EP2819137B1 - Chambre de coupure pour un appareil de protection électrique et appareil de protection électrique comportant une telle chambre - Google Patents

Chambre de coupure pour un appareil de protection électrique et appareil de protection électrique comportant une telle chambre Download PDF

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EP2819137B1
EP2819137B1 EP14169130.3A EP14169130A EP2819137B1 EP 2819137 B1 EP2819137 B1 EP 2819137B1 EP 14169130 A EP14169130 A EP 14169130A EP 2819137 B1 EP2819137 B1 EP 2819137B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
arc
duct
switching chamber
protection device
abovementioned
Prior art date
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Active
Application number
EP14169130.3A
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German (de)
English (en)
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EP2819137A1 (fr
Inventor
Jean-Claude Ramirez
Hervé Vallier
Benoît Hage
Loïc Rondot
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schneider Electric Industries SAS
Original Assignee
Schneider Electric Industries SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Schneider Electric Industries SAS filed Critical Schneider Electric Industries SAS
Publication of EP2819137A1 publication Critical patent/EP2819137A1/fr
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Publication of EP2819137B1 publication Critical patent/EP2819137B1/fr
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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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/02—Housings; Casings; Bases; Mountings
    • H01H71/025—Constructional details of housings or casings not concerning the mounting or assembly of the different internal parts

Definitions

  • the present invention relates to electrical protection devices intended to achieve the interruption of the electric current by separation of the contacts so as to protect the goods and the people from the effects of short-circuit currents, and more particularly the field of protection circuit breakers. ultra terminal type.
  • the invention relates more particularly to the exhaust volume located downstream of the breaking chamber of such an apparatus.
  • This interrupting chamber comprises 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 arc forming chamber communicating with the input of a second so-called arc extinction chamber, at least one partition wall placed in a volume located downstream of said arc extinction chamber, said wall extending in the direction of the gas flow so as to achieve a partitioning of the above-mentioned volume in the direction of this flow of gases, and at least one discharge orifice for evacuation of the cutoff gases to the outside of the apparatus.
  • the arc moves to an arc extinguishing chamber usually having separators for cooling the gases, after which the gases due to the arc exit the arc extinction chamber and pass through slots arranged in a bottom grid located downstream of the separators.
  • This volume may consist of one or more channels intended to allow the flow of gas to the outlet ports provided in the housing of the apparatus through which these gases escape to the outside.
  • patents are known WO 02/075760 and FR 2575861 describing a cutoff chamber equipped with a wall forming a partitioning of the aforementioned volume in the direction of the gas flow.
  • the patent FR 2575861 further describes the use of baffles downstream of the arc extinguishing chamber, the purpose of which is to slow down the gas flow.
  • This problem related to the flow of gas may be at the origin of a partial melting of the aforementioned bottom grid. This problem is all the more important as it reduces the step of the circuit breaker, this reduction of the step resulting in a reduction of the collection volume.
  • the electrical protection device of the document is also known. FR2977066 gathering the features of the preamble of claim 1.
  • the present invention solves these problems and proposes a breaking chamber for a electrical protection apparatus, of simple design, for removing these gaseous plugs so as to increase and stabilize the voltage of the short-circuit arc, in particular in the prechambre, and thus allow a faster and more frank cut, as well as an electrical protection device comprising such a chamber.
  • the subject of the present invention is an interrupting chamber for an electrical protection device according to claim 1.
  • this particular embodiment of the interrupting chamber avoids the gaseous plugs occurring at the outlet of the interrupting chamber, because of the conflicts that may occur between the flows between the separators.
  • the electrical protection apparatus comprising an electromagnetic protection device, and the arc extinguishing device being located between this electromagnetic protection device and the fixing face of the device to a device.
  • fixing bracket the first main flow is issued on the side of the fixing support while the second secondary flow is issued on the side of the electromagnetic protection device. Due to this structure of the apparatus, the main flow occurs on the side of the fixing support, for example a fixing rail, while the secondary flow occurs on the side of the electromagnetic protection device and is more low.
  • the section of the aforementioned ducts gradually decreases when approaching the discharge orifices.
  • this breaking chamber comprises an insulating bottom grid placed downstream of the arc extinguishing chamber and having orifices intended to allow the passage of the gases generated during the breaking.
