Brevet FR2916571A1 — publié le 20081128

CHAMBRE DE COUPURE ET DISJONCTEUR EQUIPÉ D'UNE TELLE CHAMBRE DE COUPURE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [00011 L'invention relève du domaine des dispositifs de coupure permettant notamment de couper des courants continus, en particulier des courants de faible intensité, c'est à dire compris entre 0,5 et 150 Ampères. [00021 L'invention concerne une chambre de coupure pour disjoncteur comprenant une chambre d'extinction d'arc formée par un empilement de plaques de désionisation et une chambre de formation d'arc délimitée par une première et une deuxième joue, ladite chambre de coupure étant équipée d'aimants permanents disposés derrière au moins la première joue. [00031 L'invention concerne également un disjoncteur comportant des contacts séparables et une chambre de coupure pour éteindre un arc électrique formé lors de l'ouverture desdits contacts. ETAT DE LA TECHNIQUE [00041 La chambre de formation d'arc d'une chambre de coupure s'étend généralement entre une zone de contacts et la chambre d'extinction. Dans la zone de contacts, la formation de l'arc est initiée par séparation desdits contacts. Le plus souvent, un contact est mobile et l'autre est fixe. Cette zone de contacts comporte généralement des moyens de captation de l'arc, le plus souvent des électrodes ou des cornes d'arc, contribuant au départ de l'arc des contacts et à son évacuation vers la chambre d'extinction. L'arc se déplace généralement dans un espace délimité par deux joues, fabriquées dans un matériau électriquement isolant, entre la zone de contacts jusqu'aux plaques de désionisation de la chambre d'extinction. [00051 Lors d'une coupure générée par un courant, variable ou continu, de forte intensité, c'est à dire supérieur à environ 150 Ampères, la force électromagnétique induite par la circulation du courant dans l'un des conducteurs reliés aux contacts est généralement suffisante pour propulser l'arc et l'évacuer rapidement vers les plaques de désionisation de la chambre d'extinction. [0006] Cependant, lors d'une coupure générée par un courant continu de faible intensité, cette force électromagnétique peut ne pas être suffisante pour propulser suffisamment l'arc et l'évacuer vers les plaques de désionisation. [0007] La demande de brevet français FR2622736 décrit un disjoncteur équipé d'une chambre de coupure comportant un aimant permanent disposé entre l'une des joues de la chambre de formation d'arc et la paroi adjacente du boîtier du disjoncteur. Cet aimant permanent permet de propulser l'arc électrique formé par la coupure d'un courant continu de faible intensité. [0008] Un inconvénient d'une telle chambre de coupure est que le champ magnétique de l'aimant permanent est parfois insuffisant pour propulser et évacuer efficacement l'arc électrique vers la chambre d'extinction. De surcroît, le champ magnétique généré par l'aimant permanent peut avoir tendance à attirer l'arc vers la joue adjacente à cet aimant, et empêcher sa progression et son évacuation vers la chambre d'extinction. EXPOSE DE L'INVENTION [0009] L'invention vise à remédier aux inconvénients des chambres de coupure de l'art antérieur en proposant une chambre de coupure pour disjoncteur comprenant une chambre d'extinction d'arc formée par un empilement de plaques de désionisation et une chambre de formation d'arc délimitée par une première et une deuxième joue, ladite chambre de coupure étant équipée d'aimants permanents disposés derrière au moins la première joue. [0010] Dans la chambre de coupure selon l'invention, la chambre de formation d'arc comporte : une section d'induction renforcée dans laquelle l'arc électrique est propulsé vers la chambre d'extinction d'arc par le champ magnétique généré par une première partie des aimants permanents, et une section de déviation dans laquelle l'arc électrique est dévié par rapport à un axe longitudinal de la chambre de formation d'arc vers la première joue par le champ magnétique généré par une seconde partie des aimants permanents, le champ magnétique sur l'axe longitudinal généré par la seconde partie des aimants permanents étant sensiblement plus faible que celui généré par la première partie des aimants permanents. [0011] De préférence, la première partie des aimants permanents comporte deux fractions aimantées disposées derrière chacune des joues. Avantageusement, les deux fractions aimantées de la première partie des aimants permanents génèrent des champs magnétiques ayant des intensités sensiblement égales. Avantageusement, les deux fractions aimantées de la première