FR2941086A1 - Contact pour ampoule a vide a moyenne tension a coupure d'arc amelioree, ampoule a vide et disjoncteur, tel qu'un disjoncteur sectionneur d'alternateur associes. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une nouvelle conception d'ampoule à vide selon laquelle on réalise au moins un contact électrique (2) avec ses parties connexion mécanique (20), corps de contact (21), et enroulement(s) (8, 9, 10) en matériau à forte résistivité électrique, sa partie électrode de contact (22) qui constitue l'appui avec l'autre contact électrique (3) étant réalisée usuellement en matériau à faible résistivité électrique. L'invention permet d'augmenter le champ magnétique axial (AMF) et de le répartir uniformément sur la surface de contact (22, 32). On peut ainsi réaliser une meilleure coupure d'arc pour des courants de court-circuit de valeur élevée, typiquement supérieure à 63 kA.

Description

1 CONTACT POUR AMPOULE A VIDE A MOYENNE TENSION A COUPURE D'ARC AMELIOREE, AMPOULE A VIDE ET DISJONCTEUR, TEL QU'UN DISJONCTEUR SECTIONNEUR D'ALTERNATEUR ASSOCIES DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne le domaine des interrupteurs à vide à moyenne tension, couramment appelés ampoules à vide ou encore ampoules sous vide.

Elle a trait plus particulièrement à l'amélioration de leur capacité de coupure d'arcs de courant de court-circuit. L'application principale est celle dans laquelle une ampoule à vide est utilisée en tant qu'interrupteur de coupure dans un disjoncteur sectionneur d'alternateurs à la sortie des centrales de production d'énergie. ART ANTÉRIEUR Les ampoules à vide sont utilisées depuis de très nombreuses années dans les appareillages électriques de distribution à moyenne tension pour couper des courants de court-circuit de l'ordre de quelques kA, typiquement 25 kA, en quelques kV, typiquement 36 kV. Dans ce type d'appareillage de distribution, les ampoules à vide doivent en outre supporter le passage de courant permanent, typiquement de l'ordre de 1250 A, sans subir un échauffement excessif. En effet, leur implantation dans le réseau de distribution fait que de telles ampoules à vide sont en 2 position fermée en fonctionnement normal du réseau et sont traversées par le courant nominal permanent. Il est connu que pour couper ces courants de court-circuit, il est nécessaire de concevoir les contacts d'arc de telle sorte qu'à leur extrémité en regard l'une de l'autre, des flux magnétiques axiaux intenses soient générés afin de réaliser l'extinction de l'arc lors de la séparation mutuelle des contacts. Plus les courants de court-circuit sont élevés plus les flux magnétiques générés doivent l'être également avec une répartition optimale entre contacts, c'est-à-dire aussi uniformément que possible sur leur surface, pour obtenir une coupure effective d'arc. Du fait de la nécessité pour ces contacts d'ampoule à vide d'avoir à supporter le courant permanent, leur(s) matériau(x) constitutif(s) étai(en)t généralement à base de cuivre ou d'alliages à fort pourcentage de cuivre, c'est-à-dire des matériaux présentant une faible résistivité électrique et donc, subissant un faible échauffement lorsque traversé(s) par le courant permanent. Or, ces matériaux ont par nature tendance à limiter les flux magnétiques par courants de Foucault les traversant. Ainsi, dans cette application d'implantation dans le réseau électrique de distribution, il y a une certaine incompatibilité dans la réalisation des contacts entre la nécessité pour eux de supporter un courant permanent et donc, de présenter une relative faible résistivité électrique et la nécessité pour eux de réaliser une coupure d'arc efficace par les flux magnétiques qu'ils génèrent et 3 donc, de présenter une relative forte résistivité électrique. Plusieurs solutions ont déjà été proposées pour améliorer les flux magnétiques générés par les contacts d'une ampoule à vide tout en leur permettant de supporter des courants permanents en position fermée. Certaines solutions existantes consistent soit à implanter des matériaux supplémentaires de type ferromagnétique dans la partie enroulement du contact et/ou dans la partie électrode soit à réaliser des fentes dans le corps de contact afin de réduire les courants de Foucault localement soit à combiner les deux.

