EP2804189A1 - Chambre de coupure pour un appareil de protection électrique et appareil de protection électrique le comportant - Google Patents

Chambre de coupure pour un appareil de protection électrique et appareil de protection électrique le comportant Download PDF

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EP2804189A1
EP2804189A1 EP14163876.7A EP14163876A EP2804189A1 EP 2804189 A1 EP2804189 A1 EP 2804189A1 EP 14163876 A EP14163876 A EP 14163876A EP 2804189 A1 EP2804189 A1 EP 2804189A1
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EP
European Patent Office
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chamber
wall
arc
arc extinguishing
cooling elements
Prior art date
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EP14163876.7A
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German (de)
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Luc Moreau
Loïc Rondot
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Schneider Electric Industries SAS
Original Assignee
Schneider Electric Industries SAS
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/08—Stationary parts for restricting or subdividing the arc, e.g. barrier plate
    • H—ELECTRICITY
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    • 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
    • H01H9/342—Venting arrangements for arc chutes
    • 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
    • H01H9/345—Mounting of arc chutes

Definitions

  • the present invention relates to the interrupting chamber of an electrical protection apparatus, comprising an arc-forming chamber enclosing a fixed contact and a movable contact, which, at the moment of their separation form an arc between them, said training chamber arc communicating with the entrance of a second chamber, said arc extinction.
  • circuit breakers in particular miniature limiting circuit-breakers, it has been observed that, after the switching of the arc, and the displacement thereof in the breaking chamber in the direction of the extinguishing chamber, phenomena of reclamation occur, which degrade more or less strongly the quality of the cut.
  • Some of these devices comprise elements forming insulating gates situated downstream of the arc extinguishing chamber, and whose orifices are intended to allow the passage of the gases generated during the arc cutting.
  • the role of this plastic grid placed against the extinguishing chamber and downstream thereof, is to evacuate and control the outflow so as to prevent the reclamation between fins at the rear of the extinguishing chamber, and to prevent the arc from settling downstream.
  • This insulating gate placed downstream of the extinguishing chamber is made either by an additional non-fusible piece (fiber or thermosetting plastic), which increases the cost, or by adding a suitable molded form with the thermoplastic case, which melts when the device is subjected to several successive shortcircuits, which further disrupts the exhaust gas cutoff.
  • this first circulation can hinder or prevent the circulation of hot gases between the other fins, and thus prevent a balanced insertion of the arc over the total height of the chamber. Indeed, the arc is inserted where the gases are hottest so where the gases are the most conductive.
  • the present invention solves these problems and proposes a breaking chamber for an electrical protection device, as well as an electrical protection device comprising it, making it possible to improve the quality of the cutoff so as to improve the energy capacity of the apparatus. .
  • the subject of the present invention is a breaking chamber of the kind mentioned above, this breaking chamber being characterized in that it comprises a so-called balancing wall, substantially solid on at least its central portion, said wall being located downstream of the arc extinguishing chamber and being shaped and arranged with respect to the arc extinguishing chamber, so as to brake the exhaust flow of the cutoff gases on the side of the extinguishing chamber where the gases go first and to favor the flow of the exhaust gas streams on the opposite side, the exhaust gases being stopped by the central part of the wall and escaping by the edges of the wall .
  • the invention makes it possible to rebalance the circulation of the gases, by limiting the circulation in certain places where it was satisfactory in favor of another place where it was insufficient.
  • said arc extinction chamber comprising a stack of cooling elements extending substantially parallel to each other, this chamber is characterized in that the aforementioned wall is very close to the arc extinguishing chamber on the side where the exhaust goes first and away from the chamber as one moves away from that side of the chamber so as to away from said chamber on the opposite side to the previous one of said arc extinguishing chamber.
  • This characteristic has the additional advantage of eliminating the use of an insulating grid usually used to prevent the arc from being established downstream of the chamber, and usually located by necessity very close to the chamber.
  • This grid had indeed the disadvantage of melting at the time of the cut, which caused an obstruction impeding the flow of exhaust gas.
  • this balancing partition performs the same function as the grid, in addition to its primary function which is to balance the flow of gas, does not need to be placed as close to the extinguishing chamber as the grid, present a very limited melting and vaporization, which allows it not to disturb the flow of gases, but is sufficient to maintain the arc in the chamber.
  • this partition also has the advantage of being more robust than a grid, and to be easier to mold.
  • the aforesaid arc extinguishing chamber comprises a number of reduced cooling elements allowing the block formed by all of these cooling elements to be inclined relative to the base of the apparatus, and the aforesaid wall extends substantially parallel to the base of the apparatus.
  • the aforementioned wall extends at an angle of between 3 and 15 ° with the alignment direction of the aforementioned cooling elements.
  • said balancing wall has a variable width, this width being maximum on the side of the arc extinguishing chamber where the gases pass first, and being reduced more and more as and as one approaches the other side of said chamber.
  • the aforementioned wall is integral with the housing or the cover of the apparatus.
  • said arc extinguishing chamber comprising means for holding the cooling elements relative to each other, said wall being an integral part of these means for holding the cooling elements.
