CA1201468A - Interrupteur limiteur - Google Patents
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Abstract
DE DIVULGATION Interrupteur limiteur, comprenant deux leviers mobiles (6 7) soumis à l'action de ressorts (22-23) qui appliquent l'une contre l'autre des pastilles de contact séparables placées à leurs extrémités respectives ; un écran mince électriquement isolant (45) placé entre les leviers pour que son bord s'intercale entre les pastilles de contact en maintenant un isolement total entre les leviers lorsque ces derniers s'écartent l'un de l'autre, par suite de la circulation de courants de court-circuit dans l'interrupteur, caractérisé en ce que les extrémités (18, 19) des leviers (6, 7), où sont placées les pastilles de contact (20, 21), sont situées au voisinage immédiat d'une surface isolante (104) du boîtier (2), de façon telle que le trajet de l'arc soit essentiellement tangentiel par rapport au déplacement des contacts mobiles, le mouvement dudit bord vers et contre cette surface isolante provoquant un étranglement de l'arc et isolant complètement l'une de l'autre les deux chambres opposées et étanches que l'écran sépare à l'intérieur du volume interne du boîtier. Figure 1
Description
~nvention ~e rapporte aux ~nterrupteur~ limiteur~ compre-nant; dans un boît~er ~ ~u ~oins un levier mobile ~oumi~ ~
l'action d'un ~r~ane élastiqu2 qui appli~ue l'une contre 19au-tre des pastilles de contact placées aux extrémite respective6 du bras de levier portant le contact ~obile et d'un support de contact grossièrement parallèle audit bras ; un écran isolant ~ince plac~ entre ledit bras de levier et le support pour que ~on bord ~'intercale entre les pastilles de contact, en mainte-nant l'lsolement entre le levier et le ~upport lorsgue ces derniexs 6'écartent l'un de l'autre par ~uite de la circulation de courant6 de court-circuit dans l'interrupteur.
De tels interrupteur~, ~ui sont avantageusement utilisés pour protéger notamment les lignes d'alimentati~n d'appareils con-sommateurs d'électricité de toute nature, par exemp~e en combinaison avec des disjoncteurs, peuvent etre illustr~s par la demande de brevet canadien n 4Q8,4a7 déposée le29.07.~2 par la demanderesse, pour : ~Dispositif automati~ue de limita-tion de courant~ de court-circuit~.
Dans l'interrupteur qui fait l'objet de la demande ~usvisée, des mesures 80nt prises pour que l'arc apparaissant entre les pastilles de contact eituées au voisinage des extrémités ou cornes de deux leviers qui constituent les ~upports des ~on-tacts lorsque ces derniers s'écartent l'un de l~autre ~ous l'effet des forces électro-dynamiques qui apparaissent entre eux, 60it ~tiré radialement par rapport aux axes des levierE, non seulemenS par l'effet de la boucle de ~our~nt ormée par cet arc, mais encore par le ~ouvement rapide du bord de -- 1 ~ . , .
'~
l'écran, qui allonge l'arc afin de le conduire dans une région comprise entre deux chambres d'extinction pourvues d'ailettes de fractionnement dans lesquelles cet arc s'éteindra.
L'étude des performances dlun tel interrupteur connu, à
savvir : son faible temps de coupure, le courant de crête qu'il limite à des valeurs réduites et la faible énergie dissipée, a montré que la technique employée était particulièrement inté-ressante dans une gamme de courants de court-circuit d'intensi-tés comprises entre des valeurs faibles et moyennes, car, dans ces conditions, les effets d'allongement et de refroidissement de l'arc provoqués par 1'écran sont prépondérant. Par contre, si l'on désire conserver ces performances à la yamme des inten-sités plus élevées, avec la technique connue, on constate que la vitesse de séparation des contacts et le gonflement naturel de l'arc provogués par les forces électro-dynamiques sont tels que l'écran n'a pas le temps de produire les effets souhaités ;
on constate notamment lorsque la disjonction est opérée pour ces valeurs élevées d'intensité, qu'une énergie d'arc relative-ment importante est dégagée au moment de la coupure.
L'invention se propose, par suite, d'apporter de façon extrême-ment simple, à un interrupteur~limiteur dont la constitution générale correspond à celle qui est mentionnée ci-dessus, des perfectionnements visant à réduire l'énergie dissipée au cours d'une coupure de courant de court-circuit d'intensité faible à
élevée et à simplifier la structure des chambres d'extinction de façon à diminuer radicalement le volume de llappareil.
l'action d'un ~r~ane élastiqu2 qui appli~ue l'une contre 19au-tre des pastilles de contact placées aux extrémite respective6 du bras de levier portant le contact ~obile et d'un support de contact grossièrement parallèle audit bras ; un écran isolant ~ince plac~ entre ledit bras de levier et le support pour que ~on bord ~'intercale entre les pastilles de contact, en mainte-nant l'lsolement entre le levier et le ~upport lorsgue ces derniexs 6'écartent l'un de l'autre par ~uite de la circulation de courant6 de court-circuit dans l'interrupteur.
De tels interrupteur~, ~ui sont avantageusement utilisés pour protéger notamment les lignes d'alimentati~n d'appareils con-sommateurs d'électricité de toute nature, par exemp~e en combinaison avec des disjoncteurs, peuvent etre illustr~s par la demande de brevet canadien n 4Q8,4a7 déposée le29.07.~2 par la demanderesse, pour : ~Dispositif automati~ue de limita-tion de courant~ de court-circuit~.
Dans l'interrupteur qui fait l'objet de la demande ~usvisée, des mesures 80nt prises pour que l'arc apparaissant entre les pastilles de contact eituées au voisinage des extrémités ou cornes de deux leviers qui constituent les ~upports des ~on-tacts lorsque ces derniers s'écartent l'un de l~autre ~ous l'effet des forces électro-dynamiques qui apparaissent entre eux, 60it ~tiré radialement par rapport aux axes des levierE, non seulemenS par l'effet de la boucle de ~our~nt ormée par cet arc, mais encore par le ~ouvement rapide du bord de -- 1 ~ . , .
