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CA 02899152 2015-07-22
WO 2014/118130
PCT/EP2014/051535
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DISJONCTEUR POURVU DE MOYENS
REDUISANT L'ARC DE COMMUTATION
ENTRE CONTACTS PERMANENTS
DESCRIPTION
L'invention est un disjoncteur (ou un
interrupteur) pourvu de moyens réduisant un arc de
commutation apparaissant entre les contacts permanents
et ses effets.
Les disjoncteurs dont il est question ici
possèdent des premiers contacts reliés à une borne
électrique et des seconds contacts reliés à une autre
borne, les seconds contacts étant mobiles relativement
aux premiers de manière à autoriser des positions
d'ouverture ou de fermeture du disjoncteur. De plus,
les contacts présentent chacun un contact dit permanent
et un contact d'arc, agencés de façon que lors d'une
déconnexion, les contacts permanents se séparent en
premier et le courant est alors transféré vers les
contacts d'arc, qui se séparent ensuite. Un arc
électrique se forme toutefois entre les contacts d'arc
et subsiste pendant un instant, avant d'être éteint par
des moyens connus et notamment par soufflage.
Les dommages dus aux arcs électriques
(érosion et projection de matière fondue) sont donc
subis essentiellement par les contacts d'arc, alors que
les contacts permanents, par lesquels passe l'essentiel
du courant en service normal du fait de leur impédance
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beaucoup moins grande, doivent rester à peu près
intacts pour maintenir un état convenable du
disjoncteur. Mais cela n'est pas parfaitement vérifié
en réalité, puisqu'un autre arc électrique, dit de
commutation, apparaît tout de même entre les contacts
permanents à leur séparation, à cause de l'impédance
plus grande des contacts d'arc, qui empêche une
commutation complète du courant sur eux. Les dommages
causés par l'arc de communication sont présents sur les
contacts permanents, aux pieds de l'arc, et aussi sur
des surfaces voisines du disjoncteur, avec
l'inconvénient que ces surfaces sont dans l'espace
entre bornes, soumises aux champs électriques les plus
intenses, et qu'elles devraient donc rester à un bon
état de surface et de propreté, sans aspérité, cavité
ou arête qui nuise à la tenue diélectrique du
disjoncteur.
Un objet principal de l'invention est de
donc de réduire ou de supprimer les effets de l'arc de
commutation. Il est atteint par une forme générale de
l'invention, concernant un disjoncteur ou interrupteur
comprenant un premier contact permanent et un premier
contact d'arc ainsi qu'un second contact permanent et
un second contact d'arc, les seconds contacts étant
mobiles par rapport aux premiers contacts de façon que
les contacts permanents se séparent l'un de l'autre
avant les contacts d'arc pendant des mouvements
d'interruption ou de disjonction, les seconds contacts
étant linéaires en s'étendant dans une direction du
mouvement et le second contact permanent étant placé
entre le premier contact permanent et les contacts
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d'arc, des contacts glissants, immobiles par rapport
aux premiers contacts, étant en connexion électrique
avec les seconds contacts, caractérisé en ce que le
second contact permanent comporte une extrémité de nez
dirigée vers les premiers contacts et séparée d'une
portion principale du second contact permanent par une
entretoise isolant de l'électricité ladite extrémité de
nez et ladite portion principale l'une de l'autre, les
contacts glissants sont divisés en une première partie
en connexion avec la portion principale du second
contact permanent et une seconde partie en connexion
avec l'extrémité de nez du second contact permanent, le
premier contact permanent peut être mis en connexion
électrique seulement avec l'extrémité de nez du second
contact permanent, et l'extrémité de nez comporte un
redan à une portion antérieure, de sorte que ladite
seconde partie est séparée de l'extrémité de nez avant
le premier contact permanent pendant lesdits mouvements
d'interruption ou de disjonction.
