Brevet FR2985081A1 — publié le 20130628

DISPOSITIF DE PROTECTION CONTRE LES PARTICULES ENGENDREES PAR UN ARC ELECTRIQUE DE COMMUTATION DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention se rapporte à un dispositif de protection contre les particules engendrées par un arc électrique de commutation. Un tel dispositif convient particulièrement aux appareillages électriques haute tension (HT) et moyenne tension (MT), notamment les disjoncteurs HT, les disjoncteurs MT et les disjoncteurs de générateurs. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Dans la majorité des disjoncteurs, il existe un circuit électrique principal destiné au passage du courant électrique lorsque le disjoncteur est en position fermée et un circuit électrique secondaire destiné à la fonction coupure du courant lorsque l'on veut placer le disjoncteur en position ouverte. La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un disjoncteur divulgué dans le document EP-A-0 982 748 (correspondant au brevet US 6 211 478) et montrant un circuit électrique principal et un circuit électrique secondaire. Sur cette figure, on reconnaît un boîtier 1 de disjoncteur présentant un axe longitudinal 2, constitué d'une partie supérieure métallique 3, d'une partie inférieure métallique 4 et d'une partie centrale 5 en matériau électriquement isolant reliant les parties 3 et 4. Le circuit électrique principal comprend les parties métalliques supérieure 3 et inférieure 4 et des éléments métalliques intermédiaires : le contact 6 fixé à la partie supérieure 3, le contact 7 solidaire de la partie inférieure 4 et le contact mobile 8 constitué d'une succession de doigts et qui peut être déplacé pour assurer la liaison entre les contacts fixes 6 et 7 (comme montré sur la partie de la figure à gauche de l'axe 2) ou pour ne pas assurer la liaison entre les contacts fixes 6 et 7 (comme montré sur la partie de la figure à droite de l'axe 2). Le circuit électrique secondaire comprend une broche de contact 14 apte à être déplacée d'une position haute (voir la partie gauche de la figure) à une position basse (voir la partie droite de la figure) par l'intermédiaire d'un organe de commande. La broche de contact 14 coulisse selon l'axe longitudinal 2 en étant guidée par une glissière 13. En position haute, la broche de contact 14 est en liaison électrique avec la partie supérieure 3 du boîtier par l'intermédiaire de la cloison horizontale 9 de la partie 3 équipée en son centre du contact à tulipes 11. En position basse, 25 la broche de contact 14 n'est plus en liaison électrique avec la partie supérieure 3 du boîtier 1. La figure 1 montre aussi un agencement 10 pour l'arc de commutation dont le volume 18 est limité par la cloison 9, le contact à tulipes 11, la paroi 30 circulaire 20 en matériau éclectiquement isolant, la cloison 15 solidaire de la partie 4 et équipée en son centre de la buse 12. La figure 1 montre encore une chambre d'arc 16, un arc électrique 17, une fente circulaire de souffle 19, des cylindres de souffle 21, des pistons de souffle 22, des canaux de souffle 23 et des clapets anti-retour 24. Durant l'opération d'ouverture du disjoncteur, les contacts principaux (le contact mobile 8 et les contacts fixes 6 et 7) se séparent d'abord et le courant électrique qui passait par ces contacts commute sur le circuit secondaire. Cette commutation donne naissance à un arc entre les contacts fixes et le contact mobile. Cet arc rejette des étincelles qui perturbent la tenue diélectrique de l'appareillage. Pour pallier cet inconvénient, le document EP-A-0 982 748 préconise l'utilisation de matériaux résistant à l'érosion électrique. Cependant, si la quantité d'étincelles alors émises est plus faible, elle reste malgré tout critique pour la tenue diélectrique de l'appareillage. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'objet de la présente invention est de fournir un dispositif de protection permettant de limiter l'impact du phénomène d'arc électrique, de façon à augmenter la tenue diélectrique entrée/sortie de l'appareil, équipé de ce dispositif de protection en régime transitoire comme en régime permanent. Un premier objet de l'invention consiste en un dispositif de protection contre les particules engendrées par un arc électrique lorsqu'une première pièce électriquement conductrice et une deuxième pièce électriquement conductrice d'un ensemble de connexion électrique sont séparées l'une de l'autre, le dispositif de protection comprenant au moins un élément de protection disposé à proximité de l'endroit de la séparation de la première pièce et de la deuxième pièce pour faire écran auxdites particules. Si la première pièce électriquement conductrice et la deuxième pièce électriquement conductrice possèdent chacune une surface de contact et si la séparation de la première et de la