CA1082269A - Disjoncteur electrique a extinction d'arc a soufflage electromagnetique - Google Patents

Abstract

L'invention est relative à un dispositif d'extinction d'arc. Deux paires de contacts en forme de pistes annulaires sont connectées en série et une bobine de soufflage électromagnétique, branchée en parallèle d'une des paires de contacts, engendre un champ magnétique radial faisant tourner les arcs sur les pistes annulaires.

Description

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L'invention est relative a un dispositif d'extinc-tion d'arc a soufflage électromagnétique comprenant deux paires de contacts mécaniques séparables et une bobine de soufflage connect~e électriquement en parall~le avec l'une desdites paires de contacts.
Un dispositif d'extinction d'arc du genre mentionné, pour disjoncteur électrique, soumet l'arc a un soufflage inten-se en vue de son extinction rapide et il est connu de shunter la bobine de soufflage en position ferm~e du disjoncteur par des con-tacts auxiliaires ou de ne mettreen circuit la bobine que lors del'apparitiOn d'un arc par transfert de l'arc sur une électrode de connexion.
- Les dispositifs connus sont compliqués, nécessitent une commande spéciale des contacts auxiliaires ou introduisent -un retard au soufflage de l'arc. La stagnation des racines ; d'arc sur les surfaces de contact provoque une érosion préjudi-.
ciable a un bon contact electrique.

La présente invention a pour but de remédier a ces inconvénients et de permettre la réalisation d'un dispositif ~-d'extinction d'arc simple, imposant une migration rapide des , . .
racines d'arc.
Selon l'invention un dispositif d'extinction d'arc a soufflage électromagnétique comprend une premiare et une seconde paire de contacts mécaniques séparables connectées .
électriquement en série, un moyen de commande desaits contacts pour séparer quasi simultanament les contacts de chacune des ., .
deux paires et tirer des arcs entre les contacts séparés, une bobine de soufflage ayant un axe et des bornes de connexion ~;~ connectées electriquementrespectivement auxcontacts de la premie-re paire de contacts pour etre alimentee lors de l'apparition d'une diff~rence de potentiel entre les contacts de la premiere , ~ paire et engendrer un champ magnétique de soufflage.Les contacts - - ;

~8'~2~

de chaque paire de contacts comprennent des électrodes annulai-res se faisant face et disposées coaxialement a la bobine de manière que le champ magn~tique s'étende radialement entre les électrodes annulaires et provoque par effet électromagnétique une rotation des arcs tirés entre les contacts séparés sur les électrodes annulaires.
Les deux paires de contacts s'ouvrent sensiblement en même temps, l'ordre d'ouverture étant d'une importance secon-daire, et les deux arcs sont soumis au soufflage magnétique de la bobine, leur imposant une rotation rapide sur les pistes annulaires. Toute stagnation des racines d'arc sur les pistes de contact est évitee et en position fermee des contacts la bobine de soufflage est shunt~e et non alimentee.
Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, la bobine est stationnaire et un élement de contact semi-fixe en forme de disque est intercalé entre le contact fixe et le sontact mobile, de maniere à introduire deux zones de ~oupure en série, definies par les deux paires de contacts, formées res-pectivement par les contacts fixe et semi-fixe et les contacts se~i-fixe et mobile. La masse de l'equipage mobile est faible ce qui simplifie la commande.
Selon un autre mode de mise en oeuvre de l'inven-tion, la bobine de soufflage est solidaire de l'elément semi-fixe et participe a son mouvement limite, auquel cas il est avantageux de connecter la bobine en parallele de la paire de contacts constituée par les contacts semi-fixe et mobile,l'inertie de la bobine freinant le déplacement du contact semi-fixe. La paire de contacts de shuntage de la bobine s'ouvre ainsi en premier et la presence du champ magnetique de soufflage est assurée des .~, , 30l'apparition d'un arc sur une paire de contacts. ~ , A la fermeture des contacts,la mise en circuit de la bobine de soufflage est sans interêt ou indesirable et avec ~r~ ~ - 2 -`- :
Z~i9 cet ob~et en vue, les contacts de shuntage de la bobine sont de pr~férence ~erm~s en premier pour shunter la bobine avant la fermeture du circuit.
Un contacteur, ~quipé du dispositif d'extinction d'arc selon l'invention, comporte avantageusement une enceinte étanche, remplie d'hexafluorure de soufre sous pression, et contenant la bobine de soufflage et les paires de contacts, dont la commande est reportée ~ l'extérieur de l'enceinte par une tige coulissante. L'équipage mobile du contacteur ést sollicité en position d'ouverture par un ressort et par la pres-sion régnant à l'intérieur de l'enceinte qui s'exerce sur un soufflet d'étanchéité de la traversée de la tige de commande.
Cette derniere est solidaire d'une armature d'un électro-aimant de commande de fermeture, disposé a l'extérieur de l'en-ceinte~ D'une manière connue en soi, l'électro-aimant comporte un enroulement d'appel, d'unef~orcé d'attracti.on suffisante pour vaincre l'action du ressort d'ouverture et de la pression et attirer l'armature, le courant d'excitation de cet enroule-~ ment étant réduit apr8s fermeture du contacteur, par insertion .. 20 dans le circuit d'excitation d'une résistance formée par un . deuxi8me enroulement, qui participe au maintien de l'armature ` - attirée.
:: D'autres avantages et caractéristiques ressortiront ~;~ plus clairement de l'expos~ qui va suivre de différents modes - de mise en oeuvre de l'invention, donn~s a titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lequels: :
La figure 1 est une vue schématique en élévation et : en coupe axiale partielle d'un contacteur équipé d'un dispositif ~ d'extinction selon l'inventionj .:

