Brevet FR3143186A1 — publié le 20240614

Contacteur électrique à dispositif de coupure intégré Un contacteur électrique (10, 10’) à dispositif de coupure intégré, comprenant au moins un dispositif de coupure (20) d’arc comportant un premier guide (21), un second guide (22) raccordé au contact (12), et un module de coupure à ailettes (23) disposé entre le premier guide (21) et le second guide (22). Chaque dispositif de coupure d’arc (20) comporte un fusible (25) disposé entre le premier guide d’arc (21) et le second guide d’arc (22), et une enceinte isolante (29) à l’intérieur de laquelle sont disposés le module de coupure à ailettes (23) et le fusible (25), le fusible (25) étant séparé d’au moins un des guides d’arc (21, 22) par un espace physique (30). Figure pour l’abrégé : Fig. 8 Contacteur électrique à dispositif de coupure intégré L'invention concerne un équipement de protection électrique, et plus particulièrement un contacteur et disjoncteur électrique de coupure de courant destiné à être monté sur un circuit électrique, par exemple d’un aéronef. Sur les figures 1 à 5 sont représentées schématiquement différentes vues en coupe d’un contacteur électrique 1 selon l’état de la technique. Le contacteur électrique 1 selon l’état de la technique comprend deux contacts électriques fixes 2 électriquement distincts, un pont mobile 3, et un dispositif de coupure d’arc 4 pour chaque contact électrique fixe 2, soit deux dispositifs de coupure d’arc 4. Chaque dispositif de coupure d’arc 4 comporte un premier guide d’arc 5, un second guide d’arc 6 électriquement raccordé au contact électrique fixe 2 auquel le dispositif de coupure d’arc est associé, et un module de coupure à ailettes 7 s’étendant entre le premier guide d’arc 5 et le second guide d’arc 6, à distance du pont mobile 3 et du contact électrique fixe 2 associé. Les deux premiers guides d’arc 5 des deux dispositifs de coupure d’arc 4 sont électriquement couplés ensemble. Et chaque module de coupure à ailettes 7 comprend une série d’ailettes 8 disposées successivement les unes au-dessus des autres entre le seconde guide d’arc 6 et le premier guide d’arc 5, chaque ailette 8 étant espacée des autres ailettes par un espace vide. L’ailette 8 au sommet de l’empilement est séparée du premier guide d’arc 5 par un espace vide, et l’ailette à la base de l’empilement est séparée du second guide d’arc 6 par un espace vide. Le pont mobile 3 est mobile entre une première position et une seconde position. Dans la première position illustrée sur la , le pont mobile 3 est en contact mécaniquement et électriquement avec les deux contacts électriques fixes 2 et à distance des deux premiers guides d’arc 5, et une seconde position en contact avec les premiers guides d’arc 5 et à distance des contacts électriques fixes 2. Dans cette première position, les deux contacts électriques fixes 2 sont électriquement raccordés via le pont mobile 3, permettant ainsi au courant électrique de circuler d’un contact électrique fixe 2 à l’autre via le pont mobile 3 comme illustré par les flèches 9 en traits mixtes. Dans la seconde position illustrée sur la , le pont mobile 3 est mécaniquement séparé des deux contacts électriques fixes 2 et en contact mécaniquement et électriquement avec les deux premiers guides d’arc 5. Dans cette seconde position, les deux contacts électriques fixes 3 sont découplés électriquement l’un de l’autre, et aucun courant ne peut donc normalement circuler d’un contact électrique fixe 2 à l’autre. Cependant, lors de la séparation du pont mobile 3 avec les deux contacts électriques fixes 2, un arc électrique 10 peut se former par ionisation de l’air à chacun des deux endroits de séparation comme cela est illustré sur la . Un courant électrique circule alors toujours d’un contact électrique fixe 2 à l’autre via le pont mobile 3 comme illustré par les flèches 9 en traits mixtes. Comme illustré sur les figures 4 et 5, les arcs électrique 10 vont ensuite se déplacer vers l’extérieur via les premiers guides d’arc 5 et les seconds guides d’arc 6 grâce à la force de Laplace qui se crée entre le courant électrique 9 et le champ magnétique 11. Les arcs électriques 10, sous l’effet du champ magnétique 11 créé par des aimants permanents, se courbent et viennent lécher les premiers et seconds guides d’arc 5 et 6. Comme illustré sur la , les arcs électriques 10 se déplacent ainsi jusque dans les modules de coupure à ailettes 7. Une fois les arcs électriques 10 