Brevet FR2541038A1 — publié le 19840817

La présente invention concerne la technique de commutation puissante sous haute tension et a notamment pour objet un système de contact d'une chambre à vide pour extinction d'arc. Le présent dispositif trouvera son appliGation dans les installations de production et de transport de l'éner- gie électrique, dans l'industrie métallurgique, pour commuter les fours électriques, dans l'industrie minière, pour les interrupteurs puissants d'excavateurs, ainsi que pour la commutation des réservoirs d'induction. On connaît bien un système de contact d'un interrupteur à vide (cf., par exemple, le brevet d'invention Grande-Bretagne nO 1098862, 1963, classe H 2B) dans lequel un contact comporte un élément de contact sous forme d'une saillie annulaire et une électrode d'extinction d'arc sous forme d'une bride périphérique s'étendant radialement à partir du bord de l'élément de contact. L'élément de contact présente une série de fentes radiales inclinées par rapport à son axe. L'électrode d'extinction d'arc présente également une série de fentes s'étendant en spirale par rapport à son axe. Dans le système de contact décrit, l'arc électrique qui apparat au moment de la coupure du courant tourne à cause de l'inclinaison des fentes d'extinction en passant par les parties de contact et d'extinction d'arc des contacts. Par conséquent, l'arc reste pendant un temps considérable sur l'élément de contact. Ceci provoque l'augmentation de la température de la partie de contact des contacts surtout dans les zones où la surface de la fente forme un angle aigu avec la surface de contact. A cause de la surchauffe, il y a une érosion accrue de 11 élément de contact des contacts et la coupure du circuit électrique devient moins sûre. L'obliquité des fentes diminue notablement la résistance mécanique de l'élément de contact des contacts. A l'apparition d'un courant, surtout d'un courant de court-circuit, et lors de la réalisation de cycles de mise en marche automatique à répétition, lorsque la température des contacts est très haute, les zones de l'élément de contact disposées entre les fentes obliques s1 écrasent, ce qui entraîne une diminution de la hauteur de l'élément de contact, puis les parois des fentes se touchent et l'efficacité de ces dernières devient nulle. Il existe également un système de contact d'un interrupteur à vide (cf., par exemple, le brevet d'invention Etats-Unis dtAmérique nO 3462572, 1969, classe 200-144), qui comporte des contacts relativement mobiles pouvant se déplacer d'une position de fermeture à une position d'ouverture, ce qui fait apparaître un arc entre eux. L'un de ces contacts présente une saillie. en forme de disque (électrode d'extinction d'arc) se trouvant en face d'un autre contact sur lequel l'arc est localisé au moment de la coupure du courant. L'électrode d'extinction d'arc présente une multitude de fentes tangentielles. L'un des contacts comporte un élément de contact: un bouton de contact relié à la surface de l'électrode d'extinction d'arc et servant à fermer le circuit entre les contacts. L'élément de contact est disposé au centre de l'électrode d'extinction d'arc et sa périphérie extérieure a un rayon inférieur au rayon de la périphérie extérieure de l'électrode d'extinction d'arc. Les fentes de l'électrode d'extinction d'arc vont de leur bout extérieurdisposé extérieurement à l'élément de contact vers leur bout intérieur disposé radialement à l'intérieur de la périphérie extérieure de l'élément de contact et passent sous l'élément de contact. L'élément de contact court-circuite ces fentes. Comme les fentes de l'électrode d'extinction d'arc passant sous l'élément de contact sont shuntées par ce dernier, l'érosion des contacts augmente, la capacité de coupure et la fiabilité de coupure diminuent. Outre cela, dans les zones de la partie périphérique de l'élément de contact coincidant avec les fentes ou les frontières des fentes des électrodes d'extinction d'arc, il peut se formentre l'élément de contact et l'électrode d'extinction d'arc un espacement qui rend plus difficile le passage de 1'arc de l'élément de contact sur l'électrode d'extinction