EP1376634A1 - Ampoule à vide pour un appareil de protection éléctrique tel un interrupteur ou un disjoncteur - Google Patents

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

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EP1376634A1
EP1376634A1 EP03354060A EP03354060A EP1376634A1 EP 1376634 A1 EP1376634 A1 EP 1376634A1 EP 03354060 A EP03354060 A EP 03354060A EP 03354060 A EP03354060 A EP 03354060A EP 1376634 A1 EP1376634 A1 EP 1376634A1
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EP
European Patent Office
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screen
contact
contacts
bulb according
vacuum bulb
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Application number
EP03354060A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP1376634B1 (fr
Inventor
Serge Schneider Electric Industries SAS Olive
Hans Schneider Electric SAS Schellekens
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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Publication date
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Publication of EP1376634B1 publication Critical patent/EP1376634B1/fr
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/24—Means for preventing discharge to non-current-carrying parts, e.g. using corona ring

Definitions

  • the present invention relates to a vacuum bulb for a protective device electrical such as a switch or a circuit breaker, said bulb comprising an envelope of substantially cylindrical shape closed by two bottoms, two contacts extending axially inside the envelope, of which at least one said mobile contact, is connected to a control mechanism and is slidably mounted between a closed position of contacts allowing the passage of current and a position in which the contacts are separated and form an electric arc between them, as well as a means of producing a axial magnetic fields in the arc formation zone.
  • a vacuum circuit breaker of the kind mentioned above is described in document FR 2 682 808 or FR 2 726 396 of the applicant.
  • the vacuum bulbs have under strong currents a power of cut that is limited by the following phenomenon.
  • the arc drives liquid material from the molten contact to the edge of the contacts.
  • This very hot liquid material (about 2000 °) is at the edge of the contacts at the time of the cut.
  • the recovery voltage imposed by the network is established between the two contacts.
  • the field electrical generated by this voltage is maximum at the edges of the contacts. This generates the following undesirable phenomena.
  • the electric field present just above the liquified and very hot material, generates the emission of electrons by a thermo-electric mechanism. These free electrons ionize steam and gas. These two combined phenomena then lead to reboots and the failure of the bulb in cut.
  • the electric field may deform the surface of the liquid further increasing the electric field further. This is a harmful phenomenon which self-amplifies and can lead to a reboot.
  • some of the bulbs of the kind previously mentioned, as described in document FR 2 726 396 also comprise a metal screen acting as a wall of the envelope.
  • This screen is connected to one of the contacts, most often to the fixed contact, and secondarily produces a strengthening of the electric field created at the contact mobile.
  • the bulb is considered to be asymmetrical.
  • the electric field is more intense at the edges of the moving contact than at the edges of the contact fixed.
  • the dielectric strength after the cutoff is more or less good.
  • the present invention solves these problems and proposes a vacuum bulb with power of improved cutoff and whose cut-off behavior is more symmetrical.
  • the bulb performed according to the invention can also be reduced in size.
  • the subject of the present invention is a vacuum bottle of the kind previously mentioned, this bulb being characterized in that it comprises at least one screen conductor mounted around the periphery of at least one of the contacts, said screen being shaped and arranged to support the electric field from the voltage of recovery imposed by the network after the cut and thereby significantly reduce the electric field at the edge of the contact.
  • the aforementioned screen is electrically connected to said contact and sufficiently separated from said contact for the liquid flowing over the surface of contact of said contact can not reach said screen.
  • a gap separates the surface touch contact of the edge of said screen.
  • the aforementioned screen is present all around said contact.
  • the aforementioned screen has a semi-annular shape and is fixed on the lower part of the moving contact.
  • the bulb comprises, for one or each contact, a screen said first having the previously mentioned features taken alone or in combination, as well as a so-called second screen, mounted between the so-called first screen and the envelope of the bulb, said second screen being intended to protect the envelope of the metallization by the arc vapor and secondarily producing an increase in the value of the field on said contact.
  • the physical continuity is achieved on the contacts in closed position in a place where contact wear is minimal.
  • the physical continuity is achieved by means of a rings, ring sectors or pads arranged on the contact surface of one of the contacts and located respectively facing a ring, ring sectors, or pads arranged on the contact surface of the other of the contacts.
  • these rings, sectors of rings or studs are located above the aforesaid ditch (s) separating the screen (s) from the first one (s) of the associated contact (s).
  • This vacuum bulb A comprises a cylindrical envelope E closed by two funds 1,2 inside which are housed two arcing contacts 3,4, respectively a contact of fixed arc 3 and a movable arcing contact 4.
