Brevet FR2368792A1 — publié le 19780519

La présente invention concerne un appaareil électrique de coupure, notamment un disjoncteur, àauto-soufflage de l'arc électrique de coupure par un gaz, du type comportant une chambre d'extinction romplie d'un gaz isolant et subdivisée par une cloison de séparation isolante en une chambre de détente et en une chambre de compression renfermant un contact fixe, une tige de contaot mobile, conaxiale au contact fixe, pouvant coulisser dans und trou de la cleison de séparation et pourvue d'un alésage axial et d'orifices radiaux mettant les deux chambres en communication après une course d'ouverture déterminée de la tige de contact mobile, une première électrode annulaire espacée axialement du contact fixe, reliéc éloctriquement à celui-ci par une bobine encerolant le contact fixe, une deuxième électrode servant de relais pour l'arct électrique entre la première électrode annulaire et la tige de contact mobile, et un plot central monté coaxialement à l'intérieur du contact fixe et s'engageant à coulissement dans l'alésage axial de la tige de contact mobile. Un disjoncteur électrique de ce type est par exemple déorit dans la demande de brevet en France n 75.25172 publiée sous le numéro 2 282 711. Dans ce disjoncteur électrique connu, la seconde électrode est formée par le plot central luimême, qui est réalisé en une matière conductrice et est monte isolé par rapport au contact fixel La bobine est parcourue par le courant à couper lorsque, lors de l'ouverture du tact mobile, un arc primaire t établit entre con- l'électrode arnu- laire et le plot central conducteur. Sous l'influence du champ magnétique produit par cette bobine, l'arc primaire se met à tourner en échauffant le gaz contenu dans la chambre de compression, si bien qu'il s'établit dans cette chambre une surpression par rapport à la chambre adjacente. de detente. Toutefois, on remarquera que dans ce disjoncteur électrique connu, l'arc primaire s'établit dans un espace annulaire de petites dimensions. Le volume de gaz qui est directement en contact avec l'arc primaire tournant et qui est échauffé par ce dernier est donc relativement faible, On remarquera en outre que le plot central conducteur s'étend axialement sur uno courte distance. En conséquence, le temps pendant lequel l'arc primaire échauffe le gaz contenu dans la chambre de compression est court et que des que le contact mobile a quitté le plot central conducteur, les gaz comprimés dans la chambre de compression commencent à s'échapper vers la chambre de détente pour souffler l'arc secondaire qui s'établit entre le plot central et le contact mobile.Toutes cas raisons font que la surpression obtenue dans la chambre de .compression est relativement faible, et il arrive parfois qu'elle ne soit pas suffisante pour obtenir un soufflage rapide et efficace de l'arc secondaire, notamment lorsque le courant à couper présente une faible intensité. La présente invention a donc essentiellement pour but d'augmenter le taux de compression des gaz comprimés dans la chambre de compression sous l'effet de l'arc primaire et, par conséquent, d'améliorer le pouvoir de coupure de l'appareil électrique de coupure. .A cet effet,. l'appareil électrique de coupure, notamment un disjoncteur, selon la pré-sente invention est caractérisé en ce que la seconde électrode présente également une forme annulaire et est maintenue espacée axialement entre la première électrode annulaire et la cloison de sé paration, et espacée radialement de la paroi interne de la chambre de compression, et en ce que ledit plot central est réalisé en une matière isolante et s'étend axialement à l'intérieur de la seconde électrode annulaire. Grtce à un tel agencement et à d'autres caractéristiques de la présente invention qui seront décrites en détail plus loin, il est possible d'obtenir une plus gravide surprcssion dans la chambre de compression, d'où un soufflage plus efficace de l'arc secondaire. On donnera maintenant une description détaillée d'une forme d'exécution de la présente invention, donnée à titre d'exemple purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : La figure 7 est une vue en coupe--verticale d'une partie de chambre d'extinction d'un disjoncteur électrique conforme à la présente invention le contact mobile étant on position fermée. Les figures 2 et 3 sont des vues similaires à la figure 1, montrant le meme disjoncteur électrique à deux stades différents d'ouverture du contact mobile0 Le disjoncteur électrique représenté aux dessins comporte une enveloppe principale cylindrique 1 en une matière isolante formant une chambre d'extinction, qui est remplie d'un gaz isolant tel que par exemple du SF6. La chambre d'extinotion est fermée à sa partie