FR2803687A1 - Pole pour disjoncteur electrique, muni d'une chambre d'extinction d'arc large - Google Patents
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Abstract
Un pôle de disjoncteur électrique comprend une chambre d'extinction d'arc 24 avec deux flasques latéraux 68, une paroi postérieure 72, des séparateurs 78, une ouverture antérieure 76, une corne d'arc inférieure 34 reliée électriquement à l'organe de contact fixe et une corne d'arc supérieure 96. La partie postérieure 84 de la corne d'arc inférieure a une largeur importante. Elle est bordée par un pourtour 92 un matériau gazogène s'interposant entre le rebord de la partie postérieure 84 et les flasques latéraux 68. Cette disposition favorise la coupure des arcs d'intensité faible, sous une tension élevée.
Description
POLE POUR DISJONCTEUR ELECTRIQUE, MUNI D'UNE CHAMBRE
D'EXTINCTION D'ARC LARGE
L'invention concerne une chambre de coupure d'un disjoncteur basse tension de forte intensité. Pour de tels disjoncteurs, on rencontre une difficulté particulière lorsqu'on cherche à couper un courant sous une tension relativement élevée, de l'ordre de 600 Volts efficaces en monophasé, ou 1000 Volts efficaces triphasés, avec une intensité assez faible,
de l'ordre de 5 à 10 fois le courant nominal du disjoncteur.
Le document EP 0 306 382 décrit un disjoncteur multipolaire à boîtier isolant moulé répondant à cette exigence, renfermant un mécanisme de commande accouplé à un barreau de commutation, de manière à assurer l'ouverture et la fermeture de l'ensemble des pôles du disjoncteur. Chaque pôle comporte un organe de contact fixe, un organe de contact mobile et une chambre d'extinction d'arc. L'organe de contact fixe comporte une plage fixe conductrice d'amenée du courant prenant appui sur le fond du boîtier, des contacts fixes principaux et un contact fixe d'arc. L'organe de contact mobile comporte une plage fixe conductrice d'amenée de courant prenant également appui sur le fond du boîtier, et un système de contacts ayant une pluralité de contacts principaux identiques, répartis en deux séries de même nombre de part et d'autre d'un contact d'arc mobile s'étendant longitudinalement selon l'axe médian du pôle, la longueur du contact d'arc mobile étant supérieure à la longueur des contacts principaux mobiles. La chambre d'extinction d'arc est disposée au-dessus de la première plage et comprend un empilage de séparateurs constitués par des tôles métalliques de désionnisation de l'arc, chaque tôle ayant une encoche en forme de V. Une paire de cornes d'arc inférieure et supérieure encadre l'empilage de tôles de la chambre d'extinction. La corne d'arc inférieure est solidarisée à la face supérieure de la première plage avec interposition d'un écran isolant,
au moyen de trois vis qui assurent le passage du courant entre la corne d'arc et la plage.
Les trois vis sont disposées aux sommets d'un triangle isocèle, l'une des vis étant disposée le long de l'axe médian du pôle au voisinage d'un rebord de l'écran isolant et d'une paroi d'échappement des gaz de coupure vers l'extérieur et les deux autres étant à proximités des contacts fixes principaux. La largeur de la corne d'arc inférieure diminue dans le sens de la migration de l'arc vers la vis centrale, et les deux autres vis se trouvent de part et d'autre du contact d'arc fixe, et au voisinage des contacts principaux fixes correspondants. Lors de l'ouverture des contacts, l'arc prend naissance dans la zone de séparation des contacts d'arc située le long de l'axe médian du pôle et se développe ensuite dans la zone centrale de la chambre. L'arc migre vers la vis centrale qui stabilise la racine de l'arc. En fin de course d'ouverture, la distance entre les contacts d'arc devient supérieure à la distance entre les contacts principaux, entraînant un reclaquage de l'arc au niveau des contacts
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principaux sur un des côtés de la chambre. L'arc se développe ensuite sur un deuxième trajet différent, le long de l'un des côtés de la chambre en se recentrant progressivement, et en rencontrant le long de son trajet des surfaces froides o se produit une absorption
efficace de l'énergie favorable à l'extinction de l'arc.
Dans un tel dispositif, une partie importante de la chambre est utilisée pour l'extinction de l'arc. Toutefois, on constate que l'un des côtés de la chambre reste grandement inexploité, puisque après le reclaquage de l'arc, celui-ci ne se développe que sur l'un des côtés de la chambre. La profondeur de la chambre, c'est à dire sa dimension longitudinale entre l'entrée de la chambre et la paroi d'échappement des gaz, doit donc être suffisante pour pourvoir au volume d'échange énergétique nécessaire à l'extinction de l'arc. Or il s'avère souhaitable, pour un disjoncteur de performances données, de diminuer la profondeur de la chambre, tout en lui conservant sa largeur, qui est une dimension imposée dans la
pratique par des normes d'usage des installateurs.
