare-étincelles mobile 26.Le contact principal mobile 22 traverse une ouverture coaxiale 62 percée dans la partie centrale de l'organe de positionnement 60, en matériau isolant réfractaire muni d'une zone ou surface tronconique 64 coopérant avec les contacts pare-étincelles 42, 44 semi-fixes animés d'un mouvement transversal d'écartement perpendiculaire à l'axe longitudinal XX' de déplacement des contacts mobiles 22, 26. Un ressort de compression 66 est intercalé entre la cage 16 et une rainure 68 ménagée dans la base 70 cylindrique de l'organe de positionnement 60 dont la course longitudinale est limitée par une butée 72 faisant partie intégrante de la cage 56. Des conducteurs souples 74, 76 en forme de boucles sont logés dans la cage 56 et assurent le contact électrique entre l'électrode 36 et les contacts pare-étincelles semi-fixes 42, 44.Des ressorts 78, 80 de pression de contact sont enfilés sur les organes de guidage 48, 50 entre les branches des conducteurs souples 74, 76. Le dispositif d'extinction d'arc 10 est disposé dans une enveloppe étanche (non représentée) remplie de gaz isolant de haute rigidité diélectrique, notamment de l'hexafluorure de soufre. Le fonctionnement de l'appareil de coupure selon les figures 1 à 3 est le suivant En position de fermeture représentée à la figure 2, le courant rentre dans le dispositif par le conducteur d'amenée 24 et parcourt ensuite la cage 16, les contacts principaux fixes 12, 14 et mobile 22, le contact pare-étincelles mobile 26, la tige 28 et ressort du dispositif par le conducteur 30. Les ressorts de compression 78, 80 assurent un bon contact électrique entre les contacts pare-étincelles semi-fixes 42, 44 et mobile 26, et un courant négligeable circule dans la bobine électromagnétique 32 ayant une impédance déterminée. Lors de l'apparition d'un courant de défaut (figure 1), l'ouverture de l'appareil est effectuée par déplacement dans le sens de la flèche F, de l'équipage mobile au moyen de l'organe de manoeuvre. Dans une première phase de fonctionnement, les contacts principaux se séparent et le courant est commuté dans le circuit pare-étincelles par l'intermédiaire de la bobine 32 et de l'élec- trode 36. L'organe de positionnement 60 suit le mouvement longitudinal de l'équipage mobile, et sa zone tronconique 64 écarte les contacts pare-étincelles semi-fixes 42, 44 du contact pare-étincelles mobile 26 selon un mouvement transversal par rapport à la direction XX' de déplacement longitudinal de l'équipage mobile.Un arc radial 84 est tiré dans l'intervalle de coupure 46 entre la bague du contact pare-étincelles mobile 26 et l'un, 42, des contacts pare-étincelles semi-fixes, et le champ magnétique B important, engendré dans ledit intervalle 46 par la bobine 32 parcourue par le courant, est sensiblement perpendiculaire à la direction initiale de l'arc 84, provoquant la rotation de l'arc autour de l'axe XX' le long de la piste annulaire du contact pare-étincelles mobile 26.Le mouvement poursuivi de l'équipage mobile dans le sens longitudinal indiqué par la flèche F entame la deuxième phase de fonctionnement : à un instant déterminé, les racines de l'arc tounzatt, associées au contact pare-étincelles semi-fixe 42, sautent sur les portions tronconique.:40, puis cylindrique 38 de l'électrode 36 selon la position longitudinale du contact pareétincelles mobile 26. L'arc tournant à grande vitesse dans l'inter- valle de coupure 46 annulaire sous l'action du champ magnétique B est ainsi allongé et refroidi- jusqu a son extinction au passage b zéro du courant. L'actionnement poursuivi de l'organe de manoeuvre provoque le blocage de l'organe de positionnement en matériau isolant contre la butée 72 de la cage 56, et son insertion entre les contacts pare-étincelles semi-fixes 42, 44, mais autorise le libre déplacement de l'équipage mobile jusqu'à la position d'ouverture (figure 3) dans laquelle une distance dtitolement suffisante sépare les contacts principaux 12, 14, 22. Sur les figures 4à 6 représentant une variante de réalisation du dispositif selon l'invention, les mêmes repères sont employés pour