[0001] L'invention concerne un échappement de gaz pour disjoncteur, comprenant une enveloppe
de forme générale cylindrique fermée par un fond à une extrémité et présentant des
ouvertures pour l'échappement du gaz, un fourreau disposé dans l'enveloppe pour délimiter,
intérieurement, un passage central et extérieurement, avec l'enveloppe, un passage
annulaire entourant le passage central, une communication étant prévue dans le fourreau
à proximité du fond pour réaliser une communication du passage central du fourreau
vers le passage annulaire.
[0002] On connaît déjà (
WO 03/096366) un appareil électrique comportant un échappement de ce type (voir figure 7). L'appareil
électrique présente une zone de coupure dans laquelle un gaz est généré par un arc
dans une tuyère. Ce gaz s'écoule à travers un canal dans un dispositif de refroidissement
qui présente la forme d'un tube de refroidissement. Ce tube présente une paroi épaisse
dans laquelle de nombreux orifices traversant sont prévus pour le passage du gaz.
Un dispositif de ce type conduit à une mauvaise utilisation du volume enfermé dans
l'échappement que les gaz chauds générés par la coupure doivent chasser avant d'atteindre
la sortie de l'échappement qui comporte des arêtes vives qui conduisent à des augmentation
de champ telles qu'un arc risque de s'amorcer à partir de ces arêtes vers la cuve
métallique dans laquelle l'appareil électrique est logé.
[0003] Par ailleurs, des poussières et des particules s'amassent au fond de la cuve parmi
lesquelles peuvent se trouver des particules électriquement conductrices. Le champ
électrique qui reigne entre la surface extérieur de l'échappement et la surface intérieure
de la cuve suffit parfois à faire bouger ou même orienter verticalement ces particules
conductrices. A partir du moment où ces particules conductrices s'orientent verticalement
elles peuvent avoir des effets de pointe. Cet effet de pointe favorise l'amorçage
d'arcs entre l'échappement de l'appareil sous tension et la cuve métallique reliée
à la terre. Le tube de refroidissement percé d'orifices est une pièce axisymétrique
de telle sorte que les gaz sont soufflés dans toutes les directions, notamment vers
le haut et vers le bas. Au moment où le gaz est engendré, il souffle dans cet amas
de particules qui se mettent alors à virevolter. Ceci favorise le redressement des
particules conductrices et donc l'amorçage.
[0004] Avant que l'échappement ne soit complètement rempli de gaz chaud, une partie de ce
gaz quitte l'échappement et se fraie un chemin vers la cuve. Etant donné que le gaz
chaud est beaucoup plus conducteur que le gaz froid, des amorçages tardifs entre l'échappement
et la cuve en sont la conséquence si la quantité de gaz chaud quittant l'échappement
est significative.
[0005] Par ailleurs la partie du tube de refroidissement percée d'orifices qui peut être
traversée par des gaz chauds est axialement longue.
[0006] Elle s'étend des repères 114a à 115. Il existe donc deux chemins vers la sortie de
l'échappement qui diffèrent nettement en logueur. Partant toujours du repère 108 pour
aboutir au repère 112, le gaz qui traverse le tube de refroidissement au repère 114a
atteint la sortie 112 après un chemin nettement plus court. C'est ce chemin le plus
court qui force à augmenter le volume total du gaz contenu dans l'échappement. Il
y est donc proche du repère 115 du gaz froid qui n'est poussé hors de l'échappement
que tardivement.
[0007] L'invention a pour objet un échappement qui remédie à ces inconvénients. Ces buts
sont atteints, conformément à l'invention, par le fait que l'enveloppe comprend deux
ouvertures diamétralement opposées situées dans un plan horizontal.
[0008] Grâce à cette caractéristique l'échappement ne comporte pas, comme dans l'art antérieur,
un grand nombre de petits orifices présentant une résistance à l'écoulement des gaz,
mais au contraire des ouvertures de grand diamètre dont les rayons de courbure peuvent
être rendus suffisamment grands pour empêcher l'apparition d'une augmentation de champ
électrique. Les rayons de courbure sont compatibles à la fois avec l'échappement facile
des gaz et une tenue électrique vis-à-vis de la cuve qui est proche. D'autre part,
étant donné que les ouvertures sont dans un plan horizontal les particules de poussières
lourdes et de produits dérivés causés par les interruption du courant ne sont pas
soufflées dans une zone de la cuve où d'autres particules se sont déjà accumulées.
[0009] Selon l'invention, les particules ne sont pas expulsées à l'extérieur de l'échappement
parce que le gaz change plusieurs fois de direction avant d'atteindre la sortie de
l'échappement. Dans chaque tournant les forces centrifuges agissent sur les particules
lourdes pour les séparer du courant principal, comme dans un cyclone.
[0010] De préférence, la section de passage offerte au gaz est monotone et progressivement
croissante.
