FR2790138A1

FR2790138A1 - Circuit breaker for protecting electricity supply installations has removable arc cut screen with conductive side used in normal conditions, and isolating side used when short-circuit occurs

Info

Publication number: FR2790138A1
Application number: FR9902522A
Authority: FR
Inventors: Robert Diconne; Christophe Seraudie; Corinne Roux
Original assignee: Schneider Electric Industries SAS
Current assignee: Schneider Electric Industries SAS
Priority date: 1999-02-24
Filing date: 1999-02-24
Publication date: 2000-08-25
Anticipated expiration: 2019-02-24
Also published as: FR2790138B1

Abstract

Circuit breaker has electric circuit with magnetic trigger, two electric contacts (1, 2), input and output terminals, and removable arc cut screen (3). Screen has isolating (4) and conductive (5) sides. In normal situation, conductive side allows passage of nominal current between contacts. When short-circuit occurs, isolating side of screen is placed between contacts, isolating them.

Description

APPAREIL DE PROTECTION ELECTRIQUE TEL UN DISJONCTEUR, MUNIELECTRICAL PROTECTION APPARATUS SUCH AS A CIRCUIT BREAKER, PROVIDED

D'UN ECRAN DE COUPURE D'ARC.OF AN ARC CUT SCREEN.

L'invention concerne un appareil de protection électrique tel un disjoncteur comprenant, logé dans un boîtier, un circuit électrique, ledit circuit électrique comprenant un premier contact et un second contact, entre lesquels circule le courant en fonctionnement normal de l'appareil, un déclencheur dont la mise en oeuvre en cas de surintensité ou de court-circuit entraîne l'interruption du courant entre les contacts et un écran isolant de coupure d'arc, mobile, apte à être mu directement ou indirectement par le déclencheur lors de la mise en oeuvre de ce dernier de manière à être interposé entre les contacts en cas de surintensité ou The invention relates to an electrical protection device such as a circuit breaker comprising, housed in a housing, an electrical circuit, said electrical circuit comprising a first contact and a second contact, between which the current flows in normal operation of the device, a trip device the implementation of which in the event of an overcurrent or short-circuit results in the interruption of the current between the contacts and an insulating arc-breaking screen, movable, capable of being actuated directly or indirectly by the trigger during activation work of the latter so as to be interposed between the contacts in the event of overcurrent or

de court-circuit.short circuit.

Un dispositif du genre précédemment mentionné est décrit dans le document de brevet FR 2.596 196. Ce document décrit en effet un interrupteur comprenant un circuit électrique, ledit circuit comportant un déclencheur magnétique, au moins un contact fixe et un contact mobile séparables, ainsi qu'un écran de coupure d'arc interposable entre les contacts après une séparation desdits contacts causée par la mise en oeuvre du déclencheur magnétique en réponse à une surintensité ou à un court-circuit. Cet écran est destiné à A device of the aforementioned type is described in patent document FR 2,596,196. This document describes a switch comprising an electrical circuit, said circuit comprising a magnetic trip device, at least one fixed contact and a movable contact that can be separated, as well as an arc breaking screen interposable between the contacts after a separation of said contacts caused by the use of the magnetic trip device in response to an overcurrent or a short circuit. This screen is intended for

étirer, refroidir et déstabiliser l'arc de coupure. stretch, cool and destabilize the cutting arc.

Selon cette réalisation, lors de la survenue d'une surintensité ou d'un court-circuit, une certaine quantité d'énergie cinétique produite par le déclencheur est utilisée pour déplacer le contact mobile (temps de percussion), l'autre partie de l'énergie cinétique produite étant réservée au déplacement de l'écran. Il en résulte un temps de réaction relativement long According to this embodiment, during the occurrence of an overcurrent or a short circuit, a certain amount of kinetic energy produced by the trigger is used to move the movable contact (percussion time), the other part of the kinetic energy produced being reserved for moving the screen. This results in a relatively long reaction time

pour obtenir l'extinction totale de l'arc. to obtain the total extinction of the arc.

