Brevet FR2977067A1 — publié le 20121228

DISPOSITIF DE GUIDAGE DE L'ARC DANS UN APPAREIL DE PROTECTION ELECTRIQUE ET APPAREIL DE PROTECTION ELECTRIQUE COMPORTANT UN TEL DISPOSITIF. La présente invention concerne un dispositif de guidage de l'arc dans un appareil de protection électrique, ledit dispositif étant logé dans un boîtier et comportant deux contacts logés entre deux parois en regard l'une par rapport à l'autre appartenant au boîtier, dont l'un au moins est mobile par rapport à l'autre, entre une première position dans laquelle les contacts sont fermés et permettant le passage du courant et une seconde position dans laquelle les contacts sont séparés et le courant circulant entre les deux contacts est interrompu, la séparation des contacts entraînant l'apparition d'un arc électrique, ledit arc électrique étant soumis à la force de Laplace tendant à diriger l'arc vers une préchambre de coupure, ledit arc pouvant être dévié latéralement d'un côté ou de l'autre du plan contenant les deux contacts sous l'influence des éléments constitutifs de l'appareil de protection électrique. L'interruption du courant 'électrique par séparation des contacts concourt à protéger les biens et les personnes des effets des courants de court-circuit. L'invention concerne plus particulièrement le domaine des disjoncteurs de protection de type ultra terminal. L'arc électrique naissant à la séparation des contacts est soumis à la force de Laplace qui tend à le diriger vers la préchambre. Un problème se pose plus particulièrement lors des essais en endurance électrique pour des courants très faibles. En effet, les appareils ne réussissent pas le cycle normatif imposé par la norme. Après un certain nombre de cycles, on observe que les parois latérales sont brûlées et détruites entraînant une forte pollution de la zone des contacts. Un examen approfondi montre qu'il y a un côté particulier oû cette destruction apparaît, ce qui laisse supposer que la force de Laplace est déviée latéralement. Actuellement, ce problème en endurance électrique n'est pas résolu. Les investigations menées montrent la complexité de l'impact sur le départ d'arc et l'interactivité de l'ensemble des éléments constituants le disjoncteur, à savoir le circuit de courant lui-même avec la bobine magnétique, le contact mobile, la tresse, mais également toutes les pièces ferromagnétiques telle que la carcasse magnétique, la chambre de coupure, le bilame. Pour donner un ordre de grandeur, le poids de la composante latérale de la force de Laplace est de l'ordre de 40% de la composante de propulsion. Ce problème est une conséquence de l'utilisation des actionneurs à noyau plongeur dans les disjoncteurs actuels et également du sens horaire d'enroulement des bobines en vue de dessus des appareils lorsque ceux-ci sont montés sur un support de montage. En conséquence de ce qui précède, l'arc électrique lors de la séparation des contacts est dévié latéralement, ce qui engendre une dégradation de la paroi située au voisinage des contacts, pouvant conduire à une pollution de la zone de contact et donc à une dégradation des caractéristiques de coupure. Ainsi, le produit ne finit pas le cycle normatif d'endurance électrique. On connaît des dispositifs dits de soufflage d'arc comportant deux joues de soufflages solidaires du boîtier de l'appareil et aptes à réaliser le guidage de l'arc en direction de la chambre de coupure lorsque cet arc a quitté les contacts, après sa commutation. La présente invention résout ces problèmes et propose un dispositif de guidage de l'arc dans un appareil de protection électrique permettant d'améliorer les caractéristiques de la coupure et d'endurance électrique de l'appareil, ainsi qu'un appareil de protection électrique comportant un tel dispositif. A et effet, la présente invention a pour objet un dispositif de guidage de l'arc pour un appareil de protection électrique, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de guidage magnétiques de l'arc aptes à canaliser les lignes de flux présentes lors de la séparation des contacts, au voisinage de ces contacts, d'un côté ou de l'autre dudit plan, de manière à guider l'arc dés la séparation des contacts afin de le rappeler dans le plan précité. Selon une caractéristique particulière, les moyens de guidage précités comportent au moins une pièce réalisée en un matériau ferromagnétique positionnée en regard et au voisinage du point de séparation des contacts, ladite pièce s'étendant sensiblement parallèlement au plan précité. Selon une réalisation particulière, la pièce précitée comporte une plaque de forme sensiblement parallélépipédique, ladite plaque présentant une hauteur correspondant sensiblement à la distance de séparation des contacts en position ouverte et présentant une largeur correspondant sensiblement à celle de la pastille de contact fixée au contact fixe. Selon une autre réalisation, cette pièce comporte une plaque en forme de L comportant une première partie de forme sensiblement parallélépipédique positionnée en regard et au voisinage du point de séparation des contacts, ladite partie s'étendant