EP4341971B1 - Module de coupure electrique equipe d'un dispositif de soufflage magnetique et appareil de coupure electrique comportant un tel module - Google Patents

Module de coupure electrique equipe d'un dispositif de soufflage magnetique et appareil de coupure electrique comportant un tel module Download PDF

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EP4341971B1
EP4341971B1 EP22728556.6A EP22728556A EP4341971B1 EP 4341971 B1 EP4341971 B1 EP 4341971B1 EP 22728556 A EP22728556 A EP 22728556A EP 4341971 B1 EP4341971 B1 EP 4341971B1
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EP
European Patent Office
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quenching
module
deflector
magnetic
cut
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EP22728556.6A
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EP4341971C0 (fr
EP4341971A1 (fr
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Arthur HABERER
Jérôme Hertzog
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Socomec SA
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Socomec SA
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to an electrical cut-off module equipped with a magnetic blowing device, said cut-off module comprising a non-magnetic and electrically insulating housing, in which are housed at least one fixed contact and one movable contact, said movable contact being arranged to move relative to said fixed contact between a closed position and an open position and vice versa on a trajectory defining a cut-off plane, said fixed contact and said movable contact defining between them a cut-off zone extending in said cut-off plane, in which an electric arc extends at its origin in particular when opening the electric circuit, said cut-off module comprising at least one cut-off chamber delimited by the inner walls of said housing and comprising said cut-off zone for managing said electric arc with a view to cutting the current, and said magnetic blowing device comprising at least one magnetic field source arranged in said cut-off chamber opposite said cut-off zone.
  • the invention also relates to an electrical cut-off device comprising at least one control module and said electrical cut-off module defined above.
  • Magnetic arc blowing is a principle commonly used in cutting technologies to manage the electric arc that arises in particular when opening an electrical circuit, in order to achieve a gain in cutting performance and to preserve the integrity of the fixed and moving contacts of the cutting module.
  • the magnetic field which can be generated by any type of field source magnetic, allows the electric arc to be moved from its inception and to be stretched rapidly to accelerate its cooling until it is extinguished.
  • the cooling of the arc plasma has the effect of increasing its impedance, which allows the arc voltage to be increased during the cut-off.
  • the cut-off of a direct current (DC) implies that the cut-off module generates more voltage than the voltage of the network to be cut. This is the reason why the magnetic blow-out principle applies particularly well to the cut-off of the DC current.
  • a high voltage of the electric arc is also interesting for the cut-off of an alternating current (AC) since it allows a limitation of the current during the cut-off, having the effect of reducing the damage due to the arc, or even of reducing the time of the electric arc by a limiting effect. Consequently, the principle of magnetic blow-out of the arc is just as interesting for DC currents as for AC currents.
  • AC alternating current
  • the publication FR 3 006 101 A1 of the applicant proposes an electrical cut-off module equipped with a non-polarized magnetic blowing device, which has the advantage of operating independently of the direction of the current in said cut-off module.
  • the magnetic blowing device comprises for this purpose a magnetic field source, such as a permanent magnet arranged in such a way that the cut-off response is unchanged regardless of the direction of the current.
  • the arrangement of the magnet opposite the cut-off zone allows significant blowing of the electric arc.
  • the magnetic blowing results in an elongation of the electric arc and an arc column which licks the insulating inner walls of the housing.
  • the publication EP 2 980 821 A1 proposes an unsatisfactory magnetic blowing solution for several reasons.
  • the single central magnet is far from the area of cutting, which causes a large loss of magnetic field in the cutting zone and makes magnetic blowing difficult.
  • the magnetic arms that extend the central magnet generate a concentration and deformation of the magnetic field, which is counterproductive for arc blowing.
  • the electromotive force induced by the magnetic field on the electric arc is not oriented towards the arms, but perpendicular to them, also counterproductive for arc blowing.
  • the magnetic arms leave a large volume of air around the cutting zone, allowing the electric arc to go back and reform or re-snap between the fixed and moving contacts, which is dangerous for equipment and people.
  • the present invention aims to improve the magnetic blowing device described among other things in the applicant's publication by proposing a solution which makes it possible to further accelerate the cooling of the arc plasma, with a view to generating even more arc voltage when the current is interrupted, while retaining a non-polarized cut-off solution, which can easily adapt to different configurations of electrical cut-off devices, and making it possible to choose less efficient and therefore less expensive magnets.
  • the invention relates to an electrical cut-off module according to claim 1.
  • Said magnetic blowing device comprises furthermore at least one non-magnetic and electrically insulating deflector, arranged in said extinguishing chamber to form a physical obstacle on the path of the electric arc when it is magnetically blown, and to occupy the majority of the space existing between said cutting zone and said housing, so as to create in the narrow gap remaining between the insulating walls of said deflector and those of said housing, at least one arc confinement zone in which said electric arc, when it is magnetically blown, is deflected and constrained to promote its cooling and extinction.
  • the addition of the non-magnetic deflector in the arc chamber has the effect of immediately deflecting the path of the arc plasma in the direction of the induced electromagnetic force, of stretching the blown arc as far as possible from the cutting zone to avoid its re-ignition, and of constraining it in a narrow gap between insulating walls to promote its cooling and accelerate its extinction.
  • said extinguishing chamber can extend on either side of said extinguishing plane symmetrically or not, and said deflector can also extend on either side of said extinguishing plane symmetrically or not, to define at least two arc confinement zones in opposition with respect to said extinguishing plane.
  • said at least one magnetic field source is oriented to generate at least one magnetic excitation vector substantially parallel to said cut-off plane so that the induced electromagnetic force moves and stretches said electric arc in a direction substantially perpendicular to said cut-off plane towards the housing and in said at least one arc confinement zone.
  • said deflector may be movable and secured to said movable contact, or fixed and secured to said housing.
  • said deflector is made up of a plurality of fins or plates spaced apart from each other and oriented substantially perpendicular to said cutting plane, or it is made up of a solid or perforated single-piece part.
  • said deflector may have a C-shaped section, substantially symmetrical with respect to the cutting plane, comprising two ears separated by a central opening arranged to free a passage for the relative movement of said movable contact or said fixed contact depending on whether said deflector is fixed or movable.
  • Said magnetic blowing device may further comprise at least one frame arranged to channel the magnetic flux induced by said at least one magnetic field source, this frame being able to be integrated or not into the housing and arranged around at least said magnetic field source and said deflector.
  • said at least one field source may be static and integral with said housing, or mobile and integral with said mobile contact.
  • said mobile contact may be mobile in rotation about said central axis or in translation parallel to said cut-off plane.
  • the electrical cut-off module comprises two fixed contacts symmetrical with respect to a central axis or a median plane of said housing, and a movable contact common to the two fixed contacts defining two symmetrical cut-off zones, then it advantageously comprises two symmetrical cut-off chambers, and at least two non-magnetic and electrically insulating deflectors, each arranged in one of the cut-off chambers.
  • the electrical cut-off device 1 may be indifferently a switch, a switch-disconnector, a contactor, a commutator, a reversing switch, a circuit breaker, or any other similar cut-off device. It is intended to be fixed on a standardized rail (DIN), a plate, or any suitable mounting bracket. It may be intended to cut off a low voltage direct current (i.e. less than 1500V), such as for example in photovoltaic or similar applications, or a medium voltage direct current, such as for example 2000V or 3000V for particular applications, without these values and examples being limiting. It may also be intended to cut off an alternating current in all types of industrial, tertiary and domestic applications, regardless of the nominal supply voltage.
  • a low voltage direct current i.e. less than 1500V
  • a medium voltage direct current such as for example 2000V or 3000V for particular applications
  • the electrical cut-off device 1 may be based on a modular architecture or not. If the device is modular, then it can control with a single control module 2, one or more cut-off modules 3, 3', for example one to eight cut-off modules, without this number being limiting.