En ce qui concerne l'implantation de matériaux ferromagnétiques, on peut citer le brevet US 6, 747, 233 B1 qui divulgue l'utilisation d'anneaux magnétiques avec des saturations et permittivités différentes afin d'avoir des champs magnétiques de profil et valeur différents en fonction de la valeur du courant, c'est-à-dire différents pour des faibles ou forts courants. Plus précisément, il est prévu l'implantation combinée d'un matériau magnétique saturable 101, 401 avec un matériau magnétique non saturable 102, 402 dans un corps de contact 104, 404 qui est plein et essentiellement conducteur lui-même solidaire d'une partie tige de connexion mécanique 103 essentiellement conducteur. Selon le mode de réalisation envisagé, la valeur relative de résistivité électrique des matériaux saturables est opposée à celle des matériaux non saturables. Ainsi, selon le mode de 4 réalisation illustré aux figures 1A à 3, le matériau saturable 101 présente une forte résistivité électrique et est implanté autour d'un matériau non saturable 102 de faible résistivité électrique. On peut considérer que l'inconvénient majeur de l'utilisation de matériaux ferromagnétiques dans un contact est lié au fait que ceux-ci s'aimantent et subissent donc en quelque sorte la force créée par le champ magnétique. Cette force s'inverse toutes les 10 ms pour un courant alternatif sinusoïdal à 50Hz. La présence de cette force en permanence sur les matériaux supposés contrôler l'arc en court-circuit tend à fragiliser la structure propre du contact. En outre, la valeur du champ magnétique obtenu en insérant des matériaux ferromagnétiques n'est pas nécessairement supérieure à celle obtenue sans ceux-ci. On peut citer les brevets DE 195 03 661 et US 4, 390, 762 qui divulguent chacun une solution combinée de réalisation de fentes et d'implantation supplémentaire de matériaux ferromagnétiques. Plus précisément, le brevet DE 195 03 661 divulgue un contact 1 comprenant un tube cylindrique creux 2, en tant que partie tige de connexion mécanique, auquel est solidarisé la partie contact proprement dite 3 qui est magnétique. Cette partie contact magnétique 3 est évidée en son centre et comprend une partie cylindrique pleine d'enroulement 4 et une partie disque d'électrode 8 séparées entre elles par une cale magnétique 9 et une plaque en acier inoxydable ou en céramique 10. Trois fentes identiques 5 sont pratiquées en spirale en étant réparties à 120° l'une de l'autre dans le contact 3 évidé depuis son diamètre interne 7 confondu avec le diamètre externe du tube 2 jusqu'à son diamètre externe 6. Une telle géométrie permet d'obtenir un champ magnétique qui 5 s'étend axialement tout en étant réparti radialement et donc, de créer un arc rotatif qui atteint une surface des contacts plus grande. En d'autres termes, ce document divulgue la génération d'un champ magnétique radial qui fait tourner l'arc sur une zone annulaire à la périphérie des contacts. Le brevet US 4, 390, 762 divulgue, quant à lui, un contact avec une partie tige de connexion mécanique tubulaire 1 à laquelle est fixée une base cylindrique 2 évidée en son centre qui constitue la partie enroulement du contact et sur laquelle est fixée une couronne annulaire de contact de faible hauteur 4. La tige de connexion mécanique 1 et la base cylindrique sont constitués essentiellement de cuivre tandis que la couronne annulaire de contact 4 est constitué à base d'une matrice de chrome saturée par du cuivre. Comme visible sur la figure 2, la partie enroulement 2 comprend deux parties concentriques 3 séparées entre elles d'un acier de grade élevé 6 qui rempli un évidement annulaire 5 qui s'étend verticalement. Sur une partie de la hauteur de chacune de ces parties 3 sont pratiquées des fentes rectilignes qui s'étendent radialement. Ces fentes sont réparties uniformément sur la périphérie et sont orientées selon la même inclinaison par rapport à l'axe du cylindre 2, sans intersecter ce dernier. La structure ainsi divulguée 6 dans ce document permet d'augmenter la tenue mécanique des contacts. Une autre solution existante est celle décrite dans la publication au nom de la société TOSHIBA, dans le manuel Proceedings ISDEIV 1988, page 131, et intitulée Recent Technical Developments of high-voltage and high-power vacuum circuit breakers . Cette solution porte sur le choix de différents matériaux de contact. Si le contact est usuellement fait de cuivre dans sa quasi-totalité, les deux faces en contact avec l'arc sont de préférence réalisées en alliage de cuivre. La structure d'enroulements décrite comporte des sections de 90°. Une autre solution existante est celle décrite dans la publication au nom de la société TOSHIBA, dans le manuel Proceedings ISDEIV 1998, pages 417-418, et intitulée Physical and theoretical aspects of a new vacuum arc control technology . Cette solution consiste en l'ajout d'un deuxième enroulement plus petit que le premier enroulement. L'inconvénient de ces deux solutions est que les champs magnétiques générés par les enroulements décrits s'opposent mutuellement, ce qui tend à réduire considérablement le champ magnétique total effectif. En ce qui concerne la réalisation de fentes, celles-ci consistent usuellement en des coupes droites ou inclinées dans la partie des contact (électrodes) qui sont en appui mutuel l'une avec l'autre : ces coupes s'étendent généralement radialement à l'axe de l'ampoule à vide. Le résultat obtenu est que le chemin emprunté par les courants de Foucault se trouve interrompu par ces fentes. Ce qui 7 réduit d'autant l'effet nuisible de ces courants de Foucault. L'inconvénient de telles fentes est qu'elle ne peuvent être réalisées dans toutes les configurations de contact : en effet, dans certaines configurations, leur présence pourrait induire un réamorçage entre contacts et ainsi être la cause d'une baisse des performances de tenue diélectrique et de capacités de coupure des courants capacitifs. Par ailleurs, depuis quelques années, l'augmentation des performances des ampoules à vide permet leur utilisation en tant qu'interrupteur de coupure en sortie directe d'alternateur de centrales de production d'énergie électrique. Cela étant, les tensions auxquelles elles sont soumises sont de l'ordre de 36 kV avec des courants de court-circuit à couper de quelques kilo ampères, typiquement de 63 kA, 80kA jusqu'à 160 kA. Les courants permanents à la sortie directe des alternateurs peuvent également atteindre des valeurs considérables de 9,5kA jusqu'à 26 kA.

