EP1842269A2 - Appareil de protection d'une installation electrique a capacite de coupure amelioree - Google Patents

Appareil de protection d'une installation electrique a capacite de coupure amelioree

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Publication number
EP1842269A2
EP1842269A2 EP06704666A EP06704666A EP1842269A2 EP 1842269 A2 EP1842269 A2 EP 1842269A2 EP 06704666 A EP06704666 A EP 06704666A EP 06704666 A EP06704666 A EP 06704666A EP 1842269 A2 EP1842269 A2 EP 1842269A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
isolation
arc
insulating
spark gap
extinguishing chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06704666A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Bernard Ducourneau
Gérard Serrie
Louis Bernard Claude Maurice
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.)
ABB France SAS
Original Assignee
ABB France SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by ABB France SAS filed Critical ABB France SAS
Publication of EP1842269A2 publication Critical patent/EP1842269A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/34—Stationary parts for restricting or subdividing the arc, e.g. barrier plate
    • H01H9/36—Metal parts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/46—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using arcing horns

Definitions

  • the present invention relates to the general technical field of apparatus for protecting equipment or electrical installations against electrical disturbances, such as short circuits or transient overvoltages due to a lightning strike.
  • the present invention more particularly relates to an apparatus for protecting an electrical installation against electrical disturbances, comprising a housing in which are mounted:
  • arc generation means formed by two conductive parts between which an electric arc is caused to form when an electrical disturbance of sufficient intensity occurs
  • an arc extinguishing chamber comprising a series of fractionation plates spaced apart from each other so as to decompose the electric arc into a plurality of elementary arcs.
  • protection devices such as circuit-breakers or arresters are commonly used. These devices have the particular function of protecting the electrical installation, for example by insulating it, so that it is not damaged by the electrical disturbance.
  • these protection devices In a manner known per se, these protection devices generally comprise an arc extinguishing chamber (or interrupting chamber) designed to ensure the extinction of an electric arc that may form within the device.
  • spark gap arresters that is to say using, as an active protective element, a device comprising two electrodes placed facing each other separated by an insulating zone, formed for example by a blade of In the air, the surge current is evacuated via an electric arc formed between the electrodes when the overvoltage exceeds a threshold value.
  • the arc extinction chamber makes it possible to cut off the short circuit current discharged by the network, called the follow-on current, that can be maintained after the discharge of the overvoltage current.
  • the formation of the electric arc generally occurs at the moment of opening of the circuit breaker contacts, the electric arc being generated between said contacts.
  • the arc extinction chamber makes it possible to extinguish the electric arc thus formed, and to ensure the definitive breaking of the short-circuit current.
  • Known arc extinguishing chambers are often formed by a series of splitter plates, spaced apart from each other with a small insulating gap so as to decompose the electric arc into a plurality of elementary arcs, thereby increasing the voltage arc. The final extinction of the electric arc is then obtained when the arc voltage exceeds, in absolute value, the mains voltage.
  • the splitter plates are usually very close together and spaced apart by only a few millimeters in order to obtain efficient and fast extinction of the electric arc. For example, it is common to use, for an ac power supply network with a voltage of 230 Volts, an arc quench chamber having about twelve splitter plates. .
  • appliances with an arc extinguishing chamber of this type generally give satisfaction.
  • abnormal operating conditions can cause damage to the arc extinguishing chamber, especially when the arc extinguishing chamber is applied repeatedly over a short period of time. It is thus possible to observe a deformation of the fractionation plates, under the combined effect of magnetic phenomena and of heating produced by a repetitive or prolonged operation. By deforming, the splitter plates can then approach each other and cause a short circuit in the arc extinguishing chamber. This short circuit, initially local, often propagates very quickly to the entire arc extinguishing chamber, thus causing the complete short circuit of the latter.
  • This phenomenon of short-circuiting the extinguishing chamber is also largely favored by the projection on the chamber, under the effect of the displacement of the arc, of hot gases possibly contaminated with metal particles.
  • Such projections contribute to deteriorate the splitter plates and may cause, by themselves, short-circuit some or all of the splitter plates.
  • the arc extinguishing chamber is then no longer able to effectively interrupt the short circuit current, leading to rapid destruction of the apparatus.
  • Failure of the interrupting chamber may also occur when the device is used to protect an electrical installation whose short-circuit current is greater than the maximum current that can be interrupted by the device. This can happen in particular when an error occurs produced in the choice of the device, the latter having insufficient breaking capacity to interrupt the short-circuit current.
  • the objects assigned to the invention therefore aim to remedy the various disadvantages listed above and to propose a new protective device for an electrical installation having an improved short circuit breaking capacity.
  • Another object of the invention is to provide a new protective device for ensuring the breaking of the short-circuit current, even in case of failure of the arc extinguishing chamber.
  • Another object of the invention is to provide a new protective device for slowing the aging of the arc extinction chamber.
  • Another object of the invention is to provide a new protective device that is particularly simple to manufacture, and whose structure is robust and compact.
  • Another object of the invention is to provide a new protective device with a small footprint.
  • Another object of the invention is to provide a new protective device whose arc extinction chamber can, in case of failure, be quickly and permanently isolated from the electrical installation.
  • Another object of the invention is to provide a new protective device likely, at the end of life, to be permanently disconnected from the electrical installation.
  • the objects assigned to the invention are achieved by means of a device for protecting an electrical installation against electrical disturbances, comprising a housing in which are mounted:
  • arc generation means formed by two conductive parts between which an electric arc is caused to form when an electrical disturbance of sufficient intensity occurs
  • an arc extinction chamber comprising a series of fractionation plates spaced from each other so as to decompose the electric arc into a plurality of elementary arcs, characterized in that it comprises at least one spark gap; insulation electrically connected in series with the arc extinguishing chamber and having a clean breaking capacity sufficient to ensure, in case of failure of the arc extinction chamber, the definitive extinction of the electric arc when Zeroing of the current in the device by preventing the rebooting of the electric arc.
  • a device for protecting an electrical installation against electrical disturbances comprising a housing in which are mounted:
  • - Arc generation means formed by two conductive parts defining an angular opening and between which an electric arc is caused to form when an electrical disturbance of sufficient intensity occurs
  • an arc extinction chamber comprising a series of fractionation plates spaced from each other so as to decompose the electric arc into a plurality of elementary arcs, characterized in that it comprises at least one spark gap; insulation electrically connected in series with the arc extinguishing chamber, said isolation gap being disposed substantially outside said angular opening.
  • FIG. 1 illustrates, in a schematic front view, a protection apparatus according to the invention, the spark gap arrester type.
  • Figure 2 is a simplified version of Figure 1, to illustrate more precisely the angular aperture defined by the conductive parts.
  • FIG. 3 illustrates, in a schematic front view, an improved version of the protection apparatus shown in Figures 1 and 2, forming a second embodiment of the invention.
  • Figure 4 is a simplified version of Figure 3, to illustrate more precisely the angular aperture defined by the conductive parts.
  • FIG. 5 illustrates, in a schematic front view, a protection device according to a third embodiment of the invention, spark gap arrester type, in a functional configuration of connection to the electrical installation.
  • FIG. 6 illustrates, in a schematic front view, the protection apparatus shown in Figure 5 in a disconnected configuration, wherein it is isolated from the electrical installation.
  • the protection apparatus 1 according to the invention is illustrated in FIGS. 1 to 6.
  • the apparatus 1 may advantageously consist of an overvoltage protection device, such as a spark gap arrester, as illustrated in FIGS. 1 to 6, or it may consist of a short-circuit protection device of the breaker type. (not shown in the figures). In the remainder of the description, it is considered that the protection apparatus 1 is formed by a spark gap-type overvoltage protection device, mounted in parallel (or in parallel) with an electrical installation (not shown) with a view to protect her.
  • an overvoltage protection device such as a spark gap arrester, as illustrated in FIGS. 1 to 6, or it may consist of a short-circuit protection device of the breaker type. (not shown in the figures).
  • the protection apparatus 1 is formed by a spark gap-type overvoltage protection device, mounted in parallel (or in parallel) with an electrical installation (not shown) with a view to protect her.
  • the invention applies equally to the case of short-circuit protection devices, such as circuit breakers, mounted for example in series with the electrical installation.
  • electrical installation refers to any type of equipment or network that can be powered by an electric current.
  • the protection apparatus 1 when it is constituted by a spark gap arrester, is advantageously intended to be disposed between a phase of the electrical installation to be protected and earth. It is also conceivable, without departing from the scope of the invention, that the protection device 1, instead of being connected bypass between a phase and the earth, is connected between the neutral and the earth, between a phase and the neutral, or between two phases (case of a differential protection).
  • the device 1 of protection according to the invention is advantageously provided with terminals 2, 3 for its connection to the electrical installation.
  • terminals designates both the poles of the apparatus 1 and the connection means of the apparatus 1 to the installation electric.
  • the connection means can thus be formed, in the case of a plug-in device, by connection pads.
  • the electrical installation is advantageously supplied with current and voltage by a generator, and for example an alternating voltage generator, so that the apparatus 1 is traversed, in the conducting state, by the current coming from the generator or a generator. derived current.
  • the apparatus 1 comprises a housing 4, forming the external envelope of the apparatus, of electrically insulating material, that is to say non-electrically conductive.
  • the apparatus 1 further comprises, mounted within the housing 4, arc generating means 5 formed by two conductive parts 6, 7 between which an electric arc 8 is caused to form when an electrical disturbance sufficient intensity, that is, above a certain threshold, occurs.
  • electrical disturbance here refers to all types of disturbances, such as transient overvoltages due to lightning (where the device 1 constitutes a surge arrester) or short-circuit currents (in which case the device 1 constitutes a circuit breaker).
  • the term “electrical disturbance of sufficient intensity” refers, in the case where the apparatus 1 constitutes a spark gap-type overvoltage protection apparatus, to the minimum overvoltage necessary to ensure priming (or tripping) 8. In the case where the apparatus 1 is formed by a short-circuit protection device, this expression refers to the minimum current of the short-circuit current. may trigger the opening of the contacts of the device, which is responsible for the formation of the electric arc.
  • the apparatus 1 further comprises, mounted within the housing 4, an arc extinguishing chamber 9, designed to extinguish of the electric arc 8.
  • Said arc extinguishing chamber 9 is delimited by end plates 10, 11, in particular a first and a second end plate 10, 11, and comprises a series of splitter plates 12, disposed between the end plates 10, 11.
  • the series of splitter plates 12 extends between the first and the second end plate 10, 11.
  • the splitter plates 12 are spaced apart from each other so as to decompose the electric arc 8 into a plurality of elementary arcs 13.
  • the arc extinguishing chamber 9 thus subdivides the electric arc 8 into elementary arcs 13 each having a voltage of foot, the foot voltages of the elementary arcs adding up to increase the arc voltage in the arc extinction chamber 9.
  • the electric arc 8 cut into elementary arcs 13, turns off automatically.
  • the fractionation plates 12 are advantageously kept motionless relative to each other, within the arc extinguishing chamber 9, by an insulating blade 18 which also ensures a regular spacing between them. More precisely, the fractionation plates 12 are preferably separated from each other by insulating gaps 14 of substantially identical width.
  • the arc extinguishing chamber 9 then defines a volume filled with a gas and preferably with air, this gas filling the insulating gaps 14. It is however conceivable, without departing from the scope of the invention, that the Insulating gaps 14 have different widths.
  • the electric arc 8 is then transferred in the transfer direction F illustrated in FIGS. 1, 3 and 5 to the arc extinguishing chamber 9, under the action of FIG. his own field electric.
  • the arc generating means 5 are preferably arranged in a divergent shape, at V, the arc originating towards the base of the V. Such a measurement technique is well known in the field.
  • This transfer of the electric arc 8 is accompanied, as is also well known per se, a flow of hot gas and various residues may include including incandescent particles.
