Brevet FR2652676A1 — publié le 19910405

L'invention concerne un dispositif de contact pour un appareil de branchement électrique, en particulier pour une protection, avec une pièce de contact fixe et une pièce de contact mobile, la pièce de contact fixe présentant une partie d'amenée électrique allongée, un appui de contact fixé sur la zone d'extrémité de la partie d'amenée électrique et une pièce de guidage d'arc électrique s'y raccordant, s'étendant au moins dans la zone de ce point de raccordement, parallèlement à la partie d'amenée électrique, n'étant reliée, de manière à conduire l'électricité avec la partie d'amenée électrique, qu'à proximité immédiate du point de raccordement et une pièce de liaison de la pièce de contact mobile, qui conduit l'électricité et est également pourvue d'un appui de contact, étant éloignée tant de la partie d'amenée électrique qu'également de la pièce de guidage de l'arc électrique. Par le document EP-A1 0.079.978, on connaît un dispositif de contact du type indiqué au début. Dans ce dispositif de contact, la pièce de contact fixe présente une pièce d'amenée électrique allongée, de forme plate, avec un appui de contact fixé sur sa zone d'extrémité et une pièce de guidage de l'arc électrique s'y raccordant, appliquée de manière, à en être isolée de l'électricité, sur la face de la partie d'amenée électrique qui est tournée vers l'enceinte à arc électrique. La pièce de guidage de l'arc électrique se compose d'un matériau ferromagnétique et n'est reliée, de manière à conduire l'électricité, à la partie d'amenée électrique en cuivre qui se couvre au-dessous, qu'à proximité immédiate de l'appui de contact, au moyen de deux rivets, et leur écartement par rapport à cet endroit, perpendiculairement à la partie d'amenée électrique, étant replié. Un inconvénient important de ce dispositif réside dans le fait que l'arc électrique survenant entre les pièces de contact, lors d'un déplacement du mise hors circuit, présente une surface large ou même ne se commute que sur cette face sur la pièce de guidage de l'arc électrique menant aux tôles d'extinction, puis se développe sur le bord latéral de la pièce de guidage de l'arc électrique et vient alors en contact avec les parois latérales en matériau isolant de l'enceinte d'extinction de l'arc électrique. Abstrac- tion faite de ce que, pour les raisons précitées, le plus fort courant de mise hors circuit de cette protection est situé dans un cadre relativement modique, la durée de vie de l'appareil de branchement, qui est conditionné par la sollicitation à l'arc électrique des parois latérales de l'enceinte d'ex- tinction de l'arc électrique est également relative- ment courte. Par le document DE-Al 3.302.884, on connaît un autre dispositif de contact pour une protection avec une pièce de contact fixe et avec une pièce de contact mobile. La zone d'extrémité de la pièce de contact fixe, qui est pourvue d'un appui de contact, est repliée en forme de C. A l'appui de contact se raccorde une pièce de guidage de l'arc électrique en matériau ferromagnétique, qui est également réalisée en forme de C et qui est repliée au-dessous de l'appui de contact. La pièce de guidage de l'arc électrique a pour rôle de guider les arcs lumineux dûs au branche- ment ente les tôles d'extinction. Pour éviter tout endommagement mécanique de la pièce de guidage de l'arc électrique échauffé par l'arc, des nervures proéminentes sont formées dans les deux zones de bordure de la pièce de guidage de l'arc électrique. L'arc court naturellement sur ces nervures et peut ainsi être maintenu un peu à distance de la paroi isolante de l'enceinte d'extinction de l'arc. Les nervures, qui commencent relativement loin de l'appui de contact, contribuent à raccourcir le temps de séjour de l'arc sur l'appui de contact et ainsi à prolonger la durée de vie de l'appareil de branchement par l'amélioration de la commutation de l'arc sur la pièce de guidage de l'arc électrique. Cette mesure ne procure encore aucune augmentation satisfaisante du courant de mise hors circuit qui est élevé ni aucun allongement suffisant de la durée de vie de l'appareil de branchement. Par le document EP-A1 0.070.413, on connaît un autre appareil de branchement comportant une pièce