Brevet FR2563939A1 — publié le 19851108

- 1 - DISPOSITIF INTERRUPTEUR A ECRAN DE COUPURE D'ARC. La présente invention concerne un dispositif interrupteur à seuil d'intensité comprenant dans un boitier une borne d'entrée, une borne de sortie et entre celles-ci un circuit électrique comportant au moins deux contacts séparables, ainsi qu'un écran rotatif présentant un secteur annulaire interposable entre les contacts et déplaçable autour d'un axe avec une course circonférentielle prédéterminée d'une première position à une deuxième position, le déplacement du secteur annulaire s'effectuant en regard d'une paroi fixe de forme cylindrique et concentrique au secteur annulaire, cette paroi comportant une ouverture pour le passage de l'un au moins des contacts. Il est connu d'après les brevets US 1 833 173 et FR 1 217 162 d'utiliser dans un dispositif interrupteur, pour couper un arc électrique engendré par l'ouverture des contacts, un écran en forme de secteur cylindrique interpo- sable entre les contacts. Il convient de rappeler que la coupure d'un arc électrique s'effectue moyennant l'interposition dans le circuit d'une tension d'arc suffisante. Cette tension d'arc correspond à une résistance du plasma de l'arc essentiellement dépendante de sa conductivité J, de sa longueur L et de sa section S suivant la relation Rarc = 1. L; d'autre part, la conduc- ar s - 2 - tivité de l'arc est diminuée lorsqu'on parvient à abaisser sa température. On conçoit de plus que le temps d'apparition de la tension d'arc et son accroissement dv/dt, facteurs prépondérants pour assurer une bonne coupure, seront dépen- dants de la vitesse de l'écran comme il est dit dans la demande de brevet FR 83 01749 du 4 Février 1983 de la demanderesse. Les dispositifs interrupteurs à écran rotatif de l'art antérieur ne tirent pas suffisamment parti du caractère rotatif de l'écran et se bornent généralement à confiner l'arc en fin de course dans une fente o pénètre la tranche antérieure de l'écran. D'autre part, la demande de brevet FR 83 01749 précitée décrit un dispositif interrupteur faisant appel à un moyen de cisaillement d'arc constitué par un écran rotatif propulsable à vitesse d'au moins 5 m/s entre les contacts et parvenant en fin de course dans une fente de butée étanche. Il en résulte toutefois une forte surpression des gaz ionisés qui nécessite dans certains cas des dispositions appropriées. La présente invention a notamment pour but de réaliser un dispositif interrupteur à écran rotatif autorisant de maniè- re simple et peu coûteuse une coupure fiable de l'arc. Elle a de plus pour but d'agencer le système de coupure de l'arc pour permettre de le loger dans un dispositif inter- rupteur offrant un faible volume et plus particulièrement une faible épaisseur. Selon l'invention, dans un dispositif du type rappelé en préambule, la paroi fixe cylindrique délimite dans le bottier deux volumes situés chacun d'un côté de la paroi, tandis qu'un espace lamellaire cylindrique de longueur notable et de faible hauteur est délimité entre la face radialement intérieure de la paroi et la face radialement extérieure du secteur annulaire, pour définir dans ledit espace un cheminement lamellaire susceptible d'assurer le - 3- laminage et le refroidissement de l'arc, l'espace lamellaire communiquant en permanence avec l'un au moins des deux volumes pour permettre l'expulsion des gaz avec détente dudit espace vers ledit volume. Par laminage, on veut dire présentement que l'on impose une limite supérieure à la section de l'arc. Le refroidissement du plasma de l'arc s'effectue donc le long de la paroi fixe concave, la grande longueur de celle- ci pouvant néanmoins être logée dans un espace relativement réduit du dispositif interrupteur grâce à la forme arrondie de ladite paroi. Cette forme arrondie, en combinaison avec l'axe de pivotement servant d'axe de référence, permet de légères variations du jeu radial entre la paroi fixe et le secteur annulaire sans causer de frottements ou de coince- ments de l'écran. La paroi fixe peut par exemple s'étendre sur au moins environ un quadrant en aval de la zone des contacts dans le sens de la course