Par ailleurs, le document FR 2 604 026 décrit un disjoncteur dont la corne d'arc inférieure s'élargit de sa partie antérieure proche des contacts à sa partie postérieure proche du fond de la chambre d'extinction. La partie postérieure élargie constitue une partie collectrice dont la surface est plus faible que la section d'une racine d'arc pour un arc qui serait formé avec une densité de courant électrique constante correspondant au courant de rupture nominal. L'objectif est ici d'amener l'arc sur la partie collectrice et de l'y stabiliser. L'arc stabilisé se développe alors essentiellement dans la partie médiane de la chambre. Une
telle configuration n'est efficace que si la dimension longitudinale de la chambre, c'est-à-
dire sa profondeur entre zone de contact fixe et la paroi postérieure de la chambre servant à l'extraction des gaz est importante. La largeur de la chambre peut être réduite, car elle
n'est pas exploitée pour l'extinction de l'arc.
L'invention vise donc à améliorer les performances d'un disjoncteur multipolaire basse tension à calibre élevé, notamment un disjoncteur devant être adapté pour couper de courant nominal supérieur à 1000 ampères efficace, à une tension élevée, de l'ordre de 600 Volts en valeur efficace par phase. Elle vise notamment à diminuer le volume de chambre nécessaire pour garantir la coupure d'un courant sous une tension élevée, en diminuant sa profondeur pour une largeur donnée. Elle vise plus précisément à utiliser pleinement le volume de la chambre lorsque la chambre est large et peu profonde et/ou de hauteur
réduite.
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Selon l'invention, cet objectif est réalisé grâce à un pôle pour un disjoncteur électrique comprenant un boîtier et un mécanisme de commande apte à passer d'une position fermée à une position ouverte, ledit pôle comprenant: - un organe de contact fixe en matériau conducteur, comportant une zone de contact, - un organe de contact mobile comportant un ou plusieurs doigts de contact en matériau conducteur, l'organe de contact mobile étant apte à être accouplé audit mécanisme, et à passer d'une position fermée dans laquelle le ou les doigts de contact sont en contact avec la zone de contact de l'organe de contact fixe, à une position ouverte o les deux organes de contact sont séparés, - une chambre d'extinction d'arc, comportant: - deux flasques latéraux parallèles en matériau isolant, situés à égale distance d'un plan géométrique longitudinal médian de la chambre, le plan médian longitudinal délimitant ainsi deux demi-espaces géométriques latéraux contenant chacun l'un des flasques latéraux, - une paroi postérieure comportant un ou plusieurs orifices d'échappement de gaz, - des séparateurs constitués par des plaques métalliques s'étendant d'un des flasques latéraux à l'autre, sensiblement perpendiculairement au plan médian longitudinal, - une ouverture antérieure située à proximité de la zone de contact de l'organe de contact fixe et faisant face à la paroi postérieure, - une corne d'arc inférieure en matériau conducteur, reliée électriquement à l'organe de contact fixe, comportant: - une partie postérieure située à proximité de la paroi postérieure et pourvu d'un rebord, - une partie intermédiaire reliant la zone de contact et la partie postérieure, - un fond en matériau isolant, - une corne d'arc supérieure en matériau conducteur, les séparateurs étant situés entre la corne d'arc inférieure et la corne d'arc supérieure, caractérisé en ce que: - la partie postérieure a une largeur, mesurée parallèlement à un axe perpendiculaire au plan longitudinal médian, plus importante que la largeur de la partie intermédiaire mesurée parallèlement au même axe, - dans chacun des demi-espaces latéraux, la partie postérieure de la corne d'arc possède au moins un point situé par rapport au flasque latéral situé dans le
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demi-espace considéré, à une distance qui est inférieure au quart de la distance entre les deux flasques latéraux, - la distance entre la partie postérieure et chacun des flasques latéraux est inférieure à la moitié de la distance entre chacun des flasques latéraux et le plan médian, - le fond est muni d'un pourtour en matériau gazogène s'interposant entre le
rebord de la partie postérieure et les flasques latéraux.
Avec un dispositif de ce type, on observe après un essai de coupure d'un courant inférieur à 10 fois le courant nominal sous une tension alternative dépassant 600 Volts en valeur efficace monophasée, que la corne d'arc inférieure est sollicitée à un même degré sur les deux parties les plus latérales de la zone d'extrémité postérieure. Ceci permet d'affirmer, bien que les bases théoriques d'explication soient encore floues, que les deux parties latérales de la chambre ont contribué dans des proportions très proches à l'absorption de l'énergie dégagée par l'arc, donc à l'extinction de celui-ci. En fait, il est difficile de dire si les traces observées sont dues à l'existence de deux arcs se développant simultanément dans la chambre ou bien si elles sont dues à une oscillation latérale rapide de l'arc d'un côté à l'autre de la zone d'extrémité postérieure de la corne d'arc. Toujours est-il que cette disposition permet d'utiliser pleinement la largeur disponible de la chambre, et donc d'obtenir la coupure d'arc de tension élevée, au-dessus de 600 volts efficace pour la phase
considérée, avec une chambre de faible profondeur.
