EP0516640A1 - Disjoncteur hyper-rapide. - Google Patents

Disjoncteur hyper-rapide.

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Publication number
EP0516640A1
EP0516640A1 EP91903322A EP91903322A EP0516640A1 EP 0516640 A1 EP0516640 A1 EP 0516640A1 EP 91903322 A EP91903322 A EP 91903322A EP 91903322 A EP91903322 A EP 91903322A EP 0516640 A1 EP0516640 A1 EP 0516640A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
repulsion
circuit breaker
plunger rod
hyper
disc
Prior art date
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Granted
Application number
EP91903322A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0516640B1 (fr
Inventor
Roland Blochouse
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alstom Belgium SA
Original Assignee
ACEC Transport SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ACEC Transport SA filed Critical ACEC Transport SA
Priority to AT91903322T priority Critical patent/ATE95944T1/de
Publication of EP0516640A1 publication Critical patent/EP0516640A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0516640B1 publication Critical patent/EP0516640B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/60Mechanical arrangements for preventing or damping vibration or shock
    • H01H3/605Mechanical arrangements for preventing or damping vibration or shock making use of a fluid damper
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/22Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H3/222Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using electrodynamic repulsion

Definitions

  • This invention relates to a hyper-fast current limiting circuit breaker which can be used on average, and more particularly suitable for electric traction, in rolling stock or fixed equipment. It relates more particularly to the mechanical part of a hyper-fast circuit breaker which is equipped with an electronic control circuit. Summary of the technique It is well known that electrical networks such as those used in traction as in industry are becoming more and more complex and powerful. The design of switching devices must evolve to cut larger and larger currents and reduce maintenance costs. A new generation switchgear must be quick to limit the current and reduce the mechanical and thermal stresses of the entire installation as well as the wear of its contacts and its blowing box. Currently, the breaking devices include fast or ultra-fast mechanisms for opening the contacts and a blowing box in which the arc created is confined and cooled.
  • European patent application No. 0 184 566 describes an apparatus in which the cut-off, without significant arc, is obtained by the addition of an oscillating circuit, controlled by semiconductors and whose inductor is used as a repulsion coil , to a hyper-fast mechanism with magnetic retention in which the same element acts both as a repulsion disc and as a movable contact bridge.
  • the mechanism is associated with an oscillating circuit by means of power semiconductors and comprises in particular:
  • European patent application No. 0 348 584 proposes a hyper-fast circuit breaker assisted by a semiconductor control circuit, comprising a repulsion coil, a repulsion disc associated with a contact bridge carrying the movable contacts, said repulsion disc collaborating with said repulsion coil, and a means for maintaining the contacts in the closed state, hyper-fast circuit breaker in which the holding means consists of a retaining spring acting on the repulsion disc associated with the bridge contact via a retaining means acting on a shank integral with said repulsion disc, retaining means which exerts sufficient pressure to resist an imposed contact pressure and which is arranged in a retractable manner when the disc is repelled under the effect of the repulsion coil.
  • the damping or braking means is not described there in detail but, in the figures, a conventional damper has been shown.
  • the average amortis ⁇ ment or braking does not act on the movable part during a first portion of the race. This is why the movable part has been separated from the damping means by providing a free stroke for the movable part before the latter is slowed down.
  • the damping or braking means at full speed, there is a violent impact generating various destructions, all the more so when one is in presence of accelerations of the order of 30,000 g and speeds of the order of 30 m / s.
  • damping means use a fluid which is forced to pass through one or more orifices to create pressure drops by increasing speed.
  • the fluid speeds are so high that the jets of the latter are capable of destroying elements such as seals or guide nozzles.
  • a damping pump such as that described in the document DE-U-6 660 297 mentioned above.
  • the mobile part of the circuit breaker and the mobile part of the damping means are at the end of the travel and the circuit breaker must be reset and therefore the electric circuit must be closed.
  • the movement of the active part of the damping means is generally slower than that of the mobile part of the circuit breaker, the latter having to be rapid in order to avoid the formation of pre -bows. It follows that, if the circuit breaker trips again, before the active part of the damping means is returned to the starting position, the mobile part of the circuit breaker no longer finds a brake and comes crashing against the active part of the means of depreciation.
  • the present invention aims to provide a hyper-fast circuit breaker which does not have the abovementioned drawbacks, more particularly a hyper-fast circuit breaker of the aforementioned type equipped with a damping means which allows significant acceleration at the start of the stroke. the movable part of the circuit breaker and progressive braking, without rebounding and without using a mechanical stopper, at the end of the race.
  • the damping means must be provided to allow an acceleration of 1 order of 30,000 g or more providing a speed of up to 40 m / s over a very reduced distance of 1 order of 2 to 3 mm then to brake gradually the moving part until stopping on a stroke of 30 to 40 mm by limiting the solli ⁇ citations. It must be simple and robust in construction and inexpensive and not require frequent maintenance. Essential elements of the invention
  • the hyper-fast circuit breaker assisted by a semiconductor control circuit comprises a repulsion coil, a repulsion disc associated with a contact bridge carrying the movable contacts, said repulsion disc collaborating with said repulsion coil, a means for retaining the contacts in the closed state, which exerts sufficient pressure to resist an imposed contact pressure and which is arranged in a liberal manner during the repulsion of the disc under the effect of the repulsion coil, and a damping means, said damping means comprising a plunger rod integral with the repulsion disc and a reservoir containing fluid intended to absorb the kinetic energy of the repulsion disc - plunger rod assembly during repulsion by the repulsion coil, by adapting the shapes of the plunger rod and the reservoir relative to each other so as to have fluid evacuation sections that vary depending on the stroke of the plunger rod.
