Brevet FR2517874A1 — publié le 19830610

CHAMBRE D'EXTINCTION D'ARC A EMPILAGE MIXTE DE PLAQUES REFRACTAIRES A ELECTRODES ET A FENTES. L'invention concerne une chambre de coupure, notamment d'un interrupteur ou disjoncteur électrique à coupure dans l'air comportant un empilage de plaques en matériau isolant réfractaire, disposées transversalement à la direction initiale de l'arc tiré entre les contacts séparables, ledit empilage comprenant une pluralité de cellules élémentaires disposées côte à côte et formées par - des plaques à électrodes subdivisant l'arc. en une série d'arcs divisionnaires se développant en boucles dans des espaces intercalaires ménagés entre les plaques à électrode successives, - des plaques à fentes, démunies d'électrode et insérées dans lesdits espaces intercalaires pour assurer une désionisation efficace des arcs divisionnaires, une cellule élc- mentaire étant dotée d'une plaque à électrode et d'au moins une plaque à fente. Selon un dispositif -connu du genre mentionné, décrit par exemple dans les brevets français Nos. 1.269.359, 2.153.749 et 2.232.065 de la demanderesse, l'empilage est formé par une pluralité de cellules juxtaposées identiques, ctest-à- dire comprenant chacune le même nombre de plaques intercalaires à fentes. Une augmentation du pouvoir de coupure pour une même tension nominale du disjoncteur nécessite obligatoirement l'adjonction de plaques réfractaires supplémentaires. I1 en résulte une modification de l'encombrement de l'empilage. L'industrialisation d'un tel dispositif est compliquée car il faut prévoir une série de chambres de dimensions différentes adaptées à la valeur du pouvoir de coupure. La présente invention a pour but de remédier à ces incon vénients et de permettre la réalisation d'une e- coupure standard à encombrement constant quel que soit la valeur du pouvoir de coupure ou de réduire fortement la taille des chambres de coupure, optimisée pour un pouvoir de coupure don. La chambre de coupure selon l'invention est caractérisée par le fait que l'empilage des cellules élémentaires est subdivisé en plusieurs paquets A, B, C ... juxtaposés dans la direction d'extension de l'arc et comportant chacun un nombre prédéterminé de céllules de même nature, les cel lules constitutives de l'un A des paquets agencé à proxi mité des contacts ayant un nombre de plaques intercalaires à fentes supérieur à celui des mêmes plaques équipant les cellules du paquet B, C adjacent plus éloigné des contacts que le paquet A. La distance entre deux plaques à électrodes successives du paquet A proche de la zone de séparation des contacts, est supérieure à l'intervalle entre deux plaques à électrodes du paquet B, C adjacent.La composition modu laire de l'empilage s'effectue à partir de cellules élémen- taires du type F1 à une seule plaque à fente associée à une plaque à électrode, F2 à deux plaques à fentes associées à une plaque à électrode, F3 à trois plaques à fente asso ciées à une plaque à électrode, F4 à quatre plaques etc... jusqu'à un rang n, le nombre et la nature des cellules par paquet A, B, C étant choisi en fonction du pouvoir de cou pure et de la tension nominale du disjoncteur tel que la coupure du courant de défaut in-tervient dans le paquet A et que le/ls paquets B, C adjacents contribuent à la bonne tenue de la tension de rétablissement après l'extinction de l'arc. La composition modulaire par paquets A, B, C ... de l'empi- lage permet une optimisation des chambres de coupure en fonction des valeurs du pouvoir de coupure. Selon une caractéristique de l'invention, le paquet B, C comporte des cellules élémentaires de rang inférieur à ce lui des cellules du paquet A. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la presciption qui va suivre de différents modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exem ples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue en élévation et en coupe longitu dinale d'une chambre de coupure équipée de l'empilage selon l'invention; la figure 2 est une vue schématique d'une chambre dissymé trique à deux paquets de cellules; les figures 3A, 38, 3D représentent respectivement une cel lule élémentaire à une plaque à électrode associée à une, deux, trois et quatre plaques à fentes; la figure 4 est une vue identique à la figure 2 d'une va riante de réalisation. Sur la figure l-est représentée une chambre de coupure 10 d'un disjoncteur à moyenne tension et à coupure dans l'air du type commercialement dénommé Solénarc. La chambre 10 comporte un empilage 12 de plaques isolantes réfractaires, notamment en Zircon, disposées transversalement à la direc tion initiale de l'arc tiré entre les contacts fixe 14 et mobile 16 lors de l'ouverture du disjoncteur. L'empilage 12 est constitué à partir de deux types de plaques réfrac taires, en l'occurrence des plaques à électrodes et des plaques intercalaires à fentes. Les plaques sont imbriquées dans l'empilage 12 selon un ordre prédéterminé. L'électrode