  • the control module 2 is not part of the invention and will not be described. Only the cut-off module 3 is part of the invention and will be described in detail, it being specified that it can be an integral part of said electrical cut-off device when the latter is not modular.
  • the term "module" must therefore not be interpreted in a restrictive sense.
  • Each cut-off module 3, 3' forms a cut-off pole, which can be either a single cut-off pole comprising a fixed contact CF and a movable contact CM, or a double cut-off pole comprising two fixed contacts CF and a common movable contact CM.
  • the movable contact CM is arranged to move relative to the fixed contact(s) CF between a closed position and an open position and vice versa on a trajectory defining a cut-off plane P.
  • the relative movement of the movable contact CM can be either rotary or linear.
  • the fixed contacts CF and movable contacts CM can be either sliding electrical contacts, pressure electrical contacts, or any other type of compatible electrical contacts.
  • the electrical cut-off device 1 also subsequently called cut-off device 1 or device 1, according to the invention and as illustrated in figure 1 , has two modules of double cut-off 3, and a manual control module 2 provided with a handle 4. These three modules are superimposed along a central axis A, and held together by complementary interlocking shapes and fixing members (not shown).
  • Each cut-off module 3 can have a defined cut-off capacity, for example equal to 750V, thus making it possible to have, in the example illustrated, a device 1 capable of cutting a voltage of 1500V, without this example being limiting.
  • the cut-off modules 3 are preferably identical and only one cut-off module 3 will be described subsequently.
  • the cut-off module 3 comprises a non-magnetic and electrically insulating housing 5, in which are housed at least two fixed contacts CF and one movable contact CM.
  • the housing 5 is preferably made of two nestable parts 5a, 5b, delimiting between them housings to receive the various components of said cut-off module and simultaneously ensure their positioning, their maintenance and their electrical insulation.
  • the fixed contacts CF are connected to external conductors 6 by screw cages 7, or any other type of suitable connection terminal.
  • the movable contact CM is a rotary contact, embedded on an electrically insulated rotary pin 8.
  • the rotary pin 8 is driven in reciprocating rotation about the central axis A by a snap-action mechanism (not shown) provided in the control module 2.
  • the snap-action mechanism forming part of the control module 2 is also not the subject of the invention and will not be described. Any type of control module 2 and snap-action mechanism can therefore be suitable for the cut-off module 3 which is the subject of the invention.
  • the fixed contacts CF and the movable contact CM define between them respectively two cut-off zones Z, in which an electric arc E extends, in particular when the electric circuit is opened.
  • the electric arc E is represented schematically by a cord in the Figures 5 to 7 and only in the Z-cut zone on the right of the figures.
  • the Z-cut zones are, in the example, shown diametrically opposite. They extend in said cutting plane P, in which the electric arc E is inscribed at its birth.
  • the cut-off module 3 comprises two cut-off chambers 9, which are in particular delimited by the inner walls of the housing 5 and each comprise one of the cut-off zones Z.
  • the cut-off chambers 9 make it possible to manage the electric arc E in order to cut off the current.
  • the cut-off chambers 9 are diametrically opposed with respect to the central axis A and symmetrical with respect to the median plane coincident with the cut-off plane P. This example is not limiting, since asymmetric cut-off chambers can be envisaged, without calling into question either the operation or the non-polarity of the magnetic blow-off devices 10.
  • the cut-off module 3 further comprises a magnetic blowing device 10 for the electric arc E.
  • the magnetic blowing device 10 comprises two static magnetic field sources 11, each arranged near and facing a cut-off zone Z. The fact that each is located facing a cut-off zone Z makes it possible to create a maximum magnetic field directly in the cut-off zone and a quasi-constant magnetic field throughout the cut-off chamber 9 for optimal magnetic blowing of the electric arc E.
  • the magnetic field sources 11 are isolated from said cut-off zone Z by internal walls of the housing 5.
  • each magnetic field source 11 is oriented to generate a magnetic excitation vector M substantially parallel to the cut-off plane P.
  • each magnetic field source 11 moves and stretches the corresponding electric arc E in a direction substantially perpendicular to the cut-off plane P towards the bottom of the parts 5a, 5b of the housing. 5, and this independently in one direction or the other depending on the polarity of the magnetic field source 11 and/or said current.
  • the invention is also suitable for magnetic blowing devices which may have a different architecture, proposing a cut-off as both unpolarized and polarized, and blowing the electric arc towards other walls of the housing 5.
  • the magnetic field source 11 may consist of one or more permanent magnets, or any other equivalent system capable of generating a magnetic excitation vector, such as one or more electrically powered coils.
  • the magnetic field source 11 consists of a permanent magnet, of flat, parallelepipedal shape, without this shape being limiting.
  • the numerical reference 11 will be used indifferently to designate the magnetic field source and the magnet(s). Indeed, it is possible to produce a magnetic field source 11 whose shape is adapted to the architecture of the cut-off module, which may be curved in the case for example of a rotary cut-off device.
  • it may consist of a plurality of parallelepipedal permanent magnets, arranged side by side on a curved line, or of a permanent magnet molded in a curved shape.
  • the characteristics of the permanent magnet, as well as its technical effects on the blowing and stretching of the electric arc are notably described in the publication FR 3 006 101 A1 of the applicant, and will not be detailed in this application.
  • the magnetic blowing device 10 differs from that described in the publication mentioned above, by the presence in said extinguishing chamber 9, of a non-magnetic and electrically insulating deflector 20.
  • This deflector 20 is designed and arranged to occupy, fill or fill the majority of the extinguishing chamber 9, that is to say the space existing between the extinguishing zone Z and the housing 5, and to provide one or more narrow spaces or intervals between the insulating walls of said deflector and those of said housing.
  • the deflector 20 thus forms a completely non-magnetic physical obstacle, interposed on the path of the blown electric arc and reduces to its minimum the volume of air remaining in said extinguishing chamber 9.
  • At least one of the remaining narrow spaces or intervals then constitutes an arc confinement zone 21, in which the electric arc E when it is blown magnetically is deflected and constrained to promote its cooling and extinction.
  • This arc confinement zone 21 is mainly located at a distance and at right angles to or vertically above the cut-off zone Z in the direction of the electromotive force F.
  • figure 7 illustrates the arc confinement zones 21 obtained thanks to the presence of the deflector 20 located mainly between the bottom of the parts 5a, 5b of the housing 5 and the corresponding ends of the ears 22 of the deflector 20.
  • the arc confinement zone(s) 21 may be located elsewhere, between the corresponding side or transverse walls of said deflector 20 and said housing 5.
  • the deflector 20 is movable, and is an integral part of the movable contact CM, and therefore of the rotating pin 8. It has a C-shaped section, symmetrical with respect to the cut-off plane P. It comprises two ears 22 separated by a central opening 23. The central opening 23 frees a passage for the relative movement of the fixed contact CF with respect to the movable contact CM in the cut-off plane P.
  • the deflector 20 comprises a shoulder 24 between the ears 22 and the rotating pin 8, which delimits with the housing 5 a groove for guiding the rotation of said rotating pin 8.
  • the shape of the deflector 20 and that of the means for guiding the rotation of the rotating pin 8 may be different depending on the architecture of the cut-off module 3.
  • the deflector 20 is constituted in this example by a plurality of fins 25, for example five fins 25, without this number being limiting.
  • the fins 25 are oriented perpendicular to the cutting plane P. They are distributed in the cutting zone Z, which extends over an angular sector, in the case of a rotary cutting module.
  • the interval between two consecutive fins 25 is regular, but could be irregular. This exemplary embodiment is therefore not limiting.
  • the inner walls of the housing 5 have a shape substantially complementary to the shape of the deflector 20, for example to that of the ears 22, with a clearance determined to create said arc confinement zones 21.