  • This movable contact 4 is mechanically connected by via an actuating rod 5 to a control device (not shown), said rod 5 being connected to said device by a 5a of its ends and being secured to the movable arc contact 4 by its opposite end 5b.
  • This control device is suitable for move the aforementioned rod 5 and the movable contact 4 in translation inside the envelope E between two positions respectively a closing position of the contacts corresponding to normal operation of the apparatus and an open or separation of the contacts after the occurrence of a fault in the electrical circuit to be protected or during a voluntary opening command of the electrical circuit.
  • an internal coil 6,7 is mounted at the rear of each of the contacts 3,4, said turns 6,7 constituting a means for producing an axial magnetic field capable of producing a diffusion of the arc created between the contacts after the separation of the contacts during the break.
  • a metal screen 9 is mounted around the end 5b of the rod actuator 5 connected to the movable contact 4, said screen 9 and part of another screen 1 being located around the moving contact 4 and producing an increase in the electric field created at the mobile contact during the break.
  • FIGS. 2 and 3 show a vacuum interrupter A according to the invention further comprising elements mentioned above, a screen 11 for reducing the electric field at the edges of the contact 4.
  • This screen 11 of semi-annular shape, is arranged all around the periphery of the movable contact 4, and has two circular edges 11a, 11b of diameters different.
  • This screen 11 is electrically connected to the movable arcing contact 4 by its edge lower circular 11b and is sufficiently separated from said contact 4 for the liquid, flowing over the contact surface under the arc pressure, can not reach said 11.
  • a ditch 14 is thus created between the contact 4 and the screen 11, said ditch 14 having a depth of 5mm and a width of between 0.5 and 4 mm.
  • the shape of the screen 11 is such that the value of the electric field at the edges of the contact 4 is substantially reduced.
  • the edge 11a of said screen 11 is flush with the contact patch or is at a height slightly less than that of the contact patch, the difference being between 0 and 5 mm when the screen 11 is slightly behind the contact 4.
  • the screen 11 must have a good thermal resistance, because projections of drops from the contact 4 may subject him to thermal shock.
  • the screen 11 is preferably made of copper oubien in the same material as the contact 4.
  • this screen It may be made of a refractory material such as SiC, with the exception of insulators.
  • the breaking capacity of the bulb A of this figure is 20% higher than that of the FIG. 1.
  • the protective screen 11 substantially reduces the distance between the mobile contact 4 and the metal shell E.
  • curve 1 represents the behavior of a bulb of the prior art.
  • This curve represents in fact ordinate the breaking power P in percentage, and on the abscissa, the distance 1 of the screen relative to the wall in mm.
  • the distance between the movable contact 4 and the wall of the envelope E has been reduced and is now 9 mm while it was initially 13 mm.
  • the screen 11 thus presents a field very high electrical that does not degrade the breaking power.
  • the screen 11 is arranged around the movable contact 4, as illustrated on the figures 2,3, but another screen can also be placed, in addition to the first, around the fixed contact 3.
  • This screen 11 can also be used advantageously in bulbs of the type symmetrical with floating screen as shown in Figure 4.
  • This bulb presents in effect, for each of the contacts 3,4, an internal turn 6,7 located behind the contact 3,4, a metal screen 8,9 here cup-shaped extending in the vicinity of the wall of the envelope, between the internal coil 6, 7 and the envelope, and two screens 10, 11 according to the invention disposed respectively around the fixed contact 3 and around the movable contact 4.
  • the invention is implemented in a bulb A in which the contacts are provided with slots 12 as described in the French patent application FR 2 808 617. These slots 12 are made in the contacts 3,4 so as to receive and facilitate the flow of the contact liquid towards the surfaces below the surfaces of the contact, the liquid resulting from the melting of the contact material under the effect of concentration of the arc during the cut. These slots 12 make it possible to increase the surface contact between the arcing contacts 3,4 and the liquid so as to create hidden surfaces for the bow but accessible to the liquid. This provision has the effect of accelerating the cooling said contact material despite the concentration of the arc during the cut.
  • the movable contact 4 is provided with a screen 11 according to the invention.
  • the advantageous effects associated with the screen 11 surrounding the contact 4 are are reinforced by the presence of the slots 12 in the contacts 3,4, since the liquid on the one hand, does not reach the screen 11, and moreover reaches later the edges of contacts 3a, 4a.