de contact fixe et une pièce de contact mobile. La pièce de contact mobile est un peu prolongée au-dessus de l'appui de contact et pourvue d'une pièce pare- étincelle. Une saillie formée en un matériau conducteur de l'électricité est disposée à côté de l'appui de contact de la pièce de contact fixe, sous la pièce pare-étincelle de la pièce de contact mobile qui se trouve dans la position de mise en circuit. Lors de la séparation des pièces de contact, l'arc ayant commuté des points de contact doit être attiré entre la pièce pare-étincelle et la saillie et être soufflé. De telles électrodes auxiliaires fonctionnent dans des appareils de branchement pour basse tension, en particulier dans les protections avec une tension d'arc électrique en général relativement faible, parce que l'intensité de champ électrique sur une saillie n'est pas encore suffisamment élevée en règle générale pour l'allumage d'un arc-électrique de commutation. Le but de la présente invention est de créer un dispositif de contact du type indiqué au début, qui permet l'interruption d'un courant relativement élevé dans une enceinte d'arc électrique équipée de parois en matériau isolant, qui permet une durée de vie relativement élevée d'un appareil de branchement électrique ainsi pourvu et qui soit avantageusement économique. Le problème posé est résolu par le fait que la pièce de guidage de l'arc électrique est pourvue, à sa zone d'extrémité tournée vers l'appui de contact, sur sa face opposée à la partie d'amenée électrique, d'une saillie en matériau ferromagnétique, qui est disposée symétriquement au centre de la pièce de guidage de l'arc électrique, le plus petit écartement entre l'appui de contact et la saillie étant d'au plus de la moitié de l'étendue de la saillie en direction longitudinale de la pièce de guidage de l'arc électri- que. La saillie en matériau ferromagnétique procure un renforcement du champ magnétique produit par le courant à interrompre, au centre de la pièce de guidage de l'arc électrique et ce, à proximité immédiate de l'appui de contact. Ce champ magnétique renforcé provoque, d'une part, que le point du pied de l'arc électrique au centre de la pièce de guidage de l'arc électrique commute très loin des parois isolantes de l'enceinte d'arc électrique et que, d'autre part, cette commutation s'effectue suffisam- ment rapidement pour limiter le brûlage de l'appui de contact. Cette mesure mène à ce que le dispositif de contact convienne pour interrompre des courants de court-circuits relativement élevés; pour une durée de vie suffisante d'un appareil de branchement économi- quement avantageux. La saillie peut présenter une forme de calotte sphérique. Cette forme est simple à fabriquer et peut avantageusement être fixée sur la pièce de guidage de l'arc électrique. La saillie peut également présenter une forme cylindrique, avec ou sans extrémité arrondie de l'extrémité cylindrique proéminente. Une telle forme 1 donne également des propriétés de commutation favora- bles de l'arc électrique de branchement. La largeur de la saillie correspond avanta- geusement à 0,2 à 0,6 fois la largeur de la pièce de guidage de l'arc électrique. Dans le cas de ce rapport, l'arc électrique de branchement subit une commutation rapide, passant de l'appui de contact à la saillie, et un guidage sûr du point du pied de l'arc électrique, au centre de la pièce de guidage de l'arc électrique. La hauteur de la saillie est située entre 0,2 à 0,8 fois la distance d'ouverture entre les appuis de contact de la pièce de contact fixe et de la pièce de contact mobile. Avec cette hauteur de saillie, on peut atteindre une commutation sûre et rapide de l'arc, passant de l'appui de contact à la pièce de guidage de l'arc électrique. La saillie peut être fixée sur la pièce de guidage de l'arc électrique. On peut choisir à cet effet un procédé connu de brasage ou de soudage. La saillie est avantageusement pourvue d'un picot et présente une forme de champignon, le picot étant inséré dans la pièce de guidage de l'arc électrique. Dans le cas o elle a cette forme, la saillie peut être rivetée dans la pièce de guidage de l'arc électrique. Dans un dispositif de contact comportant une pièce de guidage de l'arc électrique en matériau