Brevet FR2734396A1 — publié le 19961122

DISPOSITIF D'EXTINCTION D'ARC ELECTRIOUE POUR UN INTERRUPTEUR ELECTRIQUE L'invention se rapporte à un dispositif d'extinction d'arc électrique pour un interrupteur électrique, en particulier un disjoncteur de protection de ligne, l'interrupteur présentant un contact qui se trouve dans un espace de commutation ou préchambre, le contact comprenant une pièce de contact fixe et une pièce de contact mobile, et des tôles métalliques de guidage d'arc étant prévues pour conduire un arc électrique du contact, en passant par une zone d'expansion de l'espace de préchambre, dans une chambre d'extinction, laquelle est délimitée par les tôles de guidage d'arc suivant deux surfaces de délimitation à peu près parallèles l'une à l'autre. Un tel dispositif d'extinction est connu par le document EP-B1-0 251 160. Un dispositif d'extinction semblable est décrit dans le document EP-B1- 0 263 293. De tels dispositifs d'extinction sont utilisés en particulier dans des disjoncteurs de protection de lignes pour produire ou accélérer l'extinction d'un arc de coupure qui se produit lors de la coupure de courants d'intensité élevée. Les dispositifs d'extinction d'arc connus travaillent avec une chambre à tôles d'extinction qui contient des tôles d'extinction d'arc. Les chambres à tôles d'extinction permettent certes d'obtenir un effet de limitation de courant intense, mais nécessitent une taille minimale, ce qui va à l'encontre de la réduction recherchée des dimensions des appareils interrupteurs. Un autre inconvénient de la chambre à tôles d'extinction consiste dans le nombre élevé de ses parties constitutives, et dans les dépenses technologiques qui en résultent. Lors de la conception de dispositifs d'extinction d'arc, il faut veiller à une limitation suffisante de l'éjection de plasma, afin d'éviter la formation d'arcs secondaire. Les exigences imposées à cet effet sont définies dans la directive DIN VDE 0641. L'invention a donc pour but de fournir un dispositif d'extinction du type défini ci-dessus qui permette une réduction des dimensions des appareils interrupteurs et puisse être fabriqué à un coût réduit. Ce but est atteint, dans le cas d'un dispositif d'extinction d'arc du type défini ci-dessus, par le fait que les surfaces de délimitation restantes de la chambre d'extinction ainsi que des ailettes s'étendant à l'intérieur de la chambre parallèlement aux tôles de guidage d'arc sont constituées par un matériau électriquement isolant. Il est prévu un dispositif de soufflage qui produit un champ de soufflage magnétique, lequel pousse l'arc dans des interstices entre les ailettes et allonge ainsi l'arc électrique. Sur les ailettes sont disposés des rubans de feuille flexibles en un matériau électriquement isolant, qui pénètrent dans une zone d'échappement se raccordant à la chambre d'extinction. Avantageusement, les longueurs des ailettes et des rubans de feuille flexibles diffèrent et sont adaptées aux dimensions géométriques de la zone d'échappement. Le dispositif de soufflage peut être formé avantageusement par une plaque de fer disposée latéralement à côté de la zone d'expansion et de la chambre d'extinction. De préférence, le matériau électriquement isolant à partir duquel sont réalisées la chambre d'extinction avec ses ailettes et la zone d'échappement, correspond au matériau du boîtier de l'interrupteur. Le matériau électriquement isolant pour la chambre d'extinction et la zone d'échappement peut être avantageusement une matière plastique commercialisée sous la marque "CEVAUSIT". La largeur de l'intervalle dans la zone d'expansion, entre les ailettes de la chambre et dans la zone d'échappement peut être de l'ordre de 2,5 à 4 mm, de préférence de l'ordre de 3 mm dans le cas d'un interrupteur de 16 A. Les feuilles flexibles peuvent être avantageusement constituées de polyimide. Un ruban flexible peut être de préférence disposé sur chacune des deux faces accessibles des ailettes. La chambre en matière isolante prévue suivant l'invention peut être réalisée en de très faibles dimensions, la matière isolante pouvant être un matériau de boîtier usuel pour un disjoncteur de protection de ligne. Cela permet de réduire considérablement le coût de fabrication pour un disjoncteur de protection de ligne équipé d'un tel dispositif d'extinction. Le champ de soufflage utilisé pour renforcer l'expansion