EP1152445B1 - Ampoule à vide notamment pour un appareil de protection électrique tel un interrupteur ou un disjoncteur - Google Patents

Ampoule à vide notamment pour un appareil de protection électrique tel un interrupteur ou un disjoncteur Download PDF

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EP1152445B1
EP1152445B1 EP01410038A EP01410038A EP1152445B1 EP 1152445 B1 EP1152445 B1 EP 1152445B1 EP 01410038 A EP01410038 A EP 01410038A EP 01410038 A EP01410038 A EP 01410038A EP 1152445 B1 EP1152445 B1 EP 1152445B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact
contacts
arc
cartridge according
liquid
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP01410038A
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German (de)
English (en)
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EP1152445A1 (fr
Inventor
Hans Schellekens
Denis Giraud
Christophe Arnaud
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.)
Schneider Electric Industries SAS
Original Assignee
Schneider Electric Industries SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Schneider Electric Industries SAS filed Critical Schneider Electric Industries SAS
Publication of EP1152445A1 publication Critical patent/EP1152445A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1152445B1 publication Critical patent/EP1152445B1/fr
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/664—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/62—Heating or cooling of contacts
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    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/6606—Terminal arrangements
    • H01H2033/6613—Cooling arrangements directly associated with the terminal arrangements
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    • H01H33/66207—Specific housing details, e.g. sealing, soldering or brazing
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    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/662—Housings or protective screens
    • H01H33/66261—Specific screen details, e.g. mounting, materials, multiple screens or specific electrical field considerations

Definitions

  • the present invention relates to a vacuum interrupter in particular for an electrical protection apparatus such as a switch or a circuit breaker, said bulb comprising a substantially cylindrical envelope closed by two bottoms, two arcing contacts extending axially inside the the envelope of which at least one said moving contact is connected to a control mechanism and is slidably mounted between a closed position of the contacts corresponding to a rest position of the apparatus and a position in which the arc contacts are separated and form an electric arc between them, the separation of the contacts leading to the breaking of the electrical circuit, and a means for producing an axial magnetic field for scattering of the arc in the arc formation zone.
  • Such a bulb is described for example in documents FR 2 682 808 or FR 2 726 396.
  • US-A-4,704,506 discloses a vacuum interrupter according to the preamble of claim 1.
  • the present invention is based on the following new observations.
  • the behavior of the electric arc is such that despite the presence of large axial magnetic fields, the arc is concentrated especially as the intensity of the current is important.
  • the diffuse arc covering the entire surface of the contacts at the time of the low current cutoff, is transformed into a columnar arc, which arc intensely heats a reduced portion (10%) of the area of the arc contact.
  • This electric arc given the high concentration of its intensity causes the melting of the contact material at the foot of the arc.
  • the resulting liquid spreads over all the contact surfaces.
  • the liquid distributes the arc energy over the contacts.
  • Ampoules are also known in which the contacts are provided with slots. These slots are intended to reduce the currents induced when using an axial magnetic field, or to create a magnetic field either radial or axial.
  • the present invention aims to improve the breaking capacity of such bulbs without exercising manipulation on the arc.
  • the subject of the present invention is a vacuum interrupter of the kind mentioned above, this bulb being characterized in that it comprises means, said to be first, to accelerate the cooling especially of the contact material in liquid form flowing on the contact surface of the contact or contacts during the break, said liquid coming from the melting of the contact material under the effect of the concentration of the arc during the cut.
  • these first means comprise means, said seconds, for increasing the contact surface between the contact (s) and the aforementioned liquid, so as to create hidden surfaces for the arc. but accessible to the liquid.
  • these means comprise at least one slot made in one or each of the contacts and arranged to receive the aforementioned liquid and to facilitate its flow.
  • the slots are arranged to receive the liquid, unlike known prior art ampules providing slots in the contacts. Indeed, in these last bulbs, the contact liquid, given its capillarity and the arrangement of these slots, does not flow inside the slots.
  • these second means comprise at least one groove adapted to receive the aforementioned liquid and extending radially inside the (of) contact (s), from the vicinity of the central portion of (the) contact (s) to its (their) periphery.