  • FIG. 6 shows a bulb A comprising an outer turn 17 and comprising in addition to two rings 15,16 for achieving physical continuity between the two 3,4 contacts in closed position.
  • the contacts 3,4 of the bulb A of the preceding figure present a more wear important than the standard bulbs for the following reasons: the liquid created during the cut, does not stagnate on the surface and the increase in breaking power makes it grow still more this erosion. It is then advantageous to separate the place where is realized the physical continuity in the closed position of the contacts 3,4, allowing the conduction of the current, from the location on the contacts with maximum wear. But it is known that the axial magnetic field created by the outer and inner turns stabilizes the arc well and rather, drive him to where he is strongest, at least for strong currents. It is in these places the erosion will be the highest. It is then advantageous to realize the physical continuity elsewhere. This physical continuity can be achieved by means of several pieces may take the form of a ring 15,16.
  • the bulb described in this figure comprises, at each of the contacts 3,4, a ring 15,16 placed at above the ditch 13,14 separating the screen 10,11 and the contact 3,4.
  • the liquid can flow freely through the slots 12.
  • the power is increased, the value of this increase of up to 60% of the breaking capacity associated with a bulb according to Figure 1.
  • the screen could be of a shape other than semi-annular, for rectangular example etc ...
  • the invention can also be implemented advantageously in a light bulb as described in patent FR 2 745 118.
  • said bulb further comprises another screen made of conductive material and electrically connected to one of the contacts, said screen being located at the inside of the envelope to the right of the separation interval of the contacts and located around the contacts in a predetermined position according to the position of the leads of current so that when the arc tends to deviate from the above-mentioned interval, this arc is between the contacts and the screen.
  • the switch of this embodiment has a power of improved cutoff, this cutoff power can be obtained by producing a field less magnetic and whose ability to hold the permanent current is increased.
  • the inclination of the slots in the turn formed by the screen is opposite to the inclination of the slots in the contact.
  • the first ones are used to generate the fields axial magnet while the latter serve to drain the liquid (molten metal).
  • the slots in the screen do not leave pass projections of liquid.
  • the screen with the slots thus fulfills three functions which are respectively to avoid splashes of liquid metal, to support mechanically the contact ring and the current conductor and strengthen or create the field axial magnetic contact between the contacts.
  • FIG. 8 illustrates the relationship between breaking capacity c and contact diameter d for a bulb according to the invention and for a bulb according to the prior art.
  • the current c in k A eff is represented on the ordinate, while on the abscissa is represented the diameter d of contacts in mm.
  • the dots represented by squares represent values obtained with a conventional bulb with an outer turn (12kv).
  • the points represented by triangles represent values obtained with a light bulb having an inner turn (24kv). Circles correspond to values demonstrated.
  • the dark line represents the limit for a bulb of the classic type using an axial field while the light line represents the limit for a bulb according to the invention.
  • the values of the power of cut for the same contact diameter are greater in the case of a bulb according to the invention to those concerning a bulb according to the prior art.
  • the same value of power Cutoff can be achieved with a contact diameter value decreased by one third.
  • the ampoule according to the invention has a more symmetrical behavior in cut, especially when the bulb is of the type having slots. So, the outfit dielectric after the cutoff hardly varies with the polarity of the voltage of recovery.

Landscapes

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

Abstract

La présente invention concerne une ampoule à vide 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 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 permettant le passage du courant et une position dans laquelle les contacts sont séparés et forment un arc électrique entre eux, ainsi qu'un moyen de production d'un champs magnétique axial dans la zone de formation de l'arc. Cette ampoule comporte au moins un écran conducteur (11) monté autour de la périphérie de l'un au moins des contacts (3,4), ledit écran (11) étant conformé et agencé de manière à supporter le champ électrique issu de la tension de rétablissement imposée par le réseau après la coupure et à réduire ainsi considérablement le champs électrique au bord dudit contact (3,4). <IMAGE>

Description

La présente invention concerne une ampoule à vide 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 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 permettant le passage du courant et une position dans laquelle les contacts sont séparés et forment un arc électrique entre eux, ainsi qu'un moyen de production d'un champs magnétique axial dans la zone de formation de l'arc.
Un disjoncteur à vide du genre précédemment mentionné est décrit dans le document FR 2.682.808 ou FR 2 726 396 de la demanderesse.
