EP0780861B1 - Dispositif électrique à communtation d'arc - Google Patents

Dispositif électrique à communtation d'arc Download PDF

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EP0780861B1
EP0780861B1 EP96402803A EP96402803A EP0780861B1 EP 0780861 B1 EP0780861 B1 EP 0780861B1 EP 96402803 A EP96402803 A EP 96402803A EP 96402803 A EP96402803 A EP 96402803A EP 0780861 B1 EP0780861 B1 EP 0780861B1
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Jean Abot
Nicolas Hertzog
Michel Ledroit
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Schneider Electric Industries SAS
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01H9/46—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using arcing horns
    • H01H9/465—Shunt circuit closed by transferring the arc onto an auxiliary electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/121—Protection of release mechanisms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H89/00—Combinations of two or more different basic types of electric switches, relays, selectors and emergency protective devices, not covered by any single one of the other main groups of this subclass
    • H01H89/06—Combination of a manual reset circuit with a contactor, i.e. the same circuit controlled by both a protective and a remote control device

Definitions

  • the present invention relates to an electrical device with separable contacts like contactor, circuit breaker, limiter or contactor circuit breaker, capable of being connected to a load via a conduction path main comprising a control or protection member, this device further comprising a conduction path for bypassing the control or protection, this path being capable of being set work by switching a cutting arc.
  • Such an apparatus comprises a main current path with a thermomagnetic trip device, separable contacts with single break, and an electronic switch arranged in series with the contacts and shuntable by a bypass path.
  • the trigger causes the contacts to open; this opening is accompanied by an arc which is pulled between the contacts and is immediately transferred to the path bypass, so that the electronic switch remains protected for the contact opening phase.
  • the object of the present invention is to increase the impedance of the main conduction path when opening the contacts in a electrical device with double cut-off and bypass path activated by arc switching.
  • the device comprises a single upstream electrode of arc transfer arranged in the immediate vicinity of the upstream contacts for collect one foot of the upstream arc as soon as the contacts open, this electrode being connected to a bypass path which bypasses the downstream contacts and the bridge mobile, which is electrically conductive and which is susceptible to be connected to a connection point located downstream of the organ to be protected.
  • the electric arc switching device illustrated in Figure 1 is part of a protective device of the electrodynamic limiter type where is integrated into a device of the contactor, circuit breaker, contactor-circuit breaker type or starter, it comprises in a box 10 two contacts upstream and downstream mobile 11A, 11B arranged on a mobile contact bridge 12 and likely to cooperate each with an upstream fixed contact 13A and respectively a downstream fixed contact 13B.
  • Contacts can be controlled by a control device 14 for example constituted by a contactor electromagnet, by a circuit breaker lock or by a device manual control and acting on deck 12 via a part drive not shown, or by opening means to electrodynamic effect.
  • the apparatus comprises a main current path 15 which is established when the contacts are closed.
  • This main road has the bridge mobile 12 and two parts 15A, 15B located respectively upstream and downstream of the bridge and comprising conductive parts 16A, 16B which on the one hand carry the fixed contacts 13A, 13B and which on the other hand lead to respective terminals 17A, 17B constituted in the present example by external connection terminals.
  • upstream and Downstream means the side of the appliance which is connected to an energy source 18 and respectively the side of the device connected to a load 19 via a member control or protection 33 which one wishes to protect against the effects short-circuit or cut-off overcurrents.
  • the device has a transfer electrode arcing 20 associated with the upstream contacts 11A, 13A and located a short distance from the fixed contact 13A to collect, when the contacts open, the arc foot associated with the fixed contact (see figure 2).
  • the electrode 20 is separated from the j-shaped end 20A of the fixed conduction piece 16A of the path main current 15 by a small and fixed spacing e, sufficiently large to ensure the insulation distance in normal operation required, but small enough to be crossed by the foot of the upstream arch generated during a fault cut.
  • the electrode 20 is suitably isolated from the part 16a and connected by an electrically conductive path 21, bypassing downstream contacts 11B, 13B, at a connection point 22 located on the current line downstream of the member 33 to be protected, to establish of a cut and with the only upstream arc a bypass path of the charge.
  • the connection of the electrode 20 with the connection point 22 is carried out by external wiring by means of a connection terminal 21B external of the device ( Figures 1 and 2), or by internal connection to the device ( Figure 3).
  • the respective impedances ZA, ZB between the upstream contacts 11A, 13A and downstream contacts 11B, 13B are negligible when the contacts are closed.
  • the upstream and downstream arc voltage drops cause a increase in impedances ZA, ZB; from a current threshold, the arc upstream appeared between contacts 13A and 11A is switched to electrode 20 by skipping the fixed interval e (see figure 2) to appear between the contact fixed 13A - or the corresponding area of the fixed contact piece - and the electrode 20, while the impedance ZB increases until reaching a infinite value.
  • the upstream arc transferred between the workpiece fixed contact and electrode 20 reduces the electrothermal stress on the contact upstream mobile 11A and mobile bridge.
  • An impedance 23 of fixed ZC value or variable - for example a simple resistance or a coefficient resistance positive temperature - can be placed on the bypass path, as shown in dashes in Figure 1.
  • the device is integrated into a device housing 10 comprising upstream another mobile double bridge cut 30 requested by a circuit breaker lock 31 which is part of the control device 14 or which is autonomous if the circuit breaker box is separated from the housing 10 (as indicated by the separation in broken lines).
  • the lock 31 cooperates with an electromagnet 32 which belongs an device 14 and which controls the movable bridge 12 to open the contacts 11, 13 by voluntary order or when an overcurrent is noted by the release of lock 31.
  • the protected load can then be consisting of an internal electronic device 33 switch or soft start.
  • the downstream connection point 34 of the bypass path 21 with the main path 15 is then located in the housing 10.
  • detector means not indicated act on the means of command 14 which cause the opening of the movable bridge 12 and the birth an upstream arc between the contacts 11A, 13A and a downstream arc between the contacts 11B, 13B.
  • Arc voltage drops introduce respectively into the main current path an upstream impedance ZA and a downstream impedance ZB; the foot of the upstream arc associated with the fixed contact 13A is driven towards the electrode 20 by blowing means which are not indicated, so that impedance ZA is inserted in bypass path 21, while the impedance ZB remains included in the main path 15 and becomes infinite.

