Brevet FR3016473A1 — publié le 20150717

Bloc de coupure unipolaire et dispositif de coupure comportant un tel bloc La présente invention concerne un bloc de coupure unipolaire. Elle concerne également un dispositif de coupure comportant au moins un bloc de coupure unipolaire. Elle se situe dans le domaine des dispositifs de coupure, notamment les disjoncteurs de forte puissance, basse tension, dans lesquels l'évacuation des gaz de coupure est utilisée pour déclencher un mécanisme de coupure de courant. Il est nécessaire, dans de tels dispositifs de coupure, de déclencher le mécanisme d'ouverture du disjoncteur dès l'apparition d'un arc dans la chambre de coupure. Diverses solutions ont été proposées pour réaliser un déclenchement rapide. La demande de brevet FR2986659 décrit un dispositif de coupure modulaire, comportant des moyens de déclenchement pneumatiques améliorés. Ce document décrit un dispositif de coupure comportant au moins un bloc de coupure unipolaire, et de préférence trois blocs de coupure unipolaires, chaque bloc de coupure unipolaire étant raccordé à un bloc déclencheur au niveau d'une plage aval de contact. Chaque bloc unipolaire de coupure comprend également une plage amont de contact, permettant de le raccorder à une ligne de courant. Un tel bloc de coupure unipolaire comprend un boîtier comprenant un pont de contacts mobiles et reliés aux plages de contact, ainsi que deux chambres de coupure d'arc électrique s'ouvrant sur un volume d'ouverture du pont de contacts, chaque chambre de coupure étant reliée à au moins un canal d'échappement de gaz de coupure. En cas de survenue d'arc électrique, des gaz de coupure traversent les canaux d'échappement et provoquent un déclenchement de l'ouverture des contacts pour réaliser la coupure électrique. Ce bloc de coupure unipolaire comporte, pour au moins un canal d'échappement, un clapet rotatif destiné à être entraîné en rotation par le passage des gaz de coupure autour d'un axe de rotation sensiblement perpendiculaire au canal d'échappement, la rotation du clapet d'une première position d'obstruction vers une deuxième position de déclenchement étant destinée à actionner des moyens de déclenchement pour provoquer l'ouverture des contacts. L'axe de rotation du clapet rotatif est fixé aux parois latérales du canal d'évacuation de manière à diviser le clapet en deux surfaces rotatives non symétriques, une première et une deuxième surface qui, se déplaçant de la première position d'obstruction vers la deuxième position de déclenchement dégagent deux sections de passage des gaz dans le canal d'échappement des gaz. Avec ce clapet rotatif connu, des débris solides s'accumulent dans le canal d'évacuation des gaz, provoquant une obstruction du canal et empêchant le fonctionnement du dispositif à de multiples reprises. La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient, proposant un bloc de coupure unipolaire à clapet rotatif permettant à la fois un déclenchement rapide, tout en évitant une obstruction du canal après évacuation des gaz. A cet effet, l'invention propose selon un premier aspect, un bloc de coupure unipolaire ayant un boîtier comprenant : - un pont de contacts mobile, - une paire de contacts fixes coopérant avec ledit pont de contacts mobile et reliés respectivement à un conducteur d'amenée du courant, - deux chambres de coupure d'arc s'ouvrant respectivement sur un volume d'ouverture du pont de contacts mobile, chaque chambre de coupure étant reliée à au moins un canal d'échappement, - au moins un canal d'échappement comportant un clapet rotatif destiné à être entraîné en rotation autour d'un axe sensiblement perpendiculaire au canal d'échappement par le passage de gaz de coupure, la rotation du clapet rotatif d'une première position d'obstruction vers une deuxième position de déclenchement étant destinée à actionner des moyens de déclenchement pour provoquer l'ouverture des contacts, la rotation du clapet rotatif étant définie par un angle de rotation, entre une valeur d'angle initiale en position d'obstruction et une valeur d'angle finale. Le clapet rotatif selon l'invention comporte un bord positionné en vis-à-vis avec une paroi interne du canal d'échappement, dans la première position d'obstruction, ledit bord étant positionné à une première distance de ladite paroi interne du canal d'échappement dans la