'~
l'écran, qui allonge l'arc afin de le conduire dans une région comprise entre deux chambres d'extinction pourvues d'ailettes de fractionnement dans lesquelles cet arc s'éteindra.
L'étude des performances dlun tel interrupteur connu, à
savvir : son faible temps de coupure, le courant de crête qu'il limite à des valeurs réduites et la faible énergie dissipée, a montré que la technique employée était particulièrement inté-ressante dans une gamme de courants de court-circuit d'intensi-tés comprises entre des valeurs faibles et moyennes, car, dans ces conditions, les effets d'allongement et de refroidissement de l'arc provoqués par 1'écran sont prépondérant. Par contre, si l'on désire conserver ces performances à la yamme des inten-sités plus élevées, avec la technique connue, on constate que la vitesse de séparation des contacts et le gonflement naturel de l'arc provogués par les forces électro-dynamiques sont tels que l'écran n'a pas le temps de produire les effets souhaités ;
on constate notamment lorsque la disjonction est opérée pour ces valeurs élevées d'intensité, qu'une énergie d'arc relative-ment importante est dégagée au moment de la coupure.
L'invention se propose, par suite, d'apporter de façon extrême-ment simple, à un interrupteur~limiteur dont la constitution générale correspond à celle qui est mentionnée ci-dessus, des perfectionnements visant à réduire l'énergie dissipée au cours d'une coupure de courant de court-circuit d'intensité faible à
élevée et à simplifier la structure des chambres d'extinction de façon à diminuer radicalement le volume de llappareil.
2 --6~3 Selon l'invention, le but visé est atteint grâce au fait que les extrémités des supports où les pastilles de contact sont placées, se déplacent l'une par rapport à l'autre au voisinage immédiat d'une surface isolante du bo;tier, de préférence, sen-siblement perpendiculaire au plan de déplacement des leviers, de façon telle que le trajet de l'arc soit essentiellement tan-gentiel, le mouvement dudi~ bord vers et contre cette surface isolante provoquant d'abord un cisaillement de l'arc et ensuite un isolement électrique total et étanche entre les deux cham-bres opposées que l'écran sépare à l'intérieur du ~olume inter-ne du bo;tier.
On connaît déjà, par le brevet allemand 1010 618 et par le bre-vet français 1238660, un interrupteur dans lequel un écran iso-lant vient s'intercaler entre deux pastilles de contact portées chacune par un levier, et où un bord de cet écran vient coopé-rer avec une surface isolante pour opérer un laminage de l'arc.
Toutefois, un cisaillement complet de l'arc n'est ni obtenu, ni recherché, l'effet recherché étant un allongement de l'arc principalement dans une direction radiale, effet qui ne peut pas faire augmenter suffisamment rapidement la tension d'arc.
Aucune mesure nlest prévue pour eta~lir un isolement total des volumes amont et aval dans lesquels se trouvent placés les leviers respectifs, de sorte qu'un réamorçage d'arc parasite peut être craint lorsque l'interrupteur s'ouvre au moment où un courant de court-circuit le traverse. Par ailleurs, l'ouverture de cet interrupteur est provoquée par une action mécanique de l'écran sur les leviers et ne résulte pas d'un écartement de ., ~LZtJ~
ces derniers consécutif à l'apparition de courants de court-circuit une métallisation rapide de l'écran par frottement sur un métal fondu, donc une perte de l'isolement, peut en résulter.
D'autres particularités, ainsi que les avantages de l'inven-tion, apparaitront clairement à la lecture de la description ci-après.
Au dessin annexé :
la figure 1 représente un interrupteur limiteur conforme à un mode d'exécution préféré de l'invention, vue en coupe par le plan PP' qui contient les deux leviers de contact ;
la figure 2 est une vue de dessus partielle de cet interrup-teur en coupe par le plan TT' de la figure 1 ;
la figure 3 montre, en élévation, un détail de la figure 1, localisé dans la zone de contact de l'interrupteur ;
la figure 4 représente, en vue de côté et en coupe partielle, un détail de réalisation de la figure 1, localisé dans une région où se déplacent un contact mobile et l'é~ran ;
les figures 5a, 5b, 5c, illustrent, en élévation, diverses formes d'exécution de la surface du bsitier avec laquelle coopère l'extremité supérieure de l'écran ;
~2~
la figure 6 représente, en élévation, une autre forme d'exécu-tion des moyens recevant l'extrémite de l'écran ;
les figures 7, 8 et 10 montrent trois modes de réalisation de moyens d'amortissement des rebonds de 17écran, en fin de cour se, la figure 10 étant une vue de côté partielle coupée par le plan RR' et les figures 7 et 8 des coupes locales par le plan PP' ; et la figure 9 illustre, en vue de côté coupée par le plan RR', un mode de réalisation des moyens de réarmement de l interrup-teur.
La figure 11, illustre la réduction d'encombrement qui peut être obtenue, pour un même calibre d'appareil, avec la présen-te invention.
L'interrupteur limiteur 1 ~figure 1) comprend un boltier iso-lant 2 constitué par exemple par association de deux demi-boî-tiers symétri~ues 3, 4, le long d'un plan de joint PP' qui est celui de la figure.
Une première région interne 5' du boîtier, placée au dessous d'un plan QQ' défini plus loin, contient deux leviers de con-tact 6 et 7, dont les bras 8 et 9 sont grossièrement parallèles entre eux et dont les extrémites inféri~ures 10, 11 sont pivo-tées autour d'axes parallèles respectifs 12, 13. Ces extrémités inférieures sont reliées par des tresses conductrices 14, 15 à
~p~
des bornes de raccordement 16, 17 placées à l'extérieur du boi-tier pour établir des liaisons, d~une part avec une ligne d'alimentation et, d'autre part, avec une charge, éventuelle-ment avec interposition d'un autre appareil de protection tel qu'un disjoncteur.