[0011] Grâce à cette caractéristique la section de passage disponible pour l'écoulement
du gaz augmente de façon monotone depuis la tuyère (le divergent) jusqu'à une valeur
maximale. De cette manière, on évite ainsi les vortex qui créent une contre pression
nuisible et diminuent les performances de la coupure, on évite aussi les poches de
gaz froid, c'est-à-dire une partie du volume de l'échappement qui ne contient pas
de gaz chaud.
[0012] On ralentit le gaz chaud et on permet aux particules dont certaines sont conductrices
de rester en partie dans l'échappement.
[0013] De préférence, la section de passage offerte au gaz ne varie pas de plus d'un facteur
quatre à chaque augmentation de section.
[0014] Dans un mode de réalisation préféré, les deux ouvertures formées dans l'enveloppe
sont espacées d'une certaine distance d'un fond du passage annulaire et quatre cloisons
radiales sont prévues pour, d'une part, caréner les ouvertures formées dans l'enveloppe
et, d'autre part, délimiter des passages de gaz isolés des ouvertures afin d'obliger
le gaz à aller jusqu'au fond du passage annulaire avant de pouvoir sortir par les
ouvertures.
[0015] Grâce à cette caractéristique, le gaz suit deux trajets différents pour sortir de
l'échappement. Les courants de gaz balayent la totalité du volume intérieur de l'échappement
et on évite qu'il y ait des poches de gaz froid qui restent dans l'appareil.
[0016] De préférence, les ouvertures formées dans l'enveloppe s'étendent sur environ un
tiers de la périphérie de l'enveloppe.
[0017] Dans une réalisation particulière, la communication prévue dans le fourreau à proximité
du fond pour réaliser une communication du passage central du fourreau vers le passage
annulaire est constituée de quatre trous.
[0018] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture
de la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre illustratif en
référence aux figures annexées. Sur ces figures:
- la figure 1 est une vue en élevation en coupe d'un disjoncteur comprenant un échappement
de gaz conforme à la présente invention
- la figure 2 est une vue en coupe horizontale du disjoncteur de la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue en perspective à échelle agrandie d'une partie de l'échappement
de l'invention ;
- les figures 4, 5 et 6 sont des vues de détail qui montrent les ouvertures formées
dans l'enveloppe et la forme des cloisons radiales ;
- la figure 7 est une vue en coupe d'un disjoncteur de l'art antérieur.
[0019] Les figures 1 et 2 représentent schématiquement un appareillage électrique de coupure,
tel qu'un disjoncteur.
[0020] L'appareillage électrique est logé dans une cuve 4 remplie d'un gaz isolant 6 tel
que par exemple le SF
6. Le disjoncteur comporte un contact d'arc mobile 8 ainsi qu'un contact d'arc fixe
10 monté sur trois pieds 11. Lors d'une coupure, un arc apparaît entre les contacts
mobile 8 et fixe 10. Pour cette raison, l'espace situé entre le contact fixe et le
contact mobile est entouré d'une buse ou tuyère isolante 12 présentant une extrémité
14 évasée. La fonction de la tuyère 12 est de canaliser le gaz ou plasma engendré
par l'arc électrique entre le contact fixe et le contact mobile. Le contact fixe 10
est entouré par un fourreau 16 dans lequel la partie évasée 14 de la tuyère 12 coulisse
à la manière d'un piston. Une extrémité du fourreau 16 est fermée par un fond constitué
par dôme 18. A proximité du dôme 18 le fourreau est percé de quatre orifices 20 de
section sensiblement rectangulaire. Extérieurement au dôme 18 on trouve une coquille
22 de forme arrondie présentant un grand rayon de courbure et dont la forme rappelle
celle d'un oeuf.
[0021] Extérieurement, le fourreau est entouré une enveloppe 26 qui a été représentée en
perspective sur la figure 3. A la partie droite de la figure on peut apercevoir, débouchant
de l'enveloppe 26, l'extrémité droite du fourreau 16 comportant les quatre trous de
passage 20 (la coquille 22 étant retirée). L'enveloppe 26 présente une forme cylindrique
coaxiale à l'axe XX du disjoncteur. A sa partie supérieure un conducteur électrique
28 est relié au disjoncteur. Deux ouvertures 30 dirigées horizontalement sont formées
dans l'enveloppe 26 (une seule ouverture est visible sur la figure 3). Pour réaliser
les ouvertures 30 on a formé deux cloisons radiales 32, 34, 36, 38 pour chaque ouverture
30 (voir figures 5 et 6). Chaque cloison est dirigée radialement vers l'intérieur
et s'étend jusqu'à la surface périphérique extérieure du fourreau 16 dont on peut
apercevoir une partie à travers l'ouverture 30 sur la figure 3.
