WO2006018513A2 - Dispositif d ' extinction d ' arcs electriques pour, en particulier, un dispositif de protection contre les surtensions - Google Patents

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    • H01H2009/365—Metal parts using U-shaped plates

Definitions

  • the present invention relates to the general technical field of equipment protection devices or electrical installations against overvoltages, including transient overvoltages due to lightning, overloads or short circuits.
  • the present invention more particularly relates to a protection device of an electrical installation against overvoltages, overloads or short circuits comprising at least two main electrodes between which an electric arc is likely to form, as well as a device for breaking of the electric arc, formed by an assembly of splitter plates and extending, in consideration of the direction of propagation of the electric arc, between an upstream end and a downstream end and having, at its upstream end, a zone d the entrance of the arc, at which the electric arc penetrates inside the cut-off device, said cut-off device comprising, arranged at its upstream end, non-return means of the electric arc, structurally designed and arranged to allow entry of the electric arc into the cut-off device while forming an obstacle to the exit e of the electric arc, so as to prevent the electric arc, once located inside the cut-off device, from escaping from the latter.
  • Such protection devices are generally equipped with a device for breaking the current (or interrupting chamber).
  • this breaking device is intended to ensure the breaking of short-circuit currents.
  • the breaking device is intended to ensure the extinguishing of currents.
  • the cut-off device is generally formed by a plurality of metal splitter plates mounted in parallel so as to break down the electric arc into small elementary arcs in order to increase the arc voltage and to cut off the current.
  • Known cut-off devices intrinsically have a predetermined breaking capacity corresponding to the maximum value of the current they are likely to extinguish.
  • the electric arc can, after having entered the cut-off device, escape from the latter and be reformed. outside, for example by using the shortest path between one of the main electrodes and the end of the splitter plates.
  • Such a phenomenon is particularly harmful to the protective device insofar as it has the effect of interrupting the attempt to cut the current.
  • this phenomenon can occur several times during a short time interval. The electric arc can thus enter the cut-off device, exit and re-enter it, until the device is destroyed without being able to interrupt the current or short circuit.
  • the objects assigned to the invention therefore aim to remedy the various disadvantages listed above and to propose a new device for protecting an electrical installation against overvoltages, overloads or short circuits whose breaking capacity of the current is improved.
  • Another object of the invention is to provide a new device for protecting an electrical installation against overvoltages, overloads or short circuits whose size is limited.
  • Another object of the invention is to provide a new device for protecting an electrical installation against overvoltages, overloads or short-circuits whose structure is particularly adapted to the case currents of high intensity.
  • Another object of the invention is to provide a new device for protecting an electrical installation against overvoltages, overloads or short circuits whose manufacture is particularly simple.
  • the objects assigned to the invention are achieved by means of a device for protecting an electrical installation against overvoltages, overloads or short-circuits comprising at least two main electrodes between which an electric arc is likely to occur.
  • a device for breaking the electric arc formed by an assembly of splitter plates and extending, in consideration of the direction of propagation of the electric arc, between an upstream end and a downstream end and having at its upstream end, an arc entry zone, at which the electric arc penetrates inside the cut-off device, said cut-off device comprising, disposed at its upstream end, insulating means -return of the electric arc, structurally designed and arranged to allow the entry of the electric arc into the cut-off device while forming an obstacle against the an output of the electric arc, so as to prevent the electric arc, once located inside the cut-off device, from escaping from the latter, characterized in that the insulating means are formed by caps arranged to form a partial insulating barrier between the electrodes and the upstream
  • FIG. 1 illustrates, in a sectional view, an embodiment of an overvoltage protection device according to the invention.
  • FIG. 2 illustrates, in a side view, a first embodiment of a cut-off device for the protection device according to the invention.
  • FIG. 3 illustrates, in a front view, the cut-off device illustrated in FIG. 2.
  • FIG. 4 illustrates, in a view from above, the cut-off device illustrated in FIG. 2.
  • FIG. 5 illustrates, in a front view, another embodiment of a cut-off device for the protection device according to the invention.
  • FIG. 6 illustrates, in a side view, another embodiment of a cut-off device for the protection device according to the invention.
  • FIG. 7 illustrates, in a side view, another embodiment of a cut-off device for the protection device according to the invention.
  • the protective device of an electrical installation against overvoltages, overloads or short circuits is intended to protect equipment or an electrical installation.
  • Electrical installation refers to any type of device or network that is susceptible to voltage disturbances, including transient overvoltages due to lightning or overloads, such as overload or short-circuit currents.
  • Such devices may thus consist of surge arresters or surge arresters provided with a current cut-off device or circuit breakers provided with a device for breaking the short-circuit current.
  • FIG. 1 illustrates a protection device 1 according to the invention advantageously formed by a spark gap arrester.
  • the protective device 1 comprises, advantageously mounted within an insulating housing 20, at least a first and a second electrode 2, 3 which can form, as illustrated in FIG. 1, the two main electrodes of the spark gap arrester .
  • These two electrodes 2, 3 are kept at a distance from each other and separated by a strip 4 of dielectric material which improves and better control the initiation of an electric arc 5 between the electrodes 2, 3 This so-called upstream part of the device thus constitutes the zone of initiation of the electric arc 5.
  • the electrodes are formed by two contacts, for example a fixed contact and a movable contact held in physical contact with each other to ensure the electrical connection.
  • the electric arc is formed between the two contacts when the movable contact deviates from the fixed contact to ensure the electrical disconnection.
  • the protection device 1 comprises a device 6 for breaking the electric arc 5.
  • the cut-off device 6 is formed by an assembly of splitter plates 7 made of electrically conductive material, for example made of metal, arranged in parallel and at a distance from one another.
