SELF-BLAST SWITCH WITH PERMANENT MAGNET

Abstract: 1. Self-blast switch with rotating arc comprising : - a tight enclosure (10) filled with a gas of high dielectric strength, - a divisional chamber (30) inside said enclosure, - a pair of contacts located in said divisional chamber (30) and having ring-shaped contact electrodes (12, 14) constituting rotation tracks of said arc, - a housing, located inside one of the contacts, in which is disposed a ring-shaped permanent magnet (10) the front side of which is covered by the associated one (12) of the ring-shaped electrodes so that the magnet (10) generates a magnetic blast rotation of the arc fastened on the said associated ring-shaped electrode (12), - a gas exhaust conduct (44) of said divisional chamber (30) extending through the central opening (18) of the ring-shaped magnet (10) and of the associated ring-shaped electrode (12), characterized by the fact that said magnet (10) is polarized axially in order to produce in the area adjacent to the associated ring-shaped electrode (12) on the one hand a radial magnetic field directed in the central part in one direction (56) and in the external part in the opposite direction (54), and on the other hand an axial magnetic field at the return (52) which separate the central and external parts, and that the ring-shaped electrode (14) opposite to said associated electrode (12) is so arranged that the arc extends between said ring-shaped electrodes (12, 14) in said central part (56) of the magnetic field, said switch comprising means (46, 58) in order to transmit to said external front face said return points (52, 64) and to avoid any movement of the arc towards said return points (52, 64).

Description: INTERRUPTEUR A AUTOEXPANSION ET A AIMANT PERMANENT L'invention est relative ci un interrupteur à arc tournant et a autoexpansion comprenant - une enveloppe étanche remplie d'un gaz à rigidité diélectrique élevée, - une chmabre divisionnaire à l'intérieur de ladite enveloppe, - une paire de contacts logés dans ladite chambre division air et ayant des électrodes annulaires de contact formant des pistes de rotation dudit arc, - ur logement, ménage à l'intérieur de l'un des contacts, dans lequel est logé un aimant permanent annulaire dont la face frontale est coiffée par l'une associée desdites électrodes annulaires, de façon que l'aimant engendre un soufflage magnétique en rotation de l'arc ancré sur ladite électrode annulaire associée, - un conduit d'échappement du gaz de ladite chambre divisionnaire s'tenant à travers l'orifice central de liai- mant annulaire et de l'électrode annulaire associée. La demande de brevet français N 90 07904, déposée le 4 avril 1980 par la demanderesse, concerne un interrupteur du genre mentionné comportant soit un aimant permanent pré- sentant sur la face frontale un orifice borgne, soit un airant permanent annulaire polarisé radialement. Lut aimant permanent à évidement borgne ne permet pas un double soufflage dc l'arc ce qui limite les performances de cet interrupteur à une coupure des eourants inférieurs a environ 10000 Ampères. L'aimant annulaire permet un échappement ries çaz à travers le conduit central et un double soufflage i l' arc, mais les performances de cet interrupteur se sont avérées relativement limitées à une valeur voisine de celle de l'aimant permanent à orifice hrrrrgne. a présente inven- ton part de ld constatation que 1 aimant permanent annu laire n'assure pas toujours un soufflage en rotation efficace de la racine de l'arc, cette dernirre ayant tendance d stagner sur 5 les contact s tin Une étude plus approfondie a montré une fermeture partielle des lignes de force du champ manne- tique sur la face frontale de l'aimant permanent ce qui crée des zones de champ axial vers lesquelles l'arc a tendance à se déplacer. Dans ces zones d champ axial l'arc n'est soumis à aucune force de rotation et l'interrupteur se comporte comme un simple interrupteur à autoexpansion. La présente invention a pour but de remédier a ces incon vénients et de permettre la réalisation d'un interrupteur a aimant permanent de soufflage en rotation de l'arc présentant dcs performances comparables à celles des interrupteurs à bobine de soufflage de l'arc. L'interrupteur selon l'invention est caractérisé par le fait que ledit aimant est polarisé axialement pour engendrer dans la zone, adjacente à l'électrode annulaire asso ciée, d'une part un champ magnétique radial orienté dans la partie centrale dans un sens et dans la partie externe dans le sens opposé, et d'autre