. - 2a - -, A~ -.. . .

~08'hZ69 les figures 2 et 3 sont des vues partielles de la figure I montrant en coupe le dispositif de contact respectivement en position fermé et ouvert;
les figures 4 et 5 sont des vues analogues à la figure

2, illustrant deux variantes de réalisation;
la figure 6 est une vue partielle de la figue 2 illus-trant une variante de réalisation; . ;:
la figure 7 est une vue isolée du conducteur flexible shunt selon la figure 6;
.; - .
les figures 8 et 9 illustrent deux modes de réalisation~
du conducteur selon la figure 7.
Sur les figures, un contacteur comporte une enveloppe , isolante étanche 10, remplie d'hexafluorure de soufre sous pres-i sion, par exemple de 4 bars. Une tige de commande 12 traverse un orifice 14 pratiqué dans la paroi de l'enveloppe 10, avec inter-~ position d'un soufflet d'étanchéité 16, dont l'un des fonds est <: fixé à un collet 18 de la tige 12 dont l'autre fond est solidaire d'un couvercle 20, recouvrant d'une manière étanche l'orifice 14. ;
Une telle traversée étanche est bien connue et il suffit de remar- `
quer que la tige 12 peut coulisser librement en comprimant ou ,~
dilatant le soufflet 16, la pression in,terne à l'enveloppe 10 agis-sant sur le collet 18 et exerçant ainsi sur la tige 12 une force tendant à la déplacer vers l'extérieur de l'enceinte 10, ce qui correspond à une ouverture du contacteur.
La partie externe de la tige de commande 12 traverse . axialement le corps d'un électro-aimant en forme de U 24, fixé à :: .
,~ . - .
l'enveloppe 10 et porte à son extrémité une armature 26 disposée en regard de deux surfaces polaires 28 de l'électro-aimant 24.
~ Cet électro-aimant comporte sur chaque branche deux enroulements i~ 30 distincts, un enroulement d'appel 30 et un enroulement de maintien i32. . ::~
.

-3- :
- ` :.