supérieure par un convercle 2 en une matière isolante, qui comprend en son centre une traversée conductrice 3 servant de borne de raccordement pour le courant électrique vers un contact fixe 4. La chambre d'extinction est également fermée de manière étanche à son extrémité inférieure par des moyens conventionnels non représentés. A l'intérieur de l'enveloppe isolante 1 est disposée une cloison isolante de séparation 5 qui subdivise la chambre d'extinction en une chambre de compression 6 et en une chambre de détente 7 ayant un volume plus grand que celui de la chambre 6. Le contact fixe 4 est constitué par plusieurs doigts de contact 8 sollicités par des lames de ressort 9 et formant ensemble un contact du type appelé tulipe". Une bobine 11 entoure le contact fixe 4. L'une des extrémités de cette bobine 11 est reliée électriquement à la traversée conductrice 3 et aussi, de ce fait, au contact fixe 4. L'autre extrémité de la bobine il est reliée électriquement à une première électrode auxiliaire 12, annulaire et fixe, qui est disposée immédiatement au-dessous du contact fixe 4. Ce contact fixe 4 entoure coaxialement un plot central 13 qui est fixé à la traversée conductrice 3. Le contact mobile 14 est formé par une tige cylindrique conductrice embrochable coaxialement à l'intérieur du contact fixe 4 et pouvant coulisser axialement avec un faible jeu radial dans une ouverture centrale 15 de la cloison de séparation 5 sous l'action d'organes de manoeuvre connus (non représentés) qui peuvent Autre disposés à ltinté- rieur ou à l'extérieur de l1enveloppe 1.Sur une partie de sa longueur à partir de-son extrémité supérieure; le contact mobile 14 est percé d'un trou axial 16 dans lequel le plot central 13 s'engage à coulissement avec un faible jeu radial en position de fermeture du contact mobile. Celuixci présente en outre des orifices radiaux 17 servant, avec le trou axial 16, à mettre en communication les deux chambres 6 et 7 après une- course d'ouverture déterminée du contact mobile 14. Le disjoncteur électrique comporte en outre une deuxiemo électrode auxiliaire fixe 18. Selon la présente intention, cette deuxième électrode auxiliaire 18 présente également une forme annulaire et est maintenue espacée axialement entre la première électrode annulaire 12 et la cloison de séparation 5, et espacée radialement de la paroi interne de la chambre de compression 6. A cet effet, la seconde électrode annulaire 18 est supportée par un support isolant 19, qui peut être par exemple formé de deux bagues concentriques 21 ot 22 entretoisées par un certain nombre de bras radiaux 23, le tout moulé d'une seule pièce. De préférence, la deuxième électrode annulaire 18 comporte une partie 24 sensiblement on forme de disque, qui est disposée en vis-à-vis de la première électrode annulaire 12, et une partie tubulaire 25, qui s'étend à partir de la partie 24 en forme de disque dans le sens d'ouverture du contact mobile 14 et qui entoure avec un faible jeu radial ce contact mobile pendant le début de sa course à'ouverture. Les faces mutuellement en regard des deux électrodes annulaires 12 et 18 sont de préférence conformées de manière à ménager entre elles un passage annulaire 26 dont la section diverge radialement vers l'extérieur4 Selon une autre caractéristique de la présente invention, le plot central 13 est réalisé en une matière isolante et il étend axialement à l'intérieur de la seconde électrode annulaire 18. De préférence, le plot central isolant 13 s'étend à l'intérieur de la partie tubulaire 25 de l'électrode 18 jusqu'à l'extrémité de celle-ci la plus proche de la cloison de séparation 5, de façon à servir à la fois de guide pour le contact mobile 14 et d'obturateur vis-à-vis des gaz comprimés pendant le début de la course d'ouverture du contact mobile 14. Le fonctionnement du disjoncteur électrique est le suivant. Pour déclencher l'appareil, on déplace vers le bas le contact mobile 14. Dès que celui-ci cesse d'dure en contact avec le contact fixe 4, un arc électrique s'établit tout d'abord entre les deux contacts 4 et 14, puis entre la première électrode annulaire 12 et le contact mobile 14. A ce moment, la bobine 11 est parcourue par le courant à couper et engendre un champ magnétique. Quand la tige de contact mobile 14 arrive dans la position représentée sur la figure 2, un arc primaire 27 s'établit entre les deux électrodes annulaires 12 et 18. L'arc primaire 27 tend à embrasser le maximum de lignes de flux du champ magnétique produit par la bobine 11 et, de ce fait, il est chassé radialement vers l'extérieur. Simultanélent, sous l'influence de la composante radiale du'champ magnés tique engendré par la bobine 11, l'arc primaire 27 tourne dans l'espace annulaire 26, augmentant ainsi par