part un champ magnétique axial aux points de rebroussement séparant lesdites parties centrale et externe, et que l'électrode annulaire opposée à ladite électrode associée est agencée pour que l'arc s'étende entre lesdites électrodes annulaires dans ladite partie centrale du champ magnétique, ledit interrupteur comportant des moyens pour reporter vers l'extérieur de ladite face frontale lesdits points de rebroussement et éviter tout déplacement de l'arc vers lesdits points de rebroussement Le champ magnétique engendré par un aimant permanent annulaire polarisé axialement est représenté en coupe axiale à la figure 1 et on voit que les lignes de force se ferment symétriquement à l'intérieur et à l'extérieur e l'aimant permanent. Dans l'exemple, représenté sur la figure I, les lignes de force sont centripètes dans la partie centrale de l'aimant permanent et centrifuges vers l'extérieur et une zone a lignes de force dxlales sépare les lignes de force centrifuges et centripètes. Le point de rehrousse- ment correspondant aux lignes de force ax e s o t dis=; sensiblement au milieu de la face polaire de l'aimant ,ner- manent et on comprend que l'arc ait tendance à se déplacer vers cette zone à soufflage magnétique on rotation nul Selon la présente invention, le point de rebroussement est déplacé vers l'extérieur de la face polaire en une zone inaccessible à l'arc. Dans un premier mode de mise en oeuvre de l'invention, le déplacement du point de rebroussement vers l'extérieur de l'aimant permanent est réalisé par une culasse en forme de virole tubulaire s'tendant dans l'orifice de l'aimant annulaire. La culasse tubulaire déforme le spectre magnétique en déplaçant le point de rebroussement vers l'extérieur de l'aiment permanent. Il ressortira de la description qui va suivre que la présence de la culasse magnétique crée une deuxième zone de champ magnétique à composante axiale importante au droit de la face terminale de la culasse, mais dans cette zone le soufflage pneumatique est maximal et l'extinction de l'arc s'effectue rapidement. Selon un deuxième mode de mise en oeuvre de l'invention, le diamètre externe de l'aimant permanent est notablement agrandi, de manière à éloigner le point de rebroussement de l'orifice interne de l'aimant. Le contact opposé à l'aimant permanent est avantageusement de forme tubulaire pour constituer un deuxième conduit d'échappement du gaz et un double soufflage de l'arc, le diamètre de la pièce tubulaire correspondant sensiblement: au diamètre GO l'orifice interne de l'aimant permanent annulaire. Il est clair que le contact opposé peut également comporter un aimant permanent annulaire de soufflage, l'en- semble étant dans ce cas entièrement symétrique. L'amenée du courant à l'électrode annulaire coiffant l'aimant permanent annulaire s'effectue par l'extérieur de l'aimant en vue Cgt éviter d'une part toute désaimantation de l'aimant permanent de la manière décrite dans le brevet français précité, et en vue d'autre part d'engendrer un effet te centrage de l'arc par effet de boucle. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de différents modes de mise en oeuvre de 11 invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés au dessin annexé, dans lequel la figure I est une vue schématique en coupe axiale, montrant le spectre d'un champ magnétique engendre par (!n aimant permanent annulaire, dans un interrupteur ne donnant pas satisfaction; la figure 2 est une vue schématique en coupe axiale, illustrant un interrupteur selon l'invention, en positions fermé et ouvert, respectivement sur les demi-vues de gaucho et de droite. la figure 3 est une vue simplifiée d'une variante de réalisation, selon l'invention, montrant les électrodes et l'ai- mant annulaire. Sur la figure 1, un aimant permanent lO de forme annulaire est polarisé axialement, la face polaire, par exemple de polarité nord, étant recouverte d'une électrode annulaire de contact 12. En regard de l'électrode annulaire 12 est disposée une électrode annulaire 14 constituée par la face frontale d'une pièce tubulaire de contact 16. Le diamètre de la pièce tubulaire 16 est sensiblement équivalent au diamètre de l'orifice interne 18 de l'aimant permanent 10 disposé coaxialement avec la pièce tubulaire 16. Les lignes de force sont schématiquement représentées sur la figure 1 et comportent des lignes radiales centripètes 20 et des lignes radiales centrifuges 22 dans la zone intermédiaire entre les électrodes 12, 14. Les lignes radiales centripètes 20 et centrifuges 22 sont séparées s#motrique- ment par