Brevet FR2978597A1 — publié le 20130201

COMMANDE D'UN INTERRUPTEUR OU D'UN DISJONCTEUR DESCRIPTION Le sujet de l'invention est la commande d'un interrupteur ou d'un disjoncteur à moyenne ou haute tension comprenant notamment un contact mobile et un contact fixe composé d'un contact permanent immobile sur un support et d'un contact d'arc semi-mobile coulissant dans le précédent et en butée contre le contact mobile sous l'effet d'un ressort. Un tel dispositif de coupure de courant est décrit dans le document de demande de brevet français de numéro d'enregistrement 10 55322. Le contact semi-mobile coulisse dans le contact permanent au début des manoeuvres d'ouverture. Le courant de court-circuit passe par le contact semimobile quand ce dernier sort du contact permanent. Le ressort repousse en butée le contact semi-mobile contre le contact mobile. L'ouverture se produit quand une butée (explicitement mentionnée dans ce document quoique non représentée sur ses dessins) arrête le contact semi-mobile : un arc électrique se forme, et, selon une disposition déjà bien connue, un gaz confiné présent dans une chambre adjacente au contact d'arc, et qui a été comprimé par un piston solidaire de celui-ci, est soufflé sur l'arc, à la faveur d'une ouverture de la chambre, et l'éteint à un passage par zéro du courant alternatif. Le soufflage est renforcé par la chaleur de l'arc, qui accroît la pression du gaz. 2 Il est essentiel de s'assurer que le soufflage du gaz comprimé sera suffisant pour éteindre l'arc, et la contribution à la compression du gaz par la chaleur de l'arc est d'autant plus précieuse que la compression mécanique par le mouvement de l'interrupteur est limitée, d'abord par la valeur de la course, et ensuite pour ne pas imposer des forces excessives à l'organe de commande. On se reporte à la figure 1. Le courant peut prendre l'aspect d'une sinusoïde symétrique ou non, un courant à composante continue étant alors superposé au courant alternatif pur. Si l'ouverture des contacts se produit par exemple à l'instant Ta de la figure 1, un peu avant un passage par zéro du courant à l'instant Tx, l'arc sera probablement éteint une demi-période après, à l'instant Ty de passage par zéro du courant suivant le précédent de 10 millisecondes (pour une fréquence de courant usuelle de 50 Hz), pour que le soufflage soit suffisant. La pression du gaz de soufflage est donnée par la courbe Ca de la figure 2 à partir de l'instant d'ouverture des contacts ; mais si cet instant est à Tb, correspondant à la crête de courant précédente, l'évolution de la pression est indiquée par la courbe Cb, qui montre que l'énergie de soufflage est beaucoup plus importante puisque l'arc a une durée plus longue, et existe à des instants où le courant est important (entre Tb et Ta), de sorte que la surpression du gaz de soufflage due à l'échauffement est nettement accrue. Une telle situation serait donc avantageuse pour réduire les risques que l'arc ne soit pas éteint à l'instant Ty. 3 Il est toutefois impossible de synchroniser directement un instant d'ouverture des contacts et une phase du courant électrique. Il a été proposé de le faire à l'aide d'un dispositif électronique de commande, et d'assurer ainsi la production d'un chauffage important du gaz de soufflage, mais cela n'a pas abouti puisqu'on ne désire pas de dépendre d'un appareil intermédiaire pour commander l'ouverture d'un disjoncteur, la certitude d'une ouverture immédiate étant indispensable. Une autre façon de procéder a été recherchée avec l'invention, en exploitant les forces électrodynamiques de répulsion qui sont susceptibles d'apparaître entre le contact mobile et le contact d'arc quand le court-circuit s'est formé. Les forces électrodynamiques d'attraction ou de répulsion dépendent de la loi de Laplace et approchent deux conducteurs parcourus de courants dirigés dans le même sens, ou au contraire les éloignent si les courants sont en sens opposés. Elles ont été exploitées dans certains interrupteurs pour favoriser l'ouverture mais dans des configurations différentes, par exemple avec des extrémités de conducteurs parallèles, adjacentes et parcourues par le courant en sens opposés, ou avec deux conducteurs successifs en prolongement, reliés par une partie mobile et qui se chevauchent de façon que la partie mobile est parcourue par le courant en sens opposé aux conducteurs, alors que les forces de répulsion sont ici présentes et exploitées entre deux conducteurs en prolongement sans chevauchement dans l'invention. 