Brevet FR2356257A1 — publié le 19780120

L'invention, due à la collaboration de Messieurs Aimé BADON et Kenichi TANIMURA, est relative à un interrupteur à autosoufflage comprenant - une paire de contacts alignés, dont un contact mobile coulissant pour venir sélectivement en position d'ouverture ou de fermeture desdits contacts, - un ensemble de compression d'un gaz de soufflage d'un arc tiré entre lesdits contacts lors de leur séparation, ayant un élément piston et un élément cylindre, l'un desdits élements, relié audit contact mobile, étant mobile pour engendrer une précompression au cours d'une précourse préalable à la séparation des contacts, - une buse de soufflage entourant coaxialement lesdits contacts en position de fermeture et portée par ledit élément mobile, lune des embouchures de la buse communiquant avec l'ensemble de compression pour canaliser le gaz de soufflage comprimé vers la zone de séparation desdits contacts, 11 autre embouchure étant quasiment obturée, en position de fermeture des contacts, par l'un des contacts y pénétrant avec faible jeu et étant libérée par le retrait de ce dernier contact au cours du mouvement d'ouverture pour constituer une première voie d'échappement du gaz de soufflage comprimé, - une deuxième voie d'échappement du gaz de soufflage comprimé, constituée par l'un des contacts tubulaires, obturée en position de fermeture des contacts par l'autre contact. Un interrupteur connu du genre mentionné réalise une meilleure utilisation du gaz de soufflage, préalable à la séparation des contacts et la formation de l'arc, et une compression additionnelle en empêchant ou entravant l'écoulement du gaz de soufflage durant la première période de formation de l'arc. A cet effet, les voies d'échappement du gaz comprimé sont temporairement obturées et leur ouverture intervient après une course pré- déterminée de déplacement du contact mobile, c'est-à-dire-après une distance d'écartement des contacts et une longueur d'arc appropriée à une extinction de ce dernier. L'arc participe par échauffement du gaz d'extinction à la compression de ce dernier et l'ensemble de compression à volume pistonnable peut être réduit en conséquence.L'efficacité d'un tel interrupteur est limitée, car le retard au soufflage de l'arc est indépendant de l'intensité du courant à couper et la pression du gaz au moment du soufflage est extrêmement variable én fonction de ce courant. L'ouverture des voies d'échappement du gaz de soufflage, déterminée par le déplacement de l'équipage mobile-de ltinterrupteur, s'effectue progressivement et empêche une projection brusque du gaz sur l'arc à éteindre. Un autre interrupteur connu fait usage d'un clapet d'ob- turation de ltembouchure de la buse pour engendrer une compression additionnelle du gaz de soufflage sous l'action de l'arc, le clapet s'ouvrant en cas de surpression ou aprè-s une course prédéterminée de l'équipage mobile. La réalisation d'un tel clapet soumis à l'action de l'arc et la conservation de l'étanchéité sont compliquées et le fonctionnement par tout ou rien ne permet pas-une adaptation aux conditions partieulières de fonctionnement, notamment à la valeur des courants à couper. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et de permettre la réalisation d'un interrupteur à autosoufflage amélioré. L'interrupteur selon l'invention est caractérisé par le fait que ladite deuxième voie d'échappement comporte de plus un clapet d'obturation, sollicité en position de fermeture et suscep- tible autre déplacé en position d'ouverture par la pression du gaz régnant dans ladite deuxième voie pour permettre un échappe- ment du gaz lors du dépassement d'un seuil prédéterminé de ladite pression. Lors d'une coupure d'un fort courant de court-circuit et d'une augmentation rapide de la pression sous l'action de l'arc dans la buse de soufflage avec formation d'un bouchon gazeux, le clapet taré correctement s'ouvre brusquement sous l'action de cette pression pour autoriser un écoulement de gaz très important par ladite deuxième voie et une évacuation du bouchon gazeux. La régénération rapide de la zone d'arc, due à l'évacuation du bouchon gazeux et au soufflage intensif de l'arc, permet une extinction rapide de ce dernier. L'adjonction du clapet selon l'invention permet ainsi une réduction notable du temps d'arc et un accroissement du pouvoir de coupure de l'interrupteur.Le clapet est avantageusement disposé dans une zone éloignée de l'arc et sa réalisation ne présente aucune difficulté particuljère. L'ouverture de la première voie d'échappement intervient en fin de course de sé paration des contacts, l'arc étant généralement déjà éteint. Le retrait du contact fixe de l'embouchure de la buse de soufflage réaliste une séparation galvanique entre ces pièces. Le moment d'ouverture de la deuxième voie d'échappement du gaz de soufflage dépend essentiellement de la pression régnant dans