deuxième pièce se fait par glissement relatif de l'une des surfaces de contact sur l'autre surface de contact, le dispositif de protection peut comprendre au moins un élément de protection disposé en regard de l'une des surfaces de contact. Dans ce cas, si les surfaces de contact de la première et de la deuxième pièce sont de forme cylindrique, le dispositif de protection peut comprendre un premier élément de protection de forme cylindrique situé à l'intérieur ou à l'extérieur des formes cylindriques de la première et de la deuxième pièce. Le premier élément de protection peut alors être métallique ou métallisé. Le dispositif de protection peut comprendre un deuxième élément de protection de forme cylindrique situé à l'extérieur des formes cylindriques de la première et de la deuxième pièce si le premier élément est situé à l'intérieur, ou à l'intérieur des formes cylindriques de la première et de la deuxième pièce si le premier élément est situé à l'extérieur. Ce deuxième élément de protection peut être en matériau électriquement isolant. Le dispositif de protection peut comprendre un troisième élément de protection en forme d'anneau ou en secteur d'anneau, situé à l'intérieur des formes cylindriques de la première et de la deuxième pièce, sensiblement perpendiculairement à une direction de glissement des surfaces de contact entre elles et faisant face à une surface de contact découverte par le glissement des surfaces de contact entre elles. Ce troisième élément de protection, peut être en matériau électriquement isolant. Un deuxième objet de l'invention consiste en un disjoncteur comprenant un circuit électrique principal destiné au passage du courant électrique lorsque le disjoncteur est en position fermée et un circuit électrique secondaire destiné à la fonction coupure du courant pour placer le disjoncteur en position ouverte, le circuit électrique principal comprenant un ensemble de connexion électrique équipé d'un dispositif de protection contre les particules engendrées par un arc électrique tel que défini ci- dessus. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture 30 de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un disjoncteur selon l'art connu, - la figure 2 est un schéma explicatif du fonctionnement du dispositif de protection contre les particules engendrées par un arc électrique de commutation selon l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS L'invention trouve une application particulièrement intéressante dans le domaine des disjoncteurs qui possèdent un circuit principal pour le passage du courant permanent et un circuit secondaire pour la coupure de courant. L'invention permet dans ce cas de traiter le problème de la commutation entre le circuit principal et le circuit secondaire. La figure 2 est un schéma explicatif du fonctionnement du dispositif de protection contre les 20 particules engendrées par un arc électrique de commutation selon l'invention. Sur cette figure, on a représenté deux pièces élémentaires faisant partie d'un ensemble de connexion électrique : une première pièce 25 électriquement conductrice 31 (en général, il s'agit d'un doigt de contact) et une deuxième pièce électriquement conductrice 32. Les pièces 31 et 32 peuvent être réalisées totalement ou en partie ou pas du tout avec des matériaux particulièrement résistants 30 à l'érosion électrique. Sur la figure 2, les extrémités 33 et 34 des pièces 31 et 32 destinées à être mises en contact sont pourvues d'un matériau particulièrement résistant à l'érosion électrique. Dans le cas d'un disjoncteur présentant un circuit électrique principal et un circuit électrique secondaire, l'ouverture du circuit principal est réalisée par le mouvement relatif de la pièce 32. Lors de la séparation des pièces 31 et 32, un arc de commutation s'établit comme indiqué sur la figure 2 où la séparation est figurée par la flèche située à droite de la figure. La figure 2 montre également un dispositif de protection contre les particules engendrées par l'arc électrique formé entre les extrémités des pièces 31 et 32. Dans cet exemple de réalisation, le dispositif de protection comprend trois éléments de protection : les éléments 43, 44 et 45. Les éléments 43, 44 et 45 sont disposés de manière à piéger les particules émises par l'arc de commutation comme le montrent les flèches incurvées sur la figure 2. L'élément 44 n'est pas toujours indispensable. Il peut être omis si la configuration du disjoncteur le permet. L'élément 43 est un pare-étincelles, c'est- à-dire un écran qui retient les particules émises. Cet élément peut également assurer la fonction de pare-effluve et permettre d'améliorer la distribution du champ électrique régnant à l'intérieur du disjoncteur. Dans le cas d'une utilisation en tant que pare-effluve, l'élément 43 doit être métallique ou métallisé. Les