  • the aforementioned balancing wall is an integral part of the bottom wall of the aforementioned holding means of the cooling elements, said bottom wall comprising, around said balancing wall, slots extending substantially parallel to the elements of the cooling, and whose length varies from one end to the other of the wall.
  • the same part performs three functions, namely maintaining the fins, balancing the flow of gas, and the limitation of the risk of reclamation.
  • the present invention also relates to an electrical protection apparatus comprising at least one polar unit mounted in a housing, said polar unit having a breaking chamber having the aforementioned characteristics taken alone or in combination.
  • this device is a low-voltage electrical circuit breaker.
  • a miniature circuit breaker pole p comprising an insulating housing B having on its front face a maneuvering handle M and on its two narrow side faces, connection terminals 1,2. Inside the housing are housed, as is known per se, a movable contact 3 and a fixed contact 4.
  • the movable contact 3 is controlled by a control mechanism C connecting the aforesaid lever M to the movable contact for closing or opening the contacts.
  • a thermal trip unit 5 and an electromagnetic release 6 may cause, in case of overload or short circuit, an automatic opening of the contacts 3,4.
  • the lower part of the housing B encloses a breaking chamber 7 constituted by a first so-called arc-forming chamber 8, communicating with the inlet of a second chamber 9, said arc extinction, the latter comprising fins 10.
  • the movable contact 3 extends substantially perpendicular to the plane in which the plates extend, so as to stretch an arc between the contacts during their separation, whose initial direction is substantially parallel to the plates.
  • the aforementioned breaking chamber 7 is delimited laterally by arc horns 11, 12 respectively electrically connected to the two aforementioned terminals. These arc horns are arranged to capture the arc drawn between the contacts during their separation.
  • the arc extinguishing chamber 9 of the circuit breaker simply has at its downstream part, a grid 13 made of a plastic material, advantageously molded with the housing or the cover of the device.
  • the function of this grid is to prevent the arc from reforming behind the fins downstream of the arc extinction chamber.
  • the arc extinguishing chamber 9 comprises a so-called balancing wall 14 extending along a plane P inclined with respect to the alignment direction D of the separators 10, or still the plane of the base 22 of the apparatus, at an angle ⁇ of about 5 ° preferably, so that the balancing wall 14 is closer to the separators 10 on the side i where the gases enter first in the arc extinguishing chamber 9 (right side of the figure), and further away from the other side j (left side of the figure).
  • this wall extends substantially over the entire width of the interrupting chamber, this width being defined parallel to the base of the apparatus and perpendicular to the plane of attachment of the apparatus. This wall is very close to the block of blades, that is to say almost in contact with it.
  • the value of the aforementioned angle is advantageously between 3 and 15 °, and preferably 5 °.
  • this side where the wall 14 is closest corresponds to the opposite side to the fixed and movable contacts 4 and 3.
  • the wall 14 is closer to the extinguishing chamber 9 on the side of the arcuate horn 12 situated on the side of the fastening surface of the apparatus, and moves away gradually from this chamber when one goes towards the other side.
  • this wall 14 is molded with the housing or the cover of the device.
  • the modulation of the exhaust section is obtained this time by a partition 14 extending substantially parallel to the rear face of the fin block, and having a width l more and more reduced, as illustrated on the figure 5 , so as to create, from one side to the other of the wall 14, an exhaust section s of increasing size, the exhaust section s being the smallest on the side where the gases enter first into the Arc extinguishing chamber 9.
  • this wall has a trapezoidal shape.
  • a piece already present in the apparatus is used, which part, called gray fiber 15, surrounds all the separators 10 on the exhaust side and is intended to maintain these separators so as to form a fin block A constituting the extinction chamber of the arc 9.
  • This part is a part independent of the walls of the housing or the cover, and therefore has a temperature resistance better than the plastic material used for the partitions of the device. It is therefore not necessary to move it away, as is the case when using an inclined wall integral with the walls of the housing.
  • the modulation of the size of the exhaust section s is achieved by producing in the aforementioned part, on either side of a solid portion 16, openings 17 all of the same width, but whose length increases towards the end of the chamber located on the side j of the fixed contact 4, so as to create more exhaust on this side and less on the opposite side i.
  • the size of the arc extinguishing chamber 9 is reduced by the fact that the number of cooling fins 18 is 10 compared to the number of fins, namely 12, used in the previously described embodiments.
  • the alignment direction D of the fins extends substantially parallel to the base 22 of the apparatus, and it is the wall 14 which is inclined with respect to this alignment direction D and this base 22.
  • the fin block A which is inclined with respect to the base 22 of the apparatus, which is made possible by the fact that the number of fins is reduced.
  • the balancing wall 14 extends in this case in a plane parallel to the base 22 of the apparatus, and is inclined with respect to the alignment direction D of the fins 18 of the chamber, by an angle of about 5 °, preferably.
  • the balancing partition when the balancing partition is of uniform width, it must necessarily be inclined at an angle between 3 and 15 ° with respect to the alignment direction or the lower face of the cooling elements.