partie des aimants permanents sont disposées symétriquement par rapport à l'axe longitudinal de la chambre de formation d'arc. [0012] Selon un mode de réalisation, au moins une fraction de la seconde partie des aimants permanents est disposée derrière la première joue de sorte que le champ magnétique généré par ladite fraction est supérieur à celui généré par la fraction restante de la seconde partie des aimants permanents. De préférence, la totalité de la seconde partie des aimants permanents est disposée derrière la première joue. [0013] De préférence, les plaques de désionisation comportent un bord d'attaque équipé d'un renfoncement central et d'au moins une partie latérale orientée vers la section de déviation, l'arc électrique étant dirigé dans la section de déviation vers ladite partie latérale. Avantageusement, la distance entre la seconde partie des aimants permanents et la partie latérale du bord d'attaque des plaques de désionisation est inférieure à 1 millimètre. [0014] Selon un mode de réalisation, la première joue est en matériau céramique. De préférence, la deuxième joue est un matériau organique gazogène. [0015] L'invention concerne également un disjoncteur comportant des contacts séparables et une chambre de coupure pour éteindre un arc électrique formé lors de l'ouverture desdits contacts, la chambre de coupure étant telle que décrit précédemment. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES [0016] D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et représentés dans les figures annexées. [0017] La figure 1 représente une vue partielle d'un pole de disjoncteur présentant une chambre de coupure selon l'invention. [0018] La figure 2 représente une vue partielle du pole de disjoncteur de la figure 1 selon une coupe suivant l'axe A--A' DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION [0019] Comme cela est représenté sur les figures 1 et 2, le pole de disjoncteur comporte un contact mobile 1 et un contact fixe 2, chacun de ces contacts étant relié par l'intermédiaire d'un conducteur à une borne de connexion du disjoncteur. L'ouverture du contact mobile peut être commandée par un mécanisme de commande à l'aide d'une manette ou par des moyens de déclenchement non représentés. Ces moyens de déclenchement peuvent comporter un déclencheur électromagnétique et un déclencheur thermique susceptibles de provoquer, en cas de surcharge ou de court-circuit, une ouverture automatique du contact mobile 1. [0020] Les éléments du disjoncteur, tels que les contacts séparables, le mécanisme de commande et les moyens de déclenchement, sont généralement logés dans un boîtier 3 moulé dans un matériau isolant. Comme cela est représenté à la figure 2, le boîtier 3 renferme également une chambre de coupure 4 destinée à éteindre l'arc électrique formé entre les contacts séparables lors de leur ouverture. [0021] Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, la chambre de coupure 4 comporte une chambre de formation d'arc 11 délimitée par une première joue 12 et une seconde joue 13, lesdites joues étant sensiblement parallèles. L'une des bornes du pole de disjoncteur est reliée électriquement au contact fixe 2 et se prolonge pour constituer une électrode ou corne d'arc 14 qui s'étend dans la partie supérieure de la chambre de formation d'arc. Une autre borne du pole de disjoncteur reliée électriquement au contact mobile 1 est connectée à une autre électrode ou corne d'arc 15 qui s'étend dans la partie inférieure de la chambre de formation d'arc. Les électrodes ou cornes d'arc 14 et 15 sont agencées de manière à capter un arc tiré entre les contacts 1 et 2 lors de leur séparation. L'arc électrique formé entre les deux contacts est ainsi capté par les électrodes pour être transporté et évacué vers une chambre d'extinction d'arc 21 de la chambre de coupure. [0022] Notons, que sur la figure 2, les contacts séparables 1 et 2 ainsi que l'électrode 14 ont été représentés en pointillé, du fait qu'ils sont dissimulés notamment par la seconde joue 13. La distance entre le contact mobile 1 et l'électrode 15 dans la partie inférieure de la chambre de formation d'arc est généralement comprise entre 4 et 8 millimètres. Cette distance permet d'obtenir de bonnes performances pour la coupure de courants de forte intensité. [0023] Dans le mode de réalisation représenté, la chambre d'extinction d'arc 21 est formée par un empilement de plaques de désionisation 22 qui sont généralement des plaques métalliques. Les plaques de désionisation comportent un bord d'attaque par lequel l'arc électrique entre dans la chambre d'extinction. Le