Brevet FR2677487A1 — publié le 19921211

INTERRUPTEUR ELECTRIQUE SOUS VIDE. L'invention est relative à un interrupteur électrique moyenne tension à cartouche allongée sous vide, dans laquelle est logée une paire de contacts s'étendant axialement à l'intérieur de la cartouche, et dont l'un, mobile, est monté à coulissement axial, ladite cartouche étant obturée à ses extrémités par des fonds, dont au moins un est métallique et comporte une partie centrale connectée électriquement à l'un desdits contacts, une plage d'amenée de courant agencée sur la périphérie du fond, une spire fendue mécaniquement et électriquement solidaire du fond et connectée entre ladite plage et la partie centrale du fond pour former un trajet de parcours du courant en forme de bobine qui engendre un champ axial dans la zone de séparation des contacts. La demande de brevet français no 8916443 du 11 12 1989 de la demanderesse décrit un interrupteur électrique du genre mentionné dans lequel la coupure du courant est réalisée dans la cartouche à vide Le champ magnétique axial engendré par le courant parcourant la bobine augmente le pouvoir de coupure de la cartouche en provoquant une diffusion de l'arc et en évitant toute concentration d'énergie en un point particulier Cette bobine est coaxiale à la cartouche et de forme aplatie, et elle peut être constituée soit par un conducteur fixé par soudage audit fond, ou être définie par un sillon spiroidal taillé dans la masse, en l'occurrence dans l'épaisseur du fond sur la face interne à la cartouche. Cet interrupteur connu donne satisfaction mais il s'est avéré intéressant d'accroître l'intensité du champ magnétique axial de soufflage de l'arc, et la présente invention a pour but de réaliser un tel accroissement en conservant la structure simple de l'ampoule. L'interrupeur électrique selon l'invention est caractérisé en ce que la résistance électrique du trajet conducteur radial entre ladite plage et la partie centrale, constitué par ledit fond, est augmentée pour dériver une partie accrue du courant vers la spire qui engendre le champ de soufflage de l'arc. L'invention est basée sur la constatation que seul le courant parcourant la spire engendre un champ magnétique axial, la partie du courant parcourant le trajet radial étant inutilisée ou inactive. Selon l'invention, la résistance électrique du trajet radial est augmentée afin de dériver la plus grande partie du courant dans la spire qui engendre le champ de soufflage de l'arc La résistance électrique du trajet radial peut être augmentée de différentes manières, notamment par l'allongement de ce trajet radial, obtenu par des ondulations du fond ou par une fente, ménagée à l'interface de la spire et du fond. Selon une autre variante de réalisation, comprenant une spire constituée par un conducteur électrique soudé au fond, il est possible d'utiliser des matériaux de résistivité différente, le matériau du fond étant de résistivité élevée pour favoriser le passage du courant à travers la spire Toutes ces mesures sont bien entendu utilisées en combinaison avec une diminution maximale de l'épaisseur du fond afin de réduire au maximum la section de passage du courant selon le trajet radial, mais cette diminution est limitée par la résistance mécanique indispensable du fond de l'ampoule. Le fond agencé en bobine de soufflage axial présente l'avantage d'une protection du point de jonction entre la partie céramique constituant le corps cylindrique de l'ampoule et le fond métallique, lequel point est protégé par la spire externe agissant en écran de répartition de champ Les ondulations ou fente ménagées dans le fond confèrent à ce dernier une certaine élasticité qui amortit la transmission des chocs des contacts vers la partie céramique de l'ampoule. L'invention est particulièrement appropriée à un disjoncteur électrique à enceinte étanche remplie d'hexafluorure de soufre, dans laquelle sont logés des contacts principaux, et en parallèle la cartouche à vide dont les contacts constituent des contacts d'arc qui s'ouvrent après la séparation des contacts principaux L'invention sera décrite dans cette application préférentielle et le lecteur se reportera avantageusement à la demande de brevet précitée pour de plus amples détails. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, d'un mode de mise en oeuvre de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un disjoncteur à ampoule sous vide selon l'invention. La figure 2 est une vue partielle à échelle agrandie du fond de l'ampoule selon la figure 1. La figure 3 est une vue de dessous du fond selon la figure 2. La figure 4 est une vue analogue à celle de la figure 2, illustrant une variante de réalisation. La figure 1 correspond à celle de la demande de brevet français précitée, et on reconnaît le disjoncteur moyenne tension à enceinte étanche 10, dont la paroi 12 métallique ou isolante peut être celle d'une installation ou d'un poste à isolation gazeuse, ou celle d'un pôle ou des trois pôles du disjoncteur Le pôle représenté à la figure 1 comporte deux traversées étanches 14,16 de conducteurs 18 d'entrée et de sortie 20 du courant, qui se terminent à l'extérieur de l'enceinte 10 par des plages 22 de raccordement et à l'intérieur, respectivement par un support 24 d'un contact principal fixe 26 et par un support 28 d'un contact principal mobile 30, en forme de couteau monté à pivotement sur un axe fixe 32 En position de fermeture le contact principal mobile 30 est aligné, et au contact du contact principal fixe 26 pour fermer le circuit principal, constitué par le conducteur d'entrée 18, le support 24, les contacts principaux fixe 26, et mobile 30, le support 28 et le conducteur de sortie 20 Les supports 24,28 sont prolongés par des bras 34,36 s'étendant transversalement et encadrant par leurs extrémités libres une cartouche à vide 38 L'enveloppe cylindrique 40 de la cartouche 38 est obturée d'une manière étanche à ses deux extrémités par des fonds métalliques 42,44, chacun relié mécaniquement et électriquement à l'extrémité libre du bras associé 34,36 L'axe de la cartouche est sensiblement parallèle aux contacts principaux 26,30 alignés en position de fermeture et une paire de contacts d'arc allongés 46,48 est disposée coaxialement dans la cartouche 38 Les contacts d'arc, dont l'un 46 est fixe et solidaire du fond 42, et dont l'autre 48 est mobile, porte chacun une pièce de contact 50 en forme de disque Le contact d'arc mobile 48 traverse avec interposition d'un soufflet d'étanchéité le fond 44 auquel il est relié électriquement Il est facile de voir que les bras 34,36, les fonds 42,44 et les contacts d'arc 46,48 avec leur pièces de contact 50 aboutées, forment un circuit auxiliaire d'arc connecté en parallèle des contacts principaux 26,30. Un arbre rotatif 52 de commande traverse la paroi 12 et porte à son extrémité interne une manivelle 54, reliée d'une part par une bielle articulée 56 au couteau principal 30 et d'autre part par une biellette 58 et une boutonnière 60 au contact d'arc mobile 48 Dans la boutonnière 60, ménagée dans la biellette 58, est monté à coulissement un tourillon 62 porté par la manivelle 54 de manière à constituer une liaison à course morte sollicitée en extension par un ressort 65 Le mécanisme est agencé de manière qu'au cours d'une manoeuvre d'ouverture du disjoncteur, commandée par une rotation de l'arbre 52 dans le sens des aiguilles d'une montre, le contact principal mobile 30 s'ouvre en premier, les contacts d'arc 46,48 restant en un premier temps fermés grâce à la course morte 60,62 Le courant qui passait par les contacts principaux 26,30 est commuté dans le circuit d'arc sans formation d'arc sur les contacts principaux 26,30 Une rotation poursuivie de l'arbre 52 provoque l'ouverture des contacts d'arc 46,48 et l'ouverture définitive du disjoncteur. La manoeuvre de fermeture, commandée par une rotation inverse de l'arbre 52, ferme en premier les contacts d'arc 46,48, puis les contacts principaux 26,30. L'enveloppe cylindrique 40 de la cartouche à vide 38 est en céramique ou en verre avec une surface externe lisse, dont la longueur axiale définit la ligne de fuite critique de la cartouche 38 Cette longueur axiale est déterminée en fonction de la tension, pour assurer une tenue diélectrique suffisante et cette longueur est notablement inférieure à celle d'une cartouche placée dans l'air En moyenne tension cette longueur est inférieure ou voisine de 15 cm et l'encombrement réduit de la cartouche à vide 38 facilite son logement. Les pièces de contact 50 des contacts d'arc 46,48 sont en un matériau à haute résistivité, notamment réfractaire, tel que la tungstène, le chrome ou des alliages de ces métaux, pour accroître leur tenue à l'arc La forte résistivité de ces matériaux n'est pas gênante, puisque le courant permanent est pris en charge par les contacts principaux 26,30 Cette forte résistivité contitue même un avantage notable en réduisant les courants induits dans les pièces de contact 50. En se référant plus particulièrement aux figures 2 et 3 on voit que le fond 42, disposé du c Até du contact d'arc fixe 46, comporte une partie en forme de plaque 66 et une spire 68 fendue de grande section, solidaire de la périphérie de la plaque L'une 70 des extrémités de la spire 68 est agencée en plage d'amenée de courant, reliée au bras 34 et l'autre extrémité 72 est connectée à la partie centrale ou au contact fixe 46 Le courant amené par le bras 34 parcourt en grande partie la spire ou bobine 68, seule une faible part passant par la plaque 66 Le champ axial assure