  • this stream 200 is channeled by the arc generating means 5, and more particularly by the conductive parts 6, 7, which define an angular aperture 100 delimited by the dashed lines 100A, substantially corresponding to the gas trajectory zone.
  • the conductive parts 6, 7 advantageously form a nozzle ejecting to the chamber 9 various gases and residues along a channelized path substantially contained in the angular opening 100.
  • the apparatus 1 comprises, mounted within the housing 4, at least one isolation gap 15 electrically connected in series with the arc extinguishing chamber 9 and having a breaking capacity. sufficient to ensure, in case of failure of the arc extinguishing chamber 9, the definitive extinction of the electric arc 8 during the zero crossing of the current in the device 1 by preventing the reboot of the arc 8.
  • isolation refers here to an isolation of an electrical nature.
  • the short-circuit current likely to flow through the apparatus 1 after the formation of the electric arc 8 comes from the network or the voltage generator associated with the electrical installation.
  • the short-circuit current is alternative, it necessarily goes from zero to every half period, thus allowing the rapid and definitive extinction of the electric arc 8 thanks to the intrinsic breaking power of the isolation spark gap 15.
  • the isolation spark gap 15 has an insulation resistance and a sufficient regeneration capacity to prevent the electric arc from being re-ignited as soon as the current goes to zero.
  • regenerative capacity refers to the ability of the ionizable insulating space to regenerate dielectrically to withstand the voltage of the generator (or network) and prevent rebooting of the electric arc 8.
  • insulation resistance here means the resistance measured, under specified conditions, between the electrodes 16, 17.
  • failure here means damage to the arc extinguishing chamber 9 leading to the formation of a short -circuit inside the latter, the short-circuit may be local but most often global, causing complete short-circuiting of the arc extinguishing chamber 9. Such damage may for example be due to at least in part to the gaseous and solid material projections mentioned above.
  • the spark gap 15 simply contributes to improving the overall breaking power of the device 1, without necessarily necessarily presenting (but only optionally) the function described in the foregoing, namely: presenting a power of clean cut sufficient to ensure, in case of failure of the arc extinguishing chamber 9, the definitive extinction of the electric arc 8 during the zero crossing of the current in the device 1 by preventing the rebooting of the bow 8.
  • the isolation gap 15, which is as previously electrically connected in series with the arc extinguishing chamber 9, is disposed substantially outside the angular opening 100 defined by the In other words, the spark gap 15 is positioned outside the fluid path lines defined by the conductive parts 6, 7, trajectory lines which extend inside the zone delimited by the dashed lines 100A in FIGS. 2 and 4. Thanks to this technical measure, the spark gap 15 is not subjected directly, with full force, to the flow 200 and to its deteriorating effects, unlike the chamber 9. Thus, the probability of damage to the spark gap 15 is less than that relative to the chamber 9, which allows the spark gap 15 to play its protective role reliably.
  • the isolation spark gap 15 is capable of occupying an ionized state, in which it ensures, in association with the series of fractionation plates 12, the decomposition of the electric arc 8 into the sum of a main arc 8 ', formed within the isolation spark gap 15, and several elementary arcs 13 formed in the arc extinguishing chamber 9.
  • the main arc 8 ' is maintained within the isolation spark gap 15 until the current zero in the device 1. Once the zero current reaches, the main arc 8 'turns off and does not reboot, thus permitting the final breaking of the short circuit current in the device 1 protection.
  • This arrangement thus makes it possible to guarantee the complete extinction of the short-circuit current even in the event of failure of the arc extinguishing chamber 9.
  • the isolation spark gap 15 has a sufficient insulation resistance for prevent the transfer of the electric arc 8 in the arc extinguishing chamber 9 when the energy of the electric arc 8 is less than a predetermined threshold value.
  • the electric arc 8 is held between the conductive parts 6, 7 and is not transferred to the chamber of arc extinguishing 9 which is then electrically isolated arc generation means 5 and the electrical installation.
  • the isolation spark gap 15 thus makes it possible to avoid soliciting the arc extinction chamber 9 for small short-circuit currents (or currents in succession), thus limiting its aging.
  • the triggering threshold value of the isolation spark gap 15 will thus preferably be calculated as a function of the level of protection offered by the device 1. In particular, it will be possible to adjust the isolation distance d between the electrodes 16, 17 of the Isolation gap 15.
  • the term "isolation distance" refers here to the minimum distance separating the electrodes 16, 17 constituting the shortest path for the main arc 8 '.
  • the isolation distance d between the electrodes 16, 17 is sufficient to prevent, in case of failure of the arc extinguishing chamber 9, the damage and the short-circuiting of the
  • the isolation spark gap 15 is thus advantageously designed and dimensioned so that any short circuit formed within the arc extinguishing chamber 9 can not propagate and gain the advantage of Isolation gap 15.
  • the isolation spark gap 15 is preferably arranged and designed so that the possible deformation of the fractionation plates 12 under the effect of their heating or magnetic phenomena, is without consequences on the operation of the isolation spark gap 15. Even more preferably, the isolation distance d between the two electrodes 16, 17 of the isolation spark gap 15 is greater than the average distance between the splitter plates 12, that is to say at the average value of the width of the insulating intervals 14.
  • the isolation spark gap 15 thus assumes a dual function, namely:
  • a protection function for the arc extinguishing chamber 9 in order to prevent the latter from being biased for small short-circuit currents, thus contributing to slowing the aging of the arc extinction chamber 9 .
  • the isolation spark gap 15 is connected in series between the arc generation means 5 and the arc extinction chamber 9, and more precisely between one of the conductive parts 6 and the arc extinguishing chamber 9.
  • the isolation spark gap 15 extends between one of the end plates 10, 11 of the arc extinguishing chamber 9, hereinafter referred to as the first end plate 10, and the corresponding conductive part 6 closest to the first end plate 10, hereinafter called the first conductive part 6.
  • a first electrode 16 of the isolation spark gap 15 is situated at substantially the same potential as the first end plate 10
  • a second electrode 17 of the isolation spark gap 15 being situated substantially at the same potential that the first conductive part 6.
  • the first electrode 16 is advantageously formed by the first end plate 10 and the second electrode 17 is formed by the first conductive part 6 so that the main arc 8 'is form between the first end plate 10 and the first conductive part 6, for example between the ends facing them.
  • the isolation spark gap 15, although connected in series with the arc extinguishing chamber 9, is located at another location of the apparatus 1 , and for example disposed between two series of splitting plates 12 connected in series.
  • the apparatus 1 comprises a single isolation gap 15.
  • the apparatus 1 comprises two isolation spark gaps 15A, 15B, electrically connected in series with the arc extinction chamber 9 and on the other hand. and other of the latter, so that the current I leaving one of the conductive parts 6 passes successively through a first isolation gap 15A, the arc extinguishing chamber 9, and a second spark gap. 15B isolation before joining the other conductive part 7.
  • the arc extinguishing chamber 9 is not electrically connected, either directly or by wiring, to the electrical installation and to the arc generation means 5, so that that in the absence of electrical disturbance, the arc extinction chamber 9 and in particular the end plates 10, 11 are at a floating potential.
  • the presence of the two isolation gaps 15A, 15B connected in series with the arc extinguishing chamber 9, is a double security in case of failure of the latter.
  • the complementary isolation spark gap could ensure the definitive extinction of the electric arc when the current is switched to zero.
  • the apparatus 1 comprises an additional isolation device 20 (FIGS. 5 and 6), mounted within the housing 4 and able to ensure disconnection. , preferably definitive, arc extinguishing chamber 9 vis-à-vis the electrical installation, particularly in the event of failure of said arc extinguishing chamber 9 and more generally in case of failure of the arc extinguishing chamber 9 device 1.
  • the isolation device 20 comprises:
  • detection means 21 sensitive to the state of the apparatus 1 and able to detect a malfunction of the latter, in particular excessive heating within the housing 4, and insulating means 22, movable and able to come, under the control of the detection means 21, be positioned between the electrodes 16, 17 of the isolation spark gap 15 in order to increase the isolation between the latter and to ensure the simultaneous disconnection of the isolation spark gap 15 and arc extinguishing chamber 9 with respect to the electrical installation.
  • malfunction here means a failure of the apparatus 1, which may appear:
  • the detection means 21 are advantageously temperature-sensitive, in order to be able to detect heating of the apparatus 1 beyond a predetermined threshold temperature.
  • the detection means 21 are preferably located near the components likely, at the end of their life, to be short-circuited, for example the arc generation means 5 and in particular the conductive parts 6, 7 or the arc extinction chamber 9. It is also possible to position. the detection means 22 near the isolation spark gap 15. The positioning of the detection means 21 near the key components of the apparatus 1 makes it possible to rapidly detect an abnormal heating of these components.
  • the insulating means 22 are adapted to increase the electrical isolation capacitance of the isolation spark gap 15, and therefore the energy required for the main arc 8 'to start, or reboot between the electrodes 16 , 17. As shown in FIG. 6, the insulating means 22 thus isolate definitively the arc extinguishing chamber 9 with respect to the arc generation means 5 and the electrical installation, thus improving the capacitance of switching off the device 1, in addition to the clean breaking capacity of the isolation spark gap 15.
  • the insulating means 22, positioned between the electrodes 16, 17, increase the isolation distance d between the latter, and thus contribute to the final extinction of the electric arc 8, on the one hand by lengthening it and on the other hand by preventing its rebooting, in particular by preventing the reboot of the main arc 8 '.
  • the insulating means 22 are formed by an insulating piece 23 that can move, for example by sliding, between the electrodes 16, 17 of the isolation spark gap 15 so as to increase the isolation distance d between them.
  • the displacement of the insulating means 22 is advantageously effected in a direction of displacement D, preferably parallel to the transfer direction F.
  • Guiding means (not shown), can provide guidance in displacement of the insulating part 23.
  • the temperature detection threshold of the detection means 21 is preferably determined as a function of the deformation threshold temperature of the insulating part 23, so as not to hinder the movement of the latter.
  • the insulating part 23 is advantageously mounted movably between a first position (illustrated in FIG. 5), in which it allows the free operation of the isolation spark gap 15, and a second position (illustrated in FIG. 6) in which it increases the isolation distance d between the electrodes 16, 17, thus increasing at the same time the path to be traveled by the main arc 8 'to bypass it.
  • the insulating part 23 is mounted to move in translation between its first and second positions, under the constraint of an actuating means and preferably under the constraint of an elastic return means 24 of the spring type.
  • One of the ends 24A of the elastic return means 24 can thus be fixed to one of the walls 4A of the housing 4, the other end 24B being fixed to or bearing against the insulating part 23 ( Figure 6).
  • the insulating part 23 is thus mounted elastically movable between its first and second positions. In its first position illustrated in FIG. 5, the insulating part 23 is advantageously maintained by the detection means 21 which are preferably formed by a fuse element 26 fixed relative to the housing 4 and preferably secured to the latter.
  • the fuse element 26 is preferably formed by a tin-lead alloy, calibrated to break or melt beyond the usual operating temperatures of the apparatus 1.
  • the fuse element 26 is preferably electrically isolated from the metal parts of the apparatus 1, and in particular conductive parts 6, 7, end plates 10, 11 and fractionating plates 12, for example by interposition of a dielectric material between the metal parts and the fuse element 26.
  • the detection means 21, and more precisely the fuse element 26, are mounted within the apparatus 1 so as to release the insulating means 22 (for example the insulating part 23) when a malfunction of the apparatus 1 is detected.
  • the detection means 21, in particular the fuse element 26, cooperate with the insulating means 22, in particular with the insulating part 23, in such a way that the melting or breaking of the fuse element 26 causes the release of the insulating part 23. The latter is then propelled, under the stress of the elastic return means 24, to the isolation spark gap 15.
  • the detection means 21 and more precisely the fuse element 26 form a stop against the displacement of the insulating means 22.
