Brevet FR2927194A1 — publié le 20090807

AMPOULE A VIDE POUR UN APPAREIL ELECTRIQUE DE COUPURE ASSURANT AU MOINS LA FONCTION SECTIONNEUR La présente invention concerne une ampoule à vide pour un appareil électrique de coupure comprenant, logés dans une enveloppe de forme sensiblement cylindrique fermée par deux fonds, un premier contact fixe de forme sensiblement annulaire monté sensiblement au centre de l'ampoule en s'étendant radialement à l'intérieur de l'ampoule, un second contact fixe solidaire de l'un des fonds de l'ampoule et s'étendant sensiblement parallèlement à l'axe de l'ampoule, et un contact mobile monté coulissant à travers l'autre des deux fonds et s'étendant sensiblement parallèlement à l'axe de l'ampoule, l'un des contacts fixe étant relié électriquement à la terre d'un circuit extérieur, l'autre des contacts fixes étant relié électriquement à la source (ou au départ) dudit circuit et le contact mobile étant relié électriquement au départ ( ou respectivement à la source) dudit circuit, ledit contact mobile étant déplaçable entre une position de contact avec l'un des contacts fixes et une position de contact avec l'autre des contacts fixes. Une telle ampoule renferme en général trois contacts respectivement deux contacts fixes et un contact mobile. Ces trois contacts sont destinés à être reliés respectivement à trois points de raccordement d'un système électrique extérieur à l'ampoule. L'un de ces points de raccordement réalise la fonction terre ou la masse du système électrique. Le second de ces points représente la source du système électrique par laquelle le courant arrive. Le troisième de ces points constitue un point de départ du courant vers le client. Les contacts de l'ampoule sont raccordés à l'un ou l'autre de ces points, le contact mobile étant rarement relié à la fonction terre. Le contact mobile peut se déplacer entre deux positions, respectivement une position dans laquelle le contact mobile est en contact avec l'un dit premier des contacts fixe et une position dans laquelle le contact mobile est en contact avec le second contact fixe. Par exemple, le contact mobile peut être relié au départ du système électrique. L'un des contacts fixes peut être relié à la terre du système électrique et le second contact fixe relié à la source du système électrique. Les fonctions réalisées dans une telle ampoule sont au minimum de deux à savoir la fonction assurant la continuité de service, et la fonction assurant la mise à la terre d'une partie du système électrique, soit la source, soit le départ. Lors de cette mise à la terre du système, un sectionnement est obtenu entre la source et le départ. Ces deux fonctions sont obtenues en mettant le contact mobile dans l'une ou l'autre position extrême. D'autres fonctions peuvent être réalisées en plus de la fonction sectionneur avec le même dispositif, par exemple la fonction interrupteur ou la fonction sectionneur sans mise à la terre. La fonction interrupteur réalise la coupure du courant qui circule de la source vers le client. Pour réaliser cette fonction, il faut déplacer le contact mobile vers la position ouverte rapidement sur une distance suffisante pour éteindre l'arc qui se forme lors de la séparation du contact mobile et du contact fixe. La fonction sectionneur sans mise à la terre permet de séparer électriquement tous les contacts. On connaît le brevet DE 2037234 décrivant une ampoule réalisant les fonctions sectionneur et mise à la terre. L'objectif de ce type d'ampoule est d'assurer plusieurs fonctions dans une même ampoule afin de réaliser ensuite une économie soit en encombrement soit en coût ou les deux. Le tableau suivant indique les diamètre et hauteur des ampoules connues lorsqu'elles réalisent pour l'une en 1, la fonction interrupteur, pour une autre, en 2, la fonction disjoncteur, et pour une troisième en 3, la fonction sectionneur avec mise à la terre telle celle décrite dans le brevet précité, pour différentes valeurs de tension. LIGNE Fonction 12 kV 24 kV 36 kV ampoule Diamètre Hauteur Diamètr Hauteur Diamètre Hauteur En mm En mm e En mm En mm En mm En mm 1 Interrupteur 50 90 60 120 75 160 2 Disjoncteur 60 120 70 120 100 180 3 Sectionneur 82 160 92 180 122 220 avec Mise à la terre On voit sur ce tableau que pour une même tension, les dimensions de l'ampoule, 25 lorsqu'elle réalise la fonction sectionneur avec mise à la terre, sont plus importantes que les dimensions des ampoules lorsque celles-ci réalisent les fonctions interrupteur ou disjoncteur seules. La présente invention propose une ampoule à vide assurant la