Brevet FR2494493A1 — publié le 19820521

DISJONCTEUR ELECTRIQUE A AUTOSOUFFLACE PAR ROTATION DE L'ARC. L'invention est relative à un disjoncteur électrique à auto- soufflage par rotation de l'arc sous l'action d'un champ magnétique engendré par le courant à couper comprenant: - une enveloppe étanche remplie d'un gaz isolant à rigidité diélectrique élevée, notamment de l'hexafluorure de soufre, - une paire de traversées traversant d'une manière étanche la paroi de ladite enveloppe et constituant respectivement une borne d'entrée et une borne de sortie du disjoncteur, - un circuit principal de passage de courant ayant une paire de contacts principaux dont l'un mobile est susceptible d'être déplacé en position d'ouverture par un mécanisme de commande, ledit circuit principal étant relié-et s'étendant entre lesdites bornes suivant une trajectoire rectiligne, - un circuit auxiliaire adjacent et connecté en parallèle dudit circuit principal auxdites bornes, ledit circuit auxi- liaire comprenant une paire de contacts d'arc, - une bobine de soufflage magnétique de l'arc ancré sur les- dits contacts d'arc. La demande de brevet européen NO 11.542 décrit un disjonc- teur électrique du genre mentionné dans lequel le circuit principal est disposé d'une manière quasi-indépendante du circuit auxiliaire de coupure à l'intérieur de l'enveloppe étanche. Cette disposition particulière permet une simplifi- cation notable d'un disjoncteur à autosoufflage pneumatique du type commercialement dénommé FLUARC, et il s'est avéré intéressant d'utiliser cette technique dans les disjoncteurs à arc tournant. Les disjoncteurs à arc tournant utilisent une bobine de soufflage insérée dans le circuit auxiliaire, et l'augmentation de la réactance du circuit auxiliaire s'oppose à une commutation rapide du courant sur ce circuit auxiliaire. La présente Invention a pour but de remédier à cet inconvé- nient et de permettre la réalisation d'un disjoncteur élec- trique à arc tournant équipé de contacts principaux indé- pendants d'une structure particulièrement simple. Le disjoncteur selon l'invention est caractérisé en ce que lesdits contacts d'arc sont agencés en forme de pistes annu- laires en renard, ladite bobine étant accolée à la face ar- rière de l'une desdites pistes et connectée électriquement en série des contacts d'arc, de manière à engendrer un champ magnétique radial dans l'intervalle de séparation desdites pistes annulaires lors d'une commutation de l'arc sur les contacts d'arc et en ce qu'il comporte une paire de contacts de shuntage disposés dans un circuit de shuntage adjacent auxdits contacts principaux, lesdits contacts de shuntage étant agencés pour se séparer après lesdits contacts prin- cipaux pour éviter tout arc de commutation sur les contacts principaux et ledit contact mobile de shuntage se débattant au voisinage desdits contacts d'arc, de manière à transfé- rer l'arc tiré sur les contacts de shuntage séparés sur lesdits contacts d'arc. La présence d'un circuit de shuntage permet une ouverture du disjoncteur en trois phases distinctes, en l'occurrence une première phase de séparation des contacts principaux avec commutation du courant sur le circuit de shuntage, une deuxième phase de séparation des contacts de shuntage avec formation d'un arc de commutation et une troisième phase de transfert de l'arc sur les contacts d'arc avec mise en cir- cuit de la bobine de soufflage imposant une rotation rapide de l'arc sur les contacts d'arc en forme de pistes annu- laires. Le contact mobile de shuntage assure le transfert de l'arc sur des contacts d'arc fixes disposés à une dis- tance optimale d'extinction de l'arc. Selon un développement de l'invention, le contact mobile de shuntage est agencé en couteau pivotant monté à rotation sur le même axe que le couteau formant le contact princi- pal mobile. La séparation préalable des contacts principaux est réalisée avantageusement par une conformation particu- lière des