Brevet FR2711012A1 — publié le 19950414

DISJONCTEUR A CHAMBRE D'EXTINCTION D'ARC PERFECTIONNEE L'invention est relative à un disjoncteur électrique ayant un contact fixe, un contact mobile actionné par un mécanisme de commande entre une position fermée dans laquelle le contact mobile est en engagement avec le contact fixe, et une position ouverte après séparation desdits contacts pour l'interruption du courant traversant le disjoncteur, une paire de conducteurs d'amenée de courant; et au moins une chambre d'extinction d'arc disposée au voisinage des contacts pour refroidir et interrompre l'arc pendant la phase de séparation desdits contacts, ladite chambre comprenant un empilage de séparateurs parallèles de désionisation équipés de fentes en forme de U renversé. L'usage de séparateurs parallèles en acier magnétique dans une chambre d'extinction d'arc permet d'augmenter la surface d'échange entre les gaz chauds et le métal, et dans les cas favorables, de fractionner l'arc en une pluralité d'arcs courts permettant une élévation de la tension d'arc d'une vingtaine de volts par séparateur. Dans les disjoncteurs connus, les contacts sont souvent agencés dans une chambre de formation d'arc séparée de la chambre d'extinction d'arc par une certaine distance autorisant le développement de l'arc. Le volume de gaz engendré par l'arc étant proportionnel à sa température, la pression à l'intérieur de la chambre peut atteindre une valeur élevée lorsque le volume de gaz devient trop grand. Ce phénomène existe notamment avec l'usage de matériaux isolants gazogènes en contact avec l'arc. En pratique, l'arc ne s'insère correctement entre les séparateurs que pour les courants relativement faibles. Au delà d'une certaine intensité, il reste dans la chambre de formation d'arc, ou rentre que partiellement dans la chambre d'extinction à cause de l'effet de bouchon dû à la pression élevée. L'arc arrive néanmoins à se refroidir par un effet combiné de convection, de conduction au contact de la tranche des séparateurs, et également de rayonnement. L'insertion de l'arc devient possible lorsque le diamètre de l'arc diminue, ce qui se produit quand le courant commence à décroître après limitation. Un tel dispositif retarde l'instant de l'extinction de l'arc. L'objet de l'invention consiste à limiter la pression engendrée dans une chambre d'extinction d'arc d'un disjoncteur et à améliorer la coupure indépendamment de la valeur du courant de court-circuit. Le disjoncteur selon l'invention est caractérisé en ce que le contact fixe est logé à l'intérieur de la chambre d'extinction d'arc, et coopère avec la pièce de contact du contact mobile déplaçable dans le volume de formation d'arc formé par les fentes étroites des séparateurs successifs, que les parois latérales de confinement des fentes entourent à faible jeu le contact mobile, et que l'extrémité de la pièce de contact mobile parcourt une trajectoire proche du fond des fentes. 2 2711012 Selon une caractéristique de l'invention, le contact fixe est porté par un conducteur d'amenée de courant dans le volume de formation d'arc, et au voisinage d'une tôle d'extrémité de la chambre d'extinction d'arc. La disposition de la zone de formation d'arc dans le volume de confinement des fentes des tôles de la chambre d'extinction réduit le développement de l'arc à une trajectoire minimum qui contribue à un refroidissement précoce de l'arc. nl en résulte une diminution notable du volume de gaz qui maintient la pression interne à une valeur modérée, même en présence d'un courant de court-circuit élevé. L'arc pénètre rapidement dans les interstices des différentes tôles en se fractionnant en plusieurs arcs courts. L'accroissement rapide de la tension d'arc est alors favorable à une extinction rapide de l'arc, quel que soit la valeur du courant à interrompre. s D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de réalisation 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 d'un pôle de disjoncteur équipé de chambres d'extinction d'arc selon l'invention. La figure 2 est une vue en coupe selon la ligne 2-2 de la figure 1. La figure 3 montre une variante de la figure 2. La figure 4 est une vue de profil de la figure 3. Sur la figure 1, un pôle 10 d'un disjoncteur électrique à boîtier 12 isolant moulé, comporte un contact mobile 14 en forme de pont porté par un barreau 16 de commutation en matériau isolant. Le pont de contact mobile 14 est doté de deux pièces de contact 14a, 14b coopérant d'un côté avec un premier contact fixe 18, et du côté opposé avec un deuxième contact fixe 20. Le pont de contact 14 est monté flottant sur le barreau 16 par l'intermédiaire de deux ressorts 22, 24 de pression de contact. Le premier contact fixe 18 est raccordé à une plage 26 d'amenée de courant, et le deuxième contact fixe 20 est relié à une autre plage 28 d'amenée de courant, laquelle est diamétralement opposée par rapport à l'axe 30 de rotation du barreau 16. A chaque paire de contacts 14a, 18; 14b, 20 du pôle 10 est associée une chambre d'extinction d'arc '32 formée par un empilage de séparateurs ou tôles 34 de désionisation, s'étendant 3 2711012 sensiblement parallèlement les unes par rapport aux autres, en étant