Brevet FR2632772A1 — publié le 19891215

DISJONCTEUR BASSE TENSION A SOUFFLAGE MAGNETIQUE DE L'ARC PAR UN AIMANT PERMANENT L'invention est relative à un disjoncteur basse tension a boîtier moule ayant par pôle une paire de contacts séparables disposes dans une chambre de formation d'arc, dans laquelle est tiré un arc dans un plan médian correspondant au plan de débattement des contacts lors de la séparation desdits contacts, ladite chambre de formation d'arc étant située à l'entrée d'une chambre de coupure, équipée de tôles de de ionisation, dans laquelle l'arc est transféré et éteint, lesdites tôles s'étendant perpendiculairement au dit plan médian. La coupure de l'arc intervient dans la chambre de coupure dotée de tôles de élonisation et de refroidissement de l'arc. Le déplacement de l'arc tiré entre les contacts lors de la séparation, est obtenu par l'effet magnétique d'attraction des tôles qui déplace l'arc vers la chambre de coupure, cette attraction magnétique pouvant être renforcée par des effets de boucles ou d'autres dipositifs analogues. L'attraction due aux tôles de la chambre de coupure est fonction de la valeter du courant et lors d'une coupure de forts courants, l'arc est déplacé rapidement vers la chambre de coupure. Lors de la coupure de petits courants, l'arc tend à stagner dans la chambre de formation d'arc à proximité des contacts, rendant la coupure plus difficile et parfois problématique.Il a deja ete proposé due favoriser le déplacement de l'arc par un champ magnétique engendré par un aimant permanent et dont les lignes de champ s'étendent transversalement dans la chambre de format-ion d'arc. L'arc est ainsi soumis à une force de déplacement qui, selon le sens du courant, sera orienté en direction de la chambre de coupure ou en direction opposée. Pour la coupure de courant continu, il est indispensable de raccorder le disjoncteur de manière à ce que le soufflage magnétique soit orienté en direction de la chambre de coupure Cette astreinte est gênante et peut conduire a des erreurs de raccordement empêchant le bon fonctionnement du disjoncteur. Lors d'une coupure d'un courant alternatif l'arc sera soufflé pendant l'une des alternances dans un sens et pendant l'alternance suivante en direction opposée et l'efficacité du soufflage par aimant permanent est notablement réduite. Ces difficultés expliquent l'insuccès des systèmes de soufflage à aimant permanent malgré la simplicitié de ces dispositifs. La présente invention a pour but de permettre la réalisation d'un disjoncteur basse tension capable de couper des forts courants et des petits courants sans risque de stagnation de l'arc dans la chambre de formation d'arc. Le disjoncteur selon l'invention est caractérisé en ce que dans l'interface et en bordure de ces deux chambres est disposé un ou plusieurs premiers aimants permanents ayant un axe magnétique s'étendant dans ledit plan médian suivant une direction sensiblement parallele à celle de l'arc lors de sa formation pour engendrer un champ magnétique de soufflage de l'arc vers la chambre de coupure quelle que soit la polarité du courant. L'aimant permanent engendre un champ magnétique torique d'axe magnétique sensiblement parallèle à la direction de l'arc et dont les lignes de champ s'étendent dans des plans équatoriaux en boucles fermées. Les particules ionisées de l'arc sont soumises à l'action du champ magnétique et se déplacent en hélice en direction de la chambre de coupure. I1 ressortira plus clairement de l'exposé qui va suivre, que selon la polarité du courant, l'arc sera déplacé en hélice soit vers l'un des bords, soit vers l'autre bord de la chambre de formation avec une composante toujours orientée en direction de la chambre de coupure. Le déplacement latéral de l'arc dans la chambre de formation d'arc, est secondaire et sans importance pour le déplacement de 1 'arc vers la chambre de coupure et son extinction dans cette derniere.L'aimant permanent est disposé du côté de la chambre de coupure vers lequel se déplace le contact mobile, c'est-à-dire du côté où une solution de continuité existe obligatoirement entre le contact mobile et la corne d'arc associée devant capter la racine-d'arc migrant vers la chambre de coupure. L'aimant permanent peut également etre disposé du côté du contact fixe mais son utilité est moindre, l'arc ne rencontrant aucune discontinuité lors du passage du contact fixe vers la corne d'arc s'étendant vers la chambre de coupure. L'aimant permanent supérieur, du côté du contact mobile, contribue