Aussi, réaliser une ampoule à vide susceptible à la fois de supporter ces courants permanents et de couper ces courants de court-circuit de très forte valeur peut revenir à lui conférer des dimensions inacceptables en termes de coûts.

Aussi, la demanderesse a déjà proposé dans les demandes de brevet WO 2007/110251 et WO 2007/082858 une solution cinématique consistant à insérer un interrupteur de coupure dans le circuit électrique uniquement pendant une coupure d'arc de court-circuit et donc, à l'isoler du circuit électrique principal 8 pour lui éviter d'être traversée par le courant permanent. Le but de l'invention est de proposer une conception d'ampoule à vide encore améliorée qui lui permette d'être insérée dans un circuit électrique uniquement pendant une coupure d'arc de court-circuit de très forte valeur et d'être isolée du circuit électrique principal pour lui éviter d'être traversée par le courant permanent.

Un but particulier de l'invention est de proposer une conception d'ampoule à vide qui lui permette d'être utilisée en tant que disjoncteur en sortie directe d'alternateur de centrales de production d'énergie électrique.

EXPOSÉ DE L'INVENTION Pour ce faire, l'invention concerne un contact électrique pour ampoule à vide à moyenne tension s'étendant selon un axe longitudinal Y et comprenant : - une partie de connexion mécanique en matériau à forte résistivité électrique qui s'étend selon l'axe longitudinal Y, - un corps de contact comprenant: • un premier cylindre creux en matériau à forte résistivité électrique qui comprend des fentes réalisées en hélice autour de son axe et débouchant au moins sur son extérieur, ledit premier cylindre creux étant centré sur l'axe longitudinal Y en ayant une extrémité solidarisée à la partie de connexion mécanique, le creux du cylindre premier étant dépourvu 9 de matériau, le premier cylindre constituant un premier enroulement adapté pour engendrer un champ magnétique, • une plaque circulaire en matériau à faible résistivité électrique et de même diamètre que celui extérieur du cylindre creux, ladite plaque étant également centrée sur l'axe longitudinal Y et solidarisée à l'extrémité du premier cylindre creux opposée à celle solidarisée à la partie de connexion mécanique La maîtrise de la valeur et de la répartition du champ magnétique qui se produit selon l'axe longitudinal d'un interrupteur ou ampoule à vide est un paramètre clef pour la maîtrise d'un arc. Ainsi, éviter toute contraction de l'arc est gage d'une coupure d'arc réussie. Un champ magnétique de valeur élevée et réparti uniformément en regard des surfaces de contact permet une diffusion de l'arc sur toutes ces surfaces. Pour une application en tant que disjoncteur d'alternateur, il est nécessaire de couper des courants au-delà de 63 kA. Les inventeurs ont constaté qu'avec des dimensions de contacts nécessaires pour couper de tels arcs, de l'ordre de 90 à 150 mm, et avec des structures et matériaux selon l'état de l'art, il se produisait un affaissement du champ magnétique engendré dans la partie centrale des contacts. Les inventeurs ont alors pensé à utiliser les propriétés de matériaux à forte résistivité électrique, tels que l'acier inoxydable, afin d'augmenter le champ magnétique généré axialement par les enroulements. Dans un contact essentiellement à base de cuivre, les courants de Foucault induits 10 localement par le champ magnétique s'opposent à celui-ci. Il en résulte un champ magnétique total effectif qui est réduit. Or, contrairement au cuivre, les courants de Foucault induits dans des matériaux à forte résistivité, tels que l'acier inoxydable, sont de faible valeur, ce qui a pour résultat d'augmenter le champ magnétique total effectif. La solution selon l'invention va complètement à l'encontre des règles de conception basiques des interrupteurs à haute ou moyenne tension. En effet, selon l'opinion prévalant parmi les concepteurs d'interrupteurs, un contact en acier inoxydable augmente la résistance électrique d'un interrupteur à haute ou moyenne tension d'un facteur de l'ordre de 40 à 50. Ainsi, les concepteurs étaient d'avis que du fait de la traversée par un courant permanent, les pertes électriques et échauffements thermiques dans un interrupteur à contact en acier inoxydable sont inévitablement élevées.

