Brevet FR3121269A1 — publié le 20220930

Appareil de commutation électrique Appareil de commutation électrique (2), comportant un boîtier (4) et une chambre de coupure (12) logée dans le boîtier, la chambre de coupure comportant un empilement de plaques métalliques (14), l’appareil de commutation comportant en outre une pièce de séparation (20) placée en sortie de la chambre de coupure, la pièce de séparation étant disposée au contact de l’empilement de plaques métalliques, perpendiculairement aux plaques métalliques, en étant au moins partiellement insérée dans la grille et/ou entre les plaques métalliques de l’empilement, de manière à séparer le flux de gaz sortant de la chambre de coupure. Figure pour l'abrégé : 2 Appareil de commutation électrique La présente invention concerne un appareil de commutation électrique. L’invention est notamment applicable au domaine de la protection électrique et tout particulièrement aux disjoncteurs miniatures (MCB, pour « Miniature Circuit Breaker » en anglais) utilisés pour protéger des installations électriques à basse tension. De nombreux appareils de commutation électrique de type électromécanique, tels que des disjoncteurs, comportent généralement une chambre de coupure configurée pour éteindre un arc électrique qui apparaît suite à un déclenchement lors de l’ouverture des contacts électriques de l’appareil de commutation. La chambre de coupure comporte typiquement un empilement de plaques métalliques superposées les unes au-dessus des autres pour allonger et ainsi éteindre l’arc électrique. Les plaques sont maintenues grâce à des structures de support, tels des flasques latéraux. Un ou plusieurs orifices ménagés dans le boîtier permettre aux gaz de coupure d’être rejetés à l’extérieur de l’appareil de commutation. De façon générale, il existe un besoin pour améliorer la construction de telles chambres de coupure, notamment dans le but d’améliorer leurs performances, mais aussi de rendre leur fabrication et leur assemblage plus simples et moins coûteux. A cet effet, un aspect de l’invention concerne un appareil de commutation électrique, comportant un boîtier et une chambre de coupure logée dans le boîtier, la chambre de coupure comportant un empilement de plaques métalliques, l’appareil de commutation comportant en outre une pièce de séparation placée en sortie de la chambre de coupure, la pièce de séparation étant disposée au contact de l’empilement de plaques métalliques, perpendiculairement aux plaques métalliques, en étant au moins partiellement insérée dans la grille et/ou entre les plaques métalliques de l’empilement, de manière à séparer le flux de gaz sortant de la chambre de coupure. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires, l’appareil de commutation électrique peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toute combinaison techniquement admissible : - La pièce de séparation comporte une partie principale en forme de plaque, la partie principale étant alignée dans la direction de l’empilement de plaques métalliques. - La pièce de séparation comporte une portion recourbée en forme de L s’étendant perpendiculairement par rapport à la partie principale. - La pièce de séparation comporte une pluralité de portions de positionnement ménagées sur un bord de la partie principale, les pièces de positionnement étant configurées pour être insérées entre les plaques métalliques de l’empilement. - Les portions de positionnement ont une forme d’ergot. - Les portions de positionnement sont formées d’un seul tenant avec la pièce de séparation. - La pièce de séparation est formée en un matériau électriquement isolant, tel qu’un polymère thermoformé. - L’appareil de commutation comporte une grille placée en sortie de l’empilement de plaques métalliques. - La grille est au moins en partie formée par des demi-barreaux s’étendant depuis des parois intérieures du boîtier, les extrémités distales des demi-barreaux opposés délimitant un espace dans lequel est insérée la partie principale de la pièce de séparation. L’invention sera mieux comprise et d’autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d’un mode de réalisation d’un appareil de commutation électrique, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la représente schématiquement, selon une vue partielle et éclatée, un appareil de commutation électrique selon un mode de réalisation de l’invention ; la représente schématiquement, selon une autre vue partielle et éclatée, l’appareil de commutation électrique de la ; la représente schématiquement, selon une vue partielle, l’appareil de commutation électrique des figures 1 et 2 ; la représente schématiquement des vues de parois internes d’un boîtier de l’appareil de commutation électrique de la ; la représente schématiquement, selon une vue partielle et en coupe, une partie de la chambre de coupure