FR2734397A1 - ELECTRIC ARC EXTINGUISHING DEVICE FOR AN ELECTRICAL SWITCH - Google Patents
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Abstract
Dispositif d'extinction d'arc comprenant une chambre d'extinction (11) en matière isolante qui contient des ailettes (14) en matière isolante définissant des intervalles (16) dans lesquels un arc électrique est poussé et est donc allongé. L'effet d'extinction est renforcé par un champ de soufflage magnétique produit à l'aide d'un dispositif de soufflage (15). Application: notamment aux appareils interrupteurs à faible largeur de module.An arc extinguishing device comprising an extinguishing chamber (11) of insulating material which contains fins (14) of insulating material defining gaps (16) in which an electric arc is pushed and is therefore elongated. The extinguishing effect is enhanced by a magnetic blowing field produced by means of a blowing device (15). Application: in particular to switching devices with a narrow module width.
Description
DISPOSITIF D'EXTINCTION D'ARC ELECTRIOUE POUR UNELECTRIC FIRE ARC EXTINGUISHING DEVICE
INTERRUPTEUR ELECTRIQUEELECTRIC SWITCH
L'invention se rapporte à un dispositif d'extinction d'arc électrique pour un interrupteur électrique, en particulier un disjoncteur de protection de ligne, l'interrupteur présentant un contact qui se trouve dans un espace de commutation ou préchambre, le contact comprenant une pièce de contact fixe et une pièce de contact mobile, et des tôles métalliques de guidage d'arc étant prévues pour conduire un arc électrique du contact, en passant par une zone d'expansion de l'espace de préchambre, dans une chambre d'extinction, laquelle est délimitée par les tôles de guidage d'arc suivant deux surfaces de délimitation à peu près parallèles l'une à The invention relates to a device for extinguishing an electric arc for an electric switch, in particular a line protection circuit breaker, the switch having a contact which is located in a switching space or prechamber, the contact comprising a fixed contact piece and a movable contact piece, and metal arc guide sheets being provided to conduct an electric arc of the contact, passing through an area of expansion of the prechamber space, in a extinction, which is delimited by the arc guide plates along two roughly parallel delimiting surfaces one at
l'autre.the other.
Un tel dispositif d'extinction est connu par le document EP-B1-0 251 160. Un dispositif d'extinction semblable est décrit dans le document EP-B1- 0 263 293. De tels dispositifs d'extinction sont utilisés en particulier dans des disjoncteurs de protection de ligne pour produire ou accélérer l'extinction d'un arc de coupure qui se Such an extinguishing device is known from document EP-B1-0 251 160. A similar extinguishing device is described in document EP-B1- 0 263 293. Such extinguishing devices are used in particular in line protection circuit breakers to produce or accelerate the extinction of a breaking arc which
produit lors de la coupure de courants d'intensité élevée. produced when breaking high intensity currents.
Les dispositifs d'extinction d'arc connus travaillent avec une chambre à tôles d'extinction qui contient des tôles d'extinction d'arc. Les chambres à tôles d'extinction permettent certes d'obtenir un effet de limitation de courant intense, mais nécessitent une taille minimale, ce qui va à l'encontre de la réduction recherchée des dimensions des appareils interrupteurs. Un autre inconvénient de la chambre à tôles d'extinction consiste dans le nombre élevé de ses parties constitutives, et dans Known arc extinguishing devices work with an extinguishing plate chamber which contains arc extinguishing plates. The chambers with extinguishing sheets certainly allow an intense current limiting effect to be obtained, but require a minimum size, which goes against the desired reduction in the dimensions of the switching devices. Another disadvantage of the fire extinguisher chamber consists in the high number of its constituent parts, and in
les dépenses technologiques qui en résultent. the resulting technological expenses.
L'invention a donc pour but de fournir un dispositif d'extinction du type défini ci-dessus qui permette une réduction des dimensions des appareils The invention therefore aims to provide an extinguishing device of the type defined above which allows a reduction in the dimensions of the devices
interrupteurs et puisse être fabriqué à un coût réduit. switches and can be manufactured at a reduced cost.