Les extrémités supérieures 18, lg des leviers sont équipées de pastilles de contact 20, 21 ; celles-ci sont placées directe~
ment à ces extrémités, qui ne présentent donc pas de prolonge-ments ou cornes d'arc tels qu'on peut en rencontrer sur certains appareils de coupure ayant des applications analogues.
Deux ressorts de pression de contact 22, 23, par exemple héli-co;daux, exercent sur les leviers de contact des efforts anta-gonistes, de façon à appliquer les pastilles de contact l'une contre l'autre avec une force convenable.
Cette force doit être suffisante pour conserver entre les pas-tilles une pression telle que tout risque de soudure soit écarté lorsque des courants de l'ordre de 10 à 15 fois le cou-rant nominal de l'interrupteur provo~uent entre les bras des leviers des forces électro-dynamiques de sens opposé à celles des ressorts. De façon avantageuse, ces ressorts exercent leurs actions dans le plan QQ', lequel passe sensiblement par les pastilles de contact.
Entre les ressorts et les pivots sont placées des pièces magné-tisables feuilletées 24, 25 en forme de U, à l'entrée des branches 27, 2g et 26, 28 desquelles sont placés les bras des leviers au repos.
Entre ces branches se trouvent des rainures 30, 31 dans les 4~
quelles les bras des leviers peuvent se déplacer angulairement en direction des fonds 32, 33 des pieces en U. Des contou.rs de matière, tels que 34, 35, appartenant aux demi-boitiers, donnent a ces pièces magnétiques une position stable Dans un plan RR~ perpendiculaire à PP' et passant de façon sensiblement symétrique entre les leviers, est disposé un sys-tème de rainures de guidage 36, 37, 38, (voir aussi la figure 2) dont le trajet passe par les parois opposées parallèles 39, 40 du boîtier et par une cloison 41 perpendiculaire au plan de la figure ; cette cloison, dont la racine 42 rejoint le fond 43 du boîtier, s'élève jusqu'à un bord supérieur 44 placé entre les pivots 12, 13 et les pastilles de contact 20, 21.
Une paroi latérale 45 de cette cloison, éventuellement plus haute que l'autre, peut servir d'appui à l'un des leviers, par exemple au levier 6, pour lui donner une position bien définie en coopération avec une compression du ressort 22 légèrement supérieure à celle de l'autre ressort 23.
Dans le plan RR' est placé un écran isolant mince 49 dont les bords 46, 47, 48 se trouvent engagés avec un faible jeu dans les rainures de guidage 36, 37, 38 Ivoir aussi figure 2).
Dans la position de repos de l'interrupteur, représenté à la figure 1 et a la figure 3, un bord supérieur 59 de l'écran, sen-siblement perpendiculaire au plan PP', est appliqué sur la tranche d'au moins l'une des pastilles de contact par des res-sorts de compression 51, 52 placés dans des logements 53, 54 débouchant en regard du bord inférieur 47 de l'écran (voir L4~i~
aussi la figure 2) ; ces ressorts 51, 52 s'appuient, en sens opposé au bord 50 sur une paroi voisine du fond 43 du boitier ou sur ce dernier (voir la figure 4~.
Chaque demi-boîtier comporte dans une région 5", placée au dessus du plan QQ' une paroi transversale isolante 103, 103' qui s'étend sensiblement parallèlement au plan QQ' et présente une surface 104 dirigee vers l'extrémité des deux leviers ; ces deux parois s'appliquent l'une sur l'autre le long du plan PP~
lorsque les demi-boîtiers 3, ~ sont assemblés.
La surface 104 est placée au voisinage immédiat des extrémités~
18, 19 avec un ]eu suffisant pour ne pas gêner leurs déplace-ments ; elle constitue elle-même le fond d'un couloir 55 dont la largeur, mesurée parallèlement à l'axe des pivots des leviers, est légèrement supérieure a la largeur "e" des pastil-les de contact (voir la figure 4).
Dans un premier mode de réalisation de l'invention, la région 56' de la surface 104 qui est placée en regard du bord supe-rieur S0' de l'écran est continue ; cette région peut être plane ~voir la figure 5a), ou présenter de légères ondulations 56" ~voir la fiyure 5b), ou encore comporter des rainures pris-matiques 56'" ~voir la figure 5c). Les profils des bords supé-rieurs 50', 50", 50"' présentent, dans ~es cas, des formes complémentaires visibles sur ces figures.
Dans un second mode de réalisation, représenté à la figure 6, la surface 104 présente, en regard du bord su~érieur 50 de l'écran, une fente ou encoche 57 jusqu'au fond de laquelle celui-ci pénètre en cours d'ouverture de l'interrupteur. Dans ce dernier cas, cette rainure 57 est avantageusement reliée, soit à des canaux 58, 59 gui débouchent sur ses côtés, soit à un canal 60 qui débouche dans le prolongement de la rainure, soit à une multiplicité de canaux de chacune des deux sortes. Ces canaux communiquent à leur tour avec un circuit de décompres sion comprenant des canaux 61, 62, 63, placé entre les parois 103, 39, 40 et des murs latéraux 64, 65, 66 du boitier, pour déboucher à l'atmosphère par deux évents 67, 68 voisins des bornes. Ces portions de canaux 61, 63 peuvent avantageusement contourner des logements 69, 70 dans lesquels sont guidés les ressorts de pression de contact.
Lors~ue des courants d'intensité relativement importante traversent l'interrupteur, tels que ceux qui se présentent par exemple lorsque la ligne alimente un moteur ayant un démarrage difficile ou apparaissent à l'occasion de court-circuits impédants, les forces électro-dynamiques qui se déve-lo~pent entre les bras des leviers ne sont pas suffisantes pour vaincre les efforts appliqués par les ressorts et les contacts restent fermés.
~orsque, par contre, des courants d'intensité excessive, tels que ceux qui apparaissent brutalement à l'occasion de court-circuits francs~ circulent dans les leviers de contact, les forces électro-dynamiques développées entre ces leviers pro-duisent des efforts de répulsion tels que ceux-ci sont écartés l'un de l'autre. En même temps, apparaissen,t des forces d'attraction provenant de l'interaction entre les courants _ g _ ~L20146~
circulant dans chaque lev;er et des champs induits dans les pièces magnétiques 24, 25 ; ces dernières forces, qui attirent chaque levier dans la fente 30, 31 de chaque pièce magnétique, s'ajoutent aux précédentes pour provoquer une séparation extrê-mement rapide des pastilles de contact.