d'ailleurs au déplacement de la racine d'arc ancré sur le contact fixe, mais l'intensité du champ magnétique et son efficacité sont moindres dans cette zone éloignée de Itaimant. L'aimant permanent est disposé du côté extérieur de ia corne d'arc par rapport à la chambre de formation d'arc et cette corne est en un matériau amagnétique qui ne modifie pas la répartition du champ magnétique, tout en constituant un écran de protection de l'aimant permanent de l'action de l'arc. Cette corne peut être constituée par une simple plaque en acier inoxydable qui se prolonge dans la chambre de coupure et constitue la plaque d'extrémité de cette dernière. L'aimant permanent est situé entre les contacts et la chambre de coupure avantageusement au voisinage de l'interface entre la chambre de formation d'arc et la chambre de coupure de manière à engendrer un soufflage efficace de l'arc.L'aimant peut bien entendu être constitué de plusieurs éléments juxtaposés, dont les axes magnétiques sont parallèles et avantageusement alignés suivant la direction transversale de la chambre de formation d'arc. Dans les disjoncteurs de forte intensité, dont les dimensions de la chambre de formation d'arc sont notables-, il subsiste un risque de stagnation de la racine d'arc inférieure, associée au contact fixe, malgré la continuité du raccordement direct de la corne d'arc au contact fixe. Selon un développement de 1 'invention un deuxieme aimant permanent est disposé en dessous de la corne d'arc associée au contact fixe, de maniere à engendrer une force magnétique de déplacement de l'arc vers la chambre de coupure d'une façon comparable à celle réalisée par le premier aimant permanent.La place disponible du côté du contact fixe est généralement limitée et selon l'invention, le deuxième aimant permanent est disposé du côté de la corne d'arc associée au contact fixe en ayant un axe magnétique s'étendant dans le plan médian de la chambre de formation d'arc, et sensiblement parallelement aux tôles de la chambre de coupure. Cet aimant permanent provoque un déplacement en hélice des particules ionisées de l'arc, orienté vers la chambre de coupure, quelle que soit la polarité du courant. Le deuxieme aimant permanent peut être logé sous la corne d'arc associée au contact fixe c'est-àdire du côté extérieur de la chambre de formation d'arc ou selon l'architecture du disjoncteur être reporté à l'arrière de la chambre de coupure.Ce deuxième aimant permanent peut être constitué par l'empilage d'éléments ou d'aimants individuels de maniere à renforcer l'intensité du champ magnétique ou a définir une meilleure répartition du champ dans la chambre de formation d'arc. La corne d'arc associée au contact fixe est également en matériau amagnétique agencé pour constituer un écran de protection de l'aimant. Le dispositif de soufflage à aimant permanent selon l'invention est applicable à différents types de disjoncteur basse tension, la disposition exacte de l'aimant étant bien entendu determinée par la place disponible dans l'intérieur du boîtier du disjoncteur. L'aimant permanent peut facilement être adjoint a' des disjoncteurs standards pour en améliorer le fonctionnement, notamment pour la coupure de courant continu ou de faible courant. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de différents modes de mises en oeuvre de l'invention donnés à titre d'exemple non limitatifs et représentés aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale du dispositif de coupure d'un disjoncteur selon l'invention, les contacts étant représentés en position ouvert; - la figure 2 est une vue en plan de la figure 1; - la figure 3 est une vue analogue a celle de la figure 1 montrant le dispositif appliqué à un disjoncteur basse tension a' boltier moulé; - la figure 4 est une vue analogue à celle de la figure 3 illustrant une variante de réalisation utilisant un deuxième aimant permanent de soufflage disposé a' 1 l'arrière de la chambre de coupure;; - la figure 5 est vue schématique éclatée en perspective d'un dispositif d'extinction d'arc d'un disjoncteur de forte intensité, - la figure 6 est une coupe axiale du dispositif selon la figure 5. Sur les figures un contact mobile 10 d'un disjoncteur basse tension à bolAtier moulé il est monté a pivotement sur un axe14 et coopere avec un contact fixe 12. Les contacts 10, 12 sont disposés dans une chambre de formation d'arc 16 dans laquelle est tiré l'arc lors de la séparation des contacts 10, 12. Une chambre de coupure 18 comporte des tôles de déionisation 