FR3056013A1 - Disjoncteur electrique a contacts electriques separables - Google Patents
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Abstract
Ce disjoncteur électrique à contacts électriques séparables comporte : - un contact électrique fixe, - un contact électrique mobile, déplaçable entre des positions ouverte et fermée et comportant : • plusieurs doigts de contact (30) électrique, disposés de façon alignée le long d'une rangée et déplaçables par rapport au contact électrique mobile, • plusieurs organes d'appui (40, 40'), chacun associé à un doigt de contact (30) pour exercer un effort sur ce doigt de contact afin de le déplacer. Les organes d'appui (40') associés aux doigts de contact (30) situés dans des zones d'extrémité latérales (E1, E2) de la rangée présentent une raideur plus élevée que les organes d'appui (40) associés aux doigts de contact (30) situés dans une partie centrale (C1) de la rangée.
Description
(57) Ce disjoncteur électrique à contacts électriques séparables comporte:
- un contact électrique fixe,
- un contact électrique mobile, déplaçable entre des positions ouverte et fermée et comportant:
plusieurs doigts de contact (30) électrique, disposés de façon alignée le long d'une rangée et déplaçables par rapport au contact électrique mobile, plusieurs organes d'appui (40, 40j, chacun associé à un doigt de contact (30) pour exercer un effort sur ce doigt de contact afin de le déplacer.
Les organes d'appui (40 j associés aux doigts de contact (30) situés dans des zones d'extrémité latérales (E 1, E2) de la rangée présentent une raideur plus élevée que les organes d'appui (40) associés aux doigts de contact (30) situés dans une partie centrale (C1) de la rangée.
DISJONCTEUR ELECTRIQUE A CONTACTS ELECTRIQUES SEPARABLES
L’invention concerne un disjoncteur électrique à contacts électriques séparables.
On connaît des disjoncteurs électriques à basse tension et à coupure dans l’air comportant des contacts électriques séparables, typiquement un contact électrique fixe qui coopère avec un contact électrique mobile. Le brevet EP-0410902-B1 décrit un exemple d’un tel disjoncteur.
Le contact mobile est déplaçable entre des positions d’ouverture et de fermeture du disjoncteur et est pourvu de plusieurs doigts de contact montés pivotants par rapport au contact mobile. Ces doigts de contact sont configurés pour se déplacer, sous l’action d’un ressort, lorsque le contact mobile se déplace depuis la position fermée vers la position ouverte. Plus précisément, les doigts de contact pivotent sous l’effet des ressorts dès que les contacts électriques, initialement en contact électrique l’un avec l’autre, commencent à se séparer l’un de l’autre depuis la position fermée.
De cette manière, la zone de formation d’un arc électrique entre les contacts électriques est déplacée en direction de la chambre de coupure d’arc, ce qui réduit l’usure des pastilles de contact dont sont pourvus les contacts électriques. Cela améliore ainsi l’endurance électrique du disjoncteur.
Ces disjoncteurs connus ne donnent cependant pas entière satisfaction en présence de courants électriques d’intensité élevée, typiquement pour un disjoncteur compact à basse tension et à forte intensité, lorsque la valeur du courant électrique assigné de courte durée admissible dans le disjoncteur est élevée, par exemple égale à 50kA pendant 1 seconde.
C’est à ces inconvénients qu’entend plus particulièrement remédier l’invention en proposant un disjoncteur électrique à basse tension et à contacts séparables, pourvu de doigts de contact mobiles, capable de fonctionner avec des courants électriques de forte intensité tout en présentant une bonne endurance mécanique.
A cet effet, l’invention concerne un disjoncteur électrique à contacts électriques séparables, comportant :
- un contact électrique fixe, raccordé électriquement à un premier terminal de connexion du disjoncteur,
- un contact électrique mobile, raccordé à un deuxième terminal de connexion du disjoncteur, ce contact électrique mobile étant déplaçable, par rapport au contact électrique fixe, entre des positions ouverte et fermée, ce contact électrique mobile comportant :
• plusieurs doigts de contact électrique, disposés de façon alignée le long d’une rangée et déplaçables par rapport à un bâti du contact électrique mobile, ces doigts de contact étant adaptés pour assurer un contact électrique avec le contact électrique fixe lorsque le contact électrique mobile est dans la position fermée, • plusieurs organes d’appui, chacun étant associé à un doigt de contact pour exercer un effort sur ce doigt de contact afin de le déplacer, dans lequel les organes d’appui associés aux doigts de contact situés dans des zones d’extrémité latérales de la rangée présentent une raideur plus élevée que les organes d’appui associés aux doigts de contact situés dans une partie centrale de la rangée.