Dès que les pastilles de contact 20, 21 siécartent, l'écran 49, qui était retenu par au moins l'une d'elles, est propulsé vers le haut de la figure en direction de la surface 104. L'arc électrique qui jaillit entre les pastilles de contact au moment de leur séparation se développe tangentiellement entre ces pastilles en raison de la proximité de la surface 104 qui lui interdit tout déplacement radial.
Le rapprochement très rapide du bord supérieur S0 de l'écran vers la surface 104 contre laquelle il vient s'appliquer, produit, au cours de ce développement, un cisaillement complet de la section de l'arc. L'expérience a montré qu'il, en résulte une augmentation surprenante du gradient de la tension d'arc, de sorte que celui-ci s'éteint très rapidement. Ce phénomène d'extinction rapide d'un arc par cisaillement complet de sa section est expliqué plus complètement dans la demande de brevet français déposée le même jour par la Demanderesse, pour :
"Dispositif interrupteur muni d'un écran isolant s'interpo~
sant entre les contacts lors de la coupure et de moyens de cisaillement de l'arc entre cet écran et une paroi isolante".
La séparation étanche ou l'isolement qui sont partiellement établis entre la moitié amont et la moitié aval de l'interrup-teur, grâce aux chicanes créées par les rainures de guidage 36, ~2~ ~ 4 ~ ~
37, 38, sont complétés par l'arrivée de l'écran contre la surface 104, ce qui évite des réamorçages de l'arc. Cette etan-chéité est encore améliorée par des dispositions représentées aux figures 5a, b, c ou mieux encore, par celle représentée à
la figure 6, où une chicane supplémentaire est établie au niveau du bord supérieur lorsque l'écran pénètrP dans la rainu-re 57.
On voit, à la figure 8, qu'après ouverture de l'interrupteur, le volume de celui-ci est divisé en deux chambres opposées 100, 101 totalement étanches.
On remarquera que l'isolement est également garanti dans la région inférieure de l'interrupteur grâce au fait que, au cours du déplacement de l'écran~ son bord 47 ne quitte pas la rainure 37 dans laquelle il est guidé.
Lorsque l'on adopte le mode de réalisation selon l'une des figures 5a à 5c, les gaz ~ui apparaissent au moment de l'écla-tement de l'arc peuvent être évacués le long du couloir 55, en direction des évents 68, 67 et leur pression est équilibrée grâce à la présence des canaux 61, 62, 63.
Lorsque l'on adopte le mode de réalisation selon la figure 6, les gaz peuvent s'échapper, non seulement par l'un des canaux 58, 59, 60 et rejoindre les évents par les canaux 61, 62, 63 qui contournent des logements de guidage 69, 70 des ressorts 22, 23, mais encore par des échancrures 96, 97 de fourreaux rappor-tés 69, 70 contenant les ressorts et reliant le ~ouloir 55 aux évents 68, 67.
Dans l'appareil tel qu'il est décrit, la vitesse de déplacement de l'écran est suffisante pour éviter une certaine stagnation de l'arc qui risquerait d'endommager les contacts ; elle n'est cependant pas telle que la montée de la tension d'arc soit trop brutale et entraîne la génération d'ondes de choc susceptibles de faire exploser le bo;tier.
La rapidité relativement grande avec laquelle l'écran est propulse vers la surface 104 pourrait faire craindre des rebon-dissements de celui-ci, pouvant entraîner un réamorçage de l'arc, en raison du rétablissement de la continuité d'une atmosphère ionisée, donc conductrice.
Des moyens d'amortissement propres à empêcher de tels rebondis-sements et utilisant par exemple le frottement, sont donc associés à l'écran pour empêcher un mouvement de recul après perc~ssion.
Lorsque l'écran pénètre dans une rainure telle que 57, ces moyens d'amortissement peuvent être placés a l'intérieur de celle-ci ; on voit, à la figure 7, que le bord supérieur 71 de l'écran 72 présente la forme d'un biseau apte à coopérer avec une feuille ou couche élastique 73 dont la forme correspond à
celle du biseau et qui est, si nécessaire, associée à des moyens de pression latéraux 74, 75.
Lorsque l'écran 49 vient buter directement contre la surface 104, les moyens d'amortissement peuvent être disposés dans la cloison 41 pour empêcher un recul possible de l'écran ~voir la figure 6) ; une lame, pince ou fil élastique 76 est disposée au fond de la rainure 37, de façon à présenter au moins une extré-mité 77, mobile contre une face 78 de l'écran 49 lorsque celui-ci est au repos, et à maintenir cet écran en position supérieù
re de travail, par coopération avec son bord inférieur 47.
Dans une variante d'exécution des moyens d'amortissements (voir la figure 10), le bord supérieur 84 de l'écran 85 présente dans son plan la forme d'un trapèze dont les flancs inclinés 86, 87 viennent s'appliquer sur deux parois latérales inclinées 88, 89 du boitier, de façon à provoquer un léger effet de coincement qui maintient l'écran et évite son rebondissement : la partie d'extrémité 90 et les parties latérales 92, 93 de ce bord supé-rieur peuvent avantageusement s'engager dans des encoches 91, 94, 95 pour établir des chicanes, car il est, dans ce cas, difficile de fabriquer deux profils exactement identiques qui soient susceptibles d'opérer un isolement total entre l~s deux parties de l'interrupteur ; il va de soi que des chicanes pourraient également être disposées en regard des flancs incli-nés, comme cela est indiqué en pointilles sur la figure.
Après une ouverture automatique de llinterrupteur, les contacts peuvent, soit, venir s'appuyer élastiquement sur les faces opposées de l'écran, soit être maintenus éloignés de ce dernier par des moyens d'accrochage aptes à retenir les leviers de contact, par exemple à l'aide de ressorts à passage de point mort, ou à l'aide de crochets, non illustrés sur les figures.
