Brevet FR2371760A1 — publié le 19780616

La présente invention concerne des appareils électriques de commutation, et notamment, un système de contacts pour appareil de commutation à fonctionnement rapide destiné à protéger les circuits et les installations électriques en régimes anormaux, par exemple lors de court-circuits. On sait que l'on classe parmi les appareils de commutation à fonctionnement rapide les appareils ayant un temps d'action ou de réponse de moins de 10 à 5 millisecondes. Par temps d'action ou de réponse de l'appareil, on entend le temps a'écoulant entre l'apparition du régime accidentel (ou à partir de la commande de fonctionnement) et le moment où les contacts de son système de contacts commencent à s'ouvrir. C'est pourquoi, lorsqu'on construit des appareils de commutation à fonctionnement rapide, on prend toutes les mesures possibles pour réduire au maximum le temps nécessaire pour le déplacement préalable de toutes les pièces mobiles avant que les contacts du système de contacts commencent à s'ouvrir. I1 est connu en outre que, pour assurer le fonctionnement normal du système de contacts de l'appareil de commutation, il est nécessaire d'assurer une course supplémentaire pour le contact mobile après son enclenchement avec le contact fixe. Cette course supplémentaire est appelée "surcourse" des contacts. Les systèmes de contacts pour les appareils de commutation à fonctionnement rapide comportant un contact mobile et au moins un contact fixe sont largement connus. La course supplémentaire appelée "surcourse" des contacts est obtenue dans ces systèmes de contacts en équipant le contact fixe d'un ressort. Pour les appareils basse tension, la surcourse des contacts représente en général 2,5 à 4mm. En tant que particularité intégrante du système de contacts, la surcourse représente en méme temps un inconvénient de ce système de contacts pour appareil de commutation à fonctionnement rapide0 En effet, lors du déclenchement , c'est-à-dire lorsque les contacts mobile et fixe s' ouvrent, le contact mobile et les pièces mobiles de l'appareil reliées à celui-ci doivent se déplacer tout d'abord d'une distance correspondant à la surcourse des contacts avant que les contacts commencent à s'ouvrir, car le contact à ressort poussé par le ressort suivra le contact mobile sur toute l'étendue de la surcourse tout en restant tout ce temps enclenché avec le contact mobile.Ainsi, le temps nécessaire pour le déplacement mentionné préalable des pié ces mobiles et des contacts constitue une partie du temps d'action ou de réponse de l'appareil et augmente donc ce temps C'est pourquoi, on est obligé de réduire au maximum la valeur de la surcourse des contacts pour les appareils de commutation à fonctionnement rapide, en cherchant à la diminuer jusqu'à 1,5 ou 1 mm et même jusqu'à 0,5 mm. Une aussi petite surcourse impose une précision élevée lors de la fabrication des pièces à relier aux contacts mobiles, le réglage soigneux de l'appareil lors de son assemblage, le réglage fréquent de l'appareil et le remplacement des pièces au cours de son utilisation.Surtout, ces inconvénients se manifestent particulierement dans les appareils multipolaires, par exemple dans les appareils à trois pôles (triphasés), du fait qu'il est impossible d'assurer que l'enclenchement et le déclenchement des contacts soient strictement simultanés. Pour cette raison, il s'avère dans ce cas impossible de diminuer d'une façon notable la surcourse des contacts. Une petite surcourse des contacts entratne aussi un inconvénient se traduisant par l'altération de la stabilité du temps d'action ou de réponse de l'appareil à la suite de la formation de gale du métal sous l'action de l'arc électrique. Les gales du métal ont pour effet l'augmentation de la surcourse, c'est-à-dire l'accroissement du temps d'action de l'appareil. En outre, comme il est déjà connu, la distance S parcourue par un corps ayant une masse m soumis à une accélération t est liée au temps t par l'expression Il s'ensuit, en premier lieu, que la diminution ae la valeur de la surcourse est peu efficace pour la réduction du temps d'action de l'appareil, c'est-à-dire pour l'accroSssement de la rapidité de fonctionnement.En effet, comme il résulte de l'expression (1), la réduction de la surcourse, par exemple de deux fois, entrain une diminution du temps nécessaire pour parcourir le chemin correspondant à la nouvelle surcourse inférieure de seulement 30%. En cutre, il résulte de l'équation (1) que ce sont les 1 ou 2 premiers millimètres de la distance dont le parcours exige une part importante du temps total nécessité pour le déclenchement. Mais