  • the inner walls of the housing 5 also have a substantially symmetrical geometric shape with respect to the cut-off plane P in the illustrated example, without this example being limiting.
  • the symmetry of the interrupting chambers 9 with respect to said cut-off plane P makes it possible to guarantee equivalent cut-off performances, whatever the polarity of the magnets 11 and the direction of the current, if the magnets are also arranged symmetrically with respect to said cut-off plane P.
  • the same result is possible in the event of non-symmetry of the interrupting chambers 9, if the magnets 11 are also arranged non-symmetrically. In all cases, the non-polarized operation of the magnetic blowing device 10 is guaranteed.
  • the deflector 20 interposed on the path of the blown electric arc E forms a non-magnetic physical obstacle which has the effect of immediately deflecting the path of the plasma of the arc in the direction of the electromotive force F, up to the confinement zone 21 between the end of the ears 22 of the deflector 20 and the housing 5.
  • the gaps existing between the fins 25 of the deflector 20 on the one hand, and between the deflector 20 and the inner walls of the housing 5 on the other hand form unidirectional exhaust columns promoting the expansion of the arc plasma towards the confinement zone 21 and its cooling in contact with the insulating walls of the deflector 20 and the housing 5.
  • the electric arc E is stretched, elongated and clamped between the corresponding insulating walls of the housing 5 and the deflector 20.
  • the electric arc E then cools abruptly.
  • This cooling technique is particularly rapid and very effective.
  • the electrically insulating materials constituting the housing 5 and the deflector 20 are preferably non-magnetic materials which do not produce any effect on the magnetic field generated by the magnets 11 and do not disturb the magnetic blowing of the arc in any way. These materials can further improve the technical effect described above, in particular if they have gas-forming properties.
  • These may be thermoplastic materials, such as Teflon ® or similar, which, upon contact with the electric arc E, release hydrogen particles, which will mix with the arc plasma and accelerate its cooling.
  • This new cutting principle allows a gain in cutting performance because it allows a high arc voltage to be achieved. It also allows the necessary magnetic field to be reduced and lower quality and lower cost magnets to be used, such as ferrite or similar type magnets, instead of high quality magnets made of rare and expensive metals, such as Neodymium Iron Boron.
  • the movable deflector 20 as described with reference to Figures 2 to 7 is formed of fins 25 embedded or securely connected to the rotating pin 8 of the movable contact CM.
  • the deflector 20 is made up of a solid single-piece part 26, also mobile and integral with the rotating pin 8 of the movable contact CM.
  • This solid single-piece part 26 may have a geometry similar to that of the fins 25, i.e. a C-shaped section symmetrical with respect to the cut-off plane P. It thus comprises two ears 22, a central opening 23 and a guide shoulder 24.
  • lateral clearance between the deflector 20 and the inner walls of the housing 5 is necessary to create unidirectional exhaust columns promoting the expansion of the arc plasma towards the confinement zones 21 and consequently the displacement and stretching of the electric arc E perpendicular to the cut-off plane P into these arc confinement zones 21.
  • the deflector 20 may also be ... openwork, not shown, provided with slots, orifices or the like allowing the passage of the arc plasma.
  • THE figures 8 to 10 illustrate another variant embodiment of a deflector 20' which is fixed and attached or securely connected to the housing 5.
  • the deflector 20' is made up of a plurality of individual C-shaped plates 24', symmetrical with respect to the cut-off plane P and attached in lateral grooves 25' provided on an inner wall of the housing 5, opposite the cut-off zones Z.
  • the deflector 20' is made up in this example of five plates 24', without this number being limiting.
  • the plates 24' are oriented perpendicular to the cut-off plane P. They are distributed in the cut-off zone Z, which extends over an angular sector, in the case of a rotary cut-off module.
  • the interval between two consecutive plates 24' is regular, but could be irregular. This exemplary embodiment is therefore not limiting.
  • the intervals between the plates 24' of the deflector 20' form unidirectional exhaust columns promoting the expansion of the arc plasma in the direction of the electromotive force F and towards the confinement zones 21'.
  • deflectors 20, 20' are of course not limiting and other embodiments and/or geometric shapes are possible insofar as they form non-magnetic physical obstacles on the path of the blown electric arc E, which occupy and fill the interrupting chambers 9 to reduce to a minimum the volume of air remaining in narrow spaces, baffles and/or exhaust columns, having the effect of constraining and deflecting the path of the arc plasma and therefore of the electric arc between non-conductive walls.
  • the deflector 20, 20' may also consist of a single-piece perforated part, not shown, for example crossed by slots, orifices, pores or the like to allow the expansion of the arc plasma in the direction of the electromotive force F and in the direction of the confinement zones 21, 21'.
  • the cutting principle of the invention also applies to so-called linear 3' cutting modules, as opposed to the rotary 3' cutting modules described above.
  • the 3' cut-off module is double and comprises two fixed contacts CF and a movable contact CM mounted on an insulated 8' linear carriage.
  • the 8' linear carriage is driven in reciprocating translation along an axis T, by a snap-action mechanism (not shown) provided in a control module (not shown).
  • the linear 3' cut-off module has a construction substantially similar to the rotary 3 cut-off module of the Figures 2 to 7 , in the sense that it is symmetrical both with respect to a median plane B perpendicular to the cut-off plane P passing through the axis T, and with respect to said cut-off plane P.
  • the symmetry of the module in the two planes P and B is not an obligation, and an asymmetrical design can be envisaged, without calling into question either the operation or the non-polarity of the magnetic blowing devices 10.
  • the linear cut-off module 3' further comprises two symmetrical cut-off chambers 9, at right angles to two cut-off zones Z, a magnetic blowing device 10 provided with two symmetrical magnets 11 and facing each of the cut-off zones Z, and two symmetrical deflectors 20 embedded on the linear carriage 8'.
  • These deflectors 20 further have the same configuration as the deflectors 20 of the Figures 2 to 7 , bear the same numerical references, and are not described again.
  • the deflectors 20 fill the cutting chambers 9, and delimit with the interior walls of the housing 5 confinement zones 21 in which the electric arc E is deflected, stretched and constrained when it is magnetically blown by the magnets 11.
  • the magnetic blowing device 10 can be amplified by the addition of a ferromagnetic or similar carcass 12, having the effect of channeling and concentrating the magnetic field M induced by the magnet 11 of the magnetic blowing device 10 in each chamber of cut 9.
  • the carcass 12 has a C shape, symmetrical with respect to the cut-off plane P and surrounding the magnet 11 and the deflector 20. It is further isolated from the deflector 20 for an inner wall 5' of the housing 5.
  • the shape of the carcass 12 may be different depending on the architecture of the magnetic blowing device 10 and the cut-off module 3, 3'.
  • An exemplary embodiment is illustrated with reference to the figure 15 , in which the magnet 11 of the magnetic blowing device 10 is mobile, embedded in the mobile contact CM, and attached or integrated in the rotating spindle 8 or the linear carriage 8'.
  • This variant embodiment makes it possible to make the cut-off module 3, 3' more compact and to combine the magnetic effect of a single magnet 11 arranged facing two opposite cut-off zones and blowing the electric arcs E into two opposite cut-off chambers 9.

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Description

    Domaine technique
  • La présente invention concerne un module de coupure électrique équipé d'un dispositif de soufflage magnétique, ledit module de coupure comportant un boitier amagnétique et électriquement isolant, dans lequel sont logés au moins un contact fixe et un contact mobile, ledit contact mobile étant agencé pour se déplacer par rapport audit contact fixe entre une position fermée et une position ouverte et inversement sur une trajectoire définissant un plan de coupure, ledit contact fixe et ledit contact mobile définissant entre eux une zone de coupure s'étendant dans ledit plan de coupure, dans laquelle s'étend un arc électrique à sa naissance notamment lors de l'ouverture du circuit électrique, ledit module de coupure comportant au moins une chambre de coupure délimitée par les parois intérieures dudit boitier et comportant ladite zone de coupure pour gérer ledit arc électrique en vue de couper le courant, et ledit dispositif de soufflage magnétique comportant au moins une source de champ magnétique disposée dans ladite chambre de coupure en regard de ladite zone de coupure.