  • the fractionation plates 7 are advantageously kept at a distance from one another by means of holding blades 8 made of electrically insulating material.
  • the cut-off device 6 extends, in consideration of the propagation direction F of the electric arc 5, between an upstream end 6A and a downstream end 6B. As illustrated in FIGS. 3 to 5, the cut-off device 6 has, at its upstream end 6A, an input zone E of the electric arc, at which the electric arc 5 enters the 6. Thus, before entering the cut-off device 6, the electric arc 5 propagates along the direction of propagation F, within a diverging space 9 extending between the priming zone. of the electric arc and the cutoff device 6.
  • the diverging space 9 is advantageously delimited by the electrodes 2, 3 and preferably filled with air.
  • the cut-off device 6 comprises, at its upstream end 6A, insulating means 10 against the return of the electric arc 5.
  • These insulating means 10 are structurally designed and arranged in such a way as to allow the entry of the electric arc 5 into the cut-off device 6 while forming an obstacle against the output of the electric arc 5 so as to prevent the arc once inside the cut-off device 6 escapes from the latter.
  • the insulating means 6 are thus adapted to prevent the electric arc 5 from going back, in a direction opposite to its normal direction of propagation F, so that when decomposed into a plurality of elementary arcs within the device 6, the electric arc 5 can not more to reform on the outside of the cut-off device 6, in particular in the diverging space 9.
  • the non-return insulating means therefore operate in the manner of a trap, and are constructed and arranged relative to the fractionation plates 7 on the one hand and to the electrodes 2, 3 on the other hand, so as to substantially reduce the probability that the electric arc 5 does not escape the cut-off device 6.
  • the design of the protection device 1 according to the invention therefore makes it possible to significantly improve its cut-off capacity of the short-circuit current.
  • the insulating means 10 according to the invention must in fact respond to a new problem which is that of allowing the electric arc to penetrate inside the protective device 6 while limiting the probability that this arc will come out and become reformed outside the cut-off device 6.
  • the insulating means 10 are arranged so as to form a partial insulating barrier between the electrodes 2, 3 and the upstream end 6A of the cut-off device 6.
  • partial insulating barrier does not only refer to barriers physical electrically insulating material but also barriers not necessarily physical, but for example electrically insulating, able to prevent the formation of an electric arc between the electrodes 2, 3 and the upstream end 6A of the cut-off device 6 .
  • the fractionation plates 7 extend, in consideration of the propagation direction F of the electric arc 5, between a front end 7A and a distal end 7B.
  • the front ends 7A and the distal end 7B are situated substantially at the same level as the upstream end 6A and the downstream end 6B of the cutoff device 6.
  • the fractionation plates 7 are each provided with a notch 11 separating, at least partially, each splitter plate 7 into two separate branches 7C, 7D.
  • the notches 11 form a groove 12 whose shape, for example V, is specifically designed to draw the electric arc 5 inwards In this way, the input area E of the electric arc 5 substantially coincides with the groove 12.
  • the insulating means 10 are arranged so as to physically close, at least partially, the upstream end 6A of the cut-off device 6, thus forming a physical insulating barrier between the electrodes 2, 3 and the upstream end 6A of the cutoff device 6.
  • the insulating means 10 are arranged to cover, in their entirety, the upstream end 6A of the cut-off device 6 located around, for example on either side, the entry zone E of the electric arc 5.
  • the insulating means 10 can thus be arranged, as shown in Figure 3, on either side of the groove 12 so as to cover the front end 7A of the branches 7C, 7D splitting plates 7.
  • the insulating means 10 may be formed by one or more rigid strips (not shown) arranged for example on either side of the groove 12 so as to cover the front end 7A
  • the rigid strips then preferably extend in a plane substantially perpendicular to the direction of propagation F of the electric arc 5, and coplanar with the plane formed by the front ends 7A of the splitter plates 7.
  • the rigid strips may advantageously be perforated with a plurality of orifices in order to allow the flow of air between the diverging space 9 and the cut-off device 6.
  • the rigid strips come, by one of their faces, in contact with the front ends 7A of the fractionation plates 7, and preferentially in sealed support on the latter.
  • the insulating means 10 are formed by caps 13 arranged to form a partial insulating barrier between the electrodes 2,3 and the upstream end 6A disposed on either side of the groove 12 and designed in such a way that in their operative position they cover the front end 7A of one or more splitter plates 7.
  • the caps 13 are arranged so as to completely cover the upstream end 6A of the cut-off device 6 located around the input zone E of the arc.
  • the caps 13 are preferably formed by a band 14 that is substantially elongated, intended to cover the front end 7A of a plurality of fractionation plates 7, and from which extends a flange 15 arranged and oriented such that when the cap 13 is in its operative position, the flange 15 naturally come to cover the upper edge 12A of the groove 12.
  • the flange 15 of the cap 13 is adapted to penetrate substantially inside the groove 12 when the cap 13 is in its operative position ( Figure 3).
  • the cap 13 has a substantially U-shaped cross-section so as to encase the end of the splitter plates 7, in particular branches 7C, 7D, thus substantially matching the shape of said branches 7C, 7D.
  • the caps 15 comprise teeth 16 arranged at a distance from each other, preferably at regular intervals, and adapted to be housed between two consecutive splitting plates 7 when the cap 13 is in its functional position.
  • the teeth 16 thus make it possible to prevent the deformation and in particular the approach of the splitter plates 7 at their front ends 7A, while improving the insulating properties of the caps 13.
  • the insulating means 10 are advantageously integral with the housing 20 of the protection device 1, said housing 20 comprising on the one hand the main electrodes 2, 3 and on the other hand the cut-off device 6.