ferromagnétique---la-saillie-peut être réalisée d'une seule pièce avec la pièce de guidage de l'arc électrique. Cette disposition offre des avantages économiques. La saillie peut être disposée sur une pièce de guidage de l'arc, la distance depuis la saillie, dans la direction longitudinale de la pièce de guidage de l'arc électrique, augmentant constamment, entre la surface de la pièce de guidage de l'arc et le bord, tourné vers la pièce de guidage de l'arc, de la pièce de contact mobile placée en position d'ouverture. Cette disposition de la pièce de guidage de l'arc électrique pourvue d'une saillie aboutit à ce que l'arc électrique quitte rapidement la saillie et protège la saillie même des surcharges thermiques. Des exemples de réalisation de l'invention sont expliqués ci-dessous plus en détail et représenté aux dessins, dans lesquels: - la figure 1 représente en coupe une partie d'une protection; - la figure 2 représente une vue en élévation de la pièce de contact fixe; - la figure 3 représente une vue de dessus de cette pièce de contact fixe; - la figure 4 représente, en vue en éléva- tion et en coupe une pièce de guidage de l'arc élec- trique pourvue d'une saillie en forme de calotte sphé- 3 R rique; - la figure 5 représente une vue de dessus de cette pièce de guidage de l'arc électrique; - la figure 6 représente une vue en éléva- tion d'une autre pièce de contact fixe; - la figure 7 représente une vue de dessus de cette pièce de contact fixe; - la figure 8 représente en coupe une pièce de guidage de l'arc électrique pourvue d'une saillie cylindrique; - la figure 9 représente en coupe une pièce de guidage de l'arc électrique pourvue d'une saillie cylindrique arrondie; - la figure 10 représente en élévation et en coupe une pièce de guidage de l'arc électrique constituée d'un matériau ferromagnétique, avec une saillie formée d'une seule pièce; - la figure 11 représente en vue de dessus cette pièce de guidage de l'arc électrique. Sur la figure 1, on a représenté en coupe une partie d'une des deux moitiés, symétriques, d'une protection qui est équipée d'une pièce de contact fixe 1 et d'une pièce de contact mobile 2. Du fait de la disposition symétrique des deux moitiés de carter, la description suivante de la figure 1 est également valable pour la moitié non représentée de la protection. Le dispositif de contact de la protection est logé dans un carter 3 composé d'un matériau isolant de l'électricité. Une barre d'amenée du courant 5, par exemple composée de cuivre, fixée au carter 3 à l'aide d'une vis 6, s'étend à travers.une paroi 4 du carter 3. A son extrémité située à l'extérieur du carter 3, la barre d'amenée du courant est pourvue d'un raccordement 7 pour un conducteur électrique. Une partie d'amenée du courant 8 allongée de la pièce de contact fixe 1, est reliée de manière démontable à la barre d'amenée du courant 5, à l'aide d'une vis 10 passant dans un évidement 9 ménagé dans la partie d'amenée du courant 8, et est placée sur cette barre d'amenée du courant 5. A côté de la pièce de contact fixe 1, le dispositif de contact présente en outre la pièce de contact mobile 2, sur laquelle est monté un appui de contact 11, qui est reliée par l'intermédiaire d'une pièce de liaison 12 composée d'un matériau conducteur de l'électricité, par exemple du cuivre, à l'autre appui de contact, non représenté, de la pièce de contact mobile 2. L'appui de contact 11 coopère avec un appui de contact 13 de la pièce de contact fixe 1. Les appuis de contact 11 et 13 se composent par exemple de AgCdO. La pièce de liaison 12 est fixée sur un support 14. La structure précise de la pièce de contact mobile 2 réalisée sous forme d'un pont de contact est décrite plus en détail dans le brevet US N 4.472.613. Le dispositif de contact est entouré de manière connue en soi d'une chambre d'extinction d'arc , qui est pourvue d'un certain nombre de tôles d'extinction 16 disposées parallèlement et avec un écartement réciproque. Des ouvertures d'aération 17 sont en outre prévues dans le carter 3. Comme il ressort de la figure 1, l'extrémité de la branche 18 d'une pièce de guidage d'arc 19 s'étend à peu près parallèlement à ces tôles d'extinction 16 et est disposée entre celles-ci et la paroi 4 du carter. Cette branche 18 