  • the insulating part 23 comes, at the end of the stroke, that is to say in the second position illustrated in FIG. 6, in abutment with the arc extinguishing chamber 9 on the one hand to promote the shearing of the electric arc 8, and more precisely of the main arc 8 ', between the insulating part 23 and the fractionation plates 12 and on the other hand to prevent the rebooting of the electric arc 8 after its extinction.
  • the insulating part 23 then forms, in its second position, an additional means of breaking the electric arc.
  • the insulating piece 23 In its second position, the insulating piece 23 is advantageously kept in contact with the arc extinguishing chamber 9, and more precisely with the fractionation plates 12 thanks to the restoring force R exerted by the elastic return means 24. The insulating part 23 is then immobilized between the arc extinguishing chamber 9 on the one hand and the elastic return means 24 on the other hand.
  • the overall shape of the insulating member 23 is likely to vary.
  • the movable insulating part 23 is preferably formed by a U-shaped part comprising two branches 23A, 23B substantially parallel to one another and connected by a connecting bridge 27, so that in the second position shown in Figure 6, the branches 23A, 23B substantially simultaneously position themselves between the respective electrodes 16, 17 of the two isolation gaps 15A, 15B.
  • the branches 23A, 23B extend preferably parallel to the direction of displacement D, and perpendicularly to the connecting bridge 27.
  • branches 23A, 23B thus advantageously slide against the end plates 10, 11, the latter thus ensuring the guiding the insulating part 23 to its terminal position. It is also possible, without departing from the scope of the invention, that the branches 23A, 23B are not formed by a single piece but by separate parts, mounted on articulated arms (not shown) that can be actuated for positioning the branches 23A, 23B in the ionizable insulating space located between the electrodes 16, 17 of the isolation gaps 15A, 15B.
  • the branches 23A, 23B thus form a double insulating barrier capable of electrically isolating the arc extinguishing chamber 9 from the other components of the device 1 and from the other side. -vis the electrical installation.
  • the insulating means 22 make it possible to increase the breaking capacity of the short-circuit current and the reliability of the apparatus 1.
  • the isolation device 20 thus makes it possible to avoid being taught at an external breaking device for interrupting the short-circuit current in case of failure of the arc extinguishing chamber 9.
  • the apparatus 1 also comprises indicating means (not shown) of its state.
  • These indication means are preferably operatively connected to the detection means 21 so that when a defective state of the apparatus 1 is detected, this information is transmitted to the indication means so as to warn the user that the Device 1 is damaged and its replacement is necessary.
  • the indication means are mechanically connected to the insulating part 23, directly or indirectly, so that the movement of the insulating part 23 towards its second position actuates the indication means.
  • the indication means may for example comprise visual means, formed by a separate part of the insulating part 23 and likely, when a malfunction of the apparatus 1 is detected, to move opposite a window formed in the 4.
  • the indication means can also be formed directly by the insulating part 23.
  • the apparatus 1 comprises an overvoltage protection element, preferably transient, formed by a so-called main spark gap 30, said main spark gap 30 extending between at least two main electrodes 31, 32 formed by the conductive parts 6, 7 so that the device 1 is a surge protection device, preferably transient.
  • the main spark gap 30 is formed by an ionizable insulating space, preferably occupied by air, which extends between the conductive parts 6, 7.
  • the main spark gap 30 is characterized by a triggering threshold voltage which, when exceeded, leads to the formation of an electric arc 8 between the main electrodes 31, 32.
  • the electric arc 8 then makes it possible to evacuate the surge current, for example towards the earth, in order to preserve the electrical installation mounted in parallel with the apparatus 1.
  • the main electrodes 31, 32 are arranged relative to each other so as to form a V, the hollow of the V, which has the distance of Isolation of the weakest, then forming the ignition zone 30 'of the electric arc 8.
  • the main electrodes 31, 32 preferably extend longitudinally between the priming zone 30 'and the arc extinction chamber 9. Even more preferably, the main electrodes 31, 32 do not extend laterally. , beyond the end plates 10, 11 so as to limit the size of the apparatus 1.
  • the first electrode 16 of the isolation spark gap 15 is formed by the first end plate 10, the second electrode 17 of the isolation spark gap 15 being formed by one of the main electrodes 31 of the main spark gap 30.
  • the other main electrode 32 is advantageously electrically connected to the second plate end 11, and is at the same potential as the latter.
  • the isolation spark gap 15 is advantageously formed by the ends opposite the first end plate 10 and the main electrode 31 situated opposite each other.
  • the apparatus 1 comprises two isolation gaps 15A, 15B connected in series with the arc extinction chamber 9
  • the main electrodes 31, 32 of the main spark gap 30 each form the second electrode 17 of the isolation spark gaps 15A, 15B
  • the end plates 10, 11 then each forming the first electrode 16 of the isolation spark gaps 15A, 15B.
  • the isolation device 20 comprises an insulating element 33, able to come, under the control of the detection means 21, to be positioned in an isolation configuration between the conductive parts 6, 7 and for example between the main electrodes 31, 32 to increase the isolation between them when a malfunction of the apparatus 1 is detected.
  • the insulating element 33 thus allows, in association with the insulating means 22, and more precisely with the branches 23A, 23B, to ensure the electrical isolation of the apparatus 1 according to three different levels, namely:
  • the insulating element 33 is movably mounted between a first configuration, illustrated in FIG. 5, in which it forms a priming aid for the main spark gap 30, and the isolation configuration.
  • the insulating element 33 thus allows a better control of the priming level of the main spark gap 30, the electric arc 8 being formed between the main electrodes 31, 32 along the surface of the element insulation 33.
  • the insulating element 33 comes, in the isolation configuration illustrated in FIG. 6, in abutment with the arc extinguishing chamber 9, so as, on the one hand, to promote the shearing of the arc electrical, that is to say the reduction of its section, and secondly to prevent its reboot between the conductive parts 6, 7, in particular in the main spark gap 30.
  • the insulating element 33 is mechanically connected to the insulating means 22 so that the displacement of the insulating element 33 causes the displacement of the insulating means 22 or vice versa.
  • the insulating element 33 is secured to the insulating means 22 and preferably formed by a central branch 34 extending substantially parallel to the branches 23A, 23B of the insulating part 23 from the connection bridge 27. Even more preferably, the insulating element 33 is integral with the part insulating 23, forming with the latter a single piece.
  • the insulating element 33 to be dissociated from the insulating means 22 and formed by an independent part, the movement of the insulating element 33 being able in this case to be associated or no to the movement of the insulating means 22.
  • the insulating element 33 is held directly by the detection means 21 and is in physical contact with the latter so that heating of the insulating element 33, caused for example by a malfunction of the main spark gap 30, is directly transmitted, by conduction, to the fuse element 26.
  • the insulating element 33 is further advantageously maintained in its first configuration under the combined stress of the detection means 21 and the elastic return means 24, which tends to repel it to arc extinguishing chamber 9.
  • the device 1 of protection according to the invention constitutes a circuit breaker having contacts, said contacts comprising the conductive parts 6, 7.
  • the conductive parts 6, 7 form the contacts of the circuit breaker, the electric arc being, in this case, likely to form during the separation of said contacts.
  • the protective apparatus 1 comprises a main spark gap 30 and constitutes a transient overvoltage protection device.
  • the operation described hereinafter can nevertheless be transposed in an obvious manner in the case of an overcurrent protection device of the breaker type.
  • the contacts of the circuit breaker form, after their separation, electrodes between which an electric arc is likely to be formed, by analogy with the main electrodes 31, 32 of the main spark gap 30.
  • the electrical disturbance is not a transient overvoltage but a charging or short-circuit current.
  • FIGS. 1 to 6 The operation of the protection device 1 according to the invention illustrated in FIGS. 1 to 6 is as follows.
  • the isolation spark gap 15 is advantageously sized according to the breaking capacity intrinsic to the main spark gap 30.
  • the insulation resistance of the isolation spark gap 15 is calculated in such a way that the spark gap is only triggered for arc energies higher than a threshold value beyond which the clean breaking capacity of the main spark gap does not, on its own, ensure the final extinction of the electric arc.
  • the current I flows through the apparatus 1 between the terminals 2 and 3, passing successively through the main electrode 31, a first spark gap 15A, the arc extinguishing chamber 9 and optionally a second isolation gap 15B before joining, via the other main electrode 32, the terminal 3.
  • the extinction of the electric arc 8 is effected in the arc extinguishing chamber 9, as soon as the arc voltage exceeds the voltage of the generator (or network).
  • the arc extinguishing chamber 9 is then no longer able to ensure the breaking of the short circuit current.
  • the isolation spark gap 1,5, 15A, 15B which ensures, during the zero crossing of the current, the definitive extinction of the electric arc 8, and more precisely of the main arc. 8 'formed within the isolation spark gap 15, 15A, 15B, preventing its rebooting.
  • the zero crossing of the current is carried out at each half-period, thus allowing a rapid extinction of the electric arc.
  • the temperature within the housing 4 increases abnormally and exceeds a predetermined threshold value, corresponding to the temperature of rupture or melting of the fuse element 26, a triggering of the complementary insulation device 20 occurs, and insulating means 22, formed by the insulating part 23, are positioned between the electrodes 16, 17 the isolation spark gap 15, 15A, 15B.
  • the insulating means 22 then provide electrical isolation and permanent disconnection of the arc extinguishing chamber 9 vis-à-vis the electrical installation.
  • the isolation device 20 also ensures the disconnection of the main spark gap 30 vis-à-vis the electrical installation, the insulating element 33 coming, under the control of the detection means 21 position between the main electrodes 31, 32 to increase the isolation distance between them.
  • the central branch 34 and the branches 23A, 23B located on either side of said central branch 34 are positioned simultaneously between the main electrodes 31, 32 of the spark gap main 30 and between the electrodes 16, 17 of the isolation gaps 15A, 15B.
  • the energy required for the formation of a new electric arc is particularly high because of the large isolation distance between the conductive parts 6, 7 (or the main electrodes 31, 32) on the one hand and between the electrodes 16 On the other hand, the apparatus 1 is isolated, effectively and permanently, from the electrical installation.
  • the invention thus makes it possible to ensure, in the event of a failure of the arc extinction chamber, the rapid and lasting extinction of the electric arc possibly created within the apparatus 1 and the definitive disconnection of the chamber arc extinguishing vis-à-vis the electrical installation.
  • Another advantage of the apparatus 1 according to the invention is that it ensures, in case of malfunction of the apparatus 1, the quick and reliable disconnection of the latter vis-à-vis the electrical installation .
  • Another advantage of the device 1 of protection according to the invention and that it allows to report immediately to the user any malfunction, allowing its rapid replacement.
  • the invention finds its industrial application in the design, manufacture and use of protective devices for equipment or electrical installations.

Abstract

L'invention concerne un appareil de protection 1 d'une installation contre des perturbations électriques comprenant un boîtier (4) au sein duquel sont montés : des moyens de génération d'arc (5), formés par deux pièces (6, 7) entre lesquelles un arc (8) est amené à se former lorsqu'une perturbation se produit, une chambre d'extinction d'arc (9), comportant une série de plaques de fractionnement (12) espacées de manière à décomposer l'arc (8) en une pluralité d'arcs élémentaires (13), caractérisé en ce qu'il comporte au moins un éclateur d'isolement (15) monté en série avec la chambre et possédant un pouvoir de coupure propre suffisant pour assurer, en cas de défaillance de la chambre, l'extinction de l'arc (8) lors du passage à zéro du courant en empêchant le réamorçage de l'arc (8). Appareils de protection d'installations électriques contre des perturbations électriques.

Description

APPAREIL DE PROTECTION D'UNE INSTALLATION ELECTRIQUE A CAPACITE DE COUPURE AMELIOREE
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention se rapporte au domaine technique général des appareils de protection d'équipements ou d'installations électriques contre des perturbations électriques, telles que des courts-circuits ou des surtensions transitoires dues à un impact de foudre.