  • the present invention thus provides a hyper-rapid circuit breaker described above equipped with a means of easy ment depreciation, which allows braking of the movement of the movable portion of said circuit breaker without impact against a stop that neurocani ⁇ mobile or fixed , on a reduced stroke, while allowing rapid opening of the contacts at the start of the stroke.
  • the shapes of the reservoir and of the plunger rod are adapted so that at the start of the stroke the discharge section is relatively large and that as as the plunger rod sinks into the fluid reservoir, said section narrows, braking is progressive while allowing significant acceleration at the start of the race. Since, moreover, the plunger rod is integral with the repulsion disc, the apparatus does not suffer the drawbacks due to the impacts of the movable part of the circuit breaker on an active part of the damping means.
  • the repulsion disc-plunger rod assembly is in one piece. There is no possible mechanical play between these elements, which move at the same speed after repulsion.
  • This embodiment is specially adapted to a hyper-fast circuit breaker, in which the very high accelerations and speeds reached would quickly cause degradation of elements connected together by mechanical means with one or more degrees of freedom.
  • the repulsion disc-plunger rod assembly may consist of a single piece or of several pieces joined together, for example by welding, or by assembly. These parts can in particular be screwed under a prestress such that no play is likely to appear between them during accelerations or decelerations linked to the operation of the hyper-fast circuit breaker.
  • the device of the invention does not require any particular mechanism such as nozzles, or mobile mechanisms such as valves, etc. which are generally sensitive to breakdowns and which do not require a spring. whose disadvantages have been described above.
  • the movement of a fluid which does not undergo any wear or rupture is used for braking.
  • the damping means is immediately ready to enter into action again, even if the stroke has been incomplete.
  • the reservoir advantageously has an essentially cylindrical shape and the plunger rod has a profiled end widening from the end. It has been found that a profiled shape constituted by a succession of truncated cones having different angles of conicity, or by a continuous curve making it possible to obtain a braking force as constant as possible. The braking characteristic can be adjusted by adapting this curve. It is also possible to provide a substantially straight cylindrical or rectangular plunger rod associated with a reservoir, the internal face of which is profiled and is for example made up of a succession of truncated cones with different taper relative to one another or a continuous curve to obtain the most constant braking force possible.
  • the movable part of the hyper-fast circuit breaker is made of a relatively light material in order to reduce inertia.
  • the plunger rod can also be made of a light material, in particular a high-strength aluminum alloy. The increase in the mass of the mobile part is thus relatively small compared to the circuit breaker described in European patent application No. 0 184 566 or 0 348 584 (mentioned above).
  • the mean stroke stroke is independent of the maximum speed reached by the movable part of the circuit breaker according to the invention.
  • - Figure 1 is an overall sectional view of a circuit breaker according to the invention
  • - Figure 2 is a schematic detail view of the movable part of a hyper-fast circuit breaker, the arming orga ⁇ nes of the circuit breaker and the casing thereof being omitted for reasons of clarity
  • - Figure 3 is a schematic view of a variant of execution. Detailed description of a preferred embodiment
  • the circuit breaker 1 comprises a cylinder 3 closed at one end by a bottom cover 5 which is fixed thereto by means of a flange 7, a ring 9 housed in a corresponding groove 11 of said cylin ⁇ dre, the cover being tightened by means of screws or bolts 13, and closed at the other end by a second cover 15 which is fixed thereto in a similar manner by a flange 17, a ring 19 and screws or bolts 21.
  • Said cylinder 3 has a piston inside
  • a pres ⁇ sion spring 27 which is supported on the bottom cover 5 and on a shoulder 29 formed in said piston.
  • Said piston is surmounted by a sleeve 31 which passes through the cover 15 in its corresponding central opening 16.
  • Said sleeve 31 is surmounted, at its free end, by the retaining means bearing the general reference 33.
  • the circuit breaker according to the present invention is surmounted by a repulsion coil 35 advantageously cast in a resin 35 *, the whole being assembled by bolts or threaded rods 36.
  • It also comprises a repulsion disc 37 associated with a contact bridge 39 carrying the movable contacts 41, and with a tail 43 and plunger rod 95 described in more detail below.
  • the retaining means 33 mounted on the end of the sleeve 31 by screwing for example comprises a plurality of balls or rollers 51 which are applied against the tail 43 of the repulsion disc 37 by means of an adjustable pressure.
  • the tail 43 is made integral with the repulsion disc 37.
  • the tail 43 preferably comprises 4 inclined planes 62 which deviate from the axis 38 away from the repulsion disc 37 and is provided at the end close to the repulsion disc 37 of a shoulder 63 and, at the end free, of a groove 65.
  • the circuit breaker further comprises a damping means described in more detail later.
  • the spring 27 which is preferably precompressed keeps the piston 25 and, therefore, the sheath 31 in the high position, the repulsion disc being in the low position, away from the repulsion coil. ⁇ sion.
  • the cylindrical wall of the piston 25 also plays nt the role of mechanical stop of the res ⁇ spell 27 preventing it from being compressed with joint turns.