délimite ainsi la chambre d'extinc- tion de l'arc 15. La pièce de contact fixe 1 représentée également en élévation et en vue de dessus aux figures 2 et 3 présente la partie d'amenée électrique 8 rectiligne ayant la forme d'une barre de courant, et se compose d'un matériau conducteur de l'électricité, par exemple de cuivre. A une de ses extrémités, la partie d'amenée électrique 8 est pourvue de l'évidement 9 ouvert sur une face. Dans la zone de l'autre extrémité de la partie d'amenée électrique 8 repose l'appui de contact 13 en forme de plaquette, qui est relié à la partie d'amenée électrique 8 par brasage._ La pièce de guidage de l'arc électrique 19, qui se trouve du même côté que l'appui de contact 13, est reliée à la partie d'amenée électrique 8. La pièce de guidage de l'arc électrique 19 se compose d'un matériau résistant au brûlage, de préférence d'acier cuivré. Une branche de la partie de guidage de l'arc électrique 19, sensiblement en forme de L, s'étend à proximité immédiate de l'appui de contact 13, en direction opposée de l'écoulement A du courant dans la partie d'amenée électrique 8, s'éloignant de l'appui de contact 13 et appuie sur la partie d'amenée électrique 8. Entre cette branche et la partie d'amenée électrique 8 se trouve une couche intermé- diaire 20 composée d'un matériau isolant de l'électri- cité. Cette couche intermédiaire 20 peut par exemple être une plaquette de mica. La pièce de guidage de l'arc électrique 19 et la partie d'amenée électrique 8 peuvent également être isolées électriquement l'une de l'autre d'une autre manière que celle décrite. Ainsi, il est par exemple possible d'adjoindre, au lieu de la couche intermédiaire 20 sur la partie d'amenée élec- trique 8 un revêtement isolant de l'électricité, par exemple une couche d'oxyde. L!autre branche 18 est écartée de la branche mentionnée, en faisant un angle d'environ 90 . Entre les deux branches qui sont à peu près perpendiculaires entre elles, la pièce de guidage de l'arc électrique 19 est pliée sous un angle d'environ 45'. Cette position inclinée dans la pièce de guidage de l'arc 19 est nécessaire afin que la distance en direction longitudinale, entre le bord 21, tourné vers la pièce de guidage de l'arc 19, de la pièce de contact mobile 2, en position d'ouverture, et la surface de la pièce de guidage de l'arc 19, augmente constamment en partant d'une saillie 26. La saillie 26 est décrite plus-.en détail ci-dessous.- L'arc qui chemine sur la pièce de guidage de l'arc 19 peut ainsi être raccourci sans détour jusqu'à être mené aux t8les d'extinction 16, en étant sujettes à un allongement constant. Au point de liaison, la partie d'amenée électrique 8 et la pièce de guidage de l'arc 19 sont reliées de manière à conduire l'électricité, au moyen de deux rivets 22. Les deux rivets 22 doivent être en un matériau magnétique, bon conducteur de l'électrici- té, afin de ne pas perturber l'action de la saillie 26 en matériau magnétique. Cet exemple de réalisation prévoit deux rivets 22 en cuivre. En observant dans le sens d'écoulement A déjà mentionné du courant, ce point de liaison est situé devant l'appui de contact 13. La branche de la pièce de guidage de l'arc électrique 19 est pourvue à son extrémité tournée vers l'appui de contact 13, de deux languettes 23, 24 s'étendant parallèlement, entre lesquelles se trouve un évidement 25. Cette banche entoure latéralement l'appui de contact 13 à l'aide de ces deux languettes 23, 24. La pièce de guidage de l'arc électrique 19 est pourvue sur sa zone d'extrémité tournée vers l'appui de contact 13, sur la face opposée de la partie d'amenée électrique 8, d'une saillie 26 en matériau ferromagnétique disposée symétriquement au centre de la pièce de guidage de l'arc électrique 19. La plus petite distance entre l'appui de contact 13 et la saillie 26 est exactement de la moitié de l'étendue de la saillie 26, en direction longitudinale de la pièce de guidage de l'arc électrique 19. La saillie 26 est en forme de champignon, comme on le voit également aux figures 4 et 5, et présente une partie supérieure en forme de calotte sphérique. La saillie 26 en forme de champignon est pourvue d'un picot qui est riveté sur la pièce de guidage de l'arc 19. La largeur de la saillie 26 