Brevet FR2655770A1 — publié le 19910614

L'invention est relative à un disjoncteur multipolaire basse tension à boîtier moulé, subdivisé par des cloisons isolantes en compartiments internes chacun associé à l'un des pôles, chaque compartiment contenant une paire de contacts séparables, un empilage de tôles de déionisation de l'arc, tiré lors de la séparation desdits contacts et un orifice d'échappement des gaz de coupure muni d'un premier dispositif de refroidissement de ces gaz. La coupure d'un courant de court-circuit avec ou sans limitation du courant, ne peut se faire qu'en absorbant de l'énergie. L'ordre de grandeur de cette énergie est de une à deux fois l'énergie selfique du circuit acquise à la valeur du courant crête La coupure par un disjoncteur à arc revient à utiliser un plasma comme intermédiaire essentiel pour absorber cette énergie Si l'allongement de l'arc ne suffit pas pour assurer la coupure, celui-ci est forcé contre et dans une chambre de coupure Cette chambre est généralement constituée par un empilage de plaques métalliques, que l'arc, fractionné ou pas, va chauffer, fondre et vaporiser en partie. Tous ces phénomènes thermiques sont bien connus pour leurs grandes capacités d'absorption d'énergie. La colonne d'arc, portée à haute température (y 15000 K) dans un volume réduit, donne lieu à de fortes pressions et, afin de limiter ces pressions et pour contribuer au déplacement de l'arc dans la chambre, on prévoit des ouvertures spécialement étudiées qui permettent un écoulement d'une partie de ces gaz vers l'extérieur après qu'ils aient traversé un dispositif de filtrage plus ou moins efficace pour les refroidir. Suivant les conditions d'installation, ces gaz encore chauds et ionisés peuvent constituer une gêne pour l'environnement et engendrer des effets nefastes tels que des incendies, amorçages, brûlures, pression dans les coffrets, courants de fuite pendant la coupure Une solution consiste à renforcer le dispositif de filtrage mais celui-ci devient rapidement trop volumineux et difficile à implanter pôle par pôle sur un disjoncteur multipolaire, sans pénaliser les conditions d'installation. La présente invention a pour but de permettre la réalisation d'un dispositif de filtrage des gaz d'échappement qui soit efficace et d'un encombrement réduit. Le disjoncteur selon l'invention est caractérisé en ce que l'ensemble desdits orifices d'échappement débouchent dans une chambre commune aux différents pôles et communiquant avec le milieu ambiant par une ouverture de sortie des gaz et qu'un deuxième dispositif de refroidissement est disposé sur la trajectoire d'écoulement des gaz entre lesdits orifices d'échappement et ladite sortie. Selon la présente invention les gaz chauds sont refroidis par un deuxième filtre commun à l'ensemble des pôles et l'encombrement de ce filtre commun est inférieur à celui de filtres complémentaires individuels équivalents L'invention est basée sur la constatation que lors de la coupure d'un courant de court- circuit, par exemple triphasé, seul l'un des pôles est sollicité au maximum et la chambre commune de refroidissement ou de filtrage n'a pas besoin d'être adaptée à trois fois cette valeur maximale, mais seulement à deux fois Le coût et l'encombrement du filtre additionnel peuvent donc être réduits Il est possible de prévoir un tel filtre à demeure sur le disjoncteur, ou intégré à celui-ci, ou d'agencer ce filtre en bloc de filtrage complémentaire, qui peut être associé au disjoncteur ou au châssis de celui-ci, lors de conditions d'installation astreignantes, notamment à l'intérieur d'armoires soumises à des conditions climatiques exceptionnelles ou lors d'utilisations spéciales. Le dispositif de refroidissement ou filtre commun comporte un empilage de grilles, préférentiellement métalliques, disposé sur l'ensemble des pôles du disjoncteur à une distance suffisante pour ménager un volume de répartition des gaz pouvant provenir de l'un quelconque des pôles lors de la coupure Ce volume est aussi fonction des pressions optimales recherchées pour ne pas réagir sur la qualité de la coupure. Les gaz qui traversent le filtre sont chauds et partiellement ionisés, et selon un perfectionnement de l'invention la ou les grilles métalliques sont montées sur un support ou cadre isolant et peuvent être portées à un potentiel flottant, différent de celui de la masse, sans engendrer des courants de fuite et des risques d'amorçage. Un deuxième volume est avantageusement ménage en aval de la grille du filtre pour assurer