EP1020882B1 - Chambre d'extinction d'arc dont les parois latérales sont en matériau composite, et appareillage de coupure comportant une telle chambre - Google Patents
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- EP1020882B1 EP1020882B1 EP99410175A EP99410175A EP1020882B1 EP 1020882 B1 EP1020882 B1 EP 1020882B1 EP 99410175 A EP99410175 A EP 99410175A EP 99410175 A EP99410175 A EP 99410175A EP 1020882 B1 EP1020882 B1 EP 1020882B1
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- H01H9/34—Stationary parts for restricting or subdividing the arc, e.g. barrier plate
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- H01H9/342—Venting arrangements for arc chutes
Definitions
- the invention relates to an arc extinguishing chamber whose side walls are made of composite material, as well as a switchgear device comprising such a chamber.
- High-voltage low-voltage circuit breakers most often have separable contacts arranged at the entrance of an arc extinction chamber.
- an electric arc arises between the contacts and propagates in an arc extinguishing chamber intended to absorb the energy of the arc while maintaining its voltage.
- the chamber comprises a plurality of separators arranged transversely to the arc and intended to split the arc. This fractionation makes it possible to increase the voltage of the arc and to cool it by heat exchange with the separators.
- the separators are supported by two side walls of the chamber, arranged facing each other perpendicular to the separators. These side walls must essentially ensure the mechanical maintenance of the separators and the electrical insulation.
- the chamber is subjected to very high thermal, mechanical and electrical stresses: to fix the ideas, a current of 200 000 amperes maintained for 4 ms at a voltage of arc of 500 volts releases an energy of 400 kJ.
- the plasma column forming the arc can reach a temperature between 4000 and 20000 Kelvin.
- the separators are subjected during the break to electrodynamic forces tending to move them away from each other.
- the pressure in the quench chamber can simultaneously reach 1.4 MPa.
- the side walls must withstand these stresses without becoming themselves conductive or releasing gas with low dielectric strength.
- the walls consist of a laminate composed of successive layers of thermosetting resin reinforced with fiberglass.
- the glass fibers give the walls their mechanical rigidity.
- the glass fibers contain elements of low ionization potential.
- the elements having a low ionization potential inside the fibers ionize and hinder the arc extinction process, in particular for voltages greater than 400 volts.
- molten glass beads appear on the surface due to ablation of the resin, and promote the adhesion of metal particles released in the chamber by melting the separators.
- document FR-2,616,009 proposes a three-layer composite laminate structure.
- the outer layers consist of a multitude of flax fiber fibers impregnated with melamine resin while the inner layer consists of a multitude of glass fibers woven and impregnated with melamine resin.
- the layer comprising the glass fibers gives the structure its rigidity, while the surface layer comprising flax fibers remains non-conductive even during and after exposure to the arc.
- This laminate material is satisfactory in applications where it is only exposed to the arc on the side of its layer comprising flax fibers.
- the material poses some problems in an architecture requiring that a song of the lateral wall is exposed to the arc.
- circuit breaker comprising, for a given phase, two poles connected in parallel, each having a breaking chamber, the breaking chambers being connected to one another by a communication orifice formed in the adjacent side walls of the two chambers and allowing the circulation of gases.
- a circuit breaker of this type is described in the French patent application bearing the national registration number 98/06206. With such a cut of the laminated material plate, the layer comprising glass fibers is flush with the surface of the edge, resulting in vulnerability in this area. It is naturally possible to affix an additional layer comprising flax fiber to specifically protect this area, but this solution is expensive.
- thermoplastic polyamide polymer matrix containing a cellulosic material wrapped in a polyamide.
- cured melamine-formaldehyde resin wherein the polyamide and the enveloped cellulosic material are present in a ratio of 6: 1 to 1: 1.
- the material used is supposed to confer dielectric properties at least equal to those of thermosets, and better mechanical properties.
- the thermoplastic nature of the material is problematic from the point of view of the temperature resistance, especially during the progressive diffusion, during and after cutting, of the heat stored by the metal separators, or in practice about 30% of the cutoff energy.
- the polyamide of the walls tending to soften when the temperature climbs, it undergoes deformations quickly rendering the room unusable. This is why this solution is not applicable to high-level circuit breakers.
- the invention therefore aims to overcome the drawbacks of the state of the art, so as to provide a high performance switching chamber sidewall structure for low-voltage circuit breakers of high caliber generating arc energies of around 400 kJ. It aims in particular to determine such a structure whose edges are also resistant to cutting.
- an arc extinction chamber intended to be placed opposite separable contact members of a switchgear and to extinguish the arc generated by the separation of said contact members, comprising: two side walls facing each other, each comprising a composite structure laminated to at least two layers, and a plurality of spaced plates, arranged between the side walls and held by the side walls, one of said layers comprising a polyamide fabric impregnated with a thermosetting resin.
- the resin is not simply disposed between two layers of fabric, but at least partially coats the fibers or yarns constituting the fabric.
