Brevet FR3116938A1 — publié le 20220603

Contact de coupure électrique (3) à champ magnétique radial pour ampoule à vide à moyenne tension comprenant une tige (5) et un corps de contact (7), coaxial à la tige, qui comporte un disque (9) et un élément circulaire (10), concentrique avec le disque et disposé en saillie sur une face du disque, l’autre face du disque étant solidaire de la tige. Le corps de contact a une configuration en spirale ; le disque comporte des fentes dans l’épaisseur du disque qui s’étendent depuis la périphérie du disque en direction du centre du disque ; l’élément circulaire a un diamètre externe inférieur au diamètre du disque. Le disque et l’élément circulaire sont en un alliage de cuivre avec un métal réfractaire choisi parmi le chrome, le tungstène et le molybdène, l’alliage de l’élément circulaire comprenant une proportion en poids du métal réfractaire supérieure à celle de l’alliage du disque. Figure pour l’abrégé : figure 2 Contact d’ampoule à vide à moyenne tension à coupure d’arc améliorée et ampoule à vide associée L'invention concerne le domaine des interrupteurs à vide à moyenne tension, également appelés ampoules à vide ou ampoules sous vide. Elle a trait plus particulièrement à l'amélioration de la performance à la fermeture de telles ampoules à vide. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Les ampoules à vide sont utilisées dans les appareillages électriques de distribution à moyenne tension (de 1 à 52 kV) pour couper des courants de court-circuit de l'ordre de quelques kA, typiquement 25 kA, avec des tensions de quelques kV, typiquement 36 kV. De manière connue et comme illustré dans la , une ampoule à vide 1 à moyenne tension est un appareil de coupure électrique comprenant une enveloppe 12 s’étendant selon un axe longitudinal Y et formant une enceinte étanche, dans laquelle est logée une paire de contacts de coupure 2, 3 qui sont mobiles l'un par rapport à l'autre (on a généralement un contact mobile 2 et un contact fixe 3) entre une position ouverte (partie représentée à droite) et une position fermée (partie représentée à gauche) par un mouvement axial grâce à une tige d’actionnement 13. Un écran 14 est également disposé à l’intérieur de l’enceinte autour des contacts de coupure 2, 3 pour protéger l'enveloppe 12 contre l'effet d'arcs établis entre les contacts. Chaque contact de coupure 2, 3 comprend un corps de contact 6, 7 en métal à haute conductivité, par exemple en cuivre, et monté coaxialement sur une tige 4, 5 en un matériau d'une bonne résistance mécanique et de haute conductivité électrique (c’est-à-dire une conductivité supérieure ou égale à 98% IACS (de l'anglais International Annealed Copper Standard), comme par exemple en cuivre ; les deux tiges 4, 5 sont disposées en prolongement l'une de l'autre. L’enceinte est destinée à contenir un gaz isolant et à être mise sous vide. Pour assurer leurs fonctions de coupure et de fermeture, les corps de contact des contacts de coupure doivent être réalisés en un matériau qui satisfasse, entre autres, à des exigences de résistance à la tension électrique, de conductibilité thermique et d’anti soudage (afin d’éviter que les corps de contact d’une paire de contacts ne se soudent entre eux). Pour satisfaire au mieux à toutes ces exigences, de nombreux matériaux des corps de contact des contacts de coupure connus résultent de la combinaison de deux métaux ou plus. Par ailleurs, il est connu que pour couper les courants de court-circuit dans une ampoule à vide, les contacts d'arc doivent être conçus de telle sorte que des champs magnétiques intenses axiaux (usuellement dénommés AMF, abréviation de « Axial Magnetic Field » en anglais) ou radiaux (usuellement dénommés RMF, abréviation de « Radial Magnetic Field » en anglais) soient générés aux extrémités des contacts en regard l'une de l'autre, afin de réaliser un contrôle de l'arc lors de la séparation mutuelle des contacts. Pour l’AMF, les champs sont générés parallèlement à l'axe longitudinal Y de l'ampoule à vide de la , tandis que pour le RMF, les champs sont créés de manière radiale par rapport à ce même axe (c’est-à-dire selon l’axe X dans la ). Dans le cadre de la présente invention, les inventeurs se sont focalisés sur les contacts de coupure à champ magnétique radial (c’est-à-dire de type RMF) et ont cherché à améliorer les performances de fermeture de ce type de contacts. Pour ce faire, l’invention a pour objet un contact de coupure électrique à champ magnétique radial pour ampoule à vide à moyenne tension s'étendant selon un axe longitudinal Y, le contact de coupure électrique comprenant : - une tige de connexion mécanique et d’amenée de courant qui s'étend selon l'axe longitudinal Y; et - un corps de contact qui est coaxial à la tige et qui comporte un disque et un élément circulaire, concentrique avec le disque et disposé en saillie sur une face du disque, l’autre face du disque étant solidaire de la tige ; caractérisé en ce que le corps de contact a une configuration en spirale, le disque comportant des fentes pratiquées dans l’épaisseur du disque et qui s’étendent depuis la périphérie du disque en