Les inventeurs sont alors partis du constat que ce postulat n'était plus vrai pour une application selon laquelle une ampoule à vide était utilisée uniquement durant une phase de coupure d'arc, c'est-à-dire pendant un temps d'une dizaine de millisecondes.

En effet, les pertes électriques et échauffements thermiques pendant ce temps sont en dessous de limites critiques. Comparativement aux solutions selon l'état de l'art, la solution selon l'invention permet d'obtenir un champ magnétique axial de valeur plus 11 élevée et réparti de manière constante sur la surface de contact. De plus, les courants de Foucault induits étant particulièrement dans un contact selon l'invention, il n'y a pas lieu de réaliser des fentes d'interruption de tels courants avec leurs inconvénients inhérents tels que mentionnés en préambule (baisse des performances de tenue diélectrique et de capacités de coupure des courants capacitifs). En outre, utiliser un matériau à forte résistivité tel que l'acier inoxydable dans le corps de contact permet d'augmenter sa rigidité mécanique. Selon un mode de réalisation avantageux, le corps de contact comprend un deuxième enroulement, monté électriquement en parallèle avec le premier enroulement et adapté pour engendrer un champ magnétique qui se superpose au champ magnétique engendré par le premier enroulement.

On augmente ainsi encore le champ magnétique total effectif tout en le maintenant réparti uniformément sur la surface de contact. Selon une variante, le deuxième enroulement est constitué d'un deuxième cylindre creux en matériau à forte résistivité électrique qui comprend des fentes réalisées en hélice autour de son axe et débouchant au moins sur son extérieur, le deuxième cylindre creux étant centré sur l'axe longitudinal Y, agencé concentriquement au premier, en ayant une extrémité solidarisée à la partie de connexion mécanique et 12 l'autre extrémité solidarisée à la plaque circulaire, les creux des cylindres étant dépourvus de matériau. Selon une autre variante, le deuxième enroulement est constitué d'une pièce supplémentaire pleine, réalisée en matériau à forte résistivité électrique et qui comprend deux portions cylindriques et une couronne annulaire non fermée sur elle-même et centrée sur les deux portions cylindriques, chaque extrémité de la couronne non fermée sur elle-même étant solidarisée par l'intermédiaire d'un bras à l'une des deux portions cylindriques. L'agencement de cette pièce supplémentaire est tel que les deux portions cylindriques sont centrées sur l'axe longitudinal et la couronne annulaire agencée concentriquement au premier enroulement. L'une des deux portions cylindriques est solidarisée à la partie connexion mécanique et, l'autre des deux portions cylindriques est solidarisée à la plaque circulaire de contact. Le creux du premier enroulement et l'espace entre la couronne annulaire et les deux portions cylindriques sont dépourvus de matière. La résistivité des matériaux à forte résistivité est avantageusement d'au moins 0,5 Q.mm2/m à 20°C, typiquement égal à 0,6 Q.mm2/m à 20°C. Il s'agit de préférence d'un acier inoxydable. La résistivité des matériaux à faible résistivité est avantageusement au plus égale à 0,04 Q.mm2/m à 20°C. Il peut s'agir d'un cuivre ou alliage de cuivre chrome.

Le diamètre extérieur du premier enroulement à forte résistivité électrique et de la 13 plaque circulaire est compris entre 90 et 150 mm, ce qui convient parfaitement pour une application dans laquelle les courants de court-circuit à couper ont une valeur au-delà de 63 kA.

L'invention concerne également une ampoule à vide à moyenne tension comprenant au moins un contact électrique décrit précédemment. L'ampoule à vide peut comprendre une paire de contacts électriques avec un contact fixe décrit précédemment et un contact mobile décrit précédemment. L'invention concerne également un disjoncteur, tel qu'un disjoncteur sectionneur d'alternateur comprenant au moins une ampoule à vide comme ci-dessus.