une zone de lignes axiales 24 correspondant à un point de rebroussement 26 de la face polaire de I airant permanent 10. L'ensemble est symétrique et le potnt de rebroussement 26 ou plus exactement les points de rebrousi- ment 26 sont disposes sur un cercle a écale stance des cercles internes et externes de l'aimant annulaire 10. Un arc s'étendant entre les électrodes 13 et 14 à tendance à se déplacer vers le point de rebroussement 26 et cet arc représenté en 28sur surla figure 1 stagne en cette position, le champ magnétique n'exerçant aucune force de rotation. I1 est clair qu'un interrupteur incorporant un tel dispositif présente des performances et de ce fait un intérêt fort limités. La figure 2 représente un interrupteur perfectionné utilisant les éléments de base représentés sur la figure 1, que l'on reconnaît, en particulier l'aimant permanent annulaire 10, l'électrode 12 coiffant la face frontale de l'aimant annulaire 10, la pièce tubulaire 16 avec sa face frontale 14 opposée à la face annulaire 12. La pièce tubulaire 16 est montée à coulissement pour venir soit au contact de l'électrode annulaire 12 en position fermée de l'interrupteur, soit en une position d'écartement, représentée sur la partie droite de la figure 2, en position d'ouverture. L'ensemble aimant permanent 10, électrodes annulaires 12, 14, est logé à l'intérieur d'une chambre 30) constituée par exemple par une enveloppe cylindrique 32, elle-même logée dans une enceinte 34, remplie d'un gaz à rigidité #iélec- trique élevée, notamment d'hexafluorure de soufre. La pièce tubulaire mobile 16 traverse le fond de la chambre 30 et communique par un orifice latéral 36 avec l'enceinte 34, de manière à créer un conduit d'échappement des gaz de la chambre 30 vers l'enceinte 34. L'életrode annulaire 12, associée à l'aimant permanent 10, est reliée électriquement à un conducteur cylindrique 38 entourant extérieurement l'aimant permanent annulaire 10 et raccordé à un tube de support et d'amenée de courant 40 traversant le fond de la chambre 30 et communiquant par un orifice 42 avec l'enceinte 34. Il est facile de voir que le support tubulaire 40 définit un deuxième conduit 44 d'échappement des gaz de la chambre 30 vers l'enceinte 34, à travers l'aimant 10 et L'électrode annulaire I. L'ensemble support 40, aimant permanent 10 ot électrode annulaire asso cive 12, est monté fixe7 l'arc étant tiré entre les électrodes 12. 1 lors d'un coulissement vers le bas de la pièce tubulaire !h. L'arc s'étend dans la chambre 30 et d'une manière connue on soi. provoque par échauffement une augmentation de la pression dans cette chambre 30 et un écha pp ornent des gaz a travers les conduits d'échappement 36, 44 dans le contact mobile 16 et dan l'ensemble constituant le contact fixe, en l'occurrence l'électrode annulaire 12 et le support 40. L'aimant permanent est polarisé axialement en faisant par exemple appa raltre une face polaire nord en regard de i' électrode. annulaire opposée 14 portée par la pièce tubulaire 1. Une culasse magnétique 46 comporte une virole cylindrique 4S s'étendant dans l'orifice 18 de l'aimant permanent 10 en étant accolée au pourtour interne de cet aimant 10 et en affleurant la face frontale de l'aimant 10. La culasse 46 comporte en outre un disque annulaire 50 se raccordant à la virole interne 48 et accolé à la face postérieure polaire de l'aimant permanent 10. La culasse 46 modifie le spectre magnétique de l'aimant permanent 10, représenté sur la partie droite de la figure 2, on créant une dissymétrie et un décalage vers l'extérieur de l'aimant permanent 10 du point de rebroussement 52. Les lignes de force centrifuges 54 contournent l'aimant permanent par l'extérieur tandis que les lignes de force centripètes 56 se concentrent vers l'extrémité de la virole 48. L'interrupteur selon la figure 2 fonctionne de la manière suivante En position fermée de l'interrupteur, représente sur la partie gauche de la figure 2, le courentpassant par le contact mobile 16, les électrodes aboutées 14, 12, le conducteur cylindrique 38 et le support 40, n'exerce aucune force de désaimantation sur l'aimant permanent 10. Il convient de préciser que la culasse 46 est avantageusement isolée des pièces conductrices du courant ou est agencée pour offrir une résistance notable au passage du courant. En position d'ouverture, représentée sur la partie droite de la figure 2, l'arc s'étendant entre les électrodes 3, 14 peut être considéré comme un ;ìuesqe conducteur tn er cal entre les électrodes 12, 14. Ce nuage conducteur com- porte trois