direction du centre du disque, et l’élément circulaire ayant un diamètre externe inférieur au diamètre du disque, et caractérisé en ce que le disque et l’élément circulaire sont en un alliage de cuivre avec un métal réfractaire choisi parmi le chrome, le tungstène et le molybdène, l’alliage de l’élément circulaire comprenant une proportion en poids du métal réfractaire supérieure à celle de l’alliage du disque. De préférence, le disque et l’élément circulaire sont en un alliage de cuivre avec un même métal réfractaire. Ainsi, selon l’invention, on a un contact de coupure hybride avec un corps de contact qui comporte un disque et un élément circulaire en alliage de cuivre de compositions différentes, l’élément circulaire étant dans un alliage plus réfractaire que celui du disque. Par exemple, si les alliages sont des alliages de cuivre et de chrome, l’alliage de l’élément circulaire comprend une proportion en poids de chrome supérieure à celle de l’alliage du disque. Pour rappel, une configuration en « spirale » est une configuration particulière bien connue d’un contact de coupure électrique à champs magnétique radial. Un exemple typique d’une configuration en spirale est illustré dans la . Parmi les autres configurations connues d’un contact de coupure électrique à champs magnétique radial, on peut également citer la configuration en « contrate » (également connue sous le terme « cup contact design » en anglais). Comme son nom l’indique, le disque du corps de contact est un élément sensiblement plan, dont la périphérie est sensiblement circulaire. De manière connue, dans une configuration en spirale, chaque fente peut être rectiligne ou bien courbe. Selon un premier mode de réalisation, le disque et l’élément circulaire sont en un alliage de cuivre et de chrome, l’alliage de l’élément circulaire comprenant une proportion en poids de chrome supérieure à celle de l’alliage du disque, les proportions en poids de cuivre dans l’alliage du disque étant comprises entre 50 et 95%, la balance étant faite avec le chrome, et les proportions en poids de cuivre l’alliage dans l’élément circulaire étant comprises entre 40 et 80%, la balance étant faite avec le chrome. On précise que dans le présent exposé, l'expression « compris entre ... et ... » doit être comprise comme incluant les bornes. De préférence, le disque et l’élément circulaire étant en un alliage de cuivre et de chrome, l’alliage de l’élément circulaire comprend au moins 50% en poids de cuivre. Préférentiellement, l’alliage du disque comprend 75% en poids de cuivre et 25% en poids de chrome, et l’alliage de l’élément circulaire comprend entre 50 et 60% en poids de cuivre, la balance étant faite avec le chrome. À titre d’exemple, on peut ainsi avoir un contact ayant un disque en alliage contenant 75 % en poids de cuivre et 25% en poids de chrome et un élément circulaire en alliage contenant 50% en poids de cuivre et 50% en poids de chrome ou bien encore en alliage contenant 60% en poids de cuivre et 40% en poids de chrome. Selon une première variante, l’élément circulaire est un élément plein. Selon une deuxième variante, l’élément circulaire est un anneau. L’invention a également pour objet une ampoule à vide à moyenne tension comprenant au moins un contact de coupure électrique tel que défini ci-dessus. Avantageusement, l’ampoule à vide comprend une paire de contacts de coupure électrique avec un contact fixe selon l'invention et un contact mobile selon l’invention. Toutes les combinaisons dans la paire de contacts sont donc possibles. Par exemple, on peut avoir une paire de contacts avec un contact mobile avec un élément circulaire en anneau et un contact fixe avec un élément circulaire en anneau ; une paire de contacts avec un contact mobile avec un élément circulaire plein et un contact fixe avec un élément circulaire plein ; une paire de contacts avec un contact mobile avec un élément circulaire en anneau et un contact fixe avec un élément circulaire plein ; une paire de contacts avec un contact mobile avec un élément circulaire plein et un contact fixe avec un élément circulaire en anneau, les éléments étant configurés de manière à permettre un contact physique entre les éléments circulaires (anneau/anneau, anneau/élément circulaire plein, élément circulaire plein/élément circulaire plein) des deux contacts. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : , déjà décrite, est une vue en coupe verticale partielle d'une ampoule à vide moyenne tension ; est une vue en perspective d’une paire de contacts de coupure selon un premier mode de réalisation de l’invention ; est une vue en perspective d’une paire de contacts de coupure selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. DESCRIPTION DETAILLÉE DE MODES DE RÉ ALISATION PARTICULIERS Selon l’invention, le contact de coupure électrique est un contact à champs magnétique radial et plus précisément, du type à spirale. Des exemples de cette configuration particulière en spirale sont représentés dans les figures 2 et 3. De manière connue, cette configuration en spirale se caractérise par un corps de contact comprenant un disque muni de fentes et d’un