ces 1 ou 2 nini de la distance constituent la surcourse des contacts. Le but de l'invention est de fournir un système de contacts pour appareil de commutation à fonctionnement rapide dans lequel le mouvement du contact fixe à ressort est ralenti afin qu'il soit en retard pendant son mouvement par rapport au contact mobile lors du déclenchement et que l'ouverture des contacts s'effectue tout de suite, dès que le contact mobile commence à se déplacer. Suivant l'invention, ce but est atteint au moyen d'un système de contacts pour appareil de commutation à fonctionnement rapide et comportant un contact mobile et au moins un contact fixe à reaert, caractérisé en ce que le contact fixe à ressort est muni d'un élément adapté pour ralentir son mouvement pendant l'ouverture des contacts mobile et fixe. De préférence, l'élément servant à ralentir le mouvement du contact fixe à ressort pendant l'ouverture des contacts mobile et fixe est réalisé sous forme d'un cylindre renfermant à l'intérieur un piston dont la tige est reliée cinématiquement au contact fixe à ressort. De préférence, l'élément destiné à ralentir le mouvement du contact fixe à ressort est réalisé sous forme d'une plaque d'inertie fixée sur le contact fixe à ressort. La plaque d'inertie peut faire office d'une corne d'extinction d'arc. De préférence, la plaque d'inertie et le contact fixe à ressort sont réalisés en un bloc constituant une pièce d'inertie conduisant le courant. Une telle construction du système de contacts pour appareil de commutation à fonctionnement rapide permet d'éviter que la surcourse des contacts exerce une influence sur le temps d'ouverture des contacts et, par conséquent, d'augmenter la rapidité de fonctionnement de l'appareil grâce à la réduction du temps d'action ou de réponse de l'appareil. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en se référant aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et sur lesquels - la Fig. 1 est une vue schématique du système de contacts suivant l'invention, muni d'un élément de ralentissement de forme du cylindre équipé d'un piston. - la Fig. 2 est une vue schématique d'un système de contacts muni d'un élément de ralentissement sous forme de plaque d'inertie; - la Fig. 3 est une vue analogue à la Fig. 2 mais avec une plaque servant simultanément de corne d'extinction d'arc; - la Pig. 4 montre le système de contacts dans lequel le contact fixe est réalisé en un bloc avec la plaque d'inertie, et montre une seule pièce d'inertie servant également à la conduction du courant; - la Fig. 5 est un schéma d'un système de contacts en pont suivant l'invention, avec ruptures multiples du circuit(dans.ce cas particulier, deux ruptures), et avec un élément de ralentissement sous forme d'une plaque d'inertie; - les Pig. 6, 7 et 8 montrent le système des contacts réprésen- té sur la Fig. 1 en cours de déclenchement;; - les ig. 9, 10, 11 montrent le système de contacts représenté sur la Fig. 3 en cours de déclenchement; - la Pig. 12 est un graphique mettant en évidence le fonctionnement du système de cpntacts suivant l'invention. Suivant l'invention, le système de contacts pour appareil de commutation à fonctionnement rapide comprend un contact mobile 1 (Fig. 1) et un contact fixe 3 muni d'un ressort 2. le contact fixe 3 à ressort 2 comporte un élément 4 servant à ralentir son mouvement lors de l'ouverture des contacts mobile 1 et du contact fixe 3 à ressort. L'élément 4 destiné à ralentir le mouvement du contact fixe 3 à ressort pendant l'ouverture du contact mobile 1 et du contact fixe 3 à ressort, est, suivant l'invention, réalisé, pour l'une des variantes de réalisation du système de contacts, sous forme dtun cylindre 5, renfermant à l'intérieur un piston 6 dont une tige 7 est cinématiquement reliée au contact fixe 3 à ressort. Le cylindre 5 est du type pneumatique, mais il est possible d'utiliser un cylindre hydraulique. le cylindre 5 est doté d'une soupape 8 équipée d'un res sort 9. Le contact fixe 3 est relié électriquement à une barre collec- trice de courant 10 et la course du contact fixe 3 est limitée par une butée Il lorsque le système de contacts se trouve en position déclenchée. Té contact mobile 1 se trouve fixé sur un arbre 12 relié au dispositif de commande (qui n1 est pas représenté sur le dessin) de l'appareil de commutation à fonctionnement rapide. La course du contact mobile 1 est limitée dans les positions enclenchée et déclenchée du système de contacts par des butées 13 et 14 respectivement. Dans une autre variante de réalisation du système de contacts suivant l'invention, 1'6dément 4 (Fig. 2) destiné à ralentir le mouvement du contact