20, disposées sensiblement parallèlement les unes aux autres et présentant en bordure de la chambre de formation d'arc 16 des encoches 22 en forme de V.Au contact fixe 12 est associée une corne d'arc 24 inférieure sur la figure 1, qui s'étend en direction de la chambre de coupure 16 en constituant la tôle d'extrémité inférieure de cette- chambre et en délimitant la partie inférieure de la chambre de formation d'arc16. Du côté supérieur des chambres 16, 18 est dis-posée une corne d'arc 26, qui constitue la plaque d'extremité supérieure de la chambre de coupure 18 et s'étend en direction du contact mobile 10 en étant séparée de ce dernier en position ouvert par une discontinuité 28.Sur la figure 2, la corne d'arc supérieure 26 a été supposée enlevée pour mieux représenter la position relative des tôles 20 qui sont disposées en éventail dans la chambre de coupure 18, toute autre disposition notamment horizontale et parallèle à la corne d'arc inférieure 24 étant réalisable. Un tel dispositif de coupure est bien connu des spécialistes et il suffit de rappeler que lors de la séparation des contacts 10, 12, l'arc 30 tiré entre ces contacts est soumis à une force d'attraction magnétique due aux tôles 20 de la chambre de coupure 18 et se déplaçe rapidement vers la chambre de coupure 18 où il s'éteint. Selon la présente invention, un aimant permanent 32 à aimantation axiale suivant un axe magnétique 34 est disposé à l'extérieur de la chambre de formation d'arc 16 au dessus de la corne d'arc 26. L'axe magnétique 34 s'étend dans le plan de symétrie du dispositif de coupure, qui correspond au plan de la figure 1 et sensiblement parallèlement à la direction de l'arc 30 qui correspond à la direction de débattement du contact mobile 10.L'aimant permanent 32 dont le paîe magnétique nord est orienté en direction de la chambre de. formation d'arc 16, dans l'exemple représenté sur les figures, engendre un champ magnétique toroidal dont les lignes de champ 36 s'étendent dans des plans méridiens suivant des boucles fermées partant de la face nord et entrant par la face supérieure sud de l'aimant permanent 32 de la manière indiquée par des flêches sur les figures. La corne d'arc 26 est en un matériau amagnétique qui ne perturbe par le spectre du champ tout en assurant une protection de l'aimant permanent 32 de l'action de l'arc migrant dans la chambre de formation d'arc 1 6. L'aimant permanent 32 est disposé dans l'interface entre la chambre de formation d'arc 16 et la chambre de coupure 18, la position exacte étant déterminée par les volumes respectifs de ces chambres.En général l'axe magnétique 34 se situe sensiblement à mi-chemin entre l'axe de la chambre de formation d'arc 1 6 et l'axe de la chambre de coupure 1 8 et la polarisation de l'aimant permanent 32 peut bien entendu être opposée. L'arc 30 tiré lors de la séparation des contacts 10, 12 est soumis à l'action du champ magnétique 36 et les particules ionisées constitutives de l'arc 30 se déplacent en hélice suivant la flêche en étant orientées d'une part vers la paroi latérale de la chambre de formation 16 et vers la chambre de coupure 20.Selon la-polarité de l'alternance du courant à un instant donné, l'arc se déplacera soit vers le haut sur la figure 2 indiquée par la flêche Fi ou vers le bas indique par la flêche F2 en trait discontinu, en ayant toujours une composante en direction de la chambre de coupure 20. Cette action de soufflage est particulièrement avantageuse lors de la coupure de faibles courants où lteffetd'attractionmagnétique des tôles 20 est relativement faible et insuffisant au déplacement rapide de l'arc vers la chambre de coupure 18. Ce -soufflage magnétique par l'aimant permanent 32 évite la stagnation de l'arc dans la chambre de formation d'arc 16, notamment lors de la coupure de petits courants.Le dispositif de soufflage à aimant permanent est utilisable pour la coupure de courant continu, le sens de connexion étant dans ce cas indifférent ainsi que pour la coupure de courant alternatif, l'arc étant toujours déplacé en direction de la chambre de coupure 18 quelle que soit l'alternance du courant au moment de la formation de l'arc. Le soufflage magnétique facilite la commutation de la racine d'arc du contact mobile 10 à la corne d'arc supérieure 26 par franchissement de la discontinuité 28. La racine d'arc inférieure migrant sur la corne d ' arc inférieure 24 est également soufflée par le champ magnétique de l'aimant permanent 32, mais cette action est moindre tout en étant généralement