EP0176455A1 - Dispositif de coupe-circuit électromécanique - Google Patents

Dispositif de coupe-circuit électromécanique Download PDF

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EP0176455A1
EP0176455A1 EP85420163A EP85420163A EP0176455A1 EP 0176455 A1 EP0176455 A1 EP 0176455A1 EP 85420163 A EP85420163 A EP 85420163A EP 85420163 A EP85420163 A EP 85420163A EP 0176455 A1 EP0176455 A1 EP 0176455A1
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insulating
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Jean Pierre Cinquin
Christian Garrola
Michel Pisciotta
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Ferraz SA
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Ferraz SA
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/32—Insulating body insertable between contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/22—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H3/222—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using electrodynamic repulsion
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/10—Adaptation for built-in fuses
    • H01H9/106—Adaptation for built-in fuses fuse and switch being connected in parallel

Definitions

  • the present invention relates to electro-mechanical devices which include a fuse cartridge and which are used in the art as switches or circuit breakers.
  • Such an apparatus in principle comprises fixed contacts, one or more corresponding movable contacts, a coil capable of controlling the movement of the latter and a relatively small caliber fuse cartridge, mounted in parallel on the contact system.
  • the coil When the coil is energized, it repels by Thomson effect a conductive plate secured to the movable contacts, which are then retained in the open position by engaging a comb, ratchet or the like.
  • the circuit formed by the fixed and movable contacts is thus cut under a low voltage and all the current passes through the cartridge which melts with a very small delay, but sufficient for the contacts to have separated at least in large part. The rupture arc is thus established inside the cartridge where it is absorbed by the filling material thereof.
  • the contact carrier insulating plate is pushed back by the plate without being linked to it while the stroke of said plate is stopped by a fixed stop which allows the plate to continue its movement by effect kinetic energy until it is retained in the open position of the movable contacts by a latching bolt system.
  • the circuit breaker shown comprises two fixed contacts formed by the opposite ends of two bars 1 arranged coaxially with a small separation interval in the longitudinal direction.
  • Bolts 2 fix these bars to an inverted upper insulating bowl 3.
  • a flat circular coil 4 which bears against ribs 3a of the aforementioned bottom.
  • the coil 4 is suitably coated with insulation so as to constitute a rigid part.
  • a circular mobile plate 6 made of a very good conductive and relatively light metal, such as aluminum.
  • the plate 6 is biased towards the bottom by a spring 7 which bears against the bottom of the housing 3, co-axially with the coil 4, but it is retained against the action of this spring by the upper edge of a vertical insulating plate 8 which, passing through the partition 5a, passes between the fixed contacts 1 to come to bear against a series of movable contacts 9 which springs 10 keep applied against said fixed contacts 1.
  • the lower edge of the plate 8 is cut out from a series of notches in which the movable contacts 9 are engaged and which cause this part of the plate 8 to affect somewhat the shape of a comb.