  • the cylindrical wall is also dimensioned in such a way that, when the spring 27 is compressed to the maximum, the balls or rollers 51 engage in the grooves 65.
  • the force of the springs 55 must therefore be sufficient to maintain the balls or rollers 51 in the grooves 65 during this step and to ensure optimum contact pressure.
  • the electronic control circuit sends a current pulse in the shape of a warhead in the repulsion coil 35 and by electrodynamic effect on the currents induced in the disc 37. This results in the establishment of a particularly high repellency. This high force makes it possible to dislodge the balls or rollers 51 from the grooves 65 by crushing the springs 55 thus releasing the movable pulley.
  • the repulsion disc associated with the contact bridge 39 and the tail 43 secured to the plunger rod 95, subjected to the repulsion force undergoes a particularly high acceleration; this reduces the risk of arcing and contact wear or quickly creating a sufficient distance between the fixed and mobile contacts.
  • the repulsion disc thus accelerated between 20,000 and 40,000 g at speeds between 10 and 50 m / s over 1 to 5 mm must then be braked over a stroke of 20 to 40 mm.
  • the braking role is played by the damper 97 and by the balls or rollers 51 which also allow a downward immobilization of the disc 37.
  • the damping means 97 essentially comprises the plunger rod 95 attached to the repulsion disc 37 and a fluid reservoir 99.
  • the shapes of the rod 95 and of the reservoir 99 are adapted such so that the section of the rod which enters the tank 99 varies the annular discharge section fluid between said rod and said reservoir during its movement.
  • the reservoir 99 has an essentially cylindrical shape comprising a conical profiled zone while the end of the rod 95 is constituted by a succession of truncated cones having a different angle of conicity one the other.
  • the fluid reservoir 99 is advantageously housed in a sheath 103 closed by a cover 104, which is equipped, on the side opposite to said reservoir, with sealing means, in particular three seals, a seal 105, a fixed seal 106 and a scraper seal 107.
  • the sealing seals are advantageously retained in their housing by means known per se such as elastic rings or screwed and glued assemblies.
  • the plunger rod 95 is advantageously guided in a guide ring 109 with self-lubricating lining 110. This ring is advantageously disposed between the réser ⁇ see 99 and the seals 105, 107.
  • Said guide ring 109 is advantageously equipped with a protective skirt 113 which prevents the jets of fluid from damaging the self-lubricating ring 110 and / or the seals 105 and 107.
  • An air volume 102 is provided above the upper level of the fluid 101. Since the tank 99 is closed by the ring 109, the total volume occupied by the fluid 101 and the air 102 is constant. The penetration of the plunger rod 95 into the fluid 101 during the repulsion induces a corresponding rise in the level of the fluid 101 inside the tank 99, this rise being offset by the compression of the volume of air 102.
  • the reservoir 99 is, in the embodiment shown, consisting of a single piece.
  • An advantageous alternative is to manufacture the tank in two parts, the part used for braking the plunger rod 95 being surmounted by a bracing ring.
  • the plunger rod is made of a light alloy with high resistance treated on the surface at least on the part coming into contact with the self-lubricating ring and the seals 105 and 107.
  • a light alloy with high resistance treated on the surface at least on the part coming into contact with the self-lubricating ring and the seals 105 and 107 In the case of the example, an aluminum alloy treated by hard anodization was used.
  • the plunger rod 95 can be formed, in one piece with the repulsion disc 37 and / or with the tail 43. It is however also possible to provide an assembly, in particular a glued screw connection.
  • the sheath 103 in which the various elements are housed is advantageously introduced from below into the hyper-fast circuit breaker and fixed by a flange 115 on the external surface of the bottom cover 5.
  • the sheath comprising in particular the reservoir with its full of fluid can possibly be introduced in a prone manner in the circuit breaker without the fluid being able to escape (ease of assembly, for example).
  • plunger rod 95 integral with the repulsion disc 37 is of essentially straight cylindrical or rectangular shape and associated with a fluid reservoir 99 whose internal face is profiled by a curve constructed so that said tank is flattened up.

Landscapes

  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Circuit Breakers (AREA)
  • Breakers (AREA)

Abstract

On décrit un disjoncteur hyper-rapide assisté par un circuit de commande à semi-conducteurs comportant une bobine de répulsion, un disque de répulsion (37) associé à un pont de contact (39) portant les contacts mobiles (41), ledit disque de répulsion (37) collaborant avec ladite bobine de répulsion (35), un moyen de retenue des contacts à l'état fermé agissant sur une queue solidaire du disque de répulsion (37) et un moyen d'amortissement (97) qui comporte une tige plongeuse (95) solidaire du disque de répulsion (37) et un réservoir (99) contenant du fluide destiné à absorber l'énergie cinétique de l'ensemble disque de répulsion (37) - queue (43) - tige plongeuse (95) lors de la répulsion par la bobine de répulsion (35), par adaptation des formes de la tige plongeuse (95) et du réservoir (99) l'une par rapport à l'autre de manière à disposer de sections d'évacuation de fluide variables en fonction de la course de la tige plongeuse (95). La course se faisant en deux temps, accélération avec grande section de passage et course de freinage avec une section de passage progressivement réduite.