  • these second means comprise at least one orifice made in one or each of the contacts, the said orifice (s) connecting the upper face and the lower face of the (or each) contact. and having a diameter smaller than the diameter of the electric arc.
  • these first means comprise so-called third means for increasing the flow velocity of the liquid.
  • these first means comprise second means and third means, the second means having slots and, according to the third means, the angle formed between the direction of the initial flow of the liquid and the direction of entry of the liquid into the slots. is less than or equal to 90 °.
  • one or each of the arc contacts is hollow and comprises an orifice in its contact surface giving access to the opposite surface of the contact (s), which opposite surface participates thus cooling, the supply of (the) contact (s) being performed by the periphery of (the) contact (s).
  • the edge (s) of (the) contact (s) is (are) cut (s) so as to create a turn intended to create the axial magnetic field of diffusion of the aforementioned arc.
  • the diffusion axial magnetic field created is a multipolar field and one or each of the contacts comprises as many orifices as poles.
  • FIGS. 1 and 7 show a vacuum interrupter A intended in particular to be integrated into a medium-voltage electrical circuit breaker in order to cut off an electrical circuit in the event of a fault or during a voluntary opening command. electrical circuit.
  • This bulb A comprises, in a manner known per se, a cylindrical casing 1 closed by two bottoms 2,3, two contacts 4,5, one of which 4 said fixed is integral with one of the two funds while the another 5, said mobile, is connected to a control mechanism (not shown) and is mounted to slide axially inside the casing 1 between a closed position of the contacts 4,5 corresponding to a rest position of the circuit breaker and a position in which the contacts 4,5 are separated and form an electric arc between them, the separation of the contacts resulting in the breaking of the electrical circuit.
  • This bulb A further comprises means M (FIG. 7) for producing an axial magnetic field for effecting the diffusion of the arc between the contacts.
  • Each contact 4,5 is constituted by a piece made of a base material 6 having on its contact face 7 a so-called contact material 8 may be made of the same material as the base material.
  • this bulb A comprises means, said first, to promote the cooling of the contact material 8 in liquid form flowing on the contact surface 7 of the contacts 4,5 during the cut.
  • these means comprise so-called second means for increasing the contact surface between the liquid and the contacts 4,5.
  • these second means comprise slots 10 made in one or both of the contacts 4,5.
  • Each of the (or one) of the two contacts 4,5 has a number of slots 10 partially crossing the thickness of the contact (s) 4,5 and extending radially from the vicinity of the central portion 11 contact (s) 4,5 to its (their) periphery (12).
  • the slots 10 each extend in a plane forming an angle ⁇ between 10 ° and 80 ° and preferably between 10 ° and 45 °, advantageously 30 °, with the plane P of the contact surfaces 7 of the contacts 4,5 in order to facilitate the entry of the liquid.
  • the (or each) contact 4,5 is (are) provided with grooves 13 able to receive the aforementioned liquid and extending radially, said grooves being distributed over the contact surface 7 contacts 4,5, all around the contacts 4,5, from the vicinity of the central portion 11 of (the) contact (s) 4,5 to its (their) periphery 12.
  • these second means comprise an orifice in the center of (the) contact (s) 4,5, said orifice connecting the upper face to the lower face of the contact, this arrangement being effective if the feet of arc burn around the orifice.
  • these second means comprise, for one or each of the contacts 4.5, a first orifice 14 provided in the middle of the contact 4 and giving access to a second cylindrical orifice 15 provided in the rod 16. said contact.
  • the diameter of the orifices is smaller than the diameter of the arc.
  • the periphery of the arc is increased, which has the effect of increasing the amount of liquid that can flow from the arc foot to the outer or inner periphery of the contacts.
  • the (or each) contact (s) of arc is (are) hollow and has, on its (their) contact surface 7, an orifice 17 giving access to its (their) ) opposite surface 18.
  • the supply of (the) contact (s) 4,5 is made by its (their) periphery and the opposite surface 18 therefore participates in cooling.
  • the contact 4, 5 is cut so as to create a turn (not shown) intended to create the axial magnetic field of diffusion of the aforementioned arc.
