Brevet FR2980033A1 — publié le 20130315

CHAMBRE DE COUPURE POUR DISJONCTEUR DESCRIPTION La présente invention concerne une chambre de coupure pour disjoncteur comprenant deux contacts d'arc se séparant l'un de l'autre au moment de l'ouverture du disjoncteur et postérieurement à une séparation préalable de contacts permanents, la chambre de coupure comprenant en outre une buse de soufflage solidaire de l'un des contacts permanents et d'un des contacts d'arc, la buse de soufflage ayant une forme générale cylindrique comportant un col et délimitant un volume de résolution comprenant une partie amont et aval. On connait déjà (FR 2809531) une chambre de coupure pour disjoncteur de ce type (voir figure 1). Il comporte un premier contact 1, dit contact d'arc mobile solidairement lié à des premiers contacts permanents 2, dits contacts permanents mobiles. Il comporte par ailleurs un deuxième contact d'arc 3, dit contact fixe et de seconds contacts permanents 4, dits contacts permanents fixes. Une buse de soufflage 5 est liée au contact permanent mobile 2. Les contacts 2 et 4 sont dits permanents car c'est par eux que passe principalement le courant lorsque le disjoncteur est en position fermée. Lors de l'ouverture du disjoncteur, comme représenté sur la figure 1, ces contacts permanents 2 et 4 se séparent les premiers avant la séparation des contacts d'arc 1 et 3 entre lesquels se forme un arc au moment de leur séparation et jusqu'à la coupure définitive. Les contacts 1 et 2 sont dits mobiles et les contacts 3 et 4 sont dits fixes, car au moment de l'ouverture, seuls les contacts 1 et 2 se déplacent vers la droite de la figure. La chambre de coupure comporte une buse de soufflage 5. Comme on peut le voir sur la figure 1, la buse 5 présente une forme générale de révolution. Elle comporte un col 12 qui sépare le volume de révolution en une partie amont 7 et une partie aval 8. A l'endroit du col 12, le volume interne de la buse de soufflage est cylindrique et, en position fermée du disjoncteur, il est bouché par le contact d'arc fixe 3 ainsi que pendant quelques millisecondes après la séparation des contacts 1 et 3. La buse 5, comporte, dans sa partie amont, une partie 9 entourant le contact d'arc mobile 1. La partie aval du volume interne délimité par la buse 5 comprend une première partie conique 8a succédant immédiatement au col, ayant un angle compris entre 8° et 17°. Cette dernière partie 8a est suivie d'une deuxième partie 8b également conique et dont l'angle de conicité est compris entre 12° et 25°. La longueur des différentes parties, à savoir le col 12, la première partie conique 8a et la deuxième partie 8b sont calculées compte tenu de la vitesse de séparation des contacts pour que l'extrémité du deuxième contact d'arc 3 se trouve à l'intérieur de la première partie conique 8a, comme représenté sur la figure 1, dans la période de temps comprise entre la durée minimale d'arc et la durée moyenne d'arc après la séparation des contacts. Il est également prévu que cette même extrémité du contact d'arc fixe 3 se trouve à l'intérieur de la deuxième partie conique 8b dans la période de temps comprise entre la durée moyenne d'arc et la durée maximale d'arc après la séparation des contacts. Toutefois, un dispositif de ce type présente les inconvénients suivants : La montée en pression est insuffisante pour les courants faibles, à savoir les courants inférieurs ou égaux à 30 % du pouvoir de coupure assigné du disjoncteur, le pouvoir de coupure assigné étant le courant maximum que le disjoncteur peut couper. En conséquence, la montée en pression uniquement par effet thermique n'est pas suffisante. On est obligé de faire de la compression. On a besoin de plus d'énergie dans la commande. La présente invention a précisément pour objet une chambre de coupure pour disjoncteur qui remédie à ces inconvénients. Ces buts sont atteints conformément à l'invention, par le fait, que la partie aval de la buse de soufflage comporte une seule partie conique, par le fait que le contact d'arc fixe est creux et par le fait que la longueur du col de la buse de soufflage est suffisamment importante pour le contact fixe reste en contact avec le col lorsque la buse de soufflage se déplace lors de l'ouverture du disjoncteur. La partie conique n'a pour objet que d'éviter que les gaz chauds puissent arriver entre les contacts permanents et provoquer un amorçage entre ces contacts pendant la phase de