Description

DISJONCTEUR HYPER-RAPIDE
Objet de l'invention
Cette invention est relative à un disjoncteur hyper-rapide limiteur de courant utilisable en moyenne ten¬ sion et plus particulièrement adapté à la traction électri- que, dans le matériel roulant ou le matériel fixe. Elle concerne plus particulièrement la partie mécanique d'un disjoncteur hyper-rapide qui est équipé d'un circuit électro¬ nique de commande. Résumé de la technique II est bien connu que les réseaux électriques tels que ceux utilisés en traction comme en industrie deviennent de plus en plus complexes et puissants. La conception des appareils de coupure doit évoluer pour couper des courants de plus en plus grands et réduire les frais de maintenance. Un appareil de coupure de la nouvelle génération doit être rapide pour limiter le courant et diminuer les sollicitations mécaniques et thermiques de toute l'installation ainsi que l'usure de ses contacts et de sa boite de soufflage. Actuel¬ lement, les appareils de coupure comportent des mécanismes rapides ou ultra-rapides pour 1'ouverture des contacts et une boîte de soufflage dans laquelle l'arc créé est confiné et refroidi. Ces appareils entraînent des frais significatifs dus aux interventions d'entretien et aux remplacements des pièces d'usure. Parmi les problèmes rencontrés, on sait que l'in¬ terruption d'un circuit électrique est susceptible d'entraî¬ ner une vitesse excessive de déplacement d'éléments du dispo¬ sitif interrupteur. Il peut être nécessaire de maîtriser la vitesse de ces éléments pendant un court laps de temps après l'interruption. Plus leur vitesse est élevée, plus le frei¬ nage qui leur est imposé doit être efficace.
A titre d'illustration, on citera par exemple le document FR-A-2 438 333 qui décrit un interrupteur électrique de puissance classique, équipé d'un amortisseur comprenant un cylindre entièrement rempli d'huile dans lequel se déplace un piston relié de manière articulée à l'interrupteur. Ce piston, qui est muni d'orifices, est freiné par endroits le long de sa course dans le cylindre, quel que soit le sens de son déplacement.
Un autre exemple est donné par le document DE-U-6606297 qui décrit une pompe amortisseuse pour disjonc¬ teur électrique; un piston muni d'orifices obturables par des soupapes de retour se déplace également dans un cylindre contenant du liquide d'amortissement. La structure de ce dispositif est étudiée pour permettre, lors de la mise hors circuit, d'éteindre rapidement les arcs électriques intenses, tout en éteignant également, à une distance d'extinction convenable, les arcs électriques critiques, de faible inten¬ sité.
Diverses associations entre des mécanismes et des circuits de commande à semi-conducteurs ont été proposées. La demande de brevet européen N° 0 184 566 décrit un appareil dans lequel la coupure, sans arc significatif, est obtenue grâce à l'adjonction d'un circuit oscillant, commandé par semi-conducteurs et dont la self est utilisée comme bobine de répulsion, à un mécanisme hyper-rapide à maintien magnétique dans lequel un même élément fait à la fois office de disque de -répulsion et de pont de contact mobile. Le mécanisme est associé à un circuit oscillant par 1'intermédiaire de semi-conducteurs de puissance et comprend notamment:
- une bobine de répulsion de forme spirale, située dans une masse isolante et faisant office de self du circuit oscil¬ lant,
- un disque métallique faisant office de pont de contact et collaborant avec la bobine de répulsion; - un ensemble mobile à mouvement alternatif;
- un aimant permanent ou un bobinage de maintien et une cu¬ lasse magnétique insérés dans cet ensemble mobile,
- une armature collaborant avec la culasse magnétique en liaison avec le disque.
Dans le cas de l'appareillage qui y est décrit, on obtient un effort de répulsion qui prend très vite une impor¬ tance considérable. Le déplacement du disque de répulsion est arrêté sur des amortisseurs décrits comme étant une couche de matériau déformable.
La demande de brevet européen n° 0 348 584 propose un disjoncteur hyper-rapide assisté par un circuit de com¬ mande à semi-conducteurs, comportant une bobine de répulsion, un disque de répulsion associé à un pont de contact portant les contacts mobiles, ledit disque de répulsion collaborant avec ladite bobine de répulsion, et un moyen de maintien des contacts à l'état fermé, disjoncteur hyper-rapide dans lequel le moyen de maintien consiste en un ressort de maintien agissant sur le disque de répulsion associé au pont de con- tact via un moyen de retenue agissant sur une queue solidaire dudit disque de répulsion, moyen de retenue qui exerce une pression suffisante pour résister à une pression de contact imposée et qui est agencé de manière rétractable lors de la répulsion du disque sous l'effet de la bobine de répulsion. Le moyen d'amortissement ou de freinage n'y est pas décrit en détail mais, dans les figures, on a représenté un amortis¬ seur classique.
En vue de permettre l'obtention d'accélérations importantes afin de séparer le plus rapidement possible les contacts du disjoncteur, il' est prévu que le moyen d'amortis¬ sement ou de freinage n'agit pas sur la partie mobile pendant une première partie de la.course. C'est pourquoi on a disso¬ cié la partie mobile du moyen d'amortissement en prévoyant une course libre de la partie mobile avant que celle-ci ne soit ralentie. Il en résulte qu'au moment où la partie mobile rencontre en pleine vitesse le moyen d'amortissement ou de freinage, il se produit un impact violent générateur de destructions diverses, d'autant plus qu'on se trouve en présence d'accélérations de l'ordre de 30.000 g et de vitesses de l'ordre de 30 m/s.