Grâce à l’invention, seuls les doigts de contact situés dans les zones d’extrémité latérales de la rangée sont associés avec un organe d’appui avec une raideur augmentée. Ces organes d’appui permettent aux doigts de contact d’être déplacés malgré la forte valeur des courants électriques. En effet, les forces électromagnétiques s’opposant aux organes d’appui du fait de ces valeurs de courant électrique sont plus importantes au niveau des extrémités de la rangée qu’au niveau du milieu de la rangée.
Ainsi, seuls les organes d’appui qui doivent s’opposer localement à une force électromagnétique plus importante sont dimensionnés pour s’opposer à cette force, tandis que les organes d’appui situés au milieu de la rangée ne sont pas surdimensionnés, ce qui réduit le risque de casse mécanique prématurée du disjoncteur. En effet, il est souhaitable que le disjoncteur présente une endurance mécanique élevée, par exemple qu’il soit apte à supporter au moins dix-mille cycles d’ouverture et de fermeture des contacts électriques.
De cette manière, l’invention permet d’obtenir un compromis satisfaisant entre, d’une part, la nécessité que les ressorts exercent une force de pression de contact suffisante pour maintenir les doigts de contacts électriques fermés malgré les efforts liés au courant de courte durée Icw et, d’autre part, la nécessité de garantir une bonne endurance mécanique du disjoncteur.
Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l’invention, un tel disjoncteur peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou dans toute combinaison techniquement admissible :
- Le rapport entre la raideur des organes d’appui associés aux doigts de contact situés dans les zones d’extrémité latérales de la rangée d’une part et la raideur des organes d’appui associés aux doigts de contact situés dans la partie centrale de la rangée d’autre part appartient à l’intervalle [4/3 ; 2],
- Le contact mobile comporte cinq doigts de contact, chacun des organes d’appui associés aux doigts de contact situés dans les zones d’extrémité latérales de la rangée exerce une force supérieure ou égale à 12 daN et inférieure à 12 daN sur le doigt de contact correspondant, les organes d’appui associés aux doigts de contact situés dans la partie centrale de la rangée exercent une force supérieure ou égale à 9 daN sur le doigt de contact correspondant.
- Chaque organe d’appui élastique comporte un ressort interne et un ressort externe imbriqués et agencés coaxialement le long d’un axe longitudinal de l’organe d’appui élastique et étant adaptés pour exercer ensemble ledit effort pour déplacer le doigt de contact correspondant
- Les ressorts interne et externe sont des ressorts à compression hélicoïdaux.
- Les organes d’appui associés aux doigts de contact situés dans les zones d’extrémité latérales de la rangée présentent une hauteur similaire à la hauteur des organes d’appui associés aux doigts de contact situés dans la partie centrale de la rangée, par exemple égale à moins de 10% près, de préférence égale à moins de 5% près.
- Chaque organe d’appui est reçu à l’intérieur d’un logement correspondant ménagé au sein du bâti du contact électrique mobile, les ressorts associés aux doigts de contact situés dans les zones d’extrémité latérales de la rangée présentent un premier diamètre extérieur, les organes d’appui associés aux doigts de contact situés dans la partie centrale de la rangée présentent un deuxième diamètre extérieur différent du premier diamètre.
- Le deuxième diamètre est supérieur au premier diamètre.
- Les organes d’appui associés aux doigts de contact situés dans les zones d’extrémité latérales de la rangée sont identiques entre eux.
- Les organes d’appui associés aux doigts de contact situés dans une partie centrale de la rangée sont identiques entre eux.
L’invention sera mieux comprise et d’autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre, d’un mode de réalisation d’un disjoncteur donnée uniquement à titre d’exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- les figures 1 et 2 sont des représentations schématiques, selon une vue en coupe transversale, d’un disjoncteur électrique à contacts séparables conforme à l’invention, les contacts séparables étant respectivement illustrés dans des positions fermée et ouverte ;
- la figure 3 est une représentation schématique, selon une vue en perspective, du contact électrique mobile du disjoncteur des figures 1 et 2 ;
- la figure 4 est une représentation schématique, selon une vue éclatée, du contact électrique mobile de la figure 3 ;
- la figure 5 est une représentation du contact électrique mobile de la figure 4, selon le plan de coupe V de la figure 4.
Les figures 1 et 2 représentent un disjoncteur 2 destiné à être utilisé dans un circuit électrique, afin de permettre l’interruption d’une alimentation en courant électrique de ce circuit électrique, par exemple lorsqu’une anomalie de fonctionnement est détectée, telle qu’un court-circuit ou une surintensité.
Dans cet exemple, le disjoncteur 2 est un disjoncteur à basse tension et à courant alternatif, prévu pour une tension électrique inférieure ou égale à 690V AC et pour des courants électriques d’intensité nominale inférieure ou égale à 1600 A. Par exemple, le disjoncteur 2 est adapté pour supporter des courants assignés de courte durée admissibles d’intensité inférieure ou égale à 50kA pendant 1 seconde.