la zone d'arc et donc de la valeur du courant de court-circuit, tandis que la libération de la première voie de soufflage est fonction de la course de déplacement de l'équipage mobile, ctest-à-dire de l'intervalle de séparation des contacts. Dans le cas d'une coupure d'un faible courant ou d'un courant de condensateur, il est avantageux de retarder le soufflage de l'arc jusqu'd une séparation des contacts suffisante à la tenue de la tension de rétablissement et à disposer dans la zone de séparation d'une pression notable.Dans un cas limite la deuxième voie d'échappe- ment peut rester obturée par le clapet et l'arc persiste jusqu'à la libération de la première voie d'échappement du gaz d'extinction. L'intensité de soufflage de l'arc est alors suffisante à l'extinction de cet arc de faible intensité, et la distance de séparation des contacts ainsi que la forte compression du gaz due à la persistance de l'arc, assurent unetenue à la tension de rétablissement. La combinaison selon l'invention des deux voies de soufflage de caractéristiques distinctes permet une adaptation aux conditions particulières de fonctionnement de l'interrupteur et un soufflage approprié. La deuxième voie d'échappement peut autre ménagée dans le contact mobile ou dans le contact fixe, le contact associé étant dans ce cas un contact plein. Selon un développement de l'invention, une troisième voie d'échappement est ménagée dans le deuxième contact également tubulaire et cette troisième voie est agencée pour une libération en fonction de la course de l'équipage mobile, cette course étant différente de celle provoquant la libération de la première voie d'échappement. Selon une variante de réalisation, la troisième voie d'échappement est équipée d'un clapet obturateur taré à une valeur différente du clapet de la deuxième voie d'échappement, de manière à mieux adapter l'effet de soufflage à l'intensité de l'arc à couper. La multiplicité des voies d'échappement et l'éche- lonnement de leur libération réalisent une véritable modulation de l'effet de soufflage du gaz d'extinction de l'arc. L'interrupteur comporte avantageusement une enceinte étanche remplie d'hexafluorure de soufre par polie, mais il est clair qu'elle est applicable à des interrupteurs à pôles logés dans une enveloppe commune et à tout type d'interrupteur, notamment à cylindre mobile de soufflage ou à piston mobile de soufflage. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront plus clairement de l'exposé qui va suivre de différents modes de mise en oeuvre de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue schématique en section, d'un pale d'un interrupteur selon l'invention, représenté en position de fermeture des contacts; la figure 2 est une vue analogue à celle de la figure 1, montrant 15interrupteur dans une position intermédiaire de libération de la deuxième voie d'échappement de gaz; la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 1, montrant l'interrupteur en position d'ouverture des contacts; les figures 4 à 6 représentent sur des vues analogues à celle de la figure 1, trois variantes de réalisation selon l'in- vent ion. Sur les figures, un pale d'un interrupteur est logé à l'in- térieur d'une enveloppe étanche 10, dont l'un 12 des fonds est traversé par une tige de commande 14 prolongée par un contact tubulaire mobile 16. Le fond opposé 18 de 11 enveloppe 10 porte un contact plein 20 aligné avec le contact mobile 16 et coopérant par embottement en position de fermeture des contacts avec le contact mobile 16. Une cloison intermédiaire 22 de l'enveloppe 10 porte un piston 24 coiffé par un cylindre 26 solidaire du contact mobile 16. Le fond du cylindre 26 porte une buse de soufflage 28, dont 11 embouchure inférieure 30, sur la figure 1, communique par des orifices ménagés dans le fond du cylindre 26 avec le volume pistonnable confiné par le cylindre 26 et le piston 24.La buse de soufflage entoure coaxialement, en position de fermeture des contacts, représentée à la figure 1, les extrémités des contacts 16, 20, et l'embouchure supérieure 32 de la buse 28 entoure à faible jeu le contact fixe 20. Des doigts de prise de courant 34 engagent le contact mobile 16, dont 1 t intérieur creux communique par des orifices latéraux 36 avec le volume confiné entre le fond 12 et la cloison intermédiaire 22. L'enveloppe 10 est remplie d'hexafluorure de soufre sous pression. Un interrupteur du genre précité est bien connu, et il est inutile de le décrire en détail. En position de fermeture, représentée à la figure 1, le contact mobile tubulaire 16 est obturé par le contact fixe 20 pénétrant dans l'extrémité du contact mobile 16. L'embouchure 32 de la buse de soufflage 28 est également obturée par le contact fixe 20. L'ouverture de l'interrupteur est commandée par coulissement, vers le bas sur la figure 1, de la tige de commande 14, qui entrasse le contact mobile 16. Dans une