Dans ce type de disjoncteur, les ampoules à vide ont sous des courants forts, un pouvoir de coupure qui est limité par le phénomène suivant. Lors du passage du courant, l'arc entraíne de la matière liquide provenant du contact en fusion, jusqu'au bord des contacts. Ce matériau liquide très chaud (environ 2000°) se trouve au bord des contacts au moment de la coupure. Après la coupure, la tension de rétablissement imposée par le réseau s'établit entre les deux contacts. Compte tenu de la forme géométrique des contacts, le champ électrique engendré par cette tension est maximum aux bords des contacts. Ceci engendre les phénomènes indésirables suivants. Premièrement, en refroidissant, le liquide émet en permanence des vapeurs métalliques ainsi que des gaz. Ces émissions créent une atmosphère à haute densité de gaz laquelle, dans un environnement normalement sous vide poussé, a une tenue diélectrique réduite. Deuxièmement, le champ électrique, présent juste au-dessus de la matière liquéfiée et très chaude, engendre l'émission d'électrons par un mécanisme thermo-électrique. Ces électrons libres ionisent la vapeur et le gaz. Ces deux phénomènes conjugués conduisent ensuite à des réamorçages et à la défaillance de l'ampoule en coupure. En outre, le champ électrique risque de déformer la surface du liquide augmentant encore le champ électrique davantage. Ceci est un phénomène néfaste qui s'auto-amplifie et qui peut conduire à un réamorçage.
Pour pallier ces inconvénients dans les ampoules industrialisées, certaines mesures ont été prises qui consistent à respecter une distance, dite distance optimale, entre les contacts et la paroi de l'enveloppe, laquelle distance garantit un pouvoir de coupure maximum. Ceci impose donc des contraintes tenant au volume de l'ampoule.
D'autre part, certaines des ampoules du genre précédemment mentionné, telle que décrite dans le document FR 2 726 396 comportent en outre un écran métallique faisant office de paroi de l'enveloppe. Cet écran est relié à l'un des contacts, le plus souvent au contact fixe, et produit secondairement un renforcement du champ électrique crée au niveau du contact mobile. Ainsi, diélectriquement, l'ampoule est considérée comme étant asymétrique. Le champ électrique est plus intense aux bords du contact mobile qu'aux bords du contact fixe. Et, selon la polarité de la tension de rétablissement, la tenue diélectrique après la coupure est plus ou moins bonne. Ainsi, il est préférable que ce soit le contact fixe qui soit soumis à une tension négative plutôt que le contact mobile. Lorsque le contact mobile est soumis à une tension négative par rapport au contact fixe, la matière chaude émet d'avantage d'électrons à cause de la présence du champ électrique renforcé, ce qui augmente les risques de réamorçage. Cette asymétrie en terme de géométrie se traduit également par une asymétrie en terme de pouvoir de coupure, la différence étant de l'ordre de 15% pour un courant nominal de 25kAeff.
La présente invention résout ces problèmes et propose une ampoule à vide à pouvoir de coupure amélioré et dont le comportement en coupure est plus symétrique. L'ampoule réalisée selon l'invention peut également être réduite en taille.
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 au moins un écran conducteur monté autour de la périphérie de l'un au moins des contacts, ledit écran étant conformé et agencé de manière à supporter le champ électrique issu de la tension de rétablissement imposée par le réseau après la coupure et à réduire ainsi considérablement le champs électrique au bord du contact.
Selon une réalisation particulière, l'écran précité est relié électriquement audit contact et est suffisamment séparé dudit contact pour que le liquide s'écoulant sur la surface de contact dudit contact ne puisse atteindre ledit écran. A cet effet, un fossé sépare la surface de contact du contact du bord dudit écran.
Selon une caractéristique particulière, l'écran précité est présent tout autour dudit contact.
Selon une autre caractéristique, l'écran précité présente une forme semi-annulaire et est fixé sur la partie inférieure du contact mobile.
Selon une autre caractéristique, l'ampoule comporte, pour l'un ou chaque contact, un écran dit premier comportant les caractéristiques précédemment mentionnées prises seules ou en combinaison, ainsi qu'un écran dit second, monté entre l'écran dit premier et l'enveloppe de l'ampoule, ledit second écran étant destiné à protéger l'enveloppe de la métallisation par la vapeur d'arc et produisant secondairement une augmentation de la valeur du champ électrique sur ledit contact.
Selon une caractéristique particulière, la continuité physique est réalisée sur les contacts en position fermée en un endroit où l'usure des contacts est minimale.
Selon une caractéristique particulière, la continuité physique est réalisée au moyen d'un anneau, de secteurs d'anneau ou de plots agencés sur la surface de contact de l'un des contacts et situés en regard respectivement d'un anneau, de secteurs d'anneau, ou de plots agencés sur la surface de contact de l'autre des contacts.