Dans cet exemple, le disjoncteur est un disjoncteur multipolaire, adapté pour être utilisé dans un circuit électrique présentant plusieurs phases électriques, telles qu’un circuit électrique triphasé. Chaque pôle du disjoncteur 2 correspond alors à une phase électrique du circuit électrique.
Pour simplifier la description, seul l’un des pôles du disjoncteur 2 est décrit en détail. Les constituants du disjoncteur 2 associés aux autres pôles sont analogues et ne sont pas décrits en détail dans la mesure où la description qui suit leur est transposable.
Le disjoncteur 2 comporte un boîtier 4 et des terminaux d’entrée/sortie 6 et 8 d’un courant électrique. Les terminaux 6 et 8 sont aptes à raccorder le disjoncteur 2 à un pôle du circuit électrique, par exemple par l’intermédiaire d’un jeu de barres de connexion d’un tableau électrique.
Les terminaux 6 et 8 sont réalisés en un matériau électriquement conducteur, par exemple du cuivre.
Le disjoncteur 2 comporte également des contacts électriques séparables 10 et 12. Les contacts électriques 10 et 12 sont déplaçables l’un par rapport à l’autre, sélectivement et réversiblement, entre des positions ouverte et fermée, de manière à, respectivement, autoriser ou inhiber la circulation d’un courant électrique entre les terminaux 6 et 8 pour ce pôle électrique du disjoncteur 2.
Les contacts électriques 10 et 12 portent chacun une ou plusieurs pastilles de contact électrique, respectivement notées 14 et 16, qui sont raccordées électriquement, respectivement, aux terminaux 6 et 8. Les pastilles de contact 14 et 16 sont réalisées en un matériau électriquement conducteur, tel que du cuivre ou un pseudo alliage d’argent.
Dans la position fermée, illustrée à la figure 1, les pastilles de contact 14 et 16 sont en contact direct l’une avec l’autre, autorisant ainsi la circulation d’un courant électrique entre les terminaux 6 et 8.
Dans la position ouverte, comme illustré à la figure 2, les conducteurs électriques 10 et 12 et notamment les pastilles de contact 14 et 16, sont distants l’une de l’autre. Lorsqu’aucun arc électrique n’est présent entre ces pastilles de contact 14 et 16, le courant électrique est empêché de circuler entre les terminaux 6 et 8 associés à ce pôle du disjoncteur 2.
Le disjoncteur 2 comporte en outre un mécanisme de déplacement 18, configuré pour déplacer les contacts électriques 10 et 12 l’un par rapport à l’autre, entre les positions ouverte et fermée, par exemple en réponse à la détection d’une situation anormale, telle qu’une surintensité du courant électrique qui circule pour ce pôle du disjoncteur 2. Un tel mécanisme de déplacement 18 est bien connu et n’est donc pas décrit plus en détail dans ce qui suit.
Dans cet exemple, le contact électrique 10 est fixe par rapport au boîtier 4. Le contact 12 est mobile en déplacement par rapport au contact électrique fixe 10 entre les positions ouverte et fermée, grâce au mécanisme de déplacement 18.
Plus précisément, le contact électrique mobile 12 est monté pivotant par rapport au boîtier 4, au moyen d’une liaison pivot, autour d’un axe fixe X12 du disjoncteur 2. Le déplacement du contact électrique mobile 12, depuis la position fermée vers la position ouverte, se fait donc par rotation autour de l’axe X12, selon un premier sens de rotation, illustré par la flèche F1 sur la figure 1. Cette liaison pivot est ici ménagée à une extrémité distale du contact électrique mobile 12.
Lorsque le contact électrique mobile 12 est déplacé vers la position ouverte en s’éloignant du contact électrique fixe 10, alors qu’un courant électrique circule au sein de ce pôle du disjoncteur 2 entre les terminaux 6 et 8, il peut se former un arc électrique entre les contacts électriques 10 et 12. Cet arc électrique doit être éteint pour interrompre la circulation du courant entre les terminaux 6 et 8.
Pour ce faire, le disjoncteur 2 comporte une chambre de coupure 20 d’arc électrique. Cette chambre de coupure 20 est placée à l’intérieur du boîtier 4, en regard des pastilles de contact 14 et 16 de façon à recevoir un arc électrique lors de la formation d’un tel arc électrique entre les pastilles 14 et 16.
De façon connue, une telle chambre de coupure 20 comporte un empilement de plaques de séparation 22 encadrées par une corne supérieure d’arc 24 et par une corne inférieure d’arc 26, respectivement disposée à des extrémités supérieure et inférieure de l’empilement des plaques 22.
