Brevet FR3001575A1 — publié le 20140801

DISJONCTEUR POURVU DE MOYENS REDUISANT L'ARC DE COMMUTATION ENTRE CONTACTS PERMANENTS DESCRIPTION L'invention est un disjoncteur (ou un 10 interrupteur) pourvu de moyens réduisant un arc de commutation apparaissant entre les contacts permanents et ses effets. Les disjoncteurs dont il est question ici possèdent des premiers contacts reliés à une borne 15 électrique et des seconds contacts reliés à une autre borne, les seconds contacts étant mobiles relativement aux premiers de manière à autoriser des positions d'ouverture ou de fermeture du disjoncteur. De plus, les contacts présentent chacun un contact dit permanent 20 et un contact d'arc, agencés de façon que lors d'une déconnexion, les contacts permanents se séparent en premier et le courant est alors transféré vers les contacts d'arc, qui se séparent ensuite. Un arc électrique se forme toutefois entre les contacts d'arc 25 et subsiste pendant un instant, avant d'être éteint par des moyens connus et notamment par soufflage. Les dommages dus aux arcs électriques (érosion et projection de matière fondue) sont donc subis essentiellement par les contacts d'arc, alors que 30 les contacts permanents, par lesquels passe l'essentiel du courant en service normal du fait de leur impédance beaucoup moins grande, doivent rester à peu près intacts pour maintenir un état convenable du disjoncteur. Mais cela n'est pas parfaitement vérifié en réalité, puisqu'un autre arc électrique, dit de commutation, apparaît tout de même entre les contacts permanents à leur séparation, à cause de l'impédance plus grande des contacts d'arc, qui empêche une commutation complète du courant sur eux. Les dommages causés par l'arc de communication sont présents sur les contacts permanents, aux pieds de l'arc, et aussi sur des surfaces voisines du disjoncteur, avec l'inconvénient que ces surfaces sont dans l'espace entre bornes, soumises aux champs électriques les plus intenses, et qu'elles devraient donc rester à un bon état de surface et de propreté, sans aspérité, cavité ou arête qui nuise à la tenue diélectrique du disjoncteur. Un objet principal de l'invention est de donc de réduire ou de supprimer les effets de l'arc de commutation. Il est atteint par une forme générale de l'invention, concernant un disjoncteur ou interrupteur comprenant un premier contact permanent et un premier contact d'arc ainsi qu'un second contact permanent et un second contact d'arc, les seconds contacts étant mobiles par rapport aux premiers contacts de façon que les contacts permanents se séparent l'un de l'autre avant les contacts d'arc pendant des mouvements d'interruption ou de disjonction, les seconds contacts étant linéaires en s'étendant dans une direction du mouvement et le second contact permanent étant placé entre le premier contact permanent et les contacts d'arc, des contacts glissants, immobiles par rapport aux premiers contacts, étant en connexion électrique avec les seconds contacts, caractérisé en ce que le second contact permanent comporte une extrémité de nez dirigée vers les premiers contacts et séparée d'une portion principale du second contact permanent par une entretoise isolant de l'électricité ladite extrémité de nez et ladite portion principale l'une de l'autre, les contacts glissants sont divisés en une première partie en connexion avec la portion principale du second contact permanent et une seconde partie en connexion avec l'extrémité de nez du second contact permanent, le premier contact permanent peut être mis en connexion électrique seulement avec l'extrémité de nez du second contact permanent, et l'extrémité de nez comporte un redan à une portion antérieure, de sorte que ladite seconde partie est séparée de l'extrémité de nez avant le premier contact permanent pendant lesdits mouvements d'interruption ou de disjonction. L'arc de commutation se déploie dans un lieu confiné par la partie de nez et reste éloigné du premier contact permanent, de la portion du second contact permanent qui sert à établir la connexion avec lui et des volumes environnants du disjoncteur, qui sont soumis aux champs électriques les plus intenses et dont les surfaces doivent donc être protégées. Ses effets sont d'autant plus réduits que l'extrémité du nez est plus longue et notamment si elle s'étend jusqu'à une extrémité du second contact d'arc. De même, un capot diélectrique peut s'étendre entre le premier contact permanent et la seconde portion des contacts glissants, afin de confiner encore mieux l'arc de commutation, notamment à l'égard du premier contact permanent. Un meilleur fonctionnement est par ailleurs 5 obtenu si le disjoncteur comprend un contact de mise à un potentiel de borne disposé entre la première partie et la seconde partie des contacts glissants, de façon à établir une connexion électrique avec l'extrémité de nez après que le premier contact permanent s'est séparé 10 du second contact permanent pendant lesdits moments d'interruption ou de disjonction. L'invention sera maintenant décrite en liaison aux figures suivantes 1, 2, 3, 4, 5, qui