fixe 3 à ressort lors de l'ouverture du contact mobile 1 et du contact fixe 3 est réalisé sous la forme d'une plaque d'inertie 15 fixée sur le contact fixe 3 à ressort. Dans la variante de réalisation du système de contacts suivant l'invention représentée sur la Fig. 3, la plaque d'inertie 16 sert de corne d'extinction d'arc et se trouve fixée sur le contact fixe 17 à ressort à l'endroit où l'arc électrique part de celui-ci. I1 est également possible de réaliser un système de contacts suivant l'invention, dans lequel la plaque d'inertie et le contact fixe à ressort sont réalisés en une seule pièce représentant une seule pièce 18 d'inertie servant également à conduire le courant (Fig. 4). Le système de contacts de la Fig. 5, dont la construction est en pont et assure des ruptures multiples du circuit, dans ce cas particulier deux ruptures, comporte un contact mobile 19 et deux contacts fixes 20 munis de ressorts 21. Les deux contacts fixes 20 à ressorts sont dotés des éléments 4 destinés à ralentir leur mouvement lors de l'ouverture du contact mobile 19 et des contacts fixes 20. Les éléments 4 sont réalisés dans ce cas sous la forme de plaques d'inertie 22 fixées sur les contacts fixes 20 à l'endroit où les arcs électriques partent de ceux-ci et -servant simultanément de cornes d'extinction d'arc. Les contacts fixes 20 sont électriquement reliés à une barre conductrice de courant 23 tandis que le contact mobile 19 est rigidement fixé sur une tringle 24 reliée au dispositif de commande (non représenté) de l'appareil de commutation à fonctionnement rapide. Le fonctionnement du système de contacts suivant l'invention pour appareil de commutation à fonctionnement rapide est le suivant le système de contacts comportant l'élément de ralentissement 4 réalisé sous la forme du cylindre 5 et du piston 6 est représenté en position ouverte (déclenchée) sur la Piu. l sur laquelle X1 est 1' ou- verture nominale complète du contact mobile 1 et du contact fixe 3. Dans la position fermée (enclenchée) représentée sur la Pig. 6, le contact mobile 1 est tourné jusqu'à la butée 14. Dans ce cas, il touche le contact fixe 3 et la pression de contact requise est assurée par le ressort 2. Le contact 3 s'écarte à partir de sa butée ll d'une valeur g qui correspond à la surcourse des contacts. Le piston 6 ne s'oppose pas à ce que le contact 3 se déplace depuis la butée 11 d'une valeur & , étant donné que la pression de l'air (ou du li- quide) fait ouvrir la soupape 8. Lors du déclenchement du système de contacts, l'appareil entre en action et le contact 1 se déplace rapidement vers la butée 13. Mais, du fait que la soupape 8 est fermée, une dépression est créée à l'intérieur du cylindre 5, qui s'oppose au déplacement rapide du piston 6 et du contact 5 relié à ce dernier. En conséquence, dans une position intermédiaire quelconque, représentée sur la Fig. 7, bien que le contact mobile 1 soit écarté de la butée 14 d'une valeur g l'écartement S continue néanmoins à rester presque le mEme entre le contact 3 et la butée 11, c'est-à-dire que dès que le contact 1 a commencé à se déplacer, l'ouverture des contacts 3 et 1 s'est effectuée tout de suite. L'efficacité du ralentissement peut titre commandée pour que, meme au moment où le contact 1 vient s'appuyer contre la butée 13, le contact 3 ne se soit déplacé seulement que d'une valeur a (Fig. 8) ne dépassant pas quelques dixièmes de millimètre; l'ouverture B2 à cet instant sera même supérieure à l'ouverture nominale lî d'une valeur sensiblement égale à la surcourse des contacts 3 et 1. Puis, au bout d'un laps de temps, le contact 3 atteint néanmoins sa butée 11 et les contacts 3 et 1 prennent la position ouverte statique montrée sur la Fig. 1. Le fonctionnement du système de contacts suivant l'invention représenté sur les Fig. 2, 3, 4 et 5 sera décrit en détail à propos de l'exemple de réalisation de la Fig. 3. Sur la Fig. 3, les contacts sont montrés en position ouverte. Leur course est dans ce cas limitée par les butées 11 et 13 respec tivement;l1 désigne l'ouverture nominale complète des contacts mobile 1 et fixe 17. le système de contacts étant dans la position fermée représentée sur la Fig 9, le contact mobile 1 est tourné jusqu'd la butée 14. Dans ce eas, il touche le contact fixe 17 et la pression requise entre les contacts est assurée par le ressort 2. le contact 17 est écarté de sa butée 11 d'une valeur qui correspond à la surcourse des contacts. la plaque d'inertie 16 n'empêche pas le contact 17 de se déplacer à partir de la butée 11 d'une valeurs , lors du déclenchement du système de contacts, le contact 1 se déplace rapidement vers la butée 