Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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La présente invention concerne un dispositif
d'extinction d'arc pour appareillage électrique ~ isolemen-t
gazeux.
En particulier, la présente invention est rela-
tive à un dispositif d'extinction d'arc pour interrupteurou disjoncteur électrique à autoexpansion et à isolement
gazeux comprenant:
- une enveloppe étanche remplie d'un gaz isolant
à rigidité diélectrique élevée, notamment de l'hexafluorure
de soufre,
- une chambre divisionnaire de coupure à l'inté-
rieur de ladite enveloppe,
- une paire de contacts séparables logés dans
ladite chambre de coupure, l'un au moins des contacts étant
creux,
- un conduit d'échappement du gaz de ladite cham-
bre de coupure vers une chambre de décharge, dans laquelle
s'opère l'expansion du gaz comprimé initialement dans la
chambre de coupure, sous l'action de l'arc tiré entre les
contacts séparés lors de l'ouverture du disjoncteur,
- et des bornes de raccordement, en liaison élec-
trique avec lesdits contacts.
Un tel disjoncteur de l'art antérieur est décrit
dans les brevets fran~ais 2,515,418 et 2,418,963 de la
demanderesse. 1a chambre divisionnaire de coupure renfer-
mant les contacts est formée par un carter dè forme cylin-
drique. Des essais de coupure ont montré un certain décen-
trage de l'arc tiré entre les électrodes annulaires séparées
des contacts. Ce problème de décentrage de l'arc provoque
une augmentation du temps de coupure qui limite les perfor-
mances de l'appareil.
L'objet de l'invention consiste à améliorer le
centrage de l'arc dans un disjoncteur ou interrupteur à
isolement gazeux, notamment à autoexpansion et/ou à arc
, . . ~ -
,
~239~L~2
--2--
tournant, et à augmenter les performances de coupure du
disjoncteur.
Le dispositif d'extinction d'arc selon l'inven-
tion est caractérisé en ce que la chambre divisionnaire
de coupure comporte au droit de la zone de séparation des
contacts une surface latérale gauche à enveloppe non réglée
de révolution, de manière à former un resonateur acoustique
~ réflexion centripète des ondes de pression, engendrant
une convergence des gaz vers ladite zone de séparation,
les~`contacts séparables étant agencés au voisinagè
de la zone médiane de ladite chambre de coupure.
De préférence, la surface de révolution est con-
vexe ou concave.
Selon un mode de realisation préférentiel, la
paroi de la chambre de coupure possède une forme sphérique
ou un secteur spherique tel que le résonateur acoustique
présente un ventre de vibration au centre de la sphère.
Selon un autre mode de réalisation préférentiel,
la cha~bre de coupure présente une forme d'ellipsoîde agen-
cée, telle que les contacts se trouvent sensiblement auniveau des deux foyers en position d'ouverture du disjonc-
teur. Il en résulte un meilleur centrage de l'arc, en
particulier au voisinage des électrodes.
Au moins un des contacts peut être équipé d'un
aimant permanent ou d'une bobine électromagnétique pour
-~ provoquer la rotation de l'arc à l'intérieur de la chambre
de coupure.
La paroi de la chambre de coupure est de préfé-
rence realisée en un matériau isolant, notamment à base
de résine époxyde, ou en tout autre matériau ayant un coef-
ficient de réflexion élevée.
~ elon la présente invention, il est également
prévu un dispositif d'extinction d'arc p~ur interrupteur
ou disjoncteur à arc tournant, comprenant une enveloppe
.
3~
-2a-
étanche, remplie de gaz isolant à rigidité diélectrique
élevée, une paire de contacts séparables et coaxiaux, un
aimant permanent ou une bobine électromagnétique pour engen-
drer un champ magnétique dans la zone d'extension de l'arc
tiré entre les contacts lors de la séparation de ces der-
niers et imposer une rotation rapide de l'arc, dans lequel
la zone d'extension de l'arc est entourée par une paroi
interne à surEace latérale convexe ou concave de révolution,
destinée à assurer un centrage de l'arc selon l'axe longi-
tudinal de révolution.
De préférence, ledit gaz isolant est l'hexafluo-
rure de soufre et ladite paroi interne a une forme sphérique
ou ellipso;dale.
D'autres avantages et caractéristiques ressorti-
ront plus clairement de la description qui va suivre dedifférents modes de mise en oeuvre de l'invention, donnés
à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins
annexés, dans lesquels:
- La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un
disioncteur
., .
94~3~
selon l';nvention, represente en position d'ouverture,
- les figures 2 à 7 montrent une vue schématique en coupe
oartielle de plusieurs variantes de réalisation.