première position d'obstruction, ledit bord étant apte à s'éloigner de la paroi du canal d'échappement lors de la rotation du clapet rotatif, la position du clapet rotatif définissant au moins une section de passage de gaz. L'agencement du clapet rotatif et de la paroi interne est tel que la distance entre ledit bord et ladite paroi interne reste constante et égale à ladite première distance jusqu'à une première valeur de seuil d'angle de rotation du clapet rotatif, puis augmente linéairement jusqu'à une deuxième valeur de seuil d'angle de rotation correspondant à une ouverture complète du canal d'évacuation. Avantageusement, le clapet rotatif atteint dans la position de déclenchement une position d'ouverture du canal d'échappement, ce qui permet une meilleure évacuation des gaz de coupure et évite toute obstruction du canal. Avantageusement, le bloc de coupure unipolaire muni de ce clapet rotatif peut assurer plusieurs fois le déclenchement suite à un court-circuit. Le bloc de coupure unipolaire selon l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, prises indépendamment ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - ladite première distance est inférieure ou égale à 0,2 millimètres ; - la position du clapet rotatif définit deux sections de passage et la surface totale desdites sections est constante jusqu'à la première valeur de seuil d'angle de rotation du clapet rotatif, puis augmente linéairement jusqu'à la deuxième valeur de seuil d'angle de rotation correspondant à une ouverture complète du canal d'évacuation ; - ladite surface totale est inférieure ou égale à 7 millimètres carrés jusqu'à la première valeur de seuil d'angle ; - la première valeur de seuil d'angle est comprise entre 11 et 13 degrés et la deuxième valeur de seuil d'angle est comprise entre 39 et 41 degrés ; - le canal d'évacuation comporte un coude formant une zone intérieure convexe, le clapet rotatif étant positionné de manière à ce que ledit bord du clapet soit sensiblement parallèle à la paroi du canal d'évacuation dans ladite zone intérieure convexe pour la rotation du clapet rotatif entre la valeur d'angle initiale et la première valeur de seuil d'angle. Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un dispositif électrique de coupure comportant au moins un bloc de coupure unipolaire tel que brièvement décrit ci-dessus. Selon une caractéristique, le dispositif de coupure comporte trois blocs de coupure unipolaire couplés au moyen d'au moins une tige. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : la figure 1 représente une vue éclatée en perspective d'un dispositif de coupure comportant des blocs de coupure unipolaires et un bloc de déclenchement selon l'invention ; la figure 2 représente une vue en coupe de l'intérieur d'un bloc de coupure unipolaire selon un mode de réalisation de l'invention; les figures 3 et 4 illustrent un détail de fonctionnement d'un clapet rotatif d'un bloc de coupure unipolaire en position d'obstruction selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 5 illustre en détail de fonctionnement d'un clapet rotatif d'un bloc de coupure unipolaire en première partie de course ; les figures 6 et 7 illustrent un détail de fonctionnement d'un clapet rotatif d'un bloc de coupure unipolaire en position de déclenchement selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 8 est un graphe illustrant l'évolution d'une dimension de section de passage de gaz en fonction de l'angle de rotation d'un clapet rotatif selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 9 représente une vue en perspective du clapet rotatif selon l'invention. La figure 1 représente un exemple de dispositif électrique de coupure 2 selon une représentation en perspective éclatée, comprenant trois blocs de coupure unipolaire 4. Selon d'autres modes de réalisation non représentés, l'appareil de coupure peut comporter un, deux, trois ou quatre blocs de coupure unipolaires. Chaque bloc de coupure unipolaire 4 permet la coupure d'un seul pôle. Chaque bloc de coupure se présente sous forme d'un boîtier plat 6, par exemple en plastique moulé, formé de deux grandes faces parallèles 8, distantes d'une épaisseur de l'ordre de 23 millimètres (mm) pour un calibre 160 Ampères (A). Le boîtier est de préférence formé de deux parties symétriques en miroir, solidarisées par tout moyen adapté. Chaque bloc unipolaire est raccordé à un bloc de déclenchement 10, pouvant comporter des moyens magnétothermiques ou des moyens électroniques, au niveau d'une plage de contact aval 12 (voir figure 2) et d'autre part à une ligne de courant connectée à une plage de contact amont 14. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, les blocs de coupure unipolaires sont assemblés par l'intermédiaire d'entretoises 16, qui sont par exemple en plastique moulé, et comprennent une cloison centrale 18 destinée à être parallèle aux grandes faces 8 des blocs de coupure unipolaires 4. Le serrage des entretoises 16 l'une sur l'autre est amélioré par des rebords de fond 20. Les blocs unipolaires de coupure sont destinés à être entraînés simultanément et couplés à cette fin par au moins une tige 22. Un des blocs unipolaires de coupure comporte une manette 24, apte à se loger dans le nez 26 de l'appareil, et à commander un mécanisme 28 d'actionnement des contacts électriques. La figure 2 illustre plus en détail le dispositif de coupure 30 logé dans le boîtier 6, selon un mode de réalisation dans lequel il s'agit d'un mécanisme à double coupure rotative, adapté pour des applications jusqu'à 800 A. Le dispositif de coupure 30 comprend un pont de contact mobile 32 comportant à chaque extrémité une plage de contact. Il comprend une paire de contacts fixes 34, 36, chaque contact fixe étant destiné à coopérer avec une plage de contacts du pont de contacts mobile 32. Un premier contact fixe 34 est destiné à être raccordé à la ligne de courant par la plage de contact amont 14. Un second contact fixe 36 est destiné à être relié au bloc de déclenchement 10 par la plage de contact aval 12. Le pont de contacts mobile 32 est monté entre une position d'ouverture dans laquelle les plages de contact sont écartées des contacts fixes 34, 36 et une position de fermeture, qui est une position passante pour le courant électrique, dans laquelle les plages de contact sont en contact avec chacun des contacts fixes 34, 36. Le bloc de coupure unipolaire 4 comporte deux chambres de coupure d'arc 38 pour l'extinction des arcs électriques. Chaque chambre de coupure d'arc 38 comprend au moins un empilement d'au moins deux ailettes de désionisation 40 séparées les unes des autres par un espace d'échange de gaz de coupure. Chaque chambre de coupure d'arc 38 comporte au moins une sortie reliée à au moins un canal d'échappement 42 des gaz de coupure, destiné à évacuer les gaz par au moins un orifice débouchant 44. Selon un mode de réalisation particulier, le pont de contacts mobile 32 est rotatif autour d'un axe de rotation Y. Le pont de contacts mobile 32 est monté flottant dans un barreau rotatif 46 intercalé entre les deux faces latérales 8 du boîtier 6. Au moins un canal d'échappement 42 comporte un clapet rotatif 48 destiné à être entraîné en rotation par le passage des gaz de coupure. Le clapet rotatif 48 est entraîné en rotation autour d'un axe Z, sensiblement perpendiculaire au canal d'échappement 42. La rotation d'une première position d'obstruction vers une deuxième position de déclenchement est destinée à libérer le mécanisme d'actionnement 28 pour provoquer l'ouverture des contacts 34, 36. Les blocs de coupure unipolaires 4 sont destinés à être entraînés simultanément, et sont couplés à cette fin à au moins une tige 22, notamment au niveau du barreau 46, par exemple par des orifices 50. Sur la figure 2, le clapet rotatif 48 est dans la première position d'obstruction, illustrée plus en détail dans les figures 3 et 4 décrites ci-après. Les figures 3 à 4 illustrent plus en détail la première position d'obstruction du clapet rotatif 48, dans laquelle le bord 54 du clapet rotatif coopère avec une paroi interne 56 du canal d'évacuation 42. Le bord 54 du clapet rotatif est formé à la jonction d'une première face 58 et d'une deuxième face 60 du clapet rotatif, sensiblement parallèle à la première face, la première face 58 s'étendant dans le canal d'évacuation de manière à restreindre le passage des gaz d'évacuation. Le bord 54 est positionné en vis-à-vis de la paroi interne 56, à une première distance dl prédéterminée, qui est de préférence inférieure à 0,2 millimètres. Ainsi, dans cette première position du clapet rotatif 48, une obstruction quasi-totale du canal d'évacuation est réalisée. Néanmoins, en position d'obstruction, une