de l’appareil de commutation électrique de la . Les figures 1, 2 et 3 représentent un exemple d’un appareil de commutation électrique 2 conforme à des modes de réalisation de l’invention. De préférence, l’appareil de commutation 2 est un appareil électromécanique. Par exemple, l’appareil de commutation 2 est un appareil de protection électrique, tel qu’un disjoncteur à coupure dans l’air. Préférentiellement, l’appareil de commutation 2 un disjoncteur miniature (MCB, pour « Miniature Circuit Breaker » en anglais). L’appareil de commutation 2 est, par exemple, plus particulièrement destiné à être utilisé pour protéger des installations électriques à basse tension électrique (par exemple des tensions électriques inférieures ou égales à 1000 V AC). L’appareil de commutation 2 comporte un boîtier 4 qui délimite un volume intérieur dans lequel sont logés tout ou partie des composants de l’appareil de commutation 2. Par exemple, le boîtier 4 comporte une première partie 6 de boîtier et une deuxième partie 8 de boîtier ayant des formes complémentaires et étant destinées à être associées pour former le boîtier 4. La première partie 6 et la deuxième partie 8 peuvent par exemple se présenter sous la forme de deux demi-coques, par exemple symétriques. En variante, la première partie 6 peut être un corps principal et la deuxième partie 8 peut être un couvercle. Dans de nombreux modes de réalisation, le boîtier 4 est réalisé en un matériau électriquement isolant, par exemple en un polymère thermodurci, tel que du polyamide. Dans de nombreux modes de réalisation, l’appareil de commutation 2 comporte en outre des terminaux de raccordement électrique 10, au moins un contact électrique mobile, un mécanisme de commutation configuré pour déplacer le contact électrique mobile, et une chambre de coupure 12. Le contact électrique mobile (non illustré) est déplaçable entre une position ouverte et une position fermée pour, respectivement, empêcher ou autoriser la circulation du courant électrique entre les terminaux de raccordement électriques 10. Le ou chaque contact électrique mobile put être couplé à un ou plusieurs contacts électriques fixes. En pratique, le mécanisme de commutation (non illustré) peut être couplé à un déclencheur configuré pour détecter un défaut électrique, tel qu’une surintensité ou un court-circuit. Le mécanisme de commutation peut aussi être couplé à un levier de commande accessible à un utilisateur depuis l’extérieur du boîtier 4. De tels dispositifs électromécaniques sont bien connus et ne sont pas décrits en détail dans ce qui suit. La chambre de coupure 12 est configurée pour éteindre un arc électrique qui apparaît entre les contacts électriques lors de leur ouverture suite à un déclenchement de l’appareil 2 alors qu’un courant électrique circule entre les terminaux de raccordement 10. La chambre de coupure 12 comporte un empilement de plaques métalliques 14 superposées les unes au-dessus des autres suivant une direction d’empilement, qui est ici orientée verticalement ou essentiellement verticalement lorsque l’appareil de commutation 2 est en configuration de fonctionnement (par exemple monté sur un tableau électrique). Les plaques métalliques 14 sont disposées dans l’empilement en étant espacées deux à deux par un espacement 15. Lorsqu’un arc électrique apparaît entre les contacts électriques lors de l’ouverture du contact mobile, l’arc électrique est guidé vers l’empilement puis est fractionné par les plaques métalliques, ce qui permet d’allonger et ainsi éteindre l’arc électrique. Les plaques métalliques 14 sont maintenues dans l’empilement grâce à des structures de support 16, tels des flasques latéraux, qui sont par exemple fabriqués en matière plastique, de préférence en matière plastique ignifugée, par exemple en poly aramide, tel que le matériau Nomex (marque déposée). La chambre de coupure 12 peut être formée dans un compartiment dédié du boîtier 4, par exemple en étant délimitée par des parois internes. Un ou plusieurs orifices de sortie 18 sont ménagés dans le boîtier 4 et permettent aux gaz de coupure (des gaz chauds et ionisés éjectés du boîtier 4 et résultant de l’action de l’arc électrique dans la chambre de coupure 12 suite à l’ouverture des contacts) d’être rejetés à l’extérieur du boîtier 4 de l’appareil de commutation 2. Le ou les orifices de sortie 18 sont par exemple reliés fluidiquement à la sortie de la chambre de coupure 12 par un canal formé dans le boîtier 4. Des éléments de guidage, tels que des chicanes, peuvent être disposées dans le canal pour réguler le flux de gaz de coupure. L’appareil de commutation 2 comporte en outre une pièce de séparation 20 placée en sortie de la chambre de coupure 12, de manière à séparer le flux de gaz sortant de la chambre de coupure 12. De préférence, la pièce de séparation 20 est disposée au contact de