- each of the layers of the laminated composite structure comprises a polyamide fiber fabric at least partially coated with a thermosetting resin.
- the structure obtained is then produced at low cost.
- thermosetting resin is of the type obtained by condensation of formaldehyde with melamine.
- thermosetting resin contains flame retardant elements. Such a structure ensures even better performance.
- a second aspect of the invention relates to a switchgear comprising a chamber as defined above.
- a hexapole circuit breaker 10 comprises an insulating casing formed by the assembly of a rear base 12, an intermediate frame 14 with open bottoms and a front face 16, which delimit a posterior compartment. and an anterior compartment on either side of an anterior partition 18 of the intermediate frame 14.
- a control mechanism 20 of the circuit breaker 10 which acts on a switching shaft 22 common to all poles of the circuit breaker.
- This mechanism 20 is attached to the anterior partition 18 of the intermediate frame 14.
- the rear compartment is itself divided into elementary compartments by intermediate partitions 24, 25 (see Figure 4) of the intermediate frame 14.
- a pole of the circuit breaker In each elementary compartment is housed a pole of the circuit breaker.
- Each pole comprises a separable contact device and an arc extinction chamber 26.
- the separable contact device comprises a fixed contact member 28 directly supported by a first connection area 30 of the circuit breaker crossing the base 12 of the insulating housing, and a movable contact member 32.
- the latter is provided with a plurality of fingers of contacts 34 in parallel mounted pivotably on a first transverse axis 36 of a support cage 38.
- the heel of each finger is connected to a second connection pad 40 passing through the base 12, via a braid 42 made of conductive material.
- the connection pads 30, 40 are intended to be connected to the upstream and downstream network, for example through a set of bars.
- the end of the cage 38 located near the second connection pad 40 is equipped with an axle housed in a bearing integral with the insulating housing, so as to allow the pivoting of the cage 38 between an open position and a closed position of the pole about a geometric axis 44 shown in Figure 2.
- a device with contact pressure springs 46 is arranged in a notch of the cage 38 and urges the contact fingers 34 pivotally about the first axis 36 in the opposite direction of clockwise.
- Each contact finger 34 comprises a contact pad 47 which, in the position shown in FIG. 2, is in contact with a single pad 49 disposed on the fixed contact member 28.
- the cage 38 is coupled to the switching 22 by a transmission rod so that the rotation of the shaft 22 induces a pivoting of the cage 38 about the axis 44.
- the structure of the arc extinguishing chamber 26 is more particularly visible in FIG. 3.
- the chamber comprises a juxtaposition of separators consisting of metal deionization lamellae 50 of the electric arc.
- the separators are assembled on an insulating support having two lateral flanges 52.
- the inner face of each flange 52 is provided with notches cooperating with complementary asperities of the flaps for the positioning thereof.
- a composite outer wall 56 is disposed substantially perpendicular to the side cheeks and the deionization plates. This wall constitutes a frame for the assembly of the lateral cheeks. It comprises exhaust ports for the evacuation of cutoff gases, and a stack of intermediate filters 58 intended to limit pollution of the external environment.
- FIG. 4 shows how the arc extinction chamber 26 is inserted into one of the elementary compartments of the circuit breaker, here a lateral compartment delimited by an intermediate partition 24 and one of the external lateral partitions 60 of the intermediate frame. 14. This construction allows the verification of the state of the poles of the circuit breaker and the replacement of the quenching chamber 26 with a reduced number of manipulations.
- the extinguishing device is completed by a lower arc guiding horn 62, fixed to the base 12 and electrically connected to the stationary contact member 28 of the pole, which delimits downwardly the entrance to the extinguishing chamber. 26.
- the fixed contact 28 has, in the area directly opposite the front end of the fingers 34 of the movable contact member 32, a profiled flange 64 approximately complementary to the profile of the fingers 34, rising towards the protuberance of the horn lower 62 to provide overall with it a profile without notorious rupture of slope.
- This zone of the fixed contact known as a spark arrester, makes it possible to eliminate the risks of deterioration of the contact pads 47 and 49.
- the arc is initially drawn between the firescreen and the front end of the fingers 34, and migrates immediately to come implant between the protrusion of the horn 62 and the front portion of the fingers 34, avoiding any displacement from the arc to the pellets 47, 49 or any priming therein.
- the arch extends in front of the chamber and penetrates in the usual way.
- the poles of the circuit breaker 10 are paired in pairs so as to form three groups of two adjacent poles.
- twinning is meant the electrical connection in parallel of the fixed contact members 28 of the two poles on the one hand and the movable contact members 32 of the two poles of the other.
- this pairing is done outside the housing, at the free ends of the connection pads 30, 40 of the contacts to be connected, by interposition of two terminal strips 66 visible for one of the poles in FIG. bars being fixed by each of their ends to a corresponding portion of each range 30, 40 protruding out of the housing.