  • L'invention concerne également un appareil de coupure électrique comportant au moins un module de commande et ledit module de coupure électrique défini ci-dessus.
    • Technique antérieure
  • Le soufflage magnétique de l'arc électrique est un principe couramment employé dans les technologies de coupure pour gérer l'arc électrique qui naît en particulier lors de l'ouverture d'un circuit électrique, dans le but de réaliser un gain en performance de coupure et de préserver l'intégrité des contacts fixe et mobile du module de coupure. Le champ magnétique, qui peut être généré par tout type de source de champ magnétique, permet de déplacer l'arc électrique dès sa naissance et de l'étirer rapidement pour accélérer son refroidissement jusqu'à son extinction. Le refroidissement du plasma d'arc a pour effet d'augmenter son impédance, ce qui permet d'augmenter la tension d'arc lors de la coupure. La coupure d'un courant continu (DC) implique que le module de coupure génère plus de tension que la tension du réseau à couper. C'est la raison pour laquelle le principe de soufflage magnétique s'applique particulièrement bien à la coupure du courant DC. Néanmoins, une forte tension de l'arc électrique est aussi intéressante pour la coupure d'un courant alternatif (AC) puisqu'elle permet une limitation du courant lors de la coupure, ayant pour effet de diminuer les dommages dus à l'arc, voire aussi de diminuer le temps de l'arc électrique par un effet limiteur. Par conséquent, le principe de soufflage magnétique de l'arc est tout aussi intéressant pour des courants DC que pour des courants AC.
  • La publication FR 3 006 101 A1 de la demanderesse propose un module de coupure électrique équipé d'un dispositif de soufflage magnétique non polarisé, qui a l'avantage de fonctionner indépendamment du sens du courant dans ledit module de coupure. Le dispositif de soufflage magnétique comporte à cet effet une source de champ magnétique, telle qu'un aimant permanent disposé de telle façon à ce que la réponse en coupure est inchangée quel que soit le sens du courant. La disposition de l'aimant en face de la zone de coupure permet un soufflage de l'arc électrique important. Le soufflage magnétique se traduit par un allongement de l'arc électrique et une colonne d'arc qui vient lécher les parois intérieures isolantes du boitier. Ces deux phénomènes combinés tendent à refroidir le plasma d'arc qui voit alors son impédance augmenter. Ainsi, la tension d'arc croit de manière brutale, ce qui permet de couper des tensions continues plus importantes.
  • Toutefois, la recherche du gain en performance de coupure est omniprésente.
  • La publication EP 2 980 821 A1 propose une solution de soufflage magnétique non satisfaisante pour plusieurs raisons. L'aimant central unique est éloigné de la zone de coupure, ce qui engendre une forte perte de champ magnétique dans la zone de coupure et rend le soufflage magnétique difficile. Les bras magnétiques qui prolongent l'aimant central génèrent une concentration et une déformation du champ magnétique, qui est contreproductif pour le soufflage de l'arc. La force électromotrice induite par le champ magnétique sur l'arc électrique n'est pas orientée en direction des bras, mais perpendiculairement à eux, également contreproductif pour le soufflage de l'arc. En outre, les bras magnétiques laissent un volume d'air important autour de la zone de coupure, permettant à l'arc électrique de revenir en arrière et de se reformer ou de reclaquer entre les contacts fixe et mobile, ce qui est dangereux pour le matériel et les personnes.
  • Et la publication WO 2012/110523 A1 propose une solution d'extinction de l'arc non pas par soufflage magnétique mais en créant un confinement de l'arc imposé par un déplacement mécanique, appelé communément une guillotine. Ce principe de gestion d'arc est très violent au niveau du plasma de l'arc et peut générer des surtensions importantes, néfastes voire dangereuses pour le réseau électrique que l'on souhaite interrompre.
    • Exposé de l'invention
  • La présente invention vise à améliorer le dispositif de soufflage magnétique décrit entre autre dans la publication de la demanderesse en proposant une solution qui permet d'accélérer encore le refroidissement du plasma d'arc, en vue de générer encore plus de tension d'arc lors de l'interruption du courant, tout en conservant une solution de coupure non polarisée, pouvant s'adapter aisément à différentes configurations d'appareils de coupure électrique, et permettant de faire le choix d'aimants moins performants et donc moins onéreux.
  • Dans ce but, l'invention concerne un module de coupure électrique selon la revendication 1. Ledit dispositif de soufflage magnétique comporte en outre au moins un déflecteur amagnétique et électriquement isolant, disposé dans ladite chambre de coupure pour former un obstacle physique sur le chemin de l'arc électrique lorsqu'il est soufflé magnétiquement, et occuper la majeure partie de l'espace existant entre ladite zone de coupure et ledit boitier, de sorte à créer dans l'intervalle étroit restant entre les parois isolantes dudit déflecteur et celles dudit boitier, au moins une zone de confinement d'arc dans laquelle ledit arc électrique, lorsqu'il est soufflé magnétiquement, est dévié et contraint pour favoriser son refroidissement et son extinction.
  • L'ajout du déflecteur amagnétique dans la chambre de coupure a pour effet de dévier immédiatement le cheminement du plasma de l'arc dans la direction de la force électromagnétique induite, d'étirer l'arc soufflé le plus loin possible de la zone de coupure pour éviter son reclaquage, et de le contraindre dans un intervalle étriqué entre des parois isolantes pour favoriser son refroidissement et accélérer son extinction.
  • Selon les variantes de réalisation, ladite chambre de coupure peut s'étendre de part et d'autre dudit plan de coupure symétriquement ou non, et ledit déflecteur peut s'étendre également de part et d'autre dudit plan de coupure symétriquement ou non, pour définir au moins deux zones de confinement d'arc en opposition par rapport audit plan de coupure.
  • Selon l'invention, ladite au moins une source de champ magnétique est orientée pour générer au moins un vecteur d'excitation magnétique sensiblement parallèle audit plan de coupure de sorte que la force électromagnétique induite déplace et étire ledit arc électrique dans une direction sensiblement perpendiculaire audit plan de coupure en direction du boitier et dans ladite au moins une zone de confinement d'arc.
  • Selon les formes de réalisation choisies, ledit déflecteur peut être mobile et solidaire dudit contact mobile, ou fixe et solidaire dudit boitier.
  • En outre, ledit déflecteur est constitué d'une pluralité d'ailettes ou de plaques espacées entre elles et orientées sensiblement perpendiculairement audit plan de coupure, ou il est constitué d'une pièce monobloc pleine ou ajourée.
  • Dans la forme préférée de l'invention, ledit déflecteur peut présenter une section en forme de C, sensiblement symétrique par rapport au plan de coupure, comportant deux oreilles séparées par une ouverture centrale agencée pour libérer un passage pour le déplacement relatif dudit contact mobile ou dudit contact fixe selon que ledit déflecteur est fixe ou mobile.
  • Ledit dispositif de soufflage magnétique peut en outre comporter au moins une carcasse agencée pour canaliser le flux magnétique induit par ladite au moins une source de champ magnétique, cette carcasse pouvant être ou non intégrée au boitier et disposée autour au moins de ladite source de champ magnétique et dudit déflecteur. Selon les variantes de réalisation, ladite au moins une source de champ peut être statique et solidaire dudit boitier, ou mobile et solidaire dudit contact mobile. En outre, ledit contact mobile peut être mobile en rotation autour dudit axe central ou en translation parallèlement audit plan de coupure.