En outre, les moyens d'amortissement classiques font appel à un fluide qui est forcé de traverser un ou des orifices pour créer des pertes de charge par accroissement de vitesse. Au vu des accélérations et vitesses importantes de la partie mobile à freiner, les vitesses de fluide sont tellement élevées que les jets de celui-ci sont capables de détruire les éléments tels que les joints ou buselures de guidage. Un tel problème est susceptible de se poser dans une pompe amortisseuse telle que celle décrite dans le document DE-U-6 660 297 mentionné ci-avant.
De plus, après une manoeuvre de coupure de circuit électrique, la partie mobile du disjoncteur et la partie mobile du moyen d'amortissement se trouvent en fin de course et il y a lieu de réarmer le disjoncteur et donc de refermer le circuit électrique. Dans le cas du moyen d'amortissement décrit, le déplacement de la partie active du moyen d'amor¬ tissement est en général plus lent que celui de la partie mobile du disjoncteur, ce dernier devant être rapide afin d'éviter la formation de pré-arcs. Il en résulte que, si le disjoncteur déclenche à nouveau, avant que la partie active du moyen d'amortissement ne soit ramenée en position de départ, la partie mobile du disjoncteur ne trouve plus de frein et vient s'écraser contre la partie active du moyen d'amortissement.
On a tenté de résoudre cette difficulté en reliant les parties mobiles entre elles moyennant un jeu correspon¬ dant à la course libre ou en faisant appel à un ressort de rappel sur le moyen d'amortissement. Ces solutions résistent toutefois très mal aux impacts et exigent des entretiens et/ou remplacements fréquents. But de l'invention
La présente invention vise à fournir un disjoncteur hyper-rapide qui ne présente pas les inconvénients susmen¬ tionnés, plus particulièrement un disjoncteur hyper-rapide du type susmentionné équipé d'un moyen d'amortissement qui permet une accélération importante au début de la course de la partie mobile du disjoncteur et un freinage progressif, sans rebondissement et sans faire appel à une butée mécani¬ que, sur la fin de la course. Le moyen d'amortissement doit être prévu pour permettre une accélération de 1 ' ordre de 30.000 g ou plus fournissant une vitesse allant jusqu'à 40 m/s sur une distance très réduite de 1 'ordre de 2 à 3 mm puis de freiner progressivement la partie mobile jusqu'à l'arrêter sur une course de 30 à 40 mm en limitant les solli¬ citations. Il doit être de construction simple et robuste et peu onéreux et ne pas exiger d'entretiens fréquents. Eléments essentiels de l'invention
Conformément à la présente invention, le disjonc¬ teur hyper-rapide assisté par un circuit de commande à semi¬ conducteurs, comporte une bobine de répulsion, un disque de répulsion associé à un pont de contact portant les contacts mobiles, ledit disque de répulsion collaborant avec ladite bobine de répulsion, un moyen de retenue des contacts à l'état fermé, qui exerce une pression suffisante pour résis¬ ter à une pression de contact imposée et qui est agencé de manière libérale lors de la répulsion du disque sous l'effet de la bobine de répulsion, et un moyen d'amortissement, ledit moyen d'amortissement comportant une tige plongeuse solidaire du disque de répulsion et un réservoir contenant du fluide destiné à absorber l'énergie cinétique de l'ensemble disque de répulsion - tige plongeuse lors de la répulsion par la bobine de répulsion, par adaptation des formes de la tige plongeuse et du réservoir l'une par rapport à l'autre de manière à disposer de sections d'évacuation de fluide varia¬ bles en fonction de la course de la tige plongeuse. La présente 'invention fournit ainsi un disjoncteur hyper-rapide décrit ci-dessus équipé d'un moyen d'amortisse- ment simple, qui permet un freinage du mouvement de la partie mobile dudit disjoncteur sans impact contre une butée mécani¬ que mobile ou fixe, sur une course réduite, tout en permet- tant une ouverture rapide des contacts en début de course. En effet, si les formes du réservoir et de la tige plongeuse sont adaptées de telle sorte qu'au début de course la section d'évacuation est relativement grande et qu'au fur et à mesure que la tige plongeuse s'enfonce dans le réservoir de fluide, ladite section se rétrécit, le freinage est progressif tout en permettant une accélération importante en début de course. Etant donné que, par ailleurs, la tige plongeuse est soli- daire du disque de répulsion, l'appareil ne subit pas les inconvénients dus aux impacts de la partie mobile du disjonc¬ teur sur une partie active du moyen d'amortissement.
De préférence, l'ensemble disque de répulsion-tige plongeuse est d'un seul tenant. Il n'y a aucun jeu mécanique possible entre ces éléments, qui se déplacent à la même vitesse après la répulsion. Cette forme de réalisation est spécialement adaptée à un disjoncteur hyper-rapide, dans lequel les accélérations et vitesses très élevées atteintes causeraient rapidement une dégradation d'éléments reliés entre eux par des moyens mécaniques à un ou plusieurs degrés de liberté. L'ensemble disque de répulsion-tige plongeuse peut consister en une pièce unique ou en plusieurs pièces solidarisées par exemple par soudure, ou par assemblage. Ces pièces peuvent notamment être vissées sous une précon- trainte telle qu'aucun jeu ne soit susceptible d'apparaître entre elles lors des accélérations ou décélérations liées au fonctionnement du disjoncteur hyper-rapide.