- the three intermediate partitions 24 separating two twin compartments differ from the other two intermediate partitions 25 in that they comprise a communication light 68 of substantially rectangular section, as can be seen in FIGS. 2, 4 and 5.
- This light is located at near the contact zone, at the entrance to the extinguishing chamber. It is arranged in such a way that the lower arc horns 62 of the two paired poles are facing each other on either side of the light.
- the lumen 68 extends substantially to the height of the upper horns 54.
- the light In the direction of the length, measured along an axis perpendicular to the preceding axis and to the pivot axis 44 of the movable contact member 32, the light extends on either side of the inlet into the chamber 26. In short, the inputs of the two extinguishing chambers 26 are practically not separated by the partition wall 24.
- the side cheeks 52 of the extinction chambers 26 have a cutout 70 corresponding to the light 68 of the intermediate partition 24 separating the twin poles.
- the face of the lateral cheeks 52 of each extinction chamber 26 opposite the intermediate partition 24, 25 adjacent, is contiguous over its entire surface to the partition.
- Each lateral chamber cheek 52 consists of a laminated composite material structure 100 comprising three superposed layers 102, 104, 106, represented in FIG. 6.
- all the layers are identical and each composed of a polyamide fabric.
- the fabric gives the structure its tensile strength.
- the resin gives the material its consistency and compressive strength. It occupies not only the space between the different layers of fabric, but also the space between the threads of each layer of fabric, so that each thread is more or less coated with resin.
- each layer 102, 104, 106 is composed of a resin-impregnated fabric.
- the polyamide used may be a polyamide Pa 6 or Pa 6.6.
- a stratified structure corresponding to these criteria is marketed by ITEN Industries (Ashtabula, Ohio, USA) under the reference "Resiten N-9".
- the composite structure 100 can be obtained according to a method shown diagrammatically in FIG. 7.
- a strip 120 of polyamide fabric coming from a roll 122 passes in continuous flow in a resin bath 124 fed by a reservoir 126, then in a tunnel 128 of heating, connected to a boiler 130. Under the effect of heat, the resin melts then cures by a cross-linked polymerization process.
- the coated fabric is cut into sheets 132 by a cutting press 134.
- the sheets 132 are stacked.
- the stack 136 is passed through a press 138 under high pressure, at a temperature of about 140 ° C to 210 ° C, so as to cause interlaminar flow of the resin, allowing adhesion between the sheets 132. are then cut into a second cutting press 142, so as to give them the final shape in accordance with their use.
- thermosetting resin ensures the mechanical strength of the wall, because the polyamide is a thermoplastic material, reversible in liquid beyond 300 ° C.
- FIG. 8 shows a cross section of a cheek according to a second embodiment of the invention, which differs from the previous one only in the lesser thickness of the resin layer 100 separating two successive layers of fabric.
- the mechanical and dielectric characteristics of this cheek are more homogeneous.
- the performances obtained are of the same order as that of the previous example. This illustrates the probably preponderant importance of the resin coating the yarns of the polyamide fabric and impregnating the fabric with respect to that located further from the polyamide yarns, between two layers of fabric.
- the weave of the fabric can be simple (plain weave) or complex.
- the different sheets constituting the different layers of the structure can be stacked in the same direction, or alternatively in different directions, so as to obtain particular mechanical characteristics.
- the structure may also comprise, in addition to one or more layers composed of melamine reinforced polyamide fabric layers of different nature.
- the coating of the fibers of the polyamide fabric may be partial or complete.
- the thermosetting resin can usefully contain elements flame retardants, such as inorganic fillers hydrated or not (magnesium hydroxides, zinc borate ...), nitrogen compounds, phosphorus compounds, organohalogen compounds, or organophosphorus compounds.
- the number of layers is variable according to the needs. Good results are obtained with a structure of overall thickness of 1 to 3 mm, comprising 2 to 20 layers.
- the invention is not limited to the particular type of chamber described in the exemplary embodiment.
- the shape and arrangement of the separators can be arbitrary.
- the chamber may or may not be removable relative to the housing that contains it.
- the invention has been described with reference to a particular circuit breaker with two polar compartments per phase, connected to one another by an opening, the invention is not limited to this type of switchgear. cut. It is naturally applicable to any type of switchgear using arc extinguishing chambers.
- the invention is intended to apply also to rooms whose walls do not necessarily have edges exposed to the arc.
Landscapes
- Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
- Breakers (AREA)
Description
- L'invention concerne une chambre d'extinction d'arc dont les parois latérales sont en matériau composite, ainsi qu'un appareillage de coupure comportant une telle chambre.