de chaque plaque 18 comprend un cavalier 22 conducteur en forme de V ou de U enfourchant la tranche médiane de la plaque 18 orientée vers le bas en direction des contacts 14, 16.Chaque plaque 20 intercalaire est dépourvue d'élec trodes et présente à la partie inférieure une échancrure de largeur décroissante vers le haut. Deux guides d'a-rc 24,26 associés respectivement aux contacts fixe 14 et mobile 16 se prolongent en divergeant vers la partie supérieure de la chambre 10 pour guider l'arc vers les plaqu-es 18, 20 ré fractaires de l'empilage 12. Les plaques 18 à électrodes subUircnt l's en-une-sériu d'drus d'arcs divisionnaires qui se développent en boucles dans des espaces intercalaires ména gés entre les plaques 18 successives.Les plaques 20 à fentes sont intercalées dans ces espaces pour assurer une désionisation efficace des arcs divisionnàires. Le pouvoir de coupure du disjoncteur est fonction du nombre de plaques 20 à fentes insérées dans chacun des espaces inter calaires. Le fonctionnement d'une telle chambre de coupure et la structure des plaques 18, 20 sont décrits en détail dans les brevets français précités 1.269.359, 2.153.749 et 2.232.065 de la demanderesse. L'ensemble des plaques 18,20 de l'empilage 12 sont maintenues serrées en bloc entre deux plaques d'extrémités 30, 28 en matériau isolant prenant appui respectivement sur des butées latérales fixes 32 et mobiles 34 à vis de serrage 36. Selon l'invention, l'empilage 12 de la chambre 10 est sub divisé en plusieurs paquets A,- B, C (fig. 1, 2 et 4 de cel lules élémentaires F1, F2, F3, F4 de plaques réfractaires échelonnées dans la direction d'extension de l'arc selon un ordre prédéterminé, chaque cellule F1 à F4 comprenant une plaque 18 à électrode et au moins une plaque 20 à fente. Sur la figure 3A, est représentée une cellule F1 dotée d'une seule plaque 20 à fente, adjacente à la plaque 18.La cel lule F2 comprend deux plaques 20 successives associées à la plaque 18 à électrode(fig. 3B). Les cellules F3 (fig. 3C) et F4 (fig. 3D) sont pourvues respectivement de trois et de quatre plaques 20 successives à fente pour une seule plaque 18 à électrode. D'autres cellules F5, F6 ... (non représentées) à cinq et six plaques 20 intercalaires peuvent etre utilisées dans l'empilage 12. Chaque paquet A, B, C ... de l'empilage 12 comporte un nombre prédéterminé de cellules élémentaires F1 à F4 de même nature, disposées cote à cote. Sur la figure 1, la compos-i tion mixte de empilage 12 est dotée d'un premier paquet X six e es Fy at-d-'un deuxième paquet B adjacent à trois cellules F2. Selon la figure 2, le nombre et la nature des cellules élémentaires constitutives des paquets A et B de l'empilage 12 mixte peuvent être différents de ceux décrits en référence à la figure 1, en fonction des valeurs du pouvoir de coupure et de la tension nominale du disjoncteur.Le premier paquet A peut ainsi comporter un nombre prédéterminé nA de cellules F4 et être juxtaposé au deuxième paquet B composé de nB cellules F2 ou F3, nB pou vant être égal, supérieur ou inférieur à nA. Selon la figure 1, l'arc initial tiré dans la chambre de formation d'arc entre les contacts 14, 16, est décalé laté ralement de l'axe médian de l'empilage 12. Le premier pa quet A se trouve au-dessus des contacts 14, 16 pour favori ser la montée rapide de l'arc dans les six cellules élémen taires F3 du paquet A le plus proche des contacts. L'expan sion de l'arc s'étend ultérieurement dans les trois cel lules F2 du deuxième paquet B plus éloigné des contacts 14, 16 que le premier paquet A. On remarque que la distance in ter-électrodes entre les plaques 18 successives du premier paquet A est supérieure à celle ménagée entre les plaques 18 du deuxième paquet B.Le premier paquet A à cellules F3 de l'empilage 12 sert à la coupure du courant de défaut, alors que le deuxième paquet B à cellules F2 contribue à la bonne tenue de la tension de rétablissement après l'extinc tion de l'arc. La figure 4 montre une variante de réalisation de la cham bre 10 dans laquelle l'axe de séparation des contacts 14, 16 coincide approximativement avec l'axe médian de l'empi lage 12. Ce dernier est alors formé d'un paquet A central situé directement au-dessus des contacts 14, 16, et deux paquets B, -C adjacents opposés, associes respectivement aux guides d'arc 26, 24. La coupure de l'arc s'effectue dans le paquet A comprenant des cellules élémentaires, par exemple F3 ou F4, dont le nombre de plaques 20 intercalaires est -superi-eur å celui des plaques 20 des cellules F1 ou F2 con stitutives des paquets b, c d'extrémités. Des essais pratiqués sur des chambres de coupure de l'art antérieur, décrites par exemple dans les brevets français 1.269.359, 2.153.749 et 2.232.065, ont montré qu'un empilage classique formé par des cellules élémentaires de même nature, soit F1, F2 ou F3, était susceptible de couper res pectivement au maximum des courants de 15 kA, 30 kA et 45 kA. En