Brevet FR2721434A1 — publié le 19951222

AMPOULE SOUS VIDE, NOTAMMENT POUR DISJONCTEUR OU INTERRUPTEUR ELECTRIQUE MOYENNE TENSION ET INTERRUPTEUR INTEGRANT UNE TELLE AMPOULE. La présente invention concerne une ampoule sous vide, notamment destinée à assurer la coupure d'un circuit électrique dans un disjoncteur ou un interrupteur moyenne tension, ainsi qu'un interrupteur intégrant une telle ampoule. On connaît un interrupteur électrique à ampoule sous vide décrit dans le document de brevet francçais 2.655.766 de la demanderesse comprenant principalement une enceinte étanche remplie d'un gaz à rigidité diélectrique élevée, dans laquelle est disposée une cartouche à vide contenant une paire de contacts d'arc respectivement fixe et mobile, une paire de contacts principaux connectés électriquement en parallèle desdits contacts d'arc, et un mécanisme de commande desdits contacts pour ouvrir les contacts d'arc après les contacts principaux, et les fermer avant les contacts principaux. Les deux contacts d'arc précités portent chacun une pièce de contact en forme de disque. Le contact fixe est solidaire de l'un des fonds précités tandis que le contact mobile est monté coulissant dans l'autre des deux fonds de l'enveloppe en étant relié audit mécanisme de commande assurant la fermeture et la séparation des contacts afin de réaliser la coupure du circuit électrique. Or, si cette ampoule sous vide utilisée pour un interrupteur donne satisfaction de façon générale, elle présente cependant certains inconvénients. L'un de ces inconvénients tient en ce que lors de la fermeture des contacts, les deux disques sont rarement exactement parallèles l'un par rapport à l'autre. Il en résulte que l'obtention d'un contact immédiat sur toute la surface des disques est difficile à obtenir, ce qui engendre une concentration de l'arc électrique à la périphérie des disques, diminuant le pouvoir de coupure. Un autre de ces inconvénients tient en ce que la force nécessaire pour maintenir le contact entre les deux disques est importante et nécessite l'utilisation d'un mécanisme de commande en conséquence. La présente invention resout ces inconvénients et propose une ampoule sous vide de conception simple, notamment pour un interrupteur ou un disjoncteur électrique moyenne tension, permettant d'obtenir, par une répartition plus homogène de l'arc produit entre les deux contacts d'arc, un pouvoir de coupure amélioré, tout en engendrant un coût de fabrication réduit. A cet effet, la présente invention a pour objet une ampoule sous vide, notamment pour un disjoncteur ou un interrupteur électrique moyenne tension, du genre comprenant une 2 2721434 enveloppe de forme sensiblement cylindrique fermée par deux fonds reliés électriquement respectivement à deux contacts principaux de l'interrupteur, deux contacts s'étendant axialement à l'intérieur de l'enveloppe, dont l'un est fixé sur l'un des fonds précités tandis que l'autre, mobile, est monté coulissant par rapport à l'autre des deux fonds et est relié à un mécanisme assurant le déplacement dudit contact mobile entre une position de fermeture des contacts fixe et mobile, et une position de séparation des deux contacts assurant la coupure du circuit électrique, ladite ampoule étant caractérisée en ce qu'elle comporte un deuxième contact fixe, solidaire du second fond précité et dans lequel une tige, constituant le contact mobile précité, est montée coulissante, ladite tige étant amenée en contact avec le premier contact fixe, puis séparée de ce contact pour générer un arc électrique homogène entre les deux contacts fixes précités, et réaliser la coupure du circuit électrique. Selon une réalisation particulière de l'invention, les premier et second contacts fixes précités comportent chacun une partie de contact en forme de disque, les deux parties étant sensiblement de même diamètre et placées en regard l'une de l'autre. Selon une caractéristique particulière, le second contact fixe est constitué principalement par deux parties cylindriques, respectivement supérieure et inférieure de diamètres différents, la partie supérieure de plus grand diamètre formant la partie de contact précitée. Selon une autre caractéristique, la partie supérieure précitée comporte un orifice servant au guidage en translation de la tige précitée alors que la partie inférieure précitée comporte un évidement destiné au logement d'un soufflet d'étanchéité monté autour de la tige. Selon une autre caractéristique, elle comporte des moyens pour produire un champ magnétique axial dans la zone de formation de l'arc. Suivant une caractéristique particulière, elle comporte une enveloppe en céramique, de forme sensiblement cylindrique et fermée par deux fonds métalliques reliés électriquement aux deux contacts de l'interrupteur. Suivant une variante de réalisation, elle comporte une plaque réalisée en céramique ou analogue, sur laquelle sont