rapide recherchée de l'arc électrique peut être produit de différentes manières. Un progrès particulièrement notable résulte de la possibilité de réaliser, par l'utilisation du dispositif d'extinction conforme à l'invention, une largeur de module réduite à 50 % de celle des disjoncteurs de protection de lignes usuels à l'heure actuelle. Une limitation efficace de la sortie de plasma conducteur du dispositif d'extinction est obtenue par l'agencement d'une zone d'échappement à la sortie de la chambre d'extinction, des rubans de feuille flexibles assurant la turbulence et le refroidissement du gaz dans la zone d'échappement. En se référant à la figure unique du dessin annexé, on va décrire ciaprès plus en détail un exemple de réalisation de l'invention. Il va de soi que les indications de dimensions, de matériaux et d'autres détails ne sont données qu'à titre d'exemples. La figure unique représente, sous forme de schéma de principe, les parties essentielles pour l'invention d'un disjoncteur de protection de ligne 1 dans un boîtier 2. Le disjoncteur de protection de ligne 1 comprend un contact 3 auquel un arc peut être engendré dans une chambre de coupure ou espace de préchambre 4. Le contact 3 est formé par une pièce de contact mobile 5 et une pièce de contact fixe 7, la pièce de contact mobile 5 étant déplaçable à l'aide d'un levier de commutation ou d'un dispositif de déclenchement (non représenté). La pièce de contact fixe 7 est reliée à une tôle de guidage d'arc supérieure 8. L'arc électrique est conduit par la tôle de guidage d'arc supérieure 8 et par une tôle de guidage d'arc inférieure 9 hors de la préchambre 4, en passant par une zone d'expansion 10, dans une chambre d'extinction ou. une zone de chambre d'extinction 11. Une zone d'échappement 13 se raccorde à la chambre d'extinction 11. Dans la zone de chambre d'extinction 11 sont disposées des ailettes de matière isolante 14 s'étendant parallèlement aux tôles de guidage 8, 9. Les ailettes de matière isolante 14 espacées les unes des autres délimitent des intervalles 16 dans lesquels l'arc électrique est enfoncé et se trouve ainsi allongé. On a représenté en tirets une plaque de fer 15 servant à produire un champ de soufflage. Une telle plaque de fer 15 peut être disposée sur un côté de toute la zone de chambre 4, 10, 11. Une plaque d'une épaisseur de par exemple 7,5 mm convient à cet effet (dans le cas d'un disjoncteur de protection de ligne de 16 A). A l'aide d'un dispositif d'étanchéité, par exemple d'un coulisseau 12 en "TEFLON", la préchambre 4 peut être fermée vers le haut. Sur les deux côtés des ailettes 14 sont disposés des rubans de feuille flexibles 17. Les rubans de feuille 17 pénètrent dans la zone d'échappement 13. La longueur des ailettes 14 et des rubans de feuille 17 est adaptée à la forme de la chambre d'extinction 11 et de la zone d'échappement 13. Des feuilles de polyimide conviennent particulièrement en tant que rubans de feuille 17. Le fonctionnement de l'agencement est basé sur le fait qu'après l'entrée de l'arc électrique dans la rangée d'ailettes en matière isolante, les rubans de feuille se trouvent contractés et produisent une turbulence du gaz chaud. Ce phénomène provoque un refroidissement d'un plasma encore conducteur. Des essais ont été effectués à l'aide d'un agencement-prototype pour un disjoncteur de protection de ligne de 16 A, dans lequel le champ de soufflage magnétique est produit à l'aide d'une plaque de fer disposée latéralement. A la place d'une plaque de fer, on peut également utiliser une bobine de soufflage réalisée sous la forme d'une bobine à air, adaptée à la forme de la zone d'expansion 10. La bobine de soufflage pourrait en même temps être utilisée comme déclencheur. Les tôles de guidage 8, 9 sont en cuivre, avec une section de 3,0 x 2,5 mm2. L'épaisseur des parois latérales en matière plastique s'élève à 1 mm. Les parois latérales génératrices de gaz sont constituées de "CEVAUSIT" de 0,5 mm d'épaisseur et de "VESTAMID L1950" de 0,5 mm d'épaisseur dans la zone d'expansion 10, et de "CEVAUSIT" de 1 mm d'épaisseur dans la zone d'échappement 13. La largeur de l'intervalle dans la zone d'expansion 10 et dans la zone d'échappement 13 s'élève à 3 mm. La largeur des intervalles 16 entre les ailettes isolantes 14 s'élève au maximum à 3,5 mm. La conformation de l'agencement d'ensemble peut varier en fonction