l’empilement de plaques métalliques 14, perpendiculairement aux plaques métalliques, en étant au moins partiellement insérée dans les espaces interstitiels 15 entre les plaques métalliques de l’empilement. Dans l’exemple de la , la pièce de séparation 20 est illustrée dans une vue éclatée, tandis que sur la , la pièce de séparation 20 est illustrée dans une configuration de fonctionnement, assemblée avec l’empilement de plaques métalliques 14. Comme illustré sur la , la pièce de séparation 20 comporte une partie principale 22 en forme de plaque et une portion recourbée 24 en forme de L s’étendant perpendiculairement par rapport à la partie principale 22. Lorsque la pièce de séparation 20 est en configuration assemblée, la partie principale 22 est alignée dans la direction de l’empilement de plaques métalliques. Dans l’exemple illustré, la partie principale 22 est alignée verticalement ou essentiellement verticalement. La portion recourbée 24 en forme de L comporte une première partie plate qui s’étend perpendiculairement à la partie principale 22 et le long d’un bord de la partie principale 22, et une deuxième partie en forme de plateau qui s’étend perpendiculairement audit bord de la partie principale 22, par exemple en étant disposé horizontalement. La pièce de séparation 20 comporte également une pluralité de portions de positionnement 26 ménagées sur un bord de la partie principale 22. Les portions de positionnement 26 sont configurées pour être insérées entre les plaques métalliques 14 de l’empilement, par exemple dans les espaces interstitiels 15. Par exemple, les pièces de positionnement 26 ont une forme d’ergot, ou de crochet, ou de protubérance, ou de toute autre structure appropriée permettant d’empêcher un mouvement de translation le long de la direction de l’empilement lorsque la pièce de séparation 20 est insérée dans l’empilement. De préférence, la pièce de séparation 20 est construite en un matériau électriquement isolant, tel qu’un polymère thermoformé. D’autres matériaux sont toutefois possibles en variante. En pratique, les portions de positionnement 26 sont formées d’un seul tenant avec le reste de la pièce de séparation 20. De façon notable, la pièce de séparation 20 est indépendante, c’est-à-dire qu’elle ne fait pas partie du boîtier 4. En pratique, la pièce de séparation 20 peut être fabriquée indépendamment du boîtier 4, puis est installée par insertion dans l’empilement. Les figures 4 et 5 représentent un aménagement possible du boîtier 4 et de la chambre de coupure 12. Plus précisément, la comporte deux vues représentant la paroi intérieure respective de la première partie 6 de boîtier et de la deuxième partie 8 de boîtier, respectivement. La représente schématiquement une vue en coupe transversale de la pièce de séparation 20 vue depuis l’arrière de la chambre de coupure. Dans cette description, les qualificatifs « avant » et « arrière » appliqués à la chambre de coupure 12 et à ses éléments constituants sont définis en fonction du sens de circulation des gaz de coupure (c’est-à-dire, depuis la chambre de coupure 12 vers l’orifice de sortie 18). Dans de nombreux modes de réalisation, l’appareil de commutation 2 comporte une grille 30, 32 placée en sortie de l’empilement de plaques métalliques 14. Par exemple, comme bien visible sur la , la grille est au moins en partie formée par des demi-barreaux disposés à la manière d’un peigne et s’étendant depuis des parois intérieures opposées du boîtier 4. La grille est ici placée immédiatement en sortie de l’empilement de plaques métalliques 14, de préférence en contact avec l’empilement de plaques 14. Par exemple, une première moitié de grille 30 comporte des demi-barreaux 34 qui s’étendent depuis une paroi interne de la première partie de boîtier 6. Une deuxième moitié de grille 32 comporte des demi-barreaux 36 qui s’étendent depuis une paroi interne de la deuxième partie de boîtier 8. On comprend que, lorsque le boîtier 4 est en configuration assemblée, les parois internes respectives de la première partie de boîtier 6 et de la deuxième partie de boîtier 8 sont opposées, c’est-à-dire qu’elles se font face. Leurs demi-barreaux respectifs 34 et 36 sont alors disposés en regard les uns des autres. Dans certains cas, chacun des demi-barreaux 34 de la première moitié de grille 30 peut être aligné avec le demi-barreau 36 correspondant de la deuxième moitié de grille 32. Dans d’autres cas, en variante, les demi-barreaux 34 de la première moitié de grille 30 peuvent être décalés verticalement par rapport aux demi-barreaux 36 de la deuxième moitié de grille 32. De préférence, quel que soit l’agencement des demi-barreaux, les extrémités distales des demi-barreaux 34, 36 opposés délimitent un espace (ici en forme de fente verticale) dans lequel est insérée la partie principale 22 de la pièce de séparation, comme