  • the dissociation of the flows improves the gas crossover effects between the different outlets of the chamber bottom grid.
  • this chamber further comprises means for balancing the lengths of the paths of the gas flows in the two ducts. As a result, the length of the main flow path is closer to that of the secondary flow path. This feature allows the arc to return in a direction perpendicular to the alignment axis of the separators of the arc extinguishing chamber.
  • these means comprise means for separating the gas flows according to the thickness of the apparatus.
  • the realization of this partitioning in three dimensions thus makes it possible to have an adapted length of these ducts in spite of the asymmetrical architecture of these ducts due to the location of the exhaust orifices on the fixing face of the apparatus.
  • the aforementioned separation means according to the thickness of the apparatus comprise two partitions substantially perpendicular to each other and forming a step, said step being arranged in the said first conduit so as to form a volume protruding into this duct, and at the same time to increase the length of the path of the gaseous flow in this conduit, and in return, to form a hollow volume in the conduit said second, the gas flow flowing in the first conduit above this step while the gas stream flows in the second conduit below this walk.
  • the discharge port associated with the second conduit is located under the aforementioned step, while the discharge port associated with the first conduit is located at the foot of the step.
  • the aforementioned discharge orifices are located at the same height, the latter being defined parallel to the rear face of the apparatus and perpendicular to the longitudinal direction of the fixing support.
  • the aforementioned ducts are integrally molded with the casing of the apparatus.
  • the aforementioned conduits are housed in a modular cassette.
  • the present invention further relates to an electrical protection apparatus comprising a breaking chamber having the above-mentioned features taken alone or in combination.
  • this apparatus is a low-voltage 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.
  • This circuit breaker comprises, downstream of the arc extinguishing chamber, a volume v for exhausting the cut-off gases and, at the outlet of this volume, orifices for evacuating gases towards the outside of the apparatus.
  • the arc extinguishing chamber 9 of the circuit breaker advantageously comprises, in a known manner at its downstream part, a gate 13 made of a plastic material, which may be molded with the housing or the cover of the apparatus, but may also be to be independent.
  • this grid is to prevent the arc from reforming behind the fins downstream of the arc extinction chamber.
  • a breaking chamber 14 according to the prior art having downstream of the arc extinguishing chamber 15, a partition 16 for separating the gas flow in the flow direction.
  • a breaking chamber 17 according to a preferred embodiment of the invention, wherein the volume 18 for collecting the gas stream is partitioned firstly in the direction of the gas flow, and secondly, according to the invention. thickness of the apparatus.
  • the partitioning according to the direction of the flow is carried out by a partition wall 19 starting from the separators 20, at a position situated between one quarter and three quarters of the length of the set of separators, then, after a curvature, extending up to to the plane of the rear face 21, or fixing face, of the apparatus.
  • This partition wall 19 is thus formed of two portions 19a, 19b extending at an angle of between 90 ° and 160 ° relative to one another, one extending in a plane substantially parallel to the plane of the fins 20, while the other extends in a plane extending substantially perpendicularly to the face 21 of fixing the device. Note that the angle between the two partitions will vary depending on the position of the partition.
  • This partition 19 thus forms two exhaust ducts 22, 23 of the gas stream, respectively a first duct 22 located opposite the fins 24 situated as close as possible to the exhaust orifices 25, 26 of the outward gas ducts, and a second duct 23 located opposite the fins 27 located away from these orifices, each duct 22, 23 being associated with a discharge orifice 25, 26.
  • This partitioning according to the thickness of the apparatus is achieved by means of a step 28 formed projecting inside the first conduit 22 and hollow inside the second conduit 28, this step formed of two walls 28a, 28b substantially perpendicular to each other creating an additional volume of substantially parallelepiped shape in the first duct 22 and at the same time decreasing the volume of the second duct 23 by the same volume. It will be noted that other shapes than the parallelepipedal shape are possible for this wall.
  • This partitioning according to the thickness of the apparatus makes it possible to carry out the two aforesaid evacuation conduits 22, 23 associated respectively with two discharge outlets 25, 26 of the outward gas, these being situated at the same height. , this height being defined perpendicular to the longitudinal direction of the fixing rail.
  • these openings or discharge orifices may be of different positions, size and shape, for example one above the other, one next to the other, staggered according to lock position and shape partitions. In addition, as explained above, these openings may open elsewhere than towards the rear of the circuit breaker.