de l'écran, afin de provoquer un refroidissement important de l'arc. Dans un mode de réalisation préférentiel, le secteur annu- laire de l'écran forme une coiffe reliée à l'axe de pivote- ment par au moins une joue de liaison en forme de secteur circulaire située en regard d'une joue fixe solidaire du boîtier et séparée de celleci par un espace lamellaire pour déterminer un cheminement complémentaire latéral et lamel- laire de communication entre l'espace lamellaire et le ou les volumes de détente. L'intérieur de la coquille ainsi constituée par l'écran détermine une partie du volume de détente. La joue de liaison de l'écran et la joue fixe du bottier peuvent avantageusement présenter des chicanes en forme de nervures et d'encoches annulaires cooperantes d'augmenta- tion du cheminement latéral lamellaire. -4- D'autres particularités ainsi que les avantages de l'inven- tion apparaîtront de manière plus détaillée à la lumière de la description ci-après: La figure 1 est une vue partielle en coupe longitudi- nale d'un dispositif interrupteur équipé de l'écran conforme à l'invention, et montré dans sa position de fermeture des contacts; La figure 2 représente l'écran dans sa position d'ouverture des contacts; La figure 3 représente un autre mode de réalisation du dispositif; La figure 4 est la coupe du dispositif de la figure 3 selon le plan IV-IV passant par l'axe de pivotement; La figure 5 montre en perspective un dispositif à double coupure conforme à l'invention. Le dispositif interrupteur 10 illustré par la figure 1 est un dispositif à seuil d'intensité comprenant dans un bottier 11 doté d'une borne d'entrée E et d'une borne de sortie S entre lesquelles se trouve un circuit électrique 12 compor- tant au moins deux contacts séparables; ces contacts sont schématisés sur la figure 1 par un contact fixe CF et un contact mobile CM. Le contact mobile CM est relié à la borne S et le contact fixe CF est relié à la borne d'entrée E par l'intermédiaire d'un dispositif déclencheur 13. Le dispositif déclencheur 13 comprend un organe magnétique à armature déplaçable par exemple en cas de surintensité pour permettre, d'une part, l'ouverture des contacts au moyen d'un mécanisme 14 et, d'autre part, le déplacement de l'écran à l'aide d'un moyen propulseur schématisé en 15. -5- Le dispositif interrupteur 10 comprend un écran rotatif 20 qui présente un secteur annulaire 21 en forme de coiffe cylindrique et deux joues latérales 22, 23 de liaison avec des tourillons 24, 25 autorisant un pivotement autour d'un axe X-X. L'écran 20 est moulé d'une pièce en matière isolan- te. Il est prévu sur la face extérieure des joues 22, 23 des nervures annulaires 26 dont la fonction sera expliquée plus loin. Les joues du secteur annulaire couvrent dans le pré- sent exemple une aire supérieure à un quadrant. Le bottier comprend une paroi cylindrique fixe 30 délimitant de chaque c8té un volume V1, V2. Selon l'invention, un espace lamellaire cylindrique V3 est généré par le déplace- ment de l'écran et s'insère entre les volumes V1 et V2. L'espace lamellaire V3 de longueur circonférentielle L1, par exemple de 5 à 15 mm et de faible épaisseur h, par exemple de 0,1 à 0,7 mm, est ménagé entre la face radialement inté- rieure 31 de la paroi 30 et la face radialement extérieure 27 du secteur annulaire 21 de l'écran. La paroi fixe 30 couvre un espace d'environ un quadrant en aval de la zone des contacts CF, CM par rapport à la direction de déplace- ment de l'écran lors d'une ouverture des contacts, cette direction étant représentée par la flèche F. L'espace lamellaire V3 définit un cheminement susceptible d'assurer le laminage, l'allongement et le refroidissement de l'arc et il communique en permanence avec une chambre 32 prévue dans le volume V1 pour permettre l'expulsion des gaz avec détente de l'espace V3 vers la chambre 32 et de celle- ci vers l'atmosphère. Un espace lamellaire V4 subsiste en aval de la zone des contacts pendant tout le mouvement de l'écran sur une longueur L2 suffisante pour éviter un reflux de l'arc, La paroi cylindrique fixe 30 est constituée de préférence (figure 3) par une cloison 33 séparant