Bien que des moyens, manuels ou autres, pour réarmer l'inter-rupteur et/ou l'écran après une ouverture automatique n'aient pas été représentés en détail, il doit etre bien,compris que de tels moyens sont associés au boîtier et à l'écran pour redonner ~- 1J ~
à celui-ci, après une ouverture automatique et la disparition du défaut qui a provogué l'ouverture, une position de repos correspondant à celle représent~e à la figure 1.
Ces moyens, qui doivent naturellement vaincre les frsttements communiqués à l'écran par les moyens d'amortissement, exercent sur cet écran une action verticale dans le sens de la flèche F, pour ramener le bord supérieur de l'écran au-dessous du niveau des pastil].es de contact, les~uelles reprennent alors leur position fermée d'origine ~voir par exemple la figure 9).
La figure 9 représente ~chématiquement comment, à l'aide d'un poussoir plat 80 dispose de façon coulissante dans le plan RR', il est possible de réarmer l'écran 49 en exercant une action verticale de sens F sur son bord supérieur 84 ; ce poussoir présente la forme d'une fourche ayant deux bras 81, 82 afin de dégager la région de contact des pastilles de contact.
Bien que l'invention ait été illustrée à l'aide d'un mode de réalisation préféré comportant deux leviers de contacts mobiles, de très bons résultats sont encore ohtenus lorsque l'un des leviers de contact est remplacé par un support fixe et grossièrement parallèle au levier de contact mobile.
Des résultats d'essais comparatifs ont montré que l'ouverture automatique d'un interrupteur, lors de l'apparition des cou-rants de court-circuits ayant un niveau présumé de 25 k~ sous une tension triphasée de ~20 V, est opérée avec une énergie d'arc trois fois moins élevée que celle observee sur les appa-reils limiteurs actuels comparables.
Par ailleurs des essais effectués sur des interrupteurs selon l'invention pour de bas calibres d'intensité ont montré que la limitation de courants de court-circuit était comparable à
celle obtenue à l'aide de fusibles, voire meilleure.
Il est possible de constater, à l'examen de la figure 11, où
les traits pointillés indiquent les dimensions d'un appareil conforme à l'art antérieur, le gain de volume procuré par la mise en oeuvre des mesures selon l'invention, voir les traits pleins.
On connaît déjà, par le brevet allemand 1010 618 et par le bre-vet français 1238660, un interrupteur dans lequel un écran iso-lant vient s'intercaler entre deux pastilles de contact portées chacune par un levier, et où un bord de cet écran vient coopé-rer avec une surface isolante pour opérer un laminage de l'arc.
Toutefois, un cisaillement complet de l'arc n'est ni obtenu, ni recherché, l'effet recherché étant un allongement de l'arc principalement dans une direction radiale, effet qui ne peut pas faire augmenter suffisamment rapidement la tension d'arc.
Aucune mesure nlest prévue pour eta~lir un isolement total des volumes amont et aval dans lesquels se trouvent placés les leviers respectifs, de sorte qu'un réamorçage d'arc parasite peut être craint lorsque l'interrupteur s'ouvre au moment où un courant de court-circuit le traverse. Par ailleurs, l'ouverture de cet interrupteur est provoquée par une action mécanique de l'écran sur les leviers et ne résulte pas d'un écartement de ., ~LZtJ~
ces derniers consécutif à l'apparition de courants de court-circuit une métallisation rapide de l'écran par frottement sur un métal fondu, donc une perte de l'isolement, peut en résulter.
D'autres particularités, ainsi que les avantages de l'inven-tion, apparaitront clairement à la lecture de la description ci-après.
Au dessin annexé :
la figure 1 représente un interrupteur limiteur conforme à un mode d'exécution préféré de l'invention, vue en coupe par le plan PP' qui contient les deux leviers de contact ;
la figure 2 est une vue de dessus partielle de cet interrup-teur en coupe par le plan TT' de la figure 1 ;
la figure 3 montre, en élévation, un détail de la figure 1, localisé dans la zone de contact de l'interrupteur ;
la figure 4 représente, en vue de côté et en coupe partielle, un détail de réalisation de la figure 1, localisé dans une région où se déplacent un contact mobile et l'é~ran ;
les figures 5a, 5b, 5c, illustrent, en élévation, diverses formes d'exécution de la surface du bsitier avec laquelle coopère l'extremité supérieure de l'écran ;
~2~
la figure 6 représente, en élévation, une autre forme d'exécu-tion des moyens recevant l'extrémite de l'écran ;
les figures 7, 8 et 10 montrent trois modes de réalisation de moyens d'amortissement des rebonds de 17écran, en fin de cour se, la figure 10 étant une vue de côté partielle coupée par le plan RR' et les figures 7 et 8 des coupes locales par le plan PP' ; et la figure 9 illustre, en vue de côté coupée par le plan RR', un mode de réalisation des moyens de réarmement de l interrup-teur.
La figure 11, illustre la réduction d'encombrement qui peut être obtenue, pour un même calibre d'appareil, avec la présen-te invention.
L'interrupteur limiteur 1 ~figure 1) comprend un boltier iso-lant 2 constitué par exemple par association de deux demi-boî-tiers symétri~ues 3, 4, le long d'un plan de joint PP' qui est celui de la figure.
Une première région interne 5' du boîtier, placée au dessous d'un plan QQ' défini plus loin, contient deux leviers de con-tact 6 et 7, dont les bras 8 et 9 sont grossièrement parallèles entre eux et dont les extrémites inféri~ures 10, 11 sont pivo-tées autour d'axes parallèles respectifs 12, 13. Ces extrémités inférieures sont reliées par des tresses conductrices 14, 15 à
~p~
des bornes de raccordement 16, 17 placées à l'extérieur du boi-tier pour établir des liaisons, d~une part avec une ligne d'alimentation et, d'autre part, avec une charge, éventuelle-ment avec interposition d'un autre appareil de protection tel qu'un disjoncteur.