illustrent une réalisation particulière et non 15 exclusive de celle-ci et de son fonctionnement entre un état de fermeture et des états successifs d'ouverture du disjoncteur. La figure 1 représente les parties principales d'un disjoncteur conforme à l'invention à 20 un état de fermeture. Un premier contact comprend un premier contact permanent 1 et un premier contact d'arc 2, qui sont ici fixes et reliés à une première borne 3 électrique. Le disjoncteur comprend encore des seconds contacts dont un second contact permanent 4 et un 25 second contact d'arc 5 reliés à une seconde borne 6 électrique. Le disjoncteur est généralement de révolution, et les contacts sont donc circulaires, concentriques entre eux et généralement cylindriques. Le premier contact d'arc 2 est un contact mâle en forme 30 de tige au centre de l'appareillage ; le second contact d'arc 5 est cylindrique et entoure le précédent de manière à pouvoir entrer en connexion électrique avec lui ; le second contact permanent 4, lui aussi cylindrique, entoure le second contact d'arc 5 et le soutient par un flasque 7 conducteur de l'électricité ; et le premier contact permanent 1 entoure une extrémité de nez 8 du second contact permanent 4 en pouvant entrer en connexion électrique avec elle. Le premier contact permanent 1 est une couronne de contacts glissants sur l'extrémité de nez 8 cylindrique et pouvant se déformer. L'appareillage comprend encore d'autres couronnes de contacts glissants qui relient la seconde borne 6 au second contact permanent 4, dont une couronne arrière 9 en connexion électrique permanente avec une portion principale 11 du second contact permanent 4, en arrière de l'extrémité de nez 8 et qui porte le flasque 7, et une couronne auxiliaire 10, susceptible d'établir une connexion électrique avec l'extrémité de nez 8. Une entretoise diélectrique 12 sépare électriquement l'extrémité de nez 8 de la portion principale 11 du premier contact permanent 4 tout en les reliant mécaniquement ; un contact de mise au potentiel 13 de la borne 6 s'étend entre les couronnes arrière et auxiliaire 9 et 10 et est susceptible d'entrer en connexion électrique avec l'extrémité de nez 8 à d'autres états de l'appareillage que celui qui est représenté ; et l'extrémité de nez 8 comporte un redan 14, c'est-à-dire un rétrécissement de sa section, à une partie antérieure : le premier contact permanent 4 établit la connexion électrique en glissant dans le redan 14, mais la couronne auxiliaire 10 et le contact de mise au potentiel 13 établissent la connexion électrique à une portion postérieure de l'extrémité de nez 8 adjacente à l'entretoise 12 et hors du redan 14. Les seconds contacts 4 et 5 sont mobiles et peuvent être déplacés vers la gauche de la figure 1 pour établir un état de déconnexion électrique du disjoncteur, à partir de l'état de connexion, qui est représenté sur cette figure, en tirant sur une tige de manoeuvre 15 dans l'axe du disjoncteur. Une bague 16, qui n'est que schématisée, sert à soutenir les couronnes 9, 10 de contacts glissants et le contact de mise au potentiel 13 et à les mettre au même potentiel puisqu'elle est conductrice de l'électricité. Elle comprend encore un capot diélectrique 17 saillant radialement vers l'intérieur et qui s'étend dans le redan 14 entre le premier contact permanent 1 et la couronne auxiliaire 10. La déconnexion du disjoncteur va maintenant être décrite à partir de l'état de la figure 1. Elle consiste en un déplacement progressif des contacts mobiles 4 et 5. Les constituants du disjoncteur sont agencés de façon que le premier changement d'état est une déconnexion entre l'extrémité de nez 8 et la couronne de contact auxiliaire 10, ce que l'on représente à la figure 2. Un arc de commutation apparaît entre la partie de nez 8 et la couronne auxiliaire 10, dont les effets sont toutefois réduits puisque l'arc est confiné dans le redan 14 et n'atteint pas l'espace entre bornes du disjoncteur, à l'avant de l'extrémité de nez 8, où ses effets seraient plus prononcés. Le capot diélectrique 17 parachève ce confinement en obstruant vers l'avant du second contact permanent 4 le volume laissé à l'arc. Comme dans les dispositifs connus, le courant électrique est commuté rapidement vers les contacts d'arc 2 et 5, qui restent connectés entre eux, et l'arc de commutation finit donc par s'éteindre. La seconde étape est une déconnexion du premier contact permanent 1 et de l'extrémité de nez 8, représentée à la figure 3. L'arc de commutation s'étant éteint, la déconnexion place l'extrémité de nez 8 à un potentiel flottant, puisqu'elle est soutenue seulement par l'entretoise diélectrique 12. Contrairement aux conceptions connues, l'arc de commutation ne s'étendait donc pas à partir du premier contact permanent, qui est disposé dans l'espace entre bornes dégagé. L'étape suivante est représentée à la figure 4 et consiste en le rétablissement d'une connexion électrique entre l'extrémité de nez 8 et la seconde borne électrique 6 par l'intermédiaire du contact de mise au potentiel 13, qui atteint la portion postérieure de l'extrémité