L'arc de commutation se déploie dans un
lieu confiné par la partie de nez et reste éloigné du
premier contact permanent, de la portion du second
contact permanent qui sert à établir la connexion avec
lui et des volumes environnants du disjoncteur, qui
sont soumis aux champs électriques les plus intenses et
dont les surfaces doivent donc être protégées. Ses
effets sont d'autant plus réduits que l'extrémité du
nez est plus longue et notamment si elle s'étend
jusqu'à une extrémité du second contact d'arc. De même,
un capot diélectrique peut s'étendre entre le premier
contact permanent et la seconde portion des contacts
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glissants, afin de confiner encore mieux l'arc de
commutation, notamment à l'égard du premier contact
permanent.
Un meilleur fonctionnement est par ailleurs
obtenu si le disjoncteur comprend un contact de mise à
un potentiel de borne disposé entre la première partie
et la seconde partie des contacts glissants, de façon à
établir une connexion électrique avec l'extrémité de
nez après que le premier contact permanent s'est séparé
du second contact permanent pendant lesdits moments
d'interruption ou de disjonction.
L'invention sera maintenant décrite en
liaison aux figures suivantes 1, 2, 3, 4, 5, qui
illustrent une réalisation particulière et non
exclusive de celle-ci et de son fonctionnement entre un
état de fermeture et des états successifs d'ouverture
du disjoncteur.
La figure 1 représente les parties
principales d'un disjoncteur conforme à l'invention à
un état de fermeture. Un premier contact comprend un
premier contact permanent 1 et un premier contact d'arc
2, qui sont ici fixes et reliés à une première borne 3
électrique. Le disjoncteur comprend encore des seconds
contacts dont un second contact permanent 4 et un
second contact d'arc 5 reliés à une seconde borne 6
électrique. Le disjoncteur est généralement de
révolution, et les contacts sont donc circulaires,
concentriques entre eux et généralement cylindriques.
Le premier contact d'arc 2 est un contact mâle en forme
de tige au centre de l'appareillage ; le second contact
d'arc 5 est cylindrique et entoure le précédent de
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manière à pouvoir entrer en connexion électrique avec
lui ; le second contact permanent 4, lui
aussi
cylindrique, entoure le second contact d'arc 5 et le
soutient par un flasque 7 conducteur de l'électricité ;
5 et le premier contact permanent 1 entoure une extrémité
de nez 8 du second contact permanent 4 en pouvant
entrer en connexion électrique avec elle. Le premier
contact permanent 1 est une couronne de contacts
glissants sur l'extrémité de nez 8 cylindrique et
pouvant se déformer. L'appareillage comprend encore
d'autres couronnes de contacts glissants qui relient la
seconde borne 6 au second contact permanent 4, dont une
couronne arrière 9 en connexion électrique permanente
avec une portion principale 11 du second contact
permanent 4, en arrière de l'extrémité de nez 8 et qui
porte le flasque 7, et une couronne auxiliaire 10,
susceptible d'établir une connexion électrique avec
l'extrémité de nez 8.
Une entretoise diélectrique 12 sépare
électriquement l'extrémité de nez 8 de la portion
principale 11 du premier contact permanent 4 tout en
les reliant mécaniquement ; un contact de mise au
potentiel 13 de la borne 6 s'étend entre les couronnes
arrière et auxiliaire 9 et 10 et est susceptible
d'entrer en connexion électrique avec l'extrémité de
nez 8 à d'autres états de l'appareillage que celui qui
est représenté ; et l'extrémité de nez 8 comporte un
redan 14, c'est-à-dire un rétrécissement de sa section,
à une partie antérieure : le premier contact permanent
4 établit la connexion électrique en glissant dans le
redan 14, mais la couronne auxiliaire 10 et le contact
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de mise au potentiel 13 établissent la connexion
électrique à une portion postérieure de l'extrémité de
nez 8 adjacente à l'entretoise 12 et hors du redan 14.
Les seconds contacts 4 et 5 sont mobiles et
peuvent être déplacés vers la gauche de la figure 1
pour établir un état de déconnexion électrique du
disjoncteur, à partir de l'état de connexion, qui est
représenté sur cette figure, en tirant sur une tige de
man uvre 15 dans l'axe du disjoncteur. Une bague 16,
qui n'est que schématisée, sert à soutenir les
couronnes 9, 10 de contacts glissants et le contact de
mise au potentiel 13 et à les mettre au même potentiel
puisqu'elle est conductrice de l'électricité. Elle
comprend encore un capot diélectrique 17 saillant
radialement vers l'intérieur et qui s'étend dans le
redan 14 entre le premier contact permanent 1 et la
couronne auxiliaire 10.