Parties essentielles, en l'occurrence une rttr- tie centrale soumise à l'action du champ magnétique centripète radial 56, une partie externe tendant à se déplacer vers le point de rebroussement 52 et une partie interne anw crée sur le bord interne de l'électrode annulaire 12. Cette dernière partie s'étend dans une zone de champ axial, mais elle est soumise à un soufflage pneumatique intense dû à l'échappement des gaz à travers le conduit d'échappement 44 favorisant une extinction rapide. La partie centrale est soumise à un soufflage magnétique du à la composante radiale importante 56 du champ engendré par l'aimant permanent 10. La partie externe est soumise à une force de centrage stop- posant au déplacement vers le point de rebroussement 52, d'une part due à l'effet de soufflage par les gaz s'échap pant par les conduits d'échappement, et d'autre part par les forces électrodynamiques ou effets de boucle résultant de l'amenée de courant par le pourtour externe de l'électrode annulaire 12. L'interrupteur est capable de couper de larges gammes de courant et son pouvoir de coupure est élevé. La figure 2 représente le mode de mise en oeuvre préférentiel selon l'invention, et il est à noter que le dispositif de soufflage par aimant permanent annulaire à aimantation axiale peut être utilisé en combinaison avec un contact opposé plein en faisant appel d un soufflage unique. D'une manière analogue, il est possible de prévoir deux aimants permanents annulaires agencés symétriquement et chacun étant associé à l'un des contacts tubulaires. La culasse 46 ne comporte pas obligatoirement un disque postérieur 50, seule la concentration des lignes de force dans la zone frontale étant importante. Le dispositif de soufflage selon l'invention peut être utilisé en combinaison avec d'autres contacts susceptibles de transférer l'arc sur les élec troues annulaires 12, 14. Quoique le dispositif à autoex- pansion soit le plus avantageux, il est possible d'utiliser le soufflage par aimant permanent annulaire avec tout autre système de soufflage, notamment du type à autosoufflaçe par pistonnaye ie gaz. La forme et la dispositIon le la clivasse 46 peut être différente et le déplacement du point de rebroussement 52 vers une zone éloignée de il électrode annu = laire opposée 14 peut être réalisé d'une manière différente par exemple illustrée par la figure 3. Sur la figure 3 ne sont représentés que les éléments de l'interrupteur disposés Åa l'intérieur de la chambre 30, et on reconnut la pièce mobile 16 avec la surface annulaire frontale 14 disposée en face de la partie fixe à support 40. L'aimant permanent annulaire a polarisation axiale, représenté par le repère 58, est un aimant analogue à celui portant le repère 10 sur la figure 2, mais à diamètre externe notablement accru. Une électrode laire associée o0 coiffe la face polaire de l'aimant 58 en étant reliée électriquement au support 40 par des pièces conductrices 62 entourant l'aimant permanent 58 extérieurement. De la manière indiquée ci-dessus les gaz comprimés par échauffement dans la chambre 30 peuvent s'échapper par le conduit d'échappement 44 traversant le trou central de l'aimant annulaire 58 et par le conduit constitué par la pièce tubulaire 16. L'aimant permanent 5R ne comporte pas de culasse et le champ magnétique est entièrement symétrique, notamment le point de rebroussement 64. L'augmentation du diamètre externe de l'aimant annulaire 58 permet d'écarter le point de rebroussement 64 de l'électrode annulaire 14, de façon à éviter de la manière décrite ci-dessus tout déplacement de l'arc vers ce point de rebroussement 64. Il est inutile de décrire le fonctionnement de cette variante de réalisation lequel est exactement identique à celui décrit en relation avec l'interrupteur représenté à la figure 2. Il est clair que l'augmentation du diamètre externe de l'aimant permanent 58 peut être combinée Åa l'action d'une culasse de canalisation du flux magnétique ou de tout autre moyen de modification du spectre magne- tique de soufflage de l'arc. Le décalaqe vers l'extérieur du point de rebroussement 64 est particulièrement visible par comparaison avec le dispositif illustré r la figure 1. De Sons résultats ont pu être obtenus en augmentant le diamètre du cercle constitué par les points de rebrousse - ment 64 à une valeur sensiblement double du diamètre de l'électrode annulaire 14. La paroi de la pièce tubulaire 16 est avantageusement fai - ble dans les doux variantes décrites ci-dessus, de manière à présenter une électrode annulaire 14 de faible largeur positionnant exactement l'arc. Le diamètre de cette éLec- trode annulaire peut bien entendu être légèrement différent, notamment inférieur au diamètre de l'orifice ménagé dans 1' aimant permanent annulaire 10, 58, notamment lorsque l'effet de soufflage à travers la pièce tubulaire 16 peut être réduit. L'invention n'est bien entendu nullement limitée aux modes de mise en oeuvre plus particulqèrement décrits et représentés au dessin annexé, mais elle s'étend bien au contraire à toute variante restant dans le cadre des équiva lentes

