Interrupteur électrique à arc tournant

Abstract

 Un interrupteur à arc tournant comporte une bobine de soufflage (30) accolée à la face arrière d'une électrode annulaire (24) et traversée par un noyau ferromagnétique (34). Un conduit d'échappement de gaz (44) est ménagé à l'intérieur de la bobine (30) pour éviter toute formation d'un bouchon gazeux ionisé dans la zone confinée par l'arc tournant.

Description

[0001] L'invention concerne un interrupteur électrique à autosoufflage par rotation de l'arc sous l'action d'un champ magnétique engendré par le courant à interrompre comprenant:

- une enveloppe étanche remplie d'un gaz à rigidité diélectrique élevée,

- un ensemble de contact fixe, monté libre dans l'enceinte confinée par l'enveloppe,

- une électrode annulaire appartenant audit ensemble de contact fixe et formant une piste annulaire de rotation de l'arc sous l'action d'un champ magnétique engendré par une bobine tubulaire disposée coaxialement à l'arrière de l'électrode annulaire,

- un noyau ferromagnétique s'étendant coaxialement à l'intérieur de la bobine tubulaire et présentant une face.terminale voisine de ladite électrode annulaire,

- et un conduit ménagé dans ledit ensemble de contact fixe en traversant intérieurement la bobine tubulaire et l'électrode annulaire.

[0002] Un interrupteur connu du genre mentionné (demande de brevet allemand N° 2.511.238) nécessite une faible énergie de commande d'ouverture, le champ magnétique de soufflage de l'arc étant dérivé du courant à interrompre. Le noyau est formé par une partie métallique tubulaire en matériau ferromagnétique délimitant le conduit de circulation de gaz. Ce conduit présente une section circulaire et sert de logement à un organe d'absorption des produits de décomposition du gaz de soufflage. Cet organe est agencé entre deux grilles métalliques dans le but de purifier et de refroidir les gaz de soufflage. La présence de cet organe d'absorption dans le conduit s'oppose néanmoins à une circulation efficace du gaz dans le sens d'échappement avec formation éventuelle d'un bouchon gazeux ionisé dans la zone d'arc. La bobine est entourée coaxialement par une culasse tubulaire ferromagnétique prolongée par un déflecteur agencé autour de la zone d'extension de l'arc. Ce déflecteur protège l'enveloppe contre les effets de l'arc, mais s'oppose à une circulation du gaz par l'extérieur de l'ensemble de contact fixe. Il en résulte que le pouvoir de coupure d'un tel interrupteur est limité.

[0003] La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et de permettre la réalisation d'un interrupteur à arc tournant performant.

[0004] Selon l'invention, la zone d'extension de l'arc située à l'avant de l'ensemble de contact fixe communique librement avec la zone opposée postérieure à la fois par l'intérieur et par l'extérieur dudit ensemble, le premier trajet du gaz par l'intérieur s'effectuant à travers ledit conduit intervenant et le deuxième trajet par 1'extérieur/entre ledit ensemble de contact fixe et la paroi interne de l'enveloppe.

[0005] Des essais ont confirmé l'efficacité de ce dispositif qui peut s'expliquer par une évacuation facilitée des gaz ionisés de la zone de coupure, notamment de la zone centrale entourée par l'arc tournant. Il avait déjà été proposé de combiner le soufflage magnétique et le soufflage pneumatique de l'arc en engendrant dans un interrupteur à arc tournant un soufflage des gaz dans la zone de coupure soit par pistonnage des gaz, soit par autoexpansion vers un compartiment séparé d'expansion. Ces dispositifs sont compliqués et nécessitent des cloisonnements internes de l'enceinte et/ou des volumes pistonnables. Le soufflage pneumatique participe pour une part non négligeable et parfois prépondérante au soufflage de l'arc. La présente invention part d'une conception différente en ce sens qu'elle accroit d'une part le soufflage magnétique, c'est-à-dire la rotation de l'arc, en prévoyant un noyau ferromagnétique à l'intérieur de la bobine et qu'elle évite d'autre part toute zone de stagnation de gaz ionisés dans la zone centrale confinée par l'arc. Les gaz soumis à l'action de l'arc peuvent s'échapper librement de part et d'autre de l'arc vers des zones plus froides de l'enceinte dont le volume total est ainsi mis à contribution. Cette circulation de gaz n'exerce pas un soufflage de l'arc. Le noyau est de préférence connecté en série de la bobine de soufflage pour maintenir le soufflage magnétique lors d'une commutation de l'arc sur le noyau. Le conduit d'échappement peut être ménagé à l'intérieur du noyau de forme tubulaire ou entre la face interne de la bobine et la face externe d'un noyau plein d'un diamètre inférieur ou bien entendu par une combinaison de ces moyens. Le profil en long du conduit d'échappement est de préférence conformé en tuyère présentant un col auquel se raccorde en amont un convergent et en aval un divergent pour favoriser l'écoulement dans le sens d'échappement hors de la zone d'arc.