bord d'attaque des plaques de désionisation comporte généralement un renfoncement central 23. [0024] Dans le cas d'une coupure d'un courant électrique continu de forte intensité, l'induction magnétique créée par le passage du courant dans les électrodes 14 et 15 est généralement suffisante pour évacuer l'arc vers la chambre d'extinction 21. [0025] Dans le cas d'une coupure d'un courant électrique continu de faible intensité, l'induction magnétique créée par le passage du courant dans les électrodes 14 et 15 n'est plus suffisante pour évacuer l'arc électrique vers la chambre d'extinction 21 et l'utilisation d'un champ magnétique généré par des aimants permanents devient nécessaire. [0026] Selon un premier aspect de l'invention, la chambre de formation d'arc comporte une section d'induction renforcée 31 dans laquelle l'arc est propulsé vers la chambre d'extinction d'arc 21 par le champ magnétique généré par une première partie des aimants permanents. Le champ magnétique, sur un axe longitudinal de la chambre de formation d'arc, généré par la première partie des aimants permanents dans la section d'induction renforcée est plus important que celui généré par l'autre partie des aimants permanents dans le reste de la chambre de formation d'arc. Cette configuration permet de mieux propulser l'arc électrique et de le faire partir des contacts séparables. Ainsi, la commutation du pied de l'arc électrique entre le contact mobile et l'électrode 15 est principalement obtenue à l'aide de la première partie des aimants permanents dans la section d'induction renforcée de la chambre de formation d'arc. [0027] Comme cela est visible sur la figure 2, le déplacement de l'arc électrique est représenté par des points à différents instants. Dans la section d'induction renforcée, l'arc électrique est représenté par les points 41 et 42. [0028] Dans le mode de réalisation représenté, la première partie des aimants permanents comporte non seulement une première fraction aimantée 32, mais également une deuxième fraction aimantée 33. Les fractions aimantées 32 et 33 sont disposées derrière chacune des joues 12 et 13. Par fraction aimantée de la première partie des aimants permanents, on entend une fraction définie par rapport à ladite première partie des aimants permanents, c'est à dire par rapport à la partie des aimants permanents dans la section d'induction renforcée. La présence de la deuxième fraction aimantée 33 de la première partie des aimants permanents génère un champ magnétique qui s'ajoute à celui généré par la première fraction aimantée 32. Ceci permet d'augmenter significativement la force magnétique induite par la première partie des aimants permanents sur l'arc électrique. Ainsi, la deuxième fraction aimantée 33 de la première partie des aimants permanents permet la commutation du pied de l'arc électrique entre le contact mobile 1 et l'électrode 15, ainsi que le départ et l'évacuation dudit arc électrique vers la chambre d'extinction. L'effet de la distance D entre le contact mobile 1 et l'électrode 15 est donc compensé par la présence de la deuxième fraction aimantée 33. [0029] Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, la première et la seconde fraction aimantée 32 et 33 de la première partie des aimants permanents génèrent des champs magnétiques d'intensité sensiblement égale. Ainsi, la force magnétique pour propulser l'arc électrique en direction de la chambre d'extinction 21 a été doublée, ce qui permet de propulser plus rapidement l'arc électrique vers la chambre d'extinction. [0030] Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, la première et la seconde fraction aimantée 32 et 33 de la première partie des aimants permanents sont disposées symétriquement par rapport à l'axe longitudinal 10 de la chambre de formation d'arc. Ceci permet d'améliorer encore plus les propriétés décrites précédemment, c'est à dire de propulser plus efficacement l'arc électrique vers la chambre d'extinction. [0031] Selon un second aspect de l'invention, la chambre de formation d'arc 11 comporte une section de déviation 51 dans laquelle l'arc électrique est dévié par rapport à un axe longitudinal 10 de la chambre de formation d'arc vers la première joue 12, par le champ magnétique généré par une seconde partie des aimants permanents, le champ magnétique généré par la seconde partie des aimants permanents étant sensiblement plus faible que celui généré par la première partie des aimants permanents. Du fait que le champ magnétique sur l'axe longitudinal 10 généré par la seconde partie des aimants permanents est plus faible que