fonction de la valeur de la tension nominale du disjoncteur, un nombre prédéterminé de cellules élementaires sont nécessaires quel que soit la nature des cellules de l'empilage. I1 en résulte que le nombre de plaques réfractaires 18, 20 et l'encombrement de la chambre diffèrent selon le pouvoir de coupure choisi.A titre d'exemple la composition d'une première chambre classique adaptée à une tension nominale de 6 kV et à un pouvoir de coupure de 250 MVA comporte onze cellules élémentaires F2. Le passage du pouvoir de coupure à 350 MVA conduit à une deuxième chambre classique de onze cellules élémentaires F3. I1 en résulte une augmentation de l'encombrement de la deuxième chambre dû à l'utilisation de onze plaques réfractaires supplémentaires. La composition modulaire par paquets A, B ... de l'empilage 12 selon l'invention permet une optimisation des chambres de coupure. La composition. des paquets A et B de l'empilage 12 de la figure l, comprenant six cellules F3 et trois cellules F2 permet l'obtention d'un pouvoir de coupure de 350 MVA à 6 kV. Une telle chambre possède le même encombrement et le même nombre total de plaques réfractaires que la première chambre classique à 250 MVA. L'invention n'est bien entendu nullement limitée aux modes de mise en oeuvre plus particulièrement décrits et représentés aux dessins annexés, mais elle s'étend bien au contraire à toute autre variante restant dans le cadre des ,équivalences électrotechniques,notament celle dans la- quelle la disposition des paquets A, B, C ... de l'empi- -we-+zffluldireafnsl que l-e nombre et l'ordre de suc~ces- sion des cellules élémentaires F1, F2, F3, F4 ... seraient différents de ceux décrits en référence aux figures 1 à 4. Revendications 1. Chambre de coupure, notamment d'un interrupteur ou dis joncteur électrique à coupure dans l'air, comportant un empilage (12) de plaques en matériau isolant réfractaire, disposées transversalement à la direction initiale de l'arc tiré entre les contacts (14, 16) séparables, ledit empilage comprenant une pluralité de cellules élémentaires disposées côte à côte et formées par - des plaques (18-) à électrodes (22) subdivisant l'arc en une série d'arcs divisionnaires se développant en boucles dans des espaces intercalaires ménagés entre les plages (18) à électrodes successives, - des plaques (20) à fentes, démunies d'électrode et insé rées dans lesdits espaces intercalaires pour assurer une désionisation efficace des arcs divisionnaires, une cellule élémentaire étant dotée d'une plaque (18) à électrode et d'au moins une plaque (20) à fentes, caractérisée par le fait que l'empilage (12) des cellules élémentaires est subdivisé en plusieurs paquets A, B, C juxtaposés dans la direction d'extension-de l'arc et com portant chacun un nombre prédéterminé de cellules de même nature, les cellules constitutives de l'un A des paquets agencé à proximité.des contacts (14, 16) ayant un nombre de plaques (20) intercalaires à fentes supérieur à celui des memes plaques (20) équipant les cellules du paquet B,C adjacent plus éloigné des contacts que le paquet A. 2. Chambre de cQupure selon la revendication 1, caractéri sée par le fait que la distance entre deux plaques (18) à électrodes successives du paquet A proche de la zone de séparation des contacts 14, 16, est supérieure à l'intervalle entre deux plaques (18) -à électrodes du paquet B, C adjacent. 3. Chambre de coupure selon la revendication 1 ou 2, ïo n carac- térisée par le fait que la composition modulaire de l'empi- lage (12) s'effectue à partir de cellules élémentaires du type F1 à une seule plaque (20) à fente associée à une plaque (18) à électrode, F2 à deux plaques (20) à fentes associées à une plaque (18) à électrode, F3 à trois plaques (20) à fentes associées à une plaque (18) à électrode, F4 à quatre plaques (20) etc... jusqu'à un rang n , le nombre et la nature des cellules par paquet A, B, C étant choisis en fonction du pouvoir de coupure et de la tension nominale du disjoncteur tel que la coupure du courant de défaut intervient dans le paquet A et que le/les paquets B, C adJacents contribuent à la bonne tenue de la tension de rétablissement après l'extinction de l'arc. 4. Chambre de coupure selon la revendication 3, caractérisée par le fait que le paquet B, C comporte des cellules élémentaires de rang inférieur à celui des cellules du paquet A. 5. Chambre de coupure selon l'une des revendications 1 à4, caractérisée par le fait que l'axe médian de l'empilage(12) à deux paquets A, B dissymétriques, est décalé transversalement de l'axe de séparation des contacts (14, 16). 6. Chambre de coupure selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que l'axe de séparation des contacts (14, 16) coincide approximativement avec l'axe médian de l'empilage (12), ce dernier étant formé par un premier paquet A central et de deux paquets B, C adjacents opposés associés respectivement aux guides d'arc (26, 24) de la chambre (10).