Brevet FR2638017A1 — publié le 19900420

INTERRUPTEUR ELECTRIQUE MULTIPOLAIRE A BASSE TENSION POUR CALIBRES ELEVES L'invention est relative à un interrupteur électrique multipolaire et à boitier en matériau isolant moulé, notamment pour un tableau basse tension d'un poste de distribution publique, renfermant: - un barreau de commutation en forme de coulisseau monobloc, équipé d'une pluralité de dispositifs de ponts de contacts s'entendant perpendiculairement au barreau, - un mécanisme de commande à genouillère entraînant le barreau en translation alternée entre la position de fermeture et la position d'ouverture de l'interrupteur, - une paire de lames conductrices par pôle, traversant deux faces opposees du bottier, en etant conformées à ltextérieur en plages de raccordement, et à l'intérieur en ensembles de contacts fixes symétriques par rapport à l'axe médian longitudinal, - chaque dispositif de ponts de contacts du barreau comportant des couteaux paralleles constituant une pince à autoserrage susceptible de coopérer avec les ensembles de contacts fixes pour provoquer dans chaque pale une double interruption du courant lors du déplacement du barreau vers la position d'ouverture de l'interrupteur. Un tel interrupteur est décrit dans le brevet français 2530373. Les couteaux mobiles de chaque pince présentent une structure imbriquée définissant huit points de contacts par pale. Un tel agencement nécessite une fabrication onéreuse par matriçage. L'objet de l'invention consiste à simplifier la réalisation des ponts de contacts du barreau pour un interrupteur à calibres élevés, sans pour autant altérer son endurance électrique et sa fiabilité. L'interrupteur selon l'invention est caractérisé en ce que chaque ensemble de contacts fixes comporte une surface oblique munie d'un premier contact principal fixe, et d'un contact d'arc fixe avec interposition d'un deuxième contact principal fixe, et que chaque pôle comporte quatre couteaux élémentaires répartis deux à deux en une petite pince et une grande pince décalées longitudinalement l'une de l'autre par un faible espace L4 axial, la petite pince ayant une première pince de couteaux présentant à chaque extrémité un premier contact principal mobile coopérant avec ledit premier contact principal fixe, la grande pince ayant une deuxième paire de couteaux comprenant a chaque extrémité un deuxième contact principal mobile, et un contact d'arc mobile coopérant respectivement avec lesdits deuxième contact principal fixe et contact d'arc fixe, l'ensemble autorisant une continuité de passage du courant dans le pôle lors de la phase de fermeture, grâce à l'ordre progressif d'accostage du contact d'arc mobile, du premier contact principal mobile et du deuxième contact principal mobile sur les contacts fixes correspondants. La multiplication des contacts principaux pour le passage du courant nominal permet d'augmenter les calibres pour un échauffement prédéterminé. L'apparition de l'arc intervient exclusivement sur les contacts d'arc. La surface oblique des ensembles de contacts fixes et le décalage axial des deux pinces évitent tout réamorçage de l'arc sur les deux séries de contacts principaux de manière à préserver les surfaces de contacts assurant l'acheminement du courant contre les risques de fusion par l'action de l'arc. Durant les périodes d'accostage de l'une des pinces, la continuité de passage du courant est garantie-par l'autre pince. La dimension de l'intervalle transversal L2 ménagé entre les deuxièmes contacts principaux fixes des ensembles de contacts fixes est comprise entre celle du petit intervalle L1 délimité par les premiers contacts principaux fixes et celle du grand intervalle L3 entre les contacts principaux d'arc. L'état des contacts peut être visualisé de l'extérieur par une série de fentes prévues dans la face avant du bottier. Un interrupteur de calibres élevés peut être réalisé par assemblage modulaire et mise en parallèle d'un premier bloc interrupteur tétrapolaire et d'un deuxième bloc interrupteur tripolaire, le pôle supplémentaire du premier bloc interrupteur servant de neutre. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, d'un mode de réalisation de l'invention, donné å titre d'exemple non limitatif, et représenté aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective de l'interrupteur selon l'invention; - la figure 2 montre une vue en élévation de la figure 1, après enlèvement de la face avant du bottier, l'interrupteur étant représenté en position d'ouverture; - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2; - la figure 4 représente une vue de détail à échelle agrandie du système de contacts d'un pôle, au début de la course de fermeture de l'interrupteur; - la figure 5 est une demi-vue de profil de la figure 4;; - les figures 6 et 8 sont des vues identiques de la figure 4, représentant des étapes successives de la phase de fermeture; - les figures 7 et 9 montrent respectivement des demi-vues de profil des figures 6 et 8; - les figures 10 à 14 sont des vues de détail de la figure 2 représentant le mécanisme de commande, à différentes positions lors d'une ouverture de l'interrupteur avec intervention de la sécurité. - la figure 15 montre une vue de profil d'un interrupteur à calibres 1800 A. Sur les figures 1 à 3, un interrupteur 10 tétrapolaire à haute tenue électrodynamique et à calibres élevés par exemple pour des courants ayant des intensités nominales comprises entre 800 A et 1800 A, est incorporé dans un tableau basse tension, notamment d'un poste de distribution publique. L'interrupteur 1-0 est logé dans un boîtier 12 en matériau isolant moulé, de forme parallélépipèdique, dont les deux grandes faces parallèles et latérales supérieure 1 4 et inférieure 16 sont traversées par des plages 18,20 d'arrivée et de départ pour le raccordement des différents pôles. L'équipage mobile de l'interrupteur 10 est composé d'un barreau 22 commun de commutation en forme de coulisseau, s'étendant le long de l'axe longitudinal 23 médian du boîtier 12 et équipé de quatre dispositifs de ponts de contacts 24, échelonnés à intervalles réguliers le long du barreau 22. Le barreau 22 monobloc est accouplé mécaniquement à un mécanisme de commande 26 logé dans la partie de droite du boîtier 12, et destiné à être actionné manuellement de l'extérieur par un levier de manoeuvre 28 pivotant dont le débattement s'effectue dans un plan vertical. Le nombre de dispositifs de ponts de contacts 24 correspond à celui des pôles de l'interrupteur 10. Des écrans 30 d'isolement s'étendent perpendiculairement au barreau 22, entre les différents pôles. L'encombrement de l'interrupteur 10 dans le sens de la profondeur est faible, et permet de réaliser des tableaux compacts. La face avant 32 du boitier 12 est dotée d'un couvercle 34 permettant, d'une part le guidage et le cadenassage du levier de manoeuvre 28, et d'autre part la protection de l'opérateur par rapport aux parties actives de l'interrupteur 10. Les plages d'arrivée et de départ 18,20 de chaque pôle sont prolongées a l'intérieur du boitier 12 par des lames 36,38 conductrices alignées selon une direction perpendiculaire au barreau 22. Les extrémités internes des lames 36,38 portent respectivement un ensemble de contacts fixes d'entrée 40, et un ensemble de contacts fixes de sortie 42, agencés symétriquement par rapport à l'axe médian longitudinal 23. Chaque ensemble de contacts fixes 40,42 présente une surface oblique découpée selon plusieurs crans successifs de manière à présenter un contact d'arc fixe 44, un premier contact principal fixe 46, et un deuxième contact principal fixe 48, lequel est situé entre le contact d'arc fixe 44 et le premier contact fixe 46 (figures 4 à 9).L'intervalle transversal L1 entre les deux premiers contacts principaux fixes 46 des lames 36,38 est inférieur à celui L2 ménagé entre les deux autres