  • this partition will preferably be parallel to the rear face of the cooling elements.
  • the presence of the inclined wall 14 creates, downstream of the arc extinguishing chamber 9, the side where the partition 14 is closest to the arc extinguishing chamber 9, a braked circulation zone w, and on the side where the partition 14 is furthest from the extinguishing chamber 9, a facilitated circulation zone x.
  • this preferred embodiment of the invention makes it possible to eliminate the plastic grid very close to the chamber in favor of this more distant partition, whose fusion and very limited vaporization does not disturb the flow of gases, but is sufficient to maintain the bow in the room.
  • FIG. figure 3 which represents the arc voltage and the current flowing through the circuit breaker as a function of time, for a so-called reference product corresponding to the prior art and for an apparatus according to the preferred embodiment of the invention.
  • the curves d and e represent the arc voltages respectively for the reference product and for an apparatus according to the invention
  • the curves f, g represent the currents flowing through the circuit breaker respectively for these same devices.
  • the current shown on the left scale is in amperes, while the voltage shown on the right scale is in volts.
  • the time on the abscissa is in seconds.
  • the partition 14 of degressive width provides, in the same manner as for the previous embodiment, a rebalancing of the flow of gas through the extinguishing chamber.
  • the known piece known as "gray fiber 15" is used to hold the fins 18 to form the arc extinguishing chamber 9, this part surrounding the exhaust-side chamber, on the one hand, ensure the function associated with the insulating grid 13 and, secondly, ensure a rebalancing of the flow of gases.
  • this fiber 15 comprises a bottom wall 23 having a solid portion 16 having a width degressive as in the case of the embodiment illustrated in FIG. figure 4 , this solid part fulfilling the same function with the same results as the partition according to the second embodiment illustrated on the figure 5 , the cutoff gases being braked by this solid part 16 and escaping through the edges 20 of said partition, through the openings 17 provided all around this solid portion 16.
  • the temperature resistance of the fiber is better than that of the plastic material used to make the partitions of the device and thus the insulating grid, this fiber does not need to be removed from the chamber.
  • a cut-off chamber of simple design has been made which makes it possible to reduce the relapses due to a bad insertion of the arc into the chamber, this bad insertion being itself due to a poorly controlled circulation of the gases.
  • the elements provided by the invention downstream of the arc extinguishing chamber it increases the gas flow upstream of the chamber and allows a complete insertion of the arc. This generates a gain in robustness of the device, without additional cost.
  • the cut is improved by controlling the arc voltage.
  • the increase of the arc voltage reduces the energy to be absorbed by the device, improve the energy capacity of the devices, and thus limit all the damage due to a short circuit.
  • the invention also makes it possible to eliminate the insulating grid that is usually used, which leads to a rationalization in the design of the appliances in which this breaking chamber is intended to be used.

Landscapes

  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Breakers (AREA)

Abstract

La présente invention concerne une chambre de coupure (7) d'un appareil de protection électrique comprenant une chambre de formation d'arc renfermant un contact fixe (4) et un contact mobile (3), lesquels, au moment de leur séparation, forment un arc (a) entre eux, ladite chambre de formation d'arc communiquant avec l'entrée d'une deuxième chambre dite d'extinction d'arc. Cette chambre est caractérisée en ce qu'elle comporte une paroi dite d'équilibrage (14), sensiblement pleine sur au moins sa partie centrale, ladite paroi étant située en aval de la chambre d'extinction d'arc (9) et étant conformée et agencée par rapport à la chambre d'extinction d'arc (9), de manière à freiner le flux d'échappement des gaz de coupure du côté i de la chambre d'extinction (9) où les gaz vont en premier et à favoriser l'écoulement des flux de gaz d'échappement du côté opposé j, lesdits gaz d'échappement étant arrêtés par la partie centrale de la paroi (14) et s'échappant par les bords de la paroi (14).

Description

    DOMAINE TECHNIQUE
  • La présente invention concerne la chambre de coupure d'un appareil de protection électrique, comprenant une chambre de formation d'arc renfermant un contact fixe et un contact mobile, lesquels, au moment de leur séparation forment un arc entre eux, ladite chambre de formation d'arc communiquant avec l'entrée d'une deuxième chambre, dite d'extinction d'arc.
    • ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
  • Dans les disjoncteurs connus, notamment les disjoncteurs limiteurs miniatures, il a été observé qu'après la commutation de l'arc, et le déplacement de celui-ci dans la chambre de coupure en direction de la chambre d'extinction, des phénomènes de reclaquage se produisent, lesquels dégradent plus ou moins fortement la qualité de la coupure.
  • Certains de ces appareils, tels que ceux décrits par exemple dans les documents EP 1 017 072 ou FR 2 471 661 , comportent des éléments formant grilles isolantes situés en aval de la chambre d'extinction d'arc, et dont les orifices sont destinés à permettre le passage des gaz générés lors de la coupure d'arc. Le rôle de cette grille plastique placée contre la chambre d'extinction et en aval de celle-ci, est d'évacuer et de contrôler le flux sortant de manière à empêcher le reclaquage entre ailettes à l'arrière de la chambre d'extinction, et d'éviter que l'arc ne s'établisse en aval.