fixés le second contact fixe et une coupelle fermée par un couvercle sur lequel est fixé le premier contact fixe précité, la coupelle et le couvercle étant réalisés en un matériau conducteur et les deux contacts fixes étant reliés respectivement électriquement aux deux contacts de l'interrupteur. Avantageusement, les premier et second contacts fixes ainsi que la tige précités sont réalisés en un matériau réfractaire. L'invention a également pour objet un interrupteur électrique comprenant une enceinte étanche remplie d'hexafluorure de soufre, dans laquelle est disposée une ampoule sous vide comportant les caractéristiques décrites prises seules ou en combinaison, une paire de contacts principaux connectés électriquement en parallèle desdits contacts d'arc, et un mécanisme de commande pour ouvrir les contacts d'arc après les contacts principaux et les fermer avant les contacts principaux. Mais d'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfere aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels: La figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un disjoncteur intégrant une ampoule sous vide, selon une réalisation particulière de l'invention. La figure 2 est une vue en coupe axiale d'une variante de réalisation de l'ampoule sous vide. Sur la figure 1, on voit une ampoule sous vide 38 suivant une première réalisation de l'invention utilisée dans un disjoncteur. Cette figure correspond à celle du brevet français précité, 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 la 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 4 2721434 sensiblement parallèle aux contacts principaux 26,30 alignés en position de fermeture et trois contacts 46, 47, 48 sont disposés coaxialement dans la cartouche 38. Le premier 46 de ces contacts, est fixe et est constitué par une pièce de contact en forme de disque 51, portée par une tige 51a fixée sur le fond supérieur 42 de l'enveloppe 40. Cette enveloppe 40 comporte également un second contact fixe 47 constitué par deux parties cylindriques, respectivement supérieure 45 et inférieure 43, de diamètres différents. La partie supérieure 45 forme une autre pièce de contact en forme de disque 53, dont le diamètre correspond à celui du premier contact fixe 51, alors que la partie inférieure 43 est 0o fixée à sa base, sur le fond inférieur 44 de ladite enveloppe 40. La partie supérieure 45 comporte un évidement cylindrique 50 dans lequel une tige 48 constituant le troisième contact, est montée coulissante. La partie inférieure 43 du second contact fixe 47 comporte un évidement 41 destiné au logement d'un soufflet d'étanchéité 49 monté autour de la tige 48. Il est facile de voir que les bras 34,36, les fonds 42,44 et les contacts d'arc 46,48 i5 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 à la tige 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 64. 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. 2721434 Le fond 42 de la cartouche 38 disposé du côté du contact fixe 46 porte sur sa face interne à la cartouche 38 une bobine (non représentée), coaxiale à l'enveloppe 40 et connectée électriquement en série des contacts d'arc 46, 48, ladite bobine produisant un champ magnétique axial entre les contacts d'arc 46, 48 destiné à diffuser l'arc électrique afin d'améliorer le pouvoir de coupure. En fonctionnement, lorsqu'on ouvre les contacts principaux 26, 30 par rotation de l'arbre de commande 52 dans le sens des aiguilles d'une montre, les contacts fixe 46 et mobile 48 sont tout d'abord fermés, puis réouverts de façon à créer un arc électrique entre les deux contacts fixes 46, 47 réalisant la coupure du circuit électrique. Dans cette réalisation, le contact étant presque ponctuel entre le contact fixe 46 et le contact mobile 48, l'arc électrique, diffusé par le champ magnétique, est réparti uniformément entre les deux contacts fixes 46, 47, ce qui améliore le pouvoir de coupure du disjoncteur. 1S En se référant maintenant à la figure 2, on voit une autre réalisation de l'invention, suivant laquelle l'enveloppe de l'ampoule est constituée par une céramique plate 70, sur laquelle est brasée une coupelle métallique 71 fermée par un couvercle 72 également métallique. La plaque en céramique 70 comporte un orifice 70a sur les bords duquel est soudée la partie inférieure 43 du second contact fixe 47, dont la forme correspond à celle décrite précédemment. Le premier contact fixe 46 comprend une partie de contact 51, en forme de disque, et une partie étagée 5lb, soudée sur le bord d'un orifice 46a ménagé dans le couvercle précité 72, autour duquel est fixé une bobine 73. On notera la présence d'une coupelle 74 destinée à assurer la protection de la plaque de céramique 70 contre les projections de plasma lors de la formation de l'arc. En utilisation, lorsque cette ampoule est utilisée dans un disjoncteur tel que décrit précédemment, l'un des contacts principaux 