de nez 8. Le second contact de commutation 4 est donc mis au même potentiel. Le courant continue de circuler entre les bornes 3 et 6 par les contacts d'arc 2 et 5, jusqu'à ce que la poursuite du mouvement de la tige 15 les déconnecte. La position de pleine ouverture du disjoncteur est représentée à la figure 5. Un arc électrique s'est formé de façon connue entre les contacts d'arc 2 et 5, puis a été soufflé. L'extrémité de nez 8 reste en connexion avec le contact de mise au potentiel 13. On préconise que la distance de glissement de la couronne auxiliaire 10 sur l'extrémité de nez 8 soit au minimum de 5 mm, de manière à assurer un contact satisfaisant en position fermée du disjoncteur. La portion postérieure de l'extrémité de nez 8 doit avoir une longueur en conséquence. La durée maximale souhaitée entre les déconnexions de l'extrémité de nez 8 et de la couronne auxiliaire 10, puis du premier contact permanent 1, est de 2 ms, ce qui correspond à environ 20 mm de course entre les états des figures 2 et 3 correspondant à ces déconnexions, pour une vitesse de déplacement typique de 10 m/s des contacts mobiles. Une course supplémentaire de 5 mm au moins est proposée pour réaliser la connexion avec le contact de mise au potentiel 13, entre les états des figures 3 et 4. L'entretoise 12 diélectrique est dimensionnée pour résister à toutes les différences de potentiel susceptibles d'apparaître entre le second contact permanent 4 et l'extrémité de nez 8 entre les instants où celui-ci quitte le premier contact permanent 1 puis touche le contact de mise au potentiel 13. Les opérations de fermeture du disjoncteur s'effectuent de façon inverse et n'appellent pas de commentaire particulier. On a mentionné ici des premiers contacts 1 et 2 fixes, mais l'invention pourrait être employée 30 dans des disjoncteurs ou interrupteurs où tous les contacts seraient mobiles, ou encore où les seconds contacts 4 et 5 seraient fixes. REVENDICATIONS1) Disjoncteur ou interrupteur comprenant un premier contact permanent (1) et un premier contact d'arc (2) ainsi qu'un second contact permanent (4) et un second contact d'arc (5), les seconds contacts (4, 5) étant mobiles par rapport aux premiers contacts (1, 2) de façon que les contacts permanents (1, 4) se séparent l'un de l'autre avant les contacts d'arc (2, 5) pendant des mouvements d'interruption ou de disjonction, les seconds contacts étant linéaires en s'étendant en direction des mouvements et le second contact permanent (4) étant placé entre le premier contact permanent (1) et les contacts d'arc (2, 5), des contacts glissants (9, 10), immobiles par rapport aux premiers contacts, étant en connexion électrique avec les seconds contacts (4, 5), caractérisé en ce que le second contact permanent (4) comporte une extrémité de nez (8) dirigée vers les premiers contacts (1, 2) et séparée d'une portion principale (11) du second contact permanent (4) par une entretoise (12) isolant de l'électricité ladite extrémité de nez et ladite partie principale l'une de l'autre, les contacts glissants sont divisés en une première partie (9) en connexion avec la portion principale (11) du second contact permanent et une seconde partie (10) en connexion avec l'extrémité de nez (8) du second contact permanent, le premier contact permanent (1) peut être mis en connexion électrique seulement avec l'extrémité de nez (8) du second contact permanent (4), et l'extrémité de nez comporte un redan (14) à une portion antérieure, desorte que la seconde partie (10) des contacts glissants est séparée de l'extrémité de nez (8) avant le premier contact (1) permanent pendant lesdits mouvements d'interruption ou de disjonction. 2) Disjoncteur selon la revendication 1, où les seconds contacts sont cylindriques, le premier contact d'arc (2) pénètre dans le second contact d'arc (5), le second contact permanent (4) pénètre dans le premier contact permanent (1) pour établir des 10 connexions électriques, et les contacts glissants (9, 10) entourent le second contact permanent. 3) Disjoncteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'extrémité de nez (8) s'étend jusqu'à une extrémité du second contact d'arc. 15 4) Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par un capot diélectrique (17) s'étendant entre le premier contact permanent (1) et la seconde partie (10) des contacts glissants. 20 5) Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un contact de mise à un potentiel (13) de borne (6) disposé entre la première partie (9) et la seconde partie (10) des contacts glissants, de façon à établir 25 une connexion électrique avec l'extrémité de nez après que le premier contact permanent s'est séparé du second contact permanent pendant lesdits mouvements d'interruption ou de disjonction. 6) Disjoncteur selon l'une quelconque des 30 revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lespremiers contacts et les seconds contacts sont tous mobiles dans le disjoncteur. 7) Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que soit les 5 premiers contacts, soit les seconds contacts sont fixes dans le disjoncteur.