L'invention trouve une application particulièrement performante en terme de réduction de volume si dans chaque partie de la chambre délimitée par le plan médian longitudinal, ledit point est également situé par rapport à la paroi postérieure à une distance qui est inférieure au quart de la distance entre chacun des flasques latéraux. On est ainsi assuré
que l'arc utilisera pleinement le volume de matière constitué par les séparateurs.
L'invention s'applique de manière préférentielle à un pôle relativement large, en particulier un pôle dont la distance entre la zone de contact de l'organe de contact fixe et la paroi du fond de la chambre est inférieure à la distance entre les flasques latéraux de la chambre. Il s'applique également à un pôle dont la corne d'arc inférieure à une longueur, mesurée dans le plan médian longitudinal, qui est inférieure à la plus grande largeur de la partie postérieure de la corne d'arc, mesurée suivant un axe perpendiculaire au plan
longitudinal médian.
Préférentiellement, les plaques métalliques des séparateurs ont un rebord antérieur pourvu
d'une échancrure dissymétrique dirigée vers l'un ou l'autre des flasques latéraux.
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Préférentiellement, le pourtour est en saillie vers l'intérieur de la chambre par rapport à la partie postérieure de la corne d'arc ou affleure au niveau de la partie postérieure de la corne d'arc. Le pourtour en saillie permet un dégazage important, qui contribue fortement à la création de l'effet recherché de développement de deux arcs parallèles ou d'un arc
oscillant latéralement dans les deux parties latérales de la chambre.
Suivant un mode de réalisation, on considère que: - chaque demi-espace latéral comporte une partie des séparateurs, cette partie des séparateurs ayant un barycentre géométrique, - dans chaque demi-espace latéral, la distance entre la première zone d'extrémité et le flasque latéral contenu dans le demi-espace est plus faible que la distance
entre le barycentre situé dans le même demi-espace et ledit flasque latéral.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va
suivre de différents modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés dans lesquels: * la figure 1 représente une vue d'un pôle d'un appareillage selon un premier mode de réalisation de l'invention, en coupe suivant un plan longitudinal médian d'une chambre de coupure de ce pôle; * la figure 2 représente en perspective éclatée d'une partie du pôle de la figure 1, montrant notamment la chambre de coupure; * la figure 3 représente une vue du dessus du pôle de la figure 1 * la figure 4 représente une vue d'un pôle d'un appareillage selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, en coupe suivant un plan longitudinal médian d'une chambre de coupure de ce pôle; * la figure 5 représente en perspective éclatée d'une partie du pôle de la figure 4, montrant notamment la chambre de coupure;
* la figure 6 représente une vue du dessus du pôle de la figure 4.
En référence aux figures 1 à 3, un disjoncteur multipolaire basse tension de puissance 10 comporte un boîtier isolant moulé 12 renfermant un mécanisme de commande 14 de type connu, muni d'un barreau de commutation transversal 16 commun à l'ensemble des pôles, tourillonnant dans des paliers ménagés dans le boîtier 12. Chaque pôle comporte un organe de contact fixe 20, un organe de contact mobile 22 et une chambre d'extinction
d'arc 24 située à proximité de l'organe de contact fixe 20.
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L'organe de contact fixe 20 comporte une plage d'amenée de courant 26 montée dans le fond du boîtier 12, partiellement sous la chambre d'extinction d'arc 24. L'organe de contact fixe 20 comporte en outre deux barrettes de contact principales 28 (figure 2) fixées directement à la plage d'amenée de courant 26 et un contact d'arc médian 30. Le contact d'arc 30 est fixé à la plage d'amenée de courant 26 dans une zone intermédiaire entre les barrettes 28 et la chambre 24. Le contact d'arc 30 se prolonge vers l'intérieur de la chambre 24 par une corne d'arc inférieure conductrice 34 décrite en détail plus loin. La plage d'amenée de courant 26, les barrettes 28, le contact d'arc 30 et la corne d'arc 34 sont constitués de divers matériaux métalliques conducteurs, et sont à un même potentiel. Le contact d'arc 30 et les barrettes 28 constituent ensemble une zone de contact 36 destinée à
assurer le contact électrique avec l'organe de contact mobile 22.
L'organe de contact mobile 22 comporte quant à lui une plage fixe conductrice d'amenée de courant 40, une cage support 42 montée pivotante autour d'un axe 44 fixe par rapport au boîtier 12 et une pluralité de doigts de contacts principaux 46 (figure 3) placés de part et d'autre d'un doigt de contact d'arc 48 médian. Les doigts de contact 46, 48 pivotent autour d'un axe géométrique commun 50, fixe par rapport à la cage 42, et sont rappelés vers l'organe de contact fixe par des ressorts de pression de contact 52. Une bielle d'accouplement 54 sert à l'accouplement entre la cage 42 de l'organe de contact mobile 22 et une manivelle 56 du barreau de commutation 16 du mécanisme 14. Chaque doigt principal 46 comporte une pastille de contact 58, destinée à assurer le contact avec la barrette de contact correspondante 28 de l'organe de contact fixe 20 lorsque l'appareil est
dans la position fermée représentée sur la figure 1, ainsi qu'un ergot 60 faisant saillie au-
delà de la pastille de contact vers la chambre d'extinction 24. Le doigt de contact d'arc possède quant à lui un contact d'arc mobile 62 des destiné à assurer le contact avec le contact d'arc fixe 30 de l'organe de contact fixe 20 lorsque l'appareil est dans la position fermée représentée sur la figure 1, ainsi qu'un ergot 64 faisant saillie au-delà de la pastille
de contact vers la chambre d'extinction 24 avec une forme identique à celle des ergots 60.