correspond à 0,40 fois la largeur de la pièce de guidage de l'arc électrique 19. La hauteur de la saillie 26 est identique à 0,33 fois la distance d'ouverture entre les appuis de contact 11 et 13 situés sur la pièce de contact fixe 1 et sur la pièce de contact mobile 2. Pour cette largeur et cette hauteur de la saillie 26, on obtient sur celle-ci le renforcement souhaité du champ magnétique produit par le courant à interrompre. Les figures 6 et 7 montrent en élévation et en vue de dessus une autre pièce de contact fixe 28 qui est utilisable pour la protection décrite, avec une barre d'amenée électrique 5 décalée en consé- quence. La partie d'amenée électrique 29 est réalisée en forme de C dans cette disposition. A l'aide de cette amenée de courant, on peut, de manière connue, renforcer le champ de soufflage magnétique agissant sur l'arc électrique de branchement. La commutation rapide de l'arc électrique, passant de l'appui de contact 13 à la pièce de guidage de l'arc électrique 30, et la continuation de l'arc commuté au centre de la pièce..de guidage de l'arc 30 est également provoquée dans ce dispositif par la saillie 31. Dans ce dispositif, la saillie 31 est également en forme de calotte sphérique, mais elle est brasée sur la pièce de guidage de l'arc électrique 30. La figure 8 représente en coupe une pièce de guidage de l'arc 19 avec une saillie 32 de forme cylindrique. La saillie 32 présente un picot 33 qui est riveté sur la pièce de guidage de l'arc électrique 19. On voit à la figure 9 une pièce de guidage de l'arc 19 représentée en coupe, avec une saillie 34 de forme cylindrique, --arrondie à-. son extrémité_proémi- nente. Le picot 35 de cette saillie 34 est également riveté dans la pièce de guidage de l'arc 19. Les figures 10 et 11 représentent en élévation en coupe et en vue de dessus une pièce de guidage de l'arc électrique 36. Cette pièce de guidage électrique 26 se compose de matériau ferromagnétique. La saillie 37 est réalisée ici d'une seule pièce avec la pièce de guidage d'arc 36 et est fabriquée à l'aide d'un outil de presse. Les avantages économiques de cette solution sont évidents. Le mode de réalisation décrit de la protec- tion permet un échange simple de la pièce de contact axe 1. Lorsque le carter 3 est ouvert, celle-ci peut être démontée par desserrage de la vis 10 et remplacée par une nouvelle pièce de contact fixe 1. Il n'est alors pas nécessaire de démonter la liaison entre la barre d'amenée électrique 5 et le conducteur raccordée sur celle-ci. Lorsque soulève la pièce de contact mobile 2 de la pièce de contact fixe 1, il apparaît un arc électrique entre les appuis de contacts 11 et 13. Du fait que la pièce de guidage de l'arc 19 est pourvue d!une saillie ferromagnétique et que l'appui de contact 13 est entouré latéralement à la manière de pinces par la pièce de guidage de l'arc électrique, cet arc passe rapidement au centre de la pièce de guidage de l'arc 19. La saillie 26 se composant d'un matériau ferromagnétique fait que le champ magnétique produit par le courant à interrompre est localement renforcé par la saillie 26, ce qui fait que l'arc de branchement est rapidement commuté de l'appui de contact 13 sur la saillie 26 et ensuite au centre de la pièce de guidage de l'arc 19 et y est guidé vers les tôles d'extinction. Des essais ont montré que le point du pied de l'arc commuté au début de l'appui de contact 13 en passant sur la saillie 26, jusqu'au centre de la pièce de guidage de l'arc 19, reste au centre de la pièce de guidage de l'arc 19 et se déplace le long de la pièce de guidage de l'arc 19 par suite du soufflage magnétique propre. Du fait de la séparation électrique de la pièce de guidage de l'arc 19 de la partie d'amenée électrique 8, au moyen de la couche intermédiaire d'isolation 20, il est en effet provoqué que, en observant depuis l'appui de contact 13, derrière le point de pied de l'arc, qui se situe au point de liaison électrique se trouvant au rivet 22, le sens d'écoulement du courant dans la pièce de guidage de l'arc 19 est opposé au sens d'écoulement A du courant dans la partie d'amenée électrique 8, ce qui fait qu'est assuré un déplacement rapide de l'arc vers les tôles d'extinction 16. Le temps de séjour de l'arc électrique sur