  • Each contact 9 is itself hollowed out with a notch 9a in which a tooth bottom of this profile engages, so that the contact 9 considered is retained relative to the plate 8 longitudinally and transversely. It is also provided for each contact 9 two springs 10 located on either side of the mean plane of the plate 8, these springs being engaged on centering pins 11 integral with the bottom 12a of a lower housing 12 to profile in rectangular plan, whose edges 12b, folded horizontally, are fixed to the contacts or bars 1 by bolts 13.
  • the reaction of the springs 10 is sufficient to keep the plate 6 applied with a small clearance under the coil 4, despite the presence of the spring 7, the movable contacts 9 bearing against the fixed contacts 1 with the desired pressure and notwithstanding the inevitable tolerances manufacturing and assembly.
  • the plate 6 When the coil 4 is traversed by a sufficiently strong current pulse, the plate 6 is pushed back down by Thomson effect against the springs 10. It lowers until it comes to abut against an inner edge 5b of the part 5, while the plate 8 continues its downward stroke under the effect of kinetic energy by moving the movable contacts 9 away from the fixed contacts 1, to come into engagement in the lowered position under the effect of a bolt 14, pushed back by a spring 15, the end of this bolt engaging in a notch 8a of the plate.
  • the plate 8 is guided in its downward movement by one firstly by the partition 5a which it crosses with reduced clearance, secondly by vertical ribs 12c provided inside the housing 12 (see fig. 2 and 3).
  • the bolt 14 it rests on a lowered part 5c of the partition 5a (see fig. 3) and can move under two flanges 5d thereof. It has on its underside a notch 14a, the flat bottom of which bears on a rod 16.
  • the rod 17 extends parallel to the largest horizontal dimension of the lower housing 12 up to the vicinity of the wall of the upper bowl 3 so as to be connected by welding to a control lever 17 rotatably mounted on a stud 18, l 'lower end of this lever protruding below the stud to end with an operating button 19.
  • the stud 18 is pressed into a lateral boss of the lower housing 12 and which is suitably notched to allow passage of the lever 17 as well as the slight angular clearance necessary for operation (fig. 2 and 3).
  • the plate 8 is driven down by lowering the movable contacts 9 and it comes to engage with the bolt 14 by its notch 8a (position shown in fig . 4).
  • the button 19 When it is desired to close the circuit, it suffices to operate the button 19 in the desired direction to move the rod 16 to the right in FIG. 1. This rod pushes the bolt 14 against the spring 15 and thus releases the plate 8 which rises under the effect of the springs 10.
  • each bar or fixed contact 1 is screwed a vertical rod 10 which extends downwards through a tubular spacer 21, its lower end receiving a nut 22 which makes it possible to clamp against the spacer 21 one of the two knives plates of a fuse cartridge 24, which is thus bypassed on the movable contact system 9.
  • the rods 20 and the spacers 21 are fairly long so that the cartridge fits easily under the lower case 12.
  • an insulating lower cover 25 capable of enclosing the cartridge.
  • This cover made of insulating material, is articulated at the edge of the housing 12 by means of an axis 26. Its end opposite this axis has a flange 25a which engages in an appropriate retaining part very schematically indicated in mixed lines in 27.
  • the circuit breaker just described is completely enclosed and therefore poses no danger. However, it remains perfectly accessible, especially for changing the cartridge after switching off. Thanks to the insulating plate 8 which is inserted between the fixed contacts 1 at the time of opening, any risk of direct arcing between arcs is eliminated and moreover these contacts 1 can be extremely close together, which reduces the dimensions and mass of the movable contacts 9, thereby speeding up operation.

