La présente invention concerne un interrupteur électrique à vide destiné à assurer la coupure dans un circuit électrique notamment en basse ou moyenne tension.
On connaît un disjoncteur tel que décrit dans la demande de brevet FR-2.682.808 de la demanderesse comprenant une ampoule à vide dans laquelle sont logés deux contacts d'arc dont l'un fixe, est solidaire de l'un des fonds tandis que l'autre, mobile, est monté à coulissement axial à l'intérieur de la cartouche entre une position de fermeture et une position de séparation des contacts entraînant la formation d'un courant d'arc. Ce disjoncteur comporte en outre une bobine disposée coaxialement à l'extérieur de la cartouche au droit de l'intervalle de séparation des contacts d'arc, cette bobine étant destinée à produire un champ magnétique axial dans la zone de formation de l'arc. L'un des inconvénients de ce type de disjoncteur tient en ce que la bobine étant en série avec les contacts d'arc, la totalité du courant principal traverse la bobine. Il en résulte qu'il est nécessaire de prévoir une bobine de section importante laquelle présente, de ce fait, un encombrement important et engendre des pertes considérables.
L'une des solutions à ce problème consiste, comme décrit dans la demande de brevet n° 9413408 de la demanderesse, à interposer un moyen de dérivation entre les deux extrémités de la bobine, ledit moyen étant destiné à dériver une partie du courant principal à travers la bobine pendant la coupure, afin de créer un champ magnétique axial réduit et ainsi une perte réduite. Cependant, dans cette réalisation, les pertes thermiques restent importantes.
On connaît également le document DE 39 14967 qui décrit un dispositif selon le préambule des revendications 1 et 2, et dans lequel le moyen pour produire le champ magnétique axial comprend au moins deux spires entourant chacune complètement l'enveloppe de l'interrupteur, d'où un encombrement important et des pertes engendrées importantes.
La présente invention résout ces problèmes et propose un interrupteur ou disjoncteur à vide, de conception particulièrement simple, permettant de réduire ces pertes davantage.
A cet effet, la présente invention a pour objet un interrupteur électrique destiné à assurer la coupure dans un circuit électrique, du genre comprenant une cartouche allongée sous vide à enveloppe cylindrique obturée par deux fonds, dans laquelle sont logés deux contacts d'arc destinés à être reliés électriquement respectivement à deux plages d'amenée du courant, dont l'un, fixe, est solidaire de l'un des fonds tandis que l'autre, mobile, est monté à coulissement axial