séparées par des intervalles réguliers. Chaque tôle 34 ou séparateur est réalisé en acier magnétique, et est conformé en une plaque quadrangulaire, équipée d'une fente 36 centrale en U (figure 2), adaptée au passage du contact mobile 14. La présence des tôles 14 parallèles dans la chambre 32 augmente la surface d'échange entre les gaz chauds et le métal, suivi du fractionnement de l'arc en une pluralité d'arcs partiels accrochés entre les tôles 34 successives. Il en résulte une augmentation de la tension d'arc, et une extinction rapide de l'arc. Sur la figure 2, on remarque que le contact fixe 18 est logé à l'intérieur de la chambre d'extinction 32, et que le débattement de la pièce de contact 14a du contact mobile 14 dans les fentes 36 des tôles 34 s'effectue avec un faible jeu. L'extrémité de la pièce de contact 14a se déplace en regard du fond 38 de la fente 36 de chaque tôle 34, et les parois latérales 40, 42 de la fente 36 étroite épousent sensiblement la forme du contact mobile 14. Une telle pénétration du contact mobile 14 dans les fentes 36 des tôles 34 permet d'obtenir la naissance de l'arc directement à l'intérieur de la chambre 32. L'arc initial se développe dans le volume des fentes 36, et s'accroche rapidement sur les tôles 34 en se fractionnant en plusieurs arcs courts. Le refroidissement précoce de l'arc restreint le volume occupé par ce dernier dans la chambre d'extinction 32, et maintient de ce fait la pression à une valeur modérée, même en présence d'un courant de court-circuit. La plage d'amenée de courant 26, 28 servant de support au contact fixe 18, 20 associé est avantageusement conformée en demi-boucle favorisant le développement rapide de l'arc vers les tôles 34. Selon la variante illustrée aux figures 3 et 4, les tôles 134 de la chambre d'extinction d'arc 132 comportent également des fentes 136 étroites en forme de U à parois latérales 140, 142, mais l'épaisseur des deux branches latérales 140a, 142a disposées de part et d'autre des fentes 136 est supérieure à celle de la partie postérieure 143 commune. Après séparation des contacts 18, 14a; 20, 14b, l'arc s'insère rapidement par attraction magnétique dans les interstices 145, 146, 147 ménagés entre les parties postérieures 143 des tôles 134 successives. Chaque intervalle entre les tôles 134 au niveau de la partie antérieure des branches 140a, 142a présente une épaisseur sensiblement égale à la moitié de l'épaisseur des interstices 145, 146, 147. Une telle chambre d'extinction 132 permet d'obtenir une coupure rapide de l'arc. Les tôles peuvent également être remplacées par des séparateurs en matériau réfractaire poreux. 4 2711012 REVENDICATIONS 1.Disjoncteur électrique ayant un contact fixe (18, 20), un contact mobile (14, 14a, 14b) actionné par un mécanisme de commande entre une position fermée dans laquelle le contact mobile (14, 14a, 14b) est en engagement avec le contact fixe (18, 20), et une position ouverte après séparation desdits contacts pour l'interruption du courant traversant le disjoncteur, une paire de conducteurs (26, 28) d'amenée de courant, et au moins une chambre d'extinction d'arc (32, 132) disposée au voisinage des contacts pour refroidir et interrompre l'arc pendant la phase de séparation desdits contacts, ladite chambre comprenant un empilage de séparateurs (34, 134) de désionisation équipés de fentes (36, 136) en forme de U renversé, caractérisé en ce que le contact fixe (18, 20) est logé à l'intérieur de la chambre d'extinction d'arc (32, 132), et coopère avec la pièce de contact (14a, 14b) du contact mobile (14) déplaçable dans le volume de formation d'arc formé par les fentes (36, 136) étroites des séparateurs (34, 134) successifs, que les parois latérales (40, 42; 140, 142) de confinement des fentes (36, 136) entourent à faible jeu le contact mobile (14), et que l'extrémité de la pièce de contact mobile (14a, 14b) parcourt une trajectoire proche du fond des fentes (36, 136). 2. Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le contact fixe (18, 20) est porté par un conducteur d'amenée de courant (26, 28) dans le volume de formation d'arc, et au voisinage du séparateur d'extrémité de la chambre d'extinction d'arc (32, 132). 3. Disjoncteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le conducteur d'amenée de courant (26, 28) est conformé selon une demiboucle favorisant le déplacement rapide de l'arc 2 vers les tôles (34, 134). 4. Disjoncteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'épaisseur des séparateurs (34) en matériau magnétique est uniforme. 5. Disjoncteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'épaisseur des séparateurs en matériau magnétique décroît vers la sortie de la chambre d'extinction d'arc. 6. Disjoncteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les deux branches (140a, 142a) latérales disposées de part et d'autre de la fente (136) de chaque séparateur (134) présente une épaisseur supérieure à celle de la paroi postérieure (143) commune. 7. Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les séparateurs sont formés par des tôles en acier. 2711012 8. Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les séparateurs sont réalisés en un matériau réfractaire poreux.