  • Si le module de coupure électrique comporte deux contacts fixes symétriques par rapport à un axe central ou un plan médian dudit boitier, et un contact mobile commun aux deux contacts fixes définissant deux zones de coupure symétriques, alors il comporte avantageusement deux chambres de coupure symétriques, et au moins deux déflecteurs amagnétiques et électriquement isolants, chacun disposé dans une des chambres de coupure.
    • Brève description des dessins
  • La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante de plusieurs modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels:
    • la figure 1 est une vue en perspective d'un appareil de coupure électrique selon l'invention,
    • la figure 2 est une vue de dessus en perspective d'un module de coupure rotatif de l'appareil de la figure 1, en position fermée,
    • la figure 3 est une vue de dessus en perspective du module de coupure de la figure 2, en position ouverte,
    • la figure 4 est une vue agrandie du détail IV du module de coupure de la figure 3, montrant un dispositif de soufflage magnétique,
    • la figure 5 est une vue partielle agrandie du module de coupure de la figure 3, montrant le trajet d'un arc électrique à sa naissance dans la chambre de coupure,
    • la figure 6 est une vue similaire à la figure 5, montrant le trajet de l'arc électrique soufflé magnétiquement dans la chambre de coupure,
    • la figure 7 est une vue partielle en coupe transversale du module de coupure de la figure 3 au droit d'une chambre de coupure et d'un dispositif de soufflage magnétique,
    • la figure 8 est une vue similaire à la figure 4 montrant une variante de réalisation du dispositif de soufflage magnétique,
    • la figure 9 est une vue éclatée d'une partie du dispositif de soufflage magnétique de la figure 8,
    • la figure 10 est une vue partielle en coupe transversale similaire à la figure 7, de la chambre de coupure et du dispositif de soufflage magnétique de la figure 8,
    • la figure 11 est une vue de dessus en perspective d'un module de coupure linéaire d'un autre appareil de coupure selon l'invention, en position fermée,
    • la figure 12 est une vue de dessus en perspective du module de coupure de la figure 11, en position ouverte,
    • la figure 13 est une vue en coupe transversale du module de coupure de la figure 12 au droit des chambres de coupure et des dispositifs de soufflage magnétique,
    • la figure 14 est une vue en coupe transversale du module de coupure de la figure 12 selon une autre variante de réalisation des dispositifs de soufflage magnétique,
    • la figure 15 est une vue en coupe transversale du module de coupure de la figure 12 selon une variante du dispositif de soufflage magnétique, et
    • la figure 16 est une vue en perspective similaire à la figure 4 du module de coupure de la figure 3, montrant une autre variante du dispositif chambre de soufflage magnétique.
    Description des modes de réalisation
  • Dans les exemples de réalisation illustrés, les éléments ou parties identiques portent les mêmes numéros de référence. En outre, les termes qui ont un sens relatif, tels que vertical, horizontal, droite, gauche, avant, arrière, au-dessus, en-dessous, etc. doivent être interprétés dans des conditions normales d'utilisation de l'invention, et telles que représentées sur les figures. Par ailleurs, les positions géométriques indiquées dans la description et les revendications, telles que « perpendiculaire », « parallèle », « symétrique » ne sont pas limitées au sens strict défini en géométrie, mais s'étendent à des positions géométriques qui sont proches, c'est-à-dire qui acceptent une certaine tolérance dans le domaine technique considéré, sans influence sur le résultat obtenu. Cette tolérance est notamment introduite par l'adverbe « sensiblement », sans que ce terme soit nécessairement répété devant chaque adjectif.
  • En référence aux figures, l'appareil de coupure électrique 1 selon l'invention peut être indifféremment un interrupteur, un interrupteur-sectionneur, un contacteur, un commutateur, un commutateur-inverseur, un disjoncteur, ou tout autre appareil de coupure similaire. Il est prévu pour être fixé sur un rail normalisé (DIN), une platine, ou tout support de fixation adéquat. Il peut être destiné à couper un courant continu en basse tension (soit inférieur à 1500V), tel que par exemple dans des applications photovoltaïques ou similaires, ou un courant continu en moyenne tension, tel que par exemple 2000V ou 3000V pour des applications particulières, sans que ces valeurs et ces exemples ne soient limitatifs. Il peut également être destiné à couper un courant alternatif dans tous types d'applications industrielles, tertiaires et domestiques, et ce quelle que soit la tension nominale d'alimentation.
  • L'appareil de coupure électrique 1 peut être basé sur une architecture modulaire ou non. Si l'appareil est modulaire, alors il peut commander avec un seul module de commande 2, un ou plusieurs modules de coupure 3, 3', par exemple un à huit modules de coupure, sans que ce nombre soit limitatif. Le module de commande 2 ne fait pas partie de l'invention et ne sera pas décrit. Seul le module de coupure 3 fait partie de l'invention et sera décrit en détail, étant précisé qu'il peut faire partie intégrante dudit appareil de coupure électrique lorsque celui-ci n'est pas modulaire. Le terme « module » ne doit donc pas être interprété dans un sens restrictif.
  • Chaque module de coupure 3, 3' forme un pôle de coupure, qui peut être indifféremment un pôle de coupure simple comportant un contact fixe CF et un contact mobile CM, ou un pôle de coupure double comportant deux contacts fixes CF et un contact mobile CM commun. Dans tous les cas, le contact mobile CM est agencé pour se déplacer par rapport au(x) contact(s) fixe(s) CF entre une position fermée et une position ouverte et inversement sur une trajectoire définissant un plan de coupure P. Le déplacement relatif du contact mobile CM peut être indifféremment rotatif ou linéaire. En outre, les contacts fixes CF et mobiles CM peuvent être indifféremment des contacts électriques à glissement, à pression, ou tout autre type de contacts électriques compatibles.
  • L'appareil de coupure électrique 1, également appelé par la suite appareil de coupure 1 ou appareil 1, selon l'invention et tel qu'illustré à la figure 1, comporte deux modules de coupure 3 double, et un module de commande 2 manuel pourvu d'une poignée 4. Ces trois modules sont superposés suivant un axe central A, et maintenus entre eux par des formes d'emboitement complémentaires et des organes de fixation (non représentés). Chaque module de coupure 3 peut avoir un pouvoir de coupure défini, par exemple égal à 750V, permettant ainsi de disposer, dans l'exemple illustré, d'un appareil 1 capable de couper une tension de 1500V, sans que cet exemple ne soit limitatif. Les modules de coupure 3 sont de préférence identiques et un seul module de coupure 3 sera décrit par la suite.
  • En référence également aux figures 2 à 8, le module de coupure 3 comporte un boitier 5 amagnétique et électriquement isolant, dans lequel sont logés au moins deux contacts fixes CF et un contact mobile CM. Le boitier 5 est préférentiellement réalisé en deux parties 5a, 5b emboitables, délimitant entre-elles des logements pour recevoir les différents composants dudit module de coupure et assurer simultanément leur positionnement, leur maintien et leur isolation électrique. Les contacts fixes CF sont raccordés à des conducteurs 6 externes par des cages à vis 7, ou tout autre type de borne de raccordement adaptée. Le contact mobile CM est un contact rotatif, embarqué sur une broche rotative 8 électriquement isolée. La broche rotative 8 est entrainée en rotation alternative autour de l'axe central A par un mécanisme à action brusque (non représenté) prévu dans le module de commande 2. Le mécanisme à action brusque faisant partie du module de commande 2 ne fait pas non plus l'objet de l'invention et ne sera pas décrit. Tout type de module de commande 2 et de mécanisme à action brusque peuvent donc convenir au module de coupure 3 objet de l'invention.
  • Les contacts fixes CF et le contact mobile CM définissent entre eux respectivement deux zones de coupure Z, dans lesquelles s'étend un arc électrique E notamment lors de l'ouverture du circuit électrique. L'arc électrique E est représenté schématiquement par un cordon dans les figures 5 à 7 et uniquement dans la zone de coupure Z à droite des figures. Les zones de coupure Z sont, dans l'exemple représentées, diamétralement opposées. Elles s'étendent dans ledit plan de coupure P, dans lequel l'arc électrique E s'inscrit à sa naissance.
