Brevet FR2479553A1 — publié le 19811002

INTERRUPTEUR A ARC TOURNANT ET A EXPANSION THERMIQUE DU GAZ DE SOUFFLAGE. L'invention est relative à un interrupteur multipolaire à soufflage combiné magnétique et pneumatique de l'arc, comprenant par pôle : - une enveloppe étanche remplie d'un gaz à rigidité diélectrique élevée, notamment de l'hexafluorure de soufre, - une cloison intermédiaire de subdivision de l'intérieur de l'enveloppe en deux chambres adjacentes, à savoir une chambre de coupure et une chambre d'échappement ou d'expansion, - un contact mobile tubulaire traversant ladite cloison intermédiaire et présentant un orifice d'échappement pour faire communiquer le canal interne du contact avec la chambre d'expansion, ledit canal communiquant d'autre part par l'extrémité opposée ouverte du contact tubulaire avec la chambre de coupure adjacente, - un contact fixe logé dans la chambre de coupure et coopérant avec le contact mobile en position de fermeture, - et on moyen magnétique pour engendrer un champ magnéti de soufflage dans la zone de coupure et d'extension de 1 -b.e, tiré entre les contacts séparés, ledit champ provoquant la rotation de l'arc. Selon un interrupteur connu du genre mentionné utilisant l'expansion thermique des gaz soumis à l'action d'un arc tournant pour engendrer un soufflage pneumatique de l'arc par échappement des gaz vers la chambre d'expansion, on a remarqué que les radiations de l'arc peuvent provoquer la préionisation d'un volume important du gaz contenu dans la chambre de coupure. I1 en résulte un écoulement de gaz fortement ionisé lors du soufflage pneumatique de l'arc, ce qui limite les performances de l'interrupteur. La présente invention a pour but de remédier à cet incon vénient et de réaliser un interrupteur du type à arc tournant et à expansion thermique, ayant un pouvoir de coupure amélioré sans augmentation notable de l'encombrement et de l'énergie du mécanisme de commande. L'interrupteur est caractérisé par le fait qu'un écran en matériau Xconducteur entoure coaxialement le contact mobile et est agencé entre la cloison intermédiaire et le contact fixe, àproximité de la zone de coupure, de maniere à réduire l'influence des radiations de l'arc pour éviter la préionisation du gaz lors de son expansion thermique dans la chambre de coupure. Selon une caractéristique de l'invention, ledit écran conducteur comporte une collerette annulaire s'étendant transversalement dans l'intervalle radial ménagé entre le contact mobile et la surface latérale interne de l'enveloppe. La forme de cette collerette peut être plane, notamment radiale, ou incurvée dans le sens concave ou convexe. La présence de cette collerette réduit l'influence des radiations de l'arc prenant naissance dans la zone de coupure et favorise la formation d'un jet de gaz de soufflage non ionisé sur l'arc. La collerette canalise d'autre part les gaz de soufflage lors de l'expansion thermique, et protège de plus les parties isolantes contre les effets de 1' arc. Selon unie autre caractéristique de l'invention, la partie de la collerette située au voisinage immédiat de la zone de coupure est conformée -en piste de migration de l'arc tournant. 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 partielle en coupe axiale d'un pôle d'un interrupteur selon l'invention, représenté en position d'ouverture. Sur la figure, un interrupteur ou disjoncteur multipolaire à soufflage magnétique et pneumatique d'un arc comprend par pôle une enveloppe 3 étanche, remplie d'un gaz à rigidité di-électrique élevée, notamment de l'hexafluorure de soufre sous une pression prédéterminée. L'enveloppe 3 cylindrique, en matériau isolant est obturée à ses extrémités par un fond 1 en matériau conducteur et par un fond opposé (non représenté). Une cloison 2 intermédiaire subdivise l'enveloppe 3 en deux chambres superposées, à savoir une chambre supérieure de coupure 8 et une chambre inférieure d'expansion 10. La cloison 2 en matériau conducteur traverse l'enveloppe 3 dans la zone médiane et son extrémité est conformée en borne de raccordement. Le fond 1 porte la borne opposée de raccordement du pôle. Un contact mobile 9 tubulaire est monté à coulissement axial dans l'enveloppe 3 cylindrique en traversant la cloison 2 intermédiaire dotée d'un contact glissant d'amenée de courant 12 enserrant coaxialement le contact 9. La paroi latérale du contact mobile 9 comporte des orifices d'échappement 11 radiaux de mise en