Les plaques de séparation 22 sont aptes à éteindre un tel arc électrique en le fractionnant et/ou en absorbant partiellement son énergie lorsque l’arc électrique entre en contact avec ces plaques de séparation 22. Les cornes 24 et 26 ont pour but de guider l’arc électrique vers les plaques de séparation 22.
La corne inférieure 26 est ici munie d’une plage de contact 28 électrique raccordée électriquement au terminal 6.
Le contact électrique mobile 12 comporte en outre plusieurs doigts de contact électrique 30, mobiles par rapport à un bâti 34, ou cage, du contact électrique mobile 12. Plus précisément, les doigts de contact 30 sont montés pivotants par rapport au bâti 34 au moyen d’une liaison pivot, autour d’un axe X30 solidaire du corps du contact électrique mobile 12. L’axe X30 est disposé parallèlement à l’axe X12. Ainsi, les doigts de contact 30 sont déplaçables en rotation autour de l’axe X30 entre des première et deuxième positions distinctes.
Les doigts de contact 30 ont pour fonction d’assurer un contact électrique temporaire entre les contacts électriques 10 et 12 lors du déplacement du contact électrique 12 depuis la position fermée vers la position ouverte, comme expliqué dans ce qui suit.
Dans cet exemple, les doigts de contact 30 sont disposés à l’extrémité proximale du corps du contact électrique mobile 12. L’extrémité proximale est opposée à l’extrémité distale.
Les doigts de contact 30 sont alignés entre eux le long d’une rangée rectiligne, parallèlement à l’axe X30.
Les doigts de contact 30 sont identiques entre eux et sont solidaires les uns avec les autres, de manière à se déplacer simultanément ensemble par rapport au reste du contact électrique mobile 12.
Les doigts de contact 30 sont réalisés en un matériau électriquement conducteur, tel que du cuivre.
Chaque doigt de contact 30 est raccordé électriquement au terminal électrique 8, par l’intermédiaire d’éléments de connexion électrique, non illustrés, tels que des câbles tressés en cuivre. Les pastilles de contact 16 du contact mobile 12 sont ménagées sur les doigts de contact 30. Plus précisément, une pastille de contact 16 est directement montée sur une face inférieure de chacun des doigts de contact 30.
Les figures 3 à 5 représentent plus en détail un exemple du contact électrique mobile 12 et des doigts de contact 30.
On note E1 et E2 des zones d’extrémité latérales opposées de la rangée selon laquelle sont alignés les doigts de contact 30. On note C1 une partie centrale de cette rangée. La partie centrale C1 englobe les doigts de contact 30 de la rangée qui ne sont pas à l’intérieur de l’une ou l’autre des zones d’extrémité latérales E1 et E2.
Dans cet exemple, seul un unique doigt de contact 30 est situé au niveau de la zone d’extrémité latérale E1 de la rangée. De même, seul un unique doigt de contact 30 est situé au niveau de la zone d’extrémité latérale opposée E2 de la rangée. Les autres doigts de contact 30 sont situés au niveau de la partie centrale C1 de la rangée.
Dans cet exemple, les doigts de contact 30 présentent chacun une partie allongée, essentiellement rectiligne, qui se prolonge, sur une de ses extrémités, par une partie recourbée 32 remontant vers une face supérieure du contact mobile 12.
Le contact mobile 12 comporte le bâti 34 auquel sont fixés les doigts de contact 30 au moyen de la liaison pivot. Ce bâti 34 est localisé à l’extrémité proximale du contact électrique mobile 12.
Les doigts de contact 30 sont ici situés en dessous d’une face inférieure du bâti 34, de sorte que leurs parties allongées respectives s’étendent parallèlement à cette face inférieure du bâti 34 lorsqu’ils sont dans leur première position.
Ce bâti 34 est relié au mécanisme de déplacement 18 grâce à des biellettes 36 de transmission de mouvement. Pour plus de clarté, ces biellettes 36 ne sont pas illustrées sur les figures 1 et 2.
Le contact électrique mobile 12 comporte, entre ses deux extrémités opposées, des parois latérales 38 qui délimitent un logement 39. Dans une configuration montée du contact électrique mobile 12, ce logement 39 reçoit les éléments de connexion électrique qui relient les doigts de contact 30 au terminal 8.
Le contact électrique mobile 12 comporte également plusieurs organes d’appui élastiques 40, 40’, également nommés « organes de pression », chacun associé à un doigt de contact 30. Chaque organe d’appui 40, 40’ est configuré pour exercer un effort sur le doigt de contact 30 correspondant, de manière à le déplacer depuis la première position vers la deuxième position. Chaque organe d’appui 40, 40’ comporte au moins un ressort adapté pour exercer un effort le long d’un axe longitudinal de l’organe d’appui 40, 40’ correspondant, ici en exerçant une pression.