- Les disjoncteurs basse tension de fort calibre comportent le plus souvent des contacts séparables disposés à l'entrée d'une chambre d'extinction d'arc. Lors de la séparation des contacts provoquée par un déclencheur suite à une surintensité, un arc électrique naît entre les contacts et se propage dans une chambre d'extinction d'arc destinée à absorber l'énergie de l'arc en maintenant sa tension. La chambre comporte une pluralité de séparateurs disposés transversalement à l'arc et destinés à fractionner l'arc. Ce fractionnement permet d'augmenter la tension de l'arc et de le refroidir par échange thermique avec les séparateurs. Les séparateurs sont supportés par deux parois latérales de la chambre, disposées en regard l'une de l'autre perpendiculairement aux séparateurs. Ces parois latérales doivent essentiellement assurer le maintien mécanique des séparateurs et l'isolation électrique.
- La chambre est soumise à des contraintes thermiques, mécaniques et électriques très élevées : pour fixer les idées, un courant de 200 000 ampères maintenu pendant 4 ms à une tension d'arc de 500 volts dégage une énergie de 400 kJ. La colonne de plasma formant l'arc peut atteindre une température située entre 4000 et 20000 Kelvins. Les séparateurs sont soumis durant la coupure à des forces électrodynamiques tendant à les éloigner les uns des autres. La pression dans la chambre d'extinction peut simultanément atteindre 1,4 MPa.
- Les parois latérales doivent supporter ces contraintes sans devenir elles-mêmes conductrices ni dégager de gaz à faible tenue diélectrique.
- Traditionnellement, les parois sont constituées d'un stratifié composé de couches successives de résine thermodurcissable renforcée de fibre de verre. Les fibres de verre confèrent aux parois leur rigidité mécanique. Toutefois les fibres de verre contiennent des éléments de faible potentiel d'ionisation. L'expérience montre que, lorsque ces fibres de verre sont soumises à des températures élevées, les éléments ayant un faible potentiel d'ionisation à l'intérieur des fibres s'ionisent et gênent le processus d'extinction d'arc, notamment pour des tensions supérieures à 400 Volts. De plus, des billes de verre en fusion apparaissent à la surface du fait de l'ablation de la résine, et favorisent l'adhésion de particules métalliques dégagées dans la chambre par la fusion des séparateurs. La résistance de surface des parois, prise entre deux points proches chacun d'un des contacts séparés, diminue donc pendant la coupure. Pour ces raisons, le risque d'échec de la coupure est important.
- Pour palier ce problème, le document FR-2 616 009 propose une structure stratifiée composite à trois couches. Les couches externes sont constituées d'une multitude de fibres de tissu de lin imprégnées de résine de mélamine alors que la couche interne est constituée d'une multitudes de fibres de verre tissées et imprégnées de résine de mélamine. La couche comportant les fibres de verres confère à la structure sa rigidité, alors que la couche superficielle comportant des fibres de lin reste non conductrice même pendant et après exposition à l'arc. Ce matériau stratifié s'avère satisfaisant dans les applications ou il n'est exposé à l'arc que du côté de sa couche comportant des fibres de lin. Par contre, le matériau pose quelques problèmes dans une architecture exigeant qu'un chant de la paroi latérale soit exposé à l'arc. Une telle architecture se rencontre par exemple dans le cas d'un disjoncteur comportant, pour une phase donnée, deux pôles connectés en parallèle, disposant chacun d'une chambre de coupure, les chambres de coupure étant reliées l'une à l'autre par un orifice de communication pratiqué dans les parois latérales adjacentes des deux chambres et permettant la circulation des gaz. Un disjoncteur de ce type est décrit dans la demande de brevet français portant le numéro d'enregistrement national 98/06206. Avec une telle découpe de la plaque de matériau stratifié, la couche comportant des fibres de verre affleure à la surface du chant, d'où une vulnérabilité dans cette zone. Il est naturellement possible d'apposer une couche supplémentaire comportant de la fibre de lin pour protéger spécifiquement cette zone, mais cette solution est onéreuse.
- Il a été proposé par ailleurs dans le document DE-A-43 22 351, de remplacer les résines thermodurcissables à base de mélamine renforcée en fibres cellulosiques de coton ou de lin par une matrice polymère thermoplastique en polyamide contenant une matière cellulosique enveloppée d'une résine de mélamine-formaldéhyde durcie, dans laquelle le polyamide et la matière cellulosique enveloppée sont présents dans un rapport de 6 :1 à 1 :1. Le matériau utilisé est sensé conférer des propriétés diélectriques au moins égales à celles des thermodurs, et de meilleures propriétés mécaniques. Toutefois, l'expérience montre que le caractère thermoplastique du matériau pose problème du point de vue de la tenue en température, notamment lors de la diffusion progressive, pendant et après la coupure, de la chaleur emmagasinée par les séparateurs métalliques, soit en pratique environ 30 % de l'énergie de coupure. Le polyamide des parois tendant à se ramollir lorsque la température monte, il subit des déformations rendant rapidement la chambre inutilisable. C'est la raison pour laquelle cette solution n'est pas applicable aux disjoncteurs de calibre élevé.