rétablissement de tension après coupure du courant. Grâce à ces caractéristiques, l'arc est complètement enfermé dans la buse de soufflage. Il en vaporise le matériau ce qui permet d'utiliser cette propriété pour augmenter la pression à l'intérieur de la buse de soufflage et par suite dans le volume de soufflage Vth où cette montée en pression est communiquée lorsque le courant a une amplitude suffisante pour générer cette montée en pression. Quand le courant passe par zéro cette pression s'évacue et souffle l'arc. Le cône est très long et va jusqu'à recouvrir le contact fixe dans la position ouverte du disjoncteur. Le soufflage permet de refroidir l'arc et d'annuler la conductance du milieu entre les contacts d'arc. Par suite le rétablissement de tension peut s'effectuer après interruption du courant. Par comparaison avec l'art antérieur, la montée en pression par le seul effet thermique est suffisante pour des courants de court-circuit faibles inférieurs à 30% du pouvoir de coupure en court-circuit du disjoncteur, par exemple 10 % du pouvoir de coupure en court circuit assigné. Par suite, il n'est pas nécessaire de comprimer le gaz pour des courants supérieurs à environ 10 % du pouvoir de coupure en court circuit assigné. On a donc besoin de moins d'énergie dans la commande. De préférence, le contact d'arc comporte des ouvertures latérales pour faciliter l'échappement des gaz de soufflage. De préférence encore, la chambre de coupure comporte une paroi de séparation aménagée dans le contact permanent mobile, la paroi de séparation délimitant avec la partie amont de la buse de soufflage un volume thermique Vth, des clapets étant prévus dans cette paroi de séparation et un piston fixe situé en amont de la paroi de séparation, le piston délimitant avec la paroi de séparation un volume de compression Vc. Ce dispositif fonctionne lors de courants faibles. Dans le cas où l'arc est trop faible pour générer une pression suffisante, la compression du gaz dans le volume Vc permet de produire la montée en pression nécessaire pour la coupure. Quand la paroi de séparation se déplace, on comprime du gaz dans le volume Vc. Le ou les clapets 20 s'ouvrent et la surpression dans Vc s'évacue dans le volume Vth puis dans la buse de soufflage, jusqu'à éteindre l'arc. Des caractéristiques complémentaires et/ou alternatives sont énumérées ci-après : - Les contacts d'arc sont du type à tige de contact d'arc et à tulipe ; - Les deux contacts peuvent être : l'un fixe et l'autre mobile, ou les deux mobiles avec des déplacements qui les écartent l'un de l'autre pendant l'ouverture du disjoncteur comme montré dans le brevet EP1032009 ; - La chambre de coupure présente des contacts d'arc qui sont de type en bout et comporte un ressort derrière le contact d'arc mobile afin de produire la force de contact nécessaire en position fermée ; - La chambre de coupure est destinée à un disjoncteur isolé extérieurement dans l'air ; - La chambre de coupure est destinée à un disjoncteur sous enveloppe métallique à isolement dans le gaz. - La chambre de coupure est destinée à un disjoncteur de type « dead tank », c'est-à-dire un disjoncteur dont la partie active est contenue dans une enveloppe métallique isolée dans le gaz et avec des entrée et sortie de courant par des traversées aériennes à isolement dans l'air. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'un exemple donné à titre illustratif en référence aux figures annexées. Sur ces figures : - La figure 1, déjà décrite, représente une chambre de coupure conforme à l'art antérieur ; - La figure 2, représente une chambre de coupure conforme à la présente invention. On a représenté sur la figure 2 une chambre de coupure conforme à la présente invention. Cette chambre de coupure a été représentée dans la position ouverte du disjoncteur. Cette chambre de coupure comporte le premier contact permanent 2 mobile et des contacts permanents 4 fixes. Dans la position fermée du disjoncteur, les contacts mobiles 2 sont à l'intérieur des contacts permanents 4. C'est par eux que passe principalement le courant lorsque le disjoncteur est en position fermée. Lors de l'ouverture du disjoncteur, les contacts permanents fixes 4 et mobiles 2 se séparent par un déplacement vers la droite de l'ensemble des contacts mobiles. La chambre de coupure comporte également un contact d'arc fixe 3. Comme on peut le voir sur la figure 2, ce contact fixe est creux. Il comporte