4 L'invention est, pour résumer, relative à un interrupteur ou un disjoncteur d'un courant électrique, comprenant une enveloppe, un contact mobile, un contact fixe composé d'un contact permanent, immobile dans l'enveloppe, dans lequel coulisse le contact mobile tout en pouvant en sortir, et d'un contact semi-mobile entouré par le contact permanent et prolongeant le contact mobile ; un piston solidaire du contact d'arc en coulissant dans l'enveloppe et y délimitant une chambre de compression de gaz à volume variable ; un ressort rappelant le contact d'arc semimobile en butée contre le contact mobile ; caractérisé en ce que le contact mobile, le contact d'arc semimobile, le ressort et la chambre de soufflage sont agencés pour que le courant atteignant une valeur de crête exerce des forces de répulsion entre le contact d'arc semi-mobile et le contact mobile suffisant à les séparer quand le contact mobile est sorti du contact permanent. L'invention résulte donc d'une adéquation entre un modèle de disjoncteur et le courant prévu pour le parcourir. Le ressort est avantageusement comprimé entre un fond de l'enveloppe et le piston. D'autre part, la butée fixée à l'enveloppe pour arrêter le piston et le contact semi-mobile et imposer l'ouverture du disjoncteur est utile seulement lorsque le courant circulant dans les contacts reste à des valeurs insuffisantes pour produire des forces de répulsion vainquant la poussée du ressort ; par exemple des courants n'atteignant pas 90% du pouvoir de coupure du disjoncteur. Après la séparation complète des contacts, le contact mobile continue seul sa course, indépendamment du contact d'arc semi-mobile. Un autre aspect de l'invention est encore 5 un procédé d'ouverture d'interrupteur ou d'un disjoncteur, caractérisé en ce qu'il consiste à exercer sur un contact d'arc antagoniste d'un contact mobile et rappelé par un ressort vers le contact mobile une force électrodynamique de répulsion par un courant parcourant l'interrupteur ou disjoncteur d'une valeur suffisant à vaincre le ressort. L'invention sera maintenant décrite en liaison aux figures, parmi lesquelles : - la figure 1 est un diagramme de courant 15 alternatif, - la figure 2 est un diagramme de pression de gaz de soufflage, et - les figures 3, 4 et 5 représentent trois états de l'interrupteur. 20 Un interrupteur comprend une enveloppe extérieure 1 qui entoure ses parties actives et comporte des nervures d'évacuation de chaleur, un contact mobile 2 coulissant dans l'enveloppe extérieure 1 et mû par une tige 3 pour ouvrir ou fermer 25 l'interrupteur, et un contact fixe 4 demeurant dans l'enveloppe extérieure 1. Ce dernier comprend un contact permanent 5 monté sur un support constituant une enveloppe intérieure 6, un contact d'arc 7 semimobile coulissant dans l'enveloppe intérieure 6 et dans 30 le contact permanent 5, un piston 8 solidaire du contact d'arc 7, coulissant dans l'enveloppe intérieure 6 6 et y délimitant une chambre de compression V1, un ressort 9 comprimé entre le piston 8 et un fond 10 de l'interrupteur et de l'enveloppe extérieure 1, une buse 11 isolante à l'extrémité de l'enveloppe intérieure 6 et dans laquelle coulisse le contact mobile 2, et une paroi 12 dépendant de l'enveloppe intérieure 6 et servant de support au contact permanent 5. Le piston 8, l'enveloppe intérieure 6 et la cloison 12 délimitent une chambre de compression V1 ; la cloison 12, l'enveloppe intérieure 6 et la buse 11 délimitent une chambre de soufflage V2 ; des clapets 13 établis à cloison 12 autorisent une communication de de compression V1 vers la chambre de A l'état de fermeture de l'interrupteur la figure 3, le contact mobile 2 est le contact permanent 5 et la liaison fait de l'un à l'autre, mais le contact d'arc 7 est maintenu en butée contre le contact mobile 