sensiblement parallèlement au plan précité, présentant une hauteur correspondant sensiblement à la distance de séparation des contacts en position ouverte, et une seconde partie formant retour apte à être placée contre la face du contact fixe opposée à celle supportant la pastille, cette seconde partie étant en regard sensiblement de la moitié de la pastille de contact. Selon une caractéristique particulière, cette pièce est intégrée à l'une des parois 20 du boîtier précité lors du moulage dudit boîtier. Avantageusement, cette pièce est fixée à la paroi précitée par encastrement serré ou collage. Selon une autre réalisation, ladite pièce est revêtue d'un matériau isolant et fixée sur le contact fixe. Avantageusement, ladite pièce est clipsée sur le contact fixe. Selon une caractéristique particulière, ladite pièce présente une épaisseur d'environ 0,8 mm. Selon une autre caractéristique, la pièce est positionnée du côté de la paroi 30 opposée à celle sur laquelle est constaté un problème de dégradation lors d'essais en endurance électrique pour des courants très faibles. 25 La présente invention a encore pour objet un disjoncteur basse tension du type ultra terminal comportant un dispositif de guidage comportant les caractéristiques précédemment mentionnées prises seules ou en combinaison. Selon une caractéristique particulière, ce disjoncteur comportant un circuit de courant comportant un actionneur comportant une bobine magnétique, ce disjoncteur est caractérisé en ce que, vu de dessus de l'appareil lorsque celui-ci est fixé sur un support de montage, le sens d'enroulement des spires de la bobine de l'actionneur est un sens horaire. 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 : 15 -La figure 1 est une vue en perspective illustrant un disjoncteur selon l'art antérieur, l'une des partie du couvercle ayant été retirée de manière à montrer la partie intérieure du disjoncteur, - La figure 2 est une vue partielle en perspective, illustrant une partie du 20 mécanisme du disjoncteur de la figure précédente, -La figure 3 est une vue en perspective, illustrant une partie du boîtier d'un disjoncteur selon l'invention, selon une première réalisation de l'invention, 25 -La figure 4 est une vue partielle en perspective, illustrant une partie du mécanisme d'un disjoncteur selon une seconde réalisation de l'invention, - La figure 5 est une vue agrandie de la figure 4, 30 -La figure 6 est une vue agrandie d'une partie de la figure 3, - La figure 7 est une vue identique à la figure 3, mais selon une troisième réalisation de l'invention, 10 - La figure 8 est une vue identique à la figure 4, mais selon une quatrième réalisation de l'invention, -La figure 9 est une vue agrandie de la figure 8, - La figure 10 est une vue agrandie d'une partie de la figure 7, Sur la figure 1, on voit un disjoncteur électrique basse tension D destiné à être placé dans un circuit électrique de manière à protéger les biens et les personnes des effets des courants de court-circuit ou de surcharge. Cet appareil est logé dans un boîtier B de forme sensiblement parallélépipédique comportant une face arrière 1 de fixation à un support de montage (non représenté), deux faces (2,3) respectivement supérieure et inférieure comportant les bornes de raccordement amont et aval 2a,3a de l'appareil, et deux faces principales 4 par lesquelles ledit appareil peut être juxtaposé à un appareil du même type. Cet appareil comporte un contact fixe 6 et un contact mobile 7, un dispositif de déclenchement thermique 8 apte à entraîner la séparation des contacts lors de l'apparition d'une surcharge de courant dans le circuit, ainsi qu'un dispositif de déclenchement magnétique 9 apte à entraîner l'ouverture des contacts en cas de court-circuit. Le dispositif de déclenchement thermique 8 comporte de manière connue un bilame 10 traversé par le courant à surveiller et apte à coopérer avec une barre de déclenchement 11 du mécanisme, ladite barre 11 étant apte à libérer un dispositif permettant le mouvement du contact mobile 7 vers la position d'ouverture. Le dispositif de déclenchement magnétique 9 comporte une bobine magnétique 12 traversée par le courant, et un noyau 13 placé au centre de la bobine et apte à déplacer une tige d'actionnement 14 de la barre de déclenchement 11 lorsque le courant dépasse un certain seuil. Comme ceci est plus particulièrement illustré sur les figures 2, 4 et 8, l'une 12a des extrémités 12a,12b de la bobine 12 est reliée électriquement à une borne 3a du mécanisme tandis que l'autre extrémité 12b de la bobine est reliée électriquement au contact fixe 6. Les contacts fixe 6 et mobile 7 sont situés dans un espace 15 de l'appareil appelé préchambre, lieu dans lequel l'arc apparaît avant d'être entraîné dans la chambre de coupure 16 par la force de Laplace. Conformément à l'invention, et tel qu'illustré sur les figures 4 à 10, le disjoncteur comporte un dispositif de guidage de l'arc 17, apte à agir sur l'arc dés sa formation, de manière à le redresser en augmentant la composante de propulsion de la force de Laplace et en diminuant sa composante latérale. Selon l'invention, ce