  • Cette grille isolante placée en aval de la chambre d'extinction est réalisée soit par une pièce supplémentaire non fusible (fibre ou plastique thermodurcissable), ce qui augmente le coût, soit par l'ajout d'une forme adéquate moulée avec le boîtier thermoplastique, lequel fond lorsque l'appareil est soumis à plusieurs courtcircuits successifs, ce qui perturbe encore plus l'échappement des gaz de coupure.
  • Il est connu que ces phénomènes de reclaquage sont dus à une mauvaise insertion de l'arc dans la chambre d'extinction, cette insertion défectueuse étant due à une circulation des gaz mal maitrisée.
  • En effet, dans la majorité des disjoncteurs, certaines ailettes sont atteintes en premier par les gaz, induisant une circulation des gaz sur les ailettes concernées. En effet, les gaz prennent le chemin le plus direct et vont donc plus facilement vers le côté de la chambre opposé aux contacts que vers l'autre côté de la chambre, le point de départ des gaz étant la zone de contact.
  • Suivant la disposition des canaux d'évacuation en aval de la chambre, cette première circulation peut gêner voire empêcher la circulation des gaz chauds entre les autres ailettes, et ainsi empêcher une insertion équilibrée de l'arc sur la hauteur totale de la chambre. En effet, l'arc s'insère là où les gaz sont les plus chauds donc, à l'endroit où les gaz sont les plus conducteurs.
    • EXPOSE DE L'INVENTION
  • La présente invention résout ces problèmes et propose une chambre de coupure pour un appareil de protection électrique, ainsi qu'un appareil de protection électrique le comportant, permettant d'améliorer la qualité de la coupure de manière à améliorer la capacité énergétique de l'appareil.
  • A cet effet, la présente invention a pour objet une chambre de coupure du genre précédemment mentionnée, cette chambre de coupure étant caractérisée en ce qu'elle comporte une paroi dite d'équilibrage, sensiblement pleine sur au moins sa partie centrale, ladite paroi étant située en aval de la chambre d'extinction d'arc et étant conformée et agencée par rapport à la chambre d'extinction d'arc, de manière à freiner le flux d'échappement des gaz de coupure du côté de la chambre d'extinction d'arc où les gaz vont en premier et à favoriser l'écoulement des flux de gaz d'échappement du côté opposé, les gaz d'échappement étant arrêtés par la partie centrale de la paroi et s'échappant par les bords de la paroi. De par ces caractéristiques, l'invention permet de rééquilibrer la circulation des gaz, en limitant la circulation en certains endroits où elle était satisfaisante au profit d'un autre endroit où elle était insuffisante.
  • Selon une réalisation particulière préférée de l'invention, ladite chambre d'extinction d'arc comportant un empilage d'éléments de refroidissement s'étendant sensiblement parallèlement les uns par rapport aux autres, cette chambre est caractérisée en ce que la paroi précitée est très proche de la chambre d'extinction d'arc du côté où les gaz d'échappement vont en premier et s'éloigne de ladite chambre au fur et à mesure que l'on s'éloigne de ce côté de la chambre, de manière à être éloignée de ladite chambre du côté opposé au précédent de ladite chambre d'extinction d'arc.
  • Cette caractéristique présente l'avantage supplémentaire de supprimer l'utilisation d'une grille isolante habituellement utilisée pour éviter que l'arc ne s'établisse en aval de la chambre, et habituellement située par nécessité très près de la chambre. Cette grille présentait en effet, l'inconvénient de fondre au moment de la coupure, ce qui engendrait une obstruction entravant la circulation des gaz d'échappement.
  • En effet, cette cloison d'équilibrage remplit la même fonction que la grille, outre sa fonction première qui est d'équilibrer la circulation des gaz, ne nécessite pas d'être placée aussi près de la chambre d'extinction que la grille, présente une fusion et une vaporisation très limitées, ce qui lui permet de ne pas perturber l'écoulement des gaz, mais suffit pour maintenir l'arc dans la chambre. En outre, cette cloison présente également l'avantage d'être plus robuste qu'une grille, et d'être plus facile à mouler.
  • Selon une caractéristique particulière de l'invention, la chambre d'extinction d'arc précitée comporte un nombre d'éléments de refroidissement réduit permettant au bloc formé par l'ensemble de ces éléments de refroidissement d'être incliné par rapport à la base de l'appareil, et la paroi précitée s'étend sensiblement parallèlement à la base de l'appareil.
  • Selon une autre caractéristique, la paroi précitée s'étend en formant un angle compris entre 3 et 15° avec la direction d'alignement des éléments de refroidissement précités.
  • Selon une autre réalisation de l'invention, ladite paroi d'équilibrage présente une largeur variable, cette largeur étant maximale du côté de la chambre d'extinction d'arc ou les gaz passent en premier, et étant de plus en plus réduite au fur et à mesure que l'on se rapproche de l'autre côté de ladite chambre.