Une ampoule à vide selon l'invention peut aussi bien être traversée par le courant nominal d'une façon continue ou par un courant de court-circuit. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée faite à titre illustratif et non limitatif en référence aux figures suivantes parmi lesquelles: - la figure 1 est une vue en coupe 25 verticale partielle d'une ampoule à vide moyenne tension conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue schématique réalisée au niveau des contacts d'une ampoule à vide moyenne tension et montrant le champ magnétique généré 30 respectivement par des contacts selon l'état de l'art 14 (courbe en pointillés) et des contacts selon l'invention (courbe en traits pleins); - la figure 3 est une vue en perspective et en coupe partielle réalisée au niveau d'un contact selon une variante d'un mode avantageux de l'invention, - les figures 4A et 4B sont respectivement une vue en perspective et en coupe partielle réalisée au niveau d'un contact selon une autre variante du mode avantageux de l'invention; - la figure 4C est une vue en coupe longitudinale d'un contact selon la variante des figures 4A et 4B; - la figure 5 est une vue en coupe transversale réalisée au niveau d'un enroulement d'un contact selon l'invention et projetée dans un plan. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Telle que représentée en figure 1, une ampoule à vide 1 conforme à l'invention s'étend selon un axe longitudinal Y et comprend essentiellement une paire de contacts dont l'un 2 est fixe et l'autre 3 est mobile entre une position ouverte (voir la partie représentée à droite) et une position fermée (voir la partie représentée à gauche) sous l'action d'une tige de manoeuvre 4.

La séparation des contacts 2, 3 dans une ampoule à vide a usuellement pour but de couper un arc de courant susceptible de se produire dans l'espace 5 de séparation entre ces contacts. Quelle que soit la position fermée ou ouverte des contacts 2, 3, ceux-ci sont agencés dans un 15 écran 6 lui-même à l'intérieur de l'enveloppe 7 de l'ampoule à l'intérieur de laquelle le vide règne. La coupure de courants alternatifs de valeur élevée nécessite un contrôle de l'arc qui se crée. Les moyens de contrôle de l'arc sont usuellement partie intégrante de l'ampoule à vide. Ils doivent donc assurer que l'énergie de l'arc au niveau des contacts 2, 3 reste en dessous de limites acceptables pour pouvoir couper le courant et tenir la tension transitoire de rétablissement TTR. Un type de contrôle d'arc connu est couramment appelé contrôle d'arc par champ magnétique axial (en anglais Axial Magnetic Field AMF). Ces moyens de contrôle d'arc par champ magnétique axial AMF consistent à créer un champ magnétique parallèlement à l'axe longitudinal Y de l'ampoule 1. Ces moyens de contrôle d'arc AMF selon l'état de l'art sont supposés empêcher une contraction de l'arc et, en conséquence l'élargir sur une zone des surfaces des contacts en regard l'un de l'autre qui est la plus large possible. Cela a normalement pour résultat de distribuer l'énergie de l'arc sur une surface plus grande et donc permettre la coupure du courant au zéro naturel du courant alternatif. Autrement dit, des moyens de contrôle d'arc axial efficaces exigent l'obtention d'un champ magnétique réellement généré par l'enroulement qui soit élevé et réparti uniformément afin de diffuser l'arc efficacement sur les surfaces des contacts en regard l'une de l'autre.

Ces moyens de contrôle d'arc AMF sont ainsi constitués selon l'état de l'art par un élément sous la 16 forme d'une bobine ou autrement dit enroulement qui est un cylindre 8 creux agencé comme représenté sur la figure 2, c'est-à-dire qui s'étend à la périphérie du contact. Le creux 80 de l'enroulement 8 est dépourvu de matériau. L'enroulement cylindrique creux 8 comprend des fentes 81 réalisées en hélice autour de l'axe longitudinal Y et débouchant au moins sur son extérieur. Chaque contact 2, 3 selon l'état de l'art comprend une partie connexion mécanique 20, 30 et un corps de contact 21, 31 solidarisé à cette connexion mécanique. Le corps 21, 31 comprend l'enroulement 8 et une partie électrode 22, 32 sous la forme d'une plaque circulaire. Cette plaque 22 ou 32 constitue la surface de contact physique mutuel avec l'autre plaque 32 ou 22 lorsque les contacts sont en position fermée. Ces surfaces de contact 22, 32 sont donc les surfaces sur lesquelles l'arc doit être diffusé le plus uniformément et le plus largement possible.