entrés dans les ailettes 8 du module de coupure à ailettes 7, l’arc va se diviser en de multiples arcs qui vont abaisser le courant à zéro et provoquer la coupure du réseau. Cependant, lorsque le courant est trop fort, il est possible que les ailettes 8 du module de coupure à ailettes 7 ne soient plus suffisantes et que l’arc électrique les traverse et ressorte de l’autre côté. L’arc se reforme alors complètement et ne s’éteindra pas comme cela est illustré sur la . Un arc électrique 10 étant un plasma qui peut atteindre plusieurs milliers de degrés Celsius, s’il est maintenu trop longtemps, il peut endommager le reste du contacteur électrique et potentiellement se propager. Il y a donc besoin d’un système de protection supplémentaire permettant de contenir et/ou limiter la propagation des arcs électriques. Il existe des solutions sur les réseaux continus à haute tension (HVDC) dans le domaine de l’automobile notamment. Ces solutions consistent à introduire un fusible ou des dispositifs de fusible pyrotechnique (« pyrofuse » en anglais) capable d’interrompre de très forts courants en série avec les contacteurs. Mais ces solutions mais ne sont pas des contacteurs. L’inconvénient de ses solutions est qu’elles sont encombrantes, lourdes et peu aisées à intégrer en entrée d’un contacteur électrique. Ces solutions sont notamment décrites dans les documents CN 210837635, FR 3098005, US 11052784, DE 102020006947, et EP 3698419. L'invention vise à fournir une solution technique offrant un contacteur électrique capable de contenir des arcs électriques pour éviter leur propagation à l’extérieur et ainsi les supprimer. Dans un premier objet de l’invention, il est proposé un contacteur électrique à dispositif de coupure électrique intégré, ledit contacteur électrique comprenant au moins un dispositif de coupure d’arc comportant un premier guide d’arc, un second guide d’arc, et un module de coupure à ailettes s’étendant entre le premier guide d’arc et le second guide d’arc. Selon une caractéristique générale de l’invention, le dispositif de coupure d’arc comporte en outre un fusible et une enceinte électriquement isolante, le fusible étant disposé entre le premier guide d’arc et le second guide d’arc et séparé d’au moins un des guides d’arc parmi le premier guide d’arc et le second guide d’arc par un espace physique, et le module de coupure à ailettes et le fusible étant disposés à l’intérieur de l’enceinte électriquement isolante. L’ajout d’un fusible dans le contacteur électrique, ce fusible étant physiquement séparé, autrement dit distant, d’au moins un des deux guides d’arc permet d’avoir un dispositif de coupure d’arc doté d’un fusible qui n’est passant que lorsque l’arc électrique sort des ailettes du module de coupure à ailettes, par exemple suite à un court-circuit, de sorte que le calibre du fusible et donc sa taille ne sont pas nécessairement élevés. Le module de coupure à ailettes permet donc de couper les arcs électriques générés avec un courant nominal, et le fusible permet de couper les arcs électriques générés avec un courant supérieur au courant nominal, l’arc sortant alors des ailettes du module de coupure à ailettes et se formant entre les guides d’arc et le fusible. L’enceinte isolante permet quant à elle d’isoler la cartouche du fusible et de bloquer l’arc pour que celui-ci s’accroche sur l’extrémité du fusible. De préférence, le contacteur électrique à dispositif électrique de coupure intégré comprend au moins deux contacts électriques fixes électriquement distincts, un pont mobile, et un dispositif de coupure d’arc pour chaque contact fixe, chaque dispositif de coupure d’arc comportant un premier guide d’arc, un second guide d’arc électriquement raccordé au contact fixe associé, et un module de coupure à ailettes s’étendant entre le premier guide d’arc et le second guide d’arc, à distance du pont mobile et du contact fixe associé, les premiers guides d’arc des différents dispositifs de coupure d’arc étant électriquement couplés ensemble, et le pont mobile étant mobile entre une première position en contact avec lesdits contacts fixes et à distance des premiers guides d’arc, et une seconde position en contact avec les premiers guides d’arc et à distance desdits contacts fixes. Dans un premier mode de réalisation du contacteur électrique, chaque dispositif de coupure d’arc peut comprendre en outre une paroi interne électriquement isolante disposée entre le fusible et le module de