Ce but est atteint, dans le cas d'un dispositif d'extinction d'arc du type défini ci-dessus, par le fait que les surfaces de délimitation restantes de la chambre d'extinction ainsi que des ailettes s'étendant à l'intérieur de la chambre parallèlement aux tôles de guidage d'arc sont constituées par un matériau électriquement isolant. Il est prévu un dispositif de soufflage qui produit un champ de soufflage magnétique, lequel pousse l'arc dans des interstices entre les ailettes This object is achieved, in the case of an arc extinguishing device of the type defined above, by the fact that the remaining delimitation surfaces of the extinguishing chamber as well as the fins extending to the inside the chamber parallel to the arc guide plates are made of an electrically insulating material. A blowing device is provided which produces a magnetic blowing field, which pushes the arc into interstices between the fins
et allonge ainsi l'arc électrique.and thus lengthens the electric arc.
Avantageusement, une zone d'échappement réalisée en matériau électriquement isolant se raccorde à la chambre Advantageously, an exhaust zone made of electrically insulating material is connected to the chamber.
d'extinction.of extinction.
Le dispositif de soufflage peut être formé par une bobine de soufflage disposée latéralement à côté de la zone d'expansion et de la chambre d'extinction, ou par deux bobines de soufflage disposées de part et d'autre de la The blowing device can be formed by a blowing coil arranged laterally next to the expansion zone and the extinguishing chamber, or by two blowing coils arranged on either side of the
zone d'échappement.exhaust zone.
La bobine de soufflage peut être réalisée sous la forme d'une bobine à air (sans fer), ayant environ huit spires dans le cas d'un interrupteur de 16 A, et être adaptée à la forme de la zone d'échappement et de la chambre d'extinction. La bobine de soufflage peut avantageusement être traversée par le courant à couper et être utilisée en même The blowing coil can be made in the form of an air coil (without iron), having about eight turns in the case of a 16 A switch, and can be adapted to the shape of the exhaust zone and the extinguishing chamber. The blowing coil can advantageously be crossed by the current to be cut and be used at the same time
temps comme déclencheur.time as a trigger.
De préférence, le matériau électriquement isolant à partir duquel sont réalisées la chambre d'extinction avec ses ailettes et la zone d'échappement, correspond au Preferably, the electrically insulating material from which the extinguishing chamber with its fins and the exhaust zone are made, corresponds to the
matériau du boîtier de l'interrupteur. switch housing material.
Le matériau électriquement isolant pour la chambre d'extinction et la zone d'échappement peut être avantageusement une matière plastique commercialisée sous The electrically insulating material for the extinguishing chamber and the exhaust zone may advantageously be a plastic material sold under
la marque "CEVAUSIT".the mark "CEVAUSIT".
La largeur de l'intervalle dans la zone d'expansion, entre les ailettes de la chambre et dans la zone d'échappement peut être de l'ordre de 2,5 à 4 mm, de préférence de l'ordre de 3 mm dans le cas d'un interrupteur de 16 A. La chambre en matière isolante prévue suivant l'invention peut être réalisée en de très faibles dimensions, la matière isolante pouvant être un matériau de The width of the gap in the expansion zone, between the fins of the chamber and in the exhaust zone can be of the order of 2.5 to 4 mm, preferably of the order of 3 mm in the case of a 16 A switch. The insulating material chamber provided according to the invention can be made in very small dimensions, the insulating material possibly being a material of
boîtier usuel pour un disjoncteur de protection de ligne. usual box for a line protection circuit breaker.