Les enroulements 8 sont solidarisés chacun à la fois à la partie de connexion mécanique 20 ou 30 et à la plaque circulaire 22 ou 32. Toutes les parties constitutives des contacts selon l'état de l'art, à savoir parties de connexion mécanique 20, 30, corps de contact 21, 31, avec enroulements 8, parties d'électrodes 22, 32 sont usuellement en cuivre ou alliage de cuivre. Typiquement, les enroulements 8 et les parties d'électrodes 22, 32 selon l'état de l'art ont un diamètre extérieur oext compris entre 50 et 80 mm pour couper des courants compris entre 30 et 50 kA. 17 Or, pour des applications dans lesquelles le courant à couper a une valeur supérieure à 63kA, par exemple 80 kA ou au dessus, il est nécessaire d'augmenter les diamètres extérieurs de contacts et donc ceux des enroulements. Une telle application particulièrement visée est celle où l'ampoule à vide est utilisée en tant que disjoncteur d'alternateur en sortie de centrale de production d'énergie. Les diamètres extérieurs peuvent être compris entre 90 et 150 mm, par exemple de l'ordre de 120 mm. Or, les inventeurs ont mis en évidence que des contacts avec de tels diamètres supérieurs compris entre 90 et 150 mm et réalisés dans les mêmes matériaux et avec la même géométrie que selon l'état de l'art, il se produisait une distribution asymétrique sur la surface de contact physique du champ magnétique AMF créé avec un affaissement dans la partie centrale. Le phénomène est mis en évidence par la courbe en pointillés sur la figure 2 qui est représentative du champ magnétique AMF créé par un contact selon l'état de l'art et calculé par logiciel de modélisation 3D FEA. On voit sur cette courbe que le champ magnétique AMF subit un affaissement à proximité de l'axe longitudinal Y de l'ampoule. En outre, le courant à couper parvient à la périphérie des surfaces d'électrodes 22, 32. Cela est dû à l'effet de peau qui se produit à la fréquence du courant alternatif (50 ou 60 Hz) et au fait que le courant traverse l'enroulement cylindrique creux 8 et que, par construction, celui-ci est agencé à la périphérie du contact. On rappelle ici que l'effet de peau est le phénomène électromagnétique 18 selon lequel à une fréquence élevée, le courant a tendance à ne circuler qu'en surface des conducteurs qu'il traverse. Ainsi, pour des contacts 2, 3 de diamètre important (compris entre 90 et 150 mm), et réalisés dans les matériaux et avec les structures selon l'état de l'art, l'efficacité des moyens de contrôle d'arc par champ magnétique axial AMF est réduite. L'arc à couper a donc tendance à se contracter et/ou à se concentrer sur une petite zone des contacts. La solution proposée par les inventeurs consiste à réaliser l'ensemble des parties de contact à l'exception de la partie électrode 22, 32 dans un matériau à forte résistivité électrique.

En effet, les inventeurs ont analysé que les courants de Foucault induits dans le cuivre étaient une cause supplémentaire de l'affaissement du champ magnétique axial AMF dans la partie centrale des contacts 2,3, la première cause étant la grande taille (diamètre supérieur à 35 mm) des contacts. La solution selon l'invention consistant à utiliser un matériau à forte résistivité est donc basée sur deux constations. La première est que les courants de Foucault induits par du cuivre sont supérieurs à ceux induits par un matériau à forte résistivité électrique tel qu'un acier inoxydable. La seconde est que dans des applications où une ampoule à vide n'est pas traversée par le courant permanent mais uniquement par un courant de court-circuit, la valeur intrinsèque de résistance de l'ampoule à vide n'est pas un facteur limitant dans sa conception. Tel est le cas dans une utilisation en tant 19 que disjoncteur d'alternateur selon une séquence de fonctionnement décrite dans les demandes de brevet WO 2007/110251 et WO 2007/082858 mentionnées en préambule. La courbe en traits continus sur la figure 2 est représentative du champ magnétique AMF, également calculé à partir du logiciel 3D FEA, qui est généré par un contact 2 selon l'invention de même géométrie que celui de l'état de l'art mais avec respectivement une partie de connexion mécanique 20, un corps de contact 21 avec enroulement 8 réalisés dans un acier inoxydable de résistivité de l'ordre de 0,6 Q.mmm2/m, seule la plaque d'électrode 22 étant réalisée en cuivre. On constate donc que, pour une même géométrie de contact 2 et/ou 3 un acier inoxydable génère un champ magnétique axial AMF dans l'espace de séparation 5 entre contacts. Un mode de réalisation avantageux de l'invention, consiste à implanter à l'intérieur du creux 80 du premier enroulement 8, un deuxième enroulement 9 monté électriquement en parallèle avec le premier enroulement et adapté pour engendrer un champ magnétique qui se superpose au champ magnétique engendré par le premier cylindre 8. Selon la variante illustrée à la figure 3, ce deuxième enroulement consiste en un deuxième cylindre creux 9 en matériau à forte résistivité électrique qui comprend des fentes 91 réalisées en hélice autour de son axe et débouchant au moins sur son extérieur.