Les organes d’appui associés aux doigts de contact 30 situés au niveau de la partie centrale C1 de la rangée portent la référence 40 et sont nommés « premiers organes d’appui ». Les organes d’appui associés aux doigts de contact 30 situés au niveau des zones d’extrémité latérales E1 et E2 de la rangée portent la référence 40’ et sont nommés « deuxièmes organes d’appui».
Dans cet exemple, chaque organe d’appui 40, 40’ comporte deux ressorts, ici de forme cylindrique, disposés coaxialement le long de l’axe longitudinal de l’organe d’appui et imbriqués l’un dans l’autre. L’un de ces ressorts, dit ressort externe, présente un diamètre extérieur supérieur au diamètre extérieur de l’autre ressort, dit ressort interne, et délimite une cavité intérieure au sein de laquelle le ressort interne est logé. Les ressorts interne et externe de chaque organe d’appui 40, 40’ présentent avantageusement une même hauteur, ici mesurée selon l’axe longitudinal. Ces ressorts interne et externe sont adaptés pour fournir chacun un effort le long de l’axe longitudinal de l’organe d’appui correspondant. Ainsi, l’effort exercé par chaque organe d’appui 40, 40’ sur le doigt de contact 30, 30’ correspondant est exercé par les ressorts interne et externe contenus dans cet organe d’appui 40, 40’.
Les organes d’appui 40, 40’ sont arrangés à l’intérieur du bâti 34. Plus précisément, le bâti 34 comporte ici une pluralité de logements 42, 42’, chacun disposé en regard d’un doigt de contact 30. Ces logements 42, 42’ sont ici alignés le long d’une rangée parallèle à l’axe X30.
Les logements associés aux premiers organes d’appui 40 portent la référence 42. Les logements associés aux deuxièmes organes d’appui 40’ portent la référence 42’.
Les logements 42, 42’ sont ménagés à l’intérieur du bâti 34 et débouchent sur les doigts de contact 30 au niveau d’une partie inférieure de ces logements 42, 42’ et du bâti 34. Les logements 42 et 42’ présentent ici une forme cylindrique à base circulaire et d’axe directeur X42. La hauteur des logements 42, 42’ est inférieure à la hauteur des organes d’appui respectifs 40, 40’ lorsqu’ils se trouvent dans leur état déployé.
Aux figures 4 et 5, l’un des deuxièmes organes d’appui 40’ est illustré en dehors de son logement 42’. Le ressort externe de cet organe d’appui 40’ porte la référence 41, alors que le ressort interne correspondant porte la référence 41’. Ces ressorts 41 et 41’ sont, dans une configuration montée de l’organe d’appui 40’, alignés le long de l’axe X42. Ainsi, l’axe X42 forme ici un axe longitudinal de l’organe d’appui 40’ lorsque celui-ci est reçu à l’intérieur du logement 42’ correspondant.
Le bâti 34 est recouvert, sur une face supérieure, par un capot 44, contre lequel une extrémité supérieure de chacun des organes d’appui 40, 40’ vient prendre appui.
Dans cet exemple, les ressorts contenus dans les organes d’appui 40 et 40’ sont des ressorts à compression et exercent donc un effort en compression sur les doigts de contact 30. Dans la configuration montée du contact mobile 12, l’extrémité inférieure de chacun des organes d’appui 40, 40’ est en appui sur le doigt de contact 30 correspondant. Ces ressorts sont ici de type hélicoïdal.
Dans la configuration montée du contact mobile 12, les organes d’appui 40, 40’ sont reçus à l’intérieur des logements, respectivement, 42 et 42’ et s’étendent le long de l’axe directeur X42 associé au logement 42, 42’ correspondant.
Les deuxièmes organes d’appui 40’ présentent une raideur plus élevée que les premiers organes d’appui 40 situés au niveau de la partie centrale C1. Le rapport entre la raideur de chacun des deuxièmes organes d’appui 40’ d’une part, et la raideur de chaque premier organe d’appui 40 d’autre part, est strictement supérieure à 1 et, de préférence, supérieure ou égale à 1,05.
De préférence encore, le rapport entre la raideur de chacun des deuxième organes d’appui 40’ d’une part, et la raideur de chaque premier organe d’appui 40 d’autre part, appartient à l’intervalle [4/3 ; 2],
Dans cet exemple, chaque deuxième organe d’appui 40’ exerce sur le doigt de contact 30 auquel il est associé, une pression de contact d’intensité supérieure ou égale à 12daN. Chaque premier ressort 40 exerce, sur le doigt de contact 30 auquel il est associé, une pression de contact d’intensité supérieure ou égale à 9daN et inférieure ou égale à 12 daN.
Les premiers organes d’appui 40 sont ici identiques entre eux et les deuxièmes organes d’appui 40’ sont identiques entre eux.