celui de la première partie des aimants permanents et non symétrique par rapport audit axe longitudinal, l'arc électrique est dévié de sa trajectoire. Ainsi, la composante de déviation de l'arc électrique est principalement obtenue à l'aide de la seconde partie des aimants permanents dans la section de déviation 51. [0032] Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, la totalité de la seconde partie 52 des aimants permanents est disposée derrière la première joue 12. Dans d'autres modes de réalisation non représentés, seulement une fraction de la seconde partie des aimants permanents peut être disposée derrière la première joue, de sorte que le champ magnétique généré par ladite fraction est supérieur à celui généré par la fraction restante de la seconde partie des aimants permanents, cette dernière étant disposée derrière la seconde joue 13. Par fraction aimantée de la seconde partie des aimants permanents, on entend une fraction définie par rapport à la partie des aimants permanents dans la section de déviation. [0033] Comme cela est visible sur la figure 2, dans la section de déviation 51, les points 61, 62, 63, 64 et 65 représentent les positions de l'arc électrique dans la section de déviation à différents instants. Ces points se rapprochent de la première joue 12 du fait que la seconde partie 52 des aimants permanents permet de dévier l'arc électrique. De cette façon, l'arc électrique se rapproche de la première joue 12 tout en gardant une force magnétique suivant l'axe longitudinal 10 suffisante pour ne pas venir se coller à elle et de s'échouer à son contact. [0034] Comme cela est visible sur la figure 2, le bord d'attaque des plaques de désionisation est équipé d'un renfoncement central 23 et de deux parties latérales 71 et 72 orientées vers la section de déviation 51 de la chambre de formation d'arc. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, l'arc électrique est dirigé dans la section de déviation vers la partie latérale 71. [0035] Dans le cas d'une coupure de courants continus de forte intensité ou de courants alternatifs, il est généralement recherché de faire entrer l'arc dans la chambre d'extinction par le renfoncement central. Ceci permet de désioniser l'arc électrique au milieu de la chambre d'extinction pour dissiper un maximum d'énergie. [0036] Dans le cas d'une coupure d'un courant de faible intensité, on vise plutôt à faire entrer l'arc électrique le plus vite possible dans la chambre d'extinction, pour éviter qu'il reste et dissipe de l'énergie au sein de la chambre de formation d'arc, c'est à dire en amont de la chambre d'extinction. Dans le cas d'une coupure d'un courant de faible intensité, l'arc électrique peut s'éteindre sur la partie latérale 71 du bord d'attaque de la chambre d'extinction 21 du fait du peu d'énergie à dissiper. [0037] Avantageusement, la distance entre la seconde partie 52 des aimants permanents et la partie latérale 71 des plaques de désionisation est inférieure à 1 millimètre. Cette distance est suffisamment faible pour éviter que cet arc électrique vienne s'éteindre dans la chambre de formation d'arc. [0038] Les joues 12 et 13 délimitant la chambre de formation d'arc sont généralement formées dans un matériau électriquement isolant. Pour obtenir une bonne endurance électrique avec des courants continus de faible intensité, avec des temps de coupure relativement longs comparés aux courants alternatifs, les joues peuvent être formées dans un matériau électriquement isolant qui ne s'érode pas facilement, tel que de la céramique, par exemple de la stéatite. Pour obtenir une bonne coupure avec des courants continus ou alternatifs de forte intensité, les joues peuvent être formées dans un matériau électriquement isolant gazogène, par exemple du nylon gazogène. [0039] Avantageusement, la première joue 12 est en matériau céramique, et la deuxième joue 13 est un matériau organique gazogène. La joue gazogène permet d'augmenter la pression dans la zone des contacts et favorise ainsi le départ de l'arc électrique de la zone de contacts vers la chambre d'extinction. [0040] Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, la chambre de coupure comporte un premier et un deuxième aimant permanent respectivement disposés derrière chacune des joues 12 et 13. L'aimant disposé derrière la première joue 12 s'étend sur les deux sections d'induction renforcée et de déviation de la chambre de formation d'arc et l'aimant disposé derrière la seconde joue 13 s'étend seulement sur la section d'induction renforcée. Dans ce cas, la première partie des aimants permanents de