La présente invention concerne plus particulièrement un appareil de protection d'une installation électrique contre des perturbations électriques comprenant un boîtier au sein duquel sont montés :
- des moyens de génération d'arc, formés par deux pièces conductrices entre lesquelles un arc électrique est amené à se former lorsqu'une perturbation électrique d'intensité suffisante se produit,
- une chambre d'extinction d'arc, comportant une série de plaques de fractionnement espacées les unes des autres de manière à décomposer l'arc électrique en une pluralité d'arcs élémentaires.
TECHNIQUE ANTERIEURE
Pour protéger une installation électrique contre des courants de court-circuit ou des surtensions transitoires dues à la foudre, on utilise couramment des appareils de protection du type disjoncteur ou parafoudre. Ces appareils ont notamment pour fonction de protéger l'installation électrique, par exemple en l'isolant, de telle sorte qu'elle ne soit pas endommagée par la perturbation électrique. De manière connue en soi, ces appareils de protection comportent généralement une chambre d'extinction d'arc (ou chambre de coupure) conçue pour assurer l'extinction d'un arc électrique susceptible de se former au sein de l'appareil.
Dans les parafoudres à éclateur, c'est-à-dire utilisant, en tant qu'élément actif de protection, un dispositif comprenant deux électrodes placées en vis- à-vis séparées par une zone isolante, formée par exemple par une lame d'air, l'évacuation du courant de surtension s'effectue par le biais d'un arc électrique formé entre les électrodes lorsque la surtension dépasse une valeur seuil. La chambre d'extinction d'arc permet dans ce cas d'assurer la coupure du courant de court-circuit débité par le réseau, appelé courant de suite, susceptible de se maintenir après l'évacuation du courant de surtension.
Dans les disjoncteurs, la formation de l'arc électrique se produit généralement au moment de l'ouverture des contacts du disjoncteur, l'arc électrique étant généré entre lesdits contacts. La chambre d'extinction d'arc permet dans ce cas d'assurer l'extinction de l'arc électrique ainsi formé, et d'assurer la coupure définitive du courant de court-circuit.
Les chambres d'extinction d'arc connues sont souvent formées par une série de plaques de fractionnement, espacées les unes des autres avec un faible intervalle isolant de manière à décomposer l'arc électrique en une pluralité d'arcs élémentaires, augmentant ainsi la tension d'arc. L'extinction définitive de l'arc électrique est alors obtenue lorsque la tension d'arc dépasse, en valeur absolue, la tension du réseau. En pratique, les plaques de fractionnement sont le plus souvent très rapprochées, et espacées d'un intervalle de quelques millimètres seulement afin d'obtenir une extinction efficace et rapide de l'arc électrique. Par exemple, il est courant d'utiliser, pour un réseau d'alimentation en courant alternatif sous une tension de 230 Volts, une chambre d'extinction d'arc comportant environ douze plaques de fractionnement. .
Dans les conditions normales d'utilisation, les appareils pourvus d'une chambre d'extinction d'arc de ce type donnent généralement satisfaction. Toutefois, des conditions anormales de fonctionnement peuvent entraîner l'endommagement de la chambre d'extinction d'arc, notamment lorsque cette dernière est sollicitée de manière répétitive dans un intervalle de temps réduit. On peut ainsi observer une déformation des plaques de fractionnement, sous l'effet combiné de phénomènes magnétiques et de réchauffement produit par un fonctionnement répétitif ou prolongé. En se déformant, les plaques de fractionnement peuvent alors se rapprocher les unes des autres et provoquer un court-circuit au sein de la chambre d'extinction d'arc. Ce court-circuit, initialement local, se propage souvent très rapidement à l'ensemble de la chambre d'extinction d'arc, provoquant ainsi la mise en court-circuit complète de cette dernière. Ce phénomène de mise en court-circuit de la chambre d'extinction est également largement favorisé par la projection sur la chambre, sous l'effet du déplacement de l'arc, de gaz chauds éventuellement contaminé par des particules métalliques. De telles projections contribuent en effet à détériorer les plaques de fractionnement et peuvent provoquer, à elles seules, la mise en court-circuit de certaines, voire de toutes les plaques de fractionnement.
La chambre d'extinction d'arc n'est alors plus en mesure d'interrompre efficacement le courant de court-circuit, conduisant à une destruction rapide de l'appareil.
Une défaillance de la chambre de coupure peut également apparaître lorsque l'appareil est utilisé pour protéger une installation électrique dont le courant de court-circuit est supérieur au courant maximum que peut interrompre l'appareil. Ceci peut notamment arriver lorsqu'une erreur se produit dans le choix de l'appareil, ce dernier présentant un pouvoir de coupure insuffisant pour interrompre le courant de court-circuit.
EXPOSE DE L'INVENTION
Les objets assignés à l'invention visent par conséquent à porter remède aux différents inconvénients énumérés précédemment et à proposer un nouvel appareil de protection d'une installation électrique présentant une capacité de coupure du courant de court-circuit améliorée.
Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouvel appareil de protection permettant d'assurer la coupure du courant de court-circuit, même en cas de défaillance de la chambre d'extinction d'arc.
Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouvel appareil de protection permettant de ralentir le vieillissement de la chambre d'extinction d'arc.
Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouvel appareil de protection qui soit particulièrement simple à fabriquer, et dont la structure soit robuste et compacte.
Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouvel appareil de protection présentant un encombrement réduit.
Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouvel appareil de protection dont la chambre d'extinction d'arc puisse, en cas de défaillance, être isolée rapidement et définitivement de l'installation électrique.
Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouvel appareil de protection susceptible, en fin de vie, d'être déconnecté définitivement de l'installation électrique. Les objets assignés à l'invention sont atteints à l'aide d'un appareil de protection d'une installation électrique contre des perturbations électriques comprenant un boîtier au sein duquel sont montés :
- des moyens de génération d'arc, formés par deux pièces conductrices entre lesquelles un arc électrique est amené à se former lorsqu'une perturbation électrique d'intensité suffisante se produit,
- une chambre d'extinction d'arc, comportant une série de plaques de fractionnement espacées les unes des autres de manière à décomposer l'arc électrique en une pluralité d'arcs élémentaires, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un éclateur d'isolement monté électriquement en série avec la chambre d'extinction d'arc et possédant un pouvoir de coupure propre suffisant pour assurer, en cas de défaillance de la chambre d'extinction d'arc, l'extinction définitive de l'arc électrique lors du passage à zéro du courant dans l'appareil en empêchant le réamorçage de l'arc électrique.
Les objets assignés à l'invention sont également atteints à l'aide d'un appareil de protection d'une installation électrique contre des perturbations électriques comprenant un boîtier au sein duquel sont montés :
- des moyens de génération d'arc, formés par deux pièces conductrices définissant une ouverture angulaire et entre lesquelles un arc électrique est amené à se former lorsqu'une perturbation électrique d'intensité suffisante se produit,
- une chambre d'extinction d'arc, comportant une série de plaques de fractionnement espacées les unes des autres de manière à décomposer l'arc électrique en une pluralité d'arcs élémentaires, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un éclateur d'isolement monté électriquement en série avec la chambre d'extinction d'arc, ledit éclateur d'isolement étant disposé sensiblement hors de ladite ouverture angulaire. DESCRIPTIF SOMMAIRE DES DESSINS
D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront plus en détail à la lecture de la description qui suit, ainsi qu'à l'aide des dessins annexés donnés à titre purement illustratif et non limitatif, parmi lesquels :
- La figure 1 illustre, selon une vue schématique de face, un appareil de protection conforme à l'invention, du type parafoudre à éclateur.
- La figure 2 est une version simplifiée de la figure 1 , afin d'illustrer plus précisément l'ouverture angulaire définie par les pièces conductrices.
- La figure 3 illustre, selon une vue schématique de face, une version améliorée de l'appareil de protection illustré aux figures 1 et 2, formant un second mode de réalisation de l'invention.
- La figure 4 est une version simplifiée de la figure 3, afin d'illustrer plus précisément l'ouverture angulaire définie par les pièces conductrices.
- La figure 5 illustre, selon une vue schématique de face, un appareil de protection conforme à un troisième mode de réalisation de l'invention, du type parafoudre à éclateur, dans un configuration fonctionnelle de raccordement à l'installation électrique.
- La figure 6 illustre, selon une vue schématique de face, l'appareil de protection illustré sur la figure 5 dans une configuration déconnectée, dans laquelle il est isolé de l'installation électrique. MEILLEURE MANIERE DE REALISER L'INVENTION
L'appareil 1 de protection conforme à l'invention est illustré sur les figures 1 à 6.
L'appareil 1 peut avantageusement consister en un dispositif de protection contre les surtensions, du genre parafoudre à éclateur, tel qu'illustré sur les figures 1 à 6, ou encore consister en un appareil de protection contre les courts-circuits, du genre disjoncteur (non représenté aux figures). Dans la suite de la description, on considère que l'appareil 1 de protection est formé par un appareil de protection contre les surtensions du type à éclateur, monté en dérivation (ou en parallèle) avec une installation électrique (non représentée) en vue de la protéger.
L'invention s'applique néanmoins de manière équivalente au cas des dispositifs de protection contre les courts-circuits, tels que les disjoncteurs, montés par exemple en série avec l'installation électrique. L'expression « installation électrique » fait référence à tout type d'équipement ou réseau susceptible d'être alimenté par un courant électrique.
L'appareil 1 de protection conforme à l'invention, lorsqu'il est constitué par un parafoudre à éclateur, est avantageusement destiné à être disposé entre une phase de l'installation électrique à protéger et la terre. Il est par ailleurs envisageable, sans pour autant sortir du cadre de l'invention, que l'appareil 1 de protection, au lieu d'être branché en dérivation entre une phase et la terre, soit branché entre le neutre et la terre, entre une phase et le neutre, ou encore entre deux phases (cas d'une protection différentielle). L'appareil 1 de protection conforme à l'invention est avantageusement pourvu de bornes 2, 3 permettant son raccordement à l'installation électrique. Au sens de l'invention, le terme « bornes » désigne aussi bien les pôles de l'appareil 1 que les moyens de raccordement de l'appareil 1 à l'installation électrique. Les moyens de raccordement peuvent ainsi être formés, dans le cas d'un appareil embrochable, par des plots de connexion.
L'installation électrique est avantageusement alimentée en courant et en tension par un générateur, et par exemple un générateur de tension alternative, de telle sorte que l'appareil 1 est traversé, à l'état passant, par le courant issu du générateur ou un courant dérivé.
Selon l'invention, l'appareil 1 comprend un boîtier 4, formant l'enveloppe externe de l'appareil, en matériau électriquement isolant, c'est-à-dire non conducteur de l'électricité.
L'appareil 1 comprend en outre, montés au sein du boîtier 4, des moyens de génération d'arc 5, formés par deux pièces conductrices 6, 7 entre lesquelles un arc électrique 8 est amené à se former lorsque qu'une perturbation électrique d'intensité suffisante, c'est-à-dire supérieure à un certain seuil, se produit. L'expression « perturbation électrique » fait ici référence à tous types de perturbations, tels que des surtensions transitoires dues à la foudre (cas où l'appareil 1 constitue un parafoudre) ou des courants de court-circuit (cas où l'appareil 1 constitue un disjoncteur). L'expression « perturbation électrique d'intensité suffisante » fait référence, dans le cas où l'appareil 1 constitue un appareil de protection contre les surtensions du type à éclateur, à la surtension minimale nécessaire pour assurer l'amorçage (ou le déclenchement) de l'éclateur et la formation de l'arc électrique 8. Dans le cas où l'appareil 1 est formé par un appareil de protection contre les courts- circuits, cette expression fait référence à l'intensité minimale du courant de court-circuit susceptible de déclencher l'ouverture des contacts de l'appareil, laquelle est responsable de la formation de l'arc électrique.
