Brevet FR2745118A1 — publié le 19970822

INTERRUPTEUR OU DISJONCTEUR A VIDE. La présente invention concerne un interrupteur hectique à vide destiné à assurer la coupure dans un circuit électrique en basse ou moyenne tenson. On connaît un di;joncccr à vide tel que décrit dans le document FR 2.682.808 de la demandersse, comprenant principalement une ampoule ou cartouche allongée sous vide, ladite cartouche comportant une enveloppe cylindrique obturée par deux fonds dans laquelle sont logés deux contacts d'arc dont l'un, fixe, est solidaire de l'un des fonds précités, tandis que l'autre, mobile, est monté à coulissement axial à l'intérieur de la cartouche, entre une position de fermeture et une position de séparation des contacts entraînant la formation d'un courant d'arc. Afin d'assurer une diffusion de l'arc entre les contacts, cet interupteur comporte en outre un moyen destiné à produire un champ magnétique axial dans la zone de formation de l'arc.Ce moyen est constitué par une bobine disposée coaxialement à l'extérieur de la cartouche au droit de l'intervalle de séparation des contacts d'arc. Or, on sait que lorsque ces disjoncteurs sont utilisés pour des courants pennents de valeur élevée, il est nécessaire de limiter la quantité de courant traversant la spire afin de diminuer les pertes thermiques. Cette réduction de la quantité de courant dans la se s'effectue sans problème particulier jusqu'à ce que l'arc qui est stabilisé par le champ magnétique créé par le courant dans la spire dévie de l'intervalle de shparation des contacts pour se placer entre le contact et un couvercle métallique relié electiquement au contact fixe.En effet, à cette forme d'arc est associée une tension d'arc plus enlevée, et il est alors nécessaire de prévoir un écran de protection dont î'éSaisseur est suff sante. Or, dans le cas ou une spire est située à l'extérieur de l'ampoule pour générer le champ magnétique axial, la présence d'un écran épais entre la spire et les contacts peut engendrer des courants induits et un déphasage pouvant entraîner une perte de champ. La présente invention résout ces inconvénients et propose un disjoncteur ou interrupteur à vide de conception simple, cet interrupteur présentant un pouvoir de coupure amélioré, ce pouvoir de coupure pouvant etre obtenu en produisant un champ magnétique moindre, et dont la capacité à tenir le courant pennanent est augmentée. A cet effet, la prsente invention a pour objet un interrupteur électrique sous vide du genre comprenant une cartouche allongée sous vide, ladite cartouche comporomt une enveloppe cylindrique obttttbe par deux fonds dans laquelle sont logés deux contacts d'arc dont l'un, fixe, est solidaire de l'un des fonds précités, tandis que l'autre, mobile, est monté à coulisseent axial à l'intérieur de la cartouche, cet interrupteur étant caractérisé en ce qu'il comporte un écran réalisé en un matériau conducteur, situé à l'intérieur de l'enveloppe au droit de la surtaxe de séparation des contacts et relié électriquement à l'un des contacts, ledit écran étant localisé autour des contacts en une position -déterminée en fonction de la position des amenées de courant, de manière que lorsque l'arc tend à dévier de l'intervalle précité, cet arc se place entre les contacts et l'écran. Selon une réalisation particulière, l'enveloppe de l'ampoule est fermée à l'une de ses extrémités par un couvercle formant fond entourant l'intervalle de séparation des contacts et relié électriquement au contact précité, et en ce que l'écran précité est solidaire dudit couvercle. Selon une réalisation particulière, l'écran est fixé sur la partie interne du couvercle, par exemple soudé ou brasé, et le couvercle est réalisé en un matériau présentant une résistivité élevée. Selon une autre réalisation, l'écran est venu de matière avec le couvercle, lequel est réalisé en un matériau présentant une conductivité thermique élevée. Selon une carlstique particulière, l'interrupteur comporte une bobine montée coexialement à l'extérieur de l'enveloppe au droit de l'intervalle de séparation des contacts d'arc, et destinée à produire un champ magnétique axial entre les contacts. Selon une