Selon une caractéristique particulière, ces anneaux, secteurs d'anneaux ou plots sont situés au-dessus du (des) fossé(s) précité(s) séparant l'écran (les écrans) dit(s) premier(s) du (des) contact(s) associé(s).
Mais d'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaítront 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 coupe axiale d'une ampoule à vide selon l'art antérieur,
  • La figure 2 est une vue en perspective d'une ampoule à vide selon l'invention,
  • La figure 3 est une vue en coupe axiale de l'ampoule à vide selon l'invention de la figure précédente,
  • La figure 4 est une vue en coupe axiale d'une ampoule selon l'invention du type symétrique,
  • La figure 5 est une vue en coupe axiale d'une ampoule selon l'invention, les contacts étant en outre équipés de fentes inclinées,
  • La figure 6 est une vue en coupe axiale d'une ampoule selon l'invention, avec fentes et anneaux,
  • La figure 7 est un graphe illustrant la relation entre le pouvoir de coupure et la distance entre les contacts et la paroi, pour une ampoule selon l'art antérieur et une ampoule selon l'invention,
  • La figure 8 est une représentation graphique illustrant la relation entre le pouvoir de coupure et le diamètre des contacts pour une ampoule selon l'art antérieur et une ampoule selon l'invention, et
  • La figure 9 est une vue en coupe axiale illustrant une autre réalisation de l'invention.
   Sur les figures 1 à 6, 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.
Sur la figure 1, on voit une ampoule à vide A selon l'art antérieur.
Cette ampoule à vide A comprend une enveloppe cylindrique E obturée par deux fonds 1,2 à l'intérieur de laquelle sont logées deux contacts d'arc 3,4, respectivement un contact d'arc fixe 3 et un contact d'arc mobile 4. Ce contact mobile 4 est relié mécaniquement par l'intermédiaire d'une tige d'actionnement 5 à un dispositif de commande (non représenté), ladite tige 5 étant reliée audit dispositif par l'une 5a de ses extrémités et étant solidarisée au contact d'arc mobile 4 par son extrémité opposée 5b. Ce dispositif de commande est apte à déplacer la tige précitée 5 et le contact mobile 4 en translation à l'intérieur de l'enveloppe E entre deux positions respectivement une position de fermeture des contacts correspondant à un fonctionnement normal de l'appareil et une position d'ouverture ou de séparation des contacts après l'apparition d'un défaut dans le circuit électrique à protéger ou lors d'une commande d'ouverture volontaire du circuit électrique. On voit également qu'une spire interne 6,7 est montée à l'arrière de chacun des contacts 3,4, lesdites spires 6,7 constituant un moyen de production d'un champ magnétique axial apte à réaliser une diffusion de l'arc créé entre les contacts après la séparation des contacts lors de la coupure.
On voit également qu'un écran métallique 9 est monté autour de l'extrémité 5b de la tige d'actionnement 5 reliée au contact mobile 4, ledit écran 9 et une partie d'un autre écran 1 étant situés autour du contact mobile 4 et produisant une augmentation du champ électrique créé au niveau du contact mobile pendant la coupure.