d'arc, ce qui entraîne la fixation de l'arc en augmentant l'érosion des contacts, en diminuant la capacité et la fiabilité de coupure. Le but de l'invention est de créer un système de contact d'une chambre à vide pour extinction d'arc, dont la conception des éléments permettrait d'élever la capacité de coupure, la fiabilité de coupure du circuit électrique et de diminuer l'érosion des contacts du système de contacts de la chambre d'extinction. Ce but est atteint à l'aide d'un système de contact de chambre à vide pour extinction d'arc, qui comporte deux contacts en forme de disque dont au moins l'un possède une électrode d'extinction d'arc embrassant l'élément de contact en saillie au-dessus de la surface de l'électrode d'extinction d'arc, le rayon de l'élément de contact étant plus petit que le rayon de l'électrode d'extinction d'arc pourwsue de rainures à courbure tangentielle dans la zone périphérique et passant sous l'élément de contact, ledit système de contact étant caractérisé, suivant l'invention, en ce que l'élément de contact présente des fentes dont les bouts extérieurs colncident avec les bouts des parties de fentes des électrodes d'extinction d'arc passant sous l'élément de contact, alors que la longueur de chaque zone continue de la surface latérale de l'élément de contact coïncidant avec les fentes et avec les parois des fentes de l'élec- trode d'extinction d'arc est inférieure à une paisseur et demie d'une fente. Il est utile, afin d'augmenter la densité du courant sur les contacts et de réduire l'érosion des contacts dans le système de contact de la chambre à vide pour extinction d'arclde disposer sous un angle les fentes de l'élément de contact et une partie des fentes de l'élec- trode d'extinction d'arc passant sous l'élément de contact, de réaliser dans la zone de ces fentes entre l'électrode d'extinction d'arc et l'élément de contact un entrefer, et de fixer les zones continues de la surface latérale de l'élément de contact à l'électrode d'extinction d'arc. Il est également utile, afin de réduire l'érosion des contacts, de faire colncider les directions des fentes de l'élément de contact et de la partie des fentes de l'électrode d'extinction d'arc passant sous l'élément de contact. Il est aussi utile, afin d'obtenir des efforts électrodynamiques suffisament grands en tout point d'apparition de l'arc électrique et de réduire la probabilité de la fixation de l'arc au centre du système de-contact, de pratiquer au centre de l'élément de contact, sur la surface orientée vers l'autre contact, un évidement où entrent les bouts intérieurs des fentes de l'élément de contact, et ceci pour une valeur supérieure à la moitié de leur largeur, et de prévoir sous la partie centrale de l'élément de contact une cavité recouvrant les bouts intérieurs des fentes de l'élément de contact. L'utilisation de la présente invention permet de réduire l'érosion des éléments de contact et des électrodes d'extinction d'arc du système de contact, de réduire la probabilité de fixation de l'arc sur la surface des contacts et d'élever ainsi la durée de service, la capacité de coupure et la fiabilité de coupure du courant de la chambre d'extinction. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1 représente une vue d'ensemble du système de contact (coupe longitudinale), selon l'invention; - la figure 2 représente l'un des contacts du système de contact (vue du coté de la surface de contact), selon l'invention; - la figure 3 représente un autre mode d'exécution du contact du systeme de contact (vue du côté de la surface de contact), selon l'invention; - la figure 4 représente un troisième mode d'exécution du système de contact (section longitudinale), objet de l'invention;; - la figure 5 représente un autre mode d'exécution de l'un des contacts du système de contact (vue da côté de la surface de contact), conformément à l'invention; - la figure 6 représente encore un autre mode d'exécution du système de contact (section longitudinale), conformément à l'invention Le système de contact d'une chambre à vide pour extinction d'arc comporte deux contacts en forme de disque 1, 2 (figure 1) dont l'un est