  • the gaseous flows furthest from the exhaust ports 25, 26 are collected separately from each other. those emitted near the gas outlet orifices, said orifices being on the side of the fixing rail R.
  • This dissociation of the flows improves the flows by limiting the effects of gas crossing between the different outlet orifices of the chamber bottom grid 13. By limiting these crossing effects, it also limits the flow disturbances likely to create the aforementioned plugs.
  • This partitioning according to the thickness of the apparatus makes it possible to rearrange the volume v of gas collection by a redistribution of the volume used by the second duct 23.
  • This remodeling makes it possible on the one hand to lengthen the length of the path of the gases in the first conduit, which allows the gases to be emitted at a lower temperature than usual in the apparatus according to the prior art.
  • This rearrangement of the collection volume v also makes it possible to obtain in the two ducts 22, 23 a progressive decrease in the section of the exhaust ducts as one approaches the exhaust outlet in order to keep account of the decrease of the temperature and therefore of the volume of the gases.
  • the realization of this partitioning according to the three dimensions thus makes it possible to have an adapted length of these ducts in spite of the asymmetric architecture of the exhaust ducts due to the location of the exhaust orifices on the face 21 for fastening the appliances.
  • This volume v of cut gas collection can also be performed in a modular cassette in the form of a cassette dissociated envelopes.
  • One of the advantages of this realization of the collection volume in a cassette dissociated is to be able to develop the different compartments according to the constraints related to the flow of gases and to offer flexibility in the material of this cassette, regardless of the device.
  • this solution has the advantage of enabling specialized cassettes to be optimized for a particular type of product depending on its performance (high breaking capacity, low breaking capacity), its cost, the fact that it is associated with a Vigi or not, etc ...
  • FIG 5 it is possible to compare the breaking behavior of an apparatus according to the prior art compared to that of an apparatus according to the invention performing a separation of the flows at 6kA.
  • the graphical representation of the figure 5 illustrates the current in ampere (left scale) and the arc voltage (right scale) as a function of time in seconds. It is observed that in the case of an apparatus according to the invention, the rise in arc voltage (curve a) is performed 400 ⁇ s faster than in the case of an apparatus according to the prior art (curve b). This gives a better limitation of the current in a breaking chamber according to the invention (curve c) with respect to that obtained in the breaking chamber according to the prior art (curve d).
  • this dissociation of the gas flows can be carried out by means of one or more flow separation partitions, this or these partitions being arranged in such a way that the partitioning is carried out as far as the outlet orifices, so as to obtain this dissociation.
  • This separation of the streams makes it possible to obtain a good cooling of the gases before they are ejected from the product.
  • an interruption chamber and an electrical protection device comprising it have been realized, in which the gaseous flows are dissociated so as to eliminate the influence of one of the flows on the other of the flows and on the other hand, in which the main gas flow is disturbed so as to disadvantage it with respect to the secondary flow, and thus favor a homogeneous arc insertion.
  • the invention for removing gaseous plugs which currently go up even at the mechanism of the device, this increases and stabilize the short-circuit arc voltage, particularly in the prechamber. This also allows to obtain a faster and more frank cut to obtain better protection of property and people.
  • the invention also makes it possible to better manage the gaseous flow at the outlet of the chamber, thus to better evacuate the cut-off residues from the chamber and thus to make the product more robust.
  • the invention also makes it possible to ensure, in addition, the maintenance and positioning of the chamber, to be able to choose a material different from that of the housings in the case of the choice of using a cassette, this possibility being more difficult in the case of partitions. molded directly into the envelopes.
  • the invention is not limited to the embodiments described and illustrated which have been given by way of example.
  • the number of partition walls can be increased so as to further increase the dissociation of the gas flows.
  • the main claim also covers the case where the discharge ports are lateral to the ducts formed by the wall and close to the rear face of the apparatus.
  • these orifices can be oriented upwards, downwards, or laterally.
  • these openings may lead into the terminal compartment or to the differential protection device, etc ).

Landscapes

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

Description

    DOMAINE TECHNIQUE
  • La présente invention concerne les appareils de protection électrique destinés à réaliser l'interruption du courant électrique par séparation des contacts de manière à protéger les biens et les personnes des effets des courants de court-circuit, et plus particulièrement le domaine des disjoncteurs de protection de type ultra terminale.