échauffement la pression des gaz contenus dans la chambre de compression 6 qui est pratiquement obturée aux jeux près par la cloison de séparation 5 et par le plot central 13. En effet, les jeux radiaux entre la tige de contact mobile 14- d'une part et le plot central isolant 1 3 et le trou 1 5 d'autre part s o n t m ai n t e n us le p lu s faible possible pour que les gaz ne puissent pas ou pratiquement pas s'échapper vers la chambre de détente 7. On remarquera également quten tournoyant dans ltespace annulaire 26, l'arc primaire 27 balaye un volume relativement important de gaz, et qu'au fur et à mesure qu'il est chassé vers l'extérieur, sa longueur augmente. Du fait de l'allongement dé l'arc primaire 27, sa tension d'arc augmente et, par conséquent, lténergie dissipée en chaleur dans l'arc primaire 27 augmente.On remarquera également que la deuxième électrode annulaire 18 et son support isolant 19 occupent un volume relativement important dans la chambre de compression 6, ce qui réduit d'autant le volume disponible pour les gaz. On remarquera enfin que le temps pendant lequel les gaz sont comprimés par échaffement par l'arc primaire 27 est notablement allongé par rapport aux disjoncteurs antérieurement connus, et ce d'une quantitd correspondant au temps nécessaire pour que la tige de contact mobile 14 se déplace d'une hauteur correspondant i la longueur axiale de la seconde électrode annulaire 18. Toutes ces dispositions permettent d'obtenir une pression relativement importante dans la chambre de compression 6. Quand la tige de contact mobile 14 sort de la seconde électrode annulaire 8 un arc secondaire 28 s'établit entre l'extrémité inférieure de la partie tubulaire 25 de cette électrode 18 at l'extrémité supérieure de la tige de contact mobile 14. Comme le montre la figure 3, cet-arc secondaire 28 est tout d'abord allongé puis soufflé par les gaz qui ont été comprimés dans la chambre de compression 6 et qui peuvent maintenant s1 échapper vers la chambre de détente 7 à travers le trou axial 16 et les orifices radiaux 17 de la tige de contact mobile 14. REVENDICATIONS 10 Appareil électrique de coupure, notamment un disjoncteur, à auto-soufflage de l'arc de coupure par un gaz, du type comportant une chambre d'extinction remplie d'un gaz isolant et subdivisée par une cloison de séparation isolante en une chambre de détente et une chambre de compression renfermant un contact fixe, une tige de contact mobile coaxiale au contact fixe, pouvant coulisser dans un trou de la cloison de séparation et pourvue d'un alésage axial et d'orifices radiaux mettant les deux chambres en communication après une course d'ouverture déterminée de la tige de contact mobile, une première électrode annulaire espacée axialement du contact fixe, reliée électriquement à celui-ci par une bobine encerclant le contact fixe, une deuxième électrode servant de relais pour l'arc électrique entre la première électrode annulaire et la tige de contact mobile, et un plot central monté coaxialement à 11 intérieur du contact fixe et s'engageant à coulissement dans l'alésage axial de la tige de contact mobiles caractérisé en ce que la seconde électrode 18 présente également une forme annulaire et est maintenue espacée axial ornent entre la première électrode annulaire 12 et la cloison de séparation 5, et espacée radialement de la paroi interne de la chambre de compression 6, et en ce que ledit plot -central 13 est réalisé en une matière isolante et s'étend axialement à l'intérieur de la seconde électrode annulaire 18. 20 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la deuxième électrode annulaire 18 comporte une partie 24 en forme de disque qui est disposee en vis-à-vis de la première électrode annulaire 12, et une partie tubulaire 25, qui s'étend à partir de la partie 24 en forme de disque dans le sens d'ouverture de la tige de contact mobile 14 et qui entoure avec un faible jeu radial cette tige de contact mobile 14 pendant le début de sa course d'ouverture. 30 Appareil selon la revendication 2 caractérisé en ce que le plot central isolant 13 s'étend à l'intérieur de la partie tubulaire 25 de la seconde électrode annulaire 18 jusqu'à 11 extrémité de celle-ci la plus proche de la cloison de séparation 5. 40 Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les faces mutuellement en regard' des deux électrodes annulaires 12 et 18 sont conformées de manière à ménager entre elles un passage annulaire 26 dont la section diverge radialement vers l'extérieur. 50 Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la deuxième électrode annulaire 18 et son support isolant 19 occupent un volume important de la chambre de compression 6 entre la première électrode annulaire 12 et la cloison de séparation 5.