[0006] Selon un développement de l'invention, la bobine de soufflage est entourée extérieurement d'une culasse de renforcement du champ magnétique et l'électrode opposée présente des orifices de circulation de gaz.

[0007] L'invention sera décrite en détail par la suite comme étant appliquée à un interrupteur à contacts principaux séparés des contacts d'arc, mais il est clair qu'elle est applicable à tout autre type d'interrupteur à arc tournant, par exemple à contacts principaux coaxiaux aux contacts d'arc ou à contacts séparables constituant les pistes de rotation de l'arc.

[0008] D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés, dans lesquels:

- la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un interrupteur selon l'invention;

- la figure 2 est une vue partielle à échelle agrandie de l'ensemble de contact fixe selon la figure«;

- la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 2, illustrant une variante de réalisation.

[0009] Les figures montrent un interrupteur du type décrit dans la demande de brevet européen N° 53.524, et l'invention sera décrite ci-dessous comme étant appliquée à un interrupteur de ce type, mais il est clair qu'elle est applicable à d'autres interrupteurs à arc tournant, notamment décrits dans la demande de brevet français N° 2.464.550.

[0010] Sur la figure 1, analogue à celle de la demande de brevet européen N° 53.524, on reconnaît l'enveloppe étanche 10 confinant une enceinte 12 remplie d'un gaz à rigidité diélectrique élevée, tel que l'hexafluorure de soufre. Dans l'enceinte 12 sont disposés des contacts principaux 14, 16 et des contacts de shuntage 18, 20, dont les contacts mobiles 16, 20 sont actionnés par un mécanisme 22. L'enveloppe 10 contient de plus des contacts d'arc constitués par deux électrodes annulaires 24, 26, disposées face à face et tangentiellement à la trajectoire de pivotement de l'extrémité du contact mobile de shuntage 20. L'électrode annulaire 24 appartient à un ensemble fixe 28 comprenant une bobine annulaire 30 associée à la face arrière de l'électrode 24 et fixée à un support 32. On se reportera avantageusement à la demande de brevet européen précitée pour de plus amples détails concernant cet interrupteur, et il suffit de rappeler que lors d'une manoeuvre d'ouverture l'arc tiré entre les contacts de shuntage 18, 20 est commuté sur les électrodes 24, 26 en mettant en circuit la bobine de soufflage 30 imposant une rotation des racines d'arc sur les pistes annulaires formées par les électrodes 24, 26.

[0011] En se référant plus particulièrement à la figure 2, on voit qu'un noyau ferromagnétique 34 en forme d'olive est disposé à l'intérieur de la bobine 30, la face frontale ou extrémité 36 étant voisine de l'électrode annulaire 24. Le noyau 34-est monté à sa partie arrière sur une plaque de fixation 38 fixée par des goujons 40 au support 32 avec interposition de rondelles isolantes 42. Les goujons 40 traversent la bobine 30 et sont soudés à l'arrière de l'électrode annulaire 24. Un tel montage est décrit dans le brevet français N° 2.464.550 et permet d'isoler le noyau ferromagnétique 34 du support 32, de manière à maintenir en circuit la bohine de soufflage 30 en cas d'amorçage de l'arc sur le noyau 34. La bobine 30 est connectée entre le support 32 et l'électrode annulaire 24. Le diamètre du noyau 34 est inférieur au diamètre interne de la bobine 30, de manière à ménager un conduit annulaire 44 permettant un échappement de gaz à travers l'ensemble fixe 28. La forme en olive du noyau 34 définit une tuyère à entrée convergente 46 et à sortie divergente 48 facilitant un échappement des gaz hors de la zone d'arc adjacente à l'électrode annulaire 24. Un écoulement.en sens inverse vers l'électrode annulaire 24 est par contre freiné. Une-culasse 50 peut être disposée à l'extérieur de la bobine 30.

[0012] La présence du noyau 34 et éventuellement de la culasse 50 permet d'accroître l'intensité du champ magnétique de soufflage de l'arc ancré sur l'électrode annulaire 24 et de provoquer son extinction. Les gaz chauffés et ionisés par l'action de l'arc au voisinage de l'électrode annulaire 24 peuvent circuler librement vers l'extérieur et vers l'intérieur en s'échappant par le conduit constitué par l'intervalle 44. On évite ainsi toute stagnation de gaz ionisés dans la partie centrale de l'ensemble de contact fixe 28 susceptible d'entraver l'extinction de l'arc ou de provoquer des réamorçages. Cette circulation n'exerce aucun effet direct de soufflage sur l'arc lui-même et ne participe qu'indirectement à la coupure du courant. Le choix de la section du conduit d'échappement 44 et du noyau 34 résulte d'un compromis entre la nécessité de disposer d'une section de fer suffisante pour un reforcement du champ magnétique et d'une section suffisante d'échappement du gaz afin de ne pas trop freiner la circulation des gaz.