En outre, malgré le fait que les contacts soient séparés pendant la coupure, l'écran est contraint de forcer le passage entre les contacts, ce qui influe également sur le temps de In addition, despite the fact that the contacts are separated during switching off, the screen is forced to force the passage between the contacts, which also influences the time of

réaction de l'appareil.device reaction.

La présente invention résout ces problèmes et propose un appareil de protection électrique muni d'un écran de coupure d'arc, pour lequel le temps de réaction pour obtenir The present invention solves these problems and proposes an electrical protection device provided with an arc cut-off screen, for which the reaction time to obtain

l'extinction totale de l'arc est particulièrement réduit. the total extinction of the arc is particularly reduced.

A cet effet, la présente invention, a pour objet un appareil du genre précédemment mentionné, cet appareil étant caractérisé en ce que l'écran précité comporte une partie conductrice et une partie isolante et en ce que ledit écran est apte à être entraîné directement ou indirectement par le déclencheur, entre une position dans laquelle la partie conductrice de l'écran relie électriquement les deux contacts en fonctionnement normal de l'appareil, et To this end, the present invention relates to an apparatus of the kind previously mentioned, this apparatus being characterized in that the aforementioned screen comprises a conductive part and an insulating part and in that said screen is suitable for being driven directly or indirectly by the trigger, between a position in which the conductive part of the screen electrically connects the two contacts in normal operation of the device, and

une position correspondant à un état déclenché de l'appareil après la survenue d'un court- a position corresponding to a triggered state of the device after the occurrence of a short-

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circuit ou d'une surintensité, dans laquelle la partie isolante de l'écran est interposée entre les deux contacts de manière à réaliser l'interruption de la circulation du courant entre circuit or overcurrent, in which the insulating part of the screen is interposed between the two contacts so as to interrupt the flow of current between

lesdits contacts.said contacts.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront plus clairement de la Other advantages and characteristics of the invention will emerge more clearly from the

description suivante de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples non following description of particular embodiments, given by way of examples not

limitatifs, et représentés aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique de dessus, illustrant un écran de coupure d'arc interposé entre deux contacts dans la chambre de coupure d'un appareil selon l'invention, dans une position correspondant au fonctionnement normal de l'appareil, - la figure 2 est une vue en coupe selon A-A de la figure précédente, - la figure 3 est une vue similaire à la figure 1, dans une position déclenchée de l'appareil suite à la survenue d'un court-circuit ou d'une surintensité, - la figure 4 est une vue similaire à la figure 1, mais illustrant une autre réalisation de l'un des contacts, et - la figure 5 est une vue similaire à la figure 4, mais illustrant encore une autre réalisation limiting, and shown in the accompanying drawings in which: - Figure 1 is a schematic view from above, illustrating an arc breaking screen interposed between two contacts in the breaking chamber of an apparatus according to the invention, in a position corresponding to the normal operation of the device, - Figure 2 is a sectional view along AA of the previous figure, - Figure 3 is a view similar to Figure 1, in a triggered position of the device following the occurrence a short circuit or an overcurrent, - Figure 4 is a view similar to Figure 1, but illustrating another embodiment of one of the contacts, and - Figure 5 is a view similar to Figure 4 , but illustrating yet another achievement

de l'un des contacts.from one of the contacts.

Sur les figures, on voit une partie de la chambre de coupure C d'un appareil de protection électrique destiné à contrôler un circuit électrique extérieur. Cet appareil comprend principalement de manière connue en soi, un circuit électrique comportant un déclencheur magnétique (non représenté), deux contacts électriques 1,2, deux bornes respectivement d'entrée et de sortie (non représentées) reliées au circuit extérieur précité, et un écran isolant de coupure d'arc 3, mobile. En fonctionnement normal de l'appareil (fig. 1,2,4 et 5), les deux contacts 1,2 sont en contact électrique, et le courant circule à partir de l'une des In the figures, we see a part of the breaking chamber C of an electrical protection device intended to control an external electrical circuit. This device mainly comprises, in a manner known per se, an electrical circuit comprising a magnetic trip device (not shown), two electrical contacts 1, 2, respectively input and output terminals (not shown) connected to the above-mentioned external circuit, and a insulating arc break screen 3, movable. In normal operation of the device (fig. 1,2,4 and 5), the two contacts 1,2 are in electrical contact, and the current flows from one of the

bornes en direction de l'autre borne en passant par les deux contacts 1, 2 et le déclencheur. terminals towards the other terminal via the two contacts 1, 2 and the trip unit.