La figure 1 montre un disjoncteur 10 électrique à arc tournant
et à autoexpansion, comprenant une enveloppe 12 isolante, de
forme cylindrique, obturee à ses extremités opposees par des
fonds 14, 16, ~'enveloppe 12 est etanche et remplie de ga~
isolant électronégatif à rigidite dielectrique élevée, tel
que l'hexafluorure de soufre. A l'interieur de l'enveloppe 12
se trouve une chambre divisionnaire de coupure 18 servant de
logement à un système de contacts 20, 22 separables et coaxiaux.
Le contact ~ixe 20 formé par un tube 24 conducteur porte par
le fond 14, est equ;pe à son extrémite opposée d'une electrode
26 disposee en regard d'une surface de contact annulaire 28
du contact mobile 22. Ce dernier comprend un tube 29 support
monte à coulissement axial dans l'enveloppe 12 en étant solida-
risé à une tige de commande 30 qui traverse une ouverture 32
centrale du fond 16 avec interposition d'un-joint 34~ Une tresse
36 conductrice ou tout autre conducteur souple ou glissant assure la liaison
electrique entre le tube 29 du contact mobile 22 et le fond 16
Des bornes de raccordement 36, 38 du pôle du disjoncteur 10
sont associees aux fonds 14, 16, en matériau conducteur.
Les deux tubes 24, 29, des contacts fixe 20 et mobile 22
comportent chacun un conduit axial interne d'éc!~appement 40,
42 et des orifices 44, 46 radiaux autorisant la communication
entre l'intérieur de la chambre de coupure 18 et le volume
restant de l'enveloppe 12 constituant une chambre de décharge
48. Le fond 14 est dote d'un premier trou 50 obturé par un
bouchon de fermeture 52, et un deuxième trou 54 coopérant avec
une soupape de securite formee par un disque 56 d'eclatement
en cas de surpression anormale a l'interieur de l'enveloppe 12
Les deux tubes 24, 29 alignés traversent à étanchéite la
paroi 58 de la chambre de coupure 18, et la surface de contact
annulaire 28 du tube 29 coulissant, coopère par aboutement en
~ ~,
.
~9~
position de fermeture du disjoncteur avec l'electrode 26 du
tube 24. L'electrode 26 constitue une p;ste annulaire de mi-
gration de la racine d'arc.
Entre l'électrode 26 et le tube support 24 fixe sont disposés
des moyens magnétiques, notamment un aimant permanent ou une
bobine electromagnétique 60 en forme de cylindre, destines à
engendrer un champ d'induction radial dans la zone de sépara-
tion 62 des contacts, pour assurer la rotation de l'arc. La
liaison mecanique et electrique entre llélectrode 26 et le tube
24 est assurée par une douille 64 conductrice entourant coaxia-
lement la bobine 60.
Selon l'invention, la paroi 58 de la chambre divisionnaire 18 de
coupure comporte une surface latérale interne gauche à enveloppe
non réglee de révolution autour des contacts, notamment de
forme convexe ou concave, de manière a former un resona-
teur acoust;que à reflexion centripète des ondes de pression
à l'interieur de la chambre 18. la surface de révolution est
avantageusement sphérique ou hémispherique, telle que le réso-
nateur acoustique présente un ventre de vibration au centre dela sphère. L'électrode 26 annulaire du contact fixe Z0 et la
surface de contact 28 conjuguée du contact mobile 22 sont agen-
cés au voisinage du centre de la chambre 18 sphérique~ La paroi
58 de la chambre divisionnaire 18 est realisée en un mat~riau
isolant, no-tamment à base de resine époxyde, ou en tout autre
matériau ayant un coefficient de réflexion élevé. Un déflecteur
(non représenté) en materiau métallique ou réfractaire peut
être accole contre la face interne de la chambre 18, en regard
de la zone de séparation 62 des contacts. La chambre de coupure
3Q 18 est supportée par des moyens de fixation 68 solidarisés au
fond 16, ainsi que par le tu~e 2~ fixé au fond 14 oppose.
Le fonctionnement du disjoncteur 10 à autoexpansion et à arc
tournant selon la figure 1 est le suivant :
Lors de la séparation des contacts 20, 22, au centre de la
chambre de coupure 18 sphérique, l'arc s'étend dans la zone 62
, , ,, ~
9~3~
s
de coupure et est entraîne en rotation par l'action du champ
magnetique de la bobine 60 ou`de l'aimant. La chaleur degagée par l'arc tour-
nant provoque une augmentation de pression à l'intérieur de
la chambre de coupure 18, et un ecoulement de gaz par les con-
duits internes d'échappement 40, 42 des contacts 20, 22 creux
vers la chambre de decharge 48 dans laquelle s'opère l'expan-
sion du gaz comprime initialement dans la chambre de coupure
18. La reflexion centripete des ondes de pression sur la paroi
58 interne de la chambre 18 spherique provoque une convergence
des gaz vers la zone de séparation 62 des contacts, et contribue
efficacement au centrage de l'arc.
