Brevet FR2607963A1 — publié le 19880610

CHAMBRE DE COUPURE D'UN DISJONCTEUR ELECTRIQUE L'invention concerne la chambre de coupure d'un disjoncteur électrique comportant un contact fixe et un contact mobile qui, au moment de leur séparation, forment un arc entre eux. L'invention a pour but l'amélioration de la tenue diélectrique dans la chambre de coupure. La chambre de coupure selon l'invention est caractérisée en ce que les surfaces de la chambre destinées à venir en contact avec l'arc lors d'une coupure sont traitées par implantation ionique superficielle d'ions SF6 et/ou d'ions oxygène et/ou de leurs dérivés. Une chambre de coupure dont les éléments peuvent avantageusement être traités selon l'invention est représentée à titre d'exemple non limitatif sur la figure unique, qui est une vue schématique, en coupe axiale, d'un disjoncteur basse tension dans lequel l'invention peut être mise en oeuvre. Sur la figure1 un pôle de disjoncteur miniature comporte un bolier 10 en matériau isolant moulé, ayant sur la face avant 12 une manette 14 de manoeuvre et sur les deux faces latérales étroites des bornes de connexion 16 et 18. A l'intérieur du boitier 10 sont logés un contact mobile 20 et un contact fixe 22, relié électriquement par un conducteur 24 à la borne 16. Le contact mobile est commandé par un mécanisme de commande, désigné par le repère général 26, reliant la manette 14 au contact mobile 20. Dans le boitier sont également logés un déclencheur thermique formé par un bilame 28 et un déclencheur électromagnétique 30, susceptibles de provoquer, en cas de surcharge ou de court-circuit, une ouverture automatique des contacts 20, 22.La partie inférieure du boîtier 10 renferme une chambre de coupure constituée par une première chambre 32 de formation d'arc, communiquant avec l'entrée d'une deuxième chambre 34 d'extinction d'arc, constituée par un empilage de tôles 36, qui s'étendent parallèlement à la base 38 du boîtier. Le contact mobile 20 s'étend sensiblement perpendiculairement au plan des tôles 36, de manière à tirer un arc entre les contacts 20, 22, lors de leur séparation, dont la direction initiale est sensiblement parallèle aux tôles 36. Le conducteur de connexion 24 se prolonge au-delà du contact fixe 22 pour constituer une électrode ou corne d'arc 40, qui se prolonge le long de la paroi de la chambre de formation d'arc 32 et dans la --chambre d'extinction d'arc 34 qu'elle délimite à sa partie inférieure. Le côté opposé de la chambre d'extinction d'arc 34 est délimité par une électrode ou corne d'arc 42 électriquement reliée à la borne de connexion 18. Les cornes d'arc 40, 42, sont agencées de manière à capter un arc tiré entre les contacts 20, 22, lors de leur séparation. Un tel disjoncteur, décrit en détail notamment dans le brevet français nO 2 344 949 de la demanderesse, est bien connu des spécialistes et il est inutile de décrire plus en détail son agencement ou son fonctionnement. La chambre de formation d'arc 32 peut, de manière connue, être délimitée latéralement par deux joues (non représentées) parallèles de guidage de l'arc, qui encadrent la paire de contacts 20, 22, avec un intervalle prédéterminé correspondant approximativement à la largeur des tôles 36, ces joues étant en matière isolante. Selon l'invention, les surfaces des pièces isolantes et/ou des pièces métalliques de la chambre de coupure du disjoncteur sont traitées par implantation ionique superficielle d'ions SF 6 et/ou d'ions dérivés, par exemple d'ions fluor. L'implantation ionique est effectuée avec des énergies allant de 10 KeV à 200 KeV, permettant ainsi la fixation solide mais superficielle (0,01 à 0,5 microns) de l'ion dans la structure de la surface, qu'il s'agisse d'une pièce métallique (réseau métallique) ou isolante (chaînes polymères, etc...). Le flux ionique est compris entre 1014eut ions/cm2 .sec., de manière à ce que la densité superficielle obtenue soit supérieure à 1016 ions/cm2 , de préférence de l'ordre de 10 18ions/cm2 Pour obtenir de bons résultats, il est préférable que l'implantation soit effectuée sur une partie importante de la surface utile, de préférence plus de 75 % de la surface léchée par l'arc. Lors de