  • the diameter of the orifice is between 0.1 and 0.3 times the outer diameter of the contacts.
  • the contact area between the arcing contacts 4,5 and the liquid has been increased.
  • This extra surface is both hidden (hidden surfaces 22) for the arc plasma but accessible for the liquid, especially when it flows along the slight slope of the wings of the slots 10. It has been observed that a 50% increase in the contact area allows to increase the breaking capacity by 20%.
  • this first means for facilitating the cooling of the contact material comprises means, said third, for increasing the flow velocity of the material in liquid form on the contacts so that the liquid reaches more easily the distant surfaces of the root of the arc.
  • One of the ways to improve the flow of liquid towards surfaces remote from the root of the arc could be to play on the wettability between the liquid and the base material. This wettability can be improved either by varying the composition of the molten contact material or by changing the nature of the material on which the contact material flows.
  • Another way to increase the flow rate could be to reduce the roughness of the contact surface, for example by polishing the surface mechanically or chemically, or by polishing by the arc.
  • a means for facilitating the flow may be used in combination with the slots. This means may be to facilitate entry into the slots. To do this and as illustrated in FIG. 2, the angle ⁇ between the initially radial direction of the flow of the liquid and the direction of the slits will be less than or equal to 90 °. Such an angle of entry of the slots will have the effect of increasing up to 5% the breaking capacity.
  • Another means to facilitate entry into the slots may be to choose the direction of the axial magnetic field so that the liquid is driven towards the slots. Indeed, the current flowing through the contacts also passes through the liquid layer. At the surface, the current has axial and radial components. In the presence of the magnetic field, it creates with the current Lorentz forces acting on the liquid. Remember that this magnetic field is created by a coil provided outside or behind the contacts. An appropriate choice of the direction of the field makes it possible to increase by 2% the power of cut.
  • a known technique for dividing the arc consists in applying a so-called multipole magnetic field.
  • each of the contacts 4 comprises two contact portions 4a, 4b, each contact part comprising four through-holes 19, the orifices 19 of one of the 4a of the contact portions being located opposite the orifices 19 of the other 4b parts of contacts.
  • the arc will be subdivided into several parallel arcs and into as many sources of liquid metal.
  • the magnetic field is created on the one hand by ferromagnetic parts 21 located inside the contacts, on the other hand, by the relative rotation between the two contacts so that the magnetic resistance is minimal for the field lines which cross the space between the contacts.
  • the power supply of the contacts is carried out in the center of the contacts so that the ferromagnetic parts can be magnetized correctly.
  • the diameter of the orifices is between 0.05 and 0.4 times the outer diameter of the contacts.

Landscapes

  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Contacts (AREA)
  • Circuit Breakers (AREA)

Description

  • La présente invention concerne une ampoule à vide notamment pour un appareil de protection électrique tel un interrupteur ou un disjoncteur, ladite ampoule comprenant une enveloppe de forme sensiblement cylindrique fermée par deux fonds, deux contacts d'arc s'étendant axialement à l'intérieur de l'enveloppe dont l'un au moins dit contact mobile est relié à un mécanisme de commande et est monté coulissant entre une position de fermeture des contacts correspondant à une position de repos de l'appareil et une position dans laquelle les contacts d'arc sont séparés et forment un arc électrique entre eux, la séparation des contacts entraînant la coupure du circuit électrique, ainsi qu'un moyen de production d'un champs magnétique axial de diffusion de l'arc dans la zone de formation de l'arc.
  • Un telle ampoule est décrite par exemple dans les documents FR 2 682 808 ou FR 2 726 396.
  • Le document US-A-4 704 506 décrit une ampoule à vide selon le préambule de la revendication 1.