première phase du mouvement le contact fixe 20 reste embolté dans l'embouchure 32 de la buse et dans le contact mobile 16, empêchant tout échappement du gaz de soufflage, lequel est précomprimé par le cylindre 26 accompagnant le contact mobile 16 dans sa course vers le bas.A la fin de cette première phase de précompression, le contact mobile 16 se sépare du contact fixe 20 tirant un arc et libérant la voie d'échappement du gaz constituée par le contact tubulaire 16. Par la suite l'autre voie d'échappement, formée par l'embouchure 32 est également libérée autorisant un échappement du gaz de soufflage. Selon la présente invention, un clapet 38 est inséré à l'intérieur du contact tubulaire 16 et sollicité en position d'obturation de la voie d'échappement constituée par le contact tubulaire 16 par un ressort 40. La face supérieure du clapet 38 est exposée à la pression régnant dans le contact tubulaire 16, et lorsque la valeur de cette pression dépasse un seuil- prédéterminé suffisant pour vaincre l'action antagoniste du ressort 40, le clapet 38 coulisse vers le bas en dégageant les orifices d'échappement 36. La cloison intermédiaire 22 comporte un trou 42 d'égali- sation des pressions entre les différents compartiments de l'en- veloppe 10. L'interrupteur selon l'invention fonctionne de la manière suivante Lors de l'ouverture de l'interrupteur les contacts 16, 20 se séparent après la phase de précompression usuelle en tirant un arc à l'intérieur de la buse de soufflage 28. Simultanément à la formation de l'arc l'extrémité du contact tubulaire 16 est ddbou- chée, mais la voie d'échappement de gaz à travers le contact 16 reste obturée par le clapet 38 tant que la pression ne dépasse pas la force du ressort 40. Lors d'une coupure d'un fort courant de court-circuit la pression dans la zone d'arc, qui s'exerce sur le clapet 38, augmente rapidement sous l'action de l'arc et provoque l'ouverture du clapet 38 dégageant les orifices 36 (figure 2). L'ouverture brusque du clapet 38 et la forte pression régnant dans la zone d'arc provoquent un échappement rapide du gaz de soufflage suivant la voie d'échappement indiquée par les flèches sur la figure 2, à travers le contact tubulaire 16. L'évacuation rapide du bouchon gazeux formé dans la zone d'arc et le soufflage intense engendrent une régénération diélectrique rapide. Le déplacement poursuivi de ltéquipage mobile formé par le contact mobile 16, le cylindre 26 et la buse 28 libère l'embouchure 32 par retrait du contact fixe 20 autorisant un soufflage additionnel par la voie d'échappement formée par l'embouchure de la buse 28. I1 est facile de voir que la voie d'échappement formée par l'embouchure 32, dénommée par la suite première voie d'échappement, s'effectue après une course prédéterminée de l'équipage mobile et un intervalle de séparation prédéterminé des contacts 16, 20. La libération de la deuxième voie d'échappement par le contact tubulaire 16 dépend par contre de la pression régnant dans la zone d'arc et s'effectue lors d'un dépassement d'un seuil prédéterminé correspondant au tarage du ressort 40. Selon la valeur du courant de court-circuit l1extinction de ltarc intervient après dégagement des deux voies d'échappement (figure 3) ou après dégagement de la deuxième voie d'échappement, la première étant encore obturée par le contact fixe 20 (figure 2).Dans le cas d'un faible courant de court-circuit, l'augmentation de pression peut être insuffisante à l'ouverture du clapet 38 et l'arc persiste jusqu'au dégagement de la première voie d'échappement et une séparation notable des contacts 16, 20. L'obturation de la deuxième voie d'échappement par le clapet 38 a d'autre part permis une augmentation de la pression de soufflage et les conditions optimales d'extinction d'arc sans risque de réallumage sont ainsi réunies. Dans la position d'ouverture, représentée à la figure 3, le contact fixe 20 est séparé galvaniquement du contact mobile 16 et de la buse 28. Les figures 4 à 6 illustrent trois variantes de réalisation de l'invention, les mêmes repères désignant des éléments analogues ou identiques à ceux de la figure 1. L'interrupteur selon la figure 4 comporte un contact mobile plein 44, solidaire de la tige 14, et coopérant avec un contact tubulaire fixe 46, équipé d'un clapet dtobturation 48. La deuxième voie d'échappement du gaz de soufflage est ainsi ménagée dans le contact fixe 46 > ce qui n'affecte en aucune manière le fonctionnement de l'interrupteur. L'interrupteur, représenté à la figure 5, comporte deux contacts tubulaires, un contact tubulaire mobile 16 équipé d'un clapet 38, et un contact tubulaire fixe 46 équipé d'un clapet 48. Le contact tubulaire fixe 46 constitue une troisième voie d'échappement du gaz de soufflage dont le tarage du clapet peut être différent de celui de la deuxième voie d'échappement, constituée par le contact mobile 16. La présence de trois voies