mobile. Chaque contact 1, 2 est muni d'une électrode d'extinction d'arc 3 qui embrasse un élément de contact 4. L'élément de contact 4 fait saillie au-dessus de la surface 5,orientée vers l'autre contact, de l'électrode d'extinction d'arc 3 et a un rayon inférieur au rayon de l'électrode d'extinction d'arc 3.Les éléments de contact 4 sont soudés aux électrodes d'extinction d'arc 3 qui, à leur tour, sont soudées à des tiges conductrices 6. Les éléments 4 entrent en contact par leurs surfaces 7. Les éléments de contact 4 présentent des fentes 8 (figure 2) disposées sous un angle par rapport aux rayons de l'élément de contact 4; il est également possible de les disposer le long des rayons de l'élément de contact 4. Les électrodes d'extinction d'arc 3 possèdent des fentes 9 en forme de lignes brisées dont la partie extérieure est inclinée, par rapport au rayon de l'électrode d'extinction d'arc, sous un angle plus grand que la partie intérieure. Une partie 10 de chaque fente 9 passe sous l'élément de contact 4. Un bout extérieur 11 de chaque fénte 8 et un bout 12 de la partie 10 de chaque fente 9 coincident. Les rainures 9 peuvent être également droites ou curvilignes. Quelle que soit la forme de la fente: droite, curviligne ou brisée, l'orientation de cette partie de chaque fente 9 qui est disposée extérieurement à l'élé- ment de contact 4 comporte une partie tangentielle orientée sous un angle droit par rapport au rayon de l'électrode d'extinction d'arc 3. Chaque fente 9 comporte dans sa partie disposée à l'extérieur des éléments de contact 4 une paroi convexe 13 et une paroi concave 14. La paroi concave 14 est disposée plus près de l'élément de contact 4 que la paroi convexe 13. Suivant la variante d'exécution du système de contact représentée sur les figures 1, 2, les parois 14 ne colncident pas avec les zones adjacentes 15 de la surface latérale des éléments de contact 4 suivant toute la longueur des parois 14. Suivant une autre variante d'exécution du système de contact, les parois concaves 14 (figure 3) des fentes 9 colncident dans une zone 16 avec les zones continues 15 de la surface latérale des éléments de contact 4. La longueur des zones 16 est inférieure à une largeur et demie de la fente 9. La variante d'exécution du système de contact représentée sur les figures 1, 2 est préférable. Dans les variantes diexécution des systèmes de contact représentées sur les figures 1, 2, 3, les fentes 8, dans les éléments de contact 4, et les parties 10 des fentes 9 des électrodes d'extinction d'arc 3, colncident. Une troisième Variante d'exécutionf du système de contact est possible, suivant laquelle les fentes 8 des éléments de contact 4 (figures 4, 5) et leshparties 10 des fentes 9 des électrodes d'extinction d'arc 3 sont disposées sous un angle l'une par rapport à %'autre, et dans la zone de ces fentes 8, 9, il y a des entrefers 17 entre les électrodes d'extinction d'arc 3 et les éléments de contact 4. A noter que les zones continues 15 de la surface latérale des éléments de contact 4 sont soudées aux électrodes d'extinction d'arc 3. L'entrefer 17 (figure 4) est de forme cylindrique. il peut également avoir une forme tronconique. Une quatrième variante d'exécution du système de contact est possible, sùivant laquelle a partie centrale de chaque élément de contact 4 (figure 6)présente sur sa surface orientée vers l'autre contact un évidement 18. A l'intérieur de l'évidement 18 entrent les bouts intérieurs 19 des fentes 8 sur une distance supérieure à la moitié de la largeur d'une fente 8. Sous la partie centrale de chaque élément de contact 4 se trouve une cavité 20 recouvrant les bouts intérieurs 13 (figure 1) des fentes 8- de l'élément de contact 4. On peut réaliser conformément aux figures 1, 2, 3, 4, 5, 6 un ou deux contacts 1, 2. Dans ce dernier cas, les fentes 9 des électrodes d'extinction d'arc 3 des deux contacts 1, 2,du côté de leurs surfaces mutuellement en regard, sont orientées l'une vers l'autre. Le système de contact fonctionne de la façon suivante. Au moment de la coupure du courant, les contacts 1, 2 (figure 1) s'écartent l'un de l'autre, et entre les surfaces 7 des éléments de contact 