Brevet FR2616009A1 — publié le 19881202

La présente invention concerne une composition pour la cage de soufflage d'un disjoncteur électrique. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 375 021 décrit l'utilisation d'un ensemble magnétique disposé autour des contacts d'un disjoncteur dans le but de les repousser électrodynamiquement et de déplacer électrodynamiquement les arcs se produisant au moment de la séparation des contacts. La cage de soufflage utilisée dans le disjoncteur pour refroidir et éteindre l'arc est obtenu en enveloppant partiellement une bande métallique autour d'un substrat de support isolant. Les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 2 005 684 et 2 551 822 enseignent des cages de soufflage contenant une structure composite constituée d'un matériau ayant de bonnes propriétés de résistances aux arcs, tel que l'amiante, et d'un autre matériau présentant des caractéristiques élevées de support physique. Lorsqu'on utilise le disjoncteur du brevet n 4 375021 pour interrompre un courant de court-circuit à des tensions nominales dépassant 400 volts, on a constaté que les supports latéraux de la cage de soufflage gênent le processus d'extinction des arcs aux valeurs élevées de leur température et de leur tension. Les matériaux en amiante, dont les propriétés de résistance aux températures élevées et de résistance électrique sont excellentes, ne peuvent plus être - 2 - utilisés dans l'industrie électrique à la suite des législa- tions nouvelles. On connaît une structure stratifiée à deux couches pour des supports latéraux de plaques, dans laquelle la couche en regard de l'arc est constituée d'une fibre pour tissu imprégnée de résine alors que la couche opposée est formée d'une fibre de verre imprégnée de résine. Les couches opposées doivent être codées en couleur de manière à avoir l'assurance que les fibres pour tissu plutôt que les fibres de verre sont en regard de l'arc. Dans le cas ou les fibres de verre seraient soumises aux températures produites à l'intérieur de la cache de soufflage, les éléments ayant un faible potentiel d'ionisation situés à l'intérieur des fibres de verre s'ioniseraient et par conséquent gêneraient le processus d'extinction de l'arc. La présente invention a par conséquent pour objet des matériaux pour le support latéral d'une cache de soufflage ayant les propriétés nécessaires en matière de résistance thermique et de résistance électrique tout en maintenant une résistance physique suffisante pour résister aux effets d'échauffement de l'arc produits dans des circuits à haute tension sans qu'il soit nécessaire de faire appel à un code de couleur ou de satisfaire d'autres conditions en matière d'orientation. Les disjoncteurs électriques de limitation du courant, d'une tension nominale supérieure à 400 volts, utilisent une structure à trois couches pour le support latéral d'une cage de soufflage afin de procéder à la désionisation et au refroidissement des arcs électriques. La couche intérieure est constituée d'une résine thermodurcissable dans laquelle est noyé un tissu en verre. Les deux couches extérieures sont constituées d'une résine thermodurcissable similaire dans laquelle est enfermé un tissu en toile de lin. La configura- tion du support latéral à trois couches de la cage de - 3 - soufflage assure que la composition résine-toile résistant aux arcs est en regard de ces derniers. La description qui va suivre se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement: figure 1, une vue de côté d'un disjoncteur de limita- tion du courant contenant la cage de soufflage de la présente invention, cette dernière étant illustrée en partie en coupe; figure 2, une vue en perspective avant, à grande échelle, de la cage de soufflage de la figure 1, avec les côtés et les sections arrière en projection isométrique sur la plaque de la cage; figure 3, une vue en perspective de dessus, en projection isométrique, des trois couches de stratifié utilisées pour former les supports latéraux décrits en figure 2 figure 4, une vue en perspective de dessus, à grande échelle, des couches de stratifié utilisées pour former les supports latéraux illustrés en figure 3 avant laminage; figure 5A, une vue en coupe de côté, à grande échelle, du support latéral 33 illustré en figure 2 après laminage et figure 5B, une vue en coupe de côté, à grande échelle, d'une variante de réalisation du support latéral illustré en figure 5A. En figure 1, on a présenté un disjoncteur 10 à boîtier moulé, semblable à celui décrit dans la demande de brevet citée ci-dessus, qui comprend un boîtier isolant 11 et un couvercle en matériau plastique isolant 12. Une borne 13 de raccordement au secteur est reliée à un bras de contact inférieur 16 au moyen d'une lamelle 14 et d'un conducteur tressé en cuivre 15. Un contact inférieur 17 est fixé par soudage ou brasage au bras de contact de façon à coopérer avec un contact supérieur 18 soudé ou brasé sur un bras de contact supérieur 19, comme cela est indiqué. Le bras de contact supérieur 19 est actionné au moyen d'un mécanisme de - 4 manoeuvre, décrit dans ses grandes lignes par la référence , et sollicité dans le sens inverse des aiguilles d'une montre par un ressort de contact 22 de manière à assurer une bonne liaison électrique entre les contacts supérieur et inférieur 18, 17 lorsqu'on place une poignée de manoeuvre 24 sur la position "marche" (M). La poignée coopère avec le mécanisme de manoeuvre 20 et une entretoise 