La figure 2 montre une variante de réalisat;on d'un disjoncteur
100, dans lequel les memes repères désignent des pièces ident;-
ques à celles du dispositif de la figure 1. La forme de la paro;58 de la chambre de coupure 18 a éte modifiee, et comporte un
secteur spherique 70 central au droit de la zone de separation
62 des contacts, prolongé par deux portions 72, 7~ cylindriques
opposées.
Selon les dispositifs des figures 1 et 2, seul le contact fixe
20 est équipe d'un aimant permanent ou bobine 60 pour provoquer
la rotation de l'arc. Il est clair qu'un deuxième aimant ou
bobine (non represente) peut ~etre associe au contact mobile
a l'interieur de la chambre 18 de coupure, de manière à imposer
une migration en sens inverse des racines d'arc sur les électro-
des annulaires en regard des contacts 20, 22.
La figure 3 représente une autre variante de disjoncteur 200 a
autoexpansion. On cherche egalement à profiter de la
reflexion des ondes de pression sur la paroi 58 interne de
la chambre de coupure 18 pour focaliser ensuite ces ondes
dans la zone de séparation 62 des contacts en donnant a la
chambre 18 la forme d'une ellipso`;de, agencée telle que les
6 ~ 3L3;~
contacts 20, 22, se trouvent sensiblement au n;veau des deux
foyers F1, F2 de ~'e~lipse, en position d'ouverture du dis-
ioncteur 200. Une onde de pression emise en l'un des foyers
F1 à ~'interieur de ~'ellipsoide, est ref~ech;e par la paroi
58 et focalisee a l'autre foyer F2~ Il en resulte un excellent
centrage de ~'arc au voisinage des electrodes. Le disjoncteur
200 de la fig. 3 a éte representé sans moyens de soufflage magne-
tique de l'arc, mais il est clair qu'il peut être equipe d'une
bobine ou d'un aimant permanent assurant la rotation de l'arc.
Le disjoncteur 10, 100, 200, selon l'une des figures 1 à 3 peut
en outre être equipé d'un dispositif auxiliaire de soufflage
(non represente) à piston~cylindre de compression, actionne
lors du deplacement du contact mobile 22 pour envoyer un jet
de gaz de soufflage vers la zone d'arc. Ce dispositif de souf-
flage pneumatique peut être incorpore, soit directement dans
la chambre de coupure 18, soi~ dans la chambre de decharge 48
Selon une autre variante (non représentée), le disjoncteur ou
interrupteur à SF 6 est du type à arc tournant, mais sans
autoexpansion, comprenant une enveloppe étanche unique de loge-
ment d'une paire de contacts séparables et une bobine de souf-
flage magnétique. La zone d'extension de l'arc est entourée
avantageusement par une paroi interne ayant une forme
de sp~ère ou d'ellipsoïde, pour assurer le centrage de l'arc selon
l'axe longitudinal de révolution.
Les dispositifs des figures 4 a 7 montrent d'autres variantes
3~ `de la chambre de coupure 18, destinees a produire des effets
de focalisation des ondes acoustiques. Les eléments de focali-
sation peùvent être constitues par une succession de miroirs
90 plans (figure 4), échelonnes le long d'une courbe sensible-
ment elliptique, ou par une juxtaposition de deux troncs de
cône 92, 94, opposes (figure 5). Selon la figure 6, la face
interne de la paroi 58 de la chambre 18 est entaillee par une
pluralité d'encoches 96,de manière a former une structure de
lenti~le de Fresnel, capable d'ameliorer en plus la tenue
diélectrique par augmentation de la ligne de fuite.
7 ~L~3~3~
Les elements de focalisatio,n 90, 92, 94, 96, des dispositifs
des figures 4 à 6, viennent avantageusement de moulage avec
la chambre 18 et constituent la face interne de la paroi 58,
mais peuvent egalement être constitues par des pièces 98 indé-
pendantes solidarisees à l'intérieur de la chambre 18 contrela paroi 58. Dans la figure 7, la paroi 58 est cylindrique,
et la piece 98 ou déflecteur de l'élément focalisateur pre-
sente la forme adaptee pour constituer le resonateur acousti-
que. Le materiau de la pièce 98 peut être different de celui
de la paroi 58, de manière à assurer sa protection contre la
pollution due à l'arc, et d~améliorer la ligne de fuite.