contacts de shuntage, de manière à permettre une solidarisation mécanique des contacts mobiles principal et de shuntage. Les contacts d'arc sont disposés tangentielle- ment à la trajectoire de déplacement du contact mobile de shuntage, de façon à capter l'arc et à mettre en circuit la bobine de soufflage immédiatement après la séparation des contacts de shuntage. Selon un développement de l'invention, l'équipage mobile formé par les contacts mobiles principal et de shuntage, porte une palette qui provoque au cours de son déplacement lors d'une ouverture du disjoncteur un déplacement de gaz de soufflage facilitant le transfert de l'arc des contacts de shuntage vers les contacts d'arc. La commande du disjoncteur est particulièrement simple et la masse de l'équipage mobile est faible, ce qui facilite "ne séparation rapide des contacts. 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 limi- tatif et représenté aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un disjoncteur selon l'invention, représenté en position fermée; la figure 2 est une vue de gauche du dispositif de contacts permanent et de shuntage selon la fig. 1; les figures 3 et 4 sont des vues partielles de la figure 1, montrant les contacts respectivement en cours d'ouverture et en position ouverte. Sur les figures, un pôle d'un disjoncteur à autosoufflage comporte une enveloppe 10 étanche en un matériau isolant remplie d'un gaz à rigidité diélectrique élevée, notamment de l'hexafluorure de soufre, sous une pression appropriée. Des traversées 12, 14 conformées en bornes d'amenée de courant traversent des fonds opposés 16, 18 de l'enveloppe et s'étendent suivant une trajectoire rectiligne. La tra- versée 12 porte un contact fixe principal 20 susceptible de coopérer avec un contact principal mobile 22 en forme de couteau monté à pivotement sur un axe fixe 24 porté par un prolongement 26 de la traversée 14. En se référant plus par- ticulièrement à la fiqure 2, on voit que dans l'exemple il- lustré par les figures, le contact principal mobile 22 est constitué par deux couteaux 2?a, ?2b, venant enserrer en po- sition de fermeture des plages 20a, 20b, constituant le con- tact principal fixe 20. Sur l'axe fixe 24 est monté à rota- tion un contact mobile de hhuntage 28 constitué par une paire de couteaux 28a, venant enserrer en position de ferme- ture un contact fixe de shuntage 30 électriquement et méca- niquement relié à la traversée 12 par un support 32. Des ressorts de compression 34 enfilés sur une tige 36 et inter- calés entre les couteaux 22a, 22b, 28a, sollicitent les cou- teaux d'une même paire en rapprochement, de manière à exer- cer une force de serrage d'une part sur les contacts fixes 20a, 20b, 30, et d'autre part sur des extensions 38 de la traversée 14 intercalées entre les paires de couteaux au niveau de l'axe fixe 24. La force de serraqe des couteaux, 22a, 22b, 28a est accrue par les forces électrodynamiques parcourant les contacts d'une manière bien connue des spé- cialistes. Les couteaux 22a, 22b, 28a sont mécaniquement solidarisés par un axe 40 traversant des orifices ménagés dans les couteaux, et sur lequel est articulée l'extrémité d'une bielle de commande 42. Le contact mobile de shuntage 28 est intercalé entre les couteaux 22a, 22b du contact principal mobile 22, et il est clair que d'autres disposi- tions opérantes peuvent être utilisées et que le contact mobile principal ou le contact mobile de shuntage peut com- porter un nombre différent de couteaux, notamment un cou- teau unique. La bielle de commande 42 est articulée par son extrémité opposée au maneton 44 d'une manivelle 46 calée sur un arbre de commande 48 traversant la paroi de l'enveloppe 10 et actionnée par un mécanisme de commande d'un type quelconque bien connu des spécialistes. En position de fermeture du disjoncteur, représentée à la figure 1, le contact mobile principal 22 et le contact mobile de shuntage 28 s'étendent sensiblement dans la direction rectiligne des traversées 12. 