  • Selon une caractéristique particulière de l'invention, la paroi précitée est venue de matière avec le boîtier ou le couvercle de l'appareil.
  • Selon une autre réalisation de l'invention, ladite chambre d'extinction d'arc comportant des moyens de maintien des éléments de refroidissement les uns par rapport aux autres, la paroi précitée fait partie intégrante de ces moyens de maintien des éléments de refroidissement.
  • Avantageusement, cette paroi d'équilibrage précitée fait partie intégrante de la paroi de fond des moyens de maintien précités des éléments de refroidissement, ladite paroi de fond comportant, autour de ladite paroi d'équilibrage, des fentes s'étendant sensiblement parallèlement aux éléments de refroidissement, et dont la longueur varie d'une extrémité à l'autre de la paroi.
  • Ainsi, selon cette réalisation, une même pièce assure trois fonctions, à savoir le maintien des ailettes, l'équilibrage de la circulation des gaz, et la limitation des risques de reclaquage.
  • La présente invention a encore pour objet un appareil de protection électrique comportant au moins une unité polaire montée dans un boîtier, ladite unité polaire comportant une chambre de coupure comportant les caractéristiques précédemment mentionnées prises seules ou en combinaison.
  • Selon une caractéristique particulière, cet appareil est un disjoncteur électrique basse tension.
    • BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
  • Mais d'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels :
    • La figure 1 est une vue en plan d'un disjoncteur selon l'art antérieur, illustrant la partie intérieure de l'appareil,
    • La figure 2 est une vue en plan similaire à la figure 1, d'un disjoncteur selon une réalisation particulière de l'invention,
    • La figure 3 est une représentation graphique, illustrant la tension d'arc et le courant circulant dans l'appareil en fonction du temps, pour un appareil selon l'art antérieur et pour un appareil selon la réalisation préférée de l'invention,
    • La figure 4 est une vue en plan similaire aux figures 1 et 2, d'un disjoncteur selon une seconde réalisation de l'invention,
    • La figure 5 est une vue de dessous d'une cloison d'équilibrage équipant la chambre d'extinction d'arc d'un disjoncteur selon la figure 4,
    • La figure 6 est une vue en plan similaire aux figures 1,2 et 4, d'un disjoncteur selon une autre réalisation de l'invention,
    • Les figures 7 et 8 sont des vues de dessous d'un élément dit fibre grise destiné à équiper respectivement un disjoncteur selon l'art antérieur et un disjoncteur selon la figure 6, et
    • Les figures 9 et 10 sont des vues similaires aux figures 1, 2, 4 et 6, d'un disjoncteur selon respectivement deux autres réalisations de l'invention.
    EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS
  • Sur les figures 1, 2, 4, 6, 9, 10, on voit un pôle p de disjoncteur miniature comportant un boîtier isolant B ayant sur sa face avant une manette de manoeuvre M et sur ses deux faces latérales étroites, des bornes de connexion 1,2. A l'intérieur du boitier sont logés, comme ceci est connu en soi, un contact mobile 3 et un contact fixe 4.
  • Le contact mobile 3 est commandé par un mécanisme de commande C reliant la manette précitée M au contact mobile pour la fermeture ou l'ouverture des contacts.
  • Dans ce boîtier sont également logés un déclencheur thermique 5 et un déclencheur électromagnétique 6 susceptible de provoquer, en cas de surcharge ou de court-circuit, une ouverture automatique des contacts 3,4.
  • La partie inférieure du boîtier B renferme une chambre de coupure 7 constituée par une première chambre dite de formation d'arc 8, communiquant avec l'entrée d'une deuxième chambre 9, dite d'extinction d'arc, cette dernière comprenant des ailettes 10.
  • Le contact mobile 3 s'étend sensiblement perpendiculairement au plan dans lequel s'étendent les plaques, de manière à étirer un arc entre les contacts lors de leur séparation, dont la direction initiale est sensiblement parallèle aux plaques. La chambre de coupure précitée 7 est délimitée latéralement par des cornes d'arc 11,12 reliées respectivement électriquement aux deux bornes précitées. Ces cornes d'arc sont agencées de manière à capter l'arc étiré entre les contacts lors de leur séparation.
  • Un tel disjoncteur étant bien connu des spécialistes, il sera inutile de décrire plus en détail son agencement ou son fonctionnement.
  • Sur la figure 1, la chambre d'extinction d'arc 9 du disjoncteur comporte simplement à sa partie aval, une grille 13 réalisée en un matériau plastique, avantageusement venue de moulage avec le boîtier ou le couvercle de l'appareil. La fonction de cette grille est d'empêcher l'arc de se reformer derrière les ailettes en aval de la chambre d'extinction d'arc.