1082~
.
L'extrémité de la tige 12, interne à l'enveloppe 10, est articulée en 34 sur un culbuteur 36, monté à rotation par un axe 38 sur un support fixe 40, assujetti à l'enveloppe 10. L'extré-mité opposée du culbuteur 36 est articulée en 42 sur un coulisseau 44, guidé par une biellette 46 montée à pivotement sur le support 40, de manière qu'un coulissement de la tige 12 se traduise par une translation du coulisseau 44, sensiblement linéaire dans les limites de débattement autorisées.
Un contact mobile 48, en forme de coupelle, présente une surface ou piste annulaire de contact 50 et est m~nté à coulisse-ment sur la tige d'une vis 52 à extrémité filetée 54 vissée dans le coulisseau 44 et s'étendant dans la direction de translation du coulisseau. La tete 56 de la vis 52 forme une butée de retenue du contact 48 et un ressort de compression 58, inséré entre le coulisseau 44 et le contact 48, sollicite ce dernier en appui de la tête butée 56. La piste annulaire 50 coopère avec une piste annulaire conjuguée 60, solidaire d'un disque 62 monté à~coulis-sement limité par l'intermédiaire d'un manchon central 68 à collet 70 sur un support fixe 64 assujetti à l'enveloppe 10 par des vis 66. La face du disque 62 semi-fixe opposée à la piste 60 cons~tue une deuxième piste annulaire 72 coopérant avec une piste annulaire -~
fixe 74 solidaire du support 64. Un ressort de compression 76, prenant appui sur le support 64, sollicite le manchon Ç8 et le disque associé 62 en position de butée du collet 70, qui correspond .. : , à l'ouverture de la paire de contacts fixe et semi-fixe formée res-pectivement par les pistes annulaires 74 et 72.
-~ Une bobine de soufflage 78 est fixée au support 64 co--axialement aux pistes annulaires de contacts 50, 60; 72, 74 et adjacente à la piste fixe 74, de manière à engendrer dans les in-tervalles ménagés e~tre les paires de contacts séparés 60, 50;
.
72, 74 un champ magnétique radial de soufflage.

-4-~

~0~ ;i9 '~
Le support 64 conducteur relie l'une 80 des bornes du contacteur à la piste annulaire fixe 74 et les extrémités de la : bobine 78 sontreliées respectivement en 82 au support 64 et par , un conducteur souple 84 au disque semi-fixe 62. Le contact mobile 48 est relié par un shunt souple 86 à l'autre borne 88 du contac-teur.
Le contacteur fonctionne de la manière suivante:
En position fermée, représentée à la figure 2, le courant passe de la borne 80 par le support 64, la paire de contacts 72, 74, le disque 62, la paire de contacts 60, S0, 48 et le shunt 86 vers la borne opposée 88. La bobine de soufflage 78, shuntée~ ~
par la paire de contacts fermés 72, 74 n'est pas alimentée, Le . ?
. contacteur est maintenu en position fermée par attraction de l'ar-mature 26, par l'électro-aimant 24 dont les enroulements 30, 32 ;
branchés en série sont excités.
L'ouverture du contacteur est commandée par interruption ' de l'alimentation de l'électro-aimant 24 et de ce fait libération `~
,~ de l'armature 26. Sous l'action de la pression s'exerc,ant sur.le collet 18 et de la force du ressort 58 et éventuellement d'un res~
.: 20 sort.de rappel (non représenté), l'équipage mobile formé par 1 tige de commande 12, le culbuteur 36, le coulisseau 44 et la vis 52 se met en mouvement, de manière à déplacer la tête 56 de la ~ vis vers le bas, sur la figure 2, et à entrainer, après reprise ., . du jeu existant entre la tête 56 et le CQntact mobile 48, ce der-nier contact vers le bas. Le disque semi-fixe 62 n'étant plus re-~t ~ tenu par le contact mobile 48 suit le mouvement de ce dernier, i ~.:
~ ~ SQUS l'action du ressort 76, pendant une course limitée par le .
ii collet 70 et il est facile de voir que les deux paires de contacts :
~ 50, 60; 72, 74 s'ouvrent presque simultanément (figure 3). L'ordre .-:
-. 30 d'ouverture dépend de la masse des pièces en mouvement et de la force des ressorts. Les arcs tirés entre les paires de contacts -., .

. . .