suffisante, la corne d'arc-inférieure 24 ne présentant pas de discontinuité. Le dispositif de coupure à aimant permanent décrit ci-dessus est applicable à différents types de disjoncteurs basse tension à boîtier moulé. La figure 3 illustre l'application a un disjoncteur du type décrit dans le brevet français nO 2 499 762 auquel on se réfèrera avantageusement pour de plus amples détails sur la constitution et le fonctionnement du disjoncteur. Il suffit de rappeler que le contact mobile 10 est solidaire d'un barreau pivotant 14 et est commandé par un mécanisme à genouillère 38 pour une commande manuelle par une poignée 40 ou une commande automatique pilotée par un bloc déclencheur 42. Les contacts 10, 12 sont disposés a' à l'entrée de la chambre de coupure 18 et la chambre de formation d'arc 16 se limite au volume défini par les encoches 22 des tôles 20. L'aimant permanent 32 est accolé à la tôle d'extrémité 26 disposée du côté supérieur de la chambre de coupure 18. L'aimant permanent 32 se situe pratiquement au niveau du fond des encoches 22 qui constituent l'interface entre la chambre de formation d'arc 1 6 et la chambre de coupure 18 lesquelles sont dans ce cas, pratiquement imbriquées.On peut noter que l'adjonction de l'aimant permanent 32 ne nécessite aucune modification notable du disjoncteur et que le soufflage engendré par cet aimant permanent 32 est suffisant pour assurer la coupure de faibles courants continus ou alternatifs quelle que soit la polarité. La figure 4 illustre l'application du dispositif de coupure selon l'invention à un disjoncteur d'une intensité nominale supérieure du type décrit dans le brevet français nO 2 583 571. Les contacts 10, 12 sont dans ce type de disjoncteur, disposés à l'avant de la chambre de coupure 1 8 dans une chambre de formation d'arc 16. Les tôles 20 sont parallèles et la tôle d'extrémité supérieure 26 est prolongée par une corne d'arc s'étendant dans la chambre de formation d'arc 16 jusqu a proximité de ia position du contact mobile 10 en position ouvert. L'aimant permanent 32 est accolé à la face extérieure de cette corne d'arc 26 sur la partie légèrement recourbée pénètrant dans la chambre de formation d1arc 16.Il est facile de voir que l'axe magnétique de l'aimant permanent 32 est sensiblement parallèle à la direction d'allongement de l'arc tiré entre les contacts 10, 12 lors de la séparation et que cet axe magnétique est dans l'interface entre la chambre de formation d'arc 16 et la chambre de coupure 18. L'aimant permanent 32 souffle l'arc en direction de la chambre de coupure 18 de la manière décrite ci-dessus, son action étant particulièrement efficace dans la partie supérieure des chambres 16, 18 voisines de l'aimant. La racine d'arc inférieure qui migre sur la corne d'arc inférieure 24 est également soumise à l'action de l'aimant permanent 32 mais cette action décroit rapidement avec l'écartement de la corne d'arc 24 de l'aimant permanent 32. Dans l'exemple illustré dans la figure 4, le soufflage du tronçon inférieur de l'arc et de la racine d'arc inférieure migrant sur la corne d'arc inférieure 24, est renforcé par un deuxième aimant permanent 44 disposé à l'arrière de la chambre de coupure 18 et ayant un axe magnétique 46 sensiblement parallèle aux tôles 20 et à la corne d'arc inférieure 24.Le deuxième aimant permanent 44 est accolé à la corne d'arc inférieure 24 et ses lignes de champ 48 s'étendent en boucles fermées dans des plans méridiens de la manière représentée sur la figure 4. L'action du deuxième aimant permanent 44 est comparable à celui de aimant permanent supérieur 32 puisqu'il exerce sur-les particules ionisées consécutives de l'arc, un effet de soufflage provoquant un déplacement en spirales ayant une composante orientée vers va chambre de coupure18 quelle que soit la polarité courant. Les polarisations de l'aimant supérieur 32 et de l'aimant inférieur 44 doivent être choisies de telle manière que les lignesde de champ 36, 48 de ces deux aimants, se contrarient dans la zone 50 d'action sur l'arc en l'occurrence dans la chambre de formation d'arc 16 et à l'entrée de la chambre de coupure 18.