Les extrémités supérieures 18, lg des leviers sont équipées de pastilles de contact 20, 21 ; celles-ci sont placées directe~
ment à ces extrémités, qui ne présentent donc pas de prolonge-ments ou cornes d'arc tels qu'on peut en rencontrer sur certains appareils de coupure ayant des applications analogues.
Deux ressorts de pression de contact 22, 23, par exemple héli-co;daux, exercent sur les leviers de contact des efforts anta-gonistes, de façon à appliquer les pastilles de contact l'une contre l'autre avec une force convenable.
Cette force doit être suffisante pour conserver entre les pas-tilles une pression telle que tout risque de soudure soit écarté lorsque des courants de l'ordre de 10 à 15 fois le cou-rant nominal de l'interrupteur provo~uent entre les bras des leviers des forces électro-dynamiques de sens opposé à celles des ressorts. De façon avantageuse, ces ressorts exercent leurs actions dans le plan QQ', lequel passe sensiblement par les pastilles de contact.
Entre les ressorts et les pivots sont placées des pièces magné-tisables feuilletées 24, 25 en forme de U, à l'entrée des branches 27, 2g et 26, 28 desquelles sont placés les bras des leviers au repos.
Entre ces branches se trouvent des rainures 30, 31 dans les 4~
quelles les bras des leviers peuvent se déplacer angulairement en direction des fonds 32, 33 des pieces en U. Des contou.rs de matière, tels que 34, 35, appartenant aux demi-boitiers, donnent a ces pièces magnétiques une position stable Dans un plan RR~ perpendiculaire à PP' et passant de façon sensiblement symétrique entre les leviers, est disposé un sys-tème de rainures de guidage 36, 37, 38, (voir aussi la figure 2) dont le trajet passe par les parois opposées parallèles 39, 40 du boîtier et par une cloison 41 perpendiculaire au plan de la figure ; cette cloison, dont la racine 42 rejoint le fond 43 du boîtier, s'élève jusqu'à un bord supérieur 44 placé entre les pivots 12, 13 et les pastilles de contact 20, 21.
Une paroi latérale 45 de cette cloison, éventuellement plus haute que l'autre, peut servir d'appui à l'un des leviers, par exemple au levier 6, pour lui donner une position bien définie en coopération avec une compression du ressort 22 légèrement supérieure à celle de l'autre ressort 23.
Dans le plan RR' est placé un écran isolant mince 49 dont les bords 46, 47, 48 se trouvent engagés avec un faible jeu dans les rainures de guidage 36, 37, 38 Ivoir aussi figure 2).
Dans la position de repos de l'interrupteur, représenté à la figure 1 et a la figure 3, un bord supérieur 59 de l'écran, sen-siblement perpendiculaire au plan PP', est appliqué sur la tranche d'au moins l'une des pastilles de contact par des res-sorts de compression 51, 52 placés dans des logements 53, 54 débouchant en regard du bord inférieur 47 de l'écran (voir L4~i~
aussi la figure 2) ; ces ressorts 51, 52 s'appuient, en sens opposé au bord 50 sur une paroi voisine du fond 43 du boitier ou sur ce dernier (voir la figure 4~.
Chaque demi-boîtier comporte dans une région 5", placée au dessus du plan QQ' une paroi transversale isolante 103, 103' qui s'étend sensiblement parallèlement au plan QQ' et présente une surface 104 dirigee vers l'extrémité des deux leviers ; ces deux parois s'appliquent l'une sur l'autre le long du plan PP~
lorsque les demi-boîtiers 3, ~ sont assemblés.
La surface 104 est placée au voisinage immédiat des extrémités~
18, 19 avec un ]eu suffisant pour ne pas gêner leurs déplace-ments ; elle constitue elle-même le fond d'un couloir 55 dont la largeur, mesurée parallèlement à l'axe des pivots des leviers, est légèrement supérieure a la largeur "e" des pastil-les de contact (voir la figure 4).
Dans un premier mode de réalisation de l'invention, la région 56' de la surface 104 qui est placée en regard du bord supe-rieur S0' de l'écran est continue ; cette région peut être plane ~voir la figure 5a), ou présenter de légères ondulations 56" ~voir la fiyure 5b), ou encore comporter des rainures pris-matiques 56'" ~voir la figure 5c). Les profils des bords supé-rieurs 50', 50", 50"' présentent, dans ~es cas, des formes complémentaires visibles sur ces figures.
Dans un second mode de réalisation, représenté à la figure 6, la surface 104 présente, en regard du bord su~érieur 50 de l'écran, une fente ou encoche 57 jusqu'au fond de laquelle celui-ci pénètre en cours d'ouverture de l'interrupteur. Dans ce dernier cas, cette rainure 57 est avantageusement reliée, soit à des canaux 58, 59 gui débouchent sur ses côtés, soit à un canal 60 qui débouche dans le prolongement de la rainure, soit à une multiplicité de canaux de chacune des deux sortes. Ces canaux communiquent à leur tour avec un circuit de décompres sion comprenant des canaux 61, 62, 63, placé entre les parois 103, 39, 40 et des murs latéraux 64, 65, 66 du boitier, pour déboucher à l'atmosphère par deux évents 67, 68 voisins des bornes. Ces portions de canaux 61, 63 peuvent avantageusement contourner des logements 69, 70 dans lesquels sont guidés les ressorts de pression de contact.
Lors~ue des courants d'intensité relativement importante traversent l'interrupteur, tels que ceux qui se présentent par exemple lorsque la ligne alimente un moteur ayant un démarrage difficile ou apparaissent à l'occasion de court-circuits impédants, les forces électro-dynamiques qui se déve-lo~pent entre les bras des leviers ne sont pas suffisantes pour vaincre les efforts appliqués par les ressorts et les contacts restent fermés.