contacts principaux fixes 48. L'intervalle L2 est d'autre part inférieur à l'intervalle transversal L3 agencé entre les deux contacts d'arc fixes 44 (figure 4). Le dispositif de ponts de contacts 24 coopérant avec les deux ensembles de contacts fixes 40,42 de chaque pôle comporte une première paire de couteaux mobiles 50,52 parallèles, et une deuxième paire de couteaux mobiles 54,56 parallèles, décalées longitudinalement l'une de l'autre par un faible espace axial L4 (figure 6). Les quatre couteaux 50 à 56 mobiles d'un pôle sont perpendiculaires deux à deux au barreau 22, et forment deux pinces en double lyre, dont l'une de la première paire est plus petite que l'autre. Chaque couteau 50,52 de la petite pince porte un premier contact principal mobile 58 à chacune de ses extrémités opposées. Chaque couteau 54,56 de la grande pince est équipé à chacune de ses extrémités d'un deuxieme contact principal mobile 60 et d'un contact d'arc mobile 62. Les deux pinces des couteaux 50 à 56 viennent enserrer les deux ensembles de contacts fixes 40,42 de chaque pale lorsque le mécanisme 26 entraîne en translation le barreau 22 vers la position de fermeture. La pression de contact est assurée par l'action élastique d'une lame ressort montée à chevauchement sur les couteaux 50,52; 54t56 dans la zone médiane de chaque paire. En position de fermeture de l'interruptezur 10, chaque dispositif de ponts de contacts 24 du barreau 22 présente douze points de contacts avec les deux ensembles de contacts fixes 40,42. Les contacts d'arc mobiles 62 coopèrent avec les contacts d'arc fixes 44 correspondants pour former quatre points de contacts d'arc destinés à la fonction pare-étincelles. Les contacts principaux mobiles 60,58 coopèrent avec les deux séries de contacts principaux fixes 48,46 correspondants pour former huit points de contacts principaux destinés au passage du courant nominal de chaque pale. La bonne tenue électrodynamique de l'interrupteur 10 résulte de l'auto-serrage des couteaux 50,52; 54,56 mobiles des deux pinces suir à un passage d'un courant de court-circuit. Le fonctionnement d'un pôle de l'interrupteur 10 est le suivant. FERMETURE Le mécanisme de commande 26 entraîne le barreau 22 en translation vers la gauche, provoquant le déplacement simultané des quatre couteaux 50 à 56 vers les -ensembles de contacts fixes 40,42. Les figures 4 et 5 illustrent une première phase de la course de fermeture montrant l'accostage des contacts d'arc mobiles 62 appartenant à la première paire de couteaux 50,52, contre les contacts d'arc fixes 44 des lames 36,38. Les contacts principaux mobiles 58,60 sont encore séparés des premiers et deuxièmes contacts principaux fixes 46,48. Lors de la deuxième phase de la course de fermeture (figures 6 et 7) s'operent, d'une part l'insertion des contacts d'arc mobiles 62 sur les contacts d'arc fixes 44, et d'autre part l'accostage des contacts principaux mobiles 58 appartenant à la première paire de couteaux 50,52 contre les premiers contacts principaux fixes 46. Les contacts principaux mobiles 60 appartenant à la deuxième paire de couteaux 54,56 restent toujours séparés des deuxièmes contacts principaux fixes 48 par un faible intervalle axial. il en résulte la formation de quatre points de contacts et l'établissement du courant dans les contacts d'arc 44,62. Au cours de la troisième phase (figures 8 et 9), les contacts principaux mobiles 58 s'engagent sur les premiers contacts principaux fixes 46, de manière à provoquer le transit du courant circulant dans le circuit secondaire des contacts d'arc 44,62 vers le circuit principal des contacts principaux 46,58. La commutation est facilitée grace à la valeur de l'impédance du circuit principal qui est inférieure à celle du circuit secondaire. Simultanément se produit l'accostage des deuxièmes contacts principaux mobiles 60 contre les deuxiemes contacts principaux fixes 48. Un tel agencement temporel du