-5~
' ' ' : -~0~3Z~69 séparés 50, 60; 72, 74 sont soumis au champ radial de soufflage, engendré par la bobine de soufflage 78 alimentée par la tension d'arc entre les contacts 72, 74. Il est ~acile de voir qu'un tel --; : soufflage provoque unç rotation rapide des racines d'arc sur les pistes annulaires 50, 60, 72, 74 et une extinction des arcs.
L'alimentation de la bobine de soufflage 78 est interrompue par l'extinction de l'arc tiré entre les pistes de contact 60, 50.
Pour fermer le contacteur l'enroulement d'appel 30 de l'électro-aimant 24 est alimenté pour attirer l'armature 26 e$
déplacer ainsi la tige 12 vers le bas. Dès collage de l'armature 26 sur la surface polaire 28, l'enroulement de maintien 32 de forte résistance est inséré en série dans le circuit d'alimentation de l'enroulement d'appel 30 pour diminuer l'intensité du courant dans ce circuit, les ampères tours cumulés des deux enroulements 30, 32 étant juste suffisants aù maintien de l'armature 26.
La tige de commande 12 déplace le coulisseau 44 et le ~; - contact mobile 48 vers le haut, fermant en un premier stade la paire de contacts 50, 60 et entrainant par la suite le disque semi-fixe pour fermer en un deuxième stade la paire de contacts 72, 74. ~-~
`~ 20 La course du coulisseau 44 est légèrement plus grande que cel~
du contact mobile 48 pour introduire le faible jeu entre la tête 56 et le contact mobile 48 assurant la pression de contacts. La bobine de soufflage 78 est alimentée pendant une courte durée cor- -`
respondant au léger retard à la ermeture des contacts de shuntage 72, 74. Il est possible d~'éviter cette alimentation temporaire par une liaison cinématique appropriée entre le contact mobile 48 et le disque semi-fixe 62, liaison qui peut être des types décrits par la suite en référence aux figures 4 et 6.
Les figures 4 et 5, dans lesquelles les mêmes repères -30 désignent des éléments identiques ou analogues à ceux de la figure 2, illustrent deux variantes de réalisations à bobine de soufflage , ,, .
.,~ .

~o~
~r , 78 semi-fixe associée au disque 62. Sur la figure 4, la bobine -78 est connectée par un conducteur souple 88 au support 64 et rigidement au disque 62 en parallèle des contacts de shuntage fixe 74 et semi-fixe 72. Un poussoir gO prend appui sur une plaque 92 solidaire du contact mobile 48 et se prolonge dans l'axe des contacts et de la bobine 78 par un piston 94 engagé dans un cylindre 96 porté par le disque ou l'élément semi-fixe 62. Un faible jeu entre le piston 94 et le cylindre 96 autorise une fuite d'air et un mouvement relatif piston cylindre.
- 10A l'ouverture du contacteur le fonctionnement est sensi-blement identique à celui décrit ci-dessus en référence à la figu-: . .
re 2, la masse de la partie semi-fixe étant toutefois augmentée par la bobine 78 et le poussoir 90. A la fermeture le contact mobile .48 entralne dans son déplacement le poussoir 90 et ce mouvement est transmis par la liaison piston 94 cylindre 96 à la partie semi- :.
fixe, de manière à fermer en premier les contacts 72, 74 de shunta-ge de la bobine de soufflage 78. Après cette fermeture le contact mobile 48 peut poursuivre sa course grâce à la fuite de gaz entre .
piston 94 cylindre 96, qui brise la liaison cinématique entre le contact mobile 48 et la partie semi-fixe, pour permettre la f ~me-ture de la paire de contacts 50, 60. L'alimentation temporaire de la bobine de soufflage 78 est ainsi évitée~
Sur la figure 5, la bobine de soufflage 78 est également ..
solidaire de l'élément semi-fixe 60 et mobile 50. La vis 52 à tête ., . . :. ..
56 d'entrainement du contact mobile 48, 50 est prolongée et se ~,~ . . termine par une deuxième butée 98, susceptible de coopérer avec .