autre caractéristique, l'interrupteur comporte en outre un moyen pour dériver une partie du courant destiné à traverser la bobine pendant la coupure. Selon une autre caractéristique, la bobine comprend une se entourant au moins partiellement les contacts d'arc, et l'écran est placé par rapport à l'axe de l'ampoule à l'opposé des amenées de courant. Avantageusement, l'écran est en forme de portion de cylindre. Selon une caractéristique particulière, le couvercle présente une section croissante d'un côté de l'ampoule à son côté opposé, la partie de plus grande section formant l'écran précité. Avantageusement, l'épaisseur du couvercle est comprise entre 1 et 2 mm et l'épaisseur de l'écran est comprise entre 3 et 6 mm. Selon une autre caractéristique, l'écran est réalisé en un matériau conducteur, tel que le cuivre ou le cuivrechrome. Selon une autre caractéristique, le couvercle est réalisé en un matériau amagnétique tel l'acier inoxydable ou le cuivre-nickel. De préfèrecce, l'écran est relié électriquement au contact d'arc fixe. Mais d'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective, comportant un arraché, illustrant la partie intérieure d'une ampoule à vide conforme à une réalisation particulière de l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe radiale du couvercle muni d'un écran appartenant à l'ampouledelafig. 1; - la figure 3 est une vue en coupe suivant A-A de la g. 2; - la figure 4 est une vue en coupe radiale du couvercle d'une ampoule confirme à une seconde réalisation de l'invention; - la figure 5 est une vue en coupe suivant B-B de la fig. 4;; - la figure 6 est une vue en perspective comportant un arraché, illustrant la partie intérieure d'une ampoule à vide conforme à une troisième réalisation de l'invention; - la figure 7 est une vue en coupe radiale du couvercle muni d'un écran appartenant à l'ampoule de la fig. 6; - la figure 8 est une vue en coupe suivant C-C de la fig. 7; et - la figure 9 est une vue partiellement en coupe d'une ampoule équipée d'une bobine pour la création d'un champ magnétique axial. Sur les figures 1, 6 et 9, on voit une ampoule à vide A destinée à être utilisFe dans un disjoncteur à vide, tel que celui décrit dans le brevet FR 2.682.808 précité. Cette ampoule A (ou cartouche) est constituée principalement par une enveloppe 1 de forme sensiblement cylindrique fermée par deux fonds 2, 3, ladite enveloppe 1 renfermant deux contacts d'arc 4, 5, respectivement fixe et mobile, reliés électriquement chacun à une amenée de courant 6, 7.Le contact d'arc dit fixe 4 est solidaire de l'un des fonds précités 2, tandis que le contact d'arc dit mobile 5 est monté à coulissment axial à travers l'autre des deux fonds 3, entre une position de fermeture et une position de -ration des contacts 4, 5 entraînant la formation d'un courant d'arc. 1-a partie supérieure dc l'enveloppe 1 est fermée par un couvercle 8 en forme de coupe renversée entourant l'intervalle de séparation i des contacts d'arc 4, 5, et dont la partie supérieure forme le pxmier fond précité 2 supportant le contact fixe 4 auquel ledit couvercle 8 est relié 6ioetriquL Comme on le voit sur ces figures, ce couvercle 8 comporte sur sa face interne 8b une partie en salie 9 s'étendant au droit de l'intervalle de séparation i des contacts 4, 5, sur une partie de sa circonférence, ct dentée à cotituer un écran 10 comme ceci sera acpliçé ultérieurement. Selonlaréalisationillustréesurlesfigures 1 à3, cet écran 10 est venu de matière avec le couvercle 8 et est formé par une portion épaissie de la paroi dudit couvercle 8. Cette portion épaissie en forme de portion de cylindre s'étend sur environ un tiers de la circonférce du couvercle 8 sur une hauteur correspondant sensiblement à l'intervalle de séparation i des contacts d'arc 4, 5. L'épaisseur du couvercle 8 sera avantageusement comprise entre 1 et 2 mm, tandis que celle du couvercle muni de l'écran 10 sera avantageusement comprise entre 3 et 6 mm. Selon la réalisation illustrée sur les figures 4 et 5, le couvercle 8 présente une épaisseur croissante d'un côté dudit couvercle 8 à son côté opposé, la partie de plus grande épaisseur 8a formant l'écran précité 10. Dans