d'exigences différentes, en particulier en fonction du courant nominal de l'appareil interrupteur. La largeur d'intervalle dans toute la zone traversée par l'arc est cependant avantageusement comprise entre 2,5 et 4 mm, en étant de préférence d'environ 3 mm. Dans ce cas, une induction magnétique extérieure d'environ 0,2 à 0,4 T est suffisante. La conformation illustrée et décrite du dispositif d'extinction d'arc fait, en combinaison avec le champ de soufflage, que l'arc électrique se trouve rapidement expansé, refoulé dans les intervalles entre les ailettes et ainsi fortement allongé. En outre, un soutirage de chaleur important a lieu sur les parois des chambres 4, 10, 11 et par la turbulence dans la zone d'échappement 13. Le principe d'extinction décrit d'un dispositif d'extinction d'arc renforcé par champ magnétique, avec un intervalle étroit générateur de gaz, s'est révélé fournir un effet d'extinction efficace. Des tensions d'extinction d'arc de 300 à 400 V ont pu être obtenues. Par augmentation de l'induction magnétique et optimisation des autres paramètres, en particulier de la largeur d'intervalle de la chambre en matière isolante, il est possible d'obtenir des tensions d'arc encore plus élevées et donc une limitation de courant encore plus forte avec des faibles vitesses d'accroissement de courant. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'extinction d'arc pour un interrupteur électrique, en particulier un disjoncteur de protection de ligne, dans lequel a) l'interrupteur (1) présente un contact (3) qui se trouve dans un espace de coupure ou de préchambre (4), b) le contact (3) présente une pièce de contact fixe (7) et une pièce de contact mobile (5), et c) des tôles métalliques de guidage d'arc (8, 9) sont prévues pour guider un arc électrique du contact (3), en passant par une zone d'expansion (10) de l'espace de préchambre (4), dans une chambre d'extinction (11) qui est délimitée par les tôles de guidage d'arc (8, 9) suivant deux surfaces de délimitation parallèles l'une à l'autre, caractérisé par le fait d) que les autres surfaces de délimitation de la chambre d'extinction (11) et des ailettes (14) s'étendant à l'intérieur de la chambre (11) parallèlement aux tôles de guidage d'arc (8, 9) sont constituées par un matériau électriquement isolant, e) qu'il est prévu un dispositif de soufflage (15) produisant un champ de soufflage magnétique qui pousse l'arc dans des intervalles (16) entre les ailettes (14) et allonge ainsi l'arc, et f) que sur les ailettes (14) sont disposés des rubans de feuille flexibles (17) en un matériau électriquement isolant, qui pénètrent dans une zone d'échappement (13) se raccordant à la chambre d'extinction (11). 2. Dispositif d'extinction d'arc suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les longueurs des ailettes (14) et des rubans de feuille flexibles (17) diffèrent et sont adaptées aux dimensions géométriques de la zone d'échappement (13). 3. Dispositif d'extinction d'arc suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le dispositif de soufflage est formé par une plaque de fer (15) qui est disposée latéralement à côté de la zone d'expansion (10) et de la chambre d'extinction (11). 4. Dispositif d'extinction d'arc suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le matériau électriquement isolant dont est constituée la chambre d'extinction (11) avec ses ailettes (14) et la zone d'échappement (13) correspond au matériau du boîtier de l'interrupteur (1). 5. Dispositif d'extinction d'arc suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le matériau électriquement isolant pour la chambre d'extinction (11) et la zone d'échappement (13) est constitué de "CEVAUSIT". 6. Dispositif d'extinction d'arc suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la largeur d'intervalle dans la zone d'expansion (10), entre les ailettes (14) de la chambre (11) et dans la zone d'échappement (13) est comprise entre 2,5 et 4 mm, en étant située de préférence à environ 3 mm dans le cas d'un interrupteur de 16 A. 7. Dispositif d'extinction d'arc suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les rubans de feuille flexibles (17) sont constitués par du polyimide. 8. Dispositif d'extinction d'arc suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'un ruban de feuille flexible (17) est disposé sur chacune des deux faces accessibles des ailettes (14).