éléments 44 et 45 sont très proches des pièces 31 et 32 en mouvement relatif et sont, pour cette raison, réalisés en matériau électriquement isolant. Les éléments 43 et 45 peuvent être réalisés en une seule pièce si cette pièce est en matériau isolant. Cette pièce peut être métallisée sur le côté désigné par des croix sur la figure 2, et la métallisation peut être mise au potentiel de la pièce 31. Le dispositif de protection selon l'invention permet d'empêcher les particules engendrées par l'arc électrique de pénétrer dans la zone A qui est une zone très contrainte diélectriquement. L'efficacité procurée par le dispositif de protection selon l'invention est optimale si la pièce conductrice 32 (c'est-à-dire la pièce conductrice qui dans cet exemple est la pièce mobile), ou du moins son extrémité 34, reste sous l'élément 45 jusqu'à l'extinction de l'arc de commutation. Les éléments 43, 44 et 45 sont par exemple fixés à une partie fixe du disjoncteur par des moyens à la disposition de l'homme de métier. Dans le cas d'un disjoncteur du type représenté partiellement à la figure 1, les éléments 43, 44 et 45 du dispositif de protection peuvent être fixés à la partie supérieure 3 du boîtier 1 pour assurer une protection contre les particules engendrées par l'arc électrique lors de la séparation entre le contact fixe 6 et le contact mobile 8. Si, comme pour le disjoncteur de la figure 1, les surfaces de contact de la première pièce 31 et de la deuxième pièce 32 sont de forme cylindrique, les éléments 43 et 44 sont également de forme cylindrique et sont situés de part et d'autre des contacts fixes 6 et mobile 8. L'élément 45 possède alors la forme d'un anneau. REVENDICATIONS1. Dispositif de protection contre les particules engendrées par un arc électrique lorsqu'une 5 première pièce électriquement conductrice (31) et une deuxième pièce électriquement conductrice (32) d'un ensemble de connexion électrique sont séparées l'une de l'autre, le dispositif de protection comprenant au moins un élément de protection (43, 44, 45) disposé à 10 proximité de l'endroit de la séparation de la première pièce (31) et de la deuxième pièce (32) pour faire écran auxdites particules. 2. Dispositif de protection selon la 15 revendication 1, dans lequel la première pièce électriquement conductrice (31) et la deuxième pièce électriquement conductrice (32) possédant chacune une surface de contact et la séparation de la première et de la deuxième pièce se faisant par glissement relatif 20 de l'une des surfaces de contact sur l'autre surface de contact, le dispositif de protection comprend au moins un élément de protection (43, 44, 45) disposé en regard de l'une des surfaces de contact. 25 3. Dispositif de protection selon la revendication 2, dans lequel les surfaces de contact de la première et de la deuxième pièce étant de forme cylindrique, le dispositif de protection comprend un premier élément de protection (43) de forme cylindrique 30 situé à l'intérieur ou à l'extérieur des formes cylindriques de la première et de la deuxième pièce. 4. Dispositif de protection selon la revendication 3, dans lequel le premier élément de protection (43) est métallique ou métallisé. 5. Dispositif de protection selon l'une des revendications 3 ou 4, comprenant un deuxième élément de protection (44) de forme cylindrique situé à l'extérieur des formes cylindriques de la première et de la deuxième pièce si le premier élément est situé à l'intérieur, ou à l'intérieur des formes cylindriques de la première et de la deuxième pièce si le premier élément est situé à l'extérieur. 6. Dispositif de protection selon la revendication 5, dans lequel le deuxième élément (44) de protection est en matériau électriquement isolant. 7. Dispositif de protection selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, comprenant un troisième élément de protection (45) en forme d'anneau ou en secteur d'anneau, situé à l'intérieur des formes cylindriques de la première et de la deuxième pièce, sensiblement perpendiculairement à une direction de glissement des surfaces de contact entre elles et faisant face à une surface de contact découverte par le glissement des surfaces de contact entre elles. 8. Dispositif de protection selon la revendication 7, dans lequel le troisième élément de protection (45) est en matériau électriquement isolant. 9. Disjoncteur comprenant un circuit électrique principal destiné au passage du courantélectrique lorsque le disjoncteur est en position fermée et un circuit électrique secondaire destiné à la fonction coupure du courant pour placer le disjoncteur en position ouverte, le circuit électrique principal comprenant un ensemble de connexion électrique équipé d'un dispositif de protection contre les particules engendrées par un arc électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.