Abstract

Les deux barres conductrices (1) sont normalement reliées par une série de contacts mobiles (9) repoussés contre leur bord inférieur par des ressorts (10) au nombre de deux pour chacun. La plaque isolante (8), convenablement guidée par ses bords dans l'enveloppe isolante de l'appareil, reçoit l'impulsion vers le bas que la bobine (4) applique par effet Thomson au plateau d'aluminium (6) et elle abaisse les contacts (9) à l'encontre des ressorts (10), l'enclenchement en position d'ouverture étant assuré par le pêne (14) et l'entaille (8a). Le bord inférieur de la plaque (8) est découpé de dents pour recevoir les contacts (9) successifs et les retenir transversalement, tandis que chacun de ces derniers est entaillé en 9a pour assurer la retenue dans le sens longitudinal.

Description

  • La présente invention se réfère aux dispositifs électro-mécaniques qui comportent une cartouche à fusibles et qui sont utilisés dans la technique à titre d'interrupteurs ou disjoncteurs. Un tel appareil comprend en principe des contacts fixes un ou plusieurs contacts mobiles correspondants, une bobine propre à commander le déplacement de ces derniers et une cartouche à fusibles de calibre relativement faible, montée en parallèle sur le système de contacts. Lorsque la bobine est excitée, elle repousse par effet Thomson un plateau conducteur solidaire des contacts mobiles, lesquels sont ensuite retenus à la position d'ouverture par enclenchement d'un peigne, cliquet ou analogue. Le circuit constitué par les contacts fixes et mobiles est ainsi coupé sous une faible tension et tout le courant passe par la cartouche qui fond avec un retard très faible, mais suffisant pour que les contacts se soient séparés au moins en grande partie. L'arc de rupture s'établit ainsi à l'intérieur de la cartouche où il est absorbé par la matière de remplissage de celle-ci.
  • On sait qu'on a proposé de monter les contacts mobiles sur une plaque isolante conformée de façon à s'insérer entre les contacts fixes pour éviter tout amorçage direct d'arcs électriques entre ceux-ci. Cette plaque isolante est solidaire d'un plateau en forme de disque qui coopère avec une bobine d'actionnement de façon à être brusquement chassé par effet Thomson lorsque ladite bobine est excitée. Le brevet U.S.A. N° 3 128 361 aux noms de KESSEKRING illustre bien une telle disposition.
  • L'expérience démontre toutefois qu'il est difficile d'éviter de manière parfaitement efficace le rebondissement de la plaque isolante mobile sous l'effet des ressorts de maintien qui lui sont manuellement associés, et c'est à cet inconvénient que la présente invention entend principalement remédier.
  • Conformément à l'invention, la plaque isolante porte-contacts est repoussée par le plateau sans être liée à celui-ci tandis que la course dudit plateau est arrêtée par une butée fixe qui laisse la plaque poursuivre son mouvement par effet d'énergie cinétique jusqu'à ce qu'elle soit retenue à la position d'ouverture des contacts mobiles par un système de pêne d'enclenchement.
  • Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer :
    • Fig. 1 est une coupe verticale d'un appareil suivant l'invention, les contacts mobiles étant fermés.
    • Fig. 2 en est une vue en plan avec coupe partielle et arrachements suivant II-II (fig. 1).
    • Fig. 3 en est une coupe partielle suivant III-III (fig. 1).
    • Fig. 4 reproduit en partie fig. l, mais en montrant les pièces à la position d'ouverture des contacts.
  • Le coupe-circuit représenté comprend deux contacts fixes constitués par les extrémités en vis-à-vis de deux barres 1 disposées co-axialement avec un faible intervalle de séparation dans le sens longitudinal. Des boulons 2 fixent ces barres à une cuvette isolante supérieure renversée 3. Contre le fond de celle-ci est disposée une bobine circulaire plate 4 qui porte contre des nervures 3a du fond précité. Entre la bobine 4 et les barres 1 est maintenue une pièce intermédiaire 5, de forme générale cylindrique, pourvue d'une cloison horizontale 5a, comme on le verra plus loin. Bien entendu, la bobine 4 est convenablement revêtue d'isolant de manière à constituer une pièce rigide.'
  • Immédiatement au-dessous de cette bobine 1 est disposé un plateau mobile circulaire 6 fait en un métal très bon conducteur et relativement léger, tel que l'aluminium. Le plateau 6 est sollicité en direction du bas par un ressort 7 qui prend appui contre le fond du boîtier 3, co-axialement à la bobine 4, mais il est retenu à l'encontre de l'action de ce ressort par le bord supérieur d'une plaque verticale isolante 8 qui, traversant la cloison 5a, passe entre les contacts fixes 1 pour venir porter contre une série de contacts mobiles 9 que des ressorts 10 maintiennent appliqués contre lesdits contacts fixes 1. Le bord inférieur de la plaque 8 est découpé d'une série d'entailles dans lesquelles les contacts mobiles 9 sont engagés et qui font que cette partie de la plaque 8 affecte quelque peu la forme d'un peigne. Chaque contact 9 est lui-même creusé d'une encoche 9a dans laquelle vient s'engager un fond de dent de ce profil, de sorte que le contact 9 considéré se trouve retenu par rapport à la plaque 8 longitudinalement et transversalement. Il est d'autre part prévu pour chaque contact 9 deux ressorts 10 situés de part et d'autre du plan moyen de la plaque 8, ces ressorts étant engagés sur des pions de centrage 11 solidaires du fond 12a d'un boîtier inférieur 12 à profil en plan rectangulaire, dont les bords 12b, rabattus à l'horizontale, sont fixés aux contacts ou barres 1 par des boulons 13.