coupure à ailettes. La paroi interne isolante permet ainsi de protéger le fusible et d’éviter qu’un arc ne se forme entre une ailette du module de coupure à ailettes et le fusible. Dans un autre mode de réalisation du contacteur électrique, chaque dispositif de coupure d’arc peut comprendre une première branche électrique comportant une première extrémité raccordée électriquement à une première des deux bornes du fusible et une seconde extrémité raccordée électriquement au second guide d’arc, et une seconde branche électrique comportant une première extrémité raccordée à une seconde des deux bornes du fusible et une seconde extrémité disposée en regard du premier guide d’arc tout en restant à distance dudit module à ailettes et du premier guide d’arc, la seconde extrémité de la seconde branche électrique étant séparée du premier guide d’arc par ledit espace physique. Dans une mise en œuvre pratique du contacteur électrique, pour chaque dispositif de coupure d’arc, le module de coupure à ailettes peut comprendre des premières ailettes situées à proximité du second guide d’arc plus grandes que des secondes ailettes situées à proximité du premier guide d’arc. Les ailettes rallongées en partie basse du module de coupure à ailettes permettent d’avoir une résistance de l’arc électrique obtenue plus importante que celle de la branche fusible, favorisant ainsi le passage du courant dans le fusible. Avantageusement, pour chaque dispositif de coupure d’arc, au moins une partie du premier guide d’arc et au moins une partie du second guide d’arc peuvent être disposées à l’intérieure de l’enceinte isolante. L'invention sera mieux comprise à la lecture faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : La , déjà décrite, représente schématiquement une vue en coupe d’un contacteur électrique 1 selon l’état de la technique dans une première position. La , déjà décrite, représente schématiquement une vue en coupe du contacteur électrique 1 selon l’état de la technique dans une seconde position. La , déjà décrite, représente schématiquement une vue en coupe du contacteur électrique 1 de l’état de la technique de la avec l’apparition d’arcs électriques. La , déjà décrite, représente schématiquement une vue en coupe du contacteur électrique 1 de l’état de la technique de la avec le déplacement des arcs électriques vers l’extérieur. La , déjà décrite, représente schématiquement une vue en coupe du contacteur électrique 1 de l’état de la technique de la avec les arcs électriques plus à l’extérieur. La , déjà décrite, représente schématiquement une vue en coupe du contacteur électrique 1 de l’état de la technique de la avec les arcs électriques déplacés dans le module de coupure à ailettes. La , déjà décrite, représente schématiquement une vue en coupe du contacteur électrique 1 de l’état de la technique de la avec la reformation des arcs électriques à l’extérieur du dispositif de coupure à ailettes. La présente schématiquement une vue en coupe d’un contacteur électrique 10 selon un premier mode de réalisation de l’invention dans une première position. La présente schématiquement une vue en coupe du contacteur électrique 10 de la dans une seconde position. La présente schématiquement le sens du courant dans le contacteur de la lorsqu’un arc électrique se forme hors du module de coupure à ailettes 23. La présente schématiquement une vue en coupe d’un contacteur électrique 10’ selon un second mode de réalisation de l’invention. Sur la est présentée schématiquement une vue en coupe d’un contacteur électrique 10 à dispositif électrique de coupure intégré selon premier un mode de réalisation de l’invention. Dans le mode de réalisation illustré sur la , le contacteur électrique 10 comprend deux contacts électriques fixes 12 électriquement distincts, un pont mobile 13, et, pour chaque contact fixe 12, un dispositif de coupure d’arc 20, autrement dit deux dispositifs de coupure d’arc 20. Chaque dispositif de coupure d’arc 20 comporte un premier guide d’arc 21, un second guide d’arc 22 électriquement raccordé au contact fixe 12 associé, et un module de coupure à ailettes 23 comportant une pluralité d’ailettes 24 et s’étendant entre le premier guide d’arc 21 et le second guide d’arc 22. Le module de coupure à ailettes 23 est disposé à distance du pont mobile 13 et du contact fixe 12 adjacent. Les premiers guides d’arc 21 des deux dispositifs de coupure d’arc 20 sont électriquement couplés ensemble. Les ailettes 8 