communication de la chambre d'expansion 10 avec le canal 9a interne du contact 9 tubulaire. L'extrémité ouverte du contact mobile 9 communique d'autre part avec la chambre de coupure 8. On remarque que le canal interne 9a constitue une communication d'échappement de gaz entre la chambre de coupure 8 et la chambre d'expansion 10. Un contact fixe 5 en forme de tulipe est porté par le fond 1, et coopère avec le contact mobile 9 en position de fermeture. Une bobine de soufflage 6 entoure coaxialement le contact fixe 5 et l'une de ses faces frontales est connectée mécaniquement et électriquement par un support 4 conducteur au fond 1. L'autre face frontale de la bobine 6 est solidaire d'une électrode 7 annulaire, séparée axiale ment du contact fixe 5 par un faible intervalle et traversé à jeu radial par le contact mobile 9 lors de son coulissement entre les positions de fermeture et d'ouverture. Le fonctionnement d'un tel interrupteur est bien connu des spécialistes et il suffit de rappeler qu'en position de fermeture, le courant entre à un instant donné par le fond 1 et parcourt le contact fixe 5 en tulipe, le contact mobile 9, le contact glissant 12 et la cloison intermédiaire 2 servant de borne de sortie. La bobine 6 de soufflage est hors circuit. Lors de l'ouverture de l'interrupteur, le contact mobile 9 est déplacé vers le bas selon-le sens de la flèche F1, et se sépare du contact fixe 5. L'arc tiré entre les contacts 5, 9 est commuté rapidement sur l'électrode 7 de déphasage et assure l'excitation de la bobine de soufflage 6. Le champ magnétique 13 radial engendré par la bobine 6 dans l'intervalle de coupure 8a impose une rotation rapide de l'arc 13 sur l'électrode 7 et sur l'extrémité annulaire du contact mobile 9 pour éviter l'érosion des surfaces de contact. La chaleur engendrée par l'arc tournant 13 provoque d'autre pfart une augmentation de pression du gaz isolant SF6 dans la chambre de coupure 8 entrainant un soufflage pneumatique de l'arc 13 par l'expansion thermique du gaz de soufflage dans la chambre de coupure 8. L'arc 13 tiré entre les contacts séparés est soumis à l'effet combiné d'un soufflage magnétique en rotation engendrée par la bobine 6 excitée, et d'un soufflage pneumatique créé par l'écou- lement gazeux (voir flèche F2) s'établissant à partir de la chambre de coupure 8 vers la chambre d'expansion 10 à pression plus faible. Cet écoulement gazeux résulte de l'expansion thermique du gaz SF6 dans la chambre de coupure 8 et de son échappement vers la chambre 10 par l'intermédiaire du canal 9a interne et des orifices 11 du contact mobile 9. L'effet combiné des soufflages magnétique et pneumatique contribue à l'extinction de l'arc 13. Selon l'invention, un écran, désigné par le repère général 20, empêche la préionisation du gaz environnant de la chambre de coupure 8, due aux radiations de l'arc 13 lors de la phase d'expansion thermique du gaz SF6. L'écran 20 est logé dans la chambre de coupure 8 et est formé par une électrode fixe, en matériau conducteur, comprenant une première portion 20c tubulaire, s'étendant axialement depuis le contact glissant 12 vers la zone 8a d'extension de l'arc 13. Un faible jeu radial ménagé entre la portion 20c et le contact mobile 9 permet le coulissement axial de ce dernier à l'intérieur de l'écran 20 lors de la fermeture et de l'ouverture de l'interrupteur. L'extrémité ouverte de la portion 20c tubulaire de l'écran 20 est conformée en piste 20b annulaire faisant face à l'électrode 7 de mise en circuit de la bobine 6.L'écran 20 comprend de plus une deuxième portion constituée par une collerette ou extension 20a annulaire rattachée à la première portion 20c et s'étendant radialement dans la chambre 8 depuis la piste 20b sur la surface latérale interne de l'enveloppe 3 cylindrique. La collerette 20a est séparée axialement de l'électrode 7 par un intervalle approprié à une bonne tenue diélectrique de l'interrupteur. L'adjonction de cet écran 20 conducteur permet une augmentation notable des performances de l'interrupteur, notamment son pouvoir de coupure et sa tenue diélectrique. La présence de la collerette radiale 20a réduit l'influence des radiations de l'arc prenant naissance dans la zone de coupure 8a et empêche la préionisation du gaz contenu dans le compartiment 8b de la chambre de coupure 8, agencé entre la cloison intermédiaire 2 et la collerette 20a. I1 en résulte un jet de gaz de soufflage non ionisé sur l'arc 13. La collerette 20a