Cela permet de réduire considérablement le coût de fabrication pour un disjoncteur de protection de ligne équipé d'un tel dispositif d'extinction. Le champ de soufflage utilisé pour renforcer l'expansion rapide recherchée de l'arc électrique peut être produit de différentes manières. Un progrès particulièrement notable résulte de la possibilité de réaliser, par l'utilisation du dispositif d'extinction conforme à l'invention, une largeur de module réduite à 50 % de celle des disjoncteurs de protection de ligne usuels à l'heure actuelle. A titre d'exemple un disjoncteur de protection de ligne de 16 A peut être réalisé avec une largeur totale de 7 mm seulement. En se référant à la figure unique du dessin annexé, on va décrire ci-après plus en détail un exemple de réalisation de l'invention. Il va de soi que les indications de dimensions, de matériaux et d'autres détails This makes it possible to considerably reduce the manufacturing cost for a line protection circuit breaker equipped with such an extinguishing device. The blowing field used to enhance the desired rapid expansion of the electric arc can be produced in different ways. Particularly notable progress results from the possibility of achieving, by the use of the extinguishing device according to the invention, a module width reduced to 50% of that of the current line protection circuit breakers. For example, a 16 A line protection circuit breaker can be made with a total width of only 7 mm. Referring to the single figure of the accompanying drawing, an embodiment of the invention will be described below in more detail. It goes without saying that the indications of dimensions, materials and other details
ne sont données qu'à titre d'exemple. are only given as an example.
La figure unique représente, sous forme de schéma de principe, les parties essentielles pour l'invention d'un disjoncteur de protection de ligne 1 dans un boîtier 2. Le disjoncteur de protection de ligne 1 comprend un contact 3 auquel un arc peut être engendré dans une chambre de coupure ou espace de préchambre 4. Le contact 3 est formé par une pièce de contact mobile 5 et une pièce de contact fixe 7, la pièce de contact mobile 5 étant déplaçable à l'aide d'un levier de commutation ou d'un dispositif de déclenchement (non représenté). La pièce de contact fixe 7 est reliée à une tôle de guidage d'arc supérieure 8. L'arc électrique est conduit par la tôle de guidage d'arc supérieure 8 et par une tôle de guidage d'arc inférieure 9 hors de la préchambre 4, en passant par une zone d'expansion 10, dans une chambre d'extinction ou une zone de chambre d'extinction 11. Une zone d'échappement 13 se raccorde à la chambre d'extinction 11. Dans la zone de chambre d'extinction 11 sont disposées des ailettes de matière isolante 14 s'étendant parallèlement aux tôles de guidage 8, 9. Les ailettes de matière isolante 14 espacées les unes des autres délimitent des intervalles 16 dans lesquels l'arc électrique est enfoncé et se trouve ainsi allongé. On a représenté en tirets une bobine de soufflage servant à produire un champ de soufflage. Une telle bobine de soufflage 15 peut être disposée sur un côté de toute la zone de chambre 4, 10, 11. Une bobine de soufflage peut également être disposée sur chaque côté. A l'aide d'un dispositif d'étanchéité, par exemple d'un coulisseau 12 en The single figure shows, in the form of a block diagram, the essential parts for the invention of a line protection circuit breaker 1 in a housing 2. The line protection circuit breaker 1 comprises a contact 3 to which an arc can be generated in a switching chamber or prechamber space 4. The contact 3 is formed by a movable contact piece 5 and a fixed contact piece 7, the movable contact piece 5 being movable by means of a switching lever or a trigger device (not shown). The fixed contact piece 7 is connected to an upper arc guiding plate 8. The electric arc is led by the upper arc guiding plate 8 and by a lower arc guiding plate 9 outside the prechamber. 4, passing through an expansion zone 10, in a quenching chamber or a quenching chamber zone 11. An exhaust zone 13 is connected to the quenching chamber 11. In the chamber zone d extinction 11 are arranged fins of insulating material 14 extending parallel to the guide plates 8, 9. The fins of insulating material 14 spaced from each other delimit intervals 16 in which the electric arc is inserted and is thus elongate. There is shown in dashes a blowing coil used to produce a blowing field. Such a blowing coil 15 can be arranged on one side of the entire chamber area 4, 10, 11. A blowing coil can also be arranged on each side. Using a sealing device, for example a slide 12 in
"TEFLON", la préchambre 4 peut être fermée vers le haut. "TEFLON", prechamber 4 can be closed upwards.