Lors de la survenue d'un court-circuit ou d'une surintensité (fig.3), le contact électrique entre les deux contacts 1,2 est interrompu gràce à l'action du déclencheur magnétique, et l'écran isolant 3 est interposé entre les deux contacts et contribue à étirer, refroidir et When a short circuit or overcurrent occurs (fig. 3), the electrical contact between the two contacts 1,2 is interrupted by the action of the magnetic trip device, and the insulating screen 3 is interposed between the two contacts and helps to stretch, cool and

destabiliser l'arc de coupure.destabilize the cutting arc.

Conformément à l'invention, l'écran précité 3 comporte une partie isolante 4 et une partie conductrice 5. Cet écran 3 est susceptible d'ête déplacé entre une position correspondant à un fonctionnement normal de l'appareil (fig 1,2,4,5), dans laquelle la partie conductrice 5 According to the invention, the aforementioned screen 3 comprises an insulating part 4 and a conductive part 5. This screen 3 is capable of being moved between a position corresponding to normal operation of the device (fig 1,2,4 , 5), in which the conductive part 5

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est interposée entre les contacts 1,2, et autorise le passage du courant nominal entre les contacts, et une position correspondant à un état déclenché de l'appareil (fig.3) dans laquelle la partie isolante 4 de l'écran 3 est interposée entre les contacts 1,2 et assure is interposed between the contacts 1,2, and allows the passage of the nominal current between the contacts, and a position corresponding to a triggered state of the device (fig.3) in which the insulating part 4 of the screen 3 is interposed between contacts 1,2 and ensures

l'isolation entre les contacts 1,2.the insulation between the contacts 1,2.

On notera que dans les réalisations illustrées sur les dessins, l'écran 3 est mobile en It will be noted that in the embodiments illustrated in the drawings, the screen 3 is movable in

rotation entre les deux positions précitées. rotation between the two aforementioned positions.

Selon la réalisation illustrée sur les figures 1 à 3, les deux contacts 1,2 sont fixes, en ce sens qu'ils ne sont pas séparés lors du déclenchement de l'appareil, et sont en contact roulant avec l'écran 3. Ces deux contacts 1,2 sont constitués chacun par un galet tournant 6, 7 monté en rotation autour d'un axe dit fixe 8,9. Les deux axes 8,9 respectifs des deux galets 6,7 sont parallèles entre eux et s'étendent suivant une direction sensiblement perpendiculaire à la direction de déplacement de l'écran 3 entre les galets 6,7, de manière à permettre le roulement desdits galets 6,7 sur l'écran, lorsque l'écran est déplacé entre les deux positions précitées. On notera cependant, que bien que les deux contacts 1,2 soient !5 fixes, les deux axes précités 8,9 et donc les contacts, sont susceptibles de se déplacer élastiquement l'un par rapport à l'autre, avantageusement de quelques dixièmes de According to the embodiment illustrated in Figures 1 to 3, the two contacts 1,2 are fixed, in the sense that they are not separated when the device is triggered, and are in rolling contact with the screen 3. These two contacts 1,2 are each constituted by a rotating roller 6, 7 mounted in rotation about a so-called fixed axis 8,9. The two respective axes 8, 9 of the two rollers 6, 7 are mutually parallel and extend in a direction substantially perpendicular to the direction of movement of the screen 3 between the rollers 6, 7, so as to allow said rolls to roll. rollers 6,7 on the screen, when the screen is moved between the two aforementioned positions. It should be noted, however, that although the two contacts 1,2 are! 5 fixed, the two aforementioned axes 8,9 and therefore the contacts, are liable to move elastically with respect to each other, advantageously by a few tenths of

millimètres, de manière à assurer la pression de contact des galets sur l'écran. millimeters, so as to ensure the contact pressure of the rollers on the screen.