  • La présente invention est basée sur les observations nouvelles suivantes. Le comportement de l'arc électrique est tel que malgré la présence de champs magnétiques axiaux importants, l'arc se concentre d'autant plus que l'intensité du courant est importante. L'arc diffus, couvrant toute la surface des contacts au moment de la coupure à courant faible, se transforme en un arc en forme de colonne, lequel arc chauffe intensément une partie réduite (10%) de la surface du contact d'arc. Cet arc électrique, compte tenu de la forte concentration de son intensité entraîne la fusion du matériau de contact au pied de l'arc. Le liquide qui en résulte s'étale sur la totalité des surfaces de contact. Ainsi, le liquide répartit l'énergie d'arc au-dessus des contacts. Ceci entraîne le refroidissement de l'arc en deux étapes. Tout d'abord, l'arc chauffe le matériau de contact jusqu'à sa fusion, puis le liquide s'écoule en dehors de la zone d'arc. Des solutions ont été proposées pour mieux répartir l'énergie d'arc de manière à augmenter le pouvoir de coupure. Toutes ces solutions agissent directement sur l'arc, par exemple élargissent la surface de l'arc, subdivisent l'arc ou font bouger l'arc.
  • On connaît également par ailleurs des ampoules dans lesquelles les contacts sont pourvus de fentes. Ces fentes sont destinées à réduire les courants induits en cas d'utilisation d'un champ magnétique axial, ou bien à créer un champ magnétique soit radial soit axial.
  • La présente invention a pour but d'améliorer le pouvoir de coupure de telles ampoules sans exercer de manipulation sur l'arc.
  • A cet effet, la présente invention a pour objet une ampoule à vide du genre précédemment mentionné, cette ampoule étant caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens, dits premiers, pour accélérer le refroidissement spécialement du matériau de contact sous forme liquide s'écoulant sur la surface de contact du ou des contacts pendant la coupure, ledit liquide provenant de la fusion du matériau de contact sous l'effet de la concentration de l'arc pendant la coupure.
  • Selon une réalisation particulière de l'invention, ces premiers moyens comprennent des moyens, dits seconds, pour augmenter la surface de contact entre le(s) contact(s) et le liquide précité, de manière à créer des surfaces cachées pour l'arc mais accessibles au liquide.
  • Selon une réalisation particulière, ces moyens comprennent au moins une fente réalisée(s) dans l'un ou chacun des contacts et agencée(s) pour recevoir le liquide précité et à faciliter son écoulement.
  • Ainsi, dans cette réalisation, les fentes sont agencées pour recevoir le liquide, contrairement aux ampoules connues de l'art antérieur prévoyant des fentes dans les contacts. En effet, dans ces dernières ampoules, le liquide de contact, compte tenu de sa capillarité et de l'agencement de ces fentes, ne s'écoule pas à l'intérieur des fentes.
  • Selon une autre réalisation particulière, ces seconds moyens comprennent au moins un sillon apte à recevoir le liquide précité et s'étendant radialement à l'intérieur du(des) contact(s), à partir du voisinage de la partie centrale du (des) contact(s) jusqu'à sa (leur) périphérie.
  • Selon une autre réalisation, ces seconds moyens comprennent au moins un orifice réalisé dans l'un ou chacun des contacts, le(s) dit(s) orifice(s) reliant la face supérieure et la face inférieure du (ou de chaque) contact et présentant un diamètre inférieur au diamètre de l'arc électrique.
  • Selon une autre caractéristique, ces premiers moyens comprennent des moyens dits troisièmes pour accroître la vitesse d'écoulement du liquide.
  • Avantageusement, ces premiers moyens comprennent des seconds moyens et des troisièmes moyens, les seconds moyens comportant des fentes et, selon les troisièmes moyens, l'angle formé entre la direction du flux initial du liquide et la direction d'entrée du liquide dans les fentes est inférieur ou égal à 90°.
  • Selon une autre caractéristique, selon ces seconds moyens, l'un ou chacun des contacts d'arc est creux et comporte un orifice dans sa surface de contact donnant accès à la surface opposée du (des) contact(s), laquelle surface opposée participe ainsi au refroidissement, l'alimentation du(des) contact(s) étant réalisée par la périphérie du(des) contact(s).
  • Selon une caractéristique particulière, le(s) bord(s) du (des) contact(s) est (sont) découpé(s) de manière à créer une spire destinée à créer le champ magnétique axial de diffusion de l'arc précité.
  • Selon une autre caractéristique particulière, le champ magnétique axial de diffusion crée est un champs multipolaire et l'un ou chacun des contacts comporte autant d'orifices que de pôles.