On constate également que le dispositif de l'inven¬ tion ne requiert pas de mécanisme particulier tel qu'ajuta- ges, ou mécanismes mobiles tels que clapets ... etc qui sont généralement sensibles aux pannes et qui ne fait pas appel à un ressort dont on a décrit les inconvénients ci-dessus. On utilise pour le freinage le mouvement d'un fluide qui ne subit ni usure ni rupture. En cas de réarmement du disjonc- teur, le moyen d'amortissement est immédiatement prêt à entrer une nouvelle fois en action, même si la course a été incomplète.
Un autre avantage réside dans le fait que le dispo¬ sitif de l'invention est autocentreur. Pour des raisons de simplification de la fabrica¬ tion, le réservoir présente avantageusement une forme essen¬ tiellement cylindrique et la tige plongeuse présente une extrémité profilée s'élargissant à partir de l'extrémité. On a constaté qu'une forme profilée constituée par une succession de troncs de cône présentant des angles de conicité différents, ou par une courbe continue permettant d'obtenir un effort de freinage le plus constant possible. La caractéristique de freinage peut être ajustée par l'adap¬ tation de cette courbe. On peut également prévoir une tige plongeuse cylindrique ou rectangulaire essentiellement droite associée à un réservoir dont la face interne est profilée et est par exemple constituée d'une succession de troncs de cône à conicité différente l'une par rapport à l'autre ou d'une courbe continue permettant d'obtenir un effort de freinage le plus constant possible.
Comme déjà mentionné dans la demande du brevet européen n° 0 348 584, la partie mobile du disjoncteur hyper- rapide est constituée en une matière relativement légère afin de réduire l'inertie. De manière analogue, la tige plongeuse peut également être constituée d'une matière légère, notam¬ ment un alliage d'aluminium à haute résistance. L'augmenta¬ tion de la masse de la partie mobile est ainsi relativement faible par rapport au disjoncteur décrit dans la demande de brevet européen n° 0 184 566 ou 0 348 584 (susmentionnée) .
Il y a encore lieu de noter que la course de frei¬ nage est indépendante de la vitesse maximum atteinte par la partie mobile du disjoncteur conforme à l'invention. Brève description des figures
L'invention est décrite plus en détail ci-dessous, à l'appui des dessins dans lesquels :
- la figure 1 est une vue d'ensemble en coupe d'un disjonc¬ teur conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue schématique en détail de la partie mobile d'un disjoncteur hyper-rapide, les orga¬ nes d'armement du disjoncteur et le carter de celui-ci étant omis pour des raisons de clarté et - la figure 3 est une vus schématique d'une variante d'exécu¬ tion. Description détaillée d'une forme d'exécution préférée
Dans les figures, des repères de références identiques représentent des éléments identiques ou analogues. Le disjoncteur 1 conforme à la présente invention comporte un cylindre 3 obturé à une extrémité par un couvercle de fond 5 qui y est fixé par 1'intermédiaire d'une bride 7, d'une bague 9 logée dans une gorge correspondante 11 dudit cylin¬ dre, le couvercle étant serré moyennant des vis ou boulons 13, et obturé à 1'autre extrémité par un deuxième couvercle 15 qui y est fixé de manière analogue par une bride 17, une bague 19 et des vis ou boulons 21. Ledit cylindre 3 comporte, à l'intérieur, un piston
25 qui peut coulisser dans celui-ci, et un ressort de pres¬ sion 27 qui s'appuie sur le couvercle de fond 5 et sur un épaulement 29 pratiqué dans ledit piston. Ledit piston est surmonté d'un fourreau 31 qui traverse le couvercle 15 dans son ouverture centrale correspondante 16. Ledit fourreau 31 est surmonté, à son extrémité libre, du moyen de retenue portant le repère général 33.
Le disjoncteur conforme à la présente invention est surmonté d'une bobine de répulsion 35 avantageusement coulée dans une résine 35*, le tout étant assemblé par des boulons ou tiges filetées 36.
Il comporte encore un disque de répulsion 37 asso¬ cié à un pont de contact 39 portant les contacts mobiles 41, et à une queue 43 et tige plongeuse 95 décrites plus en détail ci-après.
Le moyen de retenue 33 monté sur 1'extrémité du fourreau 31 par vissage par exemple comporte une pluralité de billes ou galets 51 qui sont appliqués contre la queue 43 du disque de répulsion 37 moyennant une pression réglable. En effet, un pousseur 53 actionné par un ressort 55 logé dans un guide 57, de préférence 'cylindrique, obturé par un couver¬ cle 59, et muni d'une butée 61 empêchant l'enfoncement exces¬ sif du pousseur, appuie sur une bille ou galet 51.
La queue 43 est rendue solidaire du disque de répulsion 37. La queue 43 comporte, de préférence, 4 plans inclinés 62 qui s'écartent de l'axe 38 en s'éloignant du disque de répulsion 37 et est munie, à l'extrémité proche du disque de répulsion 37 d'un épaulement 63 et, à l'extrémité libre, d'une gorge 65. Le disjoncteur comporte encore un moyen d'amortissement décrit plus en détail ultérieurement. A l'état de repos, le ressort 27 qui est de préfé¬ rence précomprimé maintient le piston 25 et, de ce fait, le fourreau 31 en position haute, le disque de répulsion se trouvant en position basse, éloigné de la bobine de répul¬ sion.