[0022] Le fourreau délimite, intérieurement, un passage central 40 et, extérieurement, un
passage annulaire 42 avec l'enveloppe 26. Le passage central 40 et le passage annulaire
42 communiquent l'un avec l'autre par l'intermédiaire des quatre trous 20 formés à
l'extrémité du fourreau proche du dôme 18. On réalise ainsi un parcours en labyrinthe
avantageux comme on l'a expliqué précédemment, pour permettre le dépôt des particules
lourdes en suspension dans le courant de gaz et d'autre part, pour réaliser une section
monotone croissante afin d'éviter d'emprisonner des poches de gaz froid dans l'échappement,
particulièrement dans le passage central 40. Comme on peut le voir plus particulièrement
sur la figure 4, le passage annulaire 42 est scindé en deux parties par les deux paires
de cloisons radiales 32 et 34 d'une part, 36 et 38 d'autre part. Une partie de ce
canal annulaire communique directement avec les ouvertures 30 de telle sorte que le
gaz peut s'échapper directement. La partie du passage annulaire comprise entre les
cloisons radiales 32 et 38 d'une part, la partie du passage comprise entre les cloisons
34 et 36 d'autre part constituent deux passages de gaz isolés des ouvertures 30 afin
de contraindre la partie du gaz qui passe par ces passages à aller jusqu'à un fond
44 du passage annulaire opposé à la coquille 22. De préférence, la section de passage
des trous 30 est environ un tiers de la section des canaux isolés situés entre les
cloisons radiales 32 et 38 d'une part et 34 et 36 d'autre part. En d'autres termes,
la section de passage des canaux isolés est sensiblement deux fois supérieure à celle
des orifices de sortie 30.
[0023] Grâce à ces formes la section de passage offerte au gaz est monotone croissante.
En effet, la section du canal annulaire 42 est sensiblement supérieure à la section
du passage central 40. D'autre part, dans tous les points du parcours, les rayons
de courbure sont importants ce qui facilite la circulation des gaz. Les cloisons radiales
32 sont elles-mêmes prévues avec des rayons de courbure importants par rapport à la
surface périphérique extérieure de l'enveloppe 26 de telle sorte qu'en aucun point
n'apparaît une concentration de champ électrique.
[0024] Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant. Lors d'une coupure, un arc apparaît
entre le contact mobile 8 et le contact fixe 10. Une quantité de gaz chaud est engendrée.
Elle se propage à partir de la tuyère 12 dans le fourreau 16 qu'elle parcourt selon
toute sa longueur jusqu'à parvenir jusqu'au dôme 18 sur lequel elle s'oriente perpendiculairement
de manière à passer par les orifices 20. Le jet de gaz frappe alors les parties arrondies
de la coquille 22 réalisant un premier changement de direction. Le gaz parcourt alors
le passage annulaire 42. Une partie du gaz sort directement par les orifices 30 tandis
que la partie restant du gaz s'écoule jusqu'au fond 44 dans lequel il subit un second
changement de direction. Le gaz retourne alors vers les orifices 30 en passant pardessus
les cloisons radiales 32, 34, 36, 38 et ressort par les ouvertures 30.
1. Echappement de gaz pour disjoncteur, comprenant une enveloppe (26) de forme générale
cylindrique fermée par un fond (18, 22) à une extrémité et présentant des ouvertures
(30) pour l'échappement du gaz, un fourreau disposé dans l'enveloppe (26) pour délimiter,
intérieurement, un passage central, et extérieurement, avec l'enveloppe (26), un passage
annulaire (42) entourant le passage central (40), une communication (20) étant prévue
dans le fourreau (16) à proximité du fond (18) pour réaliser une communication du
passage central (40) du fourreau (16) vers le passage annulaire (42), caractérisé en ce que l'enveloppe (26) comprend deux ouvertures (30) diamétralement opposées situées dans
un plan horizontal.
2. Echappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section de passage offerte au gaz est monotone croissante.
3. Echappement selon la revendication 2, caractérisé en ce que la section de passage offerte au gaz ne varie pas de plus d'un facteur 4 à chaque
augmentation de section.
4. Echappement selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deux ouvertures (30) formées dans l'enveloppe (26) sont espacées d'une certaine
distance d'un fond (44) du passage annulaire (42) et en ce que quatre cloisons (32, 34, 36, 38) radiales sont prévues pour, d'une part, caréner
les ouvertures (30) formées dans l'enveloppe (26) et, d'autre part, délimiter des
passages de gaz isolés des ouvertures (30) afin d'obliger le gaz à aller jusqu'au
fond du passage annulaire (42) avant de pouvoir sortir par les ouvertures (30).
5. Echappement selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les ouvertures (30) formées dans l'enveloppe (26) s'étendent sur environ un tiers
de la périphérie de l'enveloppe.
6. Echappement selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la communication prévue dans le fourreau (16) à proximité du fond (18) pour réaliser
une communication du passage central (40) du fourreau (16) vers le passage annulaire
(42) est constituée par quatre trous (20).