Les doigts de contact 46, 48 sont reliés électriquement à la plage d'amenée de courant 40
par l'intermédiaire de tresses 49.
La chambre d'extinction 24 comporte deux flasques latéraux 68 en matériau isolant, qui sont parallèles au plan de coupe de la figure 1 et situés à égale distance de part et d'autre de celui-ci, de sorte que le plan de coupe constitue un plan géométrique longitudinal médian 70 de la chambre 24 et du pôle. Une paroi postérieure 72 d'échappement des gaz est agencée à l'arrière de la chambre, perpendiculairement aux flasques latéraux 68. Cette paroi 72 comporte un ou plusieurs orifices 74 d'échappement des gaz de coupure. Une ouverture antérieure 76 est agencée à proximité de la zone de contact 36, à l'opposé de la
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paroi postérieure 72. Des séparateurs 78 constitués par des plaques métalliques planes s'étendent perpendiculairement au plan longitudinal médian 70 de l'ouverture antérieure 76 à la paroi postérieure 72. Les séparateurs 78 sont disposés à distance les uns des autres de manière à laisser la possibilité d'une circulation de gaz entre l'ouverture antérieure 76 et la paroi postérieure 72. Ils sont supportés latéralement par les flasques latéraux 68. Chaque plaque 78 possède une arrête antérieure 80 de captation de l'arc électrique, qui présente approximativement dans le plan de la plaque une forme incurvée concave en U ou en V avec une encoche 82 plus étroite et dissymétrique. Les séparateurs 78 sont empilés de manière que les encoches 82 se trouvent alternativement d'un côté latéral et de
l'autre de la chambre 24.
La corne d'arc inférieure 34, destinée à réceptionner la racine de l'arc lorsque l'arc s'étend depuis le contact d'arc fixe 30 vers l'intérieur de la chambre 24, comporte une partie postérieure 84 située à l'intérieur de la chambre, et une partie intermédiaire 85 reliant la
partie postérieure au contact d'arc fixe 30. La largeur de la partie postérieure 84, c'est-à-
dire sa plus grande dimension mesurée suivant un axe perpendiculaire au plan longitudinal médian 70 de la chambre, est importante alors que la partie intermédiaire 85 constitue un tronçon plus étroit. La partie postérieure 84 présente deux surfaces latérales constituant des aires de réception 86 pour la racine d'un arc électrique se développant dans
la chambre 24.
La distance entre l'aire de réception 86 et le flasque latéral situé dans un même demi-
espace délimité par le plan médian longitudinal 70 est inférieure à la moitié de la distance entre le flasque 68 et le plan médian 70, et donc inférieure au quart de la largeur de la chambre mesurée entre les flasques 68. Les aires de réception 86 sont également relativement proches de la paroi postérieure 72 de la chambre. En d'autres termes, la corne d'arc inférieure 34 comporte dans sa partie postérieure 84 et de chaque côté latéral de la chambre au moins un point situé, par rapport au flasque latéral situé du même côté de la chambre, à une distance inférieure au quart de la largeur de la chambre 24 et situé, par rapport à la paroi postérieure 72, à une distance inférieure au tiers ou au quart de la
largeur de la chambre 24.
La corne d'arc inférieure 34 est fixée sur un fond constitué par une plaque en matériau isolant 90, en l'occurrence du polyamide 6-6 chargé à 30% de fibre de verre. La partie de la plaque 90 non recouverte par la corne d'arc s'étend jusqu'aux flasques 68 et la paroi postérieure 72. Elle présente un pourtour 92 formant un épaulement saillant dans la
chambre et affleurant à la périphérie de la partie postérieure 84 de la corne d'arc.
Alternativement, le pourtour 92 peut faire saillie vers l'intérieur de la chambre jusqu'à
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une hauteur supérieure à celle de la partie postérieure de la corne d'arc. Le pourtour 92 a une forme arrondie en de C qui épouse la forme du rebord de la partie postérieure 84, et notamment des aires de réception 86, de manière à constituer une séparation entre la partie postérieure 84 et la paroi postérieure 72 de la chambre d'une part, et entre la partie postérieure 84 et les flasques latéraux 68 d'autre part. La partie postérieure 84 de la corne d'arc n'est reliée électriquement à la plage 26 que par l'intermédiaire du contact d'arc 30, et la plaque 90 constitue un isolant solide continu entre la partie postérieure 84 et la plage 26. Une corne d'arc supérieure 96, destinée à réceptionner la tête de l'arc en fin d'ouverture de l'organe de contact mobile 22, est constituée par une plaque métallique perpendiculaire au plan longitudinal médian 70, supportée par les flasques latéraux. La corne d'arc supérieure 96 est sensiblement parallèle aux séparateurs 78 dans sa partie postérieure et comporte dans sa partie antérieure un rabat 98 qui renferme au moins partiellement les séparateurs
78 situés dans la partie haute de la chambre.