Sur les figures 2 et 3, on voit une ampoule à vide A selon l'invention comprenant en outre des éléments mentionnés précédemment, un écran 11 destiné à réduire le champ électrique aux bords du contact 4. Cet écran 11, de forme semi-annulaire, est disposé tout autour de la périphérie du contact mobile 4, et présente deux bords circulaires 11a,11b de diamètres différents. Cet écran 11 est relié électriquement au contact d'arc mobile 4 par son bord circulaire inférieur 11b et est suffisamment séparé dudit contact 4 pour que le liquide, s'écoulant par-dessus la surface de contact sous la pression d'arc, ne puisse atteindre ledit écran 11. Un fossé 14 est ainsi créé entre le contact 4 et l'écran 11, ledit fossé 14 ayant une profondeur de 5mm et une largeur comprise entre 0,5 et 4 mm. La forme de l'écran 11 est telle que la valeur du champ électrique aux bords du contact 4 est sensiblement réduite. Ainsi, le bord 11a dudit écran 11 est à fleur de la pastille de contact ou est à une hauteur légèrement inférieure à celle de la pastille de contact, la différence étant comprise entre 0 et 5 mm lorsque l'écran 11 est légèrement en retrait par rapport au contact 4. L'écran 11 doit présenter une bonne résistance thermique, car des projections de gouttes en provenance du contact 4 peuvent lui faire subir des chocs thermiques. Ainsi, l'écran 11 est de préférence réalisé en cuivre oubien dans le même matériau que le contact 4. Alternativement, cet écran 11 peut être réalisé dans un matériau réfractaire comme le SiC, à l'exception des isolants. Le pouvoir de coupure de l'ampoule A de cette figure est supérieur de 20% à celui de la figure 1. L'écran protecteur 11 selon l'invention diminue sensiblement la distance entre le contact mobile 4 et l'enveloppe métallique E. Ainsi, malgré le fait que l'écran 11 diminue de manière sensible cette distance, on obtient une augmentation nette du pouvoir de coupure comme indiqué par la courbe 2 sur la figure 7, alors que la courbe 1 représente le comportement d'une ampoule de l'art antérieur. Cette courbe représente en effet en ordonnée le pouvoir de coupure P en pourcentage, et en abscisse, la distance 1 de l'écran par rapport à la paroi en mm. Dans cette réalisation, du fait de l'écran 11, la distance entre le contact mobile 4 et la paroi de l'enveloppe E a été réduite et est maintenant de 9 mm alors qu'elle était initialement de 13 mm. L'écran 11 présente de ce fait un champ électrique très élevé qui ne dégrade pas le pouvoir de coupure.
De préférence, l'écran 11 est disposé autour du contact mobile 4, comme illustré sur les figures 2,3, mais un autre écran peut également être placé, en outre du premier, autour du contact fixe 3.
Cet écran 11 peut également être utilisé avantageusement dans des ampoules du type symétrique avec écran flottant tel qu'illustré sur la figure 4. Cette ampoule présente en effet, pour chacun des contacts 3,4, une spire interne 6,7 située derrière le contact 3,4, un écran métallique 8,9 ici en forme de coupelle s'étendant au voisinage de la paroi de l'enveloppe, entre la spire interne 6,7 et l'enveloppe, et deux écrans 10,11 selon l'invention disposés respectivement autour du contact fixe 3 et autour du contact mobile 4.
Sur la figure 5, l'invention est mise en application dans une ampoule A dans laquelle les contacts sont munis de fentes 12 telle que décrite dans la demande de brevet français FR 2 808 617. Ces fentes 12 sont réalisées dans les contacts 3,4 de manière à recevoir et faciliter l'écoulement du liquide de contact en direction des surfaces situées sous les surfaces de contact, le liquide provenant de la fusion du matériau de contact sous l'effet de la concentration de l'arc pendant la coupure. Ces fentes 12 permettent d'augmenter la surface de contact entre les contacts d'arc 3,4 et le liquide de manière à créer des surfaces cachées pour l'arc mais accessibles au liquide. Cette disposition a pour effet d'accélérer le refroidissement dudit matériau de contact malgré la concentration de l'arc pendant la coupure.
Grâce à ces dispositions, il s'écoule d'avantage de temps avant que le liquide n'atteigne les bords des contacts 3a,4a. Ainsi, le liquide atteint les bords des contacts 3a,4a en un moment où les valeurs de courant sont très élevées.
Dans la réalisation décrite sur cette figure, le contact mobile 4 est pourvu d'un écran 11 selon l'invention. Les effets avantageux associés à l'écran 11 qui entoure le contact 4 se trouvent renforcés par la présence des fentes 12 dans les contacts 3,4, puisque le liquide d'une part, n'atteint pas l'écran 11, et de plus atteint plus tardivement les bords des contacts 3a,4a.
Sur la figure 6, on voit une ampoule A comportant une spire extérieure 17 et comportant en outre deux anneaux 15,16 permettant de réaliser la continuité physique entre les deux contacts 3,4 en position fermée.