la section d'induction renforcée est essentiellement constituée par le premier aimant, c'est à dire la fraction aimantée 32, et par la fraction du second aimant dans la section d'induction renforcée, c'est à dire la fraction aimantée 33. De la même façon, la seconde partie des aimants permanents de la section de déviation est essentiellement constituée par la fraction du second aimant dans la section de déviation, c'est à dire la fraction aimantée 52. [0041] L'invention s'étend également à une chambre de coupure comportant deux aimants permanents disposés derrière la première joue respectivement dans la section d'induction renforcée et dans la section de déviation, l'aimant dans la section d'induction renforcée générant un champ magnétique d'intensité sensiblement plus forte que celui dans la section de déviation. [0042] L'invention s'étend également à une chambre de coupure comportant trois aimants permanents, un premier et un deuxième aimant étant disposés derrière la première joue respectivement dans la section d'induction renforcée et dans la section de déviation, et un troisième aimant étant disposé derrière la seconde joue dans la section d'induction renforcée. REVENDICATIONS 1. Chambre de coupure (4) pour disjoncteur comprenant une chambre d'extinction d'arc (21) formée par un empilement de plaques de désionisation (22) et une chambre de formation d'arc (11) délimitée par une première et une deuxième joue (12, 13), ladite chambre de coupure étant équipée d'aimants permanents disposés derrière au moins la première joue (12), caractérisée en ce que la chambre de formation d'arc comporte : une section d'induction renforcée (31) dans laquelle l'arc électrique est propulsé vers la chambre d'extinction d'arc par le champ magnétique généré par une première partie (32, 33) des aimants permanents, et une section de déviation (51) dans laquelle l'arc électrique est dévié par rapport à un axe longitudinal (10) de la chambre de formation d'arc vers la première joue (12) par le champ magnétique généré par une seconde partie (52) des aimants permanents, le champ magnétique sur l'axe longitudinal généré par la seconde partie des aimants permanents étant sensiblement plus faible que celui généré par la première partie des aimants permanents. 2. Chambre de coupure selon la revendication 1, caractérisée en ce que la première partie des aimants permanents comporte deux fractions aimantées (32, 33) disposées derrière chacune des joues (12, 13). 3. Chambre de coupure selon la revendication 2, caractérisée en ce que les deux fractions aimantées (32, 33) de la première partie des aimants permanents génèrent des champs magnétiques ayant des intensités sensiblement égales. 25 4. Chambre de coupure selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que les deux fractions aimantées (32, 33) de la première partie des aimants permanents sont disposées symétriquement par rapport à l'axe longitudinal (10) de la chambre de formation d'arc. 30 5. Chambre de coupure selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'au moins une fraction de la seconde partie des aimants permanents est disposée derrière la 1020première joue (12) de sorte que le champ magnétique généré par ladite fraction est supérieur à celui généré par la fraction restante de la seconde partie des aimants permanents. 6. Chambre de coupure selon la revendication 5, caractérisée en ce que la totalité de la seconde partie (52) des aimants permanents est disposée derrière la première joue (12). 7. Chambre de coupure selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les plaques de désionisation (22) comportent un bord d'attaque équipé d'un renfoncement central (23) et d'au moins une partie latérale (71) orientée vers la section de déviation (51), l'arc électrique étant dirigé dans la section de déviation vers ladite partie latérale. 8. Chambre de coupure selon la revendication 7, caractérisée en ce que la distance entre la seconde partie des aimants permanents et la partie latérale (71) du bord d'attaque des plaques de désionisation (22) est inférieure à 1 millimètre. 9. Chambre de coupure selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la première joue (12) est en matériau céramique. 10. Chambre de coupure selon la revendication 9, caractérisée en ce que la deuxième joue (13) est un matériau organique gazogène. 11. Disjoncteur comportant des contacts séparables (1, 2) et une chambre de coupure (4) pour éteindre un arc électrique formé lors de l'ouverture desdits contacts, caractérisé en ce que la chambre de coupure est selon l'une des revendications 1 à 10.