Des essais ont été effectués à l'aide d'un agencement-prototype pour un disjoncteur de protection de ligne de 16 A, dans lequel le champ de soufflage magnétique est produit à l'aide d'une bobine de soufflage autoexcitée à huit spires, disposée latéralement. La bobine de soufflage réalisée sous la forme d'une bobine à air (sans fer) est adaptée à la forme de la zone d'expansion 10. La section du fil de cuivre de la bobine de soufflage est de (2,0 x 1,0) mm2, la hauteur de la bobine est de 2 mm. Le champ de soufflage peut également être produit par une bobine de déclencheur. Les tôles de guidage 8, 9 sont en cuivre, avec une section de (3,0 x 2,5) mm2. L'épaisseur Tests have been carried out using a prototype arrangement for a 16 A line protection circuit breaker, in which the magnetic blow field is produced using a self-excited blow coil with eight turns, laterally arranged. The blow coil produced in the form of an air coil (without iron) is adapted to the shape of the expansion zone 10. The section of the copper wire of the blow coil is (2.0 x 1 , 0) mm2, the height of the coil is 2 mm. The blowing field can also be produced by a trip coil. The guide plates 8, 9 are made of copper, with a cross section of (3.0 x 2.5) mm2. Thickness
des parois latérales en matière plastique s'élève à 1 mm. plastic side walls is 1 mm.
Les parois latérales génératrices de gaz sont constituées de "CEVAUSIT" de 0,5 mm d'épaisseur et de "VESTAMID L1950" de 0,5 mm d'épaisseur dans la zone d'expansion 10, et de "CEVAUSIT" de 1 mm d'épaisseur dans la zone d'échappement 13. La largeur de l'intervalle dans la zone d'expansion 10 et dans la zone d'échappement 13 s'élève à 3 mm. La largeur des intervalles 16 entre les ailettes isolantes 14 s'élève The gas-generating side walls are made of 0.5 mm thick "CEVAUSIT" and 0.5 mm thick "VESTAMID L1950" in the expansion zone 10, and of 1 mm "CEVAUSIT" thick in the exhaust zone 13. The width of the gap in the expansion zone 10 and in the exhaust zone 13 is 3 mm. The width of the gaps 16 between the insulating fins 14 rises
au maximum à 3,5 mm.maximum 3.5 mm.
La conformation de l'agencement d'ensemble peut varier en fonction d'exigences différentes, en particulier The conformation of the overall arrangement can vary according to different requirements, in particular
en fonction du courant nominal de l'appareil interrupteur. depending on the rated current of the switch device.
La largeur d'intervalle dans toute la zone traversée par l'arc est cependant avantageusement comprise entre 2,5 et 4 mm, en étant de préférence d'environ 3 mm. Dans ce cas, une induction magnétique extérieure d'environ 0,2 à 0,4 T est suffisante. La conformation illustrée et décrite du dispositif d'extinction d'arc fait, en combinaison avec le champ de soufflage, que l'arc électrique se trouve rapidement expansé, refoulé dans les intervalles entre les ailettes ainsi fortement allongé et amené à extinction. En outre, un soutirage de chaleur important a lieu sur les parois des chambres 4, 10, 11. Le principe d'extinction décrit d'un dispositif d'extinction d'arc renforcé par champ magnétique, avec un intervalle étroit générateur de gaz, s'est révélé au cours d'essais fournir un effet d'extinction efficace. Des tensions d'extinction d'arc de 300 à 400 V ont pu être obtenues. Par augmentation de l'induction magnétique et optimisation des autres paramètres, en particulier de la largeur d'intervalle de la chambre en matière isolante, il est possible d'obtenir des tensions d'arc encore plus élevées et donc une limitation The gap width throughout the area crossed by the arc is however advantageously between 2.5 and 4 mm, preferably being around 3 mm. In this case, an external magnetic induction of approximately 0.2 to 0.4 T is sufficient. The illustrated and described configuration of the arc extinguishing device causes, in combination with the blowing field, that the electric arc is rapidly expanded, repressed in the intervals between the fins thus greatly elongated and brought to extinction. In addition, a significant heat extraction takes place on the walls of the chambers 4, 10, 11. The extinction principle described of an arc extinguishing device reinforced by magnetic field, with a narrow gas-generating interval, has been shown in testing to provide an effective extinguishing effect. Arc extinction voltages of 300 to 400 V could be obtained. By increasing the magnetic induction and optimizing the other parameters, in particular the gap width of the insulating chamber, it is possible to obtain even higher arc voltages and therefore a limitation
de courant encore plus forte.even stronger current.
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