Le fonctionnement du dispositif selon le premier mode de réalisation est le suivant En position de fermeture, le barreau de commutation 16 verrouillé par le mécanisme 14, et maintient la cage 42 dans la position illustrée sur la figure 1. Les ressorts 52 assurent une pression de contact entre les pastilles 58 des doigts de contact principaux 46 et les barrettes de contact 28, ainsi qu'entre le contact 62 du doigt de contact d'arc 48 et le
contact d'arc fixe 30.
Sur détection d'un faible courant de défaut, un déclencheur électronique agit sur le mécanisme 14 qui provoque l'ouverture. La rotation de l'arbre de commutation 16 fait pivoter la cage 42 autour de son axe de rotation 44. Les doigts de contact principaux 46 pivotent très légèrement autour de l'axe de rotation 50, dans le sens inverse des aiguilles d'une montre sur la figure 1, sous l'effet des ressorts de pression de contact 52, tout en restant en contact avec les barrettes 28. Puis ils rencontrent une butée de la cage 42, et sont entraînés solidairement avec la cage 42 en rotation dans le sens horaire autour de l'axe de rotation 44, de sorte qu'ils se séparent des barrettes 28. Sur le principe, le mouvement du doigt de contact d'arc 48 est similaire, mais décalé dans le temps, du fait du décalage spatial entre les barrettes 28 et le contact d'arc fixe 30. Ainsi, lorsque a lieu la séparation des doigts de contact principaux 46, le doigt de contact d'arc 48 est encore en contact avec le contact d'arc fixe 30. La totalité du courant circulant entre les plages 26, passe alors par les contacts d'arc 30, 62. Dans une seconde phase, le doigt de contact d'arc 48 rencontre à son tour une butée de la cage 42 qui l'entraîne solidairement avec la
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cage 42 dans le mouvement de rotation de cette dernière autour de l'axe de rotation 44 de la cage, dans le sens horaire, de sorte que se produit la séparation du doigt de contact d'arc 48 et du contact d'arc fixe 30. Un arc naît entre les contacts d'arc 30. Du fait de la boucle de courant constituée dans la plage 26 et la plaque 32, la racine de l'arc migre rapidement vers le fond de la chambre 24, alors que la tête de l'arc reste sur l'ergot 64 du doigt de contact 48. Lorsque le mécanisme arrive en position ouverte, les doigts de contact 46, 48 se trouvent à proximité du rabat 98 de la corne d'arc supérieure. La tête d'arc commute alors sur la corne d'arc supérieure 96, et un arc secondaire se forme en série avec le premier, entre le rabat 98 et l'ergot 64 du doigt de contact d'arc 48. L'arc, en pénétrant dans la chambre 24, se divise plus ou moins au contact des séparateurs 78 en arc élémentaires, chaque arc élémentaire constituant une liaison électrique en série entre deux séparateurs 78 adjacents ou entre chaque corne d'arc 34, 96 et le séparateur 78 lui faisant face. En arrivant dans la partie postérieure de la chambre 24, la racine d'arc a tendance à se déplacer vers l'une ou l'autre des aires latérales de réception 86 de la corne d'arc inférieure. Lorsqu'elle s'établit sur l'une des aires latérales de réception 86, la racine de l'arc provoque l'ablation du rebord du pourtour 92 en matériau gazogène avec une importante émission de gaz, notamment d'hydrogène. Cette émission de gaz à proximité immédiate de la racine de l'arc provoque une constriction de la racine d'arc et empêche
celle-ci de se stabiliser définitivement sur l'aire latérale de réception 86 en question.
La phase suivante de développement et d'extinction de l'arc n'est pas parfaitement connue, du fait que les moyens d'observation sont limités et que la théorie ne permet pas une complète explication des résultats observés. On observe en effet après extinction de l'arc que les deux aires de réception latérales 86 de la partie postérieure 84 de la corne d'arc portent des traces semblables, avec une usure significativement supérieure à l'usure des autres parties de la corne d'arc 34. Ceci permet d'affirmer que les deux aires de réception latérale ont été exposées de manière privilégiée à un arc électrique, dans des proportions très proches l'une de l'autre. Deux hypothèses peuvent être émises: selon une première hypothèse, la racine de l'arc située sur l'une des aires de réception 86 serait expulsée du fait de l'émission gazeuse par le pourtour 92, et migrerait latéralement jusqu'à l'autre aire de réception 86 o le même phénomène se reproduirait, de sorte que l'on assisterait à un
mouvement oscillant de la racine de l'arc entre les deux aires de réception latérale 86.