Pour armer le disjoncteur conforme à la présente invention (partie gauche de la figure 1), il y a lieu d'in- troduire de l'air sous pression par le ou les conduits 75 pratiqués dans le couvercle 15. La chambre délimitée par la paroi du cylindre 3, le couvercle 15 et le piston 25 se remplit d'air comprimé et sous la pression ainsi exercée, le ressort de maintien 27 se comprime et le piston 25 est abaissé entraînant avec lui le fourreau 31 et le moyen de retenue 33. Un joint d'étanchéité 77 maintient l'étanchéité entre le fourreau 31 et le couvercle 15. Un autre joint d'étanchéité 79 est destiné à maintenir l'étanchéité entre le piston 25 et le cylindre 3. Afin d'empêcher que le moyen de retenue 33 n'en¬ traîne avec lui le disque de répulsion 37, vu la pression des billes ou galets 51 sur une surface inclinée 61 par rapport à l'axe 38, ledit disque 37 est retenu par des butées fixes 83. II y a lieu de noter que la paroi cylindrique du piston 25 joue également le rôle de butée mécanique du res¬ sort 27 empêchant que celui-ci soit comprimé à spires jointi- ves. La paroi cylindrique est encore dimensionnée de manière telle que, lorsque le ressort 27 est comprimé au maximum, les billes ou galets 51 s'engagent dans les gorges 65.
Pour fermer le disjoncteur 1 conforme à la présente invention da:_s les meilleures conditions, c'est-à-dire rela¬ tivement rapidement, il y a lieu de veiller à ce que le ressort de maintien 27 puisse rapidement libérer l'énergie emmagasinée. Pour ce faire, on peut mettre l'air comprimé à l'atmosphère par des conduits d'échappement 85 éventuellement équipés de soupapes à échappement rapide. Dans ce cas, on limite la formation de pré-arcs. Le fourreau 31 solidaire dudit piston 25 entraîne avec lui, via le moyen de retenue, et plus particulièrement les billes ou galets 51, la queue 43, la tige plongeuse 95 et, partant, le disque de répulsion 37 jusqu'à ce que le pont de contact portant les contacts mobiles entre en contact avec les contacts fixes (figure 1, partie droite) .
La force des ressorts 55 doit donc être suffisante pour maintenir les billes ou galets 51 dans les gorges 65 durant cette étape et pour assurer une pression de contact optimale.
Supposons à présent que le courant croît de manière inadmissible dans le circuit électrique dans lequel est inséré le disjoncteur conforme à la présente invention. Dans ce cas, le circuit électronique de commande envoie une impul- sion de courant en forme d'ogive dans la bobine de répulsion 35 et par effet électrodynamique sur les courants induits dans le disque 37. Il en résulte, l'établissement d'une force de répulsion particulièrement élevée. Cette force élevée permet de déloger les billes ou galets 51 des gorges 65 par écrasement des ressorts 55 libérant ainsi la poulie mobile. Le disque de répulsion associé au pont de contact 39 et à la queue 43 solidaire de la tige plongeuse 95, soumis à la force de répulsion subit une accélération particulièrement élevée; ce qui réduit le risque de formation d'arc et d'usure de con- tacts ou créant rapidement une distance suffisante entre les contacts fixes et mobiles.
Le disque de répulsion ainsi accéléré entre 20.000 et 40.000 g à des vitesses comprises entre 10 et 50 m/s sur 1 à 5 mm doit ensuite être freiné sur une course de 20 à 40 mm. Le rôle de freinage est joué par l'amortisseur 97 et par les billes ou galets 51 qui permettent également une immobi¬ lisation vers le bas du disque 37.
En référence à la figure 2, le moyen d'amortisse¬ ment 97 comporte essentiellement la tige plongeuse 95 soli- daire du disque de répulsion 37 et un réservoir de fluide 99. Les formes de la tige 95 et du réservoir 99 sont adaptées de telle sorte que la section de la tige qui pénètre dans le réservoir 99 fait varier la section annulaire d'évacuation de fluide comprise entre ladite tige et ledit réservoir au cours de son déplacement. Selon la forme d'exécution repré¬ sentée, le réservoir 99 présente une forme essentiellement cylindrique comportant une zone profilée conique alors que l'extrémité de la tige 95 est constituée par une succession de troncs de cône ayant un angle de conicité différent l'un de l'autre. Il en résulte que la section annulaire de fuite par laquelle le fluide 101 contenu dans ledit réservoir 99 est expulsé se réduit de plus en plus au cours de la répul- sion, maintenant une force de freinage importante malgré la réduction de vitesse des pièces en mouvement.
Le réservoir de fluide 99 est avantageusement logé dans un fourreau 103 fermé par un couvercle 104, qui est équipé, du côté opposé audit réservoir de moyens d'étanchéi- fication, notamment trois joints, un joint d'étanchéité 105, un joint fixe 106 et un joint racleur 107. Les joints d'étan- chéification sont avantageusement retenus dans leur logement par des moyens connus en soi tels que des bagues élastiques ou des assemblages vissés et collés. La tige plongeuse 95 est avantageusement guidée dans une bague de guidage 109 avec garnissage autolubrifiant 110. Cette bague est avantageusement disposée entre le réser¬ voir 99 et les joints 105, 107.
Ladite bague de guidage 109 est avantageusement équipée d'une jupe de protection 113 qui empêche que les jets de fluide ne viennent détériorer la bague autolubrifiante 110 et/ou les joints 105 et 107.