Les contacts 3,4 de l'ampoule A de la figure précédente présentent une usure plus importante que les ampoules standard pour les raisons suivantes : le liquide créé lors de la coupure, ne stagne pas à la surface et l'augmentation du pouvoir de coupure fait croítre encore d'avantage cette érosion. Il est alors avantageux de séparer l'endroit où est réalisée la continuité physique en position fermée des contacts 3,4, permettant la conduction du courant, de l'emplacement sur les contacts présentant une usure maximale. Or, il est connu que le champ magnétique axial créé par les spires externes et internes stabilise bien l'arc et l'entraíne plutôt vers l'endroit où il est le plus fort, au moins pour des courants forts. C'est à ces endroits là que l'érosion sera la plus élevée. Il est alors avantageux de réaliser la continuité physique ailleurs. Cette continuité physique peut être réalisée au moyen de plusieurs pièces pouvant prendre la forme d'un anneau 15,16. A cet effet, l'ampoule décrite sur cette figure comporte, au niveau de chacun des contacts 3,4, un anneau 15,16 placé au dessus du fossé 13,14 séparant l'écran 10,11 et le contact 3,4. Grâce à cette disposition, le liquide peut s'écouler librement au travers des fentes 12. Dans cette réalisation, le pouvoir de coupure est augmenté, la valeur de cette augmentation pouvant aller jusqu'à 60% du pouvoir de coupure associé à une ampoule selon la figure 1.
On notera que cette continuité physique pourra également être réalisée avec des anneaux ayant un diamètre réduit, lesquels ne sont plus en contact avec l'écran. On peut également réaliser cette continuité physique au moyen de plots ou de secteurs d'anneaux.
On notera également que l'écran pourrait être d'une autre forme que semi-annulaire, par exemple rectangulaire etc...
L'invention pourra également être mise en application avantageusement dans une ampoule telle que décrite dans le brevet FR 2 745 118. Dans cette réalisation de l'ampoule non illustrée sur les dessins, ladite ampoule comporte en outre un autre écran réalisé en matériau conducteur et relié électriquement à l'un des contacts, ledit écran étant situé à l'intérieur de l'enveloppe au droit de l'intervalle de séparation des contacts et localisé autour des contacts en une position prédéterminée en fonction de la position des amenées de courant de manière que lorsque l'arc tend à dévier de l'intervalle précité, cet arc se place entre les contacts et l'écran. L'interrupteur de cette réalisation présente un pouvoir de coupure amélioré, ce pouvoir de coupure pouvant être obtenu en produisant un champ magnétique moindre et dont la capacité à tenir le courant permanent est augmenté.
L'utilisation d'un écran selon l'invention dans un tel interrupteur, permet d'accroítre d'avantage le pouvoir de coupure.
Sur la figure 9, on voit une autre réalisation de l'invention dans laquelle l'écran est utilisé pour conduire une partie du courant. Dés qu'une partie du courant passe par l'écran, il est possible de donner à ce courant un sens de rotation de façon que le champs magnétique axial soit renforcé. Cette rotation du courant peut être générée avantageusement par des fentes 18 inclinées prévues dans l'écran 11.
On notera que l'inclinaison des fentes dans la spire constituée par l'écran est opposée à l'inclinaison des fentes dans le contact. Les premières servent à générer le champs magnétique axial tandis que les dernières servent à faire écouler le liquide (métal fondu). Il est clair qu' à cause de ces inclinaisons différentes, le liquide qui s'écoule sur le contact est projeté contre la partie massive de l'écran. Ainsi, les fentes dans l'écran ne laissent pas passer de projections de liquide. L'écran avec les fentes remplit ainsi trois fonctions qui sont respectivement d'éviter des projections de métal liquide, de supporter mécaniquement l'anneau de contact et le conducteur de courant et de renforcer ou de créer le champ magnétique axial entre les contacts.
La figure 8 illustre la relation entre le pouvoir de coupure c et le diamètre des contacts d pour une ampoule selon l'invention et pour une ampoule selon l'art antérieur. Le courant c en k A eff est représenté en ordonnée, tandis qu'en abscisse est représenté le diamètre d des contacts en mm. Sur cette figure, les points représentés par des carrés représentent des valeurs obtenues avec une ampoule classique comportant une spire extérieure (12kv). Les points représentés par des triangles représentent des valeurs obtenues avec une ampoule comportant une spire intérieure (24kv). Les cercles correspondent à des valeurs démontrées. Le trait foncé représente la limite pour une ampoule du type classique utilisant un champ axial tandis que le trait clair représente la limite pour une ampoule selon l'invention.
On voit ainsi sur cette courbe que les valeurs du pouvoir de coupure pour un même diamètre de contact sont supérieures dans le cas d'une ampoule selon l'invention à celles concernant une ampoule selon l'art antérieur. Il en résulte qu'une même valeur de pouvoir de coupure peut être obtenue avec une valeur de diamètre de contact diminuée d'un tiers. En outre, l'ampoule selon l'invention présente un comportement plus symétrique en coupure, en particulier lorsque l'ampoule est du type comportant des fentes. Ainsi, la tenue diélectrique après la coupure ne varie pratiquement pas avec la polarité de la tension de rétablissement.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples.
Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit.

Claims (17)

  1. Ampoule à vide 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 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 permettant le passage du courant et une position dans laquelle les contacts sont séparés et forment un arc électrique entre eux, ainsi qu'un moyen de production d'un champs magnétique axial dans la zone de formation de l'arc, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un écran conducteur (11), monté autour de la périphérie de l'un au moins des contacts (3,4), ledit écran (3,4) étant conformé et agencé de manière à supporter le champ électrique issu de la tension de rétablissement imposée par le réseau après la coupure et à réduire ainsi considérablement le champs électrique au bord dudit contact (3,4) et en ce que la continuité physique sur les contacts (3,4) en position fermée, est réalisée au moyen d'un anneau (15), de secteurs d'anneau ou de plots agencés sur la surface de contact de l'un des contacts (3) et situés en regard respectivement d'un anneau (16), de secteurs d'anneau, ou de plots agencés sur la surface de contact de l'autre (4) des contacts, ces anneaux (15,16), secteurs d'anneaux ou plots étant situés au-dessus du (des) fossé(s) (13,14) séparant l'écran (les écrans) dit(s) premier(s) (10,11) du (des) contact(s) associés(s) (3,4).
  2. Ampoule selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'écran précité (11) est utilisé pour conduire au moins une partie du courant.
  3. Ampoule selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit écran (11) comprend des fentes (18) agencées de telle manière que ledit écran (11) constitue une bobine.
  4. Ampoule à vide selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'écran précité (11) est relié électriquement audit contact (3,4) et est suffisamment séparé dudit contact (3,4) pour que le liquide s'écoulant sur la surface de contact dudit contact (3,4) ne puisse atteindre ledit écran (11).
  5. Ampoule à vide selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'écran précité (11) est présent tout autour dudit contact (3,4).
  6. Ampoule à vide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'écran (11) est conformé de manière à créer entre ledit écran (11) et ledit contact (3,4) un fossé (14) présentant une largeur comprise entre 0,5 mm et 4 mm.
  7. Ampoule à vide selon la revendication 6, caractérisée en ce que le fossé précité (14) présente une profondeur d'environ 5mm.
  8. Ampoule à vide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le bord (1 la) de l'écran précité (11) est sensiblement au même niveau que la pastille de contact (3,4), ou est d'une hauteur légèrement inférieure à la hauteur de cette pastille de contact (3,4).
  9. Ampoule à vide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'écran précité (11) présente une forme semi-annulaire et est fixé sur la partie inférieure du contact mobile (3,4).
  10. Ampoule à vide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'écran (11) est réalisé dans le même matériau que le contact (3,4), par exemple en cuivre.
  11. Ampoule à vide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'écran (11) est réalisé dans un matériau réfractaire tel le SiC.
  12. Ampoule à vide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'écran précité (11) est monté autour du contact mobile (4).
  13. Ampoule à vide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un autre écran (8,9,1), ledit écran (8,9) étant destiné à protéger l'enveloppe de la métallisation par la vapeur d'arc et produisant secondairement une augmentation de la valeur du champ électrique sur ledit contact (3,4).
  14. Ampoule à vide selon la revendication 13, caractérisée en ce que ledit second écran (8,9) est monté entre l'écran (10,11) dit premier, et l'enveloppe E de l'ampoule A.
  15. Ampoule à vide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou chaque contact (3,4) comporte au moins une fente (12) traversant ledit contact (3,4), lesdites fentes (12) étant agencées de manière à recevoir le liquide précité et à faciliter son écoulement (3,4).
  16. Ampoule à vide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un écran dit troisième, réalisé en un matériau conducteur, ledit écran étant situé à l'intérieur de l'enveloppe E au droit de l'intervalle de séparation des contacts (3,4) et étant relié électriquement à l'un des contacts (3,4), ledit écran étant localisé autour des contacts (3,4) en une position prédéterminée en fonction de la position des amenées de courant de manière que lorsque l'arc tend à dévier de l'intervalle précité, cet arc se place entre les contacts (3,4) et l'écran.
  17. Ampoule à vide selon l'une quelconque des revendications 3 à 16, caractérisée en ce que l'inclinaison des fentes (12) dans les contacts (3,4) est opposée à l'inclinaison des fentes (18) dans l'écran (11) de telle manière que le liquide s'écoulant à travers les fentes (12) des contacts ne peut pas s'écouler à travers les fentes (18) de l'écran (11).
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