  • the shape of the inner surface of the housing 20 is adapted, for example at the time of manufacture by molding of the housing 20, to present relief structures capable of forming the insulating means 10.
  • the insulating means 10 and / or the housing 20 may advantageously be made from a rigid material capable of withstanding the temperature of the arc, for example injected plastic having a good temperature resistance, and even more preferably a resin epoxy or ceramic.
  • the insulating means 10 are advantageously formed by one or more strips 17 which are preferably flexible and adhesive. As illustrated in FIG. 5, the strips 17 advantageously cover the front ends 7A of the branches 7C, 7D of the fractionation plates 7, thus forming caps, similarly to the previously described embodiments.
  • the tapes 17 are made of insulating material resistant to temperature, and especially to the temperature of the arc.
  • the tapes 17 are made from a coated glass fabric, on one of its faces, with a thermosetting silicone type adhesive so as to offer excellent thermal and mechanical resistance.
  • the adhesive portion of the ribbons 17 intimately marries the upstream end 6A of the cut-off device 6 in order to fix the ribbons 17 on the latter.
  • the insulating means 10 do not form a physical barrier between the electrodes 2, 3 and the upstream end 6A of the cut-off device 6 but an electrically insulating barrier immaterial.
  • the insulating means 10 are advantageously formed by an electrically insulating coating 18 deposited over substantially the entire surface of the end portion 7E, located towards the front end 7A, of one or more plates of 7.
  • the coating 18 is thus advantageously arranged to come to coat said end portion 7E.
  • the coating 18 makes it possible in particular to significantly increase the distance that the electric arc has to travel to form again outside the cut-off device 6. The presence of the coating 18 therefore has the effect of reducing the probability that the electric arc will be reformed between the main electrodes 2, 3, outside the cut-off device 6.
  • the insulating means 10 are formed by insulating plates 19 arranged on either side of the groove 12 and interposed between two successive fractionating plates 7 so as to extend, towards the outside of the cut-off device 6, beyond the front end 7A of said splitter plates 7.
  • the insulating plates 19 also make it possible to prevent the electric arc from escaping to the outside of the cut-off device 6 by increasing the distance to be traveled by the electric arc to form again outside the cut-off device 6, between the main electrodes 2, 3.
  • the cut-off device 6 comprises, at its downstream end 6B, an insulating screen 30 arranged to cover, at least partially, the downstream end 6B of the cut-off device 6. so as to prevent the electric arc 5 from escaping the cut-off device 6 after having passed through it, for example a first time (FIG. 1).
  • the insulating means 10 have a crucial role insofar as, after passing through the breaking device 6 according to the direction of propagation F, the electric arc 5 "bounces" on the insulating screen 30 , and returns in a direction substantially opposite to the direction of propagation F, towards the upstream end 6A, of the cut-off device 6.
  • the applicant has found that the electric arc 5 goes up preferentially along the branches 7C, 7D of the splitter plates 7 and much more rarely at the central portion 12B of the groove 12.
  • the insulating barrier formed by the insulating means 10 makes it possible to significantly reduce the probability of the electric arc escaping at the upstream end 6A of the breaking device 6, thus preventing the electric arc 5 from reforming between the main electrodes 2, 3.
  • an electric arc 5 is established between the two main electrodes 2, 3, which allows the flow of the lightning to the ground.
  • This electric arc 5 then moves to the cut-off device 6 in which it penetrates at the level of the input zone E, situated substantially in the same plane as the groove 12.
  • the electric arc 5 is then decomposed into a plurality of elementary arcs so as to increase the arc voltage of the current with respect to the mains voltage and to limit the intensity of the current flowing through the protection device.
  • the elementary electric arcs move towards the downstream end 6B of the cut-off device 6 until they meet the insulating screen 30.
  • the protection device 1 therefore has a breaking capacity of the short-circuit current or the following current improved by to the devices of the prior art, and this by limiting the probability that the electric arc, once located inside the cutoff device and decomposed into a plurality of elementary arcs, escapes from the cutoff device to reform on the outside of the latter between the main electrodes.
  • the protection device according to the invention has a breaking capacity multiplied by at least two compared to the devices of the prior art.
  • the invention finds its industrial application in the design, manufacture and use of protection devices against overvoltages, overloads or short circuits.

Abstract

L'invention concerne un dispositif de protection d'une installation électrique comportant au moins deux électrodes entre lesquelles un arc électrique est susceptible de se former, ainsi qu'un dispositif de coupure (6) de l'arc, formé par un assemblage de plaques de fractionnement (7) et s'étendant entre une extrémité amont (6A) et une extrémité aval (6B) et présentant, à son extrémité amont (6A), une zone d'entrée (E) de l'arc, ledit dispositif de coupure (6) comportant des moyens isolants (10), caractérisé en ce que les moyens isolants (10) sont formés par des coiffes (13) agencées de manière à former une barrière isolante partielle entre les électrodes et l'extrémité amont (6A), lesdites coiffes (13) étant pourvues de dents (16) adaptées pour venir se loger entre deux plaques (7) consécutives.

Description

DISPOSITIF DE PROTECTION CONTRE LES SURTENSIONS, LES SURCHARGES OU LES COURTS-CIRCUITS A POUVOIR DE COUPURE AMELIORE
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention se rapporte au domaine technique général des dispositifs de protection d'équipements ou d'installations électriques contre les surtensions, notamment les surtensions transitoires dues à la foudre, les surcharges ou les courts-circuits.