illustré par la . Optionnellement, les parties de boîtier 6 et/ou 8 peuvent comporter des éléments de structure et/ou de positionnement, tels qu’une chicane 40 pour canaliser les gaz de coupure sortant de la grille, que des poutres de maintien 42 perpendiculaires aux parois internes, pour maintenir un espacement constant entre lesdites parois internes, ou encore une paroi 44 servant à ralentir le flux de gaz de coupure. Ces éléments peuvent être formés d’un seul tenant avec l’un ou avec l’autre de la première partie de boîtier 6 et de la deuxième partie de boîtier 8. D’autres modes de réalisation sont toutefois possibles en variante. Grâce à l’invention, l’ajout de la pièce de séparation 20 permet de diviser en deux flux indépendants le flux de gaz de coupure sortant de la chambre de coupure (ce flux sortant étant typiquement orienté parallèlement aux plaques métalliques 14). Cela permet de mieux équilibrer la pression des gaz de coupure et donc d’améliorer le fonctionnement de la chambre de coupure 12 et de l’appareil de commutation 2. Le fait d’utiliser une pièce de séparation 20 indépendante, séparée du reste du boîtier 4, permet de simplifier le processus de fabrication, puisqu’une pièce ayant une géométrie simple comme celle de la pièce de séparation 20 est moins complexe et moins coûteuse à produire industriellement qu’une pièce de séparation qui serait formée d’un seul tenant avec la grille ou avec le boîtier. De plus, la pièce de séparation 20 est particulièrement simple à monter et facile à mettre en place, notamment grâce aux portions de positionnement 26. Le guidage (lors de l’assemblage) et la tenue dans le temps en position de la pièce de séparation 20 s’en trouvent améliorés. Notamment, la pièce de séparation 20 permet de mieux répartir le flux de gaz de coupure entre les éléments de guidage et de ralentissement (tels que la paroi 44) placés sur les parois internes du boîtier, et notamment sur la première partie de boîtier 6. Cela permet de mieux équilibrer le flux de gaz de coupure lors de la libération de pression lors de l’éjection des gaz. De nombreux autres modes de réalisation sont possibles. Les modes de réalisation et les variantes envisagés ci-dessus peuvent être combinés entre eux pour créer de nouveaux modes de réalisation. Appareil de commutation électrique (2), comportant un boîtier (4) et une chambre de coupure (12) logée dans le boîtier, la chambre de coupure comportant un empilement de plaques métalliques (14), l’appareil de commutation comportant en outre une pièce de séparation (20) placée en sortie de la chambre de coupure, la pièce de séparation étant disposée au contact de l’empilement de plaques métalliques, perpendiculairement aux plaques métalliques, en étant au moins partiellement insérée dans la grille et/ou entre les plaques métalliques de l’empilement, de manière à séparer le flux de gaz sortant de la chambre de coupure. Appareil de commutation électrique (2) selon la revendication 1, dans lequel la pièce de séparation (20) comporte une partie principale (22) en forme de plaque, la partie principale étant alignée dans la direction de l’empilement de plaques métalliques (14). Appareil de commutation électrique (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pièce de séparation (20) comporte une portion recourbée (24) en forme de L s’étendant perpendiculairement par rapport à la partie principale (22). Appareil de commutation (2) électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pièce de séparation (20) comporte une pluralité de portions de positionnement (26) ménagées sur un bord de la partie principale, les pièces de positionnement étant configurées pour être insérées entre les plaques métalliques de l’empilement. Appareil de commutation électrique (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les portions de positionnement (26) ont une forme d’ergot. Appareil de commutation électrique (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les portions de positionnement (26) sont formées d’un seul tenant avec la pièce de séparation. Appareil de commutation électrique (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pièce de séparation (20) est formée en un matériau électriquement isolant, tel qu’un polymère thermoformé. Appareil de commutation électrique (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’appareil de commutation (2) comporte une grille (30, 32) placée en sortie de l’empilement de plaques métalliques (14). Appareil de commutation électrique (2) selon la revendication 8, dans lequel la grille (30, 32) est au moins en partie formée par des demi-barreaux (34, 36) s’étendant depuis des parois intérieures (6, 8) du boîtier (4), les extrémités distales des demi-barreaux (34, 36) opposés délimitant un espace dans lequel est insérée la partie principale (22) de la pièce de séparation (20).