Selon la réalisation de la figure 4, l'un 1 des contacts 1,2 est constitué par un galet tournant 6 tel celui décrit dans la réalisation précédente, tandis que l'autre contact 2 est un contact mobile 10 constitué par un bras de forme coudé 11 monté rotatif autour d'un axe 12 sensiblement parallèle à l'axe 8 du premier contact 1, ledit bras étant apte à être rappelé par un ressort 13 en appui contre l'écran 3 pour assurer la pression de contact du contact mobile 10 sur l'écran 3. Dans cette réalisation, le second contact 2 est en contact dit frottant avec l'écran 3 lors du déplacement de celui-ci. Ce second contact 2 est susceptible d'être déplacé par l'écran lui-même en fin de course de déplacement dudit écran à l'encontre du ressort 13, ce qui permet de freiner l'écran en fin de course et de réaliser un isolement dans According to the embodiment of FIG. 4, one 1 of the contacts 1,2 is constituted by a rotating roller 6 such as that described in the previous embodiment, while the other contact 2 is a movable contact 10 constituted by a shaped arm bent 11 rotatably mounted around an axis 12 substantially parallel to the axis 8 of the first contact 1, said arm being capable of being returned by a spring 13 bearing against the screen 3 to ensure the contact pressure of the movable contact 10 on the screen 3. In this embodiment, the second contact 2 is in so-called rubbing contact with the screen 3 during the movement of the latter. This second contact 2 is capable of being moved by the screen itself at the end of the travel movement of said screen against the spring 13, which makes it possible to brake the screen at the end of travel and to achieve isolation in

l'air en plus de l'isolement par écran. air in addition to screen isolation.

Selon la réalisation décrite sur la figure 5, le premier contact 1 est encore un galet tournant, tandis que le second contact 2 est un contact du type frottant sur l'écran 3 et est constitué par une lame élastique 14. Cette lame élastique 14 est fixée par l'une 14 a de ses extrémités sur l'une des parois 15 délimitant la chambre C, tandis que son autre extrémité 14b présente une partie recourbée 14 c formant une surface de contact apte à constituer un contact According to the embodiment described in FIG. 5, the first contact 1 is also a rotating roller, while the second contact 2 is a contact of the rubbing type on the screen 3 and is constituted by an elastic blade 14. This elastic blade 14 is fixed by one 14 a of its ends to one of the walls 15 delimiting the chamber C, while its other end 14 b has a curved part 14 c forming a contact surface capable of constituting a contact

frottant avec l'écran 3.rubbing with the screen 3.

Dans toutes ces réalisations, la pastille conductrice 5 est formée par une pastille 16, de préférence réalisée en un matériau métallique, et insérée à force dans l'écran 3, lequel est réalisé de préférence en plastique. D'autres modes de fixation de la pastille pourraient être In all these embodiments, the conductive pad 5 is formed by a pad 16, preferably made of a metallic material, and inserted by force into the screen 3, which is preferably made of plastic. Other methods of fixing the patch could be

envisagés tels que par exemple, par bouterollage à froid de la pastille 16 dans l'écran. envisaged such as for example, by cold rolling of the patch 16 in the screen.

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Le fonctionnement de l'appareil et en particulier de l'écran va être décrit brièvement dans The operation of the device and in particular of the screen will be briefly described in

ce qui suit en référence aux figures. the following with reference to the figures.

Pendant le fonctionnement normal de l'appareil correspondant à un état de l'appareil représenté sur les figures 1,2,4 et 5, la pastille conductrice 16 est interposée entre les deux contacts 1,2 et, étant en contact par ses deux extrémités opposées respectivement avec les During normal operation of the device corresponding to a state of the device shown in Figures 1,2,4 and 5, the conductive pad 16 is interposed between the two contacts 1,2 and, being in contact by its two ends opposite respectively with the

deux contacts 1,2, autorise le passage du courant nominal entre lesdits contacts 1,2. two contacts 1,2, allows the passage of nominal current between said contacts 1,2.