La force de pression de contact est proportionnelle à l’allongement de l’organe d’appui, mesuré ici selon l’axe X42 lorsque l’organe d’appui est reçu dans le logement 42, 42’ correspondant.
Dans cet exemple, les ressorts interne et externe du premier organe d’appui 40 sont des ressorts hélicoïdaux à compression, ici réalisés en métal, tel que l’alliage d’acier inoxydable X10CrNi18-8HS. Ce ressort interne est formé par enroulement d’un fil de diamètre 0,7mm et présente un coefficient de raideur de 4,88N/mm. Le ressort externe du premier organe d’appui 40 est quant à lui formé par enroulement d’un fil de diamètre 0,9mm et présente un coefficient de raideur 5,55N/mm. La raideur du premier organe d’appui 40 est ici égale à 10,43 daN/m.
Les ressorts 41 et 41’ sont ici des ressorts hélicoïdaux à compression réalisés en métal, par exemple dans l’alliage commercialisé sous la référence commerciale « Sandvik
Springflex SH ™ >> par la société SANDVIK AB de Stockholm, Suède. Les ressorts 41 et 41’ sont formés par enroulement d’un fil de diamètre, respectivement, égal à 1,0mm et 0,7mm et présentent un coefficient de raideur égal, respectivement, à 9,66N/mm et à 4,87N/mm. La raideur du deuxième organe d’appui 40’est ici égale à 14,53 daN/m.
Grâce à cette configuration des organes d’appui 40 et 40’, on obtient un disjoncteur 2 capable de fonctionner avec des courants d’intensités élevées, tout en conservant une endurance mécanique satisfaisante.
En effet, lorsque des courants d’intensité élevée circulent dans les doigts de contact 30, ces derniers sont soumis à des forces électromagnétiques importantes. Il faut donc exercer, sur les doigts de contact 30, une force qui soit supérieure à celle exercée classiquement dans les disjoncteurs selon l’état de la technique, où l’intensité du courant est moindre. En première approche, la force électromagnétique exercée sur un doigt de contact 30 est proportionnelle au carré du courant électrique qui circule dans ce doigt de contact 30.
Or, ces forces électromagnétiques exercées sur les doigts de contact 30 ne sont pas distribuées uniformément le long de la rangée. Au contraire, elles sont plus importantes pour les doigts de contact 30 situés au niveau des zones d’extrémité latérales E1 et E2 de la rangée que pour les doigts de contact 30 situés au niveau de la partie centrale C1 de la rangée.
Les organes d’appui 40’ présentant une raideur plus élevée sont ainsi placés au niveau des zones d’extrémité latérales E1 et E2, là où les forces électromagnétiques sont les plus fortes. Les premiers organes d’appui 40 présentant une raideur moindre, sont situés dans la partie centrale C1, là où les forces électromagnétiques sont moins fortes. Cela permet néanmoins d’exercer des forces de répulsion suffisantes sur les doigts de contact 30.
Il n’est donc pas nécessaire de remplacer les organes d’appui 40 situés au niveau de la partie centrale C1 par des organes d’appui de raideur plus élevée. Ceci permet de réduire la force globale exercée et donc de réduire l’énergie mécanique nécessaire à la fermeture du mécanisme de déplacement 18, ce qui permet d’obtenir une bonne endurance mécanique du disjoncteur sans avoir besoin de renforcer le mécanisme 18.
Ainsi, on obtient un compromis satisfaisant entre, d’une part la nécessité d’exercer une force de contact nécessaire pour maintenir fermés les doigts de contacts 30 lors du passage d’un courant atteignant le courant assigné de courte durée admissible et, d’autre part, la nécessité de garantir une bonne endurance mécanique du disjoncteur 2.
A titre d’exemple illustratif, l’utilisation des organes d’appui 40 et 40’ permet d’augmenter les performances du disjoncteur 2, par rapport à un disjoncteur classique, en augmentant l’effort global fourni par les organes d’appui 40 et 40’ de seulement 13% dans chaque pôle. Si des organes d’appui d’une même raideur, plus élevée, avaient été utilisés pour tous les doigts de contact 30, l’effort global fourni par ces organes d’appui aurait dû être augmenté de 33% pour ce pôle. La raideur des organes d’appui aurait dû être plus élevée, ce qui aurait réduit la durabilité et l’endurance mécanique de ces organes d’appui et donc du disjoncteur 2.
Avantageusement, les organes d’appui 40 et 40’ présentent une hauteur similaire, par exemple égale à 10% près ou, de préférence, égale à 5% près. Cette hauteur est mesurée le long de chaque organe d’appui 40, 40’ lorsque cet organe d’appui est dans un état détendu.