  • Le module de coupure 3 comporte deux chambres de coupure 9, qui sont notamment délimitées par les parois intérieures du boitier 5 et comportent chacune une des zones de coupure Z. Les chambres de coupure 9 permettent de gérer l'arc électrique E en vue de couper le courant. Dans l'exemple illustré, les chambres de coupure 9 sont diamétralement opposées par rapport à l'axe central A et symétriques par rapport à plan médian confondu avec le plan de coupure P. Cet exemple n'est pas limitatif, puisque des chambres de coupure asymétriques peuvent être envisagées, sans remettre en cause ni le fonctionnement, ni la non-polarité des dispositifs de soufflage magnétique 10.
  • Le module de coupure 3 comporte en outre un dispositif de soufflage magnétique 10 de l'arc électrique E. Dans l'exemple représenté, le dispositif de soufflage magnétique 10 comporte deux sources de champ magnétique 11, statiques, disposées chacune à proximité et en regard d'une zone de coupure Z. Le fait d'être chacune située face à une zone de coupure Z permet de créer un champ magnétique maximal directement dans la zone de coupure et un champ magnétique quasi constant dans toute la chambre de coupure 9 pour un soufflage magnétique optimal de l'arc électrique E. Les sources de champ magnétique 11 sont isolées de ladite zone de coupure Z par des parois intérieures du boitier 5. Dans l'exemple représenté, chaque source de champ magnétique 11 est orientée pour générer un vecteur d'excitation magnétique M sensiblement parallèle au plan de coupure P. Ainsi, la force électromagnétique F induite par chaque source de champ magnétique 11 déplace et étire l'arc électrique E correspondant dans une direction sensiblement perpendiculaire au plan de coupure P en direction du fond des parties 5a, 5b du boitier 5, et ceci indépendamment dans un sens ou dans l'autre selon la polarité de la source de champ magnétique 11 et/ou dudit courant. Toutefois, l'invention convient également à des dispositifs de soufflage magnétique qui peuvent avoir une architecture différente, proposant une coupure aussi bien non polarisée que polarisée, et soufflant l'arc électrique en direction d'autres parois du boitier 5.
  • La source de champ magnétique 11 peut être constituée par un ou plusieurs aimants permanents, ou tout autre système équivalent pouvant générer un vecteur d'excitation magnétique, tel qu'une ou plusieurs bobines alimentées électriquement. Dans les exemples représentés, la source de champ magnétique 11 est constituée d'un aimant permanent, de forme plane, parallélépipédique, sans que cette forme ne soit limitative. La référence numérique 11 sera indifféremment utilisée pour désigner la source de champ magnétique et le ou les aimants. En effet, il est possible de réaliser une source de champ magnétique 11 dont la forme est adaptée à l'architecture du module de coupure, qui peut être courbe dans le cas par exemple d'un appareil à coupure rotative. Dans ce cas, elle peut être constituée d'une pluralité d'aimants permanents parallélépipédiques, disposés côte à côte sur une ligne courbe, ou d'un aimant permanent moulé dans une forme courbe. Les caractéristiques de l'aimant permanent, ainsi que ses effets techniques sur le soufflage et l'étirement de l'arc électrique sont notamment décrits dans la publication FR 3 006 101 A1 de la demanderesse, et ne seront pas détaillés dans la présente demande.
  • Le dispositif de soufflage magnétique 10, conformément à l'invention, se différencie de celui décrit dans la publication mentionnée ci-dessus, par la présence dans ladite chambre de coupure 9, d'un déflecteur 20 amagnétique et électriquement isolant. Ce déflecteur 20 est conçu et agencé pour occuper, combler ou remplir la majeure partie de la chambre de coupure 9, c'est-à-dire l'espace existant entre la zone de coupure Z et le boitier 5, et ménager un ou plusieurs espaces ou intervalles étroits entre les parois isolantes dudit déflecteur et celles dudit boitier. Le déflecteur 20 forme ainsi un obstacle physique entièrement amagnétique, interposé sur le chemin de l'arc électrique soufflé et réduit à son minimum le volume d'air restant dans ladite chambre de coupure 9. Au moins un des espaces ou intervalles étroits restants constitue alors une zone de confinement d'arc 21, dans laquelle l'arc électrique E lorsqu'il est soufflé magnétiquement est dévié et contraint pour favoriser son refroidissement et son extinction. Cette zone de confinement d'arc 21 est principalement située à distance et au droit ou à l'aplomb de la zone de coupure Z dans la direction de la force électromotrice F. La figure 7 illustre les zones de confinement d'arc 21 obtenues grâce à la présence du déflecteur 20 situées principalement entre le fond des parties 5a, 5b du boitier 5 et les extrémités correspondantes des oreilles 22 du déflecteur 20. Toutefois et en fonction de l'architecture du dispositif de soufflage magnétique, la ou les zones de confinement d'arc 21 peuvent se situer ailleurs, entre les parois latérales ou transversales correspondantes dudit déflecteur 20 et dudit boitier 5.
  • Dans l'exemple illustré dans les figures 2 à 7, le déflecteur 20 est mobile, et fait partie intégrante du contact mobile CM, et donc de la broche rotative 8. Il présente une section en forme de C, symétrique par rapport au plan de coupure P. Il comporte deux oreilles 22 séparées par une ouverture centrale 23. L'ouverture centrale 23 libère un passage pour le déplacement relatif du contact fixe CF par rapport au contact mobile CM dans le plan de coupure P. Le déflecteur 20 comporte un épaulement 24 entre les oreilles 22 et la broche rotative 8, qui délimite avec le boitier 5 une rainure de guidage en rotation de ladite broche rotative 8. La forme du déflecteur 20 et celle des moyens de guidage en rotation de la broche rotatif 8 peuvent être différentes en fonction de l'architecture du module de coupure 3. Le déflecteur 20 est constitué dans cet exemple d'une pluralité d'ailettes 25, par exemple de cinq ailettes 25, sans que ce nombre soit limitatif. Les ailettes 25 sont orientées perpendiculairement au plan de coupure P. Elles sont réparties dans la zone de coupure Z, qui s'étend sur un secteur angulaire, s'agissant d'un module de coupure rotatif. L'intervalle entre deux ailettes 25 consécutives est régulier, mais pourrait être irrégulier. Cet exemple de réalisation n'est donc pas limitatif.
  • Les parois intérieures du boitier 5 ont une forme sensiblement complémentaire à la forme du déflecteur 20, par exemple à celle des oreilles 22, avec un jeu déterminé pour créer lesdites zones de confinement d'arc 21. Ainsi les parois intérieures du boitier 5 ont également une forme géométrique sensiblement symétrique par rapport au plan de coupure P dans l'exemple illustré, sans que cet exemple ne soit limitatif. Comme évoqué précédemment, la symétrie des chambres de coupure 9 par rapport audit plan de coupure P permet de garantir des performances de coupure équivalentes, quelle que soit la polarité des aimants 11 et le sens du courant, si les aimants sont également disposés symétriquement par rapport audit plan de coupure P. Le même résultat est possible en cas de non-symétrie des chambres de coupure 9, si les aimants 11 sont également disposés de manière non-symétrique. Dans tous les cas, le fonctionnement non polarisé du dispositif de soufflage magnétique 10 est garanti.