- L'invention vise donc à remédier aux inconvénients de l'état de la technique, de manière à proposer une structure de paroi latérale de chambre de coupure performante pour les disjoncteurs basse tension de calibre élevé dégageant des énergies d'arc avoisinant les 400 kJ. Elle vise notamment à déterminer une telle structure dont les arêtes soient également résistantes à la coupure.
- Le documents US 4 733 032 decrit un dispositif selon le préambule des revendications 1 et 5.
- Selon un premier aspect de l'invention, cet objectif est atteint grâce à une chambre d'extinction d'arc électrique destinée à être placée en regard d'organes de contact séparables d'un appareillage de coupure et à éteindre l'arc généré par la séparation desdits organes de contact, comportant : deux parois latérales en regard l'une de l'autre, comportant chacune une structure composite stratifiée à au moins deux couches, et une pluralité de plaques espacées, disposées entre les parois latérales et maintenues par les parois latérales, une desdites couches comportant un tissu polyamide imprégné d'une résine thermodurcissable. La résine n'est pas simplement disposée entre deux couche de tissu, mais enrobe au moins partiellement les fibres ou les fils constitutifs du tissu.
- Préférentiellement, chacune des couches de la structure composite stratifiée comporte un tissu de fibres polyamides au moins partiellement enrobées par une résine thermodurcissable. Ainsi, la structure obtenue est alors produite à faible coût.
- Selon un mode de réalisation la résine thermodurcissable est du type obtenu par condensation de formaldéhyde avec de la mélamine.
- Avantageusement, la résine thermodurcissable contient des éléments ignifugeants. Une telle structure assure des performances encore meilleures.
- Un deuxième aspect de l'invention concerne un appareillage de coupure comportant une chambre telle que définie précédemment.
- D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre de différents modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple non limitatifs et représentés aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 représente une vue en perspective éclatée d'un disjoncteur selon l'invention ;
- la figure 2 représente une coupe longitudinale du disjoncteur de la figure 1, suivant un plan médian d'un pôle jumelé du disjoncteur ;
- la figure 3 représente une vue éclatée d'une chambre d'extinction d'arc d'un pôle du disjoncteur selon l'invention ;
- la figure 4 représente une vue en perspective partiellement éclatée d'un compartiment postérieur du disjoncteur de la figure 1, montrant plus particulièrement un orifice de communication entre deux pôles jumelés selon l'invention ;
- la figure 5 représente une coupe transversale montrant deux pôles jumelés ;
- la figure 6 représente une coupe transversale d'une paroi latérale d'une chambre selon la figure 3 ;
- la figure 7 représente schématiquement un procédé de fabrication d'une paroi latérale de chambre selon la figure 3 ;
- la figure 8 représente schématiquement une coupe transversale d'une paroi latérale selon un deuxième mode de réalisation d'une chambre selon la figure 3.
- En référence aux figures 1 et 2, un disjoncteur 10 hexapolaire comporte un boîtier isolant formé par l'assemblage d'un socle postérieur 12, d'un châssis intermédiaire 14 à fonds ouverts et d'une face avant 16, qui délimitent un compartiment postérieur et un compartiment antérieur de part et d'autre d'une cloison antérieure 18 du châssis intermédiaire 14. Dans le compartiment antérieur est logé un mécanisme de commande 20 du disjoncteur 10, qui agit sur un arbre de commutation 22 commun à l'ensemble des pôles du disjoncteur. Ce mécanisme 20 est rapporté sur la cloison antérieure 18 du châssis intermédiaire 14. Le compartiment postérieur est lui-même subdivisé en compartiments élémentaires par des cloisons intercalaires 24, 25 (cf. figure 4) du châssis intermédiaire 14. Dans chaque compartiment élémentaire est logé un pôle du disjoncteur. Chaque pôle comporte un dispositif de contacts séparables ainsi qu'une chambre d'extinction d'arc 26.
- Le dispositif de contacts séparables comporte un organe de contact fixe 28 directement supporté par une première plage de raccordement 30 du disjoncteur traversant le socle 12 du boîtier isolant, et un organe de contact mobile 32. Celui-ci est doté d'une pluralité de doigts de contacts 34 en parallèle montés à pivotement sur un premier axe transversal 36 d'une cage de support 38. Le talon de chaque doigt est connecté à une deuxième plage de raccordement 40 traversant le socle 12, par l'intermédiaire d'une tresse 42 en matériau conducteur. Les plages de raccordement 30, 40 sont destinées à être raccordées au réseau amont et aval, par exemple à travers un jeu de barres. L'extrémité de la cage 38 située à proximité de la deuxième plage de raccordement 40 est équipée d'un axe logé dans un palier solidaire du boîtier isolant, de façon à autoriser le pivotement de la cage 38 entre une position ouverte et une position fermée du pôle autour d'un axe géométrique 44 matérialisé sur la figure 2. Un dispositif à ressorts de pression de contact 46 est disposé dans une encoche de la cage 38 et sollicite les doigts de contact 34 en pivotement autour du premier axe 36 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Chaque doigt de contact 34 comporte une pastille de contact 47 qui, dans la position représentée sur la figure 2, est en contact avec une pastille unique 49 disposée sur l'organe de contact fixe 28. La cage 38 est accouplée à l'arbre de commutation 22 par une biellette de transmission de telle sorte que la rotation de l'arbre 22 induise un pivotement de la cage 38 autour de l'axe 44.