La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif de protection d'une installation électrique contre les surtensions, les surcharges ou les courts-circuits comportant au moins deux électrodes principales entre lesquelles un arc électrique est susceptible de se former, ainsi qu'un dispositif de coupure de l'arc électrique, formé par un assemblage de plaques de fractionnement et s'étendant, en considération du sens de propagation de l'arc électrique, entre une extrémité amont et une extrémité aval et présentant, à son extrémité amont, une zone d'entrée de l'arc, au niveau de laquelle l'arc électrique pénètre à l'intérieur du dispositif de coupure, ledit dispositif de coupure comportant, disposés à son extrémité amont, des moyens isolants anti-retour de l'arc électrique, structurellement conçus et agencés de manière à autoriser l'entrée de l'arc électrique dans le dispositif de coupure tout en formant un obstacle à rencontre de la sortie de l'arc électrique, de façon à éviter que l'arc électrique, une fois situé à l'intérieur du dispositif de coupure, ne s'échappe de ce dernier. TECHNIQUE ANTERIEURE
II existe différentes catégories de dispositifs susceptibles d'interrompre un courant, notamment un courant de fréquence classique (50 Hertz) de forte intensité. On distingue en effet les dispositifs permettant de protéger une installation électrique contre les surcharges ou les courts-circuits, du genre disjoncteurs, et les dispositifs permettant de protéger une installation électrique contre les surtensions, du genre parafoudres ou parasurtenseurs.
De tels dispositifs de protection sont généralement équipés d'un dispositif de coupure du courant (ou chambre de coupure). Dans le cas des disjoncteurs, ce dispositif de coupure est destiné à assurer la coupure des courants de courts-circuits. Dans le cas des parafoudres à éclateur, le dispositif de coupure est destiné à assurer l'extinction des courants de suite.
Le dispositif de coupure est généralement formé par une pluralité de plaques de fractionnement métalliques montées en parallèle de manière à décomposer l'arc électrique en petits arcs élémentaires afin d'augmenter la tension d'arc et d'assurer la coupure du courant. Les dispositifs de coupure connus présentent, intrinsèquement, un pouvoir de coupure prédéterminé correspondant à la valeur maximale du courant qu'ils sont susceptibles d'éteindre.
Ainsi, on constate que lorsque les valeurs d'intensité du courant sont plus importantes que celles préconisées pour un dispositif de coupure donné, l'arc électrique peut, après avoir pénétré dans le dispositif de coupure, s'échapper de ce dernier et se reformer à l'extérieur, par exemple en utilisant le chemin le plus court entre l'une des électrodes principales et l'extrémité des plaques de fractionnement.
Un tel phénomène est particulièrement néfaste au dispositif de protection dans la mesure où il a pour effet d'interrompre la tentative de coupure du courant. En outre, ce phénomène peut se produire plusieurs fois pendant un intervalle de temps assez court. L'arc électrique peut ainsi entrer dans le dispositif de coupure, en sortir puis y entrer à nouveau et ce, jusqu'à ce que l'appareil soit détruit sans être parvenu à interrompre le courant de suite ou de court-circuit.
Pour pallier ces inconvénients, il est connu, lorsque des pouvoirs de coupure supérieurs sont requis, d'augmenter le nombre de plaques de fractionnement, de mettre en série ou en parallèle plusieurs dispositifs de protection ou encore d'avoir recours à des mécanismes complémentaires de coupure physique de l'arc électrique. Toutes ces solutions présentent néanmoins un certain nombre d'inconvénients liés en particulier à leur mise en œuvre souvent difficile, et au fait qu'elles conduisent à une augmentation significative de l'encombrement des dispositifs de protection.
EXPOSE DE L'INVENTION
Les objets assignés à l'invention visent par conséquent à porter remède aux différents inconvénients énumérés précédemment et à proposer un nouveau dispositif de protection d'une installation électrique contre les surtensions, les surcharges ou les courts-circuits dont le pouvoir de coupure du courant est amélioré.
Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de protection d'une installation électrique contre les surtensions, les surcharges ou les courts-circuits dont l'encombrement est limité.
Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de protection d'une installation électrique contre les surtensions, les surcharges ou les courts-circuits dont la structure est particulièrement adaptée au cas des courants de forte intensité.
Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de protection d'une installation électrique contre les surtensions, les surcharges ou les courts-circuits dont la fabrication soit particulièrement simple.
Les objets assignés à l'invention sont atteints à l'aide d'un dispositif de protection d'une installation électrique contre les surtensions, les surcharges ou les courts-circuits comportant au moins deux électrodes principales entre lesquelles un arc électrique est susceptible de se former, ainsi qu'un dispositif de coupure de l'arc électrique, formé par un assemblage de plaques de fractionnement et s'étendant, en considération du sens de propagation de l'arc électrique, entre une extrémité amont et une extrémité aval et présentant, à son extrémité amont, une zone d'entrée de l'arc, au niveau de laquelle l'arc électrique pénètre à l'intérieur du dispositif de coupure, ledit dispositif de coupure comportant, disposés à son extrémité amont, des moyens isolants anti-retour de l'arc électrique, structurellement conçus et agencés de manière à autoriser l'entrée de l'arc électrique dans le dispositif de coupure tout en formant un obstacle à rencontre de la sortie de l'arc électrique, de façon à éviter que l'arc électrique, une fois situé à l'intérieur du dispositif de coupure, ne s'échappe de ce dernier, caractérisé en ce que les moyens isolants sont formés par des coiffes agencées de manière à former une barrière isolante partielle entre les électrodes et l'extrémité amont, lesdites coiffes étant pourvues de dents, disposées à distance les unes des autres et adaptées pour venir se loger entre deux plaques de fractionnement consécutives.
DESCRIPTIF SOMMAIRE DES DESSINS
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront et ressortiront plus en détails à la lecture de la description faite ci-après, en référence aux dessins annexés, donnés à titre purement illustratif et non limitatif, dans lesquels :
- La figure 1 illustre, selon une vue en coupe, un mode de réalisation d'un dispositif de protection contre les surtensions conforme à l'invention.