désigner des pièces analogues ou identiques à celles des figures 1 à 3, et pour des raisons de clarté de l'exposé, ces pièces ne seront plus décrites en détail par la suite. L'équipage mobile actionné par organe de manoeuvre dans la direction de l'axe XX' de symétrie comprend un contact mobile 100 en forme de tige à section uniforme jouant le double rôle de contact mobile principal et pare-étincelles, et coopérant avec une paire de contacts principaux semi-fixes 102, 104 associés à une paire de contacts pare-étincelles semi-fixes 42, 44.L'organe de positionnement 60 suit le déplacement longitudinal du contact mobile 100 par la détente du ressort 66 de compression interposé entre la base cylindrique 70 et la zone centrale d'un plateau 106 pourvu à ses extrémités de tiges 108, 110 assujetties à une bague 112, en matériau conducteur, reliée électriquement au conducteur 24 d'amenée de courant, et dont la partie supérieure sert de butée à l'organe de positionnement 60. Des ouvertures ménagées dans la base 70 sont traversées par les tiges 108, 110 assurant le guidage longitudinal de l'organe de positionnement 60 dont la surface tronconique 64 coopère avec les contacts principaux semi-fixes 102, 104.La poussée vers le bas de l'organe de positionnement provoque écarte ment selon les flèches b des contacts 102, 104 à l'encontre des ressorts de compression 114, 116 enfilés sur des organes de guidages 118, 120 montés-à coulissement dans des ouvertures de la bague 112. Des conducteurs souples 122, 124 relient électriquement la bague 112 aux contacts principaux semi-fixes 102, 104.Chaque contact principal semi-fixe 102, 104 est solidaire d'un organe de support 126, 128, en matériau isolant, monté à coulissement sur la base 130 plane de l'électrode 36, et muni d'une lumière 132, 134 traversée par le contact pare-étincelles semi-fixe 42, 44 correspondant, supportant un épaulement 136, 138 susceptible autre entratné par l'organe de support 126, 128 après rattrapage d'une course morte d appropriée à la commutation du courant du circuit principal vers le circuit pare-étincelles. Une entretoise 140, en matériau isolant, est interposée entre la bague 112 et la pièce conductrice 142 solidaire de la base 130 de l'électrode 36. Le fonctionnement du dispositif selon les figures 4 à 6 découle de l'exposé précédent et il suffit de rappeler qu'en position de fermeture (figure 5), les contacts principaux 102, 104 et pare-étincelles 42, 44 semi-fixes, sont en appui contre le contact mobile 100. Le courant circule dans le circuit principal par l'intermédiaire de la bague 112, les conducteurs souples 122, 124, les contacts principaux semi-fixes 102, 104 et le contact mobile 100. Lors d'un défaut, le contact mobile 26, actionné par l'organe de manoeuvre selon le sens de la flèche F, se sépare des contacts principaux 102, 104 provoquant la commutation du courant dans le circuit pare-étinceles comprenant la bobine électromagné tique 32, l'électrode 36, la pièce conductrice 142, les conducteurs souples 74, 76, les contacts pare-étincelles semi-fixes 42, 44 et le contact mobile 100 (figure 6). Sous la poussée du ressort de compression 66, l'organe de positionnement 60 suit le déplacement du contact mobile, et la surface tronconique 64 écarte les contacts principaux semi-fixes 102, 104 dans le sens des flèches b.Après rattrapage de la course morte d , les organes de support 126, 128, montés à coulissement sur la base 130 de l'électrode 36, viennent buter contre les épaulements 136, 138 et provoque la sE- paration des contacts pare-étincelles semi-fixes 42, 44 par écartement selon le sens des flèches b (figure 4). Un arc 84 est tiré dans l'intervalle de coupure 46 entre l'un, 42, des contacts pareétincelles semi-fixes entre le contact mobile 100, et le champ magnétique B perpendiculaire à la direction initiale de l'arc 84 provoque sa rotation autour du contact mobile 100. La suite du fonctionnement est similaire à celui décrit en référence aux figures 1 à 3. L'invention n'est bien entendu nullement limitée au mode de mise en oeuvre plus particulièrement décrit et représenté aux dessins annexés, mais elle s'étend bien au contraire à toute variante restant dans le cadre des équivalences électriques, mécaniques et magnétiques, notamment celle dans laquelle le champ magnétique, perpendiculaire à l'arc dans l'intervalle de coupure, serait engendré par un dispositif à aimants permanents. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'extinction d'arc pour appareil de coupure de courant électrique comprenant - des contacts séparables engendrant en position séparée un intervalle de coupure, - des moyens magnétiques créant au voisinage dudit intervalle un champ magnétique orienté transversalement par rapport à la direction de l'arc tiré entre lesdits contactes, - un organe de manoeuvre associé à l'un, mobile, desdits contacts entraîné en translation selon l'axe longitudinal du dispositif, parallèle audit champ magnétique, vers le position d'ouverture de l'appareil de coupure, caractérisé par le fait que l'autre desdits contacts est semi-fixe, et coopère avec un élément de positionnement susceptible de déplacer ledit contact semi-fixe selon une direction perpendiculaire audit axe longitudinal provoquant la formation d'un arc initial radial et-mobile en rotation autour desdits contacts sous l'action dudit champ magnétique. 2. Dispositif d'extinction d'arc selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu une électrode métallique en forme de piste divergente est agencée au voisinage dudit contact semi-fixe, de telle manière que ledit arc initial radial saute sur ladite électrode, et subit un allongement progressif en fonction de la position du contact mobile le long dudit axe longitudinal, tout en restant sensiblement perpendiculaire audit champ magnétique jus qu a son extinction. 3. Dispositif d'extinction d'arc selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait, que ledit élément de positionnement suit durant une course déterminée le déplacement longitudinal dudit contact mobile, et comprend une paroi oblique par rapport audit axe longitudinal, susceptible d'écarter ledit contact semifixe dudit contact mobile, l'écartement maximum correspondant au rattrapage de ladite course et au libre déplacement du contact mobile vers la position d'ouverture. 4. Dispositif d'extinction d'arc selon l'une quelconque des revendications précédentes, muni d'un circuit principal de passage du courant permanent et d'un circuit pare-étincelles dans lequel est commuté un courant de défaut postérieurement à la séparation des contacts principaux, caractérisé par le fait que ledit élément de positionnement a une forme de révolution agencée autour dudit axe longitudinal et à surface latérale coopérant avec ledit contact semi-fixe. 5. Dispositif d'extinction d'arc selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ladite forme de révolution est trcfr conique. 6. Dispositif d'extinction d'arc selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ladite forme de révolution comporte un segment de paraboloide. 7. Dispositif dlextinction d'arc selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit contact mobile est monté à coulissement dans un alésage dudit élément de positionnement, coaxial audit axe longitudinal. 8. Dispositif d'extinction d'arc, selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé par le fait que ledit contact mobile est en aboutement avec ledit organe de positionnement durant ladite course. 9. Dispositif d'extinction d'arc selon lune quelconque des revendications 2 à 8, dans lequel lesdits moyens magnétiques comportent une bobine électromagnétique coaxiale audit axe longitudinal, caractérisé par le fait que l'une des extrémités de ladite bobine > et ledit contact semi-fixe sont agencés sensiblement dans un même plan perpendiculaire audit axe longitudinal, et que l'extrémité opposée est reliée électriquement à ladite électrode. 10. Dispositif d'extinction d'arc selon l'une quelconque des revendications 1 b 8, caractérisé par le fait que lesdits moyens magnétiques sont munis d'aimants permanents conformés pour engendrer ledit champ magnétique d'induction axial dans ledit intervalle de coupure.