fonction sectionneur et mise à la terre, présentant des dimensions réduites, et permettant l'intégration dans ladite ampoule de la fonction disjoncteur. A cet effet, la présente invention a pour objet une ampoule à vide pour un appareil électrique de coupure du genre précédemment mentionné, cette ampoule étant caractérisée en ce que la surface d'appui du contact mobile sur le premier contact fixe est en forme de lune croissante. Selon une autre caractéristique, le premier contact fixe comporte un disque comportant une ouverture circulaire décentrée par rapport à l'axe de l'ampoule et permettant le passage du contact mobile. Selon une autre caractéristique, le contact mobile comporte un disque centré sur l'axe de l'ampoule. Selon une autre caractéristique, le contact mobile est en contact avec le premier contact fixe par une surface inférieure du disque orientée vers l'ouverture de l'ampoule à travers laquelle le contact mobile est monté coulissant. Selon une autre caractéristique, le contact mobile comporte un évidement conformé de manière à recevoir une partie du premier contact précité, l'une des surfaces délimitant l'évidement formant au moins en partie une surface d'appui du contact mobile sur le premier contact fixe. Selon une autre caractéristique, ledit évidement est conformé de manière que ledit contact mobile comporte une première partie constituant le disque de contact centré sur l'axe de l'ampoule, une seconde partie cylindrique désaxée par rapport à l'axe de l'ampoule et présentant une hauteur correspondant à celle de l'évidemment précité, et une troisième partie cylindrique centrée par rapport à l'axe de l'ampoule. Selon une autre caractéristique, ladite ampoule à vide comportant deux écrans diélectriques montés autour des contacts, lesdits écrans étant mis bout à bout et supportant à leurs extrémités en regard le premier contact fixe, ladite ampoule est caractérisée en ce que les deux écrans précités présentent une forme conique, leur diamètre étant plus important du côté du milieu de l'ampoule. Selon une autre caractéristique, les écrans précités sont réalisés en céramique. Selon une caractéristique particulière, l'enveloppe de l'ampoule est réalisée par surmoulage en epoxy, la couche d'époxy ayant une épaisseur croissante à partir du centre vers les extrémités de l'ampoule. Selon une autre caractéristique, l'enveloppe de l'ampoule est recouverte d'une couche conductrice reliée électriquement à la terre. Selon une autre caractéristique, ladite ampoule comporte des moyens de production d'un 20 champs magnétique radial ou axial de manière à assurer la fonction disjoncteur Selon une autre caractéristique, la surface du premier contact fixe destinée à venir en contact avec le contact mobile comporte plusieurs points de contact distincts en saillie. 25 Avantageusement, ces points comprennent au moins trois points de contact formant un triangle, lesdits points étant séparés d'une même distance de l'axe de l'ampoule. Selon une réalisation particulière, le premier contact fixe est relié à la terre tandis que le second contact fixe est relié à la source, et le contact mobile est relié au départ du circuit 30 extérieur.15 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 coupe axiale d'une ampoule à vide selon l'art antérieur, -La figure 2 est une vue en coupe axiale d'une même ampoule à vide selon l'invention, 10 -La figure 3 est une vue en coupe radiale suivant B-B de la figure précédente, -La figure 4 est une vue en coupe axiale d'une ampoule selon une autre réalisation de l'invention et, 15 -La figure 5 est une vue en coupe axiale d'une ampoule à vide selon une autre réalisation de l'invention. Sur les figures, on voit une ampoule A destinée à assurer la fonction sectionnement et mise à la terre dans un circuit électrique. Cette ampoule A comporte de manière connue en soi 20 une enveloppe 1 de forme sensiblement cylindrique obturée par deux fonds 3,4 remplie de vide 2. Cette enveloppe renferme un premier contact fixe 5 relié à la terre T d'un système extérieur, un second contact fixe 6 relié électriquement à la source d'un système extérieur recevant une alimentation électrique, et un contact mobile 7 relié électriquement au départ du système électrique et permettant la distribution du courant vers le client. 