- La figure 2 illustre, selon une vue de côté, un premier mode de réalisation d'un dispositif de coupure pour le dispositif de protection conforme à l'invention.
- La figure 3 illustre, selon une vue de face, le dispositif de coupure illustré sur la figure 2.
- La figure 4 illustre, selon une vue de dessus, le dispositif de coupure illustré sur la figure 2.
- La figure 5 illustre, selon une vue de face, un autre mode de réalisation d'un dispositif de coupure pour le dispositif de protection conforme à l'invention.
- La figure 6 illustre, selon une vue de côté, un autre mode de réalisation d'un dispositif de coupure pour le dispositif de protection conforme à l'invention.
- La figure 7 illustre, selon une vue de côté, un autre mode de réalisation d'un dispositif de coupure pour le dispositif de protection conforme à l'invention.
MEILLEURE MANIERE DE REALISER L'INVENTION
Le dispositif de protection d'une installation électrique contre les surtensions, les surcharges ou les courts-circuits conforme à l'invention est destiné à protéger un équipement ou une installation électrique. L'expression « installation électrique » fait référence à tout type d'appareil ou réseau susceptible de subir des perturbations de tension, notamment des surtensions transitoires dues à la foudre ou encore des surcharges, notamment des courants de surcharge ou de court-circuit. De tels dispositifs peuvent ainsi consister en des parafoudres ou parasurtenseurs à éclateur pourvus d'un dispositif de coupure du courant de suite ou en des disjoncteurs munis d'un dispositif de coupure du courant de court-circuit.
Dans la suite de la description, on s'intéresse plus particulièrement à un dispositif de protection contre les surtensions du type parafoudre à éclateur, mais la présente invention s'applique bien évidemment aux disjoncteurs.
La figure 1 illustre un dispositif de protection 1 conforme à l'invention avantageusement formé par un parafoudre à éclateur. Le dispositif de protection 1 comprend, avantageusement montés au sein d'un boîtier 20 isolant, au moins une première et une deuxième électrodes 2, 3 pouvant former, tel que cela est illustré sur la figure 1 , les deux électrodes principales du parafoudre à éclateur. Ces deux électrodes 2, 3 sont maintenues à distance l'une de l'autre et séparées par une lamelle 4 en matériau diélectrique qui permet d'améliorer et de mieux contrôler l'amorçage d'un arc électrique 5 entre les électrodes 2, 3. Cette partie dite amont du dispositif constitue ainsi la zone d'amorçage de l'arc électrique 5.
Dans le cas d'un disjoncteur, les électrodes sont formées par deux contacts, par exemple un contact fixe et un contact mobile maintenus en contact physique l'un avec l'autre pour assurer la connexion électrique. Dans ce cas, l'arc électrique se forme entre les deux contacts lorsque le contact mobile s'écarte du contact fixe pour assurer la déconnexion électrique.
Selon l'invention, et tel que cela est illustré sur la figure 1 , le dispositif de protection 1 comporte un dispositif de coupure 6 de l'arc électrique 5. De façon particulièrement avantageuse, le dispositif de coupure 6 est formé par un assemblage de plaques de fractionnement 7 en matériau conducteur de l'électricité, par exemple en métal, disposées en parallèle et à distance les unes par rapport aux autres. Les plaques de fractionnement 7 sont avantageusement maintenues à distance les unes des autres à l'aide de lames de maintien 8 en matériau électriquement isolant.
Selon l'invention, le dispositif de coupure 6 s'étend, en considération du sens de propagation F de l'arc électrique 5, entre une extrémité amont 6A, et une extrémité aval 6B. Tel que cela est illustré sur les figures 3 à 5, le dispositif de coupure 6 présente, à son extrémité amont 6A, une zone d'entrée E de l'arc électrique, au niveau de laquelle l'arc électrique 5 pénètre à l'intérieur du dispositif de coupure 6. Ainsi, avant de pénétrer dans le dispositif de coupure 6, l'arc électrique 5 se propage suivant le sens de propagation F, au sein d'un espace divergeant 9 s'étendant entre la zone d'amorçage de l'arc électrique et le dispositif de coupure 6. L'espace divergent 9 est avantageusement délimité par les électrodes 2, 3 et préférentiellement rempli d'air.
Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le dispositif de coupure 6 comporte, à son extrémité amont 6A, des moyens isolants 10 anti-retour de l'arc électrique 5. Ces moyens isolants 10 sont structurellement conçus et agencés de manière à autoriser l'entrée de l'arc électrique 5 dans le dispositif de coupure 6 tout en formant un obstacle à rencontre de la sortie de l'arc électrique 5 de façon à éviter que l'arc, une fois situé à l'intérieur du dispositif de coupure 6 ne s'échappe, de ce dernier.
Les moyens isolants 6 sont ainsi adaptés pour empêcher l'arc électrique 5 de revenir en arrière, selon une direction opposée à son sens de propagation F normal, de telle sorte qu'une fois décomposé en une pluralité d'arcs élémentaires au sein du dispositif de coupure 6, l'arc électrique 5 ne puisse plus se reformer à l'extérieur du dispositif de coupure 6, notamment dans l'espace divergent 9.
Les moyens isolants 10 anti-retour fonctionnent donc à la manière d'une nasse, et sont construits et disposés relativement aux plaques de fractionnement 7 d'une part et aux électrodes 2, 3 d'autre part, de manière à réduire sensiblement la probabilité que l'arc électrique 5 ne s'échappe du dispositif de coupure 6. La conception du dispositif de protection 1 conforme à l'invention permet donc d'améliorer de façon notable son pouvoir de coupure de coupure du courant de court-circuit.