- La structure de la chambre d'extinction d'arc 26 est plus particulièrement visible sur la figure 3. La chambre comporte une juxtaposition de séparateurs constitués par des lamelles 50 métalliques de déionisation de l'arc électrique. Les séparateurs sont assemblés sur un support isolant comportant deux joues latérales 52. La face interne de chaque joue 52 est pourvue d'encoches coopérant avec des aspérités complémentaires des lamelles pour le positionnement de celles-ci. De la même manière est assuré le positionnement d'une corne d'arc supérieure 54. Une paroi externe 56 composite est disposée sensiblement perpendiculairement aux joues latérales et aux lamelles de déionisation. Cette paroi constitue un cadre pour l'assemblage des joues latérales. Elle comporte des orifices d'échappement pour l'évacuation des gaz de coupure, et un empilement de filtres intermédiaires 58 destinés à limiter la pollution du milieu extérieur.
- On voit sur la figure 4 comment la chambre d'extinction d'arc 26 vient s'insérer dans l'un des compartiments élémentaires du disjoncteur, ici un compartiment latéral délimité par une cloison intercalaire 24 et une des cloisons latérales externes 60 du châssis intermédiaire 14. Cette construction permet la vérification de l'état des pôles du disjoncteur et le remplacement de la chambre d'extinction 26 avec un nombre réduit de manipulations.
- Le dispositif d'extinction est complété par une corne de guidage d'arc inférieure 62, fixée au socle 12 et connectée électriquement à l'organe de contact fixe 28 du pôle, qui délimite vers le bas l'entrée de la chambre d'extinction 26. Le contact fixe 28 a, dans la zone directement en regard de l'extrémité frontale des doigts 34 de l'organe de contact mobile 32, un rebord profilé 64 approximativement complémentaire du profil des doigts 34, remontant vers la protubérance de la corne inférieure 62 pour assurer globalement avec celle-ci un profil sans rupture notoire de pente. Cette zone du contact fixe, dite pare-étincelles, permet d'éliminer les risques de détérioration des pastilles de contact 47 et 49. En effet, lors de l'ouverture des organes de contact, le mouvement initial de pivotement de la cage 38 autour de son axe 44 - dans le sens horaire sur la figure 2 - provoque un pivotement des doigts mobile 34 autour de leur axe 36 dans le sens contraire. Dans cette phase initiale, ce mouvement conjugué entraîne un rapprochement de la partie frontale des doigts 34 et du pare-étincelles et une entrée en contact, avant que les pastilles de contact 47, 49 ne se séparent. Lorsque la séparation des pastilles 47, 49 a lieu, les doigts 34 sont dans une position telle que l'écartement entre les pastilles 47, 49 croît plus rapidement que l'écartement entre la corne inférieure 62 et les doigts 34 du contact mobile 32. Par conséquent, l'arc est tiré initialement entre le pare-étincelles et l'extrémité frontale des doigt 34, et migre immédiatement pour venir s'implanter entre la protubérance de la corne 62 et la partie frontale des doigts 34, en évitant tout déplacement de l'arc vers les pastilles 47, 49 ou tout amorçage au niveau de celles-ci. Lorsque l'ouverture se poursuit, l'arc s'étend devant la chambre et y pénètre de la manière habituelle.
- Les pôles du disjoncteur 10 sont jumelés deux à deux de manière à former trois groupes de deux pôles adjacents. On entend par jumelage le branchement électrique en parallèle des organes de contact fixes 28 des deux pôles d'une part et des organes de contact mobiles 32 des deux pôles de l'autre. En pratique, ce jumelage se fait hors du boîtier, au niveau des extrémités libres des plages de raccordement 30, 40 des contacts à raccorder, par interposition de deux barrettes de raccordement 66 visibles pour l'un de pôles sur la figure 4, ces deux barrettes étant fixées par chacune de leurs extrémités à une partie correspondante de chaque plage 30, 40, saillant hors du boîtier.