une ou des ouvertures latérales de soufflage 15. Ces ouvertures 15 facilitent l'évacuation des gaz de soufflage. Le disjoncteur comporte également un contact d'arc mobile 1. Ce contact d'arc mobile est abrité derrière un capot isolant 11. La buse de soufflage 5 comporte un canal intérieur 12 de forme cylindrique, de section constante et de grande longueur. Le canal cylindrique 12 est suffisamment long pour que, même en position complètement ouverte du disjoncteur, l'extrémité droite, sur la figure, du contact d'arc fixe 3 soit encore à l'intérieur de la buse de soufflage 5. A sa partie aval, la buse de soufflage comporte une partie de forme conique. Toutefois, contrairement à l'art antérieur, l'angle de conicité du divergent 14 est unique. En effet, comme on l'a rappelé précédemment, le dispositif de l'art antérieur comprend une première partie 8a et une deuxième partie conique 8b d'angle de conicité différent, succédant immédiatement à la partie conique 8a. Au contraire, selon l'invention, représentée sur la figure 2, la buse de soufflage comporte une partie conique 14 dont l'angle de conicité est unique et qui ne contribue pas au soufflage entre les contacts d'arc 1 et 3. La partie conique n'a pour objet que d'éviter que les gaz chauds, passant par les ouvertures 15, puissent arriver entre les contacts permanents 2 et 4 et provoquer un amorçage entre ces contacts pendant la phase de rétablissement de tension, après coupure du courant. Dans sa partie amont, la buse conique 5 comporte une partie cylindrique 9 de plus grand diamètre, qui entoure le contact fixe. Cette partie amont 9 est raccordée au contact permanent mobile 2 par l'intermédiaire d'une couronne 17 liée au contact permanent mobile 2. Un canal de passage 16 est ménagé 10 entre le volume cylindrique 12 et une chambre thermique Vth. Une paroi de séparation 18 sépare la chambre Vth d'une chambre Vc. Un ou plusieurs clapets 20 sont disposés dans la paroi de séparation 18. Lorsque ces clapets sont ouverts, ils permettent à une surppression 15 s'établissant dans la chambre Vc, de passer dans la chambre Vth. La chambre Vc est délimité sur son côté droit, selon la figure 2, par un piston fixe 22. Le fonctionnement du dispositif est le suivant. Lors d'une ouverture du disjoncteur, 20 l'ensemble mobile constitué par la buse de soufflage 5, la couronne 17, les contacts d'arc fixes 1, le capot de couverture 11, la chambre Vth ainsi que le contact permanent mobile 2 se déplacent vers la droite, selon la figure 2. Lorsque le contact d'arc fixe 3 se sépare 25 du contact d'arc mobile 1, un arc apparaît entre ces deux pièces. Cet arc est complètement enfermé dans la partie cylindrique 12 de la buse 5, y compris en position d'ouverture maximale du disjoncteur. La partie cylindrique 12 de la buse 5 va jusqu'à recouvrir 30 l'extrémité du contact d'arc fixe 3. L'arc est complètement enfermé dans ce cylindre isolant et il vaporise le matériau constituant les parois du volume cylindrique 12 ce qui crée une haute pression. Quand le courant alternatif passe par zéro cette surpression s'évacue et souffle l'arc. Contrairement à l'art antérieur, ce qui est particulier dans l'invention, c'est que le col 12 de la buse 5 est très long et va jusqu'à recouvrir l'extrémité du contact d'arc fixe 3. La chambre de soufflage Vth comporte un volume qui monte en pression avec l'énergie de l'arc. Les gaz chauds remontent à l'intérieur du canal 16 et la pression augmente de la chambre Vth. Au moment où le courant alternatif passe par zéro, le mouvement s'inverse et le gaz vient s'évacuer à l'intérieur des contacts d'arcs mobile 1 et fixes 3. Dans le cas de coupure de courants faibles, l'organe de manoeuvre (non représenté) tire la partie mobile, en particulier, le contact d'arc mobile 1, le contact d'arc permanent 2 et la buse 5 vers la droite, ce qui entraîne la compression du gaz contenu dans le volume Vc, le volume de cette chambre étant diminué lorsque la paroi de séparation 18 se rapproche du piston fixe 22. La surpression dans la chambre Vc ouvre le ou les clapets 18 de communication avec le volume thermique Vth qui a sensiblement la même surpression. Au passage par zéro du courant, la surpression se vidange à travers les orifices des contacts creux 1 et 3, ce qui provoque le refroidissement de l'arc et la coupure du courant. En cas de coupure de courant fort, le fonctionnement est similaire mais dans ce cas l'énergie 30 de l'arc