  • L'invention concerne plus particulièrement le volume d'échappement situé en aval de la chambre de coupure d'un tel appareil.
  • Cette chambre de coupure comporte 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, au moins une paroi de séparation placée(s) dans un volume situé en aval de ladite chambre d'extinction d'arc, ladite paroi s'étendant dans le sens du flux gazeux de manière à réaliser un cloisonnement du volume précité dans le sens de ce flux des gaz, et au moins un orifice d'évacuation permettant l'évacuation des gaz de coupure vers l'extérieur de l'appareil.
    • ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
  • De manière connue en soi, dés que les contacts se séparent suite à la survenue d'un court-circuit dans un circuit électrique, il se produit un arc électrique entre les contacts, lequel arc va établir une tension d'arc.
  • Puis, l'arc se déplace vers une chambre d'extinction d'arc comportant de manière habituelle des séparateurs destinés à refroidir les gaz, après quoi les gaz dus à l'arc sortent de la chambre d'extinction d'arc et traversent des fentes disposées dans une grille de fond située en aval des séparateurs.
  • Ces gaz sont ensuite collectés dans un volume qui est situé sous la chambre d'extinction d'arc.
  • Ce volume peut être constitué d'un ou plusieurs canaux destinés à permettre l'écoulement des gaz vers les orifice de sortie prévus dans le boîtier de l'appareil par lesquels ces gaz s'échappent vers l'extérieur.
  • On connaît par exemple les brevets WO 02/075760 et FR 2575861 décrivant une chambre de coupure équipée d'une paroi réalisant un cloisonnement du volume précité dans le sens du flux gazeux.
  • Le brevet FR 2575861 décrit en plus l'utilisation de chicanes en aval de la chambre d'extinction d'arc, et dont le but est de ralentir les flux gazeux.
  • Ces architectures connues de la zone d'échappement ne donnent pas entière satisfaction. Il se forme en effet des bouchons gazeux à la sortie de la chambre de coupure, lesquels bouchons sont dus à une interaction conflictuelle entre les écoulements se produisant entre les séparateurs. En effet, les flux gazeux sortent de la chambre de coupure suivant une direction perpendiculaire à la direction qu'ils doivent suivre pour se diriger vers les orifices d'évacuation situés à l'extrémité du volume de collecte des gaz.
  • Ce problème lié à l'écoulement des gaz peut être à l'origine d'une fonte partielle de la grille de fond précitée. Ce problème est d'autant plus important que l'on réduit le pas du disjoncteur, cette réduction du pas entraînant une réduction du volume de collecte.
  • On connaît également l'appareil de protection électrique du document FR2977066 rassemblant les caractéristiques du préambule de la revendication 1.
    • EXPOSE DE L'INVENTION
  • La présente invention résout ces problèmes et propose une chambre de coupure pour un appareil de protection électrique, de conception simple, permettant de supprimer ces bouchons gazeux de manière à augmenter et stabiliser la tension de l'arc de court-circuit, en particulier dans la préchambre, et donc de permettre une coupure plus rapide et plus franche, ainsi qu'un appareil de protection électrique comportant une telle chambre.
  • A cet effet, la présente invention a pour objet une chambre de coupure pour un appareil de protection électrique selon la revendication 1.
  • Grâce à cette séparation totale des flux gazeux, l'on évite que l'écoulement principal n'ait une influence négative sur l'écoulement secondaire.
  • On évite ainsi grâce à cette séparation dés flux, dans cette réalisation particulière de la chambre de coupure, les bouchons gazeux se produisant à la sortie de la chambre de coupure, du fait des conflits susceptibles de se produire entre les écoulements entre les séparateurs.
  • Selon une autre caractéristique, l'appareil de protection électrique comportant un dispositif de protection électro-magnétique, et le dispositif d'extinction d'arc étant situé entre ce dispositif de protection électro-magnétique et la face de fixation de l'appareil à un support de fixation, le premier flux dit principal est émis du côté du support de fixation tandis que le second flux dit secondaire est émis du côté du dispositif de protection électro-magnétique.
    Du fait de cette structure de l'appareil, l'écoulement principal se produit du côté du support de fixation, par exemple un rail de fixation, tandis que l'écoulement secondaire se produit du côté du dispositif de protection électro-magnétique et est plus faible.