Selon l'invention, l'appareil 1 comprend en outre, montée au sein du boîtier 4, une chambre d'extinction d'arc 9, conçue pour assurer l'extinction de l'arc électrique 8. Ladite chambre d'extinction d'arc 9 est délimitée par des plaques d'extrémité 10, 11 , notamment une première et une deuxième plaques d'extrémité 10, 11, et comporte une série de plaques de fractionnement 12, disposées entre les plaques d'extrémité 10, 11. En d'autres termes, la série de plaques de fractionnement 12 s'étend entre la première et la deuxième plaque d'extrémité 10, 11. Les plaques de fractionnement 12 sont espacées les unes des autres de manière à décomposer l'arc électrique 8 en une pluralité d'arcs élémentaires 13. La chambre d'extinction d'arc 9 assure ainsi la subdivision de l'arc électrique 8 en arcs élémentaires 13 présentant chacun une tension de pied, les tensions de pied des arcs élémentaires s'additionnant pour augmenter la tension d'arc dans la chambre d'extinction d'arc 9. Ainsi, en fonctionnement normal, dès que la tension d'arc dans la chambre d'extinction d'arc 9 excède la tension du générateur, l'arc électrique 8, découpé en arcs élémentaires 13, s'éteint automatiquement.
Les plaques de fractionnement 12 sont avantageusement maintenues immobiles les unes par rapport aux autres, au sein de la chambre d'extinction d'arc 9, par une lame isolante 18 qui permet également de garantir un espacement régulier entre ces dernières. Plus précisément, les plaques de fractionnement 12 sont de préférence séparées les unes des autres par des intervalles isolants 14 de largeur sensiblement identique. La chambre d'extinction d'arc 9 définit alors un volume rempli avec un gaz et préférentiellement avec de l'air, ce gaz venant combler les intervalles isolants 14. Il est toutefois envisageable, sans sortir du cadre de l'invention, que les intervalles isolants 14 présentent des largeurs différentes.
Formé au niveau des moyens de génération d'arc 5, l'arc électrique 8 est ensuite transféré suivant la direction de transfert F illustrée aux figures 1 , 3 et 5 vers la chambre d'extinction d'arc 9, sous l'action de son propre champ électrique. Afin d'améliorer le transfert de l'arc 8 dans la direction F, les moyens de génération d'arc 5 sont de préférence agencés selon une forme divergente, en V, l'arc prenant naissance vers la base du V. Une telle mesure technique est bien connue dans le domaine. Ce transfert de l'arc électrique 8 s'accompagne, comme cela est également bien connu en soi, d'un flux de gaz chaud et résidus divers pouvant notamment comprendre des particules incandescentes.
Ce flux est illustré par les flèches 200 aux figures 2 et 4. Comme cela est illustré sur les deux figures précitées, ce flux 200 est canalisé par les moyens de génération d'arc 5, et plus particulièrement par les pièces conductrices 6, 7, lesquelles définissent une ouverture angulaire 100, délimitée par les lignes en pointillés 100A, correspondant sensiblement à la zone de trajectoire des gaz. En d'autres termes, les pièces conductrices 6, 7 forment avantageusement une tuyère éjectant vers la chambre 9 des gaz et résidus divers selon une trajectoire canalisée sensiblement contenue dans l'ouverture angulaire 100.
Selon une caractéristique importante de l'invention, l'appareil 1 comporte, monté au sein du boîtier 4, au moins un éclateur d'isolement 15 monté électriquement en série avec la chambre d'extinction d'arc 9 et possédant un pouvoir de coupure propre suffisant pour assurer, en cas de défaillance de la chambre d'extinction d'arc 9, l'extinction définitive de l'arc électrique 8 lors du passage à zéro du courant dans l'appareil 1 en empêchant le réamorçage de l'arc électrique 8. Le terme « isolement » fait référence ici à un isolement de nature électrique.
Le courant de court-circuit susceptible de s'écouler à travers l'appareil 1 après la formation de l'arc électrique 8 provient du réseau ou du générateur de tension associé à l'installation électrique. Lorsque le courant de court- circuit est alternatif, il passe nécessairement par zéro à chaque demi- période, permettant ainsi l'extinction rapide et définitive de l'arc électrique 8 grâce au pouvoir de coupure intrinsèque de l'éclateur d'isolement 15. L'éclateur d'isolement 15, avantageusement formé par un espace isolant ionisable s'étendant entre deux électrodes 16, 17 et monté en série avec la chambre d'extinction d'arc 9, est traversé, à l'état passant, par le même courant que la chambre d'extinction d'arc 9.
Plus précisément, l'éclateur d'isolement 15 présente une résistance d'isolement et une capacité de régénération suffisante pour empêcher le réamorçage de l'arc électrique dès que le courant passe à zéro. L'expression « capacité de régénération » fait référence à la capacité de l'espace isolant ionisable à se régénérer diélectriquement pour résister à la tension du générateur (ou du réseau) et empêcher le réamorçage de l'arc électrique 8. L'expression « résistance d'isolement » désigne ici la résistance mesurée, dans des conditions spécifiées, entre les électrodes 16, 17. Le terme « défaillance » désigne ici un endommagement de la chambre d'extinction d'arc 9 conduisant à la formation d'un court-circuit à l'intérieur de cette dernière, le court-circuit pouvant être local mais le plus souvent global, entraînant la mise en court-circuit complète de la chambre d'extinction d'arc 9. Un tel endommagement peut par exemple être dû, au moins en partie, aux projections de matières gazeuses et solides évoquées précédemment.
Selon un autre mode de réalisation indépendant, l'éclateur 15 contribue simplement à améliorer le pouvoir global de coupure du dispositif 1 , sans pour autant présenter nécessairement (mais seulement optionnellement) la fonction décrite dans ce qui précède, à savoir : présenter un pouvoir de coupure propre suffisant pour assurer, en cas de défaillance de la chambre d'extinction d'arc 9, l'extinction définitive de l'arc électrique 8 lors du passage à zéro du courant dans l'appareil 1 en empêchant le réamorçage de l'arc électrique 8. Selon ce mode de réalisation indépendant, l'éclateur d'isolement 15, qui est comme précédemment monté électriquement en série avec la chambre d'extinction d'arc 9, est disposé sensiblement hors de l'ouverture angulaire 100 définie par les pièces conductrices 6, 7. En d'autres termes, l'éclateur 15 est positionné en dehors des lignes de trajectoire fluide définies par les pièces conductrices 6, 7, lignes de trajectoire qui s'étendent à l'intérieur de la zone délimitée par les lignes pointillées 100A sur les figures 2 et 4. Grâce à cette mesure technique, l'éclateur 15 n'est pas soumis directement, de plein fouet, au flux 200 et à ses effets de détérioration, contrairement à la chambre 9. Ainsi, la probabilité d'endommagement de l'éclateur 15 est moindre que celle relative à la chambre 9, ce qui permet à l'éclateur 15 de jouer son rôle protecteur de façon fiable.
Avantageusement, l'éclateur d'isolement 15 est susceptible d'occuper un état ionisé, dans lequel il assure, en association avec la série de plaques de fractionnement 12, la décomposition de l'arc électrique 8 en la somme d'un arc principal 8', formé au sein de l'éclateur d'isolement 15, et de plusieurs arcs élémentaires 13 formés dans la chambre d'extinction d'arc 9. Ainsi, lorsqu'une défaillance se produit dans la chambre d'extinction d'arc 9, conduisant à la mise en court-circuit de cette dernière, l'arc principal 8' se maintient au sein de l'éclateur d'isolement 15 jusqu'au passage à zéro du courant dans l'appareil 1. Une fois le zéro de courant atteint, l'arc principal 8' s'éteint et ne se réamorce pas, permettant ainsi la coupure définitive du courant de court-circuit dans l'appareil 1 de protection.
Ce montage permet donc de garantir l'extinction complète du courant de court-circuit même en cas de défaillance de la chambre d'extinction d'arc 9.
Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, l'éclateur d'isolement 15 présente une résistance d'isolement suffisante pour empêcher le transfert de l'arc électrique 8 dans la chambre d'extinction d'arc 9 lorsque l'énergie de l'arc électrique 8 est inférieure à une valeur seuil prédéterminée. Ainsi, tant que l'énergie de l'arc électrique 8 est insuffisante pour déclencher l'éclateur d'isolement 15, l'arc électrique 8 est maintenu entre les pièces conductrices 6, 7 et n'est pas transféré vers la chambre d'extinction d'arc 9 qui se trouve alors isolée électriquement des moyens de génération d'arc 5 et de l'installation électrique.
Cette caractéristique dimensionnelle de l'éclateur d'isolement 15 permet ainsi d'éviter de solliciter la chambre d'extinction d'arc 9 pour de faibles courants de court-circuit (ou courants de suite), limitant ainsi son vieillissement. La valeur seuil de déclenchement de l'éclateur d'isolement 15 sera ainsi préférentiellement calculée en fonction du niveau de protection offert par l'appareil 1. On pourra en particulier ajuster la distance d'isolement d entre les électrodes 16, 17 de l'éclateur d'isolement 15. L'expression « distance d'isolement » fait ici référence à la distance minimale séparant les électrodes 16, 17 constituant le plus court chemin pour l'arc principal 8'.
De façon particulièrement avantageuse, la distance d'isolement d entre les électrodes 16, 17 est suffisante pour éviter, en cas de défaillance de la chambre d'extinction d'arc 9, l'endommagement et la mise en court-circuit de l'éclateur d'isolement 15. L'éclateur d'isolement 15 est ainsi avantageusement conçu et dimensionné de telle sorte qu'un éventuel court- circuit formé au sein de la chambre d'extinction d'arc 9 ne puisse pas se propager et gagner l'éclateur d'isolement 15.
A cet effet, l'éclateur d'isolement 15 est préférentiellement disposé et conçu de telle sorte que l'éventuelle déformation des plaques de fractionnement 12 sous l'effet de leur échauffement ou de phénomènes magnétiques, soit sans conséquence sur le fonctionnement de l'éclateur d'isolement 15. De façon encore plus préférentielle, la distance d'isolement d entre les deux électrodes 16, 17 de l'éclateur d'isolement 15 est supérieure à la distance moyenne d' séparant les plaques de fractionnement 12, c'est-à-dire à la valeur moyenne de la largeur des intervalles isolants 14.
L'éclateur d'isolement 15 conforme à l'invention assume ainsi une double fonction, à savoir :
- une première fonction de coupure du courant de court-circuit, lorsque la chambre d'extinction d'arc 9 est défaillante, dans laquelle il se substitue à la chambre d'extinction d'arc 9 pour assurer l'extinction définitive de l'arc électrique 8, et plus précisément de l'arc principal 8', lors du passage à zéro du courant,
- une fonction de protection de la chambre d'extinction d'arc 9, afin d'éviter la sollicitation de cette dernière pour de faibles courants de court-circuit, contribuant ainsi à ralentir le vieillissement de la chambre d'extinction d'arc 9.
Plusieurs modes de réalisation constructive de l'invention vont maintenant être décrits en se référant aux figures 1 à 4.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention illustré sur les figures 1 et 2, l'éclateur d'isolement 15 est monté en série entre les moyens de génération d'arc 5 et la chambre d'extinction d'arc 9, et plus précisément entre l'une des pièces conductrices 6 et la chambre d'extinction d'arc 9.
De façon préférentielle, l'éclateur d'isolement 15 s'étend entre l'une des plaques d'extrémité 10, 11 de la chambre d'extinction d'arc 9, ci-après dite première plaque d'extrémité 10, et la pièce conductrice 6 correspondante la plus proche de la première plaque d'extrémité 10, ci-après dite première pièce conductrice 6. De façon encore plus préférentielle, une première électrode 16 de l'éclateur d'isolement 15 est située sensiblement au même potentiel que la première plaque d'extrémité 10, une deuxième électrode 17 de l'éclateur d'isolement 15 étant située sensiblement au même potentiel que la première pièce conductrice 6. Plus précisément, la première électrode 16 est avantageusement formée par la première plaque d'extrémité 10 et la deuxième électrode 17 est formée par la première pièce conductrice 6 de telle sorte que l'arc principal 8' se forme entre la première plaque d'extrémité 10 et la première pièce conductrice 6, par exemple entre les extrémités en regard de ces dernières.