26 du disjoncteur est relié électriquement, par l'intermédiaire du bras 34, à la bobine 73, tandis que l'autre contact principal 30 est relié électriquement par l'intermédiaire du bras 36 au second contact fixe 47 constituant l'un 44 des fonds de l'ampoule, la tige 48 étant reliée comme précédemment à la biellette 58. Le fonctionnement de cette ampoule est le même que celui correspondant à la première réalisation de l'ampoule et ne sera donc pas décrit. On a donc réalisé, grâce à l'invention, une ampoule sous vide de conception simple, ainsi qu'un interrupteur ou disjoncteur dont le pouvoir de coupure est amélioré du fait de la répartition plus homogène de l'arc électrique entre les contacts fixes. Cette ampoule 6 2721434 présente en outre un coût de fabrication réduit car elle nécessite un mécanisme de commande moins important du fait que le contact mobile se réduit à une simple tige. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples. C'est ainsi par exemple que d'autres types de bobines pourront être utilisées, ou bien d'autres formes envisagées pour les contacts fixes. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. REVENDICATIONS 1. Ampoule sous vide notamment pour interrupteur ou disjoncteur électrique moyenne tension, du genre comprenant une enveloppe de forme sensiblement cylindrique fermée par deux fonds reliés électriquement respectivement à deux contacts principaux de l'interrupteur, deux contacts s'étendant axialement à l'intérieur de l'enveloppe, dont l'un est fixé sur l'un des fonds précités tandis que l'autre, mobile, est monté coulissant par rapport à l'autre des deux fonds et est relié à un mécanisme assurant le déplacement dudit contact mobile entre une position de fermeture des contacts fixe et mobile et une position de séparation des deux contacts assurant la coupure du circuit électrique, caractérisée en ce qu'elle comporte un deuxième contact fixe (47) solidaire du second fond précité (44) et dans lequel une tige (48), constituant le contact mobile précité, est montée coulissante, ladite tige (48) étant amenée en contact avec le premier contact fixe (46), puis séparée de ce contact (46) pour générer un arc électrique homogène entre les deux contacts fixes précités (46, 47) et réaliser la coupure du circuit électrique. 2. Ampoule sous vide selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premier et second contacts fixes précités (46, 47) comportent chacun une partie de contact en forme de disque (51, 53), les deux parties étant sensiblement de même diamètre et placées en regard l'une de l'autre. 3. Ampoule sous vide selon la revendication 2, caractérisé en ce que le second contact fixe (47) est constitué principalement par deux parties cylindriques, respectivement supérieure et inférieure (45, 43) de diamètres différents, la partie supérieure (45) de plus grand diamètre formant la partie de contact précitée (53). 4. Ampoule sous vide selon la revendication 3, caractérisé en ce que la partie supérieure précitée (45) comporte un orifice (50) servant au guidage en translation de la tige précitée (48) alors que la partie inférieure précitée (43) comporte un évidement (41) destiné au logement d'un soufflet d'étanchéité (49) monté autour de la tige (48). 5. Ampoule sous vide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'elle comporte des moyens (73) pour produire un champ magnétique axial dans la zone de formation de l'arc. 6. Ampoule sous vide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'elle comporte une enveloppe en céramique (40) de forme sensiblement cylindrique 8 2721434 et fermée par deux fonds métalliques (42, 44) reliés électriquement aux deux contacts (26, ) de l'interrupteur. 7. Ampoule sous vide selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'elle comporte une plaque (70) réalisée en céramique ou analogue sur laquelle sont fixés le second contact fixe (47) et une coupelle (71) fermée par un couvercle (72) sur lequel est fixé le premier contact fixe précité (46), la coupelle (71) et le couvercle (72) étant réalisés en un matériau conducteur et les deux contacts fixes (46, 47) étant reliés respectivement électriquement aux deux contacts (26, 30) de l'interrupteur. 8. Ampoule sous vide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premier et second contacts fixes (46, 47) ainsi que la tige (48) précités sont réalisés en un matériau réfractaire, 9. Interrupteur électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte étanche (10) remplie d'un gaz à rigidité diélectrique élevée, dans laquelle est disposée une ampoule sous vide selon l'une quelconque des revendications précédentes, une paire de contacts principaux (26, 30) connectés électriquement en parallèle desdits contacts d'arc (46, 47), et un mécanisme de commande pour ouvrir lesdits contacts (46, 47) après les contacts principaux (26, 30) et les fermer avant les contacts principaux.