- Les trois cloisons intercalaires 24 séparant deux compartiments jumelés diffèrent des deux autres cloisons intercalaires 25 en ce qu'elles comportent une lumière de communication 68 de section sensiblement rectangulaire, comme on le voit sur les figures 2, 4 et 5. Cette lumière se situe au voisinage de la zone de contact, au niveau de l'entrée dans la chambre d'extinction. Elle est disposée de telle manière que les cornes d'arc inférieures 62 des deux pôles jumelés soient en regard l'une de l'autre de part et d'autre de la lumière. Dans le sens de la hauteur, mesurée suivant un axe perpendiculaire au socle 12, la lumière 68 s'étend sensiblement jusqu'à la hauteur des cornes supérieures 54. Dans le sens de la longueur, mesurée suivant un axe perpendiculaire à l'axe précédant et à l'axe de pivotement 44 de l'organe de contact mobile 32, la lumière s'étend de part et d'autre de l'entrée dans la chambre 26. En définitive, les entrées des deux chambres d'extinction 26 ne sont pratiquement pas séparées par la cloison intercalaire 24. Il est ainsi possible de définir une embouchure d'entrée commune aux deux chambres d'extinction 26, qui se matérialise, dans une section droite perpendiculaire à l'axe longitudinal, par un orifice commun sensiblement rectangulaire dont le rebord est défini en suivant le rebord de la corne supérieur 54 de l'un des pôles, le rebord de la corne supérieure 54 du pôle jumelé, une partie de la paroi de la cloison intermédiaire 25 sans lumière de ce pôle jumelé, le rebord supérieur protubérant de la corne inférieure 62 du pôle jumelé, le rebord correspondant de la corne inférieure 62 du premier pôle et une partie de la paroi de la cloison intermédiaire 25 sans lumière - ou de la cloison latérale externe 60, suivant le cas - du premier pôle. Comme on le voit particulièrement sur les figures 2 à 4, les joues latérales 52 des chambres d'extinction 26 ont une découpe 70 correspondant à la lumière 68 de la cloison intermédiaire 24 séparant les pôles jumelés. La face des joues latérales 52 de chaque chambre d'extinction 26 en regard de la cloison intermédiaire 24, 25 adjacente, est accolée sur toute sa surface à la cloison.
- Chaque joue latérale 52 de chambre 26 est constituée par une structure 100 en matériau composite stratifiée comportant trois couches superposées 102, 104, 106, représentées sur la figure 6. Dans cet exemple, toutes les couches sont identiques et composées chacune d'un tissu polyamide composé de fils ou de fibres de trame 108 et de fils ou de fibres de chaîne 109 formant une armure de toile enrobée d'une résine thermodurcissable 110 obtenue par condensation de formaldéhyde avec de la mélamine de formule C3N6H6. Le tissu donne à la structure sa résistance à la traction. La résine donne au matériau sa cohérence et sa résistance à la compression. Elle occupe non seulement l'espace entre les différentes couches de tissu, mais également l'espace entre les fils de chaque couche de toile, de sorte que chaque fil est plus ou moins enrobé de résine. En d'autres termes, chaque couche 102, 104, 106 est composée d'une toile imprégnée de résine. Le polyamide utilisé peut être un polyamide Pa 6 ou Pa 6.6. Une structure stratifiée correspondant à ces critères est commercialisée par la société ITEN Industries (Ashtabula, Ohio, USA) sous la référence " Resiten N-9 ".
- La structure composite 100 peut être obtenue selon un procédé schématisé sur la figure 7. Une bande 120 de tissu polyamide issue d'un rouleau 122 passe en flux continu dans un bain de résine 124 alimenté par un réservoir 126, puis dans un tunnel 128 de chauffe, relié à une chaudière 130. Sous l'effet de la chaleur, la résine fond puis durcit par une processus de polymérisation réticulée. En sortie du tunnel 128, le tissu enduit est découpé en feuilles 132 par une presse de découpe 134. En sortie, les feuilles 132 sont empilées. La pile 136 est passé dans une presse 138 sous haute pression, à une température d'environ 140°C à 210°C, de manière à provoquer un écoulement interlaminaire de la résine, permettant une adhésion entre les feuilles 132. Les plaques 140 obtenues sont ensuite découpées dans une seconde presse de découpe 142, de manière à leur donner la forme finale conforme à leur utilisation.
- Les résultats obtenus avec ce type de structure sont très intéressants. Lors d'une coupure sur court-circuit, la résine mélamine formaldéhyde s'érode et laisse apparaître le tissu de renfort en polyamide. Celui-ci dégage en particulier de l'hydrogène qui permet la formation d'un film gazeux de protection de la surface directement exposée à l'arc. En conséquence, l'adhérence des particules en fusion est très fortement diminuée. Les propriétés de résistance électrique restent optimales durant toute la phase l'exposition des parois à l'arc.
- Après l'extinction de l'arc, la chaleur emmagasinée dans les lamelles métalliques, à savoir un tiers environ de l'énergie de coupure, est dissipée, notamment par diffusion au travers des parois latérales, augmentant ainsi leur température. Dans cette phase, la résine thermodurcissable assure la tenue mécanique de la paroi, car le polyamide est quant à lui un matériau thermoplastique, réversible en liquide au delà de 300°C.
- Du fait de la volatilisation simultanée du polyamide et de la mélamine, il n'y a pas de création de point faible diélectrique, notamment au niveau des découpes 70 de la structure.