De cette manière, on limite les risques de flambage des ressorts contenus dans les organes d’appui 40’ ou 40 pendant le déplacement des doigts de contact 30 entre leurs première et deuxième positions. Cela permet également aux ressorts contenus dans organes d’appui 40 et 40’ de présenter une hauteur similaire lorsqu’ils sont dans un état comprimé. La conception du bâti 34 en est alors simplifiée, puisque tous les logements 42, 42’ peuvent alors présenter une même hauteur.
Avantageusement, les premiers organes d’appui 40 présentent un premier diamètre extérieur. Les deuxièmes organes d’appui 40’ présentent un deuxième diamètre extérieur différent du premier diamètre.
Par exemple, le deuxième diamètre est supérieur au premier diamètre. Les dimensions des logements 42, 42’ sont adaptées en conséquence.
A titre illustratif, le premier diamètre est ici égal à 7,3 mm et le deuxième diamètre est égal à 6,3 mm.
Dans cet exemple, les logements 42 et 42’ sont donc analogues entre eux et ne diffèrent que par leur diamètre.
Les valeurs différentes des premier et deuxième diamètres facilitent la fabrication du contact électrique mobile 12 en évitant, lors d’une phase d’assemblage industriel, que l’un des premiers organes d’appui 40 soit accidentellement inséré au sein d’un logement 42’ prévu pour un des deuxièmes organes d’appui 40’. On réduit ainsi le risque de défaut de fabrication du disjoncteur 2.
Un exemple du fonctionnement du disjoncteur 2 est maintenant décrit.
Initialement, le disjoncteur 2 est dans la position fermée et autorise le passage du courant pour un moins un pôle. Les contacts électriques 10 et 12 associés à ce pôle sont dans la position fermée, comme illustré à la figure 1. Les pastilles de contact 14 et 16 sont en contact électrique l’une avec l’autre et autorisent la circulation d’un courant électrique entre les terminaux 6 et 8 de ce pôle du disjoncteur 2. Les pastilles de contact 14 et 16 forment ainsi une première zone de contact électrique entre les contacts électriques 10 et 12. Les doigts de contact 30 sont maintenus dans leur première position et les organes d’appui 40, 40’ sont maintenus dans un état comprimé.
Lorsque le mécanisme de déplacement 18 déplace le contact électrique mobile 12 autour de l’axe X12 dans le premier sens de rotation F1, les doigts de contact 30 pivotent, sous l’action des organes d’appui 40 et 40’, depuis leur première position vers leur deuxième position, selon le deuxième sens de rotation F2.
Au fur et à mesure que le contact mobile 12 continue à se déplacer en direction de la position ouverte, les pastilles de contact 14 et 16 s’éloignent l’une de l’autre, interrompant la première zone de contact électrique et empêchant ainsi le courant électrique de circuler entre ces pastilles de contact 14 et 16. Dans le même temps, sous l’action des organes d’appui 40 et 40’, les doigts de contact 30 sont maintenues dans leur deuxième position.
Enfin, dans une phase suivante du déplacement du contact électrique mobile 12 vers sa position ouverte, les ressorts 40 et 40’ sont partiellement détendus et les doigts de contact 30 sont en bout de course dans leur deuxième position. Il apparaît alors un arc électrique entre les parties 32 et la pastille de contact 14. L’arc électrique est ensuite éteint au moyen de la chambre de coupure 20.
De nombreux autres modes de réalisation sont possibles.
Le contact électrique mobile 12 peut présenter un nombre de doigts de contact 30 différent, par exemple égal à neuf ou à dix. Dans ce cas, la raideur des ressorts 40, 40’ peut être adaptée en conséquence.
En variante, les zones d’extrémité latérales E1 et E2 peuvent être définies de façon à englober chacune plusieurs doigts de contact 30 de la rangée, par exemple deux doigts de contact 30.
A titre d’exemple, les zones d’extrémité latérales E1 et E2 peuvent être définies en première approche, pour un contact électrique mobile 12 donné, à partir des valeurs maximales du courant circulant dans les différents doigts de contact 30. Pour l’ensemble des doigts de contact 30 du contact électrique mobile 12. Cela peut être représenté par une courbe représentant la valeur du courant en fonction de la position du doigt de contact 30 le long de la rangée. Cette courbe présente typiquement une forme parabolique « en U » et s’étend entre une valeur minimale et une valeur maximale, la valeur minimale étant située à l’écart des extrémités de la rangée. Les zones d’extrémités latérales E1 et E2 sont ainsi définies de part et d’autre de la rangée comme étant les régions de la rangée pour lesquelles la valeur du courant électrique est supérieure à 1,5 fois la valeur minimale, de préférence supérieure ou égale à 1,8 fois la valeur minimale.
Des corrections peuvent être apportées pour tenir compte des interactions électromagnétiques entre les différents pôles du disjoncteur 2, telles que des forces de torsion.