Selon une autre hypothèse, l'émission gazeuse provoquerait une striction de la racine de l'arc, telle qu'un reclaquage aurait lieu au niveau de l'autre aire de réception 86, les deux arcs subsistant par la suite simultanément dans la chambre. La présence de deux arcs simultanés en parallèle dans une chambre étant en général un phénomène transitoire très
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instable qui se résout par l'extinction de l'un des deux arcs, on suggère qu'en l'espèce, s'établirait de manière exceptionnelle une oscillation en opposition de phase des densités de courant des deux arcs, sous l'effet notamment de l'émission de gaz au voisinage de chaque arc qui tendrait à contraindre de manière plus importante l'arc de plus grande densité de courant. En fait, en l'absence d'essais de visualisation avec une caméra ultrarapide, il ne nous est pas possible de déterminer avec exactitude laquelle des deux hypothèses est correcte. Le fait déterminant est que l'on obtient grâce à la combinaison des deux aires de réception latérales 86 et d'un pourtour gazogène 92, une utilisation de la totalité de la chambre et
une répartition énergétique équilibrée entre les deux aires de réception latérales 86.
Il est à souligner que ce phénomène n'est significatif que pour la coupure de courants d'intensité faible sous une tension élevée. Lors de la coupure des courants d'intensité
élevée sous une tension faible, l'arc envahit de manière classique la totalité de la chambre.
En référence aux figures 4 à 6 est présenté un pôle de disjoncteur selon un deuxième
mode de réalisation de l'invention. Pour faciliter la description, on a repris les signes de
référence utilisé dans la description du premier mode de réalisation pour les parties
similaires.
Le disjoncteur 10 est contenu dans un boîtier 12 et comporte comme précédemment un mécanisme 14 incluant un barreau de commutation transversal 16 constitué par un arbre pivotant commun à l'ensemble des pôles du disjoncteur. Chaque pôle comporte un organe
de contact fixe 20, un organe de contact mobile 22 et une chambre d'extinction d'arc 24.
Ce disjoncteur diffère essentiellement du précédent par l'absence de contacts d'arc. La plage fixe d'amenée de courant 26 comporte une barrette de contact unique 36a qui
coopère avec des doigts de contact 46a tous semblables de l'organe de contact mobile 40.
L'extrémité des doigts de contact 46a se situant à proximité de l'axe derotation 50 comporte une came 47 coopérant avec un accumulateur d'énergie élastique 52a prenant appui sur la cage support 42, de manière à former un mécanisme bistable 53 apte à rappeler les doigts 46a soit vers la plage fixe 26, soit à l'opposé de celle-ci. Le fonctionnement du dispositif bistable 53 est décrit en détail dans la demande de brevet français portant le numéro d'enregistrement FR 9905276. Les doigts de contact 46a sont
reliés électriquement à la plage d'amenée de courant 40 par l'intermédiaire d'une tresse.
Une corne d'arc inférieure 34 constituée par une plaque métallique conductrice est fixée par une partie antérieure à la plage 26 de l'organe de contact fixe 20. La partie antérieure 34a de la corne d'arc inférieure située à proximité de la barrette de contact 36a comporte une aire de contact avec la plage d'amenée de courant 26 et est fixée à celle-ci. La partie antérieure comporte également un rebord transversal 34b faisant légèrement saillie au- dessus de la surface de la barrette de contact 36, en direction des doigts de contact 46a. La corne d'arc inférieure 34 comporte par ailleurs une partie postérieure 84 s'étendant à l'intérieur de la chambre, dont la largeur, c'est-à-dire la plus grande dimension mesurée
suivant un axe perpendiculaire au plan longitudinal médian de la chambre, est importante.
La partie antérieure 34a et la partie postérieure 84 sont reliées par une partie intermédiaire de largeur inférieure à celle de la partie postérieure. Comme dans le premier mode de réalisation, la partie postérieure 84 constitue deux aires de réception latérales 86 pour un arc. Le fond de la chambre est constitué par une plaque 90 en matériau isolant. La plaque comporte une empreinte correspondant à la forme de la corne d'arc inférieure et dans laquelle vient se loger la corne d'arc 34. La partie de la plaque non recouverte par la corne d'arc constitue un pourtour 92 saillant par rapport au fond de l'empreinte, qui affleure au niveau du rebord supérieure de la partie postérieure 84 de la corne d'arc 34. Ce pourtour s'interpose d'une part entre le rebord de la corne d'arc et la paroi postérieure de la chambre, et d'autre part entre le rebord de la corne d'arc 34 et les flasques latéraux de la chambre. L'ensemble de la plaque, et en particulier le pourtour 92, est constituée en un
matériau gazogène, en l'occurrence du polyamide 6-6 chargé à 30% de fibre de verre.
Le fonctionnement du dispositif selon le deuxième mode de réalisation de l'invention est le suivant: La séparation des contacts peut avoir lieu soit du fait d'une répulsion électromagnétique des doigts 46a qui pivotent par rapport à la cage 42 dans le sens horaire au-delà de la position de point mort du mécanisme bistable 53, jusqu'à trouver une position de fin de course, soit suite à un ordre d'ouverture qui provoque l'ouverture du mécanisme 14, le pivotement de son barreau de commutation 16 et, par l'intermédiaire de la bielle d'accouplement 54, le pivotement de la cage 42 autour de son axe 44 dans le sens horaire
sur la figure 1, qui entraîne les doigts 46a.