  • Selon une autre caractéristique, la section des conduits précités diminue progressivement en s'approchant des orifices d'évacuation.
  • Selon une autre caractéristique, cette chambre de coupure comporte une grille de fond isolante placée en aval de la chambre d'extinction d'arc et comportant des orifices destinés à permettre le passage des gaz générés lors de la coupure.
    La dissociation des flux améliore les effets de croisement des gaz entre les différents orifices de sortie de la grille de fond de chambre.
  • Selon une autre caractéristique, cette chambre comporte en outre des moyens pour équilibrer les longueurs des trajets des flux gazeux dans les deux conduits. De ce fait, la longueur du trajet de l'écoulement principal est plus proche de celle du trajet de l'écoulement secondaire. Cette caractéristique permet à l'arc de rentrer suivant une direction perpendiculaire à l'axe d'alignement des séparateurs de la chambre d'extinction d'arc.
  • Selon une autre caractéristique, ces moyens comportent des moyens de séparation des flux gazeux suivant l'épaisseur de l'appareil. La réalisation de ce cloisonnement suivant trois dimensions permet ainsi d'avoir une longueur adaptée de ces conduits malgré l'architecture asymétrique de ces conduits due à la localisation des orifices d'échappement sur la face de fixation de l'appareil.
  • Selon une autre caractéristique, les moyens de séparation précités suivant l'épaisseur de l'appareil comprennent deux cloisons sensiblement perpendiculaires l'une par rapport à l'autre et formant une marche, ladite marche étant disposée dans le conduit dit premier de manière à former un volume en saillie dans ce conduit, et en même temps à augmenter la longueur du trajet du flux gazeux dans ce conduit, et en contrepartie, à former un volume en creux dans le conduit dit second, le flux gazeux circulant dans le premier conduit au-dessus de cette marche tandis que le flux gazeux circule dans le second conduit en-dessous de cette marche.
  • Selon une autre caractéristique, l'orifice d'évacuation associé au second conduit est situé sous la marche précitée, tandis que l'orifice d'évacuation associé au premier conduit est situé au pied de la marche.
  • Selon une autre caractéristique, les orifices d'évacuation précités sont situés à une même hauteur, celle-ci étant définie parallèlement à la face arrière de l'appareil et perpendiculairement à la direction longitudinale du support de fixation.
  • Selon une réalisation particulière, les conduits précités sont venus de moulage avec l'enveloppe de l'appareil.
  • Selon une autre réalisation, les conduits précités sont logés dans une cassette modulaire.
  • La présente invention a encore pour objet un appareil de protection électrique comportant une chambre de coupure comportant les caractéristiques précédemment mentionnées prises seules ou en combinaison.
  • Selon une caractéristique particulière, cet appareil est un disjoncteur 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 partielle de la figure précédente, illustrant la chambre de coupure seule,
    • La figure 3 est une vue similaire à la figure précédente, mais illustrant une chambre de coupure selon une réalisation particulière de l'invention,
    • La figure 3a est une vue en coupe selon m-m de la figure 3,
    • La figure 3b est une vue de gauche de la figure 3,
    • Les figures 4 et 4a sont des vues en perspective, respectivement selon deux orientations différentes, illustrant la chambre de coupure selon la réalisation particulière illustrée sur les figures 3,3a et 3b, et
    • La figure 5 est une représentation graphique illustrant le courant et la tension d'arc en fonction du temps, dans une chambre de coupure selon l'art antérieur, et dans une chambre de coupure selon l'invention,
    EXPOSE DETAILLE D'UN MODE DE REALISATION PREFERE DE L'INVENTION
  • Sur la figure 1, 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.
    Ce disjoncteur comporte en aval de la chambre d'extinction d'arc un volume v d'échappement des gaz de coupure et, en sortie de ce volume, des orifices o d'évacuation des gaz vers l'extérieur de l'appareil.
    Un tel disjoncteur étant bien connu des spécialistes, il sera inutile de décrire plus en détail son agencement ou son fonctionnement.
    La chambre d'extinction d'arc 9 du disjoncteur comporte avantageusement de manière connue à sa partie aval, une grille 13 réalisée en un matériau plastique, laquelle peut être venue de moulage avec le boîtier ou le couvercle de l'appareil, mais peut aussi être indépendante. 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, a été représentée une chambre de coupure 14 selon l'art antérieur comportant en aval de la chambre d'extinction d'arc 15, une cloison 16 de séparation du flux gazeux dans le sens du flux.