  • Sur la figure 2, selon une réalisation préférée de l'invention, la chambre d'extinction d'arc 9 comporte une paroi dite d'équilibrage 14 s'étendant suivant un plan P incliné par rapport à la direction d'alignement D des séparateurs 10, ou encore le plan de la base 22 de l'appareil, suivant un angle α d'environ 5° de préférence, de telle manière que la paroi d'équilibrage 14 soit plus proche des séparateurs 10 du côté i où les gaz pénètrent en premier dans la chambre d'extinction d'arc 9 (côté droit de la figure), et plus éloignée de l'autre côté j (côté gauche de la figure). Avantageusement, cette paroi s'étend sensiblement sur toute la largeur de la chambre de coupure, cette largeur étant définie parallèlement à la base de l'appareil et perpendiculairement au plan de fixation de l'appareil. Cette paroi est très proche du bloc d'ailettes, c'est à dire quasiment au contact de celui-ci.
  • On notera que la valeur de l'angle précité sera avantageusement comprise entre 3 et 15 °, et de préférence de 5°.
  • On notera que ce côté où la paroi 14 est la plus proche correspond au côté opposé aux contacts fixe 4 et mobile 3.
  • Ainsi, l'on voit sur la figure 2 que la paroi 14 est plus proche de la chambre d'extinction 9 du côté de la corne d'arc 12 située du côté de la surface de fixation de l'appareil, et s'éloigne peu à peu de cette chambre lorsque l'on se dirige en direction de l'autre côté.
  • Avantageusement, cette paroi 14 est venue de moulage avec le boîtier ou bien le couvercle de l'appareil.
  • Tel qu'illustré sur la figure 4, selon une autre réalisation de l'invention, la modulation de la section d'échappement est obtenue cette fois par une cloison 14 s'étendant sensiblement parallèlement à la face arrière du bloc d'ailettes, et présentant une largeur l de plus en plus réduite, tel qu'illustré sur la figure 5, de manière à créer d'un côté à l'autre de la paroi 14, une section d'échappement s de plus en plus importante, la section d'échappement s étant la plus réduite du côté ou les gaz pénètrent en premier dans la chambre d'extinction d'arc 9. Avantageusement, cette paroi présente une forme trapézoïdale.
  • Sur la figure 6, selon une autre réalisation de l'invention, l'on utilise une pièce déjà présente dans l'appareil, laquelle pièce, appelée fibre grise 15, entoure l'ensemble des séparateurs 10 du côté de l'échappement et est destinée à maintenir ces séparateurs de manière à former un bloc d'ailettes A constituant la chambre d'extinction de l'arc 9. Cette pièce est une pièce indépendante des cloisons du boîtier ou du couvercle, et présente donc une tenue en température meilleure que celle du matériau plastique utilisé pour les cloisons de l'appareil. Il n'est donc pas utile de l'éloigner, comme ceci est le cas lorsque l'on utilise une paroi inclinée venue de matière avec les parois du boîtier.
  • Selon cette réalisation particulière, la modulation de la taille de la section d'échappement s est réalisée en réalisant dans la pièce précitée, de part et d'autre d'une partie pleine 16, des ouvertures 17 toutes de même largeur, mais dont la longueur augmente en direction de l'extrémité de la chambre située du côté j du contact fixe 4, de manière à créer plus d'échappement de ce côté et moins du côté opposé i.
  • Selon les réalisations illustrées sur les figures 9 et 10, la taille de la chambre d'extinction d'arc 9 est réduite par le fait que le nombre d'ailettes 18 de refroidissement est de 10 comparé au nombre d'ailettes, à savoir 12, utilisées dans les réalisations précédemment décrites.
  • Selon la réalisation de la figure 9, la direction d'alignement D des ailettes s'étend sensiblement parallèlement à la base 22 de l'appareil, et c'est la paroi 14 qui est inclinée par rapport à cette direction d'alignement D et à cette base 22.
  • Selon la réalisation de la figure 10, c'est le bloc d'ailette A qui est incliné par rapport à la base 22 de l'appareil, ce qui est rendu possible par le fait que le nombre d'ailettes est réduit. La paroi d'équilibrage 14 s'étend dans ce cas dans un plan parallèle à la base 22 de l'appareil, et est inclinée par rapport à la direction d'alignement D des ailettes 18 de la chambre, d'un angle d'environ 5°, de préférence.
  • Sur les figures 1 ,2 ,4 ,6 ,9 et 10, la circulation des gaz générés lors de la coupure est représentée par des flèches situées à l'intérieur de la chambre d'extinction d'arc.
  • On notera que l'invention, dans toutes les réalisations décrites, permet de supprimer la grille isolante prévue dans l'art antérieur.
  • On notera également que lorsque la cloison d'équilibrage est de largeur uniforme, celle-ci doit nécessairement être inclinée d'un angle compris ente 3 et 15 ° par rapport à la direction d'alignement ou la face inférieure des éléments de refroidissement.
  • Dans la réalisation de l'invention dans laquelle la cloison d'équilibrage est de forme trapézoïdale, cette cloison sera de préférence parallèle à la face arrière des éléments de refroidissement. Dans ce cas, l'on pourra jouer sur la forme de la cloison ou bien sur l'angle d'inclinaison, celui-ci pouvant varier entre 0 et 15 °.
  • On décrira ci-après le fonctionnement d'un appareil selon l'art antérieur, et selon les différentes réalisations de l'invention, en référence aux figures.