- Cette orientation opposée des champs magnétiques annule partiellement l'effet de soufflage-latéral de l'arc vers les parois des chambres 16, 18, ce qui évite tout risque de collage et de stagnation le long de ces parois. Dans l'exemple illustré par la figure 4, le deuxième aimant permanent 44 est constitué de deux éléments accolés mais il est clair qu' il peut être un aimant unique. Les figures 5 et 6 représentent respectivement en vue éclatée et en coupe axiale, un disjoncteur de forte intensité équipé du dispositif de coupure à aimant permanent selon l'invention. Le premier aimant supérieur 32-est disposé diune manière identique à celle décrite en référence à la figure 4, au dessus de la corne d'arc 26, mais cet aimant 32 est constitué par deux éléments disposés côte à côte et alignés transversalement par rapport a'- la chambre de formation d'arc 16. Il est facile de voir que le spectre du champ magnétique n'est pratiquement pas modifié par cette subdivision de l'aimant permanent 32 en deux éléments, la répartition latérale du champ étant néanmoins plus uniforme. Le deuxième aimant permanent inférieur 44 est reporté sous la corne d'arc inférieure 24 au niveau de l'interface entre la chambre de formation d'arc16 et la chambre de coupure 1 8. Le fonctionnement n'est bien entendu nullement affecté par ce déplacement de l'aimant permanent inférieur 44 et il est inutile de le décrire à nouveau. En ce qui concerne la structure particulière du disjoncteur illustré par les figures 5 et 6, le lecteur se reportera avantageusement au brevet français nO 2 589 625. Il est facile de voir que l'invention est applicable à différentes structures de disjoncteur et que les modifications imposes pour la mise en place des aimants sont généralement mineures. REVENDICATIONS 1) Disjoncteur basse tension à boitier moulé ayant par pôle une paire de contacts séparables (10, 12) disposés dans une chambre (16) de formation d'arc dans laquelle est tiré un arc (30) dans un plan médian correspondant au plan de'débattement des contacts (10, 12) lors de la séparation desdits contacts, ladite chambre de formation d'arc étant située à l'entrée d'une chambre de coupure (18) équipée de tôles (20) dedéionisationdanslaquelle l'arc est transféré et éteint, lesdites tôles s'étendant perpendiculairement audit plan médian, caractérisé en ce que dans l'interface et en bordure de ces deux chambres (16, 18) est disposé un ou plusieurs premiers aimants permanents (32) ayant un axe magnétique (34) s'étendant dans ledit plan médian suivant une direction sensiblement parallèle à celle de l'arc (30) lors de sa formation pour engendrer un champ magnétique (36) de soufflage de l'arc vers la chambre de coupure (18) quelle que soit la polarité du courant. 2) Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier aimant permanent (32) est disposé du côté supérieur desdites chambres (1 6, i 8) correspondant à la position d'ouverture du contact mobile (10). 3) Disjoncteur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une première corne d'arc (26) s'étend dans la partie supérieure entre lesdites chambres (16, 18) pour guider l'arc de la chambre de formation (16) dans la chambre de coupure (18) et que ledit premier aimant permanent (32) est disposé au dessus de ladite première corne (261. 4) Disjoncteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la première corne d'arc (26) est en un matériau amagnétique résistant à l'action de l'arc et qu'un prolongement de la première corne d'arc constitue la tôle (20) d'extrémité supérieure de la chambre de coupure (18). 5) Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que plusieurs premiers aimants permanents (32) d'axes (34) parallèles sont disposés symétriquement dudit plan médian. 6) Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un ou plusieurs deuxièmes aimants permanents (44) ayant un axe magnétique (46) s'étendant dans ledit plan médian sensiblement dans la direction des tôles (20), est disposé en bordure de la chambre de coupure du côté du contact fixe (12) pour engendrer un champ magnétique (48) de soufflage de l'arc vers la chambre de coupure (18). 7) Disjoncteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les polarisations desdits premier (32) et deuxième (44) aimants permanents sont choisies de manière à ce que les lignes de champ (36, 48) soient opposées et se contrarient dans.la chambre de formation (16). 8) Disjoncteur selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le contact fixe (12) est prolongé par une deuxième corne d'arc (24) formant la tôle (20) d'extrémité inférieure de la chambre de coupure (18), et que ledit deuxième aimant permanent (44) est disposé sous ladite deuxième corne d'arc (24). 9) Disjoncteur selon la revendication 6, 7 ou 8, caractérisé en ce que ledit deuxième aimant permanent (44) est disposé à l'arrière de la chambre de coupure (18) du côté opposé à la chambre de formation (16).