l'appui de contact 13 est par conséquent très court, ce qui exerce un effet avanta- geux sur la durée de vie de l'appui de contact 13 et offre également la possibilité d'augmenter les plus forts courants de mise hors circuit admissible. Le guidage de l'arc commuté au centre de la pièce de guidage de l'arc 19 évite une forte sollicitation thermique des parois isolantes de la chambre d'extinc- tion d'arc 15, ce qui peut augmenter la durée de vie/ou le plus fort courant de mise hors circuit admissible de l'appareil de branchement. R E V E N D I C A T I ONS 1') Dispositif de contact pour un appareil de branchement électrique, en particulier pour une protection, avec une pièce de contact fixe et une pièce de contact mobile, la pièce de contact fixe présentant une partie d'amenée électrique allongée, un appui de contact fixé sur la zone d'extrémité de la partie d'amenée électrique et une pièce de guidage d'arc électrique s'y raccordant, s'étendant au moins dans la zone de ce point de raccordement, parallèlement à la partie d'amenée électrique, n'étant reliée, de manière à conduire l'électricité avec la partie d'amenée électrique, qu'à proximité immédiate du point de raccordement et une pièce de liaison de la pièce de contact mobile, qui conduit l'électricité et est également pourvue d'un appui de contact, étant éloignée tant de la partie d'amenée électrique qu'également de la pièce de guidage de l'arc électrique, caractérisé en ce que la pièce de guidage de l'arc électrique (19, 30, 36) est pourvue, à sa zone d'extrémité tournée vers l'appui de contact (13), sur sa face opposée à la partie d'amenée électrique (8, 29), d'une saillie (26, 31, 32, 34, 37) en matériau ferromagnétique, qui est disposée symétriquement au centre de la pièce de guidage de l'arc électrique (19, 30, 36), le plus petit écartement entre l'appui de contact (13) et la saillie (26, 31, 32, 34, 37) étant d'au plus de la moitié de l'étendue de la saillie (26, 31, 32, 34, 37) en direction longitudinale de la pièce de guidage de l'arc électrique (19, 30, 36). 2*) Dispositif de contact selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que la saillie (26, 31, 37) présente une forme de calotte sphérique. 3*) Dispositif de contact selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que la saillie (32) présente une forme cylindrique. 4') Dispositif de contact selon la revendi- cation 3, caractérisé en ce que l'extrémité proémi- nente de la saillie (34) est arrondie. ) Dispositif de contact selon l'une quel- conque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la largeur de la saillie (26,31, 32, 34, 37) corres- pond à 0,2 à 0,6 fois la largeur de la pièce de guida- ge de l'arc électrique (19, 30, 36). 6 ) Dispositif de contact selon l'une quel- conque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la hauteur de la saillie (26, 31, 32, 34, 37) est située entre 0,2 à 0,8 fois la distance d'ouverture entre les appuis de contact (11, 13) de la pièce de contact fixe (1) et de la pièce de contact mobile (2). 7') Dispositif de contact selon l'une quel- conque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la saillie (26, 31, 32, 34) est fixée sur la pièce de guidage de l'arc électrique. 8 ) Dispositif de contact selon la revendi- cation 7, caractérisé en ce que la saillie (26,32, 34) est pourvue d'un picot (27, 33, 35)) et présente une forme de champignon, le picot (27, 33, 35) étant inséré dans la pièce de guidage de l'arc électrique (19). 9 ) Dispositif de contact avec une pièce de guidage de l'arc électrique en matériau ferromagnéti- que, selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la saillie (37) est réalisée d'une seule pièce avec la pièce de guidage de l'arc électrique (36). ) Dispositif de contact selon l'une quel- conque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la saillie (26, 31, 32, 34, 37) est disposée sur une pièce de guidage de l'arc électrique (19, 30, 36), entre la surface et le bord (21) tourné vers la pièce de guidage de l'arc électrique (19, 30, 36) de la pièce de contact (2) mobile placée en position d'ouverture, la distance en direction longitudinale de la pièce de guidage de l'arc électrique (19, 30, 36) depuis la saillie (26, 31, 32, 34, 37) augmentant constamment.