provoque la vaporisation de la surface intérieure de la buse 5 et du capot isolant 11 situé devant le contact d'arc mobile 1. La montée en pression élevée dans le volume Vth provoque la fermeture du ou des clapets 20 entre les volumes Vth et Vc. Le soufflage de l'arc est effectué par vidange du volume Vth à travers l'intérieur des contacts fixes 3 et mobiles 1. La pièce conique 14 située en partie aval de la buse de soufflage 5 permet d'éviter que les gaz chauds qui passent par les ouvertures 15 ne viennent s'écouler entre les contacts permanents 2 et 4. Les contacts d'arc peuvent être du type à tige de contact d'arc et à tulipe ou du type à contact en bout. Les contacts d'arc peuvent être l'un fixe et l'autre mobile, ou les deux mobiles. Les avantages de la présente invention sont les suivants : Elle demande moins d'énergie de fonctionnement par comparaison avec les chambres de disjoncteurs à auto soufflage de type conique. Sa conception est plus simple par comparaison avec les chambres à double mouvements de contact. Pour une coupure de courants capacitifs (courants faibles) la vitesse d'ouverture nécessaire 25 peut être obtenue avec un seul mouvement des contacts parce que l'énergie de compression est basse et la montée en pression est faible durant les premières 8 à 10 millisecondes après la séparation du contact. Une conception plus sophistiquée, comme par exemple avec 30 double mouvements de contacts, n'est pas toujours nécessaire. REVENDICATIONS1. Chambre de coupure pour disjoncteur comprenant deux contacts (1) et (3) se séparant l'un et l'autre au moment de l'ouverture du disjoncteur et postérieurement à une séparation préalable des contacts permanents (2,4), la chambre de coupure comprenant en outre une buse de soufflage (5) solidaire de l'un (2) des contacts permanents, la buse de soufflage (5) ayant une forme générale cylindrique comportant un col (12) et délimitant un volume de révolution comprenant une partie amont (9) et une partie aval (14), caractérisée en ce que la partie aval 14 de la buse de soufflage comporte une seule partie conique, en ce que le contact d'arc (3), situé en aval du col de buse dans la direction de l'écoulement du gaz, est creux et en ce que la longueur du col de la buse de soufflage (5) est suffisamment importante pour que le contact d'arc (3) reste en contact avec le col (12) lorsque la buse de soufflage (5) se déplace lors de l'ouverture du disjoncteur. 2. Chambre de coupure selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un (3) des deux contacts est fixe, et l'autre contact (1) est mobile. 3. Chambre de coupure selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux contacts (1, 3) sont mobiles, un mouvement relatif les écartant l'un de l'autre pendant l'ouverture du disjoncteur. 4. Chambre de coupure selon la revendication 2, dans laquelle le contact d'arc fixe (3) comporte des ouvertures latérales (15) pour faciliter l'échappement des gaz de soufflage. 5. Chambre de coupure selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée ce qu'elle comporte une paroi de séparation (18) aménagée dans le contact permanent d'arc mobile, la paroi de séparation (18) délimitant avec la partie amont de la buse de soufflage un volume thermique Vth, des clapets (20) étant prévus dans la paroi de séparation et un piston fixe (22) situé en amont de la dite paroi (18), le piston délimitant avec la paroi de séparation (18) un volume de compression Vc. 6. Chambre de coupure selon la revendication 5, caractérisée ce que les contacts d'arc (1,3) sont du type à tige de contact d'arc et à tulipe. 7. Chambre de coupure selon l'une quelconque des revendications précédentes présentant des contacts d'arc qui sont du type en bout et comportant un ressort derrière le contact d'arc mobile afin de produire la force de contact nécessaire en position fermée. 8. Chambre de coupure selon l'une quelconque des revendications précédentes destinée à un disjoncteur isolé extérieurement dans l'air.30 9. Chambre de coupure selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 destinée à un disjoncteur sous enveloppe métallique à isolement dans le gaz. 10. Chambre de coupure selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 destinée à un disjoncteur de type « dead tank » dont la partie active est contenue dans une enveloppe métallique isolée dans le gaz, et avec des entrées et sortie de courant par des traversées aériennes à isolement dans l'air.