décalage des accostages des différents contacts mobiles d'un pôle, autorise une continuité de passage de courant pendant la mise en place des contacts principaux 46,58. Durant les périodes d'accostage de l'une des paires de couteaux mobiles contre les ensembles de contacts fixes 40,42, la continuité de passage de courant est garantie par l'autre paire de couteaux mobiles. A titre d'exemple, lorsque les deux petits couteaux 50,52 accostent contre les contacts principaux fixes 46 (figure 6), les contacts d'arc 44,62 et les grands couteaux 54,56 garantissent le passage de courant, étant donné que les plages 18,20 d'arrivée et de départ se trouvent au même potentiel. Après commutation, le transit de courant nominal est ensuite assuré par les petits couteaux 50,52 (figure 8).La formation d'un arc intervient exclusivement sur les contacts d'arc 44,62 alors que tout amorçage de l'arc sur les contacts principaux 46,58; 48,60, est évité. Une chambre à tôles de désionisation peut être associée aux contacts d'arc 44,62 pour faciliter l'extinction de l'arc. Dans la position finale de fermeture (voir figure 10) les contacts principaux mobiles 58,60 des deux séries de couteaux 50,52; 54,56 se trouvent en prise avec les premiers et deuxièmes contacts principaux fixes 46,48 pour assurer huit zones de contact pour le passage du courant nominal. La multiplication des zones de contacts permet, soit de réduire l'échauffement d'un pôle pour un courant d'intensité prédéterminé, soit réciproquement d'augmenter le calibre pour un- échauffement donné. OUVERTURE L'opération d'ouverture de 1' interrupteur 1 0 s'effectue en sens inverse des phases précédentes de fermeture, suite à l'entraînement en translation du barreau 22 vers la droite. Les contacts d'arc 44,62 se séparent en dernier, avec formation et extinction de l'arc à cet endroit, de manière à ne pas dégrader la qualité des contacts principaux 46,58; 48,60 sur les deux lames 36,38. La visualisation de la coupure est assurée par une série de fentes 66 obliques (figure 1) réalisées dans la face avant 32 du boîtier 12. Le déplacement en translation des contacts mobiles permet de contenir les projections de particules incandescentes dans le plan de débattement du barreau 22, de sorte à ne pas être éjectées vers l'utilisateur placé devant la face avant 32. Le mécanisme de commande.26 représenté en détail sur les figures 10 à 14, est du type Tumbler comportant une genouillere 68 à passage brusque de point mort engendrant une vitesse optimale d'ouverture et de fermeture des contacts. En cas d'ouverture normale de l'interrupteur 10, la manoeuvre brusque de la genouillère 68 est indépendante de la force d'actionnement du levier 28 par l'opérateur. La genouillère 68 est composée d'une manière classique par une biellette supérieure 70 articulée à une biellette inférieure 72 par un axe d'articulation 74. L'extrémité du barreau 22 portecontacts est accouplée par un axe 76 à un levier de transmission 78 possédant une lumière 80 curviligne à l'intérieur de laquelle se déplace l'axe d'articulation 74 de la genouillere 68. La biellette inférieure 72 est dotée d'un orifice 82 oblong traversé par un axe 84 auquel est associée une plaque support 86 d'un ressort de compression 88 coaxial à à la biellette 72. Le levier de. manoeuvre 28 est relié par une liaison cinématique 90 à un tambour 92 monté à rotation limitée sur un axe 94 fixe. Le tambour 92 entrain la biellette supérieure 70 en pivotement par l'intermédiaire d'un doigt 96 traversant un orifice 98 oblong du tambour 92. Au tambour 92 est solidarisée une languette 100 de sécurité destinée à coopérer avec un ergot 102 du levier de transmission 78 en cas d'incident intervenant dans le mécanisme de commande 26. L'opération d'ouverture du mécanisme de commande 26 de l'interrupteur 10 est la suivante: OUVERTURE SANS INCIDENT La figure 10 montre le mécanisme 26 en position d'enclenchement de l'interrupteur 10. Le