élément circulaire, en saillie sur une face du disque, ayant un diamètre extérieur inférieur à celui du disque. Dans les figures 2 et 3, quatre fentes identiques 11 sont pratiquées en spirale dans le disque en étant réparties à 90° l’une de l’autre selon la circonférence du disque et partant depuis un diamètre interne (qui peut être inférieur, identique ou supérieur au diamètre externe de l’élément circulaire), jusqu'à la périphérie du disque. On peut tout à fait avoir un nombre différent de fentes, par exemple trois fentes réparties à 120° l’une de l’autre selon la circonférence du disque. Les fentes peuvent être courbes (comme représenté dans les figures 2 et 3) ou bien rectilignes. En référence aux figures 2 et 3 représentant une paire de contacts de coupure électrique selon l’invention, chaque contact 2, 3 comporte une tige 4, 5 à l’extrémité de laquelle est disposé un corps de contact 6, 7, qui est coaxial avec la tige 4, 5. Chaque corps de contact 6, 7 a une configuration en spirale et est muni d’un disque 8, 9, dont une face est solidaire d’une tige 4, 5, et d’un élément circulaire 10 (seul un élément circulaire est visible), agencé en saillie sur l’autre des faces du disque 8, 9. De manière connue (document [1]), la réalisation d’un contact de coupure électrique peut se faire par différentes techniques : par frittage, par refusion à l'arc sous vide (procédé VAR pour « Vacuum Arc Remelting » en anglais), par coulée sous vide (« Vacuum casting » en anglais), par fusion induite par le vide (« Vacuum Induced Melting » en anglais), par infiltration sous vide (procédé VIP pour « Vacuum Infusing Process » en anglais). Les différentes parties du contact sont réalisées séparément (tige, disque et élément circulaire) et assemblées par la suite. Dans le cadre de la présente invention, nous avons par exemple réalisé une ampoule sous vide avec deux contacts ayant chacun un disque en alliage Cu 75 Cr 25 (en % massique) et un élément circulaire (de type pastille ou anneau) en alliage Cu 50 Cr 50 (en % massique) obtenu par VAR. Dans un autre exemple, l’élément circulaire (de type pastille ou anneau) est en alliage Cu 6 0 Cr 4 0 (en % massique) et est obtenu par frittage. REFERENCE CITEE [1] « CuCr for Vacuum Interrupters – Production, Properties and Application », F. Hauner et al ., International Conference on Electrical Contacts, 2008 Contact de coupure électrique (2, 3) à champ magnétique radial pour ampoule à vide (1) à moyenne tension s'étendant selon un axe longitudinal Y, le contact de coupure électrique comprenant : - une tige (4, 5) de connexion mécanique et d’amenée de courant qui s'étend selon l'axe longitudinal Y; et - un corps de contact (6, 7) qui est coaxial à la tige et qui comporte un disque (8, 9) et un élément circulaire (10), concentrique avec le disque et disposé en saillie sur une face du disque, l’autre face du disque étant solidaire de la tige ; caractérisé en ce que le corps de contact (6, 7) a une configuration en spirale, le disque (8, 9) comportant des fentes (11) pratiquées dans l’épaisseur du disque et qui s’étendent depuis la périphérie du disque en direction du centre du disque, et l’élément circulaire (10) ayant un diamètre externe inférieur au diamètre du disque, et en ce que le disque et l’élément circulaire sont en un alliage de cuivre avec un métal réfractaire choisi parmi le chrome, le tungstène et le molybdène, l’alliage de l’élément circulaire (10) comprenant une proportion en poids du métal réfractaire supérieure à celle de l’alliage du disque (8, 9). Contact de coupure électrique selon la revendication 1, dans lequel le disque et l’élément circulaire sont en un alliage de cuivre et de chrome, l’alliage de l’élément circulaire (10) comprenant une proportion en poids de chrome supérieure à celle de l’alliage du disque (8, 9), les proportions en poids de cuivre dans l’alliage du disque (8, 9) étant comprises entre 50 et 95%, la balance étant faite avec le chrome, et les proportions en poids de cuivre l’alliage dans l’élément circulaire (10) étant comprises entre 40 et 80%, la balance étant faite avec le chrome. Contact de coupure électrique selon la revendication 2, dans lequel l’alliage de l’élément circulaire (10) comprend au moins 50% en poids de cuivre. Contact de coupure électrique selon la revendication 3, dans lequel l’alliage du disque (8, 9) comprend 75% en poids de cuivre et 25% en poids de chrome, et l’alliage de l’élément circulaire (10) comprend entre 50 et 60% en poids de cuivre, la balance étant faite avec le chrome. Contact de coupure électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’élément circulaire est un élément plein. Contact de coupure électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’élément circulaire est un anneau. Ampoule à vide (1) à moyenne tension comprenant au moins un contact de coupure électrique (2, 3) selon l'une des revendications 1 à 6. Ampoule à vide (1) selon la revendication 7, comprenant une paire de contacts de coupure électrique avec un contact mobile (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 et un contact fixe (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.