l1intirieur du boîtier 11 en un volume V1 comprenant la chambre 32 et en un - 6 - volume V2 comprenant une chambre 34; la cloison 33 comporte une ouverture 35 qui permet, d'une part, la levée du contact mobile CM vers la chambre 34, d'autre part, l'expulsion des gaz du volume V3 vers cette même chambre en addition à leur expulsion vers la chambre 32. Le boîtier 11 présente en regard des joues latérales 22, 23 de l'écran des joues fixes 36, 37 s'étendant sur une distan- ce circonférentielle environ égale à L1 + L2 et dotées de nervures et de rainures 38 annulaires et complémentaires des nervures et rainures 26 de l'écran rotatif; les éléments de forme annulaire 38 déterminent des espaces lamellaires latéraux V5, V6 respectivement associés aux joues 22, 23 et de longueur plus importante que le rayon du secteur annulai- re. Ces espaces, par exemple de hauteur comprise entre 0,1 et 0,7 mm, assistent l'espace V3 pour procurer un laminage plus intense et un meilleur refroidissement de l'arc; les gaz ionisés de l'arc vont en effet trouver dans ces espaces un cheminement lamellaire vers la chambre 32. On constate que la nature rotative de l'écran entraîne en combinaison avec les espaces lamellaires V3 à V6 précédem- ment définis un encombrement réduit en longueur du disposi- tif interrupteur, ainsi qu'un laminage et un refroidissement importants puisque l'on impose un trajet d'arc à la fois le long du secteur annulaire et des joues latérales de l'écran. Le dispositif interrupteur représenté sur la figure 5 comprend un organe à double coupure 40, plus précisément à contacts fixes CFa, CFb et contacts mobiles CMa, CMb présen- tant la particularité d'être doté de deux écrans rotatifs a, 20b conformément à l'invention; ces écrans possèdent une échancrure 28 pour le passage des contacts et ils ont leurs axes de pivotement confondus en Y-Y; ils coopèrent par exemple au moyen d'une tige de poussée ou de traction 41 avec une armature unique du déclencheur magnétique 42. Il en - 7- résulte une grande simplicité et un encombrement réduit pour le dispositif. Il est avantageusement prévu sur l'écran 20 un élément ou une face d'entraînement 50 pour coopérer avec un moyen d'entrainement 41 associé au déclencheur magnétique (figure 1), celui-ci constituant dès lors directement le moyen de propulsion de l'écran; on associe de préférence à l'écran un dispositif de rappel 16 pour le ramener à sa position initiale. La face d'entraînement 50 est par exemple située avantageusement du c8té opposé au secteur annulaire 27 par rapport à l'axe de pivotement X-X et à distance radiale de cet axe relativement faible par rapport à la distance radia- le du secteur annulaire. Un système accumulateur d'énergie peut être associé à l'écran pour constituer en interdépendance avec le déclen- cheur magnétique 13 le moyen de propulsion de l'écran. Dans un mode de réalisation très simple, une face d'entrai- nement est prévue sur l'écran rotatif 20 pour coopérer avec une face d'actionnement du mécanisme 14 d'ouverture des contacts, ce mécanisme comprenant un système de déclenche- ment élastique. Il va de soi que l'on peut apporter des modifications au dispositif interrupteur décrit sans pour autant sortir du cadre de l'invention. - 8 - Revendications de brevet 1. Dispositif interrupteur à seuil d'intensité comprenant un boîtier doté d'une borne d'entrée, d'une borne de sortie et entre celles-ci d'un circuit électrique compor- tant au moins deux contacts séparables, ainsi qu'un écran rotatif présentant un secteur annulaire interposable entre les contacts et déplaçable autour d'un axe avec une course circonférentielle prédéterminée d'une première position à une deuxième position, le déplacement du secteur annulaire s'effectuant en regard d'une paroi fixe de forme cylindrique et concentrique au secteur annulaire, cette paroi comportant une ouverture pour le passage de l'un au moins des contacts, caractérisé en ce que la paroi cylindrique fixe (30) délimi- te dans le boîtier (11) deux volumes (V1, V2) situés chacun d'un côté de la paroi, tandis qu'un espace lamellaire cylin- drique (V3) de longueur notable (L1) et de faible épaisseur hl est déterminé entre la face radialement intérieure (31) de la paroi et la face radialement extérieure (27) du secteur annulaire (21) de l'écran (20) , pour définir dans ledit espace un cheminement lamellaire susceptible d'assu- rer le laminage et le refroidissement de l'arc, l'espace lamellaire communiquant en permanence avec une chambre (32) prévue dans l'un au moins des deux volumes (V1, V2) pour permettre l'expulsion des gaz avec détente dudit espace vers la chambre (32). 