14, assurant un circuit principal de passage de courant pratiquement rectiligne de longueur minimale. Une rotation de l'arbre de commande 48 est transmise pa- l'ensemble bielle 42 - manivelle 46 à l'équipage mobile, constitué par les couteaux 22a, 22b, 28a, de manière à faire pivoter ces cou- teaux sur l'articulation formée par l'axe 24 vers une posi- tion d'ouverture, représentée à la figure 4, sensiblement perpendiculaire à la position initiale de fermeture. Les couteaux 28a du contact de shuntage 28 présentent une longueur supérieure à celle des couteaux 22a, 22b du contact principal 22, et le contact fixe de shuntage 30 décalé en hauteur sur la figure 2 par rapport aux contacts fixes prin- cipaux 22a, 22b, présente une partie 50 en saillie en direc- tion de la position d'ouverture par rapport aux contacts fixes principaux 20a, 20b. Cette disposition en saillie 50 du contact fixe de shuntage 30 permet une séparation des contacts principaux 22, 20 avant la séparation des contacts de shuntage 28, 30 lors d'une manoeuvre d'ouverture du dis- joncteur. L'ouverture retardée des contacts de shuntage 28, peut bien entendu résulter d'une conformation différente des contacts principaux 20, 22 ou du- contact mobile de shuntage 28, ou être réalisée par un agencement particulier du mécanisme de commande 46, 42. L'enveloppe 10 contient de plus un circuit auxiliaire 52, constitue par un contact d'arc fixe 54, électriquement et mécaniquement solidarisé par un support 56 à la traversée 14, et un ensemble fixe 58 solidaris6 par un support con- ducteur 60 à la traversée 12. L'ensemble fixe 58 comporte un contact d'arc 62 en forme de piste annulaire disposée en regard et à écartement fixe du contact d'arc fixe 54, également conformé en piste annulaire. L'ensemble fixe 58 comporte de plus une bobine de soufflage 64, constituée par un empilage de disques fendus accolés à la face arrière du contact d'arc 62. L'ensemble fixe 58 peut être du type décrit dans la demande de brevet français NI 79 22151, déposée le 3 septembre 1979, à laquelle on se reportera avantageusement pour de plus amples renseignements. Il suffit de rappeler que la bobine 64 est connectée en série des contacts d'arc 54, 62 dans le circuit auxiliaire 52. Le circuit auxiliaire 52 est disposé latéralement du circuit principal 20, 22, 26 à une distance suffisante à un libre débattement en direc- tion du circuit auxiliaire 52 des contacts mobiles 22, 28. Le contact d'arc 62, associé à la bobine 64, est disposé tangentiellement et à faible intervalle 66, de la partie en saillie 50 du contact de shuntage fixe 30. Le contact d'arc fixe 54 est disposé d'une manière analogue tangentiellement à la trajectoire circulaire décrite par l'extrémité du contact mobile de shuntage 28. En position d'ouverture du disjoncteur, représentée à la figure 4, les contacts mobiles principal 22 et de shuntage 28 viennPnt en position de retrait du contact d'arc 54, de façon à empêcher tout réamorçage de l'arc sur les contacts mobiles 22, 28. Un intervalle isolant 68 sépare les contacts-d'arc 54, 62 empêchant tout passage de courant dans le circuit auxiliaire 52 et de ce fait toute alimentation de la bobine 64 en po- sition fermée du disjoncteur, représentée à la figure 1. Le disjoncteur selon l'invention fonctionne de la manière suivante En position fermée, représentée à la figure 1, la quasi- totalité du courant permanent entrant par la borne 12 par- court les contacts principaux fixes 20a, 20b, les contacts principaux mobiles 22a, 22b en position fermée pour sor- tir par la borne opposée 14. Une faible partie du courant permanent parcourt le circuit de shuntage constitué par le contact fixe de shuntage 30 et le contact mobile de shun- tage 28. La bobine 64 n'est pas alimentée du fait de l'in- terruption du circuit auxiliaire 52 par l'intervalle iso- lant 68. L'échauffement dû au passage du courant permanent est minimal, le trajet