d’un module de coupure à ailettes 23 sont superposées successivement les unes au-dessus des autres entre le seconde guide d’arc 22 et le premier guide d’arc 21. Chaque ailette 24 est séparée d’une autre ailette 24 par un intervalle vide 240, et n’est donc pas en contact électrique avec une autre ailette 24. L’ailette 24 au sommet de la superposition est séparée du premier guide d’arc 21 par un intervalle vide 241 de sommet, et l’ailette à la base de la superposition est séparée du second guide d’arc 21 par un autre intervalle vide 242 de base. Comme cela est illustré sur les figures 8 et 9, le pont mobile 13 est mobile entre une première position illustrée sur la , dans laquelle le pont mobile 13 est en contact avec les contacts fixes 12 et à distance des premiers guides d’arc 21, et une seconde position, illustrée sur la , dans laquelle le pont mobile 13 est en contact avec les premiers guides d’arc 13 et à distance des contacts fixes 12. Dans la première position, le courant circule d’un contact fixe 12 à l’autre contact fixe 12 via le pont mobile 13. Dans la seconde position, aucun courant n’est censé circuler d’un contact fixe à l’autre, sauf si un arc électrique se forme entre le pont mobile et un contact fixe 12. Chaque dispositif de coupure d’arc 20 comprend en outre un fusible 25 disposé entre le premier guide d’arc 21 et le second guide d’arc 22, une première branche électrique 26 couplée à une première borne du fusible 25 et une seconde branche électrique 27 couplée à une seconde borne du fusible 25. La première banche électrique 26 comporte une première extrémité 261 électriquement raccordée à la première borne du fusible 25 et une seconde extrémité 262 électriquement raccordée au second guide d’arc 22. La seconde branche électrique 27 comporte une première extrémité 271 électriquement raccordée à la seconde borne du fusible 25 et une seconde extrémité 272 disposée en regard du premier guide d’arc 21 mais à distance du premier guide d’arc 21. La seconde extrémité 272 de la seconde branche électrique 27 est ainsi séparée physiquement du premier guide d’arc 21 par un espace physique 30, et n’est en contact électrique direct avec aucun autre élément électrique. Chaque dispositif de coupure d’arc 20 comprend aussi une paroi interne 28 électriquement isolante et disposée entre le fusible 25 et au moins une partie du module de coupure à ailettes 23. La paroi interne 28 s’étend ainsi sur une longueur supérieure à celle du fusible 25 mais inférieure à celle du module de coupure à ailettes 23. Chaque dispositif de coupure d’arc 20 comprend également une enceinte 29 électriquement isolante à l’intérieur de laquelle sont disposés le module de coupure à ailettes 23, le fusible 25, la première branche électrique 26, la seconde branche électrique 27, et la paroi interne 28. L’enceinte 29 comprend dans cet exemple trois parois externes 290, 292 et 294. Une première paroi 290 est disposée en regard d’une portion du premier guide d’arc 21, une deuxième paroi 292 est disposée en regard du fusible 25, et une troisième paroi 294 est disposée en regard du second guide d’arc 22. La deuxième paroi 292 est solidaire de la première paroi 290 et de la troisième paroi 294. L’espace physique 30 prévu entre la seconde extrémité 272 de la seconde branche électrique 27 et le premier guide d’arc 21 offre ainsi un chemin prioritaire de génération d’arc électrique, lorsque l’arc électrique sort du dispositif de coupure à ailettes 23, par exemple lors d’un court-circuit avec un courant non nominal. L’arc électrique est confiné à l’intérieur de l’enceinte 29 électriquement isolante et le chemin le plus court et le plus favorable pour se former par ionisation dans l’air est celui au travers de l’espace physique 30 séparant la seconde extrémité 272 de la seconde branche électrique 27 du premier guide d’arc 21. Comme cela est illustré sur la , une fois qu’un arc électrique A est formé entre la seconde extrémité 272 de la seconde branche électrique 27 et le premier guide d’arc 21 de chacun des dispositifs de coupure d’arc 20, un courant C circule d’un des contacts 12 vers l’autre contact 12 en passant, dans un premier dispositif de coupure d’arc 20 par le second guide d’arc 22, la première branche électrique 26, le fusible 25, la seconde branche électrique 27, l’espace physique 30, le premier guide d’arc 21, puis dans le second dispositif de coupure d’arc 20 par le premier guide d’arc 21, l’espace physique 30, la