Il est toutefois envisageable, sans sortir du cadre de l'invention, que l'éclateur d'isolement 15, bien que monté en série avec la chambre d'extinction d'arc 9, soit situé à un autre endroit de l'appareil 1 , et par exemple disposé entre deux séries de plaques fractionnement 12 montés en série.
Selon le premier mode de réalisation de l'invention illustrée sur les figures 1 et 2, l'appareil 1 comporte un unique éclateur d'isolement 15.
Selon un deuxième mode de réalisation préférentiel de l'invention illustré sur les figures 3 et 4, l'appareil 1 comporte deux éclateurs d'isolement 15A, 15B, montés électriquement en série avec la chambre d'extinction d'arc 9 et de part et d'autre de cette dernière, de telle sorte que le courant I sortant de l'une des pièces conductrices 6 traverse successivement un premier éclateur d'isolement 15A, la chambre d'extinction d'arc 9, et un deuxième éclateur d'isolement 15B avant de rejoindre l'autre pièce conductrice 7.
Dans ce mode de réalisation préférentiel, la chambre d'extinction d'arc 9 n'est pas raccordée électriquement, que ce soit directement ou par câblage, à l'installation électrique et aux moyens de génération d'arc 5, de telle sorte qu'en l'absence de perturbation électrique, la chambre d'extinction d'arc 9 et notamment les plaques d'extrémité 10, 11 se situent à un potentiel flottant.
Selon ce mode de réalisation préférentiel, la présence des deux éclateurs d'isolement 15A, 15B montés en série avec la chambre d'extinction d'arc 9, constitue une double sécurité en cas de défaillance de cette dernière. En particulier, si un dysfonctionnement venait à se produire pour l'un des éclateurs d'isolement, l'éclateur d'isolement complémentaire pourrait assurer l'extinction définitive de l'arc électrique lors du passage à zéro du courant.
Selon une caractéristique particulièrement avantageuse, et qui constitue d'ailleurs une invention indépendante à part entière, l'appareil 1 comporte un dispositif d'isolement 20 complémentaire (figures 5 et 6), monté au sein du boîtier 4 et apte à assurer la déconnexion, de préférence définitive, de la chambre d'extinction d'arc 9 vis-à-vis de l'installation électrique, notamment en cas de défaillance de ladite chambre d'extinction d'arc 9 et plus généralement en cas de défaillance de l'appareil 1.
Avantageusement, le dispositif d'isolement 20 comprend :
- des moyens de détection 21 , sensibles à l'état de l'appareil 1 et aptes à détecter un dysfonctionnement de ce dernier, notamment un échauffement excessif au sein du boîtier 4, - et des moyens isolants 22, déplaçables et aptes à venir, sous la dépendance des moyens de détection 21 , se positionner entre les électrodes 16, 17 de l'éclateur d'isolement 15 en vue d'augmenter l'isolement entre ces dernières et d'assurer la déconnexion simultanée de l'éclateur d'isolement 15 et de la chambre d'extinction d'arc 9 vis à vis de l'installation électrique. Le terme « dysfonctionnement » désigne ici une défaillance de l'appareil 1, susceptible d'apparaître :
- soit au niveau des moyens de génération d'arc 5, par exemple suite à la formation d'un dépôt métallique créant un pont conducteur entre les pièces conductrices 6, 7,
- soit au niveau de la chambre d'extinction d'arc 9, par exemple par la mise en court-circuit de cette dernière,
- soit encore au niveau de l'éclateur d'isolement 15, par pollution de ce dernier.
Quelle que soit la cause de la défaillance, cette dernière conduit généralement à un échauffement anormal de l'appareil 1 , en raison notamment du passage d'un courant de court-circuit excessif.
Les moyens de détection 21 sont avantageusement sensibles à la température, afin de pouvoir détecter réchauffement de l'appareil 1 au delà d'une température seuil prédéterminée. Avantageusement, les moyens de détection 21 sont préférentiellement situés à proximité des composants susceptibles, en fin de vie, d'être mis en court-circuit, par exemple les moyens de génération d'arc 5 et notamment les pièces conductrices 6, 7 ou encore la chambre d'extinction d'arc 9. Il est également envisageable de positionner . les moyens de détection 22 à proximité de l'éclateur d'isolement 15. Le positionnement des moyens de détection 21 à proximité des composants clés de l'appareil 1 permet de détecter rapidement un échauffement anormal de ces composants.
Avantageusement, les moyens isolants 22 sont adaptés pour augmenter la capacité d'isolement électrique de l'éclateur d'isolement 15, et donc l'énergie nécessaire pour que l'arc principal 8' s'amorce, ou se réamorce entre les électrodes 16, 17. Tel que cela est illustré sur la figure 6, les moyens isolant 22 viennent ainsi isoler définitivement la chambre d'extinction d'arc 9 vis à vis des moyens de génération d'arc 5 et de l'installation électrique, améliorant ainsi la capacité de coupure de l'appareil 1 , en s'ajoutant au pouvoir de coupure propre de l'éclateur d'isolement 15. Plus précisément, les moyens isolants 22, en se positionnant entre les électrodes 16, 17, augmentent la distance d'isolement d entre ces dernières, et contribuent ainsi à l'extinction définitive de l'arc électrique 8, d'une part en l'allongeant et d'autre part en empêchant son réamorçage, notamment en empêchant le réamorçage de l'arc principal 8'.
Tel que cela est illustré sur la figure 5, les moyens isolants 22 sont formés par une pièce isolante 23 mobile, apte à se déplacer, par exemple par glissement, entre les électrodes 16, 17 de l'éclateur d'isolement 15 de manière à augmenter la distance d'isolement d entre ces dernières. Le déplacement des moyens isolants 22 s'effectue avantageusement selon une direction de déplacement D, de préférence parallèle à la direction de transfert F. Des moyens de guidage (non représentés), peuvent assurer le guidage en déplacement de la pièce isolante 23. La température seuil de détection des moyens de détection 21 est de préférence déterminée en fonction de la température seuil de déformation de la pièce isolante 23, de manière à ne pas gêner le déplacement de cette dernière.
La pièce isolante 23 est avantageusement montée mobile entre une première position (illustrée sur la figure 5), dans laquelle elle autorise le libre fonctionnement de l'éclateur d'isolement 15, et une deuxième position (illustrée sur la figure 6) dans laquelle elle augmente la distance d'isolement d entre les électrodes 16, 17, augmentant ainsi dans le même temps le chemin que doit parcourir l'arc principal 8' pour la contourner. De façon préférentielle, la pièce isolante 23 est montée mobile en translation entre sa première et sa deuxième positions, sous la contrainte d'un moyen d'actionnement et de préférence sous la contrainte d'un moyen de rappel élastique 24, du genre ressort. Une des extrémités 24A du moyen de rappel élastique 24 peut ainsi être fixée à l'une des parois 4A du boîtier 4, l'autre extrémité 24B étant fixée à ou venant en appui contre la pièce isolante 23 (figure 6). De façon particulièrement avantageuse, la pièce isolante 23 est ainsi montée mobile élastiquement entre sa première et sa deuxième positions. Dans sa première position illustrée sur la figure 5, la pièce isolante 23 est avantageusement maintenue par les moyens de détection 21 lesquels sont préférentiellement formés par un élément fusible 26, fixe relativement au boîtier 4 et de préférence solidarisé avec ce dernier.
L'élément fusible 26 est préférentiellement formé par un alliage étain - plomb, calibré pour se rompre ou fondre au delà des températures usuelles de fonctionnement de l'appareil 1. L'élément fusible 26 est préférentiellement isolé électriquement des parties métalliques de l'appareil 1 , et notamment des pièces conductrices 6, 7, des plaques d'extrémité 10, 11 et des plaques de fractionnement 12, par exemple par interposition d'un matériau diélectrique entre les parties métalliques et l'élément fusible 26. De façon préférentielle, les moyens de détection 21 , et plus précisément l'élément fusible 26, sont montés au sein de l'appareil 1 de manière à libérer les moyens isolants 22 (par exemple la pièce isolante 23) lorsqu'un dysfonctionnement de l'appareil 1 est détecté. A cet effet, les moyens de détection 21 , notamment l'élément fusible 26, coopèrent avec les moyens isolants 22, en particulier avec la pièce isolante 23, de telle façon que la fusion ou la rupture de l'élément fusible 26 entraîne la libération de la pièce isolante 23. Cette dernière se trouve alors propulsée, sous la contrainte du moyen de rappel élastique 24, vers l'éclateur d'isolement 15. Dans la première position illustrée sur la figure 5, les moyens de détection 21 et plus précisément l'élément fusible 26 forment une butée à l'encontre du déplacement des moyens isolants 22.
Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, la pièce isolante 23 vient, en fin de course, c'est-à-dire dans la deuxième position illustrée sur la figure 6, en butée contre la chambre d'extinction d'arc 9 de manière d'une part à favoriser le cisaillement de l'arc électrique 8, et plus précisément de l'arc principal 8', entre la pièce isolante 23 et les plaques de fractionnement 12 et d'autre part à empêcher le réamorçage de l'arc électrique 8 après son extinction. La pièce isolante 23 forme alors, dans sa deuxième position, un moyen additionnel de coupure de l'arc électrique.
La pièce isolante 23 est, dans sa deuxième position, avantageusement maintenue en contact avec la chambre d'extinction d'arc 9, et plus précisément avec les plaques de fractionnement 12 grâce à la force de rappel R exercée par le moyen de rappel élastique 24. La pièce isolante 23 est alors immobilisée entre la chambre d'extinction d'arc 9 d'une part et le moyen de rappel élastique 24 d'autre part.
Selon le nombre d'éclateurs d'isolement 15 utilisés au sein de l'appareil 1 , la forme générale de la pièce isolante 23 est susceptible de varier. En particulier, dans le cas d'un appareil 1 de protection comportant 2 éclateurs d'isolement 15 montés en série avec la chambre d'extinction d'arc 9, la pièce isolante 23 mobile est préférentiellement formée par une pièce en forme de U comportant deux branches 23A, 23B sensiblement parallèles l'une par rapport à l'autre et reliées par un pont de connexion 27, de telle sorte que dans la deuxième position illustrée sur la figure 6, les branches 23A, 23B viennent sensiblement simultanément se positionner entre les électrodes 16, 17 respectives des deux éclateurs d'isolement 15A, 15B. Les branches 23A, 23B s'étendent de préférence parallèlement à la direction de déplacement D, et perpendiculairement au pont de connexion 27. Les branches 23A, 23B viennent ainsi avantageusement glisser contre les plaques d'extrémité 10, 11, ces dernières assurant ainsi le guidage de la pièce isolante 23 vers sa position terminale. Il est également possible, sans sortir du cadre de l'invention, que les branches 23A, 23B ne soient pas formées par une seule et même pièce mais par des pièces dissociées, montées sur des bras articulés (non représentés) susceptibles d'être actionnés pour positionner les branches 23A, 23B dans l'espace isolant ionisable situé entre les électrodes 16,17 des éclateurs d'isolement 15A, 15B.
Les branches 23A, 23B forment ainsi une double barrière isolante, apte à isoler électriquement la chambre d'extinction d'arc 9 d'une part vis-à-vis des autres composants de l'appareil 1 et d'autre part vis-à-vis de l'installation électrique.