25 La fonction continuité de service est assurée lorsque le contact mobile 15 qui est relié au départ est en contact avec le second contact fixe 16 qui est relié électriquement à la source précitée. La fonction mise à la terre est assurée lorsque le contact mobile 15 est en contact avec le premier contact fixe 13 relié électriquement à la terre T. Dans ce cas, un sectionnement est 30 obtenu entre la source et le départ. Dans le dispositif selon l'art antérieur tel qu'illustré sur la figure 1, le contact de terre T ou premier contact fixe est de forme annulaire et coopère avec le contact mobile 7 en forme de disque. Pour ce faire, une partie annulaire 8 de la surface inférieure 9 du disque de contact 10 est en contact avec une partie d'extrémité également annulaire 11 de la surface supérieure 12 du contact terre T. Selon la réalisation de l'invention, le contact de terre 13 comporte un disque 14 comportant un passage circulaire 14a décentré par rapport à l'axe X de l'ampoule et par lequel passe le contact mobile 15. Le second contact fixe 16 est constitué par une partie cylindrique traversant la paroi de fond supérieure 3 de l'ampoule A. Le contact mobile 15 comporte une première partie 17 formant un disque de contact, une seconde partie 18 présentant un évidemment 19 destiné à recevoir le contact de terre 13, et une troisième partie 20 formée par une partie cylindrique similaire à celle du second contact fixe 16 et traversant la paroi inférieure 4 de l'ampoule A. L'une 21 des parois de l'évidemment 19 constitue une surface annulaire destinée à être amenée en contact avec la surface 22 en regard du contact terre 13. La surface de contact S entre les deux surfaces respectivement du contact mobile 15 et du contact terre 13 est en forme de lune croissante tel qu'illustré sur la figure 3. Comme ceci est également représenté sur la figure 3, le contact terre 13 comporte trois plots de contact 23,24,25 disposés en triangle et situés tous à une même distance de l'axe X de l'ampoule. Le tableau représenté ci-après est un tableau identique à celui déjà présenté précédemment mais comportant en outre les données concernant le dispositif selon l'invention. LIGNE Fonction 12 kV 24 kV 36 kV ampoule Diamètre Hauteur Diamètr Hauteur Diamètre Hauteur En mm En mm e En mm En mm En mm En mm 1 Interrupteur 50 90 60 120 75 160 2 Disjoncteur 60 120 70 120 100 180 3 Sectionneur 82 160 92 180 122 220 avec Mise à la terre ~t Selon 67 140 75 140 100 180 invention Figure 3 et 6 (conique) On peut remarquer dans ce tableau que les dimensions radiales d'une ampoule selon l'invention indiquées sur la ligne 4 sont équivalentes à celles des disjoncteurs pour une même tension. Ce qui permet de réaliser des systèmes de distribution électrique plus compacts. De plus la diminution de la hauteur obtenue permet d'intégrer la fonction disjoncteur dans l'ampoule, telle qu'illustrée sur la figure 5. Sur cette figure en effet, l'ampoule est équipée de contacts RMF 26,27 adaptés à un champ magnétique radial. Mais d'autres moyens de coupure pourraient être envisagés, comme des contacts dits AMF à spire interne adaptés à la production d'un champ magnétique axial. Sur la figure 4, une autre réalisation de l'ampoule a été représentée, laquelle comporte des écrans (le céramiques 28,29 de forme conique, ceci permettant d'obtenir une réduction supplémentaire de la taille de l'ampoule. Ainsi, la largeur radiale maximale de l'ampoule reste restreinte au niveau du contact terre, la largeur étant réduite aux deux extrémités. Cette réalisation est avantageuse pour les applications utilisant une isolation au gaz, ou en cas de surmoulage de l'ampoule au moyen d'époxy 31 en présence d'un écran relié à la terre tel qu'illustré sur cette figure 4. La forme conique des céramiques permet en effet de réaliser un meilleur épanouissement du champ électrique entre l'intérieur de l'ampoule et l'isolation. La surface extérieure de l'ampoule est recouverte d'une couche conductrice 30 qui est mise à la terre. L'épaisseur de la couche d'époxy est déterminée par les contraintes diélectriques aux extrémités de l'ampoule. On obtient une réduction notable de la largeur radiale de l'enveloppe en faisant varier ainsi cette épaisseur d'époxy. On notera que bien que dans la réalisation décrite, le contact fixe du milieu est relié à la terre, le second contact fixe à la source et le contact mobile au départ, d'autres réalisations sont possibles. Par exemple, le contact mobile peut être relié à la source et le premier contact fixe à la terre alors que le second contact fixe sera relié au départ, ou inversement pour les contacts fixes. On a donc réalisé selon l'invention une ampoule à vide dans laquelle la largeur radiale maximale de l'ampoule est réduite à la hauteur du contact terre. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaison si celles-ci sont réalisées suivant son esprit. REVENDICATIONS 1. Ampoule à vide pour un appareil électrique de coupure comprenant, logés dans une enveloppe de forme sensiblement cylindrique fermée par deux fonds, un premier contact fixe de forme sensiblement annulaire monté sensiblement au centre de l'ampoule en s'étendant radialement à l'intérieur de l'ampoule, un second contact fixe solidaire de l'un des fonds de l'ampoule et s'étendant sensiblement parallèlement à l'axe de l'ampoule, et un contact mobile monté coulissant à travers l'autre des deux fonds et s'étendant sensiblement parallèlement à l'axe de l'ampoule, l'un des contacts fixe étant relié électriquement à la terre d'un circuit extérieur, l'autre des contacts fixes étant relié électriquement à la source (ou au départ) dudit circuit et le contact mobile étant relié électriquement au départ ( ou respectivement à la source) dudit circuit, ledit contact mobile étant déplaçable entre une position de contact avec l'un des contacts fixes et une position de contact avec l'autre des contacts fixes, caractérisée en ce que la surface d'appui S du contact mobile (15) sur le premier contact fixe (13) est en forme de lune croissante. 2. Ampoule à vide selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier contact fixe (13) comporte un disque (14) comportant une ouverture circulaire (14a) décentrée par 20 rapport à l'axe X de l'ampoule A et permettant le passage du contact mobile (15). 3. Ampoule à vide selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le contact mobile (15) comporte un disque (17) centré sur l'axe (X) de l'ampoule. 25 4. Ampoule à vide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le contact mobile (17) est en contact avec le premier contact fixe (13) par une surface inférieure (21) du disque (17) orientée vers l'ouverture de l'ampoule A à travers laquelle le contact mobile (15) est monté coulissant. 30 5. Ampoule à vide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le contact mobile (15) comporte un évidement (19) conformé de manière à recevoir une partie du premier contact précité (13), l'une (21) des surfaces délimitant 8l'évidement (19) formant au moins en partie une surface d'appui S du contact mobile (15) sur le premier contact fixe (13). 6. Ampoule à vide selon la revendication 5, caractérisée en ce que ledit évidement (19) est conformé de manière que ledit contact mobile (15) comporte une première partie (17) constituant le disque de contact centré sur l'axe de l'ampoule, une seconde partie cylindrique (18) desaxée par rapport à l'axe X de l'ampoule A et présentant une hauteur correspondant à celle de l'évidement précité (19), et une troisième partie cylindrique (20) centrée par rapport à l'axe X de l'ampoule A. 7. Ampoule à vide selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant deux écrans diélectriques (28,29) montés autour des contacts, lesdits écrans étant mis bout à bout et supportant à leurs extrémités en regard le premier contact fixe (13), caractérisée en ce que les deux écrans précités (28,29) présentent une forme conique, leur diamètre étant plus important du côté du milieu de l'ampoule. 8. Ampoule à vide selon la revendication 7, caractérisée en ce que les écrans précités (28,29) sont réalisés en céramique. 9. Ampoule à vide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que son enveloppe (1) est réalisée par surmoulage en epoxy (31), la couche d'époxy ayant une épaisseur croissante à partir du centre vers les extrémités de l'ampoule. 10. Ampoule à vide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée 25 en ce que l'enveloppe (1) de l'ampoule A est recouverte d'une couche conductrice (30) reliée électriquement à la terre T. 11. Ampoule à vide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de production d'un champ magnétique radial ou axial 30 de manière à assurer la fonction disjoncteur. 5 10 12. Ampoule à vide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la surface (22) du premier contact fixe (13) destinée à venir en contact avec le contact mobile (17) comporte plusieurs points de contact distincts (23,24,25) en saillie. 13. Ampoule à vide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ces points comprennent au moins trois points de contact (23,24,25) formant un triangle, lesdits points étant séparés d'une même distance de l'axe X de l'ampoule. 14. Ampoule à vide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier contact fixe (13) est relié à la Terre, le second contact fixe (16) est relié à la source, et le contact mobile (15) est relié au départ du circuit extérieur. 15