La déconnexion du disjoncteur va maintenant
être décrite à partir de l'état de la figure 1. Elle
consiste en un déplacement progressif des contacts
mobiles 4 et 5. Les constituants du disjoncteur sont
agencés de façon que le premier changement d'état est
une déconnexion entre l'extrémité de nez 8 et la
couronne de contact auxiliaire 10, ce que l'on
représente à la figure 2. Un arc de commutation
apparaît entre la partie de nez 8 et la couronne
auxiliaire 10, dont les effets sont toutefois réduits
puisque l'arc est confiné dans le redan 14 et n'atteint
pas l'espace entre bornes du disjoncteur, à l'avant de
l'extrémité de nez 8, où ses effets seraient plus
prononcés. Le capot diélectrique 17 parachève ce
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confinement en obstruant vers l'avant du second contact
permanent 4 le volume laissé à l'arc. Comme dans les
dispositifs connus, le courant électrique est commuté
rapidement vers les contacts d'arc 2 et 5, qui restent
connectés entre eux, et l'arc de commutation finit donc
par s'éteindre.
La seconde étape est une déconnexion du
premier contact permanent 1 et de l'extrémité de nez 8,
représentée à la figure 3. L'arc de commutation s'étant
éteint, la déconnexion place l'extrémité de nez 8 à un
potentiel flottant, puisqu'elle est soutenue seulement
par l'entretoise diélectrique 12. Contrairement aux
conceptions connues, l'arc de commutation ne s'étendait
donc pas à partir du premier contact permanent, qui est
disposé dans l'espace entre bornes dégagé.
L'étape suivante est représentée à la
figure 4 et consiste en le rétablissement d'une
connexion électrique entre l'extrémité de nez 8 et la
seconde borne électrique 6 par l'intermédiaire du
contact de mise au potentiel 13, qui atteint la portion
postérieure de l'extrémité de nez 8. Le second contact
de commutation 4 est donc mis au même potentiel. Le
courant continue de circuler entre les bornes 3 et 6
par les contacts d'arc 2 et 5, jusqu'à ce que la
poursuite du mouvement de la tige 15 les déconnecte. La
position de pleine ouverture du disjoncteur est
représentée à la figure 5. Un arc électrique s'est
formé de façon connue entre les contacts d'arc 2 et 5,
puis a été soufflé. L'extrémité de nez 8 reste en
connexion avec le contact de mise au potentiel 13.
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On préconise que la distance de glissement
de la couronne auxiliaire 10 sur l'extrémité de nez 8
soit au minimum de 5 mm, de manière à assurer un
contact satisfaisant en position fermée du disjoncteur.
La portion postérieure de l'extrémité de nez 8 doit
avoir une longueur en conséquence.
La durée maximale souhaitée entre les
déconnexions de l'extrémité de nez 8 et de la couronne
auxiliaire 10, puis du premier contact permanent 1, est
de 2 ms, ce qui correspond à environ 20 mm de course
entre les états des figures 2 et 3 correspondant à ces
déconnexions, pour une vitesse de déplacement typique
de 10 m/s des contacts mobiles.
Une course supplémentaire de 5 mm au moins
est proposée pour réaliser la connexion avec le contact
de mise au potentiel 13, entre les états des figures 3
et 4.
L'entretoise 12 diélectrique est
dimensionnée pour résister à toutes les différences de
potentiel susceptibles d'apparaître entre le second
contact permanent 4 et l'extrémité de nez 8 entre les
instants où celui-ci quitte le premier contact
permanent 1 puis touche le contact de mise au potentiel
13.
Les opérations de fermeture du disjoncteur
s'effectuent de façon inverse et n'appellent pas de
commentaire particulier.
On a mentionné ici des premiers contacts 1
et 2 fixes, mais l'invention pourrait être employée
dans des disjoncteurs ou interrupteurs où tous les
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contacts seraient mobiles, ou encore où les seconds
contacts 4 et 5 seraient fixes.