suivi par le courant étant de lon- gueur minimale. Lors d'une commande d'ouverture par rotation de l'arbre de commande 48, les couteaux principaux 22a, 22b et les couteaux 28a du contact de shuntage 28 sont pivotés dans le sens des aiguilles d'une montre sur la figure 1 par l'ensemble bielle 42 manivelle 46. En une position intermé- diaire, représentée à la figure 3, les contacts principaux 20, 22 se séparent alors que les contacts de shuntage 28,30 sont encore fermés. La séparation des contacts principaux , 22 provoque une commutation du courant sur le circuit de shuntage, cette commutation s'effectuant sans arc, la réactance du circuit de shuntage étant quasi identique à celle du circuit principal. Le circuit auxiliaire 52 reste. temporairement hors circuit. Au cours du mouvement poursuivi de pivotement des couteaux 22a, 22b, 28a, les contacts de shuntage 28, 30 se séparent également en tirant un arc de commutation entre la partie en saillie 50 du contact fixe de shuntage 30 et l'extrémité du contact mobile de shuntage 28. La racine de l'arc ancrée sur la-partie en saillie 50 commute rapidement par effet de boucle sur le contact d'arc adjacent 62 mettant en circuit la bobine de soufflage 64. En fin de mouvement d'ouverture, la racine ancrée sur le contact mobile de shuntage 28 commute sur le contact d'arc 54 et l'arc est soufflé en rotation sur les contacts annu- laires 54, 62 par le champ magnétique engendré par la bo- bine 64 d'une manière bien connue des spécialistes. L'in- tervalle 68 correspond à la distance optimale d'extinction de l'arc. On voit que la sépara- tion des contacts principaux 20, 22, qui assurent la fonc- tion de conduction du courant permanent, s'effectue toujours sans arc, l'arc de commutation étant tiré entre les contacts de shuntage 28, 30, qui ne contribuent pratiquement pas à la conduction du courant permanent. Les contacts d'arc 54, 62 sont fixes et ont pour seule fonction l'extinction de l'arc. L'ensemble est particulièrement simple, et la masse de l'équipage mobile constituée par les couteaux 22a, 22b, 28a est faible. Dès la mise en circuit de la bobine 64 l'arc de commutation est soumis à un soufflage en rotation. Il est avantageux d'associer à l'équipage mobile,- constitué par le contact mobile principal 22 et le contact de shun- tage mobile 28,- une plaque 70 (fig.l) dont le mouvement provoque un déplacement du gaz contenu dans l'enveloppe 10 en direction $ des contacts d'arc 54, 62, provoquant un soufflage de l'arc et facilitant la commutation de l'arc des contacts de shun- tage 28, 30 vers les contacts d'arc 54, 62. La présence de la plaque de soufflage 70 accroit légèrement l'énergie de commande, mais cette dernière reste relativement faible par rapport à celle nécessaire au dispositif d'autosoufflage pneumatique par pistonnage de gaz. Il est clair qu'on ne sortirait pas du cadre de l'invention en utilisant un contact d'arc semi-fixe ou mobile ou en remplaçant les contacts mobiles en couteaux par des contacts coulissants ou de tout autre type. Revendications 1. Disjoncteur électrique à -autosoufflage par rotation de l'arc sous l'action d'un champ magnétique engendré par le courant à couper comprenant - une enveloppe étanche (10) remplie d'un gaz isolant à ri- gidité diélectrique élevée, notamment de l'hexafluorure de soufre, - une paire de traversées (12, 14), traversant d'une manière étanche la paroi de ladite enveloppe et constituant respec- tivement une borne d'entrée et une borne de sortie du dis- joncteur, - un circuit principal de passage de courant ayant une paire de contacts principaux (20, 22) dont l'un (22) mobile est susceptible d'être déplacé en position d'ouverture par un mécanisme de commande (42, 46), ledit circuit principal étant relié et s'étendant entre lesdites bornes suivant une trajectoire rectiligne, - un circuit auxiliaire (52) adjacent et connecté en paral- lèle dudit circuit principal auxdites bornes (12, 14), ledit circuit