première section 62 de passage des gaz de coupure est formée entre le bord 54 du clapet rotatif 48 et la paroi intérieure 56 du canal d'évacuation 42. Dans l'exemple illustré, le clapet rotatif 48 est monté à proximité de la chambre de coupure d'arc 38 et du pont de contacts mobile 32, à une deuxième distance prédéterminée d2 et dégage une deuxième section 64 de passage des gaz. La distance d2 est choisie très petite, de préférence de l'ordre de 0,15 millimètres, et assure un jeu nécessaire au mouvement du clapet rotatif. De préférence, la surface totale de la première section 62 de passage des gaz et de la deuxième section 64 de passage des gaz est de 7mm2 en première position d'obstruction. Lorsque le clapet rotatif 48 est dans la première position d'obstruction, le clapet rotatif a une position angulaire initiale dans la première position d'obstruction. Le clapet rotatif est entraîné en rotation dans le sens de rotation S vers une position d'ouverture complète dans laquelle il est positionné dans une position angulaire finale. La course du clapet rotatif correspond à une évolution d'un angle de rotation (1) entre une valeur angulaire initiale et une valeur angulaire finale. La course correspond à la rotation nécessaire d'un levier (non représenté) pour libérer le mécanisme d'actionnement 28. Le débattement angulaire entre la valeur angulaire initiale et la valeur angulaire finale est de compris entre 39° et 41°, préférence égal à 40°. Avantageusement, la distance d entre le bord 54 et la paroi interne 56 évolue avec l'angle de rotation (1) de la manière suivante : elle reste constante et égale à la première distance dl tant que l'angle de rotation est inférieur à une première valeur de seuil d'angle, et elle augmente linéairement jusqu'à une deuxième valeur de seuil d'angle de rotation égale de préférence à la valeur angulaire finale correspondant à une ouverture complète du canal d'évacuation. De préférence, la première valeur de seuil d'angle est égale à 12°. La figure 5 illustre le positionnement du clapet rotatif 48 lorsqu'il quitte la première position d'obstruction, et reste, pendant cette première partie de sa course, à distance constante et égale à dl paroi intérieure 56 du canal d'évacuation 42, l'angle de rotation (1) étant inférieur à la première valeur de seuil. Les figures 6 et 7 illustrent la deuxième position de déclenchement du clapet rotatif 48, dans une configuration d'ouverture complète suite au dégagement de gaz de coupure dans les chambres de coupure 38. Dans le mode de réalisation illustré, le canal d'évacuation 42 comporte un coude 66, la paroi interne 56 du canal d'évacuation formant une zone convexe 68. L'axe de rotation du clapet rotatif 48 est positionné à proximité de la zone convexe 68, de manière à ce que le bord 54 soit positionné en vis-à-vis avec une portion de la zone convexe 68, d'un côté du point de courbure de cette zone convexe 66. L'axe de rotation Z est positionné par rapport au flux d'écoulement des gaz dans une zone du canal d'évacuation où leur débit est faible et donc peu propice à créer une différence de pression engendrant un couple de rotation. La figure 8 illustre un profil d'évolution de la surface totale des première section 62 et deuxième section 64 de passage des gaz en fonction de l'angle de rotation (1) du clapet rotatif 48 selon un mode de réalisation de l'invention. Le graphe 70 comprend, en abscisse 72 la valeur de l'angle de rotation (1) du clapet rotatif qui évolue entre la valeur d'angle initiale 0° et la valeur d'angle finale de 40°. En ordonnée 74 est représentée la surface de section de passage de gaz en mm2 (millimètres carrés). Comme on peut le constater, dans le mode de réalisation illustré, le clapet rotatif est agencé vis-à-vis du canal d'évacuation de manière à ce que la surface de section reste constante et égale à 7mm2 sur une première portion 76, pour un angle de rotation (1) du clapet rotatif compris entre 0° et 12°, puis augmente selon une portion linéaire 78 entre 7 mm2 et 35 mm2 pour un angle de rotation de 40°. La valeur de 35 mm2 est sensiblement égale à la surface de la section du canal d'évacuation 42. La figure 9 illustre un clapet rotatif selon un mode de réalisation de l'invention, vu en perspective. L'axe de rotation Z du clapet 48 comporte des épaulements 80 venant en appui avec les surfaces internes latérales du bloc de coupure. Les extrémités 62, 64 de l'axe de rotation Z du clapet rotatif sont utiles pour relier les clapets rotatifs respectifs des blocs unipolaires de coupure dans un dispositif électrique de coupure modulaire tel que le dispositif 2 illustré en figure 1. Le couplage mécanique entre tous les clapets rotatifs des blocs de coupure permet d'assurer une transmission du mouvement de rotation d'un clapet vers les autres, dans un dispositif de coupure à plusieurs blocs de coupure unipolaires.35 REVENDICATIONS1.