dispositif de ponts de contacts 24 mobiles de chaque pôle est en prise totale avec les ensembles de contacts fixes 40,42. L'axe d'articulation 74 de la genouillère 68 se trouve dans une première position stable en appui contre l'extrémité de gauche de la lumière 80. L'ouverture de 1' interrupteur 10 s'opère par une action manuelle sur le levier de manoeuvre 28, provoquant la rotation du tambour 92 autour de l'axe 94 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (flèche F1 sur figure 11). La rotation du tambour 92 entraine la biellette supérieure 70 de manière à redresser la genouillère 68 par déplacement de son axe d'articulation 74 vers la droite de la lumière 80. Le ressort de compression 88 est comprimé progressivement au cours du redressement de la genouillère 68. La figure 11 montre la position instable d'alignement des trois axes 94,74,84 de la genouillère, dans laquelle le ressort 88 est dans l'état de compression maximum. L'équilibre est rompu après brisure de la genouillère 68 amenant l'axe d'articulation 74 en butée contre le fond de la lumière 80. Grâce à l'action du levier de transmission 78 de la liaison mécanique principale, le barreau 22 porte-contacts est déplacé rapidement en translation vers la gauche jusqu'à ouverture complète (figure 14). L'orifice 98 du tambour 92 permet d'assurer un débattement indépendant de doigt 96 par rapport à l'action de l'opérateur sur le levier de manoeuvre 28. Durant l'ouverture normale de l'interrupteur 10, l'ergot 102 échappe à la languette 100 grâce au retrait du barreau 22 vers la droite. OUVERTURE AVEC INTERVENTION DE LA SECURITE En cas de non ouverture faisant suite à des phénomènes de gommage du barreau 22 ou de microcollage des contacts, le déclenchement de l'interrupteur 10 peut être enrayé après brisure de la genouillère 68 (passage de la figure 11 à la figure 12). Le barreau 22 reste immobilisé en position de fermeture des contacts, entraînant un blocage par le levier de transmission 78 de l'axe d'articulation 74 de la genouillère 68. Le mécanisme 26 est alors arrêté, en l'absence d'intervention spéciale de l'opérateur, et la languette 100 du tambour 92 se trouve au voisinage de l'ergot 102 du levier de transmission 78 (figure 12). Le mécanisme 26 peut être débloqué en augmentant l'effort mécanique exercé sur le barreau 22 grâce à une manoeuvre forcée engendrant une liaison mécanique auxiliaire directe entre la poignée 28 et le barreau 22. L'établissement de cette liaison mécanique directe auxiliaire résulte de la coopération de la languette 100 sur l'ergot 102 suite à la rotation forcée du tambour 92 par le levier 28 (figure 13). L'effort exercé par l'intermédiaire de la liaison mécanique auxiliaire directe est susceptible de déplacer le barreau 22 mobile en translation vers la droite (voir flèche F2). Cet effort forcé est directement proportionnel à l'action de l'opérateur. Un effet limiteur peut néanmoins être obtenu en fonction de l'élasticité de la languette 100, de manière à ne pas dépasser un effort maximum prédéterminé lors de l'intervention forcée par l'opérateur. La présence de cette liaison mécanique auxiliaire directe dans le mécanisme 26 constitue une sécurité positive à l'ouverture autorisant l'application d'un effort mécanique plus important que celui fournit normalement par la liaison mécanique principale après libération de l'ensemble genouillère 26 et ressort 88. Le déplacement forcé du barreau 22 est alors capable de briser le microcollage ou le gommage, et le ressort prend ensuite le relais pour ouvrir complètement l'interrupteur (voir figure 14). Un voyant de signalisation 118 (figure 1) permet de visualiser l'état du mécanisme 26 selon que l'interrupteur est ouvert ou fermé. La figure 15 montre un interrupteur 120 tétrapolaire de calibre 1 800 A obtenu par accolement et mise en parallèle de deux blocs interrupteurs 122,124 de calibres 1200 A chacun. Le neutre N de l'interrupteur 