  • Sur la figure 1, on voit que le flux de gaz dû à la formation de l'arc, se sépare en une partie b traversant la chambre d'extinction d'arc 9 d'un côté i de cette chambre, tandis qu'une autre partie c des gaz est refoulée dans une zone de turbulence y, la grille isolante 13 placée en aval de la chambre d'extinction d'arc 9 présentant ainsi une zone d'échappement direct u et une zone de refoulement v. Ainsi, comme expliqué précédemment, l'un i des côtés i,j de la chambre d'extinction 9 est atteint en premier par les gaz a, induisant une circulation des gaz sur les ailettes 18a situées de ce côté. Cette première circulation gêne, voire empêche la circulation des gaz entre les autres ailettes 18b. Ceci conduit à un refoulement des gaz en amont de la chambre d'extinction 9, et empêche ainsi une insertion équilibrée de l'arc sur toute la hauteur de la chambre d'extinction 9.
  • Sur la figure 2, les gaz d'échappement sont arrêtés par la partie centrale 19 de la paroi inclinée 14 et s'échappent par les bords extérieurs 20 de la cloison 14 en direction de l'orifice d'échappement 21 prévu dans le boîtier B.
  • La présence de la paroi inclinée 14 crée, en aval de la chambre d 'extinction d'arc 9, du côté où la cloison 14 est la plus proche de la chambre d'extinction d'arc 9, une zone de circulation freinée w, et du côté où la cloison 14 est la plus éloignée de la chambre d 'extinction 9, une zone de circulation facilitée x.
  • Ainsi, on obtient un rééquilibrage de la circulation des gaz à travers la chambre d'extinction 9, en limitant la circulation entre les premières ailettes 18a au profit des autres ailettes 18b.
  • En outre, cette réalisation préférée de l'invention permet de supprimer la grille plastique très proche de la chambre au profit de cette cloison plus éloignée, dont la fusion et la vaporisation très limitée ne perturbe pas l'écoulement des gaz, mais suffit pour maintenir l'arc dans la chambre.
  • On obtient ainsi, grâce à l'invention, une maîtrise de la circulation des gaz en aval de la chambre, ce qui permet d'augmenter la tension d'arc moyenne, tel que ceci est illustré sur la figure 3 qui représente la tension d'arc et le courant traversant le disjoncteur en fonction du temps, pour un produit dit de référence correspondant à l'art antérieur et pour un appareil selon la réalisation préférée de l'invention. Ainsi, les courbes d et e représentent les tensions d'arc respectivement pour le produit de référence et pour un appareil selon l'invention, tandis que les courbes f, g représentent les courants traversant le disjoncteur respectivement pour ces mêmes appareils. On notera aussi l'existence d'une baisse de pression d'environ 14% dans le cas d'un appareil selon l'invention. Le courant représenté sur l'échelle de gauche est en ampères, tandis que la tension représentée sur l'échelle de droite est en volts. Le temps en abscisse est en secondes.
  • On voit ainsi sur ces courbes, que grâce à l'invention, la tension d'arc monte plus rapidement et plus haut, permettant ainsi une meilleure limitation (c'est-à-dire un courant qui monte moins haut et un zéro de courant obtenu plus rapidement). Par conséquent, l'énergie traversante (l2dt) est réduite du point de vue énergétique. On obtient ainsi un gain de 20% : l 2 ⁢ dt ref - l 2 ⁢ dt invention / l 2 ⁢ dt ref ) = 20 % .
    Figure imgb0001
  • Selon la réalisation illustrée sur les figures 4 et 5, la cloison 14 de largeur dégressive permet d'obtenir, de la même manière que pour la réalisation précédente, un rééquilibrage de la circulation des gaz à travers la chambre d'extinction.
  • Selon la réalisation illustrée sur les figures 6, 7 et 8, l'on utilise la pièce appelée « fibre grise 15» connue pour maintenir les ailettes 18 afin de former la chambre d'extinction d'arc 9, cette pièce entourant la chambre du côté de l'échappement, pour d'une part, assurer la fonction associée à la grille isolante 13 et, d'autre part, assurer un rééquilibrage de la circulation des gaz.
  • A cet effet, l'on voit que cette fibre 15 comporte une paroi de fond 23 comportant une partie pleine 16 présentant une largeur l dégressive comme dans le cas de la réalisation illustrée sur la figure 4, cette partie pleine remplissant la même fonction avec les mêmes résultats que la cloison selon la seconde réalisation illustrée sur la figure 5, les gaz de coupure étant freinés par cette partie pleine 16 et s'échappant par les bords 20 de ladite cloison, à travers les ouvertures 17 prévues tout autour de cette partie pleine 16.
  • Du fait que la tenue en température de la fibre est meilleure que celle du matériau plastique utilisé pour réaliser les cloisons de l'appareil et donc la grille isolante, cette fibre n'a pas besoin d'être écartée de la chambre.
  • Le fonctionnement des appareils selon les deux réalisations illustrées sur les figures 9 et 10 ne sera pas décrit, car celui-ci correspond à celui de l'appareil selon la réalisation illustrée sur la figure 2.