21 au moyen de sa jupe 23 et du châssis latéral 32 du mécanisme, l'un de ces éléments ayant été enlevés pour faire ressortir le support 25 du bras de contact inférieur et un pivot 26. Le bras de contact inférieur pivote indépendamment de la position déclenchée (D), illustrée en figure 1, dans laquelle un axe 27 fixé au support 16 du bras de contact inférieur se trouve à sa position la plus haute à l'intérieur d'une fente 28 formée dans le support 25. Lorsqu'on place la poignée de manoeuvre sur la position "marche" et que les contacts se trouvent dans la position "fermé", l'axe 27 est alors dans sa position la plus basse à l'intérieur de la fente. Pour que les bras 19, 16 des contacts supérieur et inférieur soient étroitement espacés afin d'obtenir une répulsion électrodyna- mique maximum lors du passage d'un courant de court-circuit dans les contacts, une plaque isolante 42 est disposée entre les bras pour éviter qu'une conduction se produise par inadvertance entre les bras. Une plaque supérieure isolée 29 est placée au-dessus du bras de contact supérieur 19 de manière à agir en butée pour ce bras lorsqu'il est amené à sa position de déclenchement représentée à D et pour aider à éloigner l'arc des contacts dans la cage de soufflage 30, laquelle est située entre les contacts et la borne de raccordement 13. La cage de soufflage 30 contient plusieurs plaques métalliques 31 espacées les unes des autres qui sont fixées sur une paire de supports latéraux 33, dont l'un-a été enlevé pour indiquer l'emplacement des plaques par rapport au support arrière 34. Les supports latéraux 33 et le support -5 arrière 34 sont constitués d'un matériau fibreux isolant résistant aux hautes températures. La forme générale de la cage se voit le mieux en figure 2, dans laquelle les supports latéraux 33 de la cage contiennent une multitude de fentes 38 poinçonnées de manière à recevoir une multitude de pattes corresponsantes 39 formées dans les plaques métalliques 31. On fixe les supports latéraux au support arrière 34 en disposant des saillies 40 en forme de crochet que comportent ces supports latéraux sur des bords 41 formés à la surface supérieure du support arrière à proximité d'une paire de pattes verticales 37 situées sur cette surface supérieure. Pendant le fonction- nement, l'arc est entraîné électrodynamiquement dans les plaques 31 o il est refroidi aussi rapidement que possible. Pour faciliter le processus de refroidissement de l'arc, les supports latéraux 33 sont constitués d'une résine dégageant des gaz qui s'échauffe et développe une quantité importante de matériau gazeux dissocié, lequel est immédiatement expulsé de la cage de soufflage en passant par une série de trous 36 ménagés dans le support arrière. Pour assurer que les supports latéraux 33 de la cage de soufflage soient capables de supporter le gradient élevé de tension développé dans les plaques d'extinction d'arc et les hautes températures associées à l'arc, les plaques latérales ont la forme générale décrite en figures 3 et 4 avant leur laminage. Trois couches séparées 33A-33C sont l'objet d'un laminage final par apport de chaleur et compression afin d'obtenir un bon support mécanique. Pour obtenir une rigidité diélectrique élevée et une bonne résistance à l'arc, les couches extérieures 33A, 33C sont formées d'une multitude de fibres de tissu de lin 43 qui sont ensuite imprégnées d'une résine de mélamine 44. La résine est obtenue par condensation de formaldéhyde avec la mélamine, la mélamine répondant à la formule générale C3H6N6. La résine de mélamine permet ainsi de dissocier facilement de tels mat6riaux gazeux lors de de dissocier facilement de tels matériaux gazeux lors de - 6 - l'atteinte de températures élevées. La couche intérieure 33B est constituée d'une multitude de fibres de verre tissées 45 à l'intérieur desquelles la résine de mélamine 44 est imprégnée d'une façon similaire à celle des couches exté- rieures 33A, 33C. On choisit les fibres de verre pour qu'elles soient capables de présenter une bonne résistance mécanique de support aux hautes températures auxquelles sont soumis les supports latéraux 33 lors de la formation d'arcs. On a déterminé antérieurement, pour des tensions d'arc supérieures à 400 volts par exemple, que les fibres de verre dégagent des matériaux présentant un faible potentiel d'ionisation lorsqu'elles sont directement exposées à l'arc électrique. Les propriétés de résistance électrique des fibres en toile 43 sont telles que les supports latéraux restent non conducteurs pendant le processus de formation de l'arc même lorsqu'ils sont exposées à l'arc électrique. On a constaté antérieurement que l'utilisation de fibres pour tissu imprégnées de résine, en l'absence de la couche intérieure de fibres de verre, ne permettait pas d'assurer le support physique requis aux hautes températures de l'arc et que celles-ci se déformaient quelque peu. On lamine ensemble les couches 33A-33C en les impré- gnant, en les chauffant et en les comprimant pour provoquer un écoulement inter-laminaire de la résine de mélamine, comme on le voit le mieux en se reportant maintenant à la figure A. Dans cette figure, on voit que les fibres en verre tissé et les fibres en toile tissée 43 sont complètement noyées dans la résine de mélamine 44. Dans certaines applications, o le courant d'interrup- tion est maintenu dans des limites prédéterminées, on peut employer la forme générale illustrée en figure 5B. Dans cette figure, le