Un volume d'air 102 est prévu au-dessus du niveau supérieur du fluide 101. Etant donné que le réservoir 99 est fermé par la bague 109, le volume total occupé par le fluide 101 et l'air 102 est constant. La pénétration de la tige plongeuse 95 dans le fluide 101 lors de la répulsion induit une montée correspondante du niveau du fluide 101 à l'inté¬ rieur du réservoir 99, cette montée étant compensée par la compression du volume d'air 102.
Le réservoir 99 est, dans la forme d'exécution représentée, constitué d'une pièce unique. Une alternative avantageuse consiste à fabriquer le réservoir en deux parties, la partie servant au freinage de la tige plongeuse 95 étant surmontée par une bague d'entretoisement.
Selon une forme d'exécution préférée, la tige plongeuse est constituée en un alliage léger à haute résis- tance traité en surface au moins sur la partie entrant en contact avec la bague autolubrifiante et les joints 105 et 107. Dans le cas de l'exemple, on a utilisé un alliage d'alu¬ minium traité par anodisation dure.
La tige plongeuse 95 peut être formée, d'une pièce avec le disque de répulsion 37 et/ou avec la queue 43. On peut toutefois également prévoir un assemblage, notamment un assemblage vissé collé.
Le fourreau 103 dans lequel sont logés les divers éléments est avantageusement introduit par le bas dans le disjoncteur hyper-rapide et fixé par une bride 115 sur la surface externe du couvercle de fond 5.
On a également constaté de par la forme des pièces que le fourreau comportant notamment le réservoir avec son plein de fluide peut éventuellement être introduit de manière couchée dans le disjoncteur sans que le fluide ne puisse s'échapper (facilité au montage, par exemple).
En référence à la figure 3, on a représenté une autre forme d'exécution dans laquelle la tige plongeuse 95 solidaire du disque de répulsion 37 est de forme essentiel- lement droite cylindrique ou rectangulaire et associée à un réservoir de fluide 99 dont la face interne est profilée par une courbe construite de sorte que ledit réservoir soit écrasé vers le haut.

Claims

REVENDICATIONS
1. Disjoncteur hyper-rapide assisté par un circuit de commande à semi-conducteurs, comportant une bobine de répulsion, un disque de répulsion (37) associé à un pont de contact (39) portant les contacts mobiles (41) , ledit disque de répulsion (37) collaborant avec ladite bobine de répulsion (35), un moyen de retenue des contacts à l'état fermé qui exerce une pression suffisante pour résister à une pression de contact imposée et qui est agencé de manière libérale lors de la répulsion du disque (37) sous l'effet de la bobine de répulsion (35), et un moyen d'amortissement (97), caractérisé en ce que ledit moyen d'amortissement (97) comporte une tige plongeuse (95) solidaire du disque de répulsion (37) et un réservoir (99) contenant du fluide destiné à absorber l'éner- gie cinétique de l'ensemble disque de répulsion (37) - tige plongeuse (95) lors de la répulsion par la bobine de répul¬ sion (35) , par adaptation des formes de la tige plongeuse (95) et du réservoir (99) l'une par rapport à l'autre de manière à disposer de sections d'évacuation de fluide varia- blés en fonction de la course de la tige plongeuse (95) .
2. Disjoncteur hyper-rapide selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble disque de répulsion (37)- tige plongeuse (95) est d'un seul tenant.
3. Disjoncteur hyper-rapide selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le réservoir
(99) présente une forme essentiellement cylindrique ou rec¬ tangulaire droite et la tige plongeuse (95) présente une extrémité profilée s'élargissant à partir de l'extrémité.
4. Disjoncteur hyper-rapide selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la tige plon¬ geuse (95) présente une extrémité profilée constituée par une succession de troncs de cône présentant des angles de coni¬ cité différents, ou par une courbe continue permettant d'ob¬ tenir un effort de freinage essentiellement constant.
5. Disjoncteur hyper-rapide selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le réservoir comporte une zone conique (100) .
6. Disjoncteur hyper-rapide selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la tige plongeuse (95) présente une forme essentiellement droite cylindrique ou rectangulaire et est associée à un réservoir de fluide (99) dont la face interne est profilée de sorte que ledit réservoir est écrasé vers la sortie.
7. Disjoncteur hyper-rapide selon l'une quelconque des revendications 1 et 6 caractérisé en ce que le réservoir est profilé par une courbe continue permettant d'obtenir un effort de freinage essentiellement constant.
8. Disjoncteur hyper-rapide selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le disque de répulsion (37) et la tige plongeuse (95) sont constitués d'un matière légère, notamment un alliage d'alumi¬ nium à haute résistance.
9. Disjoncteur hyper-rapide selon 1'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le réservoir de fluide (99) est logé dans un fourreau (103) équipé de moyens d'étanchéification, notamment un joint d'étanchéité (105), un joint fixe (106) et un joint racleur (107).
10. Disjoncteur hyper-rapide selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la tige plongeuse (95) est guidée dans une bague de guidage autolu¬ brifiante (109, 110) de préférence disposée entre le réser- voir (99) et les joints (105,107), ladite bague de guidage étant de préférence équipée d'une jupe de protection (113).
11. Disjoncteur hyper-rapide selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la tige plongeuse (95) est traitée en surface au moins sur la partie entrant en contact avec la bague de guidage (109, 110) et les joints (105, 107).
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