Brevet FR2478866A1 — publié le 19810925

Interrupteur à courant alternatif à aretournant. L'invention est relative à un interrupteur de courant al- ternatif à arc tournant comprenant - un ensemble fixe de soufflage magnétique de l'arc ayant, disposées coaxialement9 une bobine annulaire mise en circuit à l'ouverture de l'interrupteur, une carcasse annu laire ferromagnétique à virole interne de gainage interne de la bobine et une électrode annulaire assujettie à la face frontale de la virole interne affleurant la face frontale de la bobine, - un contact mobile coaxial audit ensemble fie ayant une surface annulaire d'extrémflté de contact et une surface cylindrique dgun diamètre extérieur légèrement inférieur au diamètre intérieur de ladite virole pour permettre un passage du contact mobile dans ledit ensemble fixe en position de fermeture de l'interrupteur. La demande de brevet européen N 79 400820 au nom de la demanderesse décrit un interrupteur à arc tournant du genre mentionné particulièrement approprié à la coupure de courants de moyenne tension. Les contacts d'arc de cet interrupteur connu assurent le passage du courant permanent, ce qui constitue un handicap sérieux lorsqu'il s'agit d'accroitre les performances de l'interrupteur. Il est bien connu que les interrupteurs à haute tension ou à performance importante nécessitent l'emploi de contacts principaux qui se séparent sans arc préalablement à l'ouverture des contacts d'arc.Il a déjà été proposé (brevet américain N 4.052.577) une disposition concentrique des contacts principaux et des contacts d'arc à l'intérieur de la bobine de soufflage, les contacts principaux étant disposés à l'intérieur des contacts d'arc. Cette dispositlon nécessite une augmentation du diamètre de l'enveloppe de l'interrupteur et présente de plus un risque d'amorçage de l'arc sur les contacts principaux voisins des contacts d'arc. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et de permettre la réalisation d'un interrupteur à arc tournant équipé de contacts principaux et de contacts d'arc ne nécessitant pas une augmentation du diamètre de l'enveloppe. L'interrupteur selon l'invention est caractérisé par le fait qu'il comporte de plus un contact semi-fixe tubulaire coaxial audit ensemble fixe et ayant un diamètre externe légèrement inférieur au diamètre intérieur de ladite virole et une surface annulaire d'extrémité susceptible de coopérer à aboutement avec la surface annulaire conjuguée du contact mobile en position de fermeture desdits contacts, ladite surface annulaire du contact semi-fixe venant en position de séparation desdits contacts à proximité et en léger retrait de ladite électrode et un contact principal fixe, disposé à l'arrière dudit ensemble fixe et agencé pour coopérer avec la surface cylindrique du contact mobile, traversant l'ensemble fixe en position de fermeture de l'in- terrupteur et pour assurer le passage du courant permanent. Pour faciliter la commutation rapide de l'arc sur l'élec- trode annulaire et la mise en circuit de la bobine annulaire de soufflage il est important de tirer l'arc par séparation des contacts d'arc à proximité immédiate de cette électrode annulaire. L'emploi selon l'invention d'un contact semi-fixe permet de maintenir la zone de formation de l'arc à proximité de l'électrode annulaire tout en permettant une rétraction du contact semi-fixe et une venue en contact du contact mobile avec un contact fixe principal assurant le passage du courant permanent. Le contact fixe principal est disposé directement à l'arrière de l'ensemble fixe, de manière à limiter au maximum la course morte du contact semi-fixe.Le contact principal fixe comporte avantageusement une couronne de doigts de contact sollicités en direction centripète au contact de la surface cylindrique du contact mobile en position de fermeture de l'interrupteur. En positon d'ouverture de l'interrupteur les doigts de contact sont maintenus en appui du contact semifixe d'une manière bien connue des spécialistes. I1 est clair que l'adjonction des contacts principaux n'affecte ni l'encombrement total de l'interrupteur ni ses caractéristiques de coupure, seule la course du contact mobile étant légèrement accrue. Le contact semi-fixe présente avantageusement un évidement dans sa partie centrale pour éviter tout déplacement de l'arc vers le centre en mettant hors circuit la bobine de soufflage. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté au dessin annexé, dans lequel : la figure unique est une vue schématique en coupe axiale d'un interrupteur selon l'invention, représenté sur la demivue de gauche en position fermée, et-sur la demi-vue de droite en position ouverte. Sur la figure, une enveloppe 10 de forme cylindrique en un matériau isolant est obturée d'une manière étanche à ses extrémités par des fonds 12, 14, constituant des bornes d'entrée et de sortie de l'interrupteur. L'enveloppe 10 contient un gaz électronégatif tel que l'hexafluorure de soufre. Le fond 12 est traversé d'une manière étanche par une tige coulissante 16 de commande prolongée dans sa partie interne à l'enveloppe 10 par un contact mobile tubulaire 18. Le fond opposé 14 porte une structure fixe, désignée par le repère général 20, constitue par un contact semi-fixe 22 coaxial au contact mobile 18 et venant en aboutement de ce dernier en position de fermeture de l'interrupteur (demi-vue de gauche). Coaxialement aux contacts mobile 18 et semi-fixe 22 est disposé un ensemble fixe de soufflage magnétique 24 appartenant à la structure 20. L'ensemble fixe 24 comporte une carcasse 26 en un matériau ferromagnétique, qui présente un évidement annulaire de logement d'une bobine de soufflage 28. A la face frontale 30 de la virole interne de la carcasse 26 est rigidement fixée une électrode 32 présentant un bourrelet, qui recouvre la face frontale 30 et déborde sur la face frontale coplanaire 34 de la bobine 28. L'électrode 32 en un matériau bon conducteur résistant à l'action de l'arc, constitue une piste de rotation de l'arc. La partie restante de la face frontale 34 de la bobine 28 est couverte et protégée par un disque de faible épaisseur solidarisée ou faisant partie de l'électrode 32. Le contact semi-fixe 22 est monté à coulissement sur une tige de guidage 36 portant à son extrémité une butée 38 de limitation de coulissement du contact semi-fixe 22 en direction du contact opposé mobile 18. Un ressort 40 sollicite le contact semi-fixe 22 en position de butée rapprochée du contact mobile 18. Le contact semi-fixe 22 présente un évidement central 44 confiné par une surface cylindrique ayant une surface annulaire d'extrémité 42, qui coopère en aboutement d'une surface conjuguée du contact mobile 18. Le diamètre externe du contact semi-fixe 22 est légèrement inférieur au diamètre interne de l'ensemble fixe 24, la surface d'extrémité 42, en position de butée du contact semi-fixe, étant adjacente et en faible retrait de l'électrode 32. La structure fixe 20 comporte une couronne de doigts de contacts 46, formant une tulipe de contact principal. La partie arrière orientée vers le fond 14 des doigts de contact 46 présente un bossage 48 maintenu en engagement d'une rainure circulaire 50 de la structure fixe 20 par un ressort torique 52. La partie avant des doigts de contact 46 présente un bossage 54 sollicité en direction centripète par un ressort torique 56. Les bossages 54 constituent des contacts principaux disposés a' proximité de la face arrière 58 de l'ensemble fixe 24 opposée à la face frontale portant l'électrode 32. Le diamètre extérieur du contact mobile 18 est égal au diamètre extérieur du contact semi-fixe 22 et les courses du contact semi-fixe 22 et du contact mobile 18 sont suffisantes pour permettre un passage du contact mobile 18 à travers l'orifice central de l'ensemble fixe 24 et une introduction du contact; mobile 18 dans la tulipe de contact 46 en position de fermeture de l'interrupteur. Une couronne de doigts de contact 60 agencée d'une manière similaire à celle de la couronne de doigts de contact 46 coopère avec la surface externe cylindrique du contact mobile 18 pour 1' amenée du courant à ce contact.Les extrémités des doigts de contact 60 se prolongent en direction de "électrode 32 pour constituer une piste de rotation d'arc 62 disposée en regard de la piste constituée par l'électrode 32 à une distance optimale pour l'extinction de l'arc. La carcasse 26 présente une dis continuité ou fente (non représentée) s'étendant dans un plan radial pour éviter la création de courants induits par les courants permanents parcourant le contact 18. L'une des extrémités de la bobine 28 est reliée par un conducteur 64 et par la structure 20 à la borne 14, l'autre extrémité étant reliée électriquement à l'électrode 32. L'interrupteur selon l'invention fonctionne de la manière suivante En position fermée de l'interrupteur, représentée sur la partie gauche de la figure, le contact mobile 18 est inséré dans l'ensemble fixe 24, la surface externe cylindrique du contact 18 coopérant avec les bossages 54 des doigts de contact 46, tandis que la surface annulaire d'extremité du contact mobile 18 est en aboutement de la surface annulaire conjuguée 42 du contact semi-fixe 22 repousse en position de retrait à l'encontre de la force du ressort 0. Le passage du courant s' effectue de la borne 12 par le contact en tulipe O, le contact mobile 18, le contact principal 54, les doigts de contact 46, la structure 20 vers la borne opoposée 14.Une fraction du courant parcourt les surfaces d'extrémité aboutées des contacts 18, 22. La bobine 28 n'est pas alimentée. Un déplacement vers le bas sur la figure du contact mobile 1S provoque en une première phase une séparation des contacts principaux constitués par la surface cylindrique du contact mobile 18 et la tulipe de contact 54, et une commutation du courant sur les contacts aboutés, le contact semi-fixe 22 suivant le contact mobile 18 dans son déplacement. La séparation des contacts principaux s'effectue sans arc d'une manière bien connue des spécialistes. La course du contact semi-fixe 22 est limitée par la butée 38 ce qui provoque la séparation des contacts 18, 22 avec formation diun arc tiré entre les surfaces d'extrémités de ces contacts.La surface d'extrémité 42 