deuxième branche électrique 27, le fusible 25, la première branche électrique 26, et le second guide d’arc 22. Cela jusqu’à ce qu’un des fusibles 25 fonde et coupe ainsi le circuit électrique. Sur la est illustrée schématiquement une vue en coupe d’un contacteur électrique 10’ selon un second mode de réalisation de l’invention. Le second mode de réalisation illustré sur la diffère du premier mode de réalisation illustré sur les figures 8 et 9 en ce que le module de coupure à ailettes 23 des dispositifs de coupure d’arc 20 comprennent des ailettes de base 24’ situées en portion basse, c’est-à-dire plus proche du second guide d’arc 22 que du premier guide d’arc 21, qui sont plus longues que les autres ailettes 24. Les ailettes de base 24’ qui sont ainsi rallongées en partie basse du module de coupure à ailettes 23 permettent d’avoir une résistance de l’arc électrique obtenue plus importante que celle du circuit formé par le fusible 25 et les première et seconde branches électriques 26 et 27, favorisant ainsi le passage du courant dans le fusible 25 plutôt qu’entre les ailettes 24 ou 24’. Contacteur électrique (10, 10’) à dispositif de coupure électrique intégré, ledit contacteur électrique (10, 10’) comprenant au moins un dispositif de coupure d’arc (20) comportant un premier guide d’arc (21), un second guide d’arc (22), et un module de coupure à ailettes (23) s’étendant entre le premier guide d’arc (21) et le second guide d’arc (22), caractérisé en ce que le dispositif de coupure d’arc (20) comporte en outre un fusible (25) et une enceinte électriquement isolante (29), le fusible (25) étant disposé entre le premier guide d’arc (21) et le second guide d’arc (22) et séparé d’au moins un des guides d’arc (21, 22) parmi le premier guide d’arc (21) et le second guide d’arc (22) par un espace physique (30), et le module de coupure à ailettes (23) et le fusible (25) étant disposés à l’intérieur de l’enceinte électriquement isolante (29). Contacteur électrique (10, 10’) selon la revendication 1, comprenant au moins deux contacts électriques fixes (12) électriquement distincts et raccordés chacun à un second guide d’arc (22) distinct, un pont mobile (13), et un dispositif de coupure d’arc (20) pour chaque contact fixe (12), le module de coupure à ailettes (23) de chaque dispositif de coupure d’arc (20) étant disposé à distance du pont mobile (13) et du contact fixe (12) associé, les premiers guides d’arc (21) des différents dispositifs de coupure d’arc (20) étant électriquement couplés ensemble, et le pont mobile (13) étant mobile entre une première position en contact avec lesdits contacts fixes (12) et à distance des premiers guides d’arc (21), et une seconde position en contact avec les premiers guides d’arc (21) et à distance desdits contacts fixes (12). Contacteur électrique (10, 10’) selon la revendication 2, dans lequel chaque dispositif de coupure d’arc (20) comprend en outre une paroi interne (28) électriquement isolante disposée entre le fusible (25) et le module de coupure à ailettes (23). Contacteur électrique (10, 10’) selon l’une des revendications 2 ou 3, dans lequel chaque dispositif de coupure d’arc (20) comprend une première branche électrique (26) comportant une première extrémité (261) raccordée électriquement à une première des deux bornes du fusible (25) et une seconde extrémité (262) raccordée électriquement au second guide d’arc (22), et une seconde branche électrique (27) comportant une première extrémité (271) raccordée à une seconde des deux bornes du fusible (25) et une seconde extrémité (272) disposée en regard du premier guide d’arc (21) tout en restant à distance dudit module à ailettes (23) et du premier guide d’arc (21), la seconde extrémité (272) de la seconde branche électrique (27) étant séparée du premier guide d’arc (21) par ledit espace physique (30). Contacteur électrique (10’) selon l’une des revendications 3 à 4, dans lequel, pour chaque dispositif de coupure d’arc (20), le module de coupure à ailettes (5) comprend des premières ailettes (24’) situées à proximité du second guide d’arc (6) plus grandes que des secondes ailettes (24) situées à proximité du premier guide d’arc (3). Contacteur électrique (10, 10’) selon l’une des revendications 2 à 5, dans lequel, pour chaque dispositif de coupure d’arc (20), au moins une partie du premier guide d’arc (21) et au moins une partie du second guide d’arc (22) sont disposées à l’intérieure de l’enceinte isolante (29).