    Sur les figures 3 à 4a, on voit une chambre de coupure 17 selon un mode préféré de réalisation de l'invention, dans laquelle le volume 18 de collecte du flux gazeux est cloisonné d'une part dans le sens du flux gazeux, et d'autre part, selon l'épaisseur de l'appareil.
  • Le cloisonnement selon le sens du flux est réalisé par une paroi de séparation 19 partant des séparateurs 20, en une position située entre le quart et les trois quarts de la longueur de l'ensemble de séparateurs puis, après une courbure, s'étendant jusqu'au plan de la face arrière 21, ou face de fixation, de l'appareil. Cette paroi de séparation 19 est ainsi formée de deux portions 19a,19b s'étendant en formant un angle compris entre 90° et 160° l'une par rapport à l'autre, l'une s'étendant dans un plan sensiblement parallèle au plan des ailettes 20, tandis que l'autre s'étend dans un plan s'étendant sensiblement perpendiculairement à la face 21 de fixation de l'appareil. On notera que l'angle entre les deux cloisons variera en fonction de la position de la cloison. Cette cloison 19 forme ainsi deux conduits d'évacuation 22,23 du flux gazeux, respectivement un premier conduit 22 situé en regard des ailettes 24 situées au plus près des orifices d'évacuation 25,26 des gaz vers l'extérieur, et un second conduit 23 situé en regard des ailettes 27 situées au loin de ces orifices, chaque conduit 22,23 étant associé à un orifice d'évacuation 25,26.
  • Ce cloisonnement selon l'épaisseur de l'appareil est réalisé par l'intermédiaire d'une marche 28 formée en saillie à l'intérieur du premier conduit 22 et en creux à l'intérieur du second conduit 28, cette marche formée de deux parois 28a,28b sensiblement perpendiculaires l'une par rapport à l'autre créant un volume supplémentaire de forme sensiblement parallélépipédique dans le premier conduit 22 et en même temps diminuant de ce même volume le volume du second conduit 23. On notera que d'autres formes que la forme parallélépipédique sont envisageables pour cette paroi.
    Ce cloisonnement selon l'épaisseur de l'appareil permet de réaliser les deux conduits d'évacuation précités 22,23 associés respectivement à deux orifices d'évacuation 25,26 des gaz vers l'extérieur, ceux-ci étant situés à une même hauteur, cette hauteur étant définie perpendiculairement à la direction longitudinale du rail de fixation.
    On notera que ces ouvertures ou orifices d'évacuation peuvent être de positions, de taille et de formes différentes, par exemple l'une au-dessus de l'autre, l'une à côté de l'autre, en quinconce en fonction de la position du verrou et de la forme des cloisons. En outre, comme expliqué précédemment, ces ouvertures peuvent déboucher ailleurs que vers l'arrière du disjoncteur.
  • Ainsi, en fonctionnement, grâce à la dissociation des flux réalisée par le cloisonnement selon le sens des flux, lequel cloisonnement étant réalisé sur tout le trajet des gaz, les flux gazeux les plus éloignés des orifices d'échappement 25,26 sont collectés séparément de ceux émis à proximité des orifices de sortie des gaz, lesdits orifices se trouvant du côté du rail de fixation R.
    Cette dissociation des flux améliore les écoulements en limitant les effets de croisement des gaz entre les différents orifices de sortie de la grille de fond 13 de chambre. En limitant ces effets de croisement, l'on limite également les perturbations de l'écoulement de nature à créer les bouchons précédemment mentionnés.
    Ce cloisonnement selon l'épaisseur de l'appareil, permet de réaménager le volume v de collecte des gaz par une redistribution du volume utilisé par le second conduit 23. Ce réaménagement permet d'une part de rallonger la longueur de trajet des gaz dans le premier conduit, ce qui permet aux gaz d'être émis à une température moins élevée qu'habituellement dans les appareils selon l'art antérieur.
    Ce réaménagement du volume de collecte v permet également d'obtenir dans les deux conduits 22,23 une diminution progressive de la section des conduits d'échappement au fur et à mesure que l'on se rapproche de la sortie d'échappement afin de tenir compte de la diminution de la température et donc du volume des gaz.