D'une façon plus générale, les moyens isolants 22 permettent d'augmenter la capacité de coupure du courant de court-circuit et la fiabilité de l'appareil 1. Le dispositif d'isolement 20 permet ainsi d'éviter d'avoir cours à un organe de coupure extérieur pour interrompre le courant de court-circuit en cas de défaillance de la chambre d'extinction d'arc 9.
Avantageusement, l'appareil 1 conforme à l'invention comporte également des moyens d'indication (non représentés) de son état. Ces moyens d'indication sont préférentiellement reliés fonctionnellement aux moyens de détection 21 de telle sorte que lorsqu'un état défectueux de l'appareil 1 est détecté, cette information soit transmise aux moyens d'indication de manière à prévenir l'utilisateur que l'appareil 1 est endommagé et que son remplacement est nécessaire. De façon encore plus préférentielle, les moyens d'indication sont reliés mécaniquement à la pièce isolante 23, directement ou indirectement, de telle sorte que le mouvement de la pièce isolante 23 vers sa deuxième position actionne les moyens d'indication.
Les moyens d'indication peuvent par exemple comprendre des moyens visuels, formés par une pièce distincte de la pièce isolante 23 et susceptibles, lorsqu'un dysfonctionnement de l'appareil 1 est détecté, de se déplacer en regard d'une fenêtre ménagée dans le boîtier 4. Les moyens d'indication peuvent également être formés directement par la pièce isolante 23.
Dans le mode de réalisation de l'invention illustré sur les figures 1 à 6, l'appareil 1 comporte un élément de protection contre les surtensions, de préférence transitoires, formé par un éclateur dit principal 30, ledit éclateur principal 30 s'étendant entre au moins deux électrodes principales 31 , 32 formées par les pièces conductrices 6, 7 de telle sorte que l'appareil 1 constitue un appareil de protection contre les surtensions, de préférence transitoires. Plus précisément, l'éclateur principal 30 est formé par un espace isolant ionisable, de préférence occupé par de l'air, qui s'étend entre les pièces conductrices 6, 7. L'éclateur principal 30 se caractérise par une tension seuil de déclenchement qui, lorsqu'elle est dépassée, conduit à la formation d'un arc électrique 8 entre les électrodes principales 31 , 32. L'arc électrique 8 permet alors d'évacuer le courant de surtension, par exemple vers la terre, afin de préserver l'installation électrique montée en parallèle avec l'appareil 1. De façon préférentielle, les électrodes principales 31 , 32 sont disposées l'une par rapport l'autre de manière à former un V, le creux du V, qui présente la distance d'isolement d la plus faible, formant alors la zone d'amorçage 30' de l'arc électrique 8. Les électrodes principales 31, 32 s'étendent de préférence longitudinalement entre la zone d'amorçage 30' et la chambre d'extinction d'arc 9. De façon encore plus préférentielle, les électrodes principales 31 , 32 ne s'étendent pas, latéralement, au delà des plaques d'extrémité 10, 11 de manière à limiter l'encombrement de l'appareil 1.
Selon le premier mode de réalisation de l'invention illustré sur les figures tet 2, où l'appareil 1 ne comporte qu'un seul éclateur d'isolement 15, la première électrode 16 de l'éclateur d'isolement 15 est formée par la première plaque d'extrémité 10, la deuxième électrode 17 de l'éclateur d'isolement 15 étant formée par l'une des électrodes principales 31 de l'éclateur principal 30. L'autre électrode principale 32 est avantageusement connectée électriquement à la deuxième plaque d'extrémité 11 , et se trouve au même potentiel que cette dernière. L'éclateur d'isolement 15 est, dans ce cas, avantageusement formé par les extrémités en regard de la première plaque d'extrémité 10 et de l'électrode principale 31 située vis-à-vis.
Selon le deuxième mode de réalisation illustré sur les figures 3 et 4, dans lequel l'appareil 1 comporte deux éclateurs d'isolement 15A, 15B montés en série avec la chambre d'extinction d'arc 9, les électrodes principales 31 , 32 de l'éclateur principal 30 forment chacune la deuxième électrode 17 des éclateurs d'isolement 15A, 15B, les plaques d'extrémité 10, 11 formant alors chacune la première électrode 16 des éclateurs d'isolement 15A, 15B.
De façon particulièrement avantageuse, le dispositif d'isolement 20 comporte un élément isolant 33, apte à venir, sous la dépendance des moyens de détection 21 , se positionner dans une configuration d'isolement entre les pièces conductrices 6, 7 et par exemple entre les électrodes principales 31 , 32 en vue d'augmenter l'isolement entre ces dernières lorsqu'un dysfonctionnement de l'appareil 1 est détecté. L'élément isolant 33 permet ainsi, en association avec les moyens isolants 22, et plus précisément avec les branches 23A, 23B, d'assurer l'isolement électrique de l'appareil 1 selon trois niveaux différents, à savoir :
- l'isolement de l'éclateur principal 30 vis-à-vis de l'installation électrique à l'aide de l'élément isolant 33, - l'isolement de la chambre d'extinction d'arc 9 vis-à-vis de l'installation électrique à l'aide des moyens isolants 22 et notamment des branches 23A, 23B,
- l'isolement des éclateurs d'isolement 15A, 15B grâce aux moyens isolants 22 et notamment grâce aux branches 23A, 23B.
Avantageusement, l'élément isolant 33 est monté mobile entre une première configuration, illustrée sur la figure 5, dans laquelle il forme un auxiliaire d'amorçage pour l'éclateur principal 30, et la configuration d'isolement. Dans la première configuration, l'élément isolant 33 permet ainsi une meilleure maîtrise du niveau d'amorçage de l'éclateur principal 30, l'arc électrique 8 se formant entre les électrodes principales 31 , 32 le long de la surface de l'élément isolant 33.
De façon préférentielle, l'élément isolant 33 vient, dans la configuration d'isolement illustrée sur la figure 6, en butée contre la chambre d'extinction d'arc 9, de manière d'une part à favoriser le cisaillement de l'arc électrique, c'est-à-dire la réduction de sa section, et d'autre part à empêcher son réamorçage entre les pièces conductrices 6, 7, notamment dans l'éclateur principal 30.
Selon une variante préférentielle de réalisation de l'invention, l'élément isolant 33 est relié mécaniquement aux moyens isolants 22 de telle sorte que le déplacement de l'élément isolant 33 entraîne le déplacement des moyens isolants 22 ou inversement. Selon une variante de réalisation préférentielle, l'élément isolant 33 est solidarisé avec les moyens isolants 22 et de préférence formé par une branche centrale 34 s'étendant sensiblement parallèlement aux branches 23A, 23B de la pièce isolante 23 à partir du pont de connexion 27. De façon encore plus préférentielle, l'élément isolant 33 est venu de matière avec la pièce isolante 23, formant avec cette dernière une seule et même pièce. Il est néanmoins envisageable, sans sortir du cadre de l'invention, que l'élément isolant 33 soit dissocié des moyens isolants 22 et formé par une pièce indépendante, le mouvement de l'élément isolant 33 pouvant, dans ce cas, être associé ou non au mouvement des moyens isolants 22.
Avantageusement, l'élément isolant 33 est maintenu directement par les moyens de détection 21 et se trouve en contact physique avec ces derniers de telle sorte que réchauffement de l'élément isolant 33, causé par exemple par un dysfonctionnement de l'éclateur principal 30, soit directement transmis, par conduction, à l'élément fusible 26. L'élément isolant 33 est en outre avantageusement maintenu dans sa première configuration sous la contrainte conjuguée des moyens de détection 21 et du moyen de rappel élastique 24, qui tend à le repousser vers la chambre d'extinction d'arc 9.
Selon une variante de réalisation non représentée aux figures, l'appareil 1 de protection conforme à l'invention constitue un disjoncteur comportant des contacts, lesdits contacts comprenant les pièces conductrices 6, 7. De préférence, les pièces conductrices 6, 7 forment les contacts du disjoncteur, l'arc électrique étant, dans ce cas, susceptible de se former lors de la séparation desdits contacts.
Le fonctionnement de l'appareil 1 de protection conforme à l'invention va maintenant être décrit en se référant aux figures 1 à 6. Pour les besoins de la description, on considère que l'appareil 1 de protection comporte un éclateur principal 30 et constitue un appareil de protection contre les surtensions transitoires. Le fonctionnement décrit ci-après peut néanmoins être transposé de manière évidente au cas d'un appareil de protection contre les surintensités, du genre disjoncteur. Dans ce cas, les contacts du disjoncteur forment, après leur séparation, des électrodes entre lesquelles un arc électrique est susceptible de se former, par analogie avec les électrodes principales 31 , 32 de l'éclateur principal 30. Il convient également de noter que dans ce cas, la perturbation électrique n'est pas une surtension transitoire mais un courant de charge ou de court-circuit.
Le fonctionnement de l'appareil 1 de protection conforme à l'invention illustré sur les figures 1 à 6 est le suivant.
Lorsqu'une surtension, supérieure à la tension seuil de déclenchement de l'éclateur principal 30 se produit, ce dernier s'amorce, dans la zone d'amorçage 30' située entre les électrodes principales 31 , 32, et donne naissance à un arc électrique 8 (représenté en pointillé). L'arc électrique 8 est alors chassé, sous l'effet de son propre champ électrique et grâce à la forme en V des électrodes principales 31 , 32, le long desdites électrodes principales 31 , 32 en direction de la chambre d'extinction d'arc 9. A ce stade, deux cas de figures sont envisageables. Tout d'abord, si l'énergie d'arc est insuffisante pour amorcer l'éclateur d'isolement 15, l'arc électrique 8 n'est pas transféré vers la chambre d'extinction d'arc 9 et reste entre les électrodes principales 31, 32 où il s'éteint spontanément, lors du passage à zéro du courant, grâce au pouvoir de coupure propre de l'éclateur principal 30. Au contraire, si l'énergie d'arc est suffisante pour amorcer l'éclateur d'isolement 15, l'arc électrique 8 « saute » sur les plaques d'extrémités 10, 11 et se décompose en un arc principal 8', formé dans l'éclateur d'isolement 15 et en une pluralité d'arcs élémentaires 13 formés dans la chambre d'extinction d'arc 9. L'éclateur d'isolement 15 est donc avantageusement dimensionné en fonction de la capacité de coupure intrinsèque de l'éclateur principal 30. Plus précisément, la résistance d'isolement de l'éclateur d'isolement 15 est calculée de telle façon que ce dernier ne se déclenche que pour des énergies d'arc supérieures à une valeur seuil au delà de laquelle le pouvoir de coupure propre de l'éclateur principal ne permet pas, à lui seul, d'assurer l'extinction définitive de l'arc électrique.
Une fois l'arc électrique 8 transféré vers la chambre d'extinction d'arc 9, le courant I s'écoule à travers l'appareil 1 entre les bornes 2 et 3, en traversant successivement l'électrode principale 31 , un premier éclateur d'isolement 15A, la chambre d'extinction d'arc 9 et éventuellement un deuxième éclateur d'isolement 15B avant de rejoindre, via l'autre électrode principale 32, la borne 3.
Tant que l'appareil 1 est opérationnel, c'est-à-dire non défectueux, l'extinction de l'arc électrique 8 s'effectue dans la chambre d'extinction d'arc 9, dès que la tension d'arc dépasse la tension du générateur (ou du réseau). En revanche, si une défaillance de la chambre d'extinction d'arc 9 vient à se produire, entraînant la mise en court-circuit de cette dernière, la chambre d'extinction d'arc 9 n'est alors plus en mesure d'assurer la coupure du courant de court-circuit. Dans ce cas, c'est l'éclateur d'isolement 1,5, 15A, 15B qui assure, lors du passage à zéro du courant, l'extinction définitive de l'arc électrique 8, et plus précisément de l'arc principal 8' formé au sein de l'éclateur d'isolement 15, 15A, 15B, en empêchant son réamorçage. Dans le cas d'un générateur produisant une tension alternative, le passage à zéro du courant s'effectue à chaque demi- période, permettant ainsi une extinction rapide de l'arc électrique.