  • La réaction des ressorts 10 est suffisante pour maintenir le plateau 6 appliqué avec un faible jeu sous la bobine 4, en dépit de la présence du ressort 7, les contacts mobiles 9 portant contre les contacts fixes 1 avec la pression désirée et nonobstant les inévitables tolérances de fabrication et de montage.
  • Lorsque la bobine 4 est parcourue par une impulsion de courant suffisamment intense, le plateau 6 est repoussé vers le bas par effet Thomson à l'encontre des ressorts 10. Il s'abaisse jusqu'à venir buter contre un rebord intérieur 5b de la pièce 5, tandis que la plaque 8 continue sa course descendante sous l'effet de l'énergie cinétique en écartant les contacts mobiles 9 des contacts fixes 1, pour venir s'enclencher en position abaissée sous l'effet d'un pêne 14, repoussé par un ressort 15, l'extrémité de ce pêne s'engageant dans une entaille 8a de la plaque.
  • La plaque 8 est guidée dans son mouvement de descente d'une part par la cloison 5a qu'elle traverse à jeu réduit, d'autre part par des nervures verticales 12c prévues à l'intérieur du boîtier 12 (voir fig. 2 et 3). Quant au pêne 14, il repose sur une partie abaissée 5c de la cloison 5a (voir fig. 3) et peut se déplacer sous deux rebords 5d de celle-ci. Il comporte sur sa face inférieure une entaille 14a dont le fond plat porte sur une tige 16.
  • La tige 17 s'étend parallèlement à la plus grande dimension horizontale du boîtier inférieur 12 jusqu'au voisinage de la paroi de la cuvette supérieure 3 pour venir se raccorder par soudure à un levier de commande 17 monté à rotation sur un goujon 18, l'extrémité inférieure de ce levier dépassant au-dessous du goujon pour se terminer par un bouton de manoeuvre 19.
  • Le goujon 18 est enfoncé dans un bossage latéral du boîtier inférieur 12 et qui est convenablement entaillé pour permettre le passage du levier 17 ainsi que le léger débattement angulaire nécessaire au fonctionnement (fig. 2 et 3).
  • Si l'on part de la position de fig. l et qu'on suppose que la bobine 4 reçoit la brusque impulsion de courant motrice, la plaque 8 est chassée vers le bas en abaissant les contacts mobiles 9 et elle vient s'enclencher au pêne 14 par son entaille 8a (position représentée en fig. 4). Lorsqu'on désire refermer le circuit, il suffit de manoeuvrer le bouton 19 dans le sens voulu pour déplacer la tige 16 vers la droite en fig. 1. Cette tige repousse le pêne l4 à l'encontre du ressort 15 et dégage ainsi la plaque 8 qui remonte sous l'effet des ressorts 10.
  • Dans chaque barre ou contact fixe 1 est vissée une tige verticale 10 qui s'étend vers le bas à travers une entretoise tubulaire 21, son extrémité inférieure recevant un écrou 22 qui permet de serrer contre l'entretoise 21 l'un 23 des deux couteaux plats d'une cartouche à fusibles 24, laquelle est ainsi en dérivation sur le système de contacts mobiles 9. Comme montré, les tiges 20 et les entretoises 21 sont assez longues pour que la cartouche se loge aisément sous le boîtier inférieur 12.
  • Il est enfin prévu un capot inférieur isolant 25 propre à renfermer la cartouche. Ce capot, fait en matière isolante, est articulé au bord du boîtier 12 par l'intermédiaire d'un axe 26. Son extrémité opposée à cet axe comporte un rebord 25a qui vient s'enclencher dans une pièce de retenue appropriée très schématiquement indiquée en traits mixtes en 27.
  • Le coupe-circuit qu'on vient de décrire est totalement enfermé et ne comporte donc aucun danger. Il reste cependant parfaitement accessible, notamment pour le changement de la cartouche après coupure. Grâce à la plaque isolante 8 qui vient s'insérer entre les contacts fixes 1 à l'instant de l'ouverture, tout risque d'amorçage direct d'arcs entre ceux-ci se trouve éliminé et par ailleurs ces contacts 1 peuvent être extrêmement rapprochés, ce qui réduit les dimensions et la masse des contacts mobiles 9 en accélérant ainsi le fonctionnement.
  • On notera encore qu'en raison du rebord ou épaulement de butée 5b, l'énergie cinétique du plateau mobile 6 se trouve absorbée par le choc contre l'épaulement en question, lequel peut être très largement dimensionné, ce qui dispense d'avoir à prévoir des tampons, amortisseurs ou analogues pour limiter la course des contacts mobiles 9, les ressorts 10 s'avérant en pratique largement suffisants à cet effet. Les essais ont démontré que cette disposition évitait radialement tout défaut de fonctionnement de l'appareil sous l'effet d'un rebondissement inoppiné de la plaque mobile porte-contacts.