Le deuxième cylindre creux 9 est centré sur l'axe longitudinal Y, agence concentriquement au 20 premier cylindre creux 8. Une de ses extrémités est solidarisée à la partie de connexion mécanique 20 et l'autre extrémité solidarisée à la plaque circulaire 22. Les creux 80, 90 des deux cylindres 8, 9 sont dépourvus de matériau. Selon une réalisation particulièrement avantageuse, les deux cylindres creux sont réalisés à partir d'une même couronne cylindrique usinée ou fraisée: on peut ainsi avoir une base de renfort mécanique 89 entre eux (voir figure 3) Selon l'invention, les deux enroulements 8 et 9 sont montés électriquement en parallèle : ainsi les deux cylindres sont solidarisés à la base de connexion 20 et à la plaque d'électrode 22, typiquement par brasage. Il en est de même pour les enroulements (non représentés) du contact 3 en vis-à-vis du contact 2. Puisque l'enroulement 8 à la périphérie et l'enroulement 9 au centre du contact 2 constituent des résistances électriques en parallèle, ils permettent d'avoir un pourcentage donné de courant qui passe dans l'un 8 et dans l'autre 9. Selon la variante illustrée aux figures 4A, 4B et 4C, ce deuxième enroulement consiste en une pièce supplémentaire pleine 10, réalisée en matériau à forte résistivité électrique et qui comprend deux portions cylindriques 100a, 100b et une couronne annulaire 102 non fermée sur elle-même et centrée sur les deux portions cylindriques 100a, 100b. Chaque extrémité 1020, 1021 de la couronne 102 non fermée sur elle-même 21 est solidarisée par l'intermédiaire d'un bras 101, 103 à l'une des portions cylindriques 100a ou 100b. La distance prévue entre les deux extrémités 1020 et 1021 de la couronne annulaire est minimal et n'a ainsi pas d'influence sur la valeur du champ magnétique créé par le deuxième enroulement 10 (figures 4A et 4C). L'agencement de cette pièce supplémentaire 10 est tel que les deux portions cylindriques pleines 100a et 100b sont centrées sur l'axe longitudinal Y et sa couronne annulaire 102 concentrique au premier cylindre 8. La portion cylindrique pleine 100b est solidarisée à la partie connexion mécanique 20. La portion cylindrique 100b est solidarisée la plaque circulaire de contact 22. Le creux 80 du premier cylindre 8 et l'espace entre la couronne annulaire 102 et les portions cylindriques 100a et 100b sont dépourvus de matière. Comme visible sur la figure 4A, afin que le courant qui circule dans l'enroulement supplémentaire 10 et le courant qui circule dans le premier enroulement 8 aient le même sens de circulation (de bas vers le haut et en suivant un trajet anti-horaire dans la couronne 102), le bras 103 qui solidarise l'extrémité 1020 de la couronne 102 à la portion cylindrique 100b est en dessous du bras 101 qui solidarise l'autre extrémité 1021 de la couronne 102 à la portion cylindrique 100a. Comme visible sur la figure 4B, le courant I10 qui parvient à la base de la portion cylindrique 100b parcourt la couronne 102 selon un sens anti-horaire avant de parvenir au sommet de 22 l'autre portion cylindrique 100a. Comme visible sur cette même figure 4B, le courant I8 parvenant à la base de l'enroulement 8 circule un suivant un trajet hélicoïdal également anti-horaire.

Il va de soi que le courant peut circuler aussi bien dans le sens horaire. Quel que soit le sens du courant dans un contact donné 2 ou 3, il est nécessaire que le courant circule simultanément dans les enroulements des deux contacts 2, 3 d'une même ampoule à vide 1 Tel que représenté sur les figures 4A et 4B, l'enroulement cylindrique 8 peut être solidaire d'une base 80 également en matériau à forte résistivité électrique, évidée pour laisser passer la portion cylindrique 100a en contact avec la plaque d'électrodes 22. Cette base 80 sert ainsi de renfort mécanique sans l'inconvénient majeur de réduire le champ magnétique car les courants de Foucault qui la traversent sont négligeables du fait de sa forte résistivité électrique. La figure 5 est un exemple de représentation schématique en vue de coupe transversale, c'est-à-dire selon une coupe parallèle à la surface 22 réalisée au niveau du premier cylindre 8 et projetée dans un même plan. Selon cette coupe, on voit que les parties de fentes 81 sont uniformément réparties sur le diamètre de l'enroulement 8 (au nombre de 12) et toutes de même dimension.

Une méthode d'assemblage préférée des deux contacts 2, 3 d'une même ampoule à vide 1 consiste à 5 23 réaliser chaque contact 2, 3 avec un deuxième enroulement sous la forme d'une pièce pleine 10 selon l'invention et à aligner les portions cylindriques de chaque pièce pleine. Autrement dit, les deux portions cylindriques du contact mobile 3 forment un angle de 180° avec les deux portions cylindriques 100a, 100b du contact fixe 2.