4 apparaît un arc électrique à l'endroit de rupture du dernier pont métallique. En général, la répartition de la densité du courant dans l'arc est asymétrique par rapport à l'axe du système de contact (la probabilité d'une répartition symétrique de la densité du courant est infiniment petite). C'est pourquoi le trajet du courant à travers les éléments de contact 4 et l'arc forme une boucle à l'extrémité de laquelle se trouve l'arc. Gr ce à cela, l'arc est soumis à des efforts électrodynamiques qui le chassent vers la périphérie du système de contact. La présence des fentes 8 dans les éléments de contact 4 augmente la densité du courant y circulant, parce que les fentes 8 interdisent l'étalement du courant sur le corps des éléments de contact 4. Ceci accroît l'effort électrodynamique qui chasse l'arc vers la périphérie du système de contact. Par conséquent, la vitesse du déplacement de l'arc sur les surfaces 7 augmente et le temps de séjour de l'arc sur ces surfaces diminue. Ceci réduit l'érosion des éléments de contacts 4 et augmente la durée de vie du système de contact.En se déplaçant vers la périphérie du système de contact, l'arc arrive sur les surfaces 5 des électrodes d'extinction d'arc 3. La présence, dans les électrodes d'extinction d'arc 3, des fentes 9 déviées tangentiellement fait apparaître un effort électrodynamique qui fait tourner l'arc sur les surfaces 5. En tournant, l'arc traverse l'une après l'autre les fentes 9 des électrodes d'extinction d'arc 3 jusqu'à son extinction au moment du passage du courant d'arc par la valeur zéro. Grâce au fait que les bouts Il des fentes 8 de l'élément de contact 4 et les bouts 12 des parties 10 des fentes 9 de l'électrode d'extinction d'arc coincident, l'effort électrodynamique agissant sur l'arc à son passage des éléments de contact 4 sur les électrodes d'extinction d'arc 3 ne faiblit pas et l'arc ne s'attarde pas sur les éléments de contact 4 et les électrodes d'extinction d'arc 3 à proximité de la frontière entre eux, ce qui prévient leurdiauffage local et augmente la-fiabilité de coupure du courant. La limitation des longueurs des portions 16 (figure 2 des zones continues 15 de la surface latérale des éléments de contact 4 à une valeur égale à une fois et demie la largeur de chaque fente 9 diminue elle aussi la probabilité de fixation de l'arc sur la surface latérale des éléments de contact 4, ce qui élève davantage la fiabilité de coupure du courant. Le meilleur résultat est obtenu quand les parois concaves 14 des fentes 9 des électrodes d'extinction d'arc 3 ne touchent pas les zones continues 15 de la surface latérale des éléments de contact 4. Lors de la rotation de l'arc sur les surfaces 5 des électrodes d'extinction d'arc 3, le parcours du courant à partir des surfaces 5 vers les tiges conductrices 6 est le plus court. Ainsi, une grande partie du courant passe par les électrodes d'extinction d'arc 3 en évitant les éléments de contact 4. Afin de créer des efforts électrodynamiques suffisants pour déplacer l'arc dans les zones des électrodes d'extinction d'arc 3 à proximité des éléments de contact 4 et de réduire ainsi l'érosion des électrodes d'extinction d'arc 3 en augmentant la capacité de coupure du système de contact, dans les première et deuxième variantes d'exécution des systèmes de contact représentées sur les figures 1, 2, 3, les fentes 8 coïncident avec la partie 10 des fentes 9 qui passe sous l'élément de contact 4, ce qui prévient le court-circuitage de la partie 10 des fentes 9 par l'élément de contact 4. Une augmentation supplémentaire de la densité du courant dans les éléments de contact 4 et, par conséquent, une diminution de leur érosion sont obtenues suivant la variante d'exécution illustrée sur la figure 4, par la création d'un entrefer 17 (figure 4) entre les éléments de contact 4 et les électrodes d'extinction d'arc 3 dans la zone de disposition des fentes 8 et de la partie 10 des fentes 9. Grâce à la présence de cet entrefer, les éléments de contact 4 ne court-circuitent pas chaque partie 10 des fentes 9 des électrodes d'extinction d'arc 3, même en cas où cette partie est dispoée sous un angle par rapport à la