  • Mais d'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels :
    • La figure 1 est une vue en perspective d'une ampoule à vide selon une première réalisation de l'invention,
    • La figure 2 est une vue en perspective de l'un des contacts d'arc de l'ampoule illustrée sur la figure précédente,
    • La figure 3 est une vue en perspective illustrant une autre réalisation d'un contact d'arc conformément à une autre réalisation de l'invention,
    • Les figures 4,5 et 6 illustrent respectivement trois autres réalisations d'un contact d'arc selon l'invention, et
    • La figure 7 illustre dans une vue en coupe axiale une ampoule à vide selon l'invention, de conception simplifiée.
  • Sur les figures 1 et 7, on voit une ampoule à vide A destinée notamment à être intégrée dans un disjoncteur électrique moyenne tension afin de réaliser la coupure d'un circuit électrique en cas de défaut ou lors d'une commande d'ouverture volontaire du circuit électrique.
  • Cette ampoule A comprend de manière connue en soi, une enveloppe de forme cylindrique 1 fermée par deux fonds 2,3, deux contacts 4,5, dont l'un 4 dit fixe est solidaire de l'un 2 des fonds tandis que l'autre 5, dit mobile, est relié à un mécanisme de commande (non représenté) et est monté coulissant axialement à l'intérieur de l'enveloppe 1 entre une position de fermeture des contacts 4,5 correspondant à une position de repos du disjoncteur et une position dans laquelle les contacts 4,5 sont séparés et forment un arc électrique entre eux, la séparation des contacts entraînant la coupure du circuit électrique. Cette ampoule A comporte en outre un moyen M (fig.7) de production d'un champs magnétique axial destiné à réaliser la diffusion de l'arc entre les contacts. Chaque contact 4,5 est constitué par une pièce réalisée en un matériau de base 6 comportant sur sa face de contact 7 un matériau dit de contact 8 pouvant être réalisé dans le même matériau que le matériau de base.
  • Selon l'invention, cette ampoule A comporte des moyens, dits premiers, pour favoriser le refroidissement du matériau de contact 8 sous forme liquide s'écoulant sur la surface de contact 7 des contacts 4,5 pendant la coupure.
  • Selon une première réalisation de l'invention, ces moyens comprennent des moyens dits seconds pour augmenter la surface de contact entre le liquide et les contacts 4,5.
  • Selon les réalisations illustrées sur les figures 1 et 2, ces seconds moyens comprennent des fentes 10 réalisées dans l'un ou chacun des deux contacts 4,5. Chacun des (ou l'un des) deux contacts 4,5 comporte un certain nombre de fentes 10 traversant partiellement l'épaisseur du(des) contact(s) 4,5 et s'étendant radialement à partir du voisinage de la partie centrale 11 du (des) contact(s) 4,5 jusqu'à sa (leur) périphérie (12). Sur la figure 1 en particulier, on voit que les fentes 10 s'étendent chacune dans un plan formant un angle β compris entre 10° et 80° mais de préférence entre 10° et 45°, avantageusement 30°, avec le plan P des surfaces de contact 7 des contacts 4,5 de manière à faciliter l'entrée du liquide.
  • Selon la réalisation illustrée sur la figure 3, le (ou chaque) contact 4,5 est (sont) pourvu(s) de sillons 13 aptes à recevoir le liquide précité et s'étendant radialement, lesdits sillons étant répartis sur la surface de contact 7 des contacts 4,5, tout autour des contacts 4,5, à partir du voisinage de la partie centrale 11 du (des) contact(s) 4,5 jusqu'à sa (leur) périphérie 12.
  • Selon une autre réalisation non illustrée, ces seconds moyens comprennent un orifice ménagé au centre du (des) contact(s) 4,5, ledit orifice reliant la face supérieure à la face inférieure du contact, cette disposition étant efficace si les pieds d'arc brûlent autour de l'orifice.