Les moyens isolants 10 conformes à l'invention doivent en effet répondre à un problème nouveau qui est celui de laisser l'arc électrique 5 pénétrer à l'intérieur du dispositif de protection 6 tout en limitant la probabilité que cet arc ne ressorte et ne se reforme à l'extérieur du dispositif de coupure 6.
Avantageusement, les moyens isolants 10 sont agencés de manière à former une barrière isolante partielle entre les électrodes 2, 3 et l'extrémité amont 6A du dispositif de coupure 6. L'expression « barrière isolante partielle », fait non seulement référence à des barrières physiques en matériau électriquement isolant mais également à des barrières non nécessairement physiques, mais par exemple isolantes sur le plan électrique, aptes à empêcher la formation d'un arc électrique entre les électrodes 2, 3 et l'extrémité amont 6A du dispositif de coupure 6.
Avantageusement, les plaques de fractionnement 7 s'étendent, en considération du sens de propagation F de l'arc électrique 5, entre une extrémité frontale 7A et une extrémité distale 7B. Les extrémités frontale 7A et l'extrémité distale 7B sont situées sensiblement au même niveau que les extrémités amont 6A et aval 6B du dispositif de coupure 6. De façon particulièrement avantageuse, les plaques de fractionnement 7 sont pourvues chacune d'une encoche 11 séparant, au moins partiellement, chaque plaque de fractionnement 7 en deux branches 7C, 7D distinctes. Ainsi, lorsque les plaques de fractionnement 7 sont assemblées de manière à former le dispositif de coupure 6, les encoches 11 forment une rainure 12 dont la forme, par exemple en V, est spécifiquement conçue pour attirer l'arc électrique 5 vers l'intérieur du dispositif de coupure 6. De cette façon, la zone d'entrée E de l'arc électrique 5 coïncide sensiblement avec la rainure 12.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, les moyens isolants 10 sont agencés de manière à refermer physiquement, au moins partiellement, l'extrémité amont 6A du dispositif de coupure 6, formant ainsi une barrière isolante physique entre les électrodes 2, 3 et l'extrémité amont 6A du dispositif de coupure 6.
De façon encore plus préférentielle, les moyens isolants 10 sont agencés de manière à recouvrir, en totalité, l'extrémité amont 6A du dispositif de coupure 6 située autour, par exemple de part et d'autre, de la zone d'entrée E de l'arc électrique 5. Les moyens isolants 10 peuvent ainsi être disposés, tel que cela est illustré sur la figure 3, de part et d'autre de la rainure 12 de manière à venir recouvrir l'extrémité frontale 7A des branches 7C, 7D des plaques de fractionnement 7.
Selon une première variante de réalisation de l'invention, les moyens isolants 10 peuvent être formés par une ou plusieurs bandes rigides (non représentées) disposées par exemple de part et d'autre de la rainure 12 de manière à recouvrir l'extrémité frontale 7A des plaques de fractionnement 7. Les bandes rigides s'étendent alors de préférence suivant un plan sensiblement perpendiculaire au sens de propagation F de l'arc électrique 5, et de façon coplanaire avec le plan formé par les extrémités frontales 7A des plaques de fractionnement 7. Les bandes rigides peuvent avantageusement être perforées d'une pluralité d'orifices afin de permettre la circulation de l'air entre l'espace divergeant 9 et le dispositif de coupure 6.
De façon préférentielle, les bandes rigides viennent, par l'une de leurs faces, en contact avec les extrémités frontales 7A des plaques de fractionnement 7, et préférentiellement en appui étanche sur ces dernières.
De façon encore plus préférentielle, les moyens isolants 10 sont formés par des coiffes 13 agencées de manière à former une barrière isolante partielle entre les électrodes 2,3 et l'extrémité amont 6A disposées de part et d'autre de la rainure 12 et conçues de telle manière que dans leur position fonctionnelle, elles recouvrent l'extrémité frontale 7A d'une ou plusieurs plaques de fractionnement 7.
Avantageusement, les coiffes 13 sont agencées de manière à recouvrir, en totalité, l'extrémité amont 6A du dispositif de coupure 6 située autour de la zone d'entrée E de l'arc.
Tel que cela est illustré sur les figures 3 et 4, les coiffes 13 sont préférentiellement formées par une bande 14 sensiblement allongée, destinée à venir recouvrir l'extrémité frontale 7A de plusieurs plaques de fractionnement 7, et à partir de laquelle s'étend un rebord 15 agencé et orienté de telle manière que lorsque la coiffe 13 est dans sa position fonctionnelle, le rebord 15 vienne naturellement recouvrir le bord supérieur 12A de la rainure 12.
De façon préférentielle, le rebord 15 de la coiffe 13 est adapté pour pénétrer sensiblement à l'intérieur de la rainure 12 lorsque la coiffe 13 est dans sa position fonctionnelle (figure 3). De façon encore plus préférentielle, et tel que cela est illustré sur la figure 3, la coiffe 13 présente une section sensiblement en U de manière à venir enrober l'extrémité des plaques de fractionnement 7, notamment des branches 7C, 7D, épousant ainsi sensiblement la forme desdites branches 7C, 7D.
Selon une variante de réalisation illustrée sur la figure 2, les coiffes 15 comportent des dents 16 disposées à distance les unes des autres, de préférence à intervalles réguliers, et adaptées pour venir se loger entre deux plaques de fractionnement 7 consécutives lorsque la coiffe 13 est dans sa position fonctionnelle. Les dents 16 permettent ainsi d'empêcher la déformation et notamment le rapprochement des plaques de fractionnement 7 au niveau de leurs extrémités frontales 7A, tout en améliorant les propriétés d'isolation des coiffes 13.