- Bloc cle coupure unipolaire (4) ayant un boîtier comprenant : - un pont de contacts mobile (32), - une paire de contacts fixes (34, 36) coopérant avec ledit pont de contacts mobile (32) et reliés respectivement à un conducteur d'amenée du courant, - deux chambres (38) de coupure d'arc s'ouvrant respectivement sur un volume d'ouverture du pont de contacts mobile (32), chaque chambre de coupure (38) étant reliée à au moins un canal d'échappement (42), - au moins un canal d'échappement (42) comportant un clapet rotatif (48) destiné à être entraîné en rotation autour d'un axe sensiblement perpendiculaire au canal d'échappement (42) par le passage de gaz de coupure, la rotation du clapet rotatif (48) d'une première position d'obstruction vers une deuxième position de déclenchement étant destinée à actionner des moyens de déclenchement (28) pour provoquer l'ouverture des contacts, la rotation du clapet rotatif (48) étant définie par un angle de rotation, entre une valeur d'angle initiale en position d'obstruction et une valeur d'angle finale, caractérisé en ce que le clapet rotatif (48) comporte un bord (54) positionné en vis- à-vis avec une paroi interne (56) du canal d'échappement, dans la première position d'obstruction, ledit bord (54) étant positionné à une première distance de ladite paroi interne (56) du canal d'échappement (42) dans la première position d'obstruction, ledit bord (54) étant apte à s'éloigner de la paroi du canal d'échappement (42) lors de la rotation du clapet rotatif (48), la position du clapet rotatif (48) définissant au moins une section (62, 64) de passage de gaz, l'agencement du clapet rotatif (48) et de la paroi interne (56) étant tel que la distance entre ledit bord (54) et ladite paroi interne (56) reste constante et égale à ladite première distance jusqu'à une première valeur de seuil d'angle de rotation du clapet rotatif (48), puis augmente linéairement jusqu'à une deuxième valeur de seuil d'angle de rotation correspondant à une ouverture complète du canal d'évacuation. 2.- Bloc de coupure unipolaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première distance est inférieure ou égale à 0,2 millimètres. 3.- Bloc de coupure unipolaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la position du clapet rotatif (48) définit deux sections de passage (62, 64) et en ce que la surface totale desdites sections est constante jusqu'à la première valeur de seuil d'angle de rotation du clapet rotatif (48), puis augmente linéairementjusqu'à la deuxième valeur de seuil d'angle de rotation correspondant à une ouverture complète du canai d'évacuation. 4.- Bloc de coupure unipolaire selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite surface totale est inférieure ou égale à 7 millimètres carrés jusqu'à la première valeur de seuil d'angle. 5.-Bloc de coupure unipolaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première valeur de seuil d'angle est comprise entre 11 et 13 degrés et la deuxième valeur de seuil d'angle est comprise entre 39 et 41 degrés. 6.- Bloc de coupure unipolaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le canal d'évacuation comporte un coude (66) formant une zone intérieure convexe (68), et en ce que le clapet rotatif (48) est positionné de manière à ce que ledit bord (54) du clapet soit sensiblement parallèle à la paroi du canal d'évacuation (42) dans ladite zone intérieure convexe (68) pour la rotation du clapet rotatif (48) entre la valeur d'angle initiale et la première valeur de seuil d'angle. 7.- Dispositif de coupure caractérisé en ce qu'il comporte au moins un bloc de coupure unipolaire selon l'une des revendications 1 à 6. 8.- Dispositif de coupure selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'il comporte trois blocs de coupure unipolaire couplés au moyen d'au moins une tige (22).25