  • Selon une autre réalisation illustrée sur la figure 4, ces seconds moyens comprennent pour l'un ou chacun des contacts 4,5, un premier orifice 14 prévu au milieu du contact 4 et donnant accès à un second orifice cylindrique 15 prévu dans la tige 16 dudit contact. Dans cette réalisation, le diamètre des orifices est inférieur au diamètre de l'arc.
  • En outre, dans cette réalisation, le pourtour de l'arc est augmenté, ce qui a pour effet d'augmenter la quantité de liquide qui peut s'écouler du pied d'arc vers la périphérie extérieure ou intérieure des contacts.
  • Selon une autre réalisation illustrée sur la figure 5, le (ou chacun des) contact(s) d'arc est (sont) creux et présente, sur sa(leur) surface de contact 7, un orifice 17 donnant accès à sa (leur) surface opposée 18. Dans ce cas, l'alimentation du (des) contact(s) 4,5 est réalisée par sa (leur) périphérie et la surface opposée 18 participe donc au refroidissement.
  • Avantageusement, le contact 4 ,5 est découpé de manière à créer une spire (non représentée) destinée à créer le champs magnétique axial de diffusion de l'arc précité.
  • Dans toutes ces réalisations prévoyant un orifice dans la surface de contact, il est nécessaire que le diamètre de l'orifice soit inférieur au diamètre de l'arc électrique pour obtenir une augmentation de la surface de contact entre le liquide et les contacts.
  • Avantageusement, le diamètre de l'orifice est compris entre 0,1 et 0,3 fois le diamètre extérieur des contacts.
  • Ainsi, dans toutes ces réalisations, la surface de contact entre les contacts d'arc 4,5 et le liquide a été augmentée. Cette surface supplémentaire est à la fois cachée (surfaces cachées 22) pour le plasma d'arc mais accessible pour le liquide, en particulier lorsque celui-ci s'écoule en suivant la pente légère des ailes des fentes 10. Il a été observé qu'une augmentation de 50% de la surface de contact permet d'augmenter le pouvoir de coupure de 20%.
  • Selon une autre réalisation de l'invention, ce premier moyen pour faciliter le refroidissement du matériau de contact comprend un moyen, dit troisième, pour accroître la vitesse d'écoulement du matériau sous forme liquide sur les contacts de manière que le liquide atteigne plus facilement les surfaces éloignées de la racine de l'arc. L'un des moyens pour améliorer l'écoulement du liquide en direction des surfaces éloignées de la racine de l'arc pourrait consister à jouer sur la mouillabilité entre le liquide et le matériau de base. Cette mouillabilité peut être améliorée soit en jouant sur la composition du matériau de contact en fusion soit en changeant la nature du matériau sur lequel le matériau de contact s'écoule.
  • Un autre moyen pour accroître la vitesse d'écoulement pourrait consister à diminuer la rugosité de la surface de contact par exemple en polissant la surface par voie mécanique ou par voie chimique, ou bien en réalisant un polissage par l'arc.
  • Il sera avantageux d'utiliser en combinaison un moyen pour augmenter la surface de contact et un moyen pour faciliter l'écoulement.
  • Ainsi, un moyen pour faciliter l'écoulement pourra être utilisé en combinaison avec les fentes. Ce moyen pourra consister à faciliter l'entrée dans les fentes. Pour ce faire et tel qu'illustré sur la figure 2, l'angle α entre la direction initialement radiale du flux du liquide et la direction des fentes sera inférieure ou égale 90°. Un tel angle d'entrée des fentes aura pour effet d'augmenter jusqu'à 5% le pouvoir de coupure.
  • Un autre moyen pour faciliter l'entrée dans les fentes pourra consister à choisir la direction du champ magnétique axial de manière que le liquide soit entraîné en direction des fentes. En effet, le courant traversant les contacts traverse également la couche liquide. A la surface, le courant a des composants axiaux et radiaux. En présence du champ magnétique, celui-ci crée avec le courant des forces de Lorentz agissant sur le liquide. On rappelle que ce champ magnétique est crée par une spire prévue à l'extérieur ou derrière les contacts. Un choix approprié de la direction du champ permet d'augmenter de 2 % le pouvoir de coupure.