;~l'élément semi-fixe 62 et entra;ner ce~dernier après une course .,: ~ , , .
morte supérieure à celle due au jeu entre la tête 56 et le.contact ..
imobile 48. Un ressort de compression 100 est inséré entre les con-~ -3g tacts mobile 50 et semi-fixe 60 pour solliciter ces d.erniers en position d'ouverture. Le poussoir 94 coopère avec l'élément semi-. 7 --.. . .: . ............. , , ~ . .. .: ...... . . . : .
. .... .

~8Z~

fixe 62 pour freiner à la fermeture du contacteur le déplacementde cet élément et fermer en premier lieu, les contacts de shuntage 50, 60 de la bobine 78. Le fonctionnement découle de l'exposé
précédent.
La figure 6 montre le dispositif selon les figures 2 et 3 dans lequel l'ordre d'ouverture et de fermeture des paires de contacts 50, 60, 72, 74 est prédéterminé. A cet effet le contact mobile 50 porte un poussoir 102 monté à coulissement axial et solli-cité par un ressoet 104 en position de saillie du contact 50 à
faible écartement de l'élément semi-fixe 62 en position d'ouver-. i~ .
ture de l'appareil. La force du ressort 104 est supérieure à cell*
du ressort 76 de façon que lors d'un déplacement du contact mobile 50 vers la position de fermeture, le poussoir 102 engage l'élément semi-fixe 62 et le déplace en position de fermeture des contacts 72, 74 avant le retrait du poussoir 102 autorisant la fermeture :;
des contacts 50, 60. L'alimentation temporaire de la bobine 78 ,1 :
~ ~ est aussi évitée. A l'ouverture les contacts 50, 60 s'ouvrent .~ .
avant les contacts 72, 74.

Les figures 7 à 9 illustrent des modes de réalisation du conducteur shunt 86.
. , On voit que le conducteur 86 est constitué d'un empilage ~-de trois lamelles 136, 138, 140 en cuivre, le nombre trois étant ~`
~!
arbitraire, la faible épaisseur des lamelles conférant à celles-ci :. . .
une certaine élasticité ou flexibilité. Les lamelles 136, 138, 140, solidarisées par leurs extrémités 126, 130, par exemple par fixation à la plage 118 et au contact 48, sont simplement accolées le long du conducteur 86 et peuvent coulisser librement les unes par rapport aux autres. Le conducteur 86 est conformé en zig-zag par pliage en accordéon et présente une paire de plis arrondis, un pli 142 à angle rentrant et pli 144 à angle saillant. L'ensem-ble est symétrique par rapport à l'axe de déplacement du contact , , '~ :

108'~Z~i9 mobile 48 et il est facile de voir que ce déplacement provoque selon le sens de déplacement un écrasement ou une ouVerture des plis 142, 144 du conducteur flexible 86. La lamelle 140 interne dans le pli 142 se trouve à l'extérieur du pli 144 et les variations relatives de longueur entre les lamelles externe et interne d'un pli sont compensées par les variations conjuguées du pli associé
de la même paire lors d'une ouverture ou fermeture de l'angle des plis. Le conducteur 86 conserve une grande élasticité même dans le cas d'une épaisseur ou d'un nombre de lamelles empilées impor-. ; 10 tant. Un orifice 146 ménagé dans la partie centrale du conducteurflexible 86 permet le passage de la tige de commande 52 qui assure ains1 le guidage du conducteur 86 lors de sa déformation. Un tel guidage s'avère utile ou indispensable pour un conducteur 86 de 1~ grande longueur formant plusieurs paires de plis ou de demi-boucles -~
`~ 142, 144.
,~ Toutes les lame-lles 136, 138, 140 sont de même longueur, ce qui facilite la fabrication du conducteur 86 à partir de lamel- ~
les indépendantes. Selon un procédé préférentiel de réalisation j .
du conducteur flexible 86, illustré par la figure 8, une bande ~148 est repliée sur elle-même en accordéon pour former trois couches successives, chacune correspondant à l'une des trois lamelles 136, 138, 140. Le contour sinueux du conducteur 86 résulte d'un pliage en zig-zag de la bande repliée selon la figure 8. La bande flexible ;~
86 peut également être enroulée sur elle-même pour former trois demi-spires dans le cas illustré à la figure 9 de trois lamelles, les spires étant écrasées pour constituer un ensemble aplati recti-ligne pouvant être plié en zig-zag de la manière précitée. I
Le conducteur flexible selon l'invention rempIace-avan-tageusement Ies tresses de shuntage. -: : . ~. ., I -8a-:~ ~ , . .
... . . .
.1 .