Les doigts de contact 46a se séparent simultanément, avec naissance d'un arc entre l'un des doigts 46a et la barrette de contact 36a. Par l'effet électrodynamique de boucle de courant dans l'organe de contact fixe 20, la racine de l'arc migre immédiatement sur le
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rebord 34b de la partie antérieure de la corne d'arc inférieure puis vers l'intérieur de la chambre 24. En passant par la partie intermédiaire plus étroite de la corne d'arc, la racine
se recentre par rapport au plan médian 70.
La suite de la coupure est similaire à celle du premier mode de réalisation. Chacun des modes de réalisation permet donc d'observer après coupure d'un courant de tension élevée et d'intensité modérée, l'existence de deux traces de racines d'arc au niveau des aires de réception latérales de la partie postérieure de la corne d'arc inférieure, attestant de la présence d'un arc dans chaque partie latérale de la chambre. Etant donné le manque de base théorique pour expliquer le résultat reproductible obtenu, la caractérisation de la forme de la partie postérieure de la corne d'arc inférieure ne peut être qu'empirique. Pour situer plus précisément la position relative de la partie postérieure de la corne d'arc inférieure et des séparateurs, il convient de considérer séparément les deux moitiés latérales de la chambre situées chacune dans l'un des deux demi-espaces délimités par le plan médian longitudinal. Il est alors possible de définir pour chaque partie de séparateur se trouvant dans le demi-espace considéré, un centre de gravité. Chacun des centres de gravité considérés est plus proche du flasque latéral situé dans le demi-plan considéré que du plan médian longitudinal, du fait de l'échancrure constituée par l'arrête en U des séparateurs. En reliant entre eux les centres de gravités obtenus dans une moitié de chambre, on obtient une ligne brisée dont tous les points sont plus proches du flasque latéral correspondant que du plan longitudinal médian. En déterminant le centre de gravité des centres de gravité précédents, en d'autres termes le barycentres des points constituant les centres de gravités pondéré chacun par la masse correspondante du séparateur, on obtient également un barycentre ou centre de gravité global du sous-ensemble matériel constitué par la partie de séparateurs contenus dans le demi-espace considéré, plus proche
du flasque latéral que du plan longitudinal médian.
Pour exploiter pleinement une moitié de la chambre, on cherche empiriquement à ce que
la racine de l'arc puisse se stabiliser à proximité de la ligne brisée précédemment définie.
En effet, si l'arc rencontre chaque séparateur à proximité de son centre de gravité, il provoque un échauffement relativement uniforme du séparateur, donc une absorption
thermique importante.
La partie postérieure de la corne d'arc comporte par conséquent une aire de réception de la racine d'arc constituée par un renflement situé approximativement dans le prolongement
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de la ligne brisée imaginaire précédemment définie. On peut parvenir à ce résultat en faisant en sorte qu'une droite tirée à partir du centre de gravité global précédemment défini et perpendiculaire au plan de la surface supérieure de l'extrémité de la corne d'arc
rencontre la corne d'arc au niveau de l'aire de réception.
Dans le même esprit, on peut imposer que la distance entre l'aire de réception et le flasque latéral situé dans le demi-espace considéré soit inférieure à la distance entre le centre de gravité global et le flasque latéral. On peut également ajouter la condition selon laquelle la distance entre l'aire de réception et la paroi postérieure de la chambre soit supérieure à la
o10 distance entre le centre de gravité global et la paroi postérieure.
Empiriquement, on obtient un bon positionnement des aires de réception en imposant que la distance entre l'aire de réception et le flasque latéral situé dans le demi-espace considéré soit inférieure à la moitié de la distance entre le flasque et le plan médian, et donc inférieure au quart de la largeur de la chambre mesurée entre les flasques. En d'autres termes, la corne d'arc inférieure comporte, pour chaque moitié latérale de la chambre, au moins un point situé, par rapport au flasque situé dans la moitié de chambre considérée, à une distance inférieure au quart de la largeur de la chambre. On peut ajouter que ce point est également situé, par rapport à la paroi postérieure de la chambre, à une distance inférieure au tiers ou au quart de la largeur de la chambre, pour caractériser le fait qu'il s'agit bien de la partie postérieure de la corne d'arc. Toutefois, la distance entre la corne
d'arc inférieure et la paroi postérieure de la chambre est en soi moins critique.
Par ailleurs, il faut souligner le rôle de la partie intermédiaire étroite 85 de la corne d'arc inférieure, qui permet un centrage de la racine de l'arc lors de sa migration vers le fond de la chambre et qui, une fois que la racine de l'arc a atteint la partie postérieure 84, tend à
empêcher la racine de l'arc de revenir vers la zone de contact.
Naturellement, diverses modifications sont possibles.
Dans les modes de réalisation présentés, l'arc naît toujours au niveau des zone de contact, puis migre sur les cornes d'arc. Toutefois, l'invention s'applique tout aussi bien à un disjoncteur agencé de telle manière que l'arc naisse directement entre la corne d'arc
inférieure et l'extrémité des doigts de contact.