Selon une variante de réalisation de l'invention (non représentée aux figures), les moyens isolants 10 sont avantageusement venus de matière avec le boîtier 20 du dispositif de protection 1, ledit boîtier 20 comportant d'une part les électrodes 2, 3 principales et d'autre part le dispositif de coupure 6.
Dans ce cas, la forme de la surface interne du boîtier 20 est adaptée, par exemple au moment de la fabrication par moulage du boîtier 20, pour présenter des structures en relief susceptibles de former les moyens isolants 10.
Les moyens isolants 10 et/ou le boîtier 20 peuvent avantageusement être réalisés à partir d'un matériau rigide susceptible de résister à la température de l'arc, par exemple du plastique injecté ayant une bonne tenue en température, et encore plus préférentiellement une résine époxy ou de la céramique. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, illustré sur la figure 5, les moyens isolants 10 sont avantageusement formés par un ou plusieurs rubans 17 de préférence souples et adhésifs. Tel que cela est illustré sur la figure 5, les rubans 17 viennent avantageusement recouvrir les extrémités frontales 7A des branches 7C, 7D des plaques de fractionnement 7, formant ainsi des coiffes, de façon similaire aux exemples de réalisation précédemment décrit.
Avantageusement, les rubans 17 sont réalisés en matériau isolant résistant à la température, et notamment à la température de l'arc. De façon préférentielle, les rubans 17 sont fabriqués à partir d'un tissu de verre enduit, sur l'une de ses faces, d'un adhésif de type silicone thermodurcissable de manière à offrir une excellente résistance thermique et mécanique.
De façon particulièrement avantageuse, la partie collante des rubans 17 vient épouser, de façon intime, l'extrémité amont 6A du dispositif de coupure 6 en vue de fixer les rubans 17 sur cette dernière.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention illustré sur les figures 6 et 7, les moyens isolants 10 ne forment pas une barrière physique entre les électrodes 2, 3 et l'extrémité amont 6A du dispositif de coupure 6 mais une barrière électriquement isolante immatérielle.
Selon une première variante illustrée sur la figure 6, les moyens isolants 10 sont avantageusement formés par un revêtement 18 électriquement isolant déposé sur sensiblement toute la surface de la portion terminale 7E, située vers l'extrémité frontale 7A, d'une ou plusieurs plaques de fractionnement 7. Le revêtement 18 est ainsi avantageusement disposé de manière à venir enrober ladite portion terminale 7E. Le revêtement 18 permet notamment d'augmenter de façon significative la distance que doit parcourir l'arc électrique pour se reformer à l'extérieur du dispositif de coupure 6. La présence du revêtement 18 a donc pour effet de diminuer la probabilité que l'arc électrique ne se reforme entre les électrodes 2, 3 principales, à l'extérieur du dispositif de coupure 6.
Selon une autre variante de réalisation de l'invention illustrée sur la figure 7, les moyens isolants 10 sont formés par des plaques isolantes 19 disposées de part et d'autre de la rainure 12 et interposés entre deux plaques de fractionnement 7 successives de manière à s'étendre, vers l'extérieur du dispositif de coupure 6, au delà de l'extrémité frontale 7A desdites plaques de fractionnement 7. Les plaques isolantes 19 permettent également d'éviter que l'arc électrique ne s'échappe à l'extérieur du dispositif de coupure 6 en augmentant la distance à parcourir par l'arc électrique pour se reformer à l'extérieur du dispositif de coupure 6, entre les électrodes principales 2, 3.
Selon un mode de réalisation encore plus préférentiel de l'invention, le dispositif de coupure 6 comporte, à son extrémité aval 6B, un écran isolant 30 disposé de manière à recouvrir, au moins partiellement, l'extrémité aval 6B du dispositif de coupure 6 de manière à empêcher l'arc électrique 5 de s'échapper du dispositif de coupure 6 après l'avoir traversé, par exemple une première fois (figure 1).
Dans ce mode de réalisation préférentiel, les moyens isolants 10 ont un rôle crucial dans la mesure où, après avoir traversé le dispositif de coupure 6 selon le sens de propagation F, l'arc électrique 5 vient « rebondir » sur l'écran isolant 30, et repart dans une direction sensiblement opposée au sens de propagation F, en direction de l'extrémité amont 6A, du dispositif de coupure 6. Dans une telle configuration, le demandeur a constaté que l'arc électrique 5 remontait préférentiellement le long des branches 7C, 7D des plaques de fractionnement 7 et beaucoup plus rarement au niveau de la partie centrale 12B de la rainure 12. Dès lors, dans ce mode de réalisation, la barrière isolante formée par les moyens isolants 10, permet de réduire de façon notable la probabilité que l'arc électrique ne s'échappe au niveau de l'extrémité amont 6A du dispositif de coupure 6, empêchant ainsi l'arc électrique 5 de se reformer entre les électrodes principales 2, 3.
Le fonctionnement du dispositif de protection 1 conforme à l'invention va maintenant être décrit en se référant aux figures 1 à 7.