Si, en raison de la défaillance de la chambre d'extinction d'arc 9 ou d'une autre partie de l'appareil 1 , la température au sein du boîtier 4 augmente de façon anormale et vient à dépasser une valeur seuil prédéterminée, correspondant à la température de rupture ou de fusion de l'élément fusible 26, un déclenchement du dispositif d'isolement 20 complémentaire se produit, et des moyens isolants 22, formés par la pièce isolante 23, viennent se positionner entre les électrodes 16, 17 de l'éclateur d'isolement 15, 15A, 15B. Les moyens isolants 22 assurent alors l'isolation électrique et la déconnexion définitive de la chambre d'extinction d'arc 9 vis- à-vis de l'installation électrique.
Grâce à l'élément isolant 33, le dispositif d'isolement 20 assure également la déconnexion de l'éclateur principal 30 vis-à-vis de l'installation électrique, l'élément isolant 33 venant, sous la dépendance des moyens de détection 21 , se positionner entre les électrodes principales 31 , 32 pour augmenter la distance d'isolement entre ces dernières.
Plus précisément, tel que cela est illustré sur la figure 6, la branche centrale 34 et les branches 23A, 23B situées de part et d'autre de ladite branche centrale 34 viennent se positionner simultanément entre les électrodes principales 31 , 32 de l'éclateur principal 30 et entre les électrodes 16, 17 des éclateurs d'isolement 15A, 15B.
L'énergie nécessaire pour la formation d'un nouvel arc électrique étant particulièrement élevée en raison de la distance d'isolement importante entre les pièces conductrices 6, 7 (ou les électrodes principales 31 , 32) d'une part et entre les électrodes 16, 17 des éclateurs d'isolement 15 d'autre part, l'appareil 1 est alors isolé, de façon efficace et définitive, de l'installation électrique.
L'invention permet donc d'assurer, en cas de défaillance de la chambre d'extinction d'arc, l'extinction rapide et durable de l'arc électrique éventuellement créé au sein de l'appareil 1 et la déconnexion définitive de la chambre d'extinction d'arc vis-à-vis de l'installation électrique. Un autre avantage de l'appareil 1 conforme à l'invention est qu'il permet d'assurer, en cas de dysfonctionnement de l'appareil 1 , la déconnexion rapide et fiable de ce dernier vis-à-vis de l'installation électrique.
Un autre avantage de l'appareil 1 de protection conforme à l'invention et qu'il permet de signaler immédiatement à l'utilisateur tout dysfonctionnement, permettant ainsi son remplacement rapide.
POSSIBILITE D'APPLICATION INDUSTRIELLE
L'invention trouve son application industrielle dans la conception, la fabrication et l'utilisation de dispositifs de protection d'équipements ou d'installations électriques.

Claims

REVENDICATIONS
- Appareil de protection (1) d'une installation électrique contre des perturbations électriques comprenant un boîtier (4) au sein duquel sont montés : - des moyens de génération d'arc (5), formés par deux pièces conductrices (6, 7) entre lesquelles un arc électrique (8) est amené à se former lorsqu'une perturbation électrique d'intensité suffisante se produit,
- une chambre d'extinction d'arc (9), comportant une série de plaques de fractionnement (12) espacées les unes des autres de manière à décomposer l'arc électrique (8) en une pluralité d'arcs élémentaires (13), caractérisé en ce qu'il comporte au moins un éclateur d'isolement (15) monté électriquement en série avec la chambre d'extinction d'arc (9) et possédant un pouvoir de coupure propre suffisant pour assurer, en cas de défaillance de la chambre d'extinction d'arc (9), l'extinction définitive de l'arc électrique (8) lors du passage à zéro du courant dans l'appareil (1) en empêchant le réamorçage de l'arc électrique (8).
- Appareil (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'éclateur d'isolement (15) présente une résistance d'isolement suffisante pour empêcher le transfert de l'arc électrique (8) dans la chambre d'extinction d'arc (9) lorsque l'énergie de l'arc électrique (8) est inférieure à une valeur seuil prédéterminée.
- Appareil (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'éclateur d'isolement (15) s'étend entre deux électrodes (16, 17) avec une distance d'isolement (d) entre électrodes (16, 17) suffisante pour éviter, en cas de défaillance de la chambre d'extinction d'arc (9), la mise en court-circuit de l'éclateur d'isolement (15).
4 - Appareil (1) selon la revendication 3 caractérisé en ce que la distance d'isolement (d) entre les deux électrodes (16, 17) est supérieure à la distance moyenne (d') séparant les plaques de fractionnement (12).
5 - Appareil (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'éclateur d'isolement (15) est monté en série entre l'une des pièces conductrices (6, 7) et la chambre d'extinction d'arc (9).
6 - Appareil (1) selon la revendication 5 caractérisé en ce que la série de plaques de fractionnement (12) s'étend entre une première et une deuxième plaque d'extrémité (10, 11), l'éclateur d'isolement (15) s'étendant entre la première plaque d'extrémité (10) et la pièce conductrice correspondante la plus proche, dite première pièce conductrice (6).
7 - Appareil (1) selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'une première électrode (16) de l'éclateur d'isolement (15) est située sensiblement au même potentiel que la première plaque d'extrémité (10), une deuxième électrode (17) étant située sensiblement au même potentiel que la première pièce conductrice (6).
8 - Appareil (1) selon la revendication 7 caractérisé en ce que la première électrode (16) est formée par la première plaque d'extrémité (10), la deuxième électrode (17) étant formée par la première pièce conductrice (6). - Appareil (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte deux éclateurs d'isolement (15A, 15B), montés électriquement en série avec la chambre d'extinction d'arc (9) et de part et d'autre de cette dernière de telle sorte que le courant (I) sortant de l'une des pièces conductrice (6) traverse successivement un premier éclateur d'isolement (15A), la chambre d'extinction d'arc (9), et un deuxième éclateur d'isolement (15B) avant de rejoindre l'autre pièce conductrice (7).
0 -Appareil (1) selon l'une des revendications 3 à 9 caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'isolement (20) complémentaire, monté au sein du boîtier (4) et apte à assurer la déconnexion de la chambre d'extinction d'arc (9) vis-à-vis de l'installation électrique, ledit dispositif d'isolement (20) comprenant :
- des moyens de détection (21), sensibles à l'état de l'appareil (1) et aptes à détecter un dysfonctionnement de ce dernier, et
- des moyens isolants (22), aptes à venir, sous la dépendance des moyens de détection (21), se positionner entre les électrodes (16, 17) de l'éclateur d'isolement (15) en vue d'augmenter l'isolement entre ces dernières et assurer la déconnexion simultanée de l'éclateur d'isolement (15) et de la chambre d'extinction d'arc (9).
11 -Appareil (1) selon la revendication 10 caractérisé en ce que les moyens isolants (22) sont formés par une pièce isolante (23) mobile, apte à se déplacer entre les électrodes (16, 17) de manière à augmenter la distance d'isolement (d) entre ces dernières.
12 -Appareil (1) selon la revendication 11 caractérisé en ce que la pièce isolante (23) est montée mobile entre une première position, dans laquelle elle autorise le libre fonctionnement de l'éclateur d'isolement (15), et une deuxième position dans laquelle elle augmente la distance d'isolement (d) entre les électrodes (16, 17).
-Appareil (1) selon la revendication 12 caractérisé en ce que la pièce isolante (23) est montée mobile en translation entre sa première et sa deuxième positions, par exemple sous la contrainte d'un moyen de rappel élastique (24).
-Appareil (1) selon la revendication 13 caractérisé en ce que la pièce isolante (23) vient, dans sa deuxième position, en butée contre la chambre d'extinction d'arc (9) de manière d'une part à favoriser le cisaillement de l'arc électrique (8) entre la pièce isolante (23) et les plaques de fractionnement (12) et d'autre part à empêcher le réamorçage de l'arc électrique (8) après son extinction.
-Appareil (1) selon l'une des revendications 12 à 14 caractérisé en ce que la pièce isolante (23) est maintenue dans sa première position par les moyens de détection (21).
-Appareil (1) selon la revendication 15 caractérisé en ce que les moyens de détection (21) sont sensibles à réchauffement de l'appareil (1) et formés par un élément fusible (26) coopérant avec la pièce isolante (23) de telle façon que la fusion ou la rupture de l'élément fusible (26) entraîne la libération de la pièce isolante (23).
-Appareil (1) selon les revendications 9 et 12 caractérisé en ce que la pièce isolante (23) mobile est formée par une pièce en forme de U comportant deux branches (23A, 23B) sensiblement parallèles reliées par un pont de connexion (27), de telle sorte que dans la deuxième position, les branches (23A, 23B) viennent sensiblement simultanément se positionner entre les électrodes (16, 17) respectives des deux éclateurs d'isolement (15A, 15B).
18 -Appareil (1) selon l'une des revendications 10 à 17 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'indication de l'état de l'appareil (1).
19 -Appareil (1) selon la revendication 18 caractérisé en ce que les moyens d'indication sont reliés fonctionnellement aux moyens de détection (21).
20 -Appareil (1) selon les revendications 11 et 19 caractérisé en ce que les moyens d'indication sont reliés mécaniquement à la pièce isolante (23).
21 -Appareil (1) selon l'une des revendications 10 à 20 caractérisé en ce que le dispositif d'isolement (20) comporte un élément isolant (33), apte à venir, sous la dépendance des moyens de détection (21), se positionner dans une configuration d'isolement entre les pièces conductrices (6, 7) en vue d'augmenter l'isolement entre ces dernières lorsqu'un dysfonctionnement de l'appareil (1) est détecté.
22 -Appareil (1) selon la revendication 21 caractérisé en ce que l'élément isolant (33) est relié mécaniquement aux moyens isolants (22), et de préférence solidarisé avec ces derniers.
23 -Appareil (1) selon la revendication 21 ou 22 caractérisé en ce que l'élément isolant (33) vient, dans la configuration d'isolement, en butée contre la chambre d'extinction d'arc (9).
24 -Appareil (1) selon les revendications 17 et 21 caractérisé en ce que l'élément isolant (33) est formé par une branche centrale (34) s'étendant sensiblement parallèlement aux branches (23A, 23B) de la pièce isolante (23). -Appareil (1) de protection d'une installation électrique contre des perturbations électriques comprenant un boîtier (4) au sein duquel sont montés :
- des moyens de génération d'arc (5), formés par deux pièces conductrices (6, 7) définissant une ouverture angulaire (100) et entre lesquelles un arc électrique (8) est amené à se former lorsqu'une perturbation électrique d'intensité suffisante se produit,
- une chambre d'extinction d'arc (9), comportant une série de plaques de fractionnement (12) espacées les unes des autres de manière à décomposer l'arc électrique (8) en une pluralité d'arcs élémentaires (13), caractérisé en ce qu'il comporte au moins un éclateur d'isolement (15) monté électriquement en série avec la chambre d'extinction d'arc (9), ledit éclateur d'isolement (15) étant disposé sensiblement hors de ladite ouverture angulaire (100).
-Appareil (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un élément de protection contre les surtensions, de préférence transitoires, formé par un éclateur dit éclateur principal (30), ledit éclateur principal (30) s'étendant entre au moins deux électrodes principales (31 , 32) formées par les pièces conductrices (6, 7) de telle sorte que l'appareil (1) constitue un appareil de protection contre les surtensions, de préférence transitoires.
-Appareil (1) selon les revendications 21 et 26 caractérisé en ce que l'élément isolant (33) est monté mobile entre une première configuration, dans laquelle il forme un auxiliaire d'amorçage pour l'éclateur principal (30), et la configuration d'isolement.
-Appareil (1) selon l'une des revendications 1 à 25 caractérisé en ce qu'il constitue un disjoncteur comportant des contacts, lesdits contacts comprenant les pièces conductrices (6, 7).
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