la coupure, l'arc venant en contact avec les surfaces traitées, qu'il s'agisse des surfaces des parois isolantes comme le boitier ou les joues de guidage de l'arc, ou de surfaces métalliques comme les tôles de la chambre d'extinction d'arc, les cornes fixes ou mobiles du disjoncteur, libère les ions SF 6 et/ou les ions dérivés. Ceci conduit à une amélioration de la tenue diélectrique du milieu gazeux en voie de désionisation, après passage par zéro du courant (phénomène post-arc) et permet par conséquent de neutraliser les échecs diélectriques des disjoncteurs basse tension, soumis à des. tensions de rétablissement trop élevées ou trop raides. L'implantation ionique superficielle d'ions oxygène, ou dérivés, sur les surfaces isolantes de la chambre de coupure (boltier, joues de guidage), conduit, lors de leur libération par interaction de l'arc avec l'isolant, à neutraliser les poudres de carbone par des réactions de combustion très locales. Les poudres de carbone étant néfastes à la tenue diélectrique superficielle des isolants, l'implantation ionique superficielle d'ions oxygène, ou dérivés, selon l'invention conduit donc à une amélioration de la tenue diélectrique superficielle de l'isolant. Cette technique est intéressante à la fois dans les disjoncteurs basse tension et dans les disjoncteurs moyenne tension et haute tension. Les conditions de l'implantation sont identiques à celles de l'implantation d'ions SF 6. Il est bien évident que l'implantation d'ions SF 6 et l'implantation d'ions oxygène peuvent être utilisées simultanément dans une même chambre de coupure, améliorant ainsi d'une part la rigidité diélectrique superficielle des parties isolantes et la tenue diélectrique du milieu gazeux en voie de désionisation. Il est également évident que l'invention est applicable à tout disjoncteur, et n'est en aucune manière limitée à un disjoncteur du type représenté sur la figure. Tandis que l'implantation d'ions SF 6 est utilisable essentiellement dans les disjoncteurs basse tension fonctionnant dans l'air, l'implantation d'ions oxygène est intéressant à la fois en basse, moyenne et haute tension, que la coupure ait Lieu dans le vide ou dans un milieu gazeux (air, SF 6, etc...). REVENDICATIONS 1. Chambre de coupure (32, 34) d'un disjoncteur électrique comportant un contact fixe (22) et un contact mobile (20) qui, au moment de leur séparation, forment un arc entre eux, caractérisée en ce que les surfaces de la chambre destinées à venir en contact avec l'arc, lors d'une coupure, sont traitées par implantation ionique superficielle d'ions SF 6 et/ou d'ions oxygène, et/ou de leurs dérivés. 2. Chambre selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'implantation est effectuée avec des énergies allant de 10 à200 KeV. 3. Chambre selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'implantation ionique est effectuée sur une épaisseur inférieure à 0,5 microns. 4. Chambre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les surfaces traitées comprennent les surfaces des parois isolantes de la chambre de coupure destinées à venir en contact avec l'arc. 5. Chambre selon la revendication 4, pour un disjoncteur à boîtier en matériau isolant moulé, caractérisée en ce que les surfaces isolantes traitées incluent les parois du boltier délimitant la chambre de coupure. 6. Chambre selon la revendication 4 pour un disjoncteur comportant des joues de guidage de l'arc, en matière isolante, encadrant la paire de contacts, caractérisée en ce que les surfaces isolantes traitées incluent lesdites joues de guidage. 7. Chambre selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les surfaces traitées comprennent les surfaces des pièces métalliques (40, 42, 36) de la chambre de coupure, destinées à venir en contact avec l'arc. 8. Chambre selon la revendication 7, pour un disjoncteur comportant des cornes d'arc (40, 42), caractérisée en ce que les surfaces métalliques traitées incluent lesdites cornes. 9. Chambre selon la revendication 7, pour un disjoncteur comportant une chambre d'extinction d'arc (34) constituée par un empilage de tôles (36), caractérisée en ce que les surfaces métalliques traitées incluent lesdites tôles.