l'évacuation des gaz déjà refroidis vers l'extérieur Ce volume est défini selon les cas d'installation, notamment des conditions de sécurité à respecter pour assurer la double isolation vis-àvis d'une pièce en potentiel flottant et ayant des dimensions supérieures à 50 mm. Le calcul de la masse du filtre doit tenir compte de différents facteurs, en particulier de l'énergie rejetée à l'extérieur du disjoncteur par exemple de 5 à 10 % de l'énergie d'arc totale et de l'échauffement acceptable Le filtre peut être une grille unique ou tout autre matériau perforé ou poreux ou un empilage, par exemple de grilles accolées ou espacées Le trajet de gaz s'échappant du premier dispositif de refroidissement est avantageusement rectiligne à travers les deux volumes et la grille du filtre vers l'extérieur Dans certains cas, des évents du premier volume du filtre permettent un échappement direct d'une partie des gaz vers des zones non dangereuses. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de deux modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique en élévation, partiellement arrachée d'un disjoncteur selon l'invention; la figure 2 est une coupe transversale du disjoncteur selon la fig 1; la figure 3 est une vue en perspective d'un disjoncteur sans filtre complémentaire; la figure 4 est une vue en perspective, partiellement en coupe d'un filtre complémentaire; la figure 5 est une vue en perspective d'une variante de réalisation selon l'invention; la figure 6 est une coupe transversale partielledudisjoncteur et de son châssis selon la figure 5; les figures 7 et 8 sont des vues en perspective du disjoncteur et du filtre selon la figure 5. Sur les figures un disjoncteur 10 basse tension, à boîtier moulé 11, du type commercialement dénommé MASTERPACT, comporte trois pôles 12,13,14 adjacents, et séparés par des cloisons internes ,16 Les trois pôles 12,13, 14 sont identiques et comportent chacun des plages 17 d'entrée et de sortie, une paire de contacts séparables 18, une chambre de coupure formée par un empilage de tôles de déionisation 19 et un dispositif de filtrage ou de refroidissement 20 associé à un orifice d'échappement 21, 22,23 des pôles 12,13,14 Un mécanisme 24, dont seule la manette est représentée, commande l'ouverture et la fermeture des pôles 12,13,14 notamment l'ouverture automatique sur défaut avec formation d'arcs, lors de la séparation des contacts 18. L'action de l'arc provoque un échauffement et une surpression dans chaque pale 12,13,14 avec un échappement de gaz par les orifices 21,22,23 à travers les filtres 20 de refroidissement. L'intensité des différents arcs dépend de l'intensité du courant coupé dans chaque pôle, seul l'un des pôles 12,13,14 étant sollicité au maximum Un tel disjoncteur est bien connu et il est inutile de le décrire plus en détail. Selon l'invention un bloc 25 additionnel de refroidissemnet ou de filtrage, schématiquement représenté à la fig 4, est accolé au boîtier moulé 11 en regard des orifices d'échappement 21,22,23 pour confiner une chambre commune 26 dans laquelle débouchent les orifices 21,22,23 des trois pôles La chambre 26 est subdivisée en deux volumes 27 et 28 par une grille 29 de refroidissement, formant une cloison interne perforée Le premier volume 27, en regard du disjoncteur 10, répartit les gaz s'échappant des orifices 21,22,23 et se dirigeant à travers la grille 29 vers le deuxième volume 28, lequel communique avec l'extérieur ou le milieu ambiant par des ouvertures 30, ménagées dans le bloc 25 La grille 29 est isolée électriquement, par exemple en réalisant les parois du bloc 25 en un matériau isolant moulé ou de toute autre manière pour la considérer, lors d'une coupure, à un potentiel flottant, par rapport aux gaz ionisés traversant les orifices 21,22,23 Le premier volume 27 est suffisamment grand pour égaliser la pression dans ce volume des gaz sortant des différents orifices 21,22,23, ceux-ci traversant selon une trajectoire sensiblement rectiligne la grille 29 le deuxième volume 26 et les ouvertures 30, en subissant un refroidissement complémentaire Les dimensions du deuxième volume 28 et des ouvertures 30 sont déterminées par les conditions d'écoulement des gaz et de sécurité et le filtre complémentaire 25 est adapté aux surpressions optimales pour la coupure dans les pôles 12,13,14. Il est clair que lors d'une coupure d'un court-circuit les gaz s'échappant du pôle le plus chargé, utilisent une plus grande partie de la capacité de refroidissement de la grille 29 que ceux du pÈle le