  • Le tableau ci-dessous indique le pouvoir de coupure de différentes ampoules à vide en fonction de leur surface, du nombre de fentes et de l'angle d'entrée.
    Type Surface en mm2 Fentes Angle d'entrée PdC en kA eff
    Standard 1846 Aucune --------------- 29,3
    Fig.2 2655 6 inclinés 60° 33,5
    Fig.2 3358 10 inclinés 90° 40,5
    Fig.3 3097 8 sillons 0° 36,0
  • En outre de tous ces moyens, il sera avantageux de subdiviser l'arc de manière à générer plusieurs sources de chaleur, ce qui facilitera encore l'écoulement et le refroidissement. Une technique connue pour diviser l'arc consiste à appliquer un champ magnétique dit multipôle.
  • Selon la réalisation illustrée sur la figure 6, chacun des contacts 4 comporte deux parties de contact 4a,4b, chaque partie de contact comportant quatre orifices traversant 19, les orifices 19 de l'une 4a des parties de contact étant situés en regard des orifices 19 de l'autre 4b des parties de contacts. Ainsi, l'arc se subdivisera en plusieurs arcs parallèles et en autant de source de métal liquide. Le champ magnétique est créé d'une part par des pièces ferromagnétiques 21 situées à l'intérieur des contacts, d'autre part, par la rotation relative entre les deux contacts de telle sorte que la résistance magnétique soit minimale pour les lignes de champ qui traversent l'espace entre les contacts. L'alimentation des contacts est réalisée au centre des contacts de manière à pouvoir magnétiser correctement les pièces ferromagnétiques. Avantageusement, le diamètre des orifices est compris entre 0,05 et 0,4 fois le diamètre extérieur des contacts.
  • Il résulte de l'observation faite en début de ce texte selon laquelle l'arc se transforme en un arc diffus en forme de colonne, que le champ magnétique axial n'est utilisé par l'arc que partiellement. Ainsi, dans la réalisation décrite sur la figure 7, les effets du champ magnétiques ont été limités aux endroits où se situe l'arc. Pour ce faire, une spire 20 réduite en diamètre a été placée derrière les contacts 4,5, ladite spire 20 créant un champ magnétique axial suffisamment fort au centre des contacts 4,5 mais très faible voir même en sens opposé partout ailleurs. Cette réalisation particulière permet d'une part de réaliser une ampoule de conception simplifiée, et d'autre part, de limiter les pertes induites par les bobines, et donc l'échauffement engendré par la génération du champs magnétique.
  • On a donc réalisé grâce à l'invention une ampoule à vide présentant un pouvoir de coupure particulièrement amélioré tout en conservant une structure simple et un encombrement réduit.
  • Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple.
  • Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits si celles-ci sont effectuées suivant les revendications annexées.

Claims (18)

  1. Ampoule à vide (A), notamment pour un appareil de protection électrique tel un interrupteur ou un disjoncteur, ladite ampoule comprenant une enveloppe (1) de forme sensiblement cylindrique fermée par deux fonds (2,3), deux contacts (4,5) s'étendant axialement à l'intérieur de l'enveloppe dont l'un au moins dit contact mobile (5), est relié à un mécanisme de commande et est monté coulissant entre une position de fermeture des contacts correspondant à une position de repos de l'appareil et une position dans laquelle les contacts sont séparés et forment un arc électrique entre eux, la séparation des contacts entraînant la coupure du circuit électrique, ainsi qu'un moyen (M) de production d'un champs magnétique axial de diffusion de l'arc dans la zone de formation de l'arc,
    caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens, dits premiers, pour accélérer le refroidissement spécialement du matériau de contact (8) sous forme liquide s'écoulant sur la surface de contact (7) du ou desdits contacts (4,5) pendant la coupure, ledit liquide provenant de la fusion du matériau de contact sous l'effet de la concentration de l'arc pendant la coupure.
  2. Ampoule à vide selon la revendication 1, caractérisée en ce que ces premiers moyens comprennent des moyens, dits seconds, pour augmenter la surface de contact (7) entre le/les contacts (4,5) et le liquide précité de manière à créer des surfaces cachées (22) pour l'arc mais accessibles au liquide.