auxiliaire comprenant une paire de contacts d'arc (54, 62), - une bobine (64) de soufflage magnétique de l'arc ancré sur lesdits-. contacts d'arc (54, 62), caractérisé en ce que lesdits contacts d'arc (54, 62) sont agencés en forme de pistes annulaires en regard, ladite bo- bine (64) étant accolée à la face arrière de l'une desdites pistes et connectée électriquement en série des contacts d'arc, de manière à engendrer un champ magnétique radial dans l'intervalle (68) de séparation desdites pistes annu- laires lors d'une commutation de l'arc sur les contacts d'arc et en ce qu'il comporte une paire de contacts de shun- tage (28, 30) disposés dans un circuit de shuntage adjacent auxdits contacts principaux (20, 22)., lesdits contacts de shuntage (28, 30) étant agencés pour se séparer après les- dits contacts principaux (20, 22) pour éviter tout arc de commutation sur les contacts principaux et ledit contact mobile de shuntage (28) se débattant au voisinage desdits IH contacts d'arc (54, 62), de manière à transférer l'arc tiré sur les contacts de shuntage séparés sur lesdits contacts d' arc. 2. Disjoncteur électrique selon la revendication 1, carac- térisé en ce que lesdits contacts d'arc (54, 62) sont des contacts fixes espacés d'une distance appropriée à une ex- tinction de l'arc sous l'action du soufflage magnétique en- gendré par la bobine (64). 3. Disjoncteur électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le contact mobile (28) de shuntage est agencé en couteau pivotant (28a) dont l'extrémité se débat au cours du mouvement d'ouverture le long de l'inter- valle (68) de séparation des contacts d'arc (54, 62), de manière à étaler l'arc devant les contacts d'arc. 4. Disjoncteur selon la revendication 1, 2 ou 3, carantéri- sé en ce que le contact mobile principal (22) agencé en 2o forme de couteau (22a, 22b) et le contact mobile de shun- tage (28) sont montés à pivotement sur un même axe (24) et sont solidarisés mécaniquement pour se déplacer simultané- ment, les contacts de shuntage (28, 30) étant conformés pour se séparer après les contacts principaux (20, 22).. 5. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le circuit princi- pal et le circuit de shuntage sont sensiblement colinéaires en position de fermeture du disjoncteur, le circuit auxi- hlaire (52) étant décalé latéralement. 6. Disjoncteur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la longueur du contact mobile (28) de shuntage est supérieure à celle du contact mobile principal (22) et que les contacts mobiles (22, 28) pivotent au cours du mouve- ment d'ouverture en direction des contacts d'arc (54, 68). ces derniers étant disposés tangentiellement en deux points espacés de la trajectoire circulaire décrite par l'extré- mité du contact mobile (28) de shuntage. 7. Disjoncteur électrique selon la revendication 6, caracté- risé en ce que le contact d'arc (62) associé à la bobine (64) de soufflage est disposé en un point de la trajectoire parcouru par ladite extrémité en premier lieu au cours du mouvement d'ouverture, de façon à mettre rapidement en cir- cuit la bobine de soufflage. 8. Disjoncteur électrique selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que les contacts mobiles principal (22) et de shuntage (28) sont disposés en position d'ouverture en retrait du contact d'arc (54) opposé au contact d'arc (62) associé à la bobine (64) pour éviter tout réamorçage intempestif sur lesdits contacts mobiles (22, 28). 9. Disjoncteur selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le contact fixe de shuntage (30) se prolonge Jus- qu'à proximité du contact d'arc (62) associé à la bobine (64). 10. Disjoncteur électrique selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que l'équipage mo- bile comportant les contacts mobiles (22, 28) porte une pa- lette (70) susceptible d'engendrer un soufflage pneumatique de l'arc en direction des contacts d'arc (54, 62) au cours du mouvement d'ouverture du disjoncteur.