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Description

La présente invention concerne un dispositif électrique à contacts séparables du genre contacteur, disjoncteur, limiteur ou contacteur disjoncteur, susceptible d'être relié à une charge via un chemin de conduction principal comprenant un organe de commande ou de protection, ce dispositif comprenant en outre un chemin de conduction de dérivation de l'organe de commande ou de protection, ce chemin étant susceptible d'être mis en oeuvre par commutation d'un arc de coupure.
Un tel appareil, décrit dans le document EP-104 981, comprend un chemin de courant principal doté d'un déclencheur magnétothermique, de contacts séparables à simple coupure, et d'un interrupteur électronique disposé en série avec les contacts et shuntable par un chemin de dérivation. Lorsqu'une forte surintensité affecte le chemin principal, le déclencheur provoque l'ouverture des contacts ; cette ouverture s'accompagne d'un arc qui est tiré entre les contacts, puis est transféré immédiatement au chemin de dérivation, de sorte que l'interrupteur électronique reste protégé pendant la phase d'ouverture des contacts.
Il serait souhaitable d'utiliser pour certaines applications une telle commutation d'arc tout en bénéficiant de la qualité d'interruption d'un appareil à double coupure.
Dans le document EP-589 779 est décrit un dispositif électrique à commutation d'arc du genre disjoncteur électromécanique à double coupure par pont mobile doté de contacts séparables dits « amont »- du côté de la source d'énergie - et de contacts séparables dits « aval »- du côté de la charge, ce disjoncteur utilisant un chemin de dérivation tel que défini précédemment. Dans ce disjoncteur connu, il est toutefois désavantageux que, lorsqu'apparaít un arc de coupure, le chemin de courant dérivé shuntant l'organe à protéger mette en oeuvre les chutes de tension d'arc à la fois entre les points de coupure amont et entre les points de coupure aval, ce qui entraíne une augmentation d'impédance susceptible de favoriser un réamorçage du chemin de courant principal.
La présente invention a pour but d'augmenter l'impédance du chemin de conduction principal lors d'une ouverture des contacts dans un dispositif électrique à double coupure et à chemin de dérivation activé par commutation d'arc.
Selon l'invention, le dispositif comprend une seule électrode amont de transfert d'arc disposée au voisinage immédiat des contacts amont pour recueillir un pied de l'arc amont dès l'ouverture des contacts , cette électrode étant reliée à un chemin de dérivation qui shunte les contacts aval et le pont mobile, qui est électriquement conducteur et qui est susceptible d'être relié à un point de connexion situé en aval de l'organe à protéger.
Il en résulte que l'impédance de l'arc aval qui se présente dans le chemin de conduction principal favorise la commutation de l'arc vers le chemin de dérivation.
La description qui va être faite en regard des dessins explicite un mode de réalisation de l'invention.
  • la figure 1 illustre schématiquement un dispositif électrique à contacts séparables selon l'invention à l'état fermé.
  • la figure 2 montre le même appareil au cours de l'ouverture des contacts sur courant de défaut.
  • la figure 3 montre une variante de réalisation de l'appareil.
Le dispositif électrique à commutation d'arc illustré sur la figure 1 fait partie d'un appareil de protection du genre limiteur électrodynamique où est intégré à un appareil du genre contacteur, disjoncteur, contacteur-disjoncteur ou démarreur, il comprend dans un boítier 10 deux contacts mobiles amont et aval 11A, 11B disposés sur un pont de contact mobile 12 et susceptibles de coopérer chacun avec un contact fixe amont 13A et respectivement un contact fixe aval 13B. Les contacts peuvent être commandés par un dispositif de commande 14 par exemple constitué par un électroaimant de contacteur, par une serrure de disjoncteur ou par un organe de commande manuelle et agissant sur le pont 12 via une pièce d'entraínement non représentée, ou encore par des moyens d'ouverture à effet électrodynamique.