Dans les modes de réalisation présentés, le fond de la chambre et le pourtour gazogène constituent une même pièce en matériau gazogène. Il est toutefois également envisageable de rapporter sur un fond isolant non gazogène un pourtour en matériau gazogène. Le
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pourtour peut affleurer au niveau du rebord de la partie postérieure de la corne d'arc inférieure, ou bien faire saillie légèrement au-dessus du rebord de la partie postérieure de
la corne d'arc.
Elle s'applique également à des disjoncteurs non limiteurs, dans lesquels il n'y a pas d'articulation entre une cage support et des doigts de contact, mais un ensemble de contact
formant un solide indéformable accouplé au mécanisme.
L'invention s'applique aussi bien à des disjoncteurs unipolaires qu'à des disjoncteurs multipolaires. La forme du mécanisme est quelconque, avec ou sans barreau de commutation. Le barreau, s'il existe, peut pivoter autour de son axe longitudinal ou autour
d'un axe géométrique distant.
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Claims (6)
1 - Pôle pour un disjoncteur électrique (10) comprenant un boîtier (12) et un mécanisme de commande (14) apte à passer d'une position fermée à une position ouverte, ledit pôle comprenant: - un organe de contact fixe (20) en matériau conducteur, comportant une zone de contact (36), - un organe de contact mobile (22) comportant un ou plusieurs doigts de contact (46, 48) en matériau conducteur, l'organe de contact mobile étant apte à être accouplé audit mécanisme, et à passer d'une position fermée dans laquelle le ou les doigts de contact sont en contact avec la zone de contact de l'organe de contact fixe, à une position ouverte o les deux organes de contact sont séparés, - une chambre d'extinction d'arc (24), comportant: deux flasques latéraux (68) parallèles en matériau isolant, situés à égale distance d'un plan géométrique longitudinal médian (70) de la
chambre, le plan médian longitudinal délimitant ainsi deux demi-
espaces géométriques latéraux contenant chacun l'un des flasques latéraux, - une paroi postérieure (72) comportant un ou plusieurs orifices (74) d'échappement de gaz, - des séparateurs (78) s'étendant d'un des flasques latéraux à l'autre, sensiblement perpendiculairement au plan médian longitudinal, - une ouverture antérieure (76) située à proximité de la zone de contact de l'organe de contact fixe et faisant face à la paroi postérieure, - une corne d'arc inférieure (34) en matériau conducteur, reliée électriquement à l'organe de contact fixe, comportant: - une partie postérieure (84) située à proximité de la paroi postérieure et pourvue d'un rebord, - une partie intermédiaire (85) reliant la zone de contact et la partie postérieure, - une corne d'arc supérieure (96) en matériau conducteur, les séparateurs étant situés entre la corne d'arc inférieure et la corne d'arc supérieure, caractérisé en ce que: - la partie postérieure (84) a une largeur, mesurée parallèlement à un axe perpendiculaire au plan longitudinal médian, plus importante que la largeur de la partie intermédiaire (85) mesurée parallèlement au même axe,
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- dans chacun des demi-espaces latéraux, la partie postérieure (84) de la corne d'arc possède au moins un point situé par rapport au flasque latéral situé dans le demi-espace considéré, à une distance qui est inférieure au quart de la distance entre les deux flasques latéraux, - la distance entre la partie postérieure (84) et chacun des flasques latéraux (68) est inférieure à la moitié de la distance entre chacun des flasques latéraux et le plan médian, - le rebord de la partie postérieure est bordé par un pourtour (92) en matériau gazogène, qui s'interpose entre le rebord de la partie postérieure (84) et les
flasques latéraux (68).
2 - Pôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans chaque partie de la chambre délimitée par le plan médian longitudinal, ledit point est également situé par rapport à la paroi postérieure à une distance qui est inférieure au quart de la distance entre chacun des
flasques latéraux.
3 - Pôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance entre la zone de contact de l'organe de contact fixe et la paroi du fond de la chambre est inférieure à la distance
entre les flasques latéraux de la chambre.
4 - Pôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que la corne d'arc inférieure à une longueur, mesurée dans le plan médian longitudinal, qui est inférieure à la plus grande largeur de la partie postérieure de la corne d'arc, mesurée suivant un axe perpendiculaire
au plan longitudinal médian.
- Pôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plaques métalliques des séparateurs ont un rebord antérieur pourvu d'une échancrure dissymétrique dirigée vers
l'un ou l'autre des flasques latéraux.
6 - Pôle selon la revendication 1 caractérisé en ce que le pourtour est en saillie vers l'intérieur de la chambre par rapport à la partie postérieure de la corne d'arc ou affleure au
niveau de la partie postérieure de la corne d'arc.
7 - Pôle selon la revendication 1 caractérisé en ce que - chaque demiespace latéral comporte une partie des séparateurs, cette partie des séparateurs ayant un barycentre géométrique,
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- dans chaque demi-espace latéral, la distance entre la première zone d'extrémité et le flasque latéral contenu dans le demi-espace est plus faible que la distance
entre le barycentre situé dans le même demi-espace et ledit flasque latéral.
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