  • On a donc réalisé grâce à l'invention une chambre de coupure de conception simple permettant de réduire les reclaquages dus à une mauvaise insertion de l'arc dans la chambre, cette mauvaise insertion étant elle-même due à une circulation des gaz mal maîtrisée. Ainsi, grâce aux éléments prévus par l'invention en aval de la chambre d'extinction d'arc, on augmente le flux gazeux en amont de la chambre et l'on permet une insertion complète de l'arc. Ceci engendre un gain en robustesse de l'appareil, sans coût supplémentaire.
  • Ainsi, l'on améliore la coupure en maîtrisant la tension d'arc.
  • En effet, l'augmentation de la tension d'arc permet de diminuer l'énergie à absorber par l'appareil, d'améliorer la capacité énergétique des appareils, et ainsi de limiter tous les dommages dus à un court-circuit.
  • L'invention permet également de supprimer la grille isolante habituellement utilisée, ce qui conduit à une rationalisation dans la conception des appareils dans lesquels cette chambre de coupure est destinée à être utilisée.
  • Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisations décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple.
  • Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont réalisées suivant son esprit.

Claims (10)

  1. Chambre de coupure d'un appareil de protection électrique comprenant une chambre de formation d'arc renfermant un contact fixe et un contact mobile, lesquels, au moment de leur séparation, forment un arc entre eux, ladite chambre de formation d'arc communiquant avec l'entrée d'une deuxième chambre dite d'extinction d'arc,
    caractérisée en ce qu'elle comporte une paroi dite d'équilibrage (14), sensiblement pleine sur au moins sa partie centrale, ladite paroi (14) étant située en aval de la chambre d'extinction d'arc (9) et étant conformée et agencée par rapport à la chambre d'extinction d'arc (9), de manière à freiner le flux d'échappement des gaz de coupure du côté (i) de la chambre d'extinction d'arc (9) situé à l'opposé du contact fixe (4), côté où les gaz vont en premier, et à favoriser l'écoulement des flux de gaz d'échappement du côté j opposé au précédent, les gaz d'échappement étant arrêtés par la partie centrale (19) de la paroi (14) et s'échappant par les bords (20) de la paroi (14).
  2. Chambre de coupure selon la revendication 1, ladite chambre d'extinction d'arc (9) comportant un empilage d'éléments de refroidissement (10) s'étendant sensiblement parallèlement les uns par rapport aux autres, caractérisée en ce que la paroi précitée (14) est très proche de la chambre d'extinction d'arc (9) du côté i où les gaz d'échappement vont en premier et s'éloigne de ladite chambre (9) au fur et à mesure que l'on s'éloigne de ce côté de la chambre, de manière à être éloignée de ladite chambre du côté j opposé au précédent i, de ladite chambre d'extinction d'arc (9).
  3. Chambre de coupure selon la revendication 2, caractérisée en ce que la chambre d'extinction d'arc précitée (9) comporte un nombre d'éléments de refroidissement (10) réduit permettant au bloc A formé par l'ensemble de ces éléments de refroidissement (10) d'être incliné par rapport à la base (22) de l'appareil, et en ce que la paroi précitée (14) s'étend sensiblement parallèlement à la base (22) de l'appareil.
  4. Chambre de coupure selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que la paroi précitée (14) s'étend en formant un angle α compris entre 3 et 15 ° avec la direction d'alignement D des éléments de refroidissement précités (10).
  5. Chambre de coupure selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite paroi d'équilibrage (14) comporte une partie centrale pleine et en ce que cette partie centrale pleine présente une largeur (l) variable, cette largeur (l) étant maximale du côté de la chambre d'extinction d'arc (9) ou les gaz passent en premier, et étant de plus en plus réduite au fur et à mesure que l'on se rapproche de l'autre côté j de ladite chambre (9).
  6. Chambre de coupure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi précitée (14) est venue de matière avec le boîtier ou le couvercle de l'appareil.
  7. Chambre de coupure selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ladite chambre d'extinction d'arc (9) comportant des moyens de maintien (15) des éléments de refroidissement (10) les uns par rapport aux autres, la paroi précitée (14) fait partie intégrante de ces moyens de maintien (15) des éléments de refroidissement (10).
  8. Chambre de coupure selon les revendications 5 et 7, caractérisée en ce que la paroi d'équilibrage précitée (14) fait partie intégrante de la paroi de fond (23) des moyens de maintien précités (15) des éléments de refroidissement (10), ladite paroi de fond (23) comportant, autour de ladite paroi d'équilibrage (14), des fentes (17) s'étendant sensiblement parallèlement aux éléments de refroidissement (10), et dont la longueur varie d'une extrémité à l'autre de la paroi.
  9. Appareil de protection électrique comportant au moins une unité polaire montée dans un boîtier B, ladite unité polaire comportant une chambre de coupure (7) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
  10. Disjoncteur basse tension comportant au moins une unité polaire montée dans un boîtier B, ladite unité polaire comportant une chambre de coupure (7) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.
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