fente 8. Pour éviter la fixation de l'arc à la frontière entre les électrodes d'extinction d'arc 3 et les éléments de contact 4, leurs zones continues 15 sont soudées aux électrodes d'extinction d'arc 3. L'évidement 18 (figure 6) réalisé au centre des éléments de contact 4 suivant une quatrième variante d'exécution du système de contact, et la pénétration des fentes 8 à l'intérieur de l'évidement 18 sur une distance supérieure à la moitié de leur largeur assure l'apparition d'un effort électrodynamique suffisamment grand en tout point où peut apparaître l'arc après la rupture du dernier pont métallique entre les éléments de contact 4 durant l'ouverture des contacts 1, 2.Ceci diminue additionnellement l'érosion des éléments de contact 4, élève la capacité de coupure et la fiabilité d'ouverture des contacts du système.La cavité 19 sous la partie centrale des éléments de contact 4 réduit la probabilité de fixation de l'arc à leur centre parce que la résistance du circuit entre les surfaces 7 de contact et les tiges conductrices 6 est inférieure à celle entre les évidements 18 au centre des éléments de contact 4 et les tiges 6. Ceci augmente également la fiabilité de coupure de courant par le système de contact. L'utilisation, dans les chambres d'extinction d'arc, des systèmes de contact proposés permet d'élever de 20% environ leur capacité de coupure spécifique (par unité de volume et de masse), de prolonger la durée de service d'une fois et demis et d'élever de plusieurs fois la fiabilité de coupure de courant. Ceci permet de faire des économies grâce à la réduction du coût des chambres, à la diminution des frais d'exploitation des chambres par suite de la diminution de leur encombrement, et à l'augmentation de la durée de service et de la fiabilité de coupure. REVENDICATIONS 1. Système de contact d'une chambre à vide pour extinction d'arc, du type comportant deux contacts en forme de disque (1,2) dont au moins l'un est muni d'une électrode d'extinction d'arc (3) embrassant un élément de contact (4) qui fait saillie au-dessus de la surface de l'électrode d'extinction d'arc (3) et dont le rayon est plus petit que le rayon de l'électrode d'extinction d'arc (3), celle-ci comportant des fentes (9) déviées tangentiellement dans la zone périphérique et passant sous l'élément de contact (4), caractérisé en ce que l'élément de contact (4) possède des fentes (8) dont des bouts extérieurs (11) coïncident avec les bouts (12) d'une partie (10) des fentes (9) des électrodes d'extinction d'arc (3) passant sous l'élément de contact (4), et en ce que la longueur de chaque zone continue (15) de la surface latérale de l'élément de contact (4) coïncidant avec les fentes (9) et les parois des fentes (9) de I'élec- trode d'extinction d'arc (3) est inférieure à une fois et demie la largeur de la fente (9). 2. Système de contact suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les fentes (8) de l'élément de contact (4) et la partie (10) des fentes (9) de l'élec- trode d'extinction d'arc (3) passant sous l'élément de contact (4) sont disposées sous un angle, et que dans la zone de ces fentes (8,9),entre l'électrode d'extinction d'arc (3) et l'élément de contact (4), il y a un entrefer (17), les zones continues (15) de la surface latérale de l'élément de contact (4) étant fixées à l'électrode d'extinction d'arc (3). 3. Système de contact, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les orientations respectives des fentes (8) de l'élément de contact (4) et de la partie (10) des fentes (9) de l'électrode d'extinction d'arc (3) passant sous l'élément de contact (4) coïncident. 4. Système de contact suivant les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que dans la. partie centrale de l'élément de contact (4), sur sa surface en regard de l'autre contact, il y a un évidement (18) dans lequel les bouts intérieurs (19) des fentes (8) de l'élément de contact (4) s'engagent sur une distance supérieure à la moitié de leur largeur, et en ce que, au-dessous de la partie centrale de l'élément de contact (4), il y a une cavité (20) recouvrant les bouts intérieurs (10) des fentes (8) de l'élément de contact (4).