est alors voisine de l'électrode 32 et l'arc commute rapidement sur cette dernière en mettant en circuit la bobine de soufflage 28. Simultanément, le contact mobile 18 vient en retrait de la piste d'arc 62 sur laquelle l'arc commute. Sous l'action du champ engendré par la bobine 28, l'arc ancré sur les pistes 32, 62, effectue un mouvement de rotation rapide favorisant son extinction. La fermeture de l'interne rupteur s'opère par une opération inverse amenant en premier lieu les surfaces d'arc en aboutement, puis la venue en contact de la surface cylindrique externe du contact mobile 18 et des doigts de contact 46, constituant les contacts principaux. I1 est facile de voir que ces contacts principaux ne sont pas soumis à l'action de l'arc et sont de ce fait affranchis de toute usure.La disposition des contacts principaux 46 à l'arrière de l'ensemble fixe 24 permet de conserver un diamètre externe du contact semifixe 22 voisin de celui de la carcasse 26, facilitant le transfert de l'arc du contact d'arc 42 vers l'électrode 32. La structure selon l'invention ne nécessite aucune augmentation du diamètre de l'enveloppe 10, seule la course active du contact mobile 18 étant légèrement accrue. L'évidement central 44 du contact semi-fixe 22 empeche tout amor çage ou déplacement de l'arc vers la partie centrale de l'interrupteur mettant hors circuit la bobine de soufflage 28. Le contact mobile 18 de forme tubulaire peut présenter des orifices ; permettant un échappement des gaz par l'intérieur du contact tubulaire 18 et il est clair que le contact semi-fixe 22 peut être agencé d'une manière analogue. L'invention n'est bien entendu nullement limitée au mode de mise en oeuvre plus particulièrement décrit ci-dessus. Revendications I. Interrupteur de courant alternatif à arc tournant comprenant - un ensemble fixe (24) de soufflage magnétique de l'arc ayant, disposées coaxialement, une bobine (28) annulaire mise en circuit à l'ouverture de l'interrupteur, une carcasse (26) annulaire ferromagnétique à virole interne de gainage interne de la bobine (28) et une électrode (32) annulaire assujettie à la face (30) frontale de la virole interne affleurant la face (34) frontale de la bobine, - un contact (18) mobile coaxial audit ensemble fixe (24) ayant une surface annulaire d'extrémité de contact et une surface cylindrique d'un diamètre extérieur légèrement inférieur au diamètre intérieur de ladite virole pour permettre un passage du contact mobile (18) dans ledit ensemble fixe (24) en position de fermeture de l'interrupteur, caractérisé par le fait qu'il comporte de plus un contact (22) semi-fixe tubulaire coaxial audit ensemble fixe (24) et ayant un diamètre externe légèrement inférieur au diamètre intérieur de ladite virole et une surface (42) annulaire d'extrémité susceptible de coopérer à aboutement avec la surface annulaire conjuguée du contact mobile (18) en position de fermeture desdits contacts, ladite surface (42) annulaire du contact semi-fixe (22) venant, en position de séparation desdits contacts, à proximité et en léger retrait de ladite électrode (32) et un contact (54) principal fixe, disposé à l'arrière dudit ensemble fixe (24) et agencé pour coopérer avec la surface cylindrique du contact mobile (18), traversant l'ensemble fixe en position de fermeture de l'interrupteur et pour assurer le passage du courant permanent. 2. Interrupteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit contact (54) principal fixe en forme de tulipe présente une couronne de doigts (46) de contacts entourant circonférentiellement le contact mobile (18) en position de fermeture et le contact semi-fixe (22) en position d'ouver ture de l'interrupteur, a zone de contact desdits doigts (4O) étant voisine de la face arrière dudit ensemble fixe (24). 3. interrupteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit contact (22) semi-fixe présente un évidement central (44) pour confiner l'arc sur la surface (42) annulaire d'extremité et sur l'électrode annulaire (32). 4. Interrupteur selon la revendication 1 2 ou 3, caractérisé en ce que la carcasse (26) annulaire ferromagnétique entoure ladite bobine (28) à l'exception de la face frontale (34) de cette dernière. 5. Interrupteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite carcasse (26) présente une fente radiale s'opposant aux courants induits. 6. Interrupteur selon l'une quelconque des revendications précédentes7 caractérisé par un contact (60) fixe d'amenée de couvant coopérant avec la surface cylindrique du contact mobile (18) et se prolongeant en une piste annulaire (62) disposée en face de l'électrode annulaire (32) à une distance fixe optimale d'extinction de l'arc. 7. Interrupteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la course morte du contact semi-fixe (22) est supérieure à l'épaisseur dudit ensemble fixe (24). 8. Interrupteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par une enveloppe étanche (10) remplie d'un fluide à rigidité diélectrique élevée, tel que 1' hexafluorure de soufre, ledit ensemble fixe (24) et lesdits contacts (18, 22) étant logés à l'intérieur de l'enveloppe (10).