    La réalisation de ce cloisonnement selon les trois dimensions permet ainsi d'avoir une longueur adaptée de ces conduits malgré l'architecture asymétrique des conduits d'échappement due à la localisation des orifices d'échappement sur la face 21 de fixation des appareils.
    La réalisation de ces aménagements peut être réalisée avantageusement lors du moulage des enveloppes du disjoncteur.
    Ce volume v de collecte des gaz de coupure pourra aussi être réalisé dans une cassette modulaire sous la forme d'une cassette dissociée des enveloppes. L'un des avantages de cette réalisation du volume de collecte dans une cassette dissociée est de pouvoir mettre au point les différents compartiments en fonction des contraintes liées à l'écoulement des gaz et d'offrir une certaine flexibilité en matière de matériau composant cette cassette, indépendamment de l'appareil.
    En outre, cette solution présente l'avantage de permettre d'optimiser des cassettes spécialisées pour un type de produit particulier en fonction de sa performance (haut pouvoir de coupure, bas pouvoir de coupure), de son coût, du fait qu'il est associé avec un Vigi ou pas, etc...
    En se reportant à la figure 5, on peut comparer le comportement en coupure d'un appareil selon l'art antérieur par rapport à celui d'un appareil selon l'invention réalisant une séparation des flux à 6kA.
    La représentation graphique de la figure 5 illustre le courant en ampère (échelle de gauche) et la tension d'arc (échelle de droite) en fonction du temps en secondes. On observe que dans le cas d'un appareil selon l'invention, la montée en tension d'arc (courbe a) est réalisée 400 µs plus rapidement que dans le cas d'un appareil selon l'art antérieur (courbe b). On obtient ainsi une meilleure limitation du courant dans une chambre de coupure selon l'invention (courbe c) par rapport à celle obtenue dans la chambre de coupure selon l'art antérieur (courbe d).
  • On notera que cette dissociation des flux gazeux peut être réalisée au moyen d'une ou plusieurs cloisons de séparation des flux, cette ou bien ces cloisons étant agencées de manière que le cloisonnement soit réalisé jusqu'aux orifices de sortie, de manière à obtenir cette dissociation. Cette séparation des flux permet d'obtenir un bon refroidissement des gaz avant qu'ils ne soient éjectés du produit.
  • On a donc réalisé selon l'invention une chambre de coupure ainsi qu'un appareil de protection électrique la comportant, dans lesquels les flux gazeux sont dissociés de manière à supprimer l'influence de l'un des écoulements sur l'autre des écoulements et d'autre part, dans lesquels l'on perturbe le flux gazeux principal de manière à le désavantager par rapport au flux secondaire, et ainsi favoriser une insertion d'arc homogène.
  • Ainsi, l'invention permettant de supprimer les bouchons gazeux, lesquels actuellement remontent même au niveau du mécanisme de l'appareil, ceci permet d'augmenter et de stabiliser la tension d'arc de court-circuit, en particulier dans la préchambre. Ceci permet aussi d'obtenir une coupure plus rapide et plus franche permettant d'obtenir une meilleure protection des biens et des personnes. L'invention permet également de mieux gérer l'écoulement gazeux en sortie de chambre, donc de mieux évacuer les résidus de coupure hors de la chambre et donc de rendre le produit plus robuste.
    L'invention permet également d'assurer en plus le maintien et le positionnement de la chambre, de pouvoir choisir un matériau différent de celui des boîtiers dans le cas du choix d'utiliser une cassette, cette possibilité étant plus difficile dans le cas de cloisons moulées directement dans les enveloppes.
    Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple.
    C'est ainsi par exemple que le nombre de cloisons de séparation pourra être augmenté de manière à augmenter encore la dissociation des flux gazeux.
    De même, la revendication principale couvre aussi le cas où les orifices d'évacuation sont latéraux aux conduits formés par la paroi et proches de la face arrière de l'appareil. Ainsi, ces orifices peuvent être orientés vers le haut, vers le bas, ou latéralement. De même, ces orifices pourront déboucher dans le compartiment à bornes ou bien vers le dispositif de protection différentiel, etc.....