Claims: Revendications 1. Interrupteur à arc tournant et à autooxpansion comprenant - une enveloppe étanche (34) remplie d'un gaz à rigidité diélectrique élevée, - une chambre divisionnaire (30) à l'intérieur do ladite enveloppe, - une paire de contacts logés dans ladite chambre (30) dlvi sionnaire et ayant des électrodes annulaires (12, 14) de contact formant des pistes de rotation dudit arc - un logement, ménagé à l'intérieur de l'un des contacts, dans lequel est logé un aimant permanent (10) annulaire dont la face frontale est coiffée par l'une associée (12) desdites électrodes annulaires (12, 14), de façon que l'aimant (10) engendre un soufflage magnétique en rotation de 1 arc ancré sur ladite électrode annulaire associée (12), - un conduit d'échappement (44) du gaz de ladite chambre divisionnaire (30) s'étendant à travers l'orifice central (18) de l'aimant annulaire (10) et de l'électrode annulaire associée (12), caractérisé par le fait que ledit aimant (10) est polarisé axialement pour engendrer dans la zone, adjacente à l'électrode annulaire associée (12), d'une part un champ magnétique radial orienté dans la partie centrale dans un sens (56) et dans la partie externe dans le sens opposé (54) et d'autre part un champ magnétique axial aux points de rebroussement (52) séparant les parties centrale et externe, et que l'électrode annulaire opposée (14) à ladite électrode associée (12) est agencée pour que l'arc s'étende entre lesdites électrodes annulaires (12, 14) dans ladite partie centrale (56) du champ magnétique, ledit interrupteur comportant des moyens (46, 58) pour reporter vers l'extérieur de ladite face frontale lesdits points de rebroussement (52,64) et éviter tout déplacement de l'arc vers lesdits Dolents de rebroussement (52, 64). 2. Interrupteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une culasse interne (46) à l'aimant permanent (10) pour engendrer une dissymétrie du champ magnétiqlie reportant les points de rebroussement (52) vers llexté- rieur. 3. Interrupteur selon la revendication 2 caractérisé on ce que la culasse interne (46) en forme de virole tubulaire (4v8) s étend dans l'orifice central (18) de l'aimant permanent (10) en constituant ledit conduit d'échappement (44). 4. Interrupteur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la culasse interne (46) comporte en plus de la virole tubulaire (48), un disque (50) coiffant la face polaire postérieure de l'aimant (10) 5. Interrupteur selon l'une quelconque des revendications precedentes, caractérisé en ce que ladite électrode annulaire opposée (14) est constituée par la face termInale d'une pièce tubulaire (ló) à paroi mince de diamètre son- siblement égal à celui de l'orifice central (18) do l'aimant permanent (10). 6. Interrupteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite pièce tubulaire (16) constitue un deuxième conduit d'échappement (36) du gaz de ladite chambre divi sionnaire (30)) avantageusement de section voisine de celle dudit un conduit (44). 7. Interrupteur selon la revendication 5 otl 6, caractérisé en ce que la culasse interne (46) est isolée électriquement sur la face postérieure dudit contact (12) pour imposer un passage du courant Åa llextérieur de l'aimant permanent (10) et un centrage de l'arc par effet de boucle des lignes de courant. 8. Interrupteur selon la revendication 1,5,6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comporte un aimant permanent (55) de diamètre externe agrandi. 9. Interrupteur selon l'une quel conque des revendications prédédentes, caractérisé en ce que le diamètre du cercle constitué par lesdits points dc rebroussement (52, 643 est supérieur au double du diamètre de ladite électrode annulaire opposée (14). 10. Interrupteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un aimant permanent annulaire (10, 58) est associé à chacun desdits contacts.

Inventors: BERNARD, GEORGES, LECLERCQ, PIERRE, OLIVE, SERGE
Applicants: MERLIN GERIN
Application year: 1982
Main classification: H01H33
IPC codes: H01H33