- La figure 8 représente une coupe transversale d'une joue selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, qui ne diffère du précédent que par l'épaisseur moindre de la couche de résine 100 séparant deux couches de toile successives. Les caractéristiques mécaniques et diélectriques de cette joue sont plus homogènes. Les performances obtenues sont du même ordre que celle de l'exemple précédent. Ceci illustre l'importance sans doute prépondérante de la résine enrobant les fils du tissu polyamide et imprégnant le tissu par rapport à celle située plus loin des fils polyamides, entre deux couches de tissu.
- Naturellement, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus. L'armure du tissu peut être simple (armure toile) ou complexe. Les différentes feuilles constituant les différentes couches de la structure peuvent être empilées dans un même sens, ou bien alternativement dans des sens différents, de manière à obtenir des caractéristiques mécaniques particulières. La structure peut également comporter, en plus d'une ou plusieurs couches composées de mélamine renforcée du tissu de polyamide, des couches de nature différentes. L'enrobage des fibres du tissu polyamide peut être partiel ou complet. La résine thermodurcissable peut utilement contenir des éléments ignifugeants, tels que des charges inorganiques hydratées ou non (hydroxydes de magnésium, borate de zinc...), des composés azotés, des composés phosphorés, des composés organo-halogénés, ou des composés organo-phosphorés. Le nombre de couche est variable suivant les besoins. De bons résultats sont obtenus avec une structure d'épaisseur globale de 1 à 3 mm, comportant 2 à 20 couches.
- De même, l'invention n'est pas limitée au type particulier de chambre décrit dans l'exemple de réalisation. En particulier, la forme et la disposition des séparateurs peut être quelconque. La chambre peut ou non être amovible par rapport au boîtier qui la contient.
- Enfin, bien que l'invention ait été décrite par référence à un disjoncteur particulier avec deux compartiments polaires par phase, reliés l'un à l'autre par une ouverture, l'invention n'est pas limitée à ce type d'appareillage de coupure. Elle est naturellement applicable à tout type d'appareillage de coupure utilisant des chambres d'extinction d'arc. Les caractéristiques de tenue à la coupure des parois latérales des chambres selon l'invention, notamment au niveau des arêtes exposées à l'arc, évitent tout traitement particulier de ces arêtes. Toutefois, l'invention a vocation à s'appliquer également à des chambres dont les parois n'ont pas nécessairement des arêtes exposées à l'arc.
Claims (8)
- Chambre d'extinction d'arc électrique (26) destinée à être placée en regard d'organes de contact séparables (28, 32) d'un appareillage de coupure et à éteindre l'arc généré par la séparation desdits organes de contact (28, 32), comportant :• deux parois latérales (52) en regard l'une de l'autre, comportant chacune une structure composite stratifiée (100) à au moins deux couches (102, 104, 106),• une pluralité de plaques espacées (50), disposées entre les parois latérales (52) et maintenues par les parois latérales (52),caractérisée en ce qu'au moins une desdites couches (102, 104, 106) comporte un tissu polyamide (108, 109) imprégné d'une résine thermodurcissable (110).
- Chambre d'extinction d'arc électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que chacune des couches (102, 104, 106) de la structure composite stratifiée (100) comporte un tissu polyamide (108, 109) imprégné d'une résine thermodurcissable (110).
- Chambre d'extinction d'arc électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la résine thermodurcissable (110) est du type obtenu par condensation de formaldéhyde avec de la mélamine.
- Chambre d'extinction d'arc électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la résine thermodurcissable (110) contient des éléments ignifugeants.
- Appareillage de coupure (10) comportant :• au moins un pôle comportant• au moins une paire d'organe de contact (28, 32), l'un (32) au moins des organes de contact étant mobile de telle sorte que la paire d'organes de contact (28, 32) soit apte à prendre une position ouverte et une position fermée, et• une chambre d'extinction d'arc (26) comportant• deux parois latérales (52) en regard l'une de l'autre, comportant chacune une structure composite stratifiée (100) à au moins deux couches (102, 104, 106), et• une pluralité de plaques espacées (50), disposées entre les parois latérales (52) et maintenues par les parois latérales (52);• un mécanisme de commande (20), relié cinématiquement à la paire d'organes de contact (28, 32) de chaque pôle, et apte à séparer les paires d'organes de contact (28, 32) de chaque pôle en les faisant passer de leur position fermée à leur position ouverte,caractérisée en ce qu'au moins une desdites couches (102, 104, 106) comporte un tissu polyamide (108, 109) imprégné d'une résine thermodurcissable (110).
- Appareillage de coupure selon la revendication 5, caractérisée en ce que chacune des couches (102, 104, 106) de la structure composite stratifiée (100) comporte un tissu polyamide (108, 109) imprégné d'une résine thermodurcissable (110).
- Appareillage de coupure selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisée en ce que la résine thermodurcissable (110) est du type obtenu par condensation de formaldéhyde avec de la mélamine.
- Appareillage de coupure selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que la résine thermodurcissable contient des éléments ignifugeants.
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