dispositif de guidage comporte une ou plusieurs pièces ferromagnétiques 19,20 agencées dans l'environnement immédiat du point de séparation des contacts. Selon une première réalisation particulière de l'invention illustrée sur les figures 4 et 5, ce dispositif de guidage comporte une pièce 19 en forme de plaque de forme parallélépipédique de faible épaisseur, d'environ 0,8 mm, ladite pièce étant fixée au contact fixe 6 de manière à s'étendre suivant un plan parallèle au plan des faces principales 4 du boîtier B de l'appareil et à être située en regard du point de séparation des contacts. Avantageusement, la hauteur h de cette plaque 19 couvre la distance d'ouverture d du contact mobile 7 et la largeur 1 de cette plaque est adaptée à celle de la pastille de contact. Avantageusement, la fixation de cette plaque sur le contact fixe peut être réalisée par clippage de cette pièce sur le contact fixe après avoir revêtu ladite plaque d'un matériau isolant. Selon une seconde réalisation illustrée sur les figures 3 et 6, la pièce 19 est intégrée à la paroi 21 lors du moulage et est fixée dans un logement 22 de cette paroi 21 par encastrement serré ou collage. Selon une troisième réalisation illustrée sur les figures 7 à 10, cette pièce est une plaque en forme de L 20, ou de demi-U, de la même épaisseur que la pièce de forme parallélépipédique 19 de la réalisation précédente. La partie verticale 20a de ce demi-U est positionnée de la même façon que la pièce plate 19 de la réalisation précédente, c'est à dire en regard du point de séparation des contacts et dans un plan s'étendant sensiblement parallèlement au plan des faces principales 4 du boîtier. Selon la réalisation illustrée sur les figures 8 et 9, cette pièce 19 est revêtue d'un matériau isolant et clippée sur le contact fixe 6. Selon une quatrième réalisation illustrée sur les figures 7 et 10, cette pièce en L est intégrée à la paroi 21 du boîtier lors du moulage. La partie horizontale 20b de cette plaque est placée de façon à se situer en regard de la moitié de la pastille fixe 18 du contact fixe 6. La hauteur k de la partie verticale 20a de cette pièce en L couvre la distance d'ouverture d des contacts. Sa largeur est adaptée à celle de la pastille de contact. Cette plaque 20 est positionnée de manière automatique ou manuelle dans l'enveloppe par encastrement de ladite plaque dans un logement 22 du boîtier prévu à cet effet. Le maintien de la pièce par rapport au boîtier est réalisé par un encastrement serré de la pièce dans le boîtier, ou bien par un collage de la pièce sur le boîtier. Si l'on considère un plan de symétrie passant par le milieu du point de séparation des contacts, dans lequel plan se trouve les deux contacts 6,7, et parallèle aux faces principales 4 du boîtier, ces pièces 19,20 sont positionnées par rapport à ce plan du côté de la paroi 21 opposée à celle sur laquelle sont constatés les problèmes de dégradation des parois lors des tests d'endurance. On obtient grâce à l'invention un effet magnétique qui consiste en ce que la composante latérale de la force de Laplace est réduite d'un facteur 5, ce qui est suffisant pour empêcher les dégradations précédemment mentionnées. Par ailleurs, on observe également un autre effet sur la composante de propulsion. Celle-ci est augmentée d'environ 25%. Les autres avantages présentés par l'invention tiennent en ce que l'appareil selon l'invention présente un encombrement très réduit dans le cas de l'utilisation de la pièce de forme parallélépipédique, ce qui est intéressant pour des architectures dont le pas serait inférieur à 18mm. Cette plaque présente également l'avantage de pouvoir être intégrée dans une nervure de l'enveloppe pour le cas de la pièce en L et de ce fait, de pouvoir être utilisée pour positionner le contact fixe. On notera que la taille de la plaque sera adaptée de manière que ses dimensions soient du même ordre de grandeur que celles des pastilles de contact qui peuvent être utilisées pour équiper ces contacts électriques. Parmi les autres éléments qui peuvent impacter les composantes de la force de Laplace sur l'arc dés l'ouverture des contacts, les investigations ont montré l'importance du sens d'enroulement des spires de la bobine de l'actionneur. On observe en effet qu'en choisissant un sens anti-horaire pour le sens d'enroulement des bobines du disjoncteur, c'est-à-dire un sens opposé à celui habituellement choisi, on observe que la composante latérale de la force de Laplace se trouve annulée. Ainsi, grâce à l'invention, on augmente la densité de champ autour de l'arc et, compte tenu que cette plaque n'est disposée que d'un seul côté, on corrige la dissymétrie existante. Ainsi, on combine une augmentation de la force de Laplace avec un redressement de l'arc. En canalisant ainsi les lignes de flux du bon côté, on diminue la composante latérale de la force de Laplace. En inversant le sens d'enroulement des bobines des actionneurs, on annule ces composantes latérales. On a donc réalisé grâce à l'invention un dispositif de guidage de l'arc agissant sur l'arc dés la séparation des contacts, de manière que cet arc pénètre dans la préchambre sans être dévié latéralement, ce en augmentant le champ magnétique au niveau des contacts et en canalisant les lignes de flux d'un seul côté des contacts, ceci ayant pour effet d'empêcher la dégradation des parois et donc d'améliorer les caractéristiques de coupure et en particulier l'endurance électrique. L'invention s'applique tout particulièrement à tous les appareils de protection électriques miniatures comportant des actionneurs à bobine électro-magnétique et tout particulièrement lorsqu'il est nécessaire de réduire le pas d'encombrement des appareils pour des applications diverses. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et 25 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 combinaisons si celles-ci sont réalisées suivant son esprit. 30 REVENDICATIONS :1. Dispositif de guidage de l'arc dans un appareil de protection électrique, ledit dispositif étant logé dans un boîtier et comportant deux contacts logés entre deux parois en regard l'une par rapport à l'autre appartenant au boîtier, dont l'un au moins est mobile par rapport à l'autre, entre une première position dans laquelle les contacts sont fermés et permettent le passage du courant et une seconde position dans laquelle les contacts sont séparés et le courant circulant entre les deux contacts est interrompu, la séparation des contacts entraînant l'apparition d'un arc électrique, ledit arc électrique étant soumis à la force de Laplace tendant à diriger l'arc vers une préchambre de coupure, ledit arc pouvant être dévié latéralement d'un côté ou de l'autre du plan contenant les deux contacts sous l'influence des éléments constitutifs de l'appareil de protection électrique, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de guidage magnétiques (17) de l'arc aptes à canaliser les lignes de flux présentes lors de la séparation des contacts (6,7), au voisinage de ces contacts (6,7), d'un côté ou de l'autre dudit plan, de manière à guider l'arc dés la séparation des contacts (6,7) afin de le rappeler dans le plan précité. 2. Dispositif de guidage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de guidage précités (17) comportent au moins une pièce (19,20) réalisée en un matériau ferromagnétique positionnée en regard et au voisinage du point de séparation des contacts, ladite pièce (19,20) s'étendant sensiblement parallèlement au plan précité. 3. Dispositif de guidage selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pièce précitée comporte une plaque (19) de forme sensiblement parallélépipédique, ladite plaque présentant une hauteur (h) correspondant sensiblement à la distance (d) de séparation des contacts en position ouverte et présentant une largeur (1) correspondant sensiblement à celle de la pastille de contact (18) fixée au contact fixe (6). 4. Dispositif de guidage selon la revendication 2, caractérisé en ce que cette pièce comporte une plaque (20) en forme de L comportant une première partie (20a) de forme sensiblement parallélépipédique positionnée en regard et au voisinage du point de séparation des contacts (6,7), ladite partie s'étendant sensiblement parallèlement au plan précité, présentant une hauteur (k) correspondant sensiblement à la distance de séparation (d) des contacts en position ouverte et une seconde partie (20b) formant retour apte à être placée contre la face du contact fixe opposée à celle supportant la pastille (18), cette seconde partie (20b) étant en regard sensiblement de la moitié de la pastille de contact (18). 5. Dispositif de guidage selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que cette pièce (19,20) est intégrée à l'une (21) des parois du 15 boîtier précité B lors du moulage dudit boîtier. 6. Dispositif de guidage selon la revendication 5, caractérisé en ce que cette pièce (19,20) est fixée à la paroi précitée (21) par encastrement serré ou collage. 20 7. Dispositif de guidage selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ladite pièce (19,20) est revêtue d'un matériau isolant et fixée sur le contact fixe (6). 8. Dispositif de guidage selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite 25 pièce (19,20) est clipsée sur le contact fixe (6). 9. Dispositif de guidage selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que ladite pièce (19,20) présente une épaisseur d'environ 0,8mm. 10. Dispositif de guidage selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que la pièce (19,20) est positionnée du côté de la paroi (21) 30opposée à celle sur laquelle est constaté un problème de dégradation lors d'essais en endurance électrique pour des courants très faibles. 11. Disjoncteur basse tension du type ultra terminal comportant un dispositif de guidage de l'arc (17) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10. 12. Disjoncteur selon la revendication 11 comportant un circuit de courant comportant un actionneur comportant une bobine magnétique (12), caractérisé en ce que, vu de dessus de l'appareil lorsque celui-ci est fixé sur un support de montage, le sens d'enroulement des spires de la bobine (12) de l'actionneur est un sens horaire. 20 25 30