  3. Ampoule à vide selon la revendication 2, caractérisée en ce que ces seconds moyens comprennent au moins un fente (10) réalisées dans l'un ou chaque contact (4,5) et agencées de manière à recevoir le liquide précité et à faciliter son écoulement.
  4. Ampoule à vide selon la revendication 3, caractérisée en ce que ces seconds moyens comprennent plusieurs fentes (10) agencées tout autour du ou des contacts (4,5), lesdites fentes (10) s'étendant radialement à partir du voisinage de la partie centrale (11) du des contacts d'arc (4,5) jusqu'à sa leur périphérie (12).
  5. Ampoule à vide selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que chaque fente (10) s'étend dans un plan formant avec le plan P de la surface de contact (7) du contact (4,5), un angle β compris entre 10 et 80°.
  6. Ampoule à vide selon la revendication 2, caractérisée en ce que ces seconds moyens comprennent au moins un sillon (13) apte à recevoir le liquide précité et s'étendant radialement à l'intérieur du des contacts (4,5), à partir du voisinage de la partie centrale (11) du des contacts (4,5) jusqu'à sa leur périphérie (12).
  7. Ampoule à vide selon la revendication 2, caractérisée en ce que ces seconds moyens comprennent au moins un orifice réalisé dans l'un ou chacun des contacts (4,5), ledit/lesdits orifices reliant la face supérieure et la face inférieure du ou de chaque contact et présentant un diamètre inférieur au diamètre de l'arc électrique.
  8. Ampoule à vide selon la revendication 2, caractérisée en ce que ces seconds moyens comportent au moins un premier orifice (14) prévu au milieu de l'un ou de chacun des contacts (4,5) et donnant accès à un second orifice cylindrique (15) prévu dans la tige (16) dudit ou de chacun des contacts (4,5), le diamètre des orifices étant inférieur au diamètre de l'arc électrique.
  9. Ampoule à vide selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que ces premiers moyens comprennent des moyens dits troisièmes, pour accroître la vitesse d'écoulement du liquide.
  10. Ampoule selon la revendication 2 et 9, caractérisée en ce que les seconds moyens comprennent des fentes (10) selon la revendication 3 ou 4 et en ce que selon ces troisièmes moyens, l'angle α formé entre le flux initial du liquide et la direction d'entrée du liquide dans les fentes est inférieur ou égal à 90°.
  11. Ampoule selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce que ces troisièmes moyens comportent un moyen pour produire un champ magnétique axial dont la direction est telle que le liquide est poussé en direction de l'entrée des fentes (10).
  12. Ampoule à vide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la surface de contact (7) des contacts d'arc(4,5) est polie de manière à faciliter l'écoulement du liquide.
  13. Ampoule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un moyen (19) pour subdiviser l'arc de manière à générer plusieurs sources de chaleur.
  14. Ampoule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le moyen de production du champ magnétique axial de diffusion de l'arc, est un moyen (20) pour produire un champ magnétique limité aux endroits où se trouve l'arc.
  15. Ampoule à vide selon la revendication 2, caractérisée en ce que selon ces seconds moyens, l'un ou chacun des contacts d'arc (4,5) est creux et comporte un orifice (17) dans sa surface de contact (7) donnant accès à la surface opposée (18) du des contacts, laquelle surface opposée (18) participe ainsi au refroidissement, l'alimentation du des contacts (4,5) étant réalisée par la périphérie (12) du des contacts.
  16. Ampoule à vide selon la revendication 15, caractérisée en ce que le/les bords du des contacts est sont découpés de manière à créer une spire destinée à créer le champ magnétique axial de diffusion de l'arc précité.
  17. Ampoule à vide selon l'une quelconque des revendications 7,8 ou 15, caractérisée en ce que le diamètre de l'orifice (14,17) est compris entre 0,1 et 0,3 fois le diamètre extérieur des contacts (4,5).
  18. Ampoule à vide selon les revendications 7 et 13, caractérisée en ce que le champ magnétique axial de diffusion crée est un champs multipolaire et en ce que l'un ou chacun des contacts (4,5) comporte autant d'orifices (19) que de pôles.
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