,, - ". , .,,, . . , , , , , , . . ~

Claims (10)

Les réalisations de l'invention au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Dispositif d'extinction d'arc à soufflage électromagnétique comprenant une première et une second paire de contacts mécaniques séparables connectées électriquement en série, un moyen de commande desdits contacts pour séparer quasi simultanément les contacts de chacune desdites deux paires et tirer des arcs entre les contacts séparés, une bobine de soufflage ayant un axe et des bornes de connexion connectées électriquement respectivement aux contacts de la première paire de contacts pour être alimentée lors de l'apparition d'une différence de potentiel entre les contacts de ladite première paire et engen-drer un champ magnétique de soufflage, lesdits contacts de chaque paire de contacts comprenant des électrodes annulaires se faisant face et disposées coaxialement à ladite bobine de manière que ledit champ magnétique s'étende radialement entre lesdites électrodes annulaires et provoque par effet électromagnétique une rotation des arcs tirés entre les contacts séparés sur les-dites électrodes annulaires.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérise en ce que la première paire de contacts comprend un contact fixe et un contact semi-fixe;
en ce que la seconde paire de contacts comprend un contact mobile solidaire dudit moyen de commande et un contact semi-fixe; et en ce qu'il comprend aussi un support semi-fixe intercalé entre ledit contact fixe et ledit contact mobile, ledit support portant lesdits contacts semi-fixes, lesdits contacts semi-fixes étant relies électriquement et mécaniquement et susceptibles de se déplacer sur une course limitée avec le contact mobile.

3. Dispositif selon la revendication 1, l'un des-dits contacts et la bobine étant fixes et les autres desdits contacts étant mobiles au moins sur une course limitée dans la direction de l'axe de la bobine.

4. Dispositif selon la revendication 2 dans lequel ladite bobine est portée par ledit support semi-fixe et est spacialement intercalée entre lesdits contacts semi-fixes.

5. Dispositif selon la revendication 2 dans lequel ladite bobine est connectée aux contacts de ladite première paire de contacts et comprend un moyen pour solliciter ledit support semi-fixe en direction du contact mobile et réaliser la séparation des contacts de ladite première paire préalablement à celle de ladite deuxième paire.

6. Dispositif selon la revendication 2 dans lequel ladite bobine est connectée aux contacts de ladite première paire de contacts,comprenant un moyen de liaison entre ledit moyen de commande et ledit support semi-fixe pour fermer ladite première paire de contacts préalablement à la fermeture de ladite deuxième paire de contacts.

7. Dispositif selon la revendication 6 comprenant un moyen élastique pour solliciter ledit support semi-fixe en direction du contact mobile et un poussoir élastique porté par le contact mobile pour déplacer ledit support semi-fixe à
l'encontre dudit moyen élastique lors d'une fermeture desdits contacts.

8. Dispositif selon la revendication 1 comprenant une enceinte étanche remplie d'héxafluorure de soufre dans laquelle sont logées lesdites paires de contacts et ladite bobine de soufflage, ledit moyen de commande comprenant une tige de commande sortant de ladite enceinte.

9. Dispositif selon la revendication 8 comprenant un dispositif électromagnétique de commande coopérant avec ladite tige de commande et ayant deux enroulements, un enroule-ment d'appel susceptible de provoquer la fermeture des contacts et un enroulement de maintien, et un dispositif de connexion pour connecter lesdits deux enroulements en série des la ferme-ture desdits contacts.

10. Dispositif selon la revendication 1 comprenant un conducteur flexible de connexion électrique de l'un desdits contacts ayant une pluralité de lamelles flexibles superposées et accolées, ledit conducteur étant plié en zig-zag pour pré-senter au moins une paire de plis.