ces deux réalisations, le couvercle 8 et par conséquent l'écran 10 sont réalisés en un matériau électriquement conducteur présentant une conductivité thermique élevée, tel le cuivre ou un alliage dc cuivre-chrome. Selon la réalisation illustrée sur les figures 6,7 et 8, l'écran 10 est de même forme que celui de la première réalisation décrite, mais est rapporté, par exemple soudé, sur la interne 8b du couvercle 8. Dans ce cas, le couvercle 8 est réalisé en un matériau présentant une résistivité élevée, tel l'acier inoxydable ou de préférence le cuivre nicla:l permettant de garantir entre autre l'étanchéité de l'ampoule A. L'écran 10, comme dans le cas précdent, est réalisé en un matériau résistant à l'arc, tel le cuivre ou un alliage de cuivrochrome. Dans ce cas, l'épaisseur du couvercle est avantageusement comprise entre 1 et 2 mm et l'~aisseur de l'écIan entre 3 et 6 mm. Le fonctionnanent d'une ampoule A, conforme aux trois réalisations précdentes, va être décrit bribvanent ci-après en référence aux différentes figures et notamment à la figure 9. Sur cette figure 9 en effet, on voit une ampoule à vide A conforme à l'une des réalisations précédentes et comportant en outre, d'une part, une bobine 11 destinée à produire un champ magnétique axial entre les contacts 4,5 et, d'autre part, un moyen M pour dériver une partie du courant destiné a traverser la bobine 11 pendant la coupure. La bobine -citée 11 est constituée par une spire 12 montée à l'extérieur de l'enveloppe 1, coaxialement à l'axe X de l'ampoule A, au droit de l'intervalle de séparation i entre les contacts 4, 5. Le moyen de dérivation précité M comprend un élément résistif 13 interposé entre les deux extrémités 12a, 12b de la spire 12, lesdites extrémités étant resPevement reliées électriquement à l'une 6 des amenées de courant 6, 7 et au contact fixe4. Ainsi, pendant la coupure, pour une intensité de courant élevée, la valeur du courant traversant la spire 12 étant limitée afin de diminuer les pertes thermiques, le courant d'arc qui est stabilisé par le champ magnétique créé par le courant dans la se 12 finit par sortir de l'intervalle de séparation i des contacts d'arc 4, 5. La trajectoire du courant d'arc est alors déterminée en fonction de la topologie du champ magnétique global exercé sur l'ampoule A. Après expérimentation, on observe que finalement l'arc se distribue entre les contacts principaux et entre les contacts d'arc 4, 5 et le couvercle 8 en des endroits très précis déterminés seulement par la boucle formée par les amenées de coursant.L'arc reste stable entre les contacts 4, 5 et cette position précise. Lorsque la spirc 12 utilisée entourc complètement la partie supérieure de l'enveloppe 1, la trajectoire est determinée seulement par la boucle formée par les amenées de courant 6,7 verslescontacts4, 5. Ainsi, la déviation de l'arc se produira à l'opposé des amendes de courant 6, 7 vers les contacts 4, 5. Un écran 10, conformément à l'invention, est donc placé localement à l'endroit où est supposé se produire cette déviation de l'arc. On accepte donc que l'arc se place entre les contacts 4, 5 et l'écran 10 que l'on considère comme un contact en lui donnant une épaisseur suffisante. On obtient ainsi une bonne protection contre l'arc sans supporter en contre partie de perte de champs, laquelle perte de champs pourrait être engendrée par l'apparition de courants induits générés par l'interposition d'un couvercle conducteur d'épaisseur Cette entre la bobine et les contacts. On notera que ce risque est encore diminué lorsque l'ampoule est conforme à la troisième réalisation dans laquelle le couvercle 8 est réalisé en un matériau très résistif. De tells ampoules présentent un pouvoir de coupure amélioré, car le champ magnétique axial produit est optimal. En outre, elles permettent pour un même pouvoir de coupure, de réduire le champ magnétique produit au niveau de la bobine et leur capacité en courant permanent est augmentée. A titre indicatif, un pouvoir de coupure compris entre 40 et 75 kA et une capacité en courant permanent comprise entre 2000 et 3150 A peuvent facilement être obtenus. Cette ampoule sera particulièrement appropriée pour équiper des disjoncteurs à vide utilisés en moyenne et basse tension. ll sera particulièrement avantageux d'utiliser des ampoules conformes à l'invention dans des disjoncteurs équipés de bobine de création de champ axial, pour les raisons précédemment mentionnées. Mais l'invention pourra aussi avantageusement être appliquée dans des disjoncteurs ne comportant pas de telle bobine lorsqu'un déplacement du courant d'arc en dehors des contacts se produit. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui ont été donnés uniquement à titre d'exemples. C'est ainsi, par exemple, que l'on pourrait imaginer d'utiliser un couvercle isolant et un écran directement relié électriquement au contact fixe. 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. btsrupt électrique à vide du genre comprenant une cartouche allongée sous vide, ladite cartouche comportant une enveloppe cylindrique obturée par deux fonds dans laquelle sont loges deux contacts d'arc dont l'un, fixe, est solidaire de l'un des foots précités, tandis que l'autre, mobile, est monté à coulissement axial à l'intérleur de la cartoucae, caractérisé en ce qu'il comporte un écran (10) réalisé en un matériau conducteur, situé à l'intérieur de l'enveloppe (1) au droit de la surface de séparation (i) des contacts (4, 5) et relié électriquement à l'un (4) des contacts (4, 5), ledit écran (10) étant localisé autour des contacts (4, 5) en une position prédéterminée en fonction de la position des amenées de courant (6, 7), de manière que lorsque l'arc tend à dévier de l'intervalle (i) précité, cet arc se place entre les contacts (4, 5) et l'écran (10). 2. Interrupteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe (1) de l'ampoule (A) est fermée à l'une de ses extrémités par un couvercle (8) formant fond entourant l'intervalle de séparation (i) des contacts (4, 5) et relié électriquement audit contact (4), et en ce que l'écran (10) précité est solidaire dudit couvercle (8). 3. Intemqb selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'écran (10) est fixt sur la partie interne (8b) du couvercle (8), par exemple soudé ou brasé, et en ce que le couvercle (8) est réalisé en un matériau présentant une résistivité élevée. 4. Interrupteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'écran (10) est venu de matière avec le couvercle (8), lequel est réalisé en un matériau présentant une conductivité thermique élevée. 5. Interrupteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractésé en ce qu'il comporte une bobine (11) montée coaialement à l'extérieur de l'enveloppe (1) au droit de l'intervale de séparation (i) des contacts d'arc (4,5), et destinée à produire un champ magnétique axial entre les contacts (4, 5). 6. Interrupteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen (M) pour dériveur une partie du courant destiné à traverser la bobine (11) pendant la coupure. 7. Interrupteur selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la bobine (11) comprend une spire (12) entourant au moins partielement les contacts d'arc (4, S), et en ce que l'écran (10) est placé par rapPort à l'axe (X) de l'ampoule (A) à l'opposé des amyles de courant (6, 7). 8. Interrupteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'écran (10) est en forme de portion de cylindre. 9. Interrupteur selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le couvercle(8) présente une section croissante d'un coté de l'ampoule (A) à son côté opposé, la partie de plus grande section (8a) formant l'écran (10) précité. 10. Interrupteur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'épaisseur du couvercle (8) est comprise entre 1 et 2 mm et l'épaisseur de l'écran est comprise entre 3 et 6 mm. 11. Inuur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caracé en ce que l'écran (10) est réalisé en un matériau conducteur, tel que le cuivre ou le cuivra chrome. 12. Interrupteurselonlaoevendication 2 ou 3, caractérisé ce que le couvercle (8) est réalisé en un matériau amagnétique tel l'acier inoxydable ou le cuivre-nickel. 13. Interrupteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'écran (10) est relié électriquement au contact d'arc fixe (4).