moins chargé et cette répartition permet une réduction de la capacité du filtre complémentaire 25 par rapport à trois filtres individuels, associés aux trois ptles 12,13,14 Le filtre 25 peut être fixé par tout moyen approprié au boîtier moulé 11 et il est également possible d'intégrer ce bloc 25 au boîtier moulé 1 1 en prévoyant une chambre commune, communiquant avec les trois pôles par les orifices 21,22,23 et contenant un filtre commun additionnel 29 De même la grille 29 peut être constituée par une superposition de plusieurs grilles ou être remplacée par un bloc poreux ou perforé. Les figures 5 à 8 illustrent une variante de réalisation, dans laquelle les mêmes numéros de repère sont utilisés pour désigner des pièces analogues ou identiques à celles des figures 1 à 4. Le disjoncteur 10 est associé à un châssis 31 d'embrochage, ayant sur la face arrière des pinces d'embrochage 32, coopérant avec les plages 1 7 et sur la face avant un bloc de connexion 33 Le bloc additionnel de filtrage 25 est fixé au châssis 31 de telle manière que ce bloc 25 soit en regard des orifices d'échappement 21,22,23 lorsque le disjoncteur 10 est embroché en position de travail Le fonctionnement reste bien entendu le même, l'adjonction du filtrage additionnel s'effectuant automati- quement lors de la mise en place du disjoncteur Le ou les châssis 31, logés dans une armoire soumise à des conditions d'exploitation exceptionnelles nécessitant un refroidissement additionnel des gaz de coupure, peuvent être équipés de blocs de filtrage 25 sans nécessiter une modification quelconque du disjoncteur. Le bloc additionnel peut bien entendu être associé ou intégré à des disjoncteurs de structure différente, la forme et la constitution étant adaptées en conséquence. L'invention n'est pas limitée aux modes de mise en oeuvre décrits. REVENDICATIONS 1) Disjoncteur multipolaire basse tension à boîtier moulé ( 11), subdivisé par des cloisons isolantes ( 15,16) en compartiments internes chacun associé à l'un des pôles ( 12,13,14), chaque compartiment contenant une paire de contacts séparables ( 18), un empilage de tôles ( 19) de déionisation de l'arc, tiré lors de la séparation desdits contacts et un orifice ( 21,22,23) d'échappement des gaz de coupure, muni d'un premier dispositif ( 20) de refroidissement de ces gaz, caractérisé en ce que l'ensemble desdits orifices d'échappement ( 21,22,23) débouchent dans une chambre ( 26) commune aux différents pôles et communiquant avec le milieu ambiant par une ouverture ( 30) de sortie des gaz et qu'un deuxième dispositif de refroidissement ( 29) est disposé sur la trajectoire d'écoulement des gaz entre lesdits orifices d'échappement ( 21,22,23) et ladite sortie ( 30). 2) Disjoncteur multipolaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit deuxième dispositif de refroidissement ( 29) comporte des parties métalliques de filtrage des gaz montées isolées sur un cadre de support. 3) Disjoncteur multipolaire selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite chambre commune ( 26) est intégrée au boîtier moulé ( 11) du disjoncteur. 4) Disjoncteur multipolaire selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite chambre commune ( 26) est constituée par un bloc ( 25) susceptible d'être accolé audit bottier moulé ( 11) en regard desdits orifices d'échappement ( 21,22,23). ( 5) Disjoncteur multipolaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les gaz sortant de l'empilage des tôles de déionisation ( 19) du disjoncteur suivent une trajectoire sensiblement rectiligne en passant successivement par les orifices d'échappement ( 21,22,23), le deuxième dispositif de refroidissemnet ( 29) et l'ouverture de sortie ( 30). 6) Disjoncteur multipolaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième dispositif de refroidissement ( 29) est une grille métallique subdivisant ladite chambre en deux volumes ( 27,28). 7) Disjoncteur multipolaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, disposé dans une armoire métallique, caractérisé en ce que ledit deuxième dispositif de refroidissement ( 29) en forme de grille métallique est isolé des autres parties du disjoncteur et de l'armoire métallique. 8) Disjoncteur multipolaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, monté sur un châssis débrochable ( 31) caractérisé en ce que ladite chambre commune ( 26) est solidaire dudit châssis ( 31) et disposée de manière à venir en regard des orifices d'échappement ( 21,22,23) lors de l'embrochage du disjoncteur en position de travail.