L’organe d’appui associé au doigt de contact 30 situé dans la première zone d’extrémité latérale E1 peut présenter une raideur différente de celle de l’organe d’appui associé au doigt de contact 30 situé dans la deuxième zone de contact latérale E2. Cependant, il est préférable d’utiliser des organes d’appui 40’ identiques entre eux pour les doigts de contact 30 situés dans les zones d’extrémité latérales E1 et E2. La fabrication industrielle du contact électrique mobile 12 en est simplifiée, car il y a alors moins de références de ressorts et d’organes d’appui à gérer lors de l’assemblage.
Les modes de réalisation et les variantes envisagés ci-dessus peuvent être combinés entre eux pour générer de nouveaux modes de réalisation.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1Disjoncteur électrique (2) à contacts électriques séparables, comportant :- un contact électrique fixe (10), raccordé électriquement à un premier terminal (6) de connexion du disjoncteur,- un contact électrique mobile (12), raccordé à un deuxième terminal (8) de connexion du disjoncteur, ce contact électrique mobile (12) étant déplaçable, par rapport au contact électrique fixe, entre des positions ouverte et fermée, ce contact électrique mobile (12) comportant :• plusieurs doigts de contact (30) électrique, disposés de façon alignée le long d’une rangée et déplaçables par rapport à un bâti (34) du contact électrique mobile (12), ces doigts de contact (30) étant adaptés pour assurer un contact électrique avec le contact électrique fixe (10) lorsque le contact électrique mobile est dans la position fermée, • plusieurs organes d’appui élastique (40, 40’), chacun associé à un doigt de contact (30) pour exercer un effort sur ce doigt de contact afin de le déplacer, caractérisé en ce que les organes d’appui (40’) associés aux doigts de contact (30) situés dans des zones d’extrémité latérales (E1, E2) de la rangée présentent une raideur plus élevée que les organes d’appui (40) associés aux doigts de contact (30) situés dans une partie centrale (C1) de la rangée.
- 2, - Disjoncteur (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport entre la raideur des organes d’appui (40’) associés aux doigts de contact (30) situés dans les zones d’extrémité latérales (E1, E2) de la rangée d’une part et la raideur des organes d’appui (40) associés aux doigts de contact (30) situés dans la partie centrale (C1) de la rangée d’autre part appartient à l’intervalle [4/3 ; 2],
- 3. - Disjoncteur (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le contact mobile (12) comporte cinq doigts de contact (30), chacun des organes d’appui (40’) associés aux doigts de contact (30) situés dans les zones d’extrémité latérales (E1, E2) de la rangée exerce une force supérieure ou égale à 12 daN sur le doigt de contact (30) correspondant, les organes d’appui (40) associés aux doigts de contact (30) situés dans la partie centrale (C1) de la rangée exercent une force supérieure ou égale à 9 daN et inférieure à 12 daN sur le doigt de contact (30) correspondant.
- 4. - Disjoncteur (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque organe d’appui élastique (40’) comporte un ressort interne (41 j et un ressort externe (41) imbriqués et agencés coaxialement le long d’un axe longitudinal (X42) de l’organe d’appui élastique (40’) et étant adaptés pour exercer ensemble ledit effort pour déplacer le doigt de contact (30, 30’) correspondant.
- 5. - Disjoncteur (2) selon la revendication 4, caractérisé en ce que les ressorts interne et externe (41,41 j sont des ressorts à compression hélicoïdaux.
- 6. - Disjoncteur (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les organes d’appui (40’) associés aux doigts de contact (30) situés dans les zones d’extrémité latérales (E1, E2) de la rangée présentent une hauteur similaire à la hauteur des organes d’appui (40) associés aux doigts de contact (30) situés dans la partie centrale (C1) de la rangée, par exemple égale à moins de 10% près, de préférence égale à moins de 5% près.
- 7. - Disjoncteur (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque organe d’appui (40, 40’) est reçu à l’intérieur d’un logement (42, 42j correspondant ménagé au sein du bâti (34) du contact électrique mobile (12), en ce que les organes d’appui (40’) associés aux doigts de contact (30) situés dans les zones d’extrémité latérales (E1, E2) de la rangée présentent un premier diamètre extérieur, en ce que les organes d’appui (40) associés aux doigts de contact (30) situés dans la partie centrale (C1) de la rangée présentent un deuxième diamètre extérieur différent du premier diamètre.
- 8. - Disjoncteur (2) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le deuxième diamètre est supérieur au premier diamètre.
- 9. - Disjoncteur (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les organes d’appui (40’) associés aux doigts de contact (30) situés dans les zones d’extrémité latérales (E1, E2) de la rangée sont identiques entre eux.
- 10.-Disjoncteur (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les organes d’appui (40) associés aux doigts de contact (30) situés dans une partie centrale (C1) de la rangée sont identiques entre eux.1/4Ο2/4SM3/4
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