2. Dispositif interrupteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la paroi cylindrique fixe (30) est formée sur la cloison circulaire (33) du boîtier sépa- rant l'intérieur de celui-ci en deux volumes (V1, V2) dont chacun contient une chambre de détente pour les gaz issus de l'espace lamellaire (V3). 3. Dispositif interrupteur selon l'une des revendica- tions 1 et 2, caractérisé par le fait que la paroi cylindrique fixe (30) et le secteur annulaire (21) de l'écran (20) s'étendent sur - 9 - environ un quadrant en amont et/ou en aval de la zone des contacts (CF, CM) dans le sens de la course de l'écran. 4. Dispositif interrupteur selon l'une des revendica- tions 1 à 3, caractérisé par le fait que le secteur annulaire (21) de l'écran (20) forme une coiffe reliée à l'axe de pivotement par au moins une joue de liaison (22, 23) en forme de secteur circulaire située en regard d'une joue fixe (36, 37) solidaire du bottier (11) et séparée de celle-ci par un espace lamellaire (V5, V6) pour déterminer un cheminement complémentaire latéral et lamellaire de communication entre l'espace lamellaire circonférentiel (V3) et le ou les volu- mes de détente (V1, V2). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la course circonférentielle (L1) du secteur annulaire (21) de l'écran est comprise entre 5 et mm et que la hauteur de l'espace lamellaire (V3) situé entre le secteur annulaire et la cloison fixe (33) est comprise entre 0,1 et 0,7 mm. 6. Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé par le fait que la joue de liaison (22, 23) de l'écran (20) et la joue fixe (36, 37) du boîtier (11) présentent des chicanes en forme de nervures et d'encoches annulaires (26, 38) coopérantes qui créent un cheminement latéral lamellaire (V5, V6) entre l'espace lamellaire (V3) et la chambre (32) du volume (Vl). 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le secteur annulaire (21) de l'écran et la joue latérale (22, 23) de l'écran sont moulés d'une pièce en matériau isolant. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que deux écrans rotatifs (20a, 20b) sont disposés avec leurs axes parallèles ou confondus au - 10 - voisinage d'un contact mobile à double coupure (40), les deux écrans coopérant avec une armature unique (41) du déclencheur magnétique (42). 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'un élément d'entraînement (50) est prévu sur l'écran pour coopérer avec un moyen d'entra!- nement (41) associé au déclencheur magnétique (42). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que l'élément d'entraînement (50) prévu sur l'écran est une face située du côté opposé au secteur annulaire (27) par rapport à l'axe de pivotement (X- X) et à distance radiale de cet axe faible relativement à la distance radiale du secteur annulaire. 11. Dispositif selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé par le fait que le déclencheur magnétique (13) constitue directement le moyen de propulsion de l'écran (20). 12. Dispositif selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé par le fait qu'un système accumulateur d'énergie est associé à l'écran (20) et constitue en interdépendance avec le déclencheur magnétique (13) le moyen de propulsion de l'écran. 13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait qu'une face d'entraînement (50) est prévue sur l'écran rotatif (20) pour coopérer avec une face d'actionnement du mécanisme d'ouverture des contacts (14), ce mécanisme comprenant un système de déclenchement élasti- que. 14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait qu'un dispositif de rappel (16) est prévu pour ramener l'écran de sa deuxième position à sa première position.