  • Lors de l'ouverture du circuit électrique, lorsque le contact mobile CM quitte le contact fixe CF, un arc électrique E s'établit dans la zone de coupure Z entre le contact fixe CF et le contact mobile CM, et circule à l'intérieur de l'ouverture centrale 23 du déflecteur 20 (cf. figure 5). Le soufflage magnétique induit par l'aimant 11 dans la zone de coupure Z, tend à pousser l'arc électrique E perpendiculairement au plan de coupure P en direction du boitier 5. Le déflecteur 20 intercalé sur le chemin de l'arc électrique E soufflé forme un obstacle physique amagnétique qui a pour effet de dévier immédiatement le cheminement du plasma de l'arc dans la direction de la force électromotrice F, jusque dans la zone de confinement 21 entre l'extrémité des oreilles 22 du déflecteur 20 et le boitier 5. Dans le même temps, les intervalles existants entre les ailettes 25 du déflecteur 20 d'une part, et entre le déflecteur 20 et les parois intérieures du boitier 5 d'autre part, forment des colonnes d'échappement unidirectionnelles favorisant l'expansion du plasma d'arc en direction de la zone de confinement 21 et son refroidissement au contact des parois isolantes du déflecteur 20 et du boitier 5. Dans la zone de confinement d'arc 21, l'arc électrique E est étiré, allongé et pris en étau entre les parois isolantes correspondantes du boitier 5 et du déflecteur 20. L'arc électrique E se refroidit alors brutalement. Cette technique de refroidissement est particulièrement rapide et très efficace. En outre, les matériaux électriquement isolants constituant le boitier 5 et le déflecteur 20 sont préférentiellement des matériaux amagnétiques qui ne produisent aucun effet sur le champ magnétique généré par les aimants 11 et ne perturbent aucunement le soufflage magnétique de l'arc. Ces matériaux peuvent encore améliorer l'effet technique décrit ci-dessus, notamment s'ils présentent des propriétés gazogènes. Il peut s'agir de matières thermoplastiques, telles que du Téflon® ou similaires, qui au contact de l'arc électrique E libèrent des particules d'hydrogène, qui vont se mélanger au plasma d'arc et accélérer son refroidissement.
  • Ce nouveau principe de coupure permet un gain en performances de coupure car il permet d'atteindre une importante tension d'arc. Il permet aussi de réduire le champ magnétique nécessaire et d'utiliser des aimants 11 de qualité et de coût moindres, tels que par exemple des aimants de type ferrite ou similaire, en lieu et place d'aimants de haute qualité, en métaux rares et couteux, de type Néodyme Fer Bore.
  • Le principe de coupure selon l'invention est en outre facilement déclinable en diverses variantes, dont quelques exemples sont à présent décrits.
  • Le déflecteur 20 mobile tel que décrit en référence aux figures 2 à 7 est formé d'ailettes 25 embarquées ou liées solidairement à la broche rotative 8 du contact mobile CM. Dans la variante de réalisation illustrée à la figure 16, le déflecteur 20 est constitué d'une pièce monobloc pleine 26, également mobile et solidaire de la broche rotative 8 du contact mobile CM. Cette pièce monobloc pleine 26 peut présenter une géométrie similaire à celle des ailettes 25, c'est à dire une section en forme de C symétrique par rapport au plan de coupure P. Elle comporte ainsi deux oreilles 22, une ouverture centrale 23 et un épaulement 24 de guidage. Dans cette variante, un jeu latéral entre le déflecteur 20 et les parois intérieures du boitier 5 est nécessaire pour créer des colonnes d'échappement unidirectionnelles favorisant l'expansion du plasma d'arc en direction des zones de confinement 21 et par conséquent le déplacement et l'étirement de l'arc électrique E perpendiculairement au plan de coupure P jusque dans ces zones de confinement d'arc 21. Le déflecteur 20 peut également être constitué d'une pièce ajourée, non représentée, pourvue de fentes, d'orifices ou similaires permettant le passage du plasma d'arc.
  • Les figures 8 à 10 illustrent une autre variante de réalisation d'un déflecteur 20' qui est fixe et rapporté ou lié solidairement au boitier 5. Dans cet exemple, le déflecteur 20'est constitué d'une pluralité de plaques 24' individuelles, en forme de C, symétriques par rapport au plan de coupure P et rapportées dans des rainures 25' latérales prévues une paroi intérieure du boitier 5, en regard des zones de coupure Z. Le déflecteur 20' est constitué dans cet exemple de cinq plaques 24', sans que ce nombre soit limitatif. Les plaques 24' sont orientées perpendiculairement au plan de coupure P. Elles sont réparties dans la zone de coupure Z, qui s'étend sur un secteur angulaire, s'agissant d'un module de coupure rotatif. L'intervalle entre deux plaques 24' consécutives est régulier, mais pourrait être irrégulier. Cet exemple de réalisation n'est donc pas limitatif. Les intervalles entre les plaques 24' du déflecteur 20' forment des colonnes d'échappement unidirectionnelles favorisant l'expansion du plasma d'arc dans la direction de la force électromotrice F et en direction des zones de confinement 21'.
  • Ces exemples de réalisation de déflecteur 20, 20' ne sont bien entendu pas limitatifs et d'autres modes de réalisation et/ou formes géométriques sont possibles dans la mesure où ils forment des obstacles physiques amagnétiques sur le trajet de l'arc électrique E soufflé, qui occupent et remplissent les chambres de coupure 9 pour réduire à son minimum le volume d'air restant dans des espaces étroits, des chicanes et/ou des colonnes d'échappement, ayant pour effet de contraindre et de dévier le cheminement du plasma d'arc et donc de l'arc électrique entre des parois non conductrices. Le déflecteur 20, 20' peut également être constitué d'une pièce monobloc ajourée, non représentée, par exemple traversée par des fentes, orifices, pores ou similaires pour permettre l'expansion du plasma d'arc dans la direction de la force électromotrice F et en direction des zones de confinement 21, 21' .
  • Le principe de coupure de l'invention s'applique également à des modules de coupure 3' dits linéaires, par opposition aux modules de coupure 3 rotatifs décrits précédemment. En référence plus particulièrement aux figures 11 à 13, le module de coupure 3' est double et comporte deux contacts fixes CF et un contact mobile CM embarqué sur un chariot linéaire 8' isolé. Le chariot linéaire 8' est entraîné en translation alternative selon un axe T, par un mécanisme à action brusque (non représenté) prévu dans un module de commande (non représenté). Le module de coupure 3' linéaire a une construction sensiblement similaire au module de coupure 3 rotatif des figures 2 à 7, en ce sens qu'il est symétrique à la fois par rapport à un plan médian B perpendiculaire au plan de coupure P passant par l'axe T, et par rapport audit plan de coupure P. Comme expliqué en référence au module de coupure 3 rotatif, la symétrie du module dans les deux plans P et B n'est pas une obligation, et une conception asymétrique peut être envisagée, sans remettre en cause ni le fonctionnement, ni la non-polarité des dispositifs de soufflage magnétique 10.
  • Le module de coupure 3' linéaire comporte en outre deux chambres de coupure 9 symétriques, au droit de deux zones de coupure Z, un dispositif de soufflage magnétique 10 pourvu de deux aimants 11 symétriques et face à chacune des zones de coupure Z, et deux déflecteurs 20 symétriques et embarqués sur le chariot linéaire 8'. Ces déflecteurs 20 ont en outre la même configuration que les déflecteurs 20 des figures 2 à 7, portent les mêmes références numériques, et ne sont pas décrits à nouveau. Conformément à la figure 13, les déflecteurs 20 remplissent les chambres de coupure 9, et délimitent avec les parois intérieures du boitier 5 des zones de confinement 21 dans lesquels est dévié, étiré et contraint l'arc électrique E lorsqu'il est soufflé magnétique par les aimants 11.