[0013] La figure 3, analogue à la figure 2, illustre une variante de réalisation de l'ensemble de contact fixe 28 dans laquelle un conduit d'échappement des gaz 52 est ménagé à l'intérieur d'un noyau creux 54. Le conduit 52 est agencé en forme de tuyère facilitant l'évacuation des gaz hors de la zone d'arc et il est clair que le fonctionnement est absolument identique à celui décrit ci-dessus en référence à la figure 2. L'évacuation à travers le noyau 54 peut être combinée à une évacuation du type réprésenté à la figure 2, de la bobine.

[0014] En se référant à la figure 1, on voit que l'électrode annulaire 26 opposée à l'électrode 24 présente des orifices 56 permettant un échappement des gaz hors de la zone centrale confinée par l'arc tournant. Le dispositif de circulation de gaz selon l'invention peut bien entendu être appliqué à tcut autre type d'interrupteur à arc tournant, par exemple du type décrit dans le brevet français N° 2.⁴64.550, et l'invention n'est pas limitée au mode de mise en oeuvre plus particulièrement décrit, mais elle s'étend à un interrupteur dans lequel le noyau 34, 54 ne serait pas au même potentiel que l'électrode annulaire 24, ou celle encore dans laquelle la structure de l'ensemble de contact fixe serait différente. On remarque que le premier trajet du gaz par l'intérieur s'effectue à travers le conduit 44, 52, alors que le deuxième trajet par l'extérieur intervient entre l'ensemble de contact fixe 28 et la paroi latérale interne de l'enveloppe 10.

Revendications

1. Interrupteur électrique à autosoufflage par rotation de l'arc sous l'action d'un champ magnétique engendré par le courant à interrompre comprenant :

- une enveloppe étanche (10) remplie d'un gaz à rigidité diélectrique élevée,

- un ensemble de contact fixe (28), monté libre dans l'enceinte confinée par l'enveloppe (10),

- une électrode annulaire (24) appartenant audit ensemble de contact fixe (28) et formant une piste annulaire de rotation de l'arc sous l'action d'un champ magnétique engendré par une bobine tubulaire (30) disposée coaxialement à l'arrière de l'électrode annulaire (24),

- un noyau ferromagnétique (34, 54) s'étendant coaxialement à l'intérieur de la bobine tubulaire (30) et présentant une face terminale (36) voisine de ladite électrode annulaire (24),

- et un conduit (44, 52) ménagé dans ledit ensemble de contact fixe (28) en traversant intérieurement la bobine tubulaire (30) et l'électrode annulaire (24),

caractérisé par le fait que la zone d'extension de l'arc située à l'avant de l'ensemble de contact fixe (28) communique librement avec la zone opposée postérieure à la fois par l'intérieur et par l'extérieur dudit ensemble (28), le premier trajet du gaz par l'intérieur s'effectuant à travers ledit conduit (44, 52) et le deuxième trajet par l'extérieur intervenant entre ledit ensemble de contact fixe (28) et la paroi interne de l'enveloppe (10).

2. Interrupteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit conduit (52) s'étend coaxialement à travers le noyau ferromagnétique (54) creux en débouchant de part et d'autre dudit ensemble de contact fixe (28).

3. Interrupteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit conduit (44) de section annulaire est confiné entre la surface externe du noyau (34) et la surface interne de la bobine tubulaire (30) de section supérieure à celle du noyau.

4. Interrupteur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit conduit (44, 52) est conformé en une tuyère à convergent divergent, favorisant la circulation du gaz de la zone avant vers la zone postérieure de l'ensemble de contact fixe (28).

5. Interrupteur selon la revendication 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que le noyau (34, 54) est connecté électriquement à l'électrode annulaire (24) pour maintenir en circuit la bobine (30) en cas d'ancrage de l'arc sur le noyau.

6. Interrupteur selon la revendication 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comporte une deuxième électrode annulaire (26), lesdites électrodes annulaires (24, 26) étant disposées en regard l'une de l'autre, ladite deuxième électrode (26) comportant également un conduit (56) de circulation de gaz la traversant.

7. Interrupteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des contacts principaux (14, 16) disposés coaxialement et extérieurement à ladite bobine tubulaire (30).

8. Interrupteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des contacts principaux (14, 16) disposés latéralement à ladite bobine tubulaire (30), l'arc commutant sur l'électrode annulaire (24) au cours de la manoeuvre d'ouverture de l'interrupteur,

Dessins