canalise les gaz de soufflage lors de l'expansion thermique engendrant l'augmentation de pression dans la chambre de coupure 8, et protège de plus les parties isolantes, notamment la cloison 2 intermédiaire et la paroi cylindrique interne de l'enveloppe 3 contre les effets de l'arc 13. La piste 20b de l'écran 20 forme d'autre part un anneau de déphasage et éventuellement une piste de migration de l'arc tournant 13 lors de l'interruption de courants forts. Les fonctions combinées de l'écran 20 engendrent ainsi une extinction rapide de l'arc, et la forme de la collerette 20a au lieu d'être rectiligne dans le sens radial, peut être quelconque, notamment incurvée dans le sens concave ou convexe. L'invention n'est bien entendu nullement limitée au mode de mise en oeuvre plus particulièrement décrit et représenté au dessin annexé, mais elle s'étend bien au contraire à toute variante restant dans le cadre des équivalences électrotechniques. Revendications 1. Interrupteur multipolaire à soufflage combiné magnétique et pneumatique de l'arc, comprenant par pôle - une enveloppe (3) étanche remplie d'un gaz à rigidité diélectrique élevée, notamment de l'hexafluorure de soufre, - une cloison (2) intermédiaire de- subdivision de l'intérieur de l'enveloppe en deux chambres adjacentes, à savoir une chambre de coupure (8) et une chambre d'échappement ou d'expansion (10), - un contact mobile (9) tubulaire traversant ladite cloison (2) intermédiaire et présentant un orifice d'échappement (11) pour faire communiquer le canal interne (9a) du contact (9) avec la chambre d'expansion (10), ledit canal (9a) communiquant d'autre part par l'extrémité opposée ouverte du contact (9) tubulaire avec la chambre de coupure (8) adjacente, - un contact fixe (5) logé dans la chambre de coupure (8) et coopérant avec le contact mobile (9) en position de fermeture, - et un moyen magnétique (6) pour engendrer un champ magnétique de soufflage dans la zone de coupure et d'extension (8a) de l'arc, tiré entre les contacts (5, 9) séparés, ledit champ provoquant la rotation de l'arc a7), caractérisé par le fait qu'un écran (20) en matériau conducteur entoure coaxialement le contact mobile (9) et est agencé entre la cloison intermédiaire (2) et le contact fixe (5), à proximité de la zone de coupure (8a), de manière à réduire l'influence des radiations de l'arc (13) pour éviter la préionisation du gaz lors de son expansion thermique dans la chambre de coupure (8). 2. Interrupteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit écran (20) conducteur comporte une collerette (20a) annulaire s'étendant transversalement dans l'intervalle radial ménagé entre le contact mobile (9) et la surface latérale interne de l'enveloppe (3). 3. Interrupteur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la collerette (20a) présente une face plane faisant un angle prédéterminé avec la direction axiale de déplacement du contact mobile (9). 4. Interrupteur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ladite collerette (20a) est radiale. 5. Interrupteur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la collerette (20a) comporte une face incurvée, soit concave, soit convexe. 6. Interrupteur selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait que l'écran (20) conducteur est solidaire de la cloison (2) fixe de subdivision, la collerette (20a) transversale étant portée par un support (20c) tubulaire s'étendant axialement entre la cloison (2) et la zone de coupure (8a) et entourant à faible jeu le contact mobile (9) coulissant. 7. Interrupteur selon la revendication 6, comprenant une bobine (6) de soufflage et une électrode (7) de mise en circuit de la bobine lors de l'extension de l'arc pour engendrer le champ magnétique de soufflage en rotation de l'arc, caractérisé par le fait que la collerette (20a) est disposée en face de l'électrode (7), un intervalle axial prédéterminé étant prévu pour assurer une bonne tenue diélectrique de l'interrupteur. 8. Interrupteur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la partie (20b) de la collerette située au voisinage immédiat de la zone de coupure (8a) est conformée en piste de migration de l'arc tournant (13). 9. Interrupteur selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé par le fait que le support tubulaire (20c) de l'écran (20) est solidaire d'un contact d'amenée de courant (12) porté par la cloison (2) et coopérant par frottement avec le contact mobile (9).