d'échappement de gaz permet une meilleure modulation et adaptation du soufflage de gaz aux conditions de fonctionnement de l'interrupteur, La section de passage de chacune des voies et le tarage des clapets doivent bien entendu Autre déterminés correctement. L'interrupteur selon la figure 6 est analogue à celui de la figure 5, le clapet 38 d'obturation du contact tubulaire mobile 16 étant supprimé. Dans ce cas, le soufflage par la deuxième voie d'échappement intervient dès la séparation des contacts 16, 46 et formation de l'arc. La libération de la première voie d'échappe- ment par l'embouchure de la buse 28 intervient après une distance prédéterminée de séparation des contacts 16, 46, et la troisième voie d'échappement est dégagée en cas de surpression supérieure au tarage du clapet 48. Dans ce mode de réalisation, les contacts 16, 46 s'emboetent d'une manière étanche pour permettre la précompression du gaz de soufflage, cette précaution étant superflue dans les autres modes de réalisation décrits où les voies d'échappement sont de plus obturées par des clapets. I1 est clair que la préeompression peut résulter d'un montage semi-fixe de l'un des contacts ou d'une course morte du mécanisme de commande et que les clapets peuvent être agencés d'une manière différente. La buse 28 peut présenter une partie divergente et/ou comporter des moyens d'étanchéité coopérant avec le contact fixe. L'invention n'est bien entendu nullement limitée aux modes de mise en oeuvre plus particulièrement décrits et représentés aux dessins annexés,mais elle s'étend bien au contraire b toute variante restant dans le cadre des équivalences, notamment à celle dans laquelle l'ensemble de soufflage comporterait un piston mobile et un cylindre fixe. REVENDICATIONS 1. Interrupteur à autosoufflage comprenant - une paire de contacts alignés, dont un contact mobile coulissant pour venir sélectivement en position d'ouverture ou de fermeture desdits contacts, - un ensemble de compression d'un gaz de soufflage d'un arc tiré entre lesdits contacts lors de leur séparation, ayant un élément piston et un élément cylindre, l'un desdits éléments, relié audit contact mobile, étant mobile pour engendrer une précompression au cours dtune précourse préalable à la séparation des contacts, - une buse de soufflage entourant coaxialement lesdits contacts en position de fermeture et portée par ledit élément mobile, ltune des embouchures de la buse communiquant avec l'ensemble de compression pour canaliser le gaz de soufflage comprimé vers la zone de séparation desdits contacts, l'autre embouchure étant quasiment obturée, en position de fermeture des contacts, par l'un des contacts y pénétrant avec faible Jeu et étant libérée par le retrait de ce dernier contact au cours du mouvement d'ouverture pour constituer une première voie d'échappement du gaz de soufflage comprimé, - une deuxième voie d'échappement du gaz de soufflage comprimé, constituée par 11un des contacts tubulaires, obturé en position de fermeture des contacts par l'autre contact, caractérisé par le fait que ladite deuxième voie d'échappement comporte de plus un clapet d t obturation, sollicité en position de fermeture et susceptible d'ëtre déplacé en position dtouverture par la pression du gaz régnant dans ladite deuxième voie pour permettre un échappement du gaz lors du dépassement d'un seuil prédéterminé de ladite pression. 2.. Interrupteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite première voie est libérée en fin de course de séparation desdits contacts. 3. Interrupteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que ledit contact mobile est tubulaire pour constituer ladite deuxième voie d'échappement, le contact fixe coopérant en position de fermeture des contacts dtune part avec le contact mobile pour obturer ladite deuxième voie et d'autre part avec ladite autre embouchure de la buse de soufflage pour obturer ladite première voie. 4. Interrupteur selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que les deux contacts de ladite paire sont tu bulaires pour eonstituer respectivement ladite deuxième voie d'échappement et une troisième voie d'échappement additionnel. 5. Interrupteur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ladite troisième voie est équipée d'un clapet d'obturation à seuil d'ouverture différent de celui du clapet associé à ladite deuxième voie. 6. Interrupteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que lesdits contacts coopèrent à emboStement en position de fermeture pour créer ladite précourse de précompression du gaz de soufflage. 7. Interrupteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit contact mobile, le cylindre de soufflage et ladite buse forment un ensemble monobloc constituant l'équipage mobile de l'interrupteur. 8. Interrupteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte-une enveloppe étanche remplie d'hexafluorure de soufre.