~orsque, par contre, des courants d'intensité excessive, tels que ceux qui apparaissent brutalement à l'occasion de court-circuits francs~ circulent dans les leviers de contact, les forces électro-dynamiques développées entre ces leviers pro-duisent des efforts de répulsion tels que ceux-ci sont écartés l'un de l'autre. En même temps, apparaissen,t des forces d'attraction provenant de l'interaction entre les courants _ g _ ~L20146~
circulant dans chaque lev;er et des champs induits dans les pièces magnétiques 24, 25 ; ces dernières forces, qui attirent chaque levier dans la fente 30, 31 de chaque pièce magnétique, s'ajoutent aux précédentes pour provoquer une séparation extrê-mement rapide des pastilles de contact.
Dès que les pastilles de contact 20, 21 siécartent, l'écran 49, qui était retenu par au moins l'une d'elles, est propulsé vers le haut de la figure en direction de la surface 104. L'arc électrique qui jaillit entre les pastilles de contact au moment de leur séparation se développe tangentiellement entre ces pastilles en raison de la proximité de la surface 104 qui lui interdit tout déplacement radial.
Le rapprochement très rapide du bord supérieur S0 de l'écran vers la surface 104 contre laquelle il vient s'appliquer, produit, au cours de ce développement, un cisaillement complet de la section de l'arc. L'expérience a montré qu'il, en résulte une augmentation surprenante du gradient de la tension d'arc, de sorte que celui-ci s'éteint très rapidement. Ce phénomène d'extinction rapide d'un arc par cisaillement complet de sa section est expliqué plus complètement dans la demande de brevet français déposée le même jour par la Demanderesse, pour :
"Dispositif interrupteur muni d'un écran isolant s'interpo~
sant entre les contacts lors de la coupure et de moyens de cisaillement de l'arc entre cet écran et une paroi isolante".
La séparation étanche ou l'isolement qui sont partiellement établis entre la moitié amont et la moitié aval de l'interrup-teur, grâce aux chicanes créées par les rainures de guidage 36, ~2~ ~ 4 ~ ~
37, 38, sont complétés par l'arrivée de l'écran contre la surface 104, ce qui évite des réamorçages de l'arc. Cette etan-chéité est encore améliorée par des dispositions représentées aux figures 5a, b, c ou mieux encore, par celle représentée à
la figure 6, où une chicane supplémentaire est établie au niveau du bord supérieur lorsque l'écran pénètrP dans la rainu-re 57.
On voit, à la figure 8, qu'après ouverture de l'interrupteur, le volume de celui-ci est divisé en deux chambres opposées 100, 101 totalement étanches.
On remarquera que l'isolement est également garanti dans la région inférieure de l'interrupteur grâce au fait que, au cours du déplacement de l'écran~ son bord 47 ne quitte pas la rainure 37 dans laquelle il est guidé.
Lorsque l'on adopte le mode de réalisation selon l'une des figures 5a à 5c, les gaz ~ui apparaissent au moment de l'écla-tement de l'arc peuvent être évacués le long du couloir 55, en direction des évents 68, 67 et leur pression est équilibrée grâce à la présence des canaux 61, 62, 63.
Lorsque l'on adopte le mode de réalisation selon la figure 6, les gaz peuvent s'échapper, non seulement par l'un des canaux 58, 59, 60 et rejoindre les évents par les canaux 61, 62, 63 qui contournent des logements de guidage 69, 70 des ressorts 22, 23, mais encore par des échancrures 96, 97 de fourreaux rappor-tés 69, 70 contenant les ressorts et reliant le ~ouloir 55 aux évents 68, 67.
Dans l'appareil tel qu'il est décrit, la vitesse de déplacement de l'écran est suffisante pour éviter une certaine stagnation de l'arc qui risquerait d'endommager les contacts ; elle n'est cependant pas telle que la montée de la tension d'arc soit trop brutale et entraîne la génération d'ondes de choc susceptibles de faire exploser le bo;tier.
La rapidité relativement grande avec laquelle l'écran est propulse vers la surface 104 pourrait faire craindre des rebon-dissements de celui-ci, pouvant entraîner un réamorçage de l'arc, en raison du rétablissement de la continuité d'une atmosphère ionisée, donc conductrice.
Des moyens d'amortissement propres à empêcher de tels rebondis-sements et utilisant par exemple le frottement, sont donc associés à l'écran pour empêcher un mouvement de recul après perc~ssion.
Lorsque l'écran pénètre dans une rainure telle que 57, ces moyens d'amortissement peuvent être placés a l'intérieur de celle-ci ; on voit, à la figure 7, que le bord supérieur 71 de l'écran 72 présente la forme d'un biseau apte à coopérer avec une feuille ou couche élastique 73 dont la forme correspond à
celle du biseau et qui est, si nécessaire, associée à des moyens de pression latéraux 74, 75.
Lorsque l'écran 49 vient buter directement contre la surface 104, les moyens d'amortissement peuvent être disposés dans la cloison 41 pour empêcher un recul possible de l'écran ~voir la figure 6) ; une lame, pince ou fil élastique 76 est disposée au fond de la rainure 37, de façon à présenter au moins une extré-mité 77, mobile contre une face 78 de l'écran 49 lorsque celui-ci est au repos, et à maintenir cet écran en position supérieù
re de travail, par coopération avec son bord inférieur 47.
Dans une variante d'exécution des moyens d'amortissements (voir la figure 10), le bord supérieur 84 de l'écran 85 présente dans son plan la forme d'un trapèze dont les flancs inclinés 86, 87 viennent s'appliquer sur deux parois latérales inclinées 88, 89 du boitier, de façon à provoquer un léger effet de coincement qui maintient l'écran et évite son rebondissement : la partie d'extrémité 90 et les parties latérales 92, 93 de ce bord supé-rieur peuvent avantageusement s'engager dans des encoches 91, 94, 95 pour établir des chicanes, car il est, dans ce cas, difficile de fabriquer deux profils exactement identiques qui soient susceptibles d'opérer un isolement total entre l~s deux parties de l'interrupteur ; il va de soi que des chicanes pourraient également être disposées en regard des flancs incli-nés, comme cela est indiqué en pointilles sur la figure.