Lors de l'apparition d'un courant de court-circuit ou d'une surintensité dans le circuit électrique extérieur, l'écran 3 commence à se déplacer et un arc électrique nait entre les contacts 1,2 et la pastille 16. L'arc s'accroche sur la partie arrière 16a de la pastille 16 érodant donc cette dernière à cet endroit précis. Les parties centrale 16b et avant 16c de la pastille 16 ne sont pas touchées et donc pas détériorées. Ainsi, en courant nominal, les contacts 1,2 sont en contact avec une zone 16c de la pastille 16 qui n'a pas été dégradée par l'arc électrique. Pendant la coupure, l'arc est localisé et dégrade la pastille à l'arrière 16a seulement. On crée alors un effet de pare-étincelles. Le déclencheur magnétique entraîne alors l'écran 3 en rotation vers une position illustrée sur la figure 3, dans laquelle la partie isolante 4 de l'écran 3 est interposée entre les deux contacts 1,2. Pour plus d'informations concernant le déplacement de l'écran, on se reportera au document de brevet FR 2 596 196 When a short-circuit current or an overcurrent appears in the external electrical circuit, the screen 3 starts to move and an electric arc arises between the contacts 1,2 and the pad 16. The arc hangs on the rear part 16a of the patch 16 thus eroding the latter at this precise location. The central 16b and front 16c parts of the patch 16 are not affected and therefore not deteriorated. Thus, at nominal current, the contacts 1,2 are in contact with an area 16c of the chip 16 which has not been degraded by the electric arc. During the cut, the arc is located and degrades the patch at the rear 16a only. This creates a spark arrester effect. The magnetic trigger then drives the screen 3 in rotation towards a position illustrated in FIG. 3, in which the insulating part 4 of the screen 3 is interposed between the two contacts 1,2. For more information on moving the screen, see patent document FR 2 596 196

déjà cité précédemment.already cited above.

Ainsi, contrairement aux solutions de l'art antérieur, les contacts 1,2 ne nécessitent pas d'être déplacés l'un par rapport à l'autre (c'est à dire séparés) lors du déclenchement de l'appareil, l'isolation entre les galets étant réalisée par l'écran 3 lui-même et uniquement par l'écran. Il en résulte qu'aucune énergie cinétique n'est nécessaire pour réaliser cette séparation des contacts. En outre, l'écran 3 n'a pas besoin de forcer le passage entre les contacts, comme c'est le cas dans les solutions classiques, ce qui réduit encore l'énergie cinétique consommée. Ainsi, toute l'énergie produite par le déclencheur peut être utilisée pour déplacer l'écran 3, d'o il résulte que le temps de réaction de l'appareil, correspondant Thus, unlike the solutions of the prior art, the contacts 1,2 do not need to be moved relative to each other (that is to say separated) when the device is triggered, the insulation between the rollers being provided by the screen 3 itself and only by the screen. As a result, no kinetic energy is required to achieve this separation of the contacts. In addition, the screen 3 does not need to force the passage between the contacts, as is the case in conventional solutions, which further reduces the kinetic energy consumed. Thus, all the energy produced by the trigger can be used to move the screen 3, from which it follows that the reaction time of the device, corresponding

au temps nécessaire pour obtenir la coupure totale du courant, est considérablement réduit. to the time necessary to obtain the total cut of the current, is considerably reduced.

Selon la réalisation de la figure 4, en fin de course de déplacement de l'écran 3, ledit écran 3 déplace le contact mobile 10, ce qui a pour effet de créer un isolement dans l'air According to the embodiment of FIG. 4, at the end of the travel movement of the screen 3, said screen 3 moves the movable contact 10, which has the effect of creating isolation in the air

supplémentaire à l'isolement réalisé par l'écran 3. Une ouverture différée est alors réalisée. additional to the insulation produced by the screen 3. A delayed opening is then carried out.

Grâce à cette disposition, on obtient un freinage de l'écran 3 en fin de course, en dissipant l'énergie cinétique de l'écran. Afin de dissiper cette énergie cinétique, une autre solution pourrait consister à utiliser la chambre dans laquelle vient s'insérer l'écran 3 comme frein pneumatique en réalisant par exemple un trou calibré au fond de la chambre permetttant à Thanks to this arrangement, braking of the screen 3 is obtained at the end of the race, by dissipating the kinetic energy of the screen. In order to dissipate this kinetic energy, another solution could consist in using the chamber in which the screen 3 is inserted as a pneumatic brake by making for example a calibrated hole at the bottom of the chamber allowing

l'écran de comprimer juste l'air nécessaire pour le freiner en fin de course. the screen to just compress the air necessary to brake it at the end of the race.