120 est obtenu par mise en place dans le bloc interrupteur 122 arrière d'un quatrième pôle identique à celui des phases R,S,T, alors que ce quatrième pôle est supprimé dans le bloc interrupteur 124 avant, lequel est tripolaire. Les différentes plages 18 des deux blocs interrupteurs 122,124 sont interconnectées par des pontages 126,128,130 en cuivre argenté. REVENDICATIONS 1. Interrupteur électrique multipolaire et à boîtier (12) en matériau isolant moulé, notamment pour un tableau basse tension d'un poste de distribution publique, renfermant: - un barreau (22) de commutation en forme de coulisseau monobloc, équipé d'une pluralité de dispositifs de ponts de contacts (24) s'étendant perpendiculairement au barreau (22), - un mécanisme de commande (26) à genouillère (68) entraînant le barreau (22) en translation alternée entre la position de fermeture et la position d'ouverture de l'interrupteur, - une paire de lames (36,38) conductrices par pôle, traversant deux faces opposées du boitier (12), en étant conformées à l'extérieur en plages de raccordement (18,20), et à l'intérieur en ensembles de contacts fixes (40,42) symétriques par rapport à l'axe médian longitudinal (23), - chaque dispositif de ponts de contacts (24) du barreau.(22) comportant des couteaux (50,5-2; 54,56) parallèles constituant une pince à autoserrage susceptible de coopérer avec les ensembles de contacts fixes (40,42) pour provoquer dans chaque pôle une double interruption du courant lors du déplacement du barreau (22) vers la position d'ouverture de l'interrupteur, caractérisé en ce que chaque ensemble de contacts fixes (40,42) comporte une surface oblique munie d'un premier contact principal fixe (46), et d'un contact d'arc fixe (44) avec interposition d'un deuxième contact principal fixe (48), et que chaque pale comporte quatre couteaux (50,52; 54,56) élémentaires répartis deux à deux en une petite pince et une grande pince décalées longitudinalement 1' une de l'autre par un faible espace L4 axial, la petite pince ayant une première pince de couteaux (50,52) présentant à chaque extrémité un premier contact principal mobile (58) coopérant avec ledit premier contact principal fixe (46), la grande pince ayant une deuxième paire de couteaux (54,56) comprenant à chaque extrémité un deuxième contact principal mobile (60), et un contact d'arc mobile (62) coopérant respectivement avec lesdits deuxième contact principal fixe (48) et contact d'arc fixe (44), l'ensemble autorisant une continuité de passage du courant dans le pôle lors de la phase de fermeture, grace à'ordre progressif d'accostage du contact d'arc mobile (62), du premier contact principal mobile (58) et du deuxième contact principal mobile t60) sur les contacts fixes (44,46,48) correspondants. 2. Interrupteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dimension de l'intervalle transversal L2 ménagé entre les deuxièmes contacts principaux fixes (48) des ensembles de contacts fixes (40,42) est comprise entre celle du petit intervalle L1 délimité par les premiers contacts principaux fixes (46) et celle du grand intervalle L3 entre les contacts principaux d'arc (44). 3. Interrupteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la visualisation des zones de contacts est assurée par une série de fentes (66) obliques échelonnées dans la face avant (32) du bottier (12) le long de la direction du barreau (22). 4. Interrupteur selon l'une des revendications 1 a 3, notamment tétrapolaire pour calibres élevés, caractérisé en ce que l'interrupteur (120) est forme par assemblage modulaire d'un premier bloc interrupteur (122) tétrapolaire, et d'un deuxième bloc interrupteur (124) tripolaire, le pôle supplémentaire du premier bloc interrupteur (122) servant de neutre N, alors que les plages amont (18) respectives des deux blocs interrupteurs (122,124) sont interconnectées au niveau de chaque phase R,S,T par des pontages (126,128,130) conducteurs.