support latéral 33 est constitué d'une couche centrale de support 33B comprenant des fibres en verre tissé imprégnées de la résine de mélamine 44 et les couches extérieures 33A', 33C' comportent seulement une couche -7- épaisse de résine de mélamine 44. La résine de mélamine a des propriétés diélectriques suffisantes pour supporter les hautes tensions de l'arc et ne peut se déformer physiquement grâce à la présence de la couche intérieure de fibres de verre. On vient de montrer qu'on obtient une bonne extinction des arcs dans des disjoncteurs de limitation du courant dans lesquels les tensions d'arc dépassent 400 volts grace à un agencement à trois couches constitué de couches extérieures ayant une bonne résistance diélectrique qui sont supportées par une couche intérieure ayant une bonne résistance mécani- que. - 8 - REVENDICATIONS 1. Disjoncteur (10) en boîtier moulé, caractérisé en ce qu'il comprend: un bottier (11) et un couvercle (12) en matériau plastique moulé; une paire de contacts séparables (17, 18) à l'intérieur du boîtier; un mécanisme de manoeuvre (20) déplaçant les contacts entre la position ouverte et la position fermée; et une cage de soufflage (30) en regard des contacts qui éteint l'arc se produisant lorsque les contacts se séparent en cas de surcharge, la cage de soufflage comportant une multitude de plaques métalliques espacées (31) maintenues entre une paire de supports latéraux (33) et un support arrière (34) muni de trous (36),. les supports latéraux comportant chacun un agencement d'une couche (33b) de fibres de verre imprégnées de résine (45) placée entre une paire de couches extérieures (33A, 33C) en fibres pour toile impré- gnées de résine (43). 2. Disjoncteur selon la reVendication 1, caractérisé en ce que-la résine est une résine de mélamine. 3. Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres pour toile sont en lin. 4. Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres de verre sont entrelacées. 5. Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres pour toile sont entrelacées. 6. Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de fibres de verre est laminée sur les couches extérieures en fibres pour toile par apport de chaleur et compression. 7. Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résine de mélamine est constituée de la combinaison de mélamine avec du formaldéhyde. 8. Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en -9- ce que la mélamine répond à la formule C3H6N6. 9. Disjoncteur (10) en bottier moulé, caractérisé en ce qu'il comprend: un boîtier (11) et un couvercle (12) en matériau plastique moulé. une paire de contacts séparables (17, 18) à l'intérieur du bottier; un mécanisme de manoeuvre (20) déplaçant les contacts entre la position ouverte et la position fermée; et une cage de soufflage (30) en regard des contacts qui éteint l'arc se produisant lorsque les contacts se séparent en cas de surcharge, la cage de soufflage comprenant une multitude de plaques métalliques séparées (31) maintenues entre une paire de supports latéraux (33) et un support arrière (34) muni d'ouvertures (36), les supports latéraux étant constitués chacun d'un agencement d'une couche (33B) de fibres de verre imprégnées de résine (45) placée entre une paire de couches extérieures (33A, 33C) de fibres pour tissu imprégnées de résine (43). 10. Disjoncteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les fibres de verre sont entrelacées. 11. Disjoncteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que la résine de mélamine comprend la combinaison de mélamine et de formaldéhyde. 1'2. Disjoncteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que la mélamine répond à la formule C3H6N6. 13. Disjoncteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que la couche de fibres de verre est laminée sur les couches extérieures de résine de mélamine par rapport de chaleur et compression. 14. Cage de soufflage, caractérisé en ce qu'elle comprend: une paire de supports latéraux opposés (33) munis d'ouvertures (38) et un support arrière (34) muni d'ouver- tures (36); et une multitude de plaques métalliques (31) comportant 26 16009 - 10 - des pattes (39) s'étendant sur leurs bords opposés, les pattes étant montées dans des ouvertures correspondantes (38) ménagées dans les supports latéraux; les supports latéraux comportant des parties en prolon- gement en forme de crochet (40) à leur surface supérieure, qui sont placés sur les bords (41) de la surface supérieure du support arrière, les supports latéraux comportant chacun au moins une couche intérieure (33B) de fibres de verre imprégnées d'une résine de polymère placée entre une paire de couches extérieures (33A, 33C) de fibres pour toile imprégnées de la résine de polymère. 15. Cage de soufflage selon la revendication 14, caractérisé en ce que la résine est constituée d'une résine de mélamine. 16. Cage de soufflage selon la revendication 14, caractérisé en ce que les fibres de verre sont entrelacées. 17. Cage de soufflage selon la revendication 14, caractérisé en ce que les fibres pour tissu sont entrelacées. 18. Cage de soufflage selon la revendication 14, caractérisée en ce que les fibres pour tissu sont en lin. 19. Cage de soufflage selon la revendication 15, caractérisée en ce que la résine de mélamine comprend la combinaison de mélamine et de formaldéhyde. 20. Cage de soufflage selon la revendication 14, caractérisée en ce que la mélamine répond à la composition C3H6 66