une diffusion de l'arc et permet ainsi l'obtention d'un pouvoir de coupure élevé La plaque 66 présente des ondulations 74 qui augmentent le trajet radial du courant dans la plaque 66 entre la périphérie du fond 42 et la partie centrale, et augmentent ainsi la résistance électrique de ce trajet radial pour favoriser le passage du courant dans la bobine 68 Les ondulations 74 confèrent au fond 42 une certaine élasticité susceptible d'amortir les chocs, transmis par les contacts à la partie cylindrique en céramique 40 de l'ampoule. Les ondulations 74 sont applicables à un fond 42 présentant une bobine 68 taillée dans la masse de la manière représentée sur la figure 2, ainsi qu'à un fond portant une bobine 68 solidarisée par soudage ou tout autre moyen approprié. La figure 4 illustre une variante de réalisation dans laquelle la longueur du trajet radial est augmentée par une fente 76 ménagée à l'intérieur de la spire 68 Cette fente 76 impose un trajet en épingle à cheveux au courant parcourant radialement le fond 42 de la plage d'amenée de courant 70 vers la partie centrale 46. Il est clair que l'allongement par ondulation 74 ou par fente 76 peuvent être combinés, les effets s'additionnant pour accroître la part du courant passant par la spire 68 Dans le cas d'une spire rapportée, il est également possible d'utiliser des matériaux de résistivité différente, en l'occurrence un matériau de forte résistivité pour la plaque de fond 66 et de faible résistivité pour la spire 68 Il est clair que la simplicité de l'ampoule selon la demande de brevet précitée est intégralement conservée tout en améliorant le pouvoir de coupure et la protection de la partie céramique de la cartouche. L'invention a été décrite pour une bobine à une seule spire mais il est clair qu'elle est applicable à une bobine à plusieurs spires. REVENDICATIONS 1 Interrupteur électrique moyenne tension à cartouche allongée sous vide ( 38), dans laquelle est logée une paire de contacts ( 46,48) s'étendant axialement à l'intérieur de la cartouche ( 38), et dont l'un, mobile, est monté à coulissement axial, ladite cartouche étant obturée à ses extrémités par des fonds ( 42,44), dont au moins un ( 42) est métallique et comporte une partie centrale ( 72) connectée électriquement à l'un desdits contacts ( 46,48), une plage d'amenée de courant agencée sur la périphérie du fond ( 42), une spire ( 68) fendue mécaniquement et électriquement solidaire du fond et connectée entre ladite plage ( 70) et la partie centrale ( 46) du fond pour former un trajet de parcours du courant en forme de bobine qui engendre un champ axial dans la zone de séparation des contacts, caractérisé en ce que la résistance électrique du trajet conducteur radial entre ladite plage ( 70) et la partie centrale ( 46), constitué par ledit fond ( 42), est augmentée pour dériver une partie accrue du courant vers la spire ( 68) qui engendre le champ de soufflage de l'arc. 2 Interrupteur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la spire ( 68) est taillée dans l'épaisseur dudit fond ( 42) sur la face interne à la cartouche et sur le bord externe du fond ( 42). 3 Interrupteur électrique selon la revendication i caractérisé en ce qu'un conducteur en forme de spire fendue ( 68) est solidarisé à la face interne du fond ( 42) en forme de plaque et sur le bord externe du fond ( 42). 4 Interrupteur électrique selon la revendication 1,2 ou 3, caractérisé en ce que la partie en forme de plaque ( 66) du fond ( 42) présente des ondulations ( 74) d'allongement dudit trajet conducteur radial. Interrupteur électrique selon la revendication 1,2,3 ou 4 caractérisé en ce qu'une fente borgne ( 76) ouverte vers l'extérieur de la cartouche est ménagée le long du pourtour interne de la spire ( 68) pour imposer un trajet en épingle à cheveux au courant radial entre le plage ( 70) et la partie centrale. 6 Interrupteur électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que la résistivité du matériau du fond ( 42) est plus grande que celle de la spire ( 68). 7 Interrupteur électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte étanche ( 10) remplie d'hexafluorure de soufre, dans laquelle est disposée une cartouche à vide ( 38) contenant une paire de contacts d'arc ( 46,48), une paire de contacts principaux connectés électriquement en parallèle desdits contacts d'arc ( 26,30), et un mécanisme de commande ( 54) desdits contacts ( 26,30; 46,48) pour ouvrir -les contacts d'arc ( 46,48) après les contacts principaux ( 26,30), et les fermer avant les contacts principaux ( 26,30), ladite cartouche à vide ayant un fond métallique ( 42) avec une spire ( 68) sur la périphérie et des ondulations ( 74) ou un trajet en épingle à cheveux entre la plage ( 70) d'amenée de courant et la partie centrale ( 46).