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Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisations décrits et illustrés qui Of course, the invention is not limited to the embodiments described and illustrated which

n'ont été donnés qu'à titre d'exemples seulement. have only been given as examples.

C'est ainsi par exemple que les deux contacts pourraient être du type frottant sur l'écran, ou par exemple que l'écran pourrait être déplacé entre les deux positions précitées, selon un Thus for example that the two contacts could be of the type rubbing on the screen, or for example that the screen could be moved between the two aforementioned positions, according to a

mouvement autre qu'un mouvement de rotation, par exemple un mouvement de translation. movement other than a rotational movement, for example a translational movement.

Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi On the contrary, the invention includes all the technical equivalents of the means described thus

que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. as their combinations if these are carried out according to his spirit.

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Claims

1.- Electrical protection apparatus such as a circuit breaker comprising, housed in a box, an electrical circuit, said electrical circuit comprising a first contact and a second contact, between which the current flows in normal operation of

the device, a trigger, the implementation of which in the event of an overcurrent or short

circuit causes the interruption of the current between the contacts and an insulating arc-breaking screen, mobile, able to be moved directly or indirectly by the trigger during the implementation of the latter so as to be interposed between the contacts overcurrent or short-circuit, characterized in that the aforementioned screen (3) comprises a conductive part (5) and an insulating part (4) and in that said screen (3) is capable of being driven directly or indirectly by the trigger, between a position in which the conductive part (5) of the screen (3) electrically connects the two contacts (1,2) in normal operation of the device, and a position corresponding to a triggered state of the device after the appearance of a fault, in which the insulating part (4) of the screen (3) is interposed between the two contacts (1,2) so as to interrupt the circulation of the

current between said contacts (1,2).

2.- Apparatus according to claim 1, characterized in that the two contacts (1,2) are fixed relative to each other, a slight relative movement between the contacts (1,2) being allowed, and in what elastic means are provided to resiliently bring the two contacts (1, 2) towards each other so as to ensure pressure

of contact of said contacts on the screen (3).

3.- Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that at least one of the contacts

(1,2) or each contact includes a rolling contact (6,7) on the screen (3).

4.- Apparatus according to claim 3, characterized in that at least one of the contacts

(1,2) or each contact, comprises a rotating roller (6,7).

5.- Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that at least one of the contacts

(1,2) or each contact, includes a rubbing contact (10,14) on the screen (3).

6.- Apparatus according to claim 5, characterized in that at least one of the contacts

(1,2) or each contact, comprises an elastic blade (14).

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7.- Apparatus according to claim 5, characterized in that at least one of the contacts (1,2) or each contact comprises a so-called mobile contact (10) rotatably mounted and adapted to be

resiliently called back to the other contact (1).

8.- Apparatus according to any one of the preceding claims, characterized in that it

comprises a means for braking the screen (3) at the end of the travel of said screen (3).

9.- Apparatus according to claim 7, characterized in that the aforementioned screen (3) comprises means for moving said movable contact (10) at the end of travel of the screen (3),

so as to create isolation in the air.

10. Apparatus according to claim 9, characterized in that this displacement of the contact

mobile (10) brakes the screen (3) at the end of travel of said screen (3).

11. Apparatus according to any one of the preceding claims, characterized in that

the apparatus comprises a cut-off chamber C and in that the chamber comprises a calibrated hole capable of compressing the quantity of air necessary to brake the screen (3) at the end

race.

12. Apparatus according to any one of the preceding claims, characterized in that

the conductive part (5) of the screen (3) comprises a patch (16).

13. Apparatus according to claim 12, characterized in that the tablet (16) is inserted at

force or cold roll in the screen (3).

14. Apparatus according to any one of the preceding claims, characterized in that

the patch (16) is located relative to the screen (3) so that only its rear part (16a) is degraded by the arc during cutting, and that its front part (16c) not degraded by the arc ensures the passage of current between the two contacts (1,2) in

rated current.

15. Apparatus according to any one of the preceding claims, characterized in that

the screen (3) is rotatably mounted between these two positions.