Claims (8)

1. Dispositif de coupe-circuit électromécanique, du genre comprenant des contacts fixes situés substantiellement en vis-à-vis, une plaque isolante insérée entre lesdits contacts fixes et pourvue d'un ensemble de contacts mobiles propres à relier ceux-ci en marche normale, une bobine susceptible, lorsqu'elle est excitée, de provoquer par effet Thomson le brusque déplacement d'un plateau associé à ladite plaque isolante pour amener les contacts mobiles de celle-ci à la position d'ouverture, un pêne d'enclenchement pour retenir cette plaque à cette position à l'encontre de moyens de rappel, et une cartouche à fusibles de calibre relativement faible montée en dérivation sur le sytème de contacts fixes et mobiles de façon à fondre avec un très faible retard dès que ledit système s'est ouvert, caractérisé en ce que la plaque porte-contacts (8) est repoussée par le plateau (6) sans être liée à celui-ci tandis que la course dudit plateau est arrêtée par une butée fixe 5b) qui laisse la plaque poursuivre son mouvement par effet d'énergie cinétique jusqu'à ce qu'elle soit retenue à la position d'ouverture par le pêne d'enclenchement (14-15).
2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le bord de la plaque isolante (8) opposé à celui qui reçoit la poussée du plateau mobile (6) comporte une série de dents dans les creux desquelles sont logés les contacts mobiles (9), chacun de ceux-ci comportant en son milieu une encoche (9a) dans laquelle s'engage le fond de denture correspondant de la plaque et étant maintenu en position par rapport à celle-ci par au moins un ressort (10) qui le sollicite en sens inverse de la poussée exercée par le plateau mobile (6).
3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est prévu pour chaque contact mobile (9) deux ressorts de rappel (10) disposés symétriquement par rapport au plan moyen de la plaque isolante (8), l'extrémité de chacun de ces ressorts opposée au contact mobile (9) correspondant étant positivement centrée à l'intérieur du dispositif.
4. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la bobine (4) est serrée entre d'une part le fond d'une pièce isolante (3) en forme de cuvette renversée fixée aux contacts fixes (1), et d'autre part une pièce intermédiaire isolante (5) de forme substantiellement cylindrique dans laquelle le plateau mobile (6) peut se déplacer suivant une course limitée par un rebord de butée (5b), tandis que sur la face opposée desdits contacts fixes (1) est fixé un boîtier qui renferme les contacts mobiles (9) et leurs ressorts de rappel (10), la plaque isolante (8) s'enfonçant dans ce boîtier lors de l'ouverture desdits contacts mobiles (9).
5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la plaque isolante (8) est guidée par des nervures intérieures (12c) prévues sur les parois latérales du boîtier (12).
6. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la pièce intermédiaire (5) est solidaire d'une cloison transversale (5a) qui forme guide pour la plaque isolante (8) et qui porte le pêne d'enclenchement (14, 15).
7. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que sur leur face opposée à la bobine (4), les contacts fixes portent des tiges conductrices (20, 21) qui s'étendent suffisamment à partir de cette face pour venir se fixer aux couteaux (23) de la cartouche à fusibles (24).
8. Dispositif suivant la revendication 7, `caractérisê en ce qu'il comporte un capot isolant basculant (25) qui, à la position fermée, recouvre l'ensemble de la cartouche (24) et de ses tiges de support (20, 21).
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