Après une ouverture automatique de llinterrupteur, les contacts peuvent, soit, venir s'appuyer élastiquement sur les faces opposées de l'écran, soit être maintenus éloignés de ce dernier par des moyens d'accrochage aptes à retenir les leviers de contact, par exemple à l'aide de ressorts à passage de point mort, ou à l'aide de crochets, non illustrés sur les figures.
Bien que des moyens, manuels ou autres, pour réarmer l'inter-rupteur et/ou l'écran après une ouverture automatique n'aient pas été représentés en détail, il doit etre bien,compris que de tels moyens sont associés au boîtier et à l'écran pour redonner ~- 1J ~
à celui-ci, après une ouverture automatique et la disparition du défaut qui a provogué l'ouverture, une position de repos correspondant à celle représent~e à la figure 1.
Ces moyens, qui doivent naturellement vaincre les frsttements communiqués à l'écran par les moyens d'amortissement, exercent sur cet écran une action verticale dans le sens de la flèche F, pour ramener le bord supérieur de l'écran au-dessous du niveau des pastil].es de contact, les~uelles reprennent alors leur position fermée d'origine ~voir par exemple la figure 9).
La figure 9 représente ~chématiquement comment, à l'aide d'un poussoir plat 80 dispose de façon coulissante dans le plan RR', il est possible de réarmer l'écran 49 en exercant une action verticale de sens F sur son bord supérieur 84 ; ce poussoir présente la forme d'une fourche ayant deux bras 81, 82 afin de dégager la région de contact des pastilles de contact.
Bien que l'invention ait été illustrée à l'aide d'un mode de réalisation préféré comportant deux leviers de contacts mobiles, de très bons résultats sont encore ohtenus lorsque l'un des leviers de contact est remplacé par un support fixe et grossièrement parallèle au levier de contact mobile.
Des résultats d'essais comparatifs ont montré que l'ouverture automatique d'un interrupteur, lors de l'apparition des cou-rants de court-circuits ayant un niveau présumé de 25 k~ sous une tension triphasée de ~20 V, est opérée avec une énergie d'arc trois fois moins élevée que celle observee sur les appa-reils limiteurs actuels comparables.
Par ailleurs des essais effectués sur des interrupteurs selon l'invention pour de bas calibres d'intensité ont montré que la limitation de courants de court-circuit était comparable à
celle obtenue à l'aide de fusibles, voire meilleure.
Il est possible de constater, à l'examen de la figure 11, où
les traits pointillés indiquent les dimensions d'un appareil conforme à l'art antérieur, le gain de volume procuré par la mise en oeuvre des mesures selon l'invention, voir les traits pleins.
Claims (10)
1. Interrupteur limiteur, comprenant, dans un boîtier : au moins un levier mobile soumis à l'action d'un organe élastique qui applique l'une contre l'autre des pastilles de contact séparables placées aux extrémités respectives du bras de levier portant le contact mobile et d'un support de contact grossière-ment parallèle audit bras ; un écran mince électriquement isolant qui est placé entre le bras de levier et le support pour que son bord s'intercale entre les pastilles de contact, en maintenant l'isolement entre le levier et le support, lors-que ces derniers s'écartent l'un de l'autre par suite de la circulation de courants de court-circuit dans l'interrupteur, caractérisé en ce que les extrémités (18, 19) des supports de contact (7, 6), où sont placées les pastilles de contact (20, 21), sont situées au voisinage immédiat d'une surface isolante (104) du boîtier (2), de façon telle que le trajet de l'arc soit essentiellement tangentiel par rapport au déplacement du contact mobile, le mouvement dudit bord (50, 84) vers et contre cette surface isolante provoquant d'abord un cisaillement de l'arc et établissant ensuite un isolement électrique total et étanche entre les deux chambres opposées (100, 101) que l'écran sépare à l'intérieur du volume interne du boîtier.
2. Interrupteur limiteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'écartement des supports conducteurs des contacts (7-6) est provoqué par une action électro-dynamique de répulsion qui se manifeste lors d'un court-circuit et que l'écran, normalement retenu en amont des contacts, est propulsé
entre les pastilles de contact dès que celles-ci ont commencé à
s'écarter.
entre les pastilles de contact dès que celles-ci ont commencé à
s'écarter.
3. Interrupteur limiteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite surface isolante (104) est gros-sièrement située dans un plan sensiblement perpendiculaire à
celui qui contient les supports des contacts.
celui qui contient les supports des contacts.
4. Interrupteur limiteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ou les contacts mobiles se déplacent avec un faible jeu dans un couloir tangentiel (55) dont le fond est constitué par ladite paroi, tandis que l'écran (49) est guidé avec un faible jeu dans des rainures (36, 38) ménagées dans les faces du boîtier parallèles au plan des supports de contact.
5. Interrupteur limiteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite surface isolante présente des ondulations (56", figure 5b) ou des rainures prismatiques (56''', figure 5c) et que la surface en regard du bord de l'écran (49) a une forme complémentaire.
6. Interrupteur limiteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite surface isolante présente une fente ou encoche (57, figure 6) jusqu'au fond de laquelle pénè-tre le bord de l'écran (49), des canaux d'évacuation de l'air aboutissant à cette rainure ou encoche.
7. Interrupteur limiteur selon la revendication 1, caractérisé par des moyens d'amortissement propres à empêcher le rebondissement de l'écran (49) sur ladite surface isolante (104).
8. Interrupteur limiteur selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce que lesdits moyens d'amortissement compren-nent une forme en biseau (71) donnée au bord de l'écran et une couche élastique de forme complémentaire (73) garnissant ladite fente ou encoche (57).
9. Interrupteur limiteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens d'amortissement compren-nent un organe élastique (76) coopérant avec le bord de l'écran opposé à celui qui vient en contact avec ladite surface isolan-te (104).
10. Interrupteur limiteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens d'amortissement compren-nent un agencement du bord (85, 86, 87) de l'écran (49) de la portion en regard (88-89) de la surface isolante tel qu'il se produise un effet de coincement.
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|---|---|---|---|
| FR8301750 | 1983-02-04 | ||
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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