13. Mais, du fait que la plaque d'inertie 16 est'reliée au contact 17 ce dernier se déplace lentement à cause d'une grande inertie et ne réussit pas à suivre le contact 1.En conséquence, dans une position intermédiaire quelconque représentée sur la Fig. 10, bien que le contact mobile 1 se soit déjà écarté de la butée 14 d'une valeur g le le jeu & este néanmoins en- core presque le même entre le contact 17 et la butée 11, c'est-àdire que, dès que le contact 1 a comm;-ncé à se déplacer, il y a tout de suite ouverture des contacts 1 et 17c L'efficacité du ralentissement assuré par la plaque d'inertie 16 peut titre rendue telle que, même au moment où le contact 1 vient en appui contre la butée 13, le contact 17 ne s'est déplacé que d'une valeur (Fig. 11) ne dépassant pas quelques dixièmes de millimètre; l'ouverture T2 est à ce moment supérieure à l'ouverture nominale L1, d'une valeur sensiblement .égale-à la surcourse des contacts 1 et 17. Puis, au bout de quelque temps le contact 17 parvient tout de meme en appui contre sa butée 11 et les contacts 1 et 17 occupent la position ouverte statique représentée sur la Fig. 3. Butant donné que la plaque d'inertie 16 de la Fig 3- (ou les plaques 22 de la Fig. 5) fait également office de corne d'extinction d'arc, il est très utile de la fabriquer en un matériau ferromagnétique, ce qui, comme il est bien connu, contribue au déplacement rapide de l'arc électrique à partir des contacts 17 et 1 (ou des contacts 20 de la Fig.5) sur les plaques d'inertie 16 (ou les plaques 22 de la Pig. 5) faisant fonction de cornes d'extinction d'arc. Du fait que les plaques d'inertie possèdent une grande masse, elles possèdent également une capacité thermique élevée, ce qui, comme il est connu, contribue au refroidissement rapide de l'arc électrique, c'est-à-dire à son extinction rapide. La Fig. 12 est un graphique représentatif du fonctionnement du système de contacts équipé de l'élément de ralentissement du mouvement (Fig. 1, 2, -3, 4, 5) du contact fixe 3, 17, 20 à ressort et de la pièce 18. Sur le graphique, la distance 1 parcourue par les contacts mobiles 1, 19 (courte 25? et par les contacts fixes 3, 17, 20 ou la pièce 18 (courbe 26) est porté en ordonnée. Le temps t est porté en abolisse. le graphique fait apparattre que, meme au début du mouvement du contact mobile 1, 19, il se forme immédiatement une ouverture-l entre ce dernier et le contact fixé 3, 17, 20 ou la pièce 18, c'est à-dire qu'il se produit une ouverture. Ensuite, à partir du moment du temps tl, c'est-à-dire lorsque le contact mobile 1, 19 starrete contre sa butée 13, et jusqu'au temps t2, c'est-à-dire quand le contact fixe 3, 17, 20 ou la pièce 18 parvient également en appui contre sa butée 11, l'ouverture L2 des contacts se trouve pendant un laps de temps mEme supérieure à l'ouverture nominale T L'ouverture accrue des contacts contribue, comme il est connu, à l'extinction de l'arc électrique. le système de contacts suivant l'invention pour appareil de commutation à fonctionnement rapide permet d'augmenter la rapidité de fonctionnement et d'obtenir également une surcourse des contaCts aussi grande que nécessaire. Cette dernière particularité permet de maintenir stable le temps d'action ou de réponse de l'appareil. L'augmentation de l'ouverture des contacts au-dessuss de l'ouverture nominale, ainsi que les cornes massives d'extinction d'arc, contribuent à une extinction plus rapide de l'arc. La possibilité de réaliser une surcourse des contacts suffisamment grande simplifie la fabrication et l'utilisation des appareils de commutation équipés de ce système. - REVENDICATIONS 1 - Système de contacts pour appareil de commutation à fonctionnement rapide, comportant un contact mobile et au moins un contact fixe à ressort, caractérisé en ce que le contact fixe à ressort est équipé d'un élément adapté pour ralentir son mouvement lors de l'ouverture des contacts mobile et fixe. 2 - Système de contacts suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément est constitué par un cylindre renfermant à l'intérieur un piston dont la tige est cinématiquement reliée au contact fixe à ressort. 3 - Système de contacts suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément est constitué par une plaque d'inertie fixée sur le contact fixe à ressort. 4 - Système de contacts suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la plaque d'inertie sert de corne d'extinction d'arc. 5 - Système de contacts suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la plaque et le contact fixe à ressort sont réalisés sous la forme d'un bloc constituant une pièce d'inertie conductrice du courant.