L'appareil comprend un chemin de courant principal 15 qui est établi lorsque les contacts sont fermés. Ce chemin principal comporte le pont mobile 12 et deux parties 15A, 15B situées respectivement en amont et en aval du pont et comprenant des pièces conductrices 16A, 16B qui d'une part portent les contacts fixes 13A, 13B et qui d'autre part aboutissent à des bomes respectives 17A, 17B constituées dans le présent exemple par des bornes de connexion externe. On désigne par les qualificatifs « amont » et « aval » le côté de l'appareil qui est raccordé à une source d'énergie 18 et respectivement le côté de l'appareil raccordé à une charge 19 via un organe de commande ou de protection 33 que l'on souhaite protéger contre les effets des surintensités de court-circuit ou de coupure.
Selon l'invention, l'appareil présente une électrode de transfert d'arc 20 associée aux contacts amont 11A, 13A et située à faible distance du contact fixe 13A pour recueillir, quand les contacts s'ouvrent, le pied d'arc associé au contact fixe (voir figure 2). L'électrode 20 est séparée de l'extrémité 20A en forme de j de la pièce de conduction fixe 16A du chemin principal de courant 15 par un espacement e faible et fixe, suffisamment grand pour assurer en fonctionnement normal la distance d'isolement requise, mais suffisamment petit pour être franchi par le pied de l'arc amont engendré lors d'une coupure sur défaut. L'électrode 20 est convenablement isolée de la pièce 16a et reliée par un chemin 21 électriquement conducteur, en dérivation des contacts aval 11B, 13B, à un point de connexion 22 situé sur la ligne de courant en aval de l'organe 33 à protéger, pour établir lors d'une coupure et avec le seul arc amont un chemin de dérivation de la charge. Selon les cas, la liaison de l'électrode 20 avec le point de connexion 22 s'effectue par câblage externe au moyen d'une borne 21B de connexion externe de l'appareil (figures 1 et 2), ou par liaison interne à l'appareil (figure 3).
Les impédances respectives ZA, ZB entre les contacts amont 11A, 13A et contacts aval 11B, 13B sont négligeables lorsque les contacts sont fermés. Lorsque les contacts s'ouvrent et que des phénomènes d'arc se manifestent, les chutes de tension d'arc amont et d'arc aval entraínent une augmentation des impédances ZA, ZB ; à partir d'un seuil de courant, l'arc amont apparu entre les contacts 13A et 11A est commuté vers l'électrode 20 en sautant l'intervalle fixe e (voir figure 2) pour se manifester entre le contact fixe 13A - ou la zone correspondante de la pièce de contact fixe - et l'électrode 20, tandis que l'impédance ZB augmente jusqu'à atteindre une valeur infinie. ll convient de noter que l'arc amont transféré entre la pièce de contact fixe et l'électrode 20 réduit la sollicitation électrothermique du contact mobile amont 11A et du pont mobile. Une impédance 23 de valeur ZC fixe ou variable - par exemple une résistance simple ou une résistance à coefficient de température positif - peut être interposée sur le chemin de dérivation, comme indiqué en tirets sur la figure 1.
Dans la variante illustrée sur la figure 3, le dispositif est intégré à un boítier 10 d'appareil comportant en amont un autre pont mobile à double coupure 30 sollicité par une serrure 31 de disjoncteur qui fait partie du dispositif de commande 14 ou qui est autonome si le boítier du disjoncteur est séparé du boítier 10 (comme indiqué par la séparation en traits mixtes).
La serrure 31 coopère avec un électroaimant 32 qui appartient an dispositif 14 et qui commande le pont mobile 12 pour ouvrir les contacts 11, 13 par commande volontaire ou lorsqu'une surintensité est constatée par le déclenchement de la serrure 31. La charge protégée peut alors être constituée par un dispositif électronique interne 33 interrupteur ou de démarrage progressif. Le point de connexion aval 34 du chemin de dérivation 21 avec le chemin principal 15 est alors situé dans le boítier 10.
Le dispositif décrit en regard des figures 1 et 2 fonctionne de la manière suivante.
Lorsqu'une surintensité se produit dans le chemin de courant principal, des moyens détecteurs non indiqués agissent sur les moyens de commande 14 qui provoquent l'ouverture du pont mobile 12 et la naissance d'un arc amont entre les contacts 11A, 13A et d'un arc aval entre les contacts 11B, 13B. Les chutes de tension d'arc introduisent respectivement dans le chemin de courant principal une impédance amont ZA et une impédance aval ZB ; le pied de l'arc amont associé au contact fixe 13A est chassé vers l'électrode 20 par des moyens de soufflage non indiqués, de sorte que l'impédance ZA est insérée dans le chemin de dérivation 21, tandis que l'impédance ZB reste incluse dans le chemin principal 15 et devient infinie.
On obtient ainsi un transfert plus franc du courant vers le chemin de dérivation tout en éliminant le risque de le voir reprendre le chemin principal.