Claims (13)

  1. Chambre de coupure pour un appareil de protection électrique comportant 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, et au moins un orifice d'évacuation permettant l'évacuation des gaz de coupure vers l'extérieur de l'appareil, le au moins un orifice d'évacuation (25,26) et la chambre d'extinction d'arc (9) étant agencés l'un par rapport à l'autre de telle manière que les flux gazeux sortent de la chambre d'extinction d'arc (9) suivant une direction sensiblement perpendiculaire à la direction suivant laquelle les flux gazeux sortent de l'appareil par le au moins un orifice d'évacuation (25,26), et en ce que le au moins un orifice d'évacuation précité (25,26) est situé sur la face arrière (21) de l'appareil destinée à sa fixation à un support de fixation R,
    caractérisée en ce que
    la chambre de coupure comprend de plus au moins une paroi de séparation placée(s) dans un volume situé en aval de ladite chambre d'extinction d'arc, ladite paroi s'étendant dans le sens du flux gazeux de manière à réaliser un cloisonnement du volume précité dans le sens de ce flux des gaz,
    et en ce que
    la(les) paroi(s) de séparation précitée(s) (19) s'étend(ent) de manière à réaliser un cloisonnement sensiblement complet dans le sens du flux jusqu'à ces orifices et ainsi former au moins un premier conduit (22) et un second conduit (23) d'évacuation, lesdits conduits étant associés chacun à un orifice d'évacuation (25,26), et permettant de réaliser une séparation sensiblement complète entre un premier flux dit principal et un second flux dit secondaire, lesdits flux étant émis en sortie de la chambre d'extinction d'arc (9) et circulant respectivement dans le premier (22) et dans le second conduit (23).
  2. Chambre de coupure selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'appareil de protection électrique comportant un dispositif de protection électro-magnétique (6), et le dispositif d'extinction d'arc (9) étant situé entre ce dispositif de protection électro-magnétique (6) et la face (21) de fixation de l'appareil à un support de fixation R, le premier flux dit principal est émis du côté du support de fixation R tandis que le second flux dit secondaire est émis du côté du dispositif de protection électro-magnétique (6).
  3. Chambre de coupure selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la section des conduits d'échappement (22,23) diminue progressivement en s'approchant des orifices d'évacuation (25,26).
  4. Chambre de coupure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte une grille de fond isolante (13) placée en aval de la chambre d'extinction d'arc (9) et comportant des orifices destinés à permettre le passage des gaz générés lors de la coupure.
  5. Chambre de coupure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens pour équilibrer les longueurs des trajets des flux gazeux dans les deux conduits (22,23).
  6. Chambre de coupure selon la revendication 5, caractérisée en ce que ces moyens comportent des moyens de séparation des flux gazeux suivant l'épaisseur de l'appareil.
  7. Chambre de coupure selon la revendication 6, caractérisée en ce que les moyens de séparation précités suivant l'épaisseur de l'appareil comprennent deux cloisons (28a,28b) sensiblement perpendiculaires l'une par rapport à l'autre et formant une marche (28), ladite marche étant disposée dans le conduit dit premier (22) de manière à former un volume en saillie dans ce conduit et en même temps, à augmenter la longueur du trajet du flux gazeux dans ce conduit, et en contrepartie, à former un volume en creux dans le conduit dit second (23), le flux gazeux circulant dans le premier conduit (22) au-dessus de cette marche (28) tandis que le flux gazeux circule dans le second conduit (23) en-dessous de cette marche (28).
  8. Chambre de coupure selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'orifice d'évacuation (26) associé au second conduit (23) est situé sous la marche précitée (28), tandis que l'orifice d'évacuation (25) associé au premier conduit (22) est situé au pied de la marche (28).
  9. Chambre de coupure selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisée en ce que les orifices d'évacuation précités (25,26) sont situés à une même hauteur, celle-ci étant définie parallèlement à la face arrière (21) de l'appareil et perpendiculairement à la direction longitudinale du support de fixation R.
  10. Chambre de coupure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les conduits précités (22,23) sont venus de moulage avec l'enveloppe de l'appareil.
  11. Chambre de coupure selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les conduits précités (22,23) sont logés dans une cassette modulaire.
  12. Appareil de protection électrique comportant une chambre de coupure selon l'une quelconque des revendications précédentes.
  13. Appareil de protection électrique selon la revendication 12, caractérisé en ce que c'est un disjoncteur basse tension.
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