Claims (13)

1. REVENDICATIONS1. Contact électrique (2, 3) pour ampoule à vide (1) à moyenne tension s'étendant selon un axe longitudinal Y et comprenant : - une partie de connexion mécanique (20, 30) en matériau à forte résistivité électrique qui s'étend selon l'axe longitudinal Y, - un corps de contact (21, 31) comprenant: • un premier cylindre creux (8) en matériau à forte résistivité électrique qui comprend des fentes (81) réalisées en hélice autour de son axe et débouchant au moins sur son extérieur, ledit premier cylindre creux étant centré sur l'axe longitudinal Y en ayant une extrémité solidarisée à la partie de connexion mécanique, le creux (80) du premier cylindre étant dépourvu de matériau, le premier cylindre constituant un premier enroulement adapté pour engendrer un champ magnétique, • une plaque circulaire (22, 32) en matériau à faible résistivité électrique et de même diamètre que celui extérieur du premier cylindre creux, ladite plaque (22, 32) étant également centrée sur l'axe longitudinal Y et solidarisée à l'extrémité du premier cylindre creux opposée à celle solidarisée à la partie de connexion mécanique.
2. 2. Contact électrique (2,
3. 3) selon la revendication 1, dans lequel le corps de contact comprend un deuxième enroulement (9, 10) monté électriquement en parallèle avec le premier enroulement 25 (8) et adapté pour engendrer un champ magnétique qui se superpose au champ magnétique engendré par le premier enroulement (8). 3. Contact électrique selon la revendication 2, dans lequel le deuxième enroulement est constitué d'un deuxième cylindre creux (9) en matériau à forte résistivité électrique qui comprend des fentes (91) réalisées en hélice autour de son axe et débouchant au moins sur son extérieur, le deuxième cylindre creux (9) étant centré sur l'axe longitudinal Y, agencé concentriquement au premier cylindre (8), en ayant une extrémité solidarisée à la partie de connexion mécanique et l'autre extrémité solidarisée à la plaque circulaire (22, 32), les creux (80, 90) des cylindres étant dépourvus de matériau.
4. 4. Contact électrique selon la revendication 2, dans lequel le deuxième enroulement est constitué d'une pièce supplémentaire pleine (10), réalisée en matériau à forte résistivité électrique et qui comprend deux portions cylindriques (100a, 100b) et une couronne annulaire (102) non fermée sur elle-même et centrée sur les deux portions cylindriques (100a, 100b), chaque extrémité (1020, 1021) de la couronne (102) non fermée sur elle-même étant solidarisée par l'intermédiaire d'un bras (101, 103) à l'une des portions cylindriques (100a, 100b), l'agencement de cette pièce supplémentaire 10 étant tel que les deux portions cylindriques (100a, 100b)) sont centrées sur l'axe longitudinal Y et la couronne annulaire (102) 26 agencée concentriquement au premier enroulement (8), l'un des portions cylindriques (100a) étant solidarisée à la partie connexion mécanique (20) et l'autre des portions cylindriques (100b) étant solidarisée à la plaque circulaire de contact (22), le creux (80) du premier enroulement (8) et l'espace entre la couronne annulaire (102) et les deux portions cylindriques pleines (100a, 100b) étant dépourvus de matière.
5. 5. Contact électrique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la résistivité des matériaux à forte résistivité est d'au moins 0,5 Q.mm2/m à 20°C, typiquement égal à 0,6 Q.mm2/m à 20°C.
6. 6. Contact électrique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le matériau à forte résistivité de la partie de connexion mécanique, de chaque enroulement est un acier inoxydable. 20
7. 7. Contact électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la résistivité des matériaux à faible résistivité est au plus égale à 0,04 Q.mm2/m à 20°C. 25
8. 8. Contact électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau à faible résistivité est un cuivre ou alliage de cuivre-chrome. 30
9. 9. Contact électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel 15 27 le diamètre extérieur du premier enroulement à forte résistivité électrique et de la plaque circulaire est compris entre 90 et 150 mm.
10. 10. Ampoule à vide (1) à moyenne tension comprenant au moins un contact électrique (2, 3) selon l'une des revendications 1 à 7.
11. 11. Ampoule à vide selon la revendication 10, comprenant une paire de contacts électriques avec un contact fixe (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 et un contact mobile (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.
12. 12. Disjoncteur, tel qu'un disjoncteur sectionneur d'alternateur comprenant au moins une ampoule à vide (1) selon l'une quelconque des revendications 10 ou 11.
13. 13. Utilisation d'un disjoncteur sectionneur d'alternateur selon la revendication 12, selon laquelle l'ampoule à vide est traversée uniquement par un courant de court-circuit.