  • En outre et dans toutes les variantes de réalisation décrites, le dispositif de soufflage magnétique 10 peut être amplifié par l'ajout d'une carcasse 12 ferromagnétique ou similaire, ayant pour effet de canaliser et de concentrer le champ magnétique M induit par l'aimant 11 du dispositif de soufflage magnétique 10 dans chaque chambre de coupure 9. Dans l'exemple illustré à la figure 14, la carcasse 12 présente une forme en C, symétrique par rapport au plan de coupure P et entourant l'aimant 11 et le déflecteur 20. Elle est en outre isolée du déflecteur 20 pour une paroi intérieure 5' du boitier 5. La forme de la carcasse 12 peut être différente en fonction de l'architecture du dispositif de soufflage magnétique 10 et du module de coupure 3, 3'.
  • Le dispositif de soufflage magnétique 10, lorsqu'il est mis en œuvre dans des modules de coupure 3, 3' double, tels que représentés dans les différentes figures 2 à 14, peut ne comporter qu'une seule source de champ magnétique 11, qui est dans ce cas commune aux deux chambres de coupure 9. Un exemple de réalisation est illustré en référence à la figure 15, dans laquelle l'aimant 11 du dispositif de soufflage magnétique 10 est mobile, embarqué dans le contact mobile CM, et rapporté ou intégré dans la broche rotative 8 ou le chariot linéaire 8'. Cette variante de réalisation permet de rendre le module de coupure 3, 3' plus compact et de cumuler l'effet magnétique d'un unique aimant 11 disposé face à deux zones de coupure opposées et soufflant les arcs électriques E dans deux chambres de coupure 9 opposées.
  • La présente invention n'est bien entendu pas limitée aux exemples de réalisation décrits mais s'étend à toute modification et variante évidentes pour un homme du métier dans la limite des revendications annexées. En outre, les caractéristiques techniques des différents modes de réalisation et variantes mentionnés ci-dessus peuvent être, en totalité ou pour certaines d'entre elles, combinées entre elles. Par ailleurs, les flèches M et F qui représentent sur les figures respectivement le vecteur d'excitation magnétique généré par chaque source de champ magnétique 11 et la force électromagnétique induite correspondante, peuvent être orientées différemment en fonction à la fois de la polarité de ladite source de champ magnétique 11 et du sens du courant circulant dans chaque chambre de coupure 9, sans pour cela sortir du champ de protection de l'invention.

Claims (13)

  1. Module de coupure électrique (3, 3') équipé d'un dispositif de soufflage magnétique (10), ledit module de coupure comportant un boitier (5) amagnétique et électriquement isolant, dans lequel sont logés au moins un contact fixe (CF) et un contact mobile (CM), ledit contact mobile (CM) étant agencé pour se déplacer par rapport audit contact fixe (CF) entre une position fermée et une position ouverte et inversement sur une trajectoire définissant un plan de coupure (P), ledit contact fixe (CF) et ledit contact mobile (CM) définissant entre eux une zone de coupure (Z) s'étendant dans ledit plan de coupure (P), dans laquelle s'étend un arc électrique (E) à sa naissance notamment lors de l'ouverture du circuit électrique, ledit module de coupure comportant au moins une chambre de coupure (9) délimitée par les parois intérieures dudit boitier (5) et comportant ladite zone de coupure (Z) pour gérer ledit arc électrique (E) en vue de couper le courant, ledit dispositif de soufflage magnétique (10) comportant au moins une source de champ magnétique (11) disposée dans ladite chambre de coupure (9) en regard de ladite zone de coupure (Z), caractérisé en ce que ladite au moins une source de champ magnétique (11) est orientée pour générer au moins un vecteur d'excitation magnétique (M) sensiblement parallèle audit plan de coupure (P) de sorte que la force électromagnétique (F) induite déplace et étire ledit arc électrique (E) dans une direction sensiblement perpendiculaire audit plan de coupure (P) en direction du boitier (5), et en ce que ledit dispositif de soufflage magnétique (10) comporte en outre au moins un déflecteur (20, 20') amagnétique et électriquement isolant, disposé dans ladite chambre de coupure (9) pour former un obstacle physique sur le chemin de l'arc électrique (E) lorsqu'il est soufflé magnétiquement,
    - ledit déflecteur (20, 20') étant constitué d'une pièce monobloc pleine (26) ou d'une pièce monobloc ajourée, le déflecteur occupant la majeure partie de l'espace existant entre ladite zone de coupure (Z) et ledit boitier (5) dans la direction de ladite force électromagnétique (F), ou
    - ledit déflecteur (20, 20') étant constitué d'une pluralité d'ailettes (25) ou de plaques (24') espacées entre elles et orientées sensiblement perpendiculairement audit plan de coupure (P) dans la direction de ladite force électromagnétique (F), chaque ailette ou plaque occupant la majeure partie de l'espace correspondant à l'épaisseur de l'ailette ou de la plaque et existant entre ladite zone de coupure (Z) et ledit boitier (5) dans la direction de ladite force électromagnétique (F),
    de sorte à créer dans l'intervalle étroit restant entre les parois isolantes dudit déflecteur (20) et celles dudit boitier (5) au moins une zone de confinement d'arc (21, 21') dans laquelle ledit arc électrique (E), lorsqu'il est soufflé magnétiquement, est dévié et contraint pour favoriser son refroidissement et son extinction.
  2. Module de coupure électrique (3, 3') selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite chambre de coupure (9) s'étend de part et d'autre dudit plan de coupure (P) et ledit déflecteur (20, 20') s'étend également de part et d'autre dudit plan de coupure (P) pour définir au moins deux zones de confinement (21) en opposition par rapport audit plan de coupure (P).
  3. Module de coupure électrique (3, 3') selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite chambre de coupure (9) est symétrique par rapport audit plan de coupure (P) et ledit déflecteur (20, 20') est symétrique par rapport audit plan de coupure (P).
  4. Module de coupure électrique (3, 3') selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit déflecteur (20) est mobile et solidaire dudit contact mobile (CM).
  5. Module de coupure électrique (3, 3') selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit déflecteur (20') est fixe et solidaire dudit boitier (5)
  6. Module de coupure électrique (3, 3') selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit déflecteur (20, 20') présente une section en forme de C, sensiblement symétrique par rapport au plan de coupure (P), comportant deux oreilles (22) séparées par une ouverture centrale (23) agencée pour libérer un passage pour le déplacement relatif dudit contact mobile (CM) ou dudit contact fixe (CF) selon que ledit déflecteur (20, 20') est fixe ou mobile.
  7. Module de coupure électrique (3, 3') selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit dispositif de soufflage magnétique (10) comporte au moins une carcasse (12) agencée pour canaliser le flux magnétique (M) induit par ladite au moins une source de champ magnétique (11).
  8. Module de coupure électrique (3, 3') selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite carcasse (12) est intégrée au boitier (5) et disposée autour au moins de ladite source de champ magnétique (11) et dudit déflecteur (20, 20').
  9. Module de coupure électrique (3, 3') selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite au moins une source de champ (11) est statique et solidaire dudit boitier (5).
  10. Module de coupure électrique (3, 3') selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite au moins une source de champ (11) est mobile et solidaire dudit contact mobile (CM).
  11. Module de coupure électrique (3, 3') selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ledit contact mobile (CM) est mobile en rotation autour dudit axe central (A) ou mobile en translation parallèlement audit plan de coupure (P).
  12. Module de coupure électrique (3, 3') selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, comportant deux contacts fixes (CF) symétriques par rapport à un axe central (A) ou un plan médian (B) dudit boitier (5), et un contact mobile (CM) commun aux deux contacts fixes (CF) définissant deux zones de coupure (Z) symétriques, ledit module de coupure comportant deux chambres de coupure (9) symétriques, caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins deux déflecteurs (20, 20') amagnétiques et électriquement isolants, chacun disposé dans une des chambres de coupure (9).
  13. Appareil (1) de coupure électrique comportant au moins un module de commande (2) et un module de coupure (3, 3') selon l'une quelconque des revendications 1 à 12.
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