Claims (4)

  1. Dispositif électrique à commutation d'arc comprenant deux contacts fixes amont et aval prévus pour coopérer avec des contacts mobiles amont et aval d'un pont mobile (12) et reliés par des parties respectivement amont (15A) et aval (15B) d'un chemin de courant principal (15) à deux bornes de connexion respectivement amont et aval auxquelles sont respectivement raccordables une source d'énergie et une charge (19) via un organe de commande ou de protection (33) à protéger, et comprenant un dispositif de commande (14) de l'ouverture du pont de contact et une électrode de transfert d'arc (20) reliée à un chemin de dérivation de courant (21) shuntant l'organe à protéger (33), caractérisé par le fait que le dispositif électrique de commutation ne comprend qu'une seule électrode de transfert d'arc (20), celle-ci étant disposée au voisinage immédiat du contact fixe amont (13A), et par le fait que le chemin de dérivation de courant (21) shunte les contacts aval (11B,13B) et le pont mobile (12), est électriquement conducteur et est susceptible d'être relié à un point de connexion situé en aval de l'organe à protéger (33).
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lors de l'ouverture du pont mobile (12) provoquant l'apparition d'un arc aval et d'un arc amont de coupure, l'impédance entre le contact fixe amont (13A) et l'électrode de transfert d'arc (20) est insérée dans le chemin de dérivation de courant (21), alors que l'impédance entre le contact fixe aval (13B) et le contact mobile aval (11B) reste incluse dans le chemin principal (15) et devient infinie.
  3. Appareil comprenant le dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le chemin de dérivation de courant (21) est relié à une borne de connexion aval externe (21B).
  4. Appareil comprenant le dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le chemin de dérivation de courant (21) est relié à un point de connexion aval interne (34).
EP96402803A 1995-12-21 1996-12-18 Dispositif électrique à communtation d'arc Revoked EP0780861B1 (fr)

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AU (1) AU723390B2 (fr)
BR (1) BR9606127A (fr)
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DE (1) DE69616488D1 (fr)
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