En fonctionnement, lorsqu'une surtension dépassant une valeur seuil prédéterminée se produit, notamment à la suite d'un impact de foudre, un arc électrique 5 s'établit entre les deux électrodes 2, 3 principales, qui permet l'écoulement du courant de foudre à la terre. Cet arc électrique 5 se déplace ensuite jusqu'au dispositif de coupure 6 dans lequel il pénètre au niveau de la zone d'entrée E, située sensiblement dans le même plan que la rainure 12. L'arc électrique 5 est alors décomposé en une pluralité d'arcs élémentaires de manière à augmenter la tension d'arc du courant par rapport à la tension du réseau et à limiter l'intensité du courant écoulé par le dispositif de protection. Les arcs électriques élémentaires se déplacent vers l'extrémité aval 6B du dispositif de coupure 6 jusqu'à ce qu'ils rencontrent l'écran isolant 30. Il se produit alors un phénomène de « rebond », et les arcs électriques élémentaires repartent en sens inverse au sens de propagation F initial de l'arc électrique 5, en direction de l'extrémité amont 6A du dispositif de coupure 6. Selon le mode de fonctionnement le plus probable, les arcs électriques élémentaires se déplacent vers les branches 7C, 7D et plus précisément le long de ces dernières jusqu'à leur extrémité frontale 7A. Ils se trouvent alors emprisonnés par les moyens isolants 10, qui empêchent ainsi la reformation de l'arc électrique 5 à l'extérieur du dispositif de coupure 6.
Le dispositif de protection 1 conforme à l'invention, présente donc un pouvoir de coupure du courant de court-circuit ou du courant de suite amélioré par rapport aux dispositifs de l'art antérieur, et ce en limitant la probabilité que l'arc électrique, une fois situé à l'intérieur du dispositif de coupure et décomposé en une pluralité d'arcs élémentaires, ne s'échappe du dispositif de coupure pour se reformer à l'extérieur de ce dernier entre les électrodes principales.
Grâce à la présence des moyens isolants 10, le dispositif de protection conforme à l'invention présente un pouvoir de coupure multiplié au moins par deux par rapport aux dispositifs de l'art antérieur.
POSSIBILITE D'APPLICATION INDUSTRIELLE
L'invention trouve son application industrielle dans la conception, la fabrication et l'utilisation de dispositifs de protection contre les surtensions, les surcharges ou les courts-circuits.

Claims

REVENDICATIONS
- Dispositif de protection d'une installation électrique contre les surtensions, les surcharges ou les courts-circuits comportant au moins deux électrodes (2, 3) principales entre lesquelles un arc électrique (5) est susceptible de se former, ainsi qu'un dispositif de coupure (6) de l'arc électrique, formé par un assemblage de plaques de fractionnement (7) et s'étendant, en considération du sens de propagation (F) de l'arc électrique (5), entre une extrémité amont (6A) et une extrémité aval (6B) et présentant, à son extrémité amont (6A), une zone d'entrée (E) de l'arc, au niveau de laquelle l'arc électrique (5) pénètre à l'intérieur du dispositif de coupure (6), ledit dispositif de coupure (6) comportant, disposés à son extrémité amont (6A), des moyens isolants (10) anti¬ retour de l'arc électrique (5), structurellement conçus et agencés de manière à autoriser l'entrée de l'arc électrique (5) dans le dispositif de coupure (6) tout en formant un obstacle à rencontre de la sortie de l'arc électrique (5), de façon à éviter que l'arc électrique (5), une fois situé à l'intérieur du dispositif de coupure (6), ne s'échappe de ce dernier, caractérisé en ce que les moyens isolants (10) sont formés par des coiffes (13) agencées de manière à former une barrière isolante partielle entre les électrodes (2, 3) et l'extrémité amont (6A), lesdites coiffes (13) étant pourvues de dents (16), disposées à distance les unes des autres et adaptées pour venir se loger entre deux plaques de fractionnement (7) consécutives.
- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les coiffes (13) sont agencées de manière à recouvrir, en totalité, l'extrémité amont (6A) du dispositif de coupure (6) située autour de la zone d'entrée (E) de l'arc. 3 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'assemblage de plaques de fractionnement (7) s'étend, en considération du sens de propagation (F) de l'arc électrique (5), entre une extrémité frontale (7A) et une extrémité distale (7B), lesdites plaques de fractionnement (7) étant pourvues chacune d'une encoche (11) de manière à former, une fois assemblées, une rainure (12) agencée de manière à attirer l'arc électrique (5) de telle sorte que la zone d'entrée (E) de l'arc coïncide sensiblement avec la rainure (12).
4- Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que les coiffes (13) sont disposées de part et d'autre de la rainure (12) et conçues de telle manière que dans leur position fonctionnelle, elles recouvrent l'extrémité frontale (7A) d'une ou plusieurs plaques de fractionnement (7).
5 - Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que les coiffes (13) sont formées par une bande (14) sensiblement allongée, destinée à venir recouvrir l'extrémité frontale (7A) de plusieurs plaques de fractionnement (7), et à partir de laquelle s'étend un rebord (15), agencé de telle manière que lorsque la coiffe (13) est dans sa position fonctionnelle, ledit rebord (15) vienne naturellement recouvrir le bord supérieur (12A) de la rainure (12).
6 - Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que le rebord (15) de la coiffe (13) est adapté pour pénétrer sensiblement à l'intérieur de la rainure (12) lorsque la coiffe (13) est dans sa position fonctionnelle.
7 - Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6 caractérisé en ce que les coiffes (13) présentent une section sensiblement en U.
8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier (20) en matériau électriquement isolant, au sein duquel sont montés les électrodes (2, 3) principales et le dispositif de coupure (6), et en ce que les moyens isolants (10) sont venus de matière avec le boîtier (20).
- Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que les moyens isolants (10) et le boîtier (20) sont réalisés par moulage à partir d'un matériau du genre plastique injecté, résine époxy ou céramique.
- Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le dispositif de coupure (6) comporte, à son extrémité aval (6B), un écran isolant (30), disposé de manière à recouvrir, au moins partiellement, l'extrémité aval (6B) du dispositif de coupure (6) de manière à empêcher l'arc électrique (5) de s'échapper du dispositif de coupure (6) après l'avoir traversé.
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