2 par le ressort 9. travers la la chambre soufflage V2. représenté à enfoncé dans électrique se Quand décidée, la tige contact mobile 2 une ouverture de l'interrupteur est 3 est déplacée vers la droite et le sort du contact permanent 5, ce que représente la figure 4. Le ressort 9 se détendant, le contact d'arc 7 a suivi le contact mobile 2 et reste en butée sur lui ; le volume de V1 a décru en conséquence du piston 8. Le courant électrique devant désormais passer par le contact d'arc 7, une force de répulsion 30 se produit entre lui et le contact mobile 2, qui est la chambre de compression mouvement concomittant du suffisante pour vaincre la force du ressort 9 (diminuée 7 de la force exercée par le gaz comprimé dans la chambre V1). La force du ressort 9 est choisie pour qu'à cette position du piston 8 et du contact d'arc 7 affleurant à l'extrémité du contact permanent 5, dès que le contact mobile 2 est sorti de celui-ci, la force de répulsion ne puisse s'exercer qu'à la crête du courant 5, ce qui garantit la situation d'obtention de la courbe Cb de la figure 2. Le contact d'arc 7 étant repoussé, l'état de la figure 5 apparaît, dans lequel l'arc 14 est établi, mais le gaz comprimé dans les chambres V1 et V2 est libre de s'écouler vers l'extérieur en passant par le centre du contact mobile 2 d'après la flèche 15 et en en sortant par une ouverture 16 de la tige 3. Les bouts en butée du contact mobile 2 et du contact d'arc 7 sont profilés de façon à produire la force de répulsion souhaitée. L'effort de répulsion est proportionnel au carré de l'intensité du courant, et le dimensionnement de l'effort du ressort est tel que la répulsion des contacts s'effectue sensiblement à la valeur maximale de l'amplitude du courant lorsque celui est supérieur ou égal à 90% du pouvoir de coupure du disjoncteur. Pour certaines applications, les contacts permanents 5 ne suffisent pas pour assurer le passage du courant permanent exigé. Dans ce cas, une autre série de contacts permanents peut être montée à l'extérieur de la pièce 4 pour assurer en position de fermeture le passage du courant avec le contact mobile 2. REVENDICATIONS1. Interrupteur ou disjoncteur d'un courant électrique, comprenant une enveloppe (6), un contact mobile (2), un contact fixe (4) composé d'un contact permanent (5), immobile dans l'enveloppe (6), dans lequel coulisse le contact mobile (2) tout en pouvant en sortir, et d'un contact semi-mobile (7) d'arc entouré par le contact permanent (5) et prolongeant le contact mobile (2) ; un piston (8) solidaire du contact d'arc (7) en coulissant dans l'enveloppe (6) et y délimitant une chambre de compression (V1) de gaz à volume variable ; un ressort (9) rappelant le contact d'arc (7) en butée contre le contact mobile (2) ; caractérisé en ce que le contact mobile (2), le contact d'arc (7), le ressort (9) et la chambre de compression (V1) sont agencés pour que lorsqu'un courant supérieur ou égal à 90% du pouvoir de coupure du disjoncteur atteint sa valeur de crête, il provoque prématurément la séparation du contact d'arc (7) et du contact mobile (2), le contact d'arc (7) et le contact mobile (2) se séparant de toute manière quand le contact d'arc (7) arrive en butée sur l'enveloppe (6), le contact mobile (2) continuant sa course indépendamment. 2. Interrupteur ou disjoncteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le ressort (9) est comprimé entre un fond (20) de l'interrupteur et le piston (8).30 9 3. Interrupteur ou disjoncteur suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est dépourvu de butée pour le piston (8). 4. Procédé d'ouverture d'interrupteur ou d'un disjoncteur, caractérisé en ce qu'il consiste à exercer sur un contact d'arc (7) antagoniste d'un contact mobile (2) et rappelé par un ressort (9) vers le contact mobile une force électrodynamique de répulsion par un courant parcourant l'interrupteur ou le disjoncteur d'une valeur suffisante à vaincre l'effort du ressort. 5. Procédé d'ouverture d'interrupteur ou de disjoncteur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'ouverture est possible dès que le contact mobile (2) est sorti d'un contact permanent (5).20