Brevet FR2808118A1 — publié le 20011026

L'invention porte sur un interrupteur électrique, notamment pour la moyenne ou haute tension, comprenant un premier contact entouré par une chambre de coupure à auto-soufflage dans laquelle du gaz est mis sous pression par effet thermique et un second contact mobile suivant une direction axiale par rapport au premier contact. Le but de l'invention est de proposer un tel interrupteur capable de couper par auto-soufflage les faibles courants de court-circuit (c'est-à- dire des courants inférieurs ou égaux à 30% du pouvoir de coupure de l'interrupteur) et les forts courants, avec une énergie de manoeuvre la plus faible possible. A cet effet, I'invention a pour objet un tel interrupteur, caractérisé en ce que ladite chambre de coupure comporte une cloison intérieure séparant deux compartiments dans lesquels le gaz est mis sous pression, ces deux compartiments ayant des volumes qui sont différents et des orifices pour le soufflage de l'arc qui sont séparés, ces orifices étant disposés en série suivant ladite direction axiale. Le compartiment de plus grand volume est optimisé pour couper les plus forts courants, c'est-à- dire des courants supérieurs à 30% du pouvoir de coupure de l'interrupteur. Le compartiment de plus faible volume est optimisé pour couper les plus faibles courants. Avec cette disposition à deux volumes thermiques, I'interrupteur peut couper par auto-soufflage des courants sur l'ensemble de la gamme de coupure de l'interrupteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'interrupteur selon l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation illustré sur la figure unique. Sur la figure, un disjoncteur montré partiellement et schématiquement en demi coupe axiale comprend un premier contact d'arc I solidaire d'un second contact de courant permanent 2. Le contact d'arc 1 est entouré coaxialement par une buse 3 réalisée en une matière isolante électriquement (représentée en traits hachurés) à l'intérieure de laquelle est disposée une chambre de coupure à deux volumes distincts dans laquelle du gaz diélectrique est mis sous pression par effet thermique. La chambre de coupure comporte une cloison intérieure 4 qui sépare un premier compartiment ayant un volume Vl et un second compartiment ayant un volume V2 plus petit que le volume V1. Le disjoncteur comprend encore un contact d'arc 5 qui est mobile suivant la direction axiale A par rapport au contact d'arc 1 et qui pénètre à l'intérieur de la buse 3 en position de fermeture du disjoncteur. Le 2 2808118 contact d'arc 5 est également solidaire d'un contact de courant permanent non illustré sur la figure. Le contact d'arc 5 est ici en forme de tige et vient s'insérer dans le contact d'arc 1 qui est creux. Quand un arc électrique tel que 8 s'étire entre les contacts d 'arc 1 et 5 à l'ouverture du disjoncteur, il se produit une mise en pression du gaz diélectrique à l'intérieur des deux compartiments de la chambre de coupure par effet thermique. Au passage à zéro du courant, le gaz sous pression dans les deux compartiments est soufflé sur l'arc par les orifices 6 et 7. Le volume V1 est dimensionné de manière à obtenir la surpression nécessaire à la coupure de forts courants. Ce volume V1 doit donc être de valeur suffisante pour éviter que le gaz qu'il contient ne s'échauffe excessivement. Le volume V2, plus petit que le volume V1 (typiquement 0,25 à 0,35V1), a une valeur qui permet d'obtenir la surpression nécessaire à la coupure des faibles courants de court-circuit. Les deux compartiments communiquent par un canal 9 fermé par un clapet taré 10 unidirectionnel de V2 vers V1. Les deux orifices 6 et 7 sont mis en série suivant la direction A, c'est à dire le long de l'arc électrique 8, pour exercer un soufflage de l'arc sur deux parties distinctes de celui-ci. Avec cette construction, pour des courants de valeur intermédiaire, on obtient l'addition de deux soufflages. En coupure de faibles courants, seul le soufflage provenant du volume V2 contribue efficacement à l'extinction de l'arc. En coupure de forts courants, seul le soufflage du volume V1 contribue efficacement à l'extinction de l'arc. Ce fonctionnement est optimum quand l'orifice 6 du compartiment de plus grand volume V1 est situé adjacent au contact 1 ce qui fait que lors de la séparation des contacts 1 et 5, le contact 5 libère par son retrait du contact 1 suivant la direction A, d'abord l'orifice 6 et permet au gaz du compartiment de plus grand volume V1 de commencer à souffler l'arc alors que l'orifice 7 du compartiment de plus petit volume V2 est encore obturé par le contact 5. Cet agencement permet d'avoir une montée en pression rapide du gaz dans le compartiment de plus grand volume V1 favorisée par la fermeture du clapet taré 10 et permet de limiter le volume de gaz à chauffer par l'arc électrique au seul volume Vl. Dans le cas de petits courants, la surpression est faible, le clapet 10 reste fermé de sorte que le volume mis en pression reste égal à la valeur faible V2. Dans le cas de très forts courants, la surpression dans V2 est limitée par l'ouverture du clapet taré 10 qui permet la vidange de V2 dans Vl. Une montée en pression rapide du gaz dans le volume VI permet 3 2808118 ainsi d'obtenir une coupure rapide avec une faible longueur d'arc électrique. Si nécessaire, un deuxième soufflage de l'arc électrique par l'orifice 7 peut intervenir sur une longueur plus importante de l'arc électrique Le clapet taré 10 permet d'éviter un échauffement et une surpression excessive du gaz dans le volume V2 du fait que ce gaz peut être évacué vers le volume V1 puis à travers l'orifice 6 pour contribuer à l'extinction de l'arc car sa température diminue lorsqu'il se détend dans le volume V1. Pour les courants extrêmement faibles, I'allongement de l'arc peut ne pas être suffisant pour obtenir une coupure franche de l'arc par auto- soufflage. Pour de tels cas, il est avantageux de prévoir au moins un aimant permanent 11, par exemple à l'intérieur de la buse 3 ou à l'intérieur du contact d'arc mobile 5 pour produire un champ magnétique tournant qui va étirer l'arc électrique par rotation pour favoriser son extinction. La construction de la chambre de coupure selon l'invention avec les deux orifices 6 et 7 disposés en série suivant la direction A permet d'obtenir un soufflage du gaz sous pression dirigé vers une racine de I'arc et un autre soufflage du gaz dirigé vers l'autre racine de l'arc. Ce double soufflage est particulièrement utile pour obtenir la coupure des défauts en ligne. Le disjoncteur selon l'invention requiert une énergie de manceuvre environ deux fois plus faible que celle requise pour la manceuvre d'un disjoncteur avec une chambre de coupure à un seul volume et munie d'un piston de compression. 4 2808118 REVENDICATIONS 1/ Un interrupteur électrique comprenant un premier contact (1) entouré par une chambre de coupure à auto-soufflage dans laquelle du gaz est mis sous pression par effet thermique et un second contact (5) mobile suivant une direction axiale (A) par rapport au premier contact, caractérisé en ce que ladite chambre de coupure comporte une cloison intérieure (4) séparant deux compartiments dans lesquels le gaz est mis sous pression, ces deux compartiments ayant des volumes (V1,V2) qui sont différents et des orifices (6,7) pour le soufflage de l'arc qui sont séparés, ces orifices étant disposés en série suivant ladite direction axiale et l'orifice (6) du compartiment de plus grand volume (V1) étant disposé adjacent au premier contact. 2/ L'interrupteur selon la revendication 1, dans lequel les deux compartiments communiquent entre eux par l'intermédiaire d'un canal (9) fermé par un clapet taré unidirectionnel (10) autorisant le passage du gaz sous pression du compartiment ayant le plus petit volume (V2) vers le compartiment ayant le plus grand volume (V1). 3/ L'interrupteur selon l'une des revendications 1 ou 2, comprenant une buse (3) en matière isolante disposée coaxialement autour du premier contact et dans laquelle pénètre le second contact, lesdits compartiments étant disposés à l'intérieur de la buse avec un aimant permanent (11) produisant un champ magnétique tournant pour la coupure de l'arc électrique. 4/ L'interrupteur selon l'une des revendications 1 ou 2, comprenant une buse (3) en matière isolante disposée coaxialement autour du premier contact et dans laquelle pénètre le second contact, lesdits compartiments étant disposés à l'intérieur de la buse, et comprenant en outre un aimant permanent (11) disposé à l'intérieur dudit second contact (5) et produisant un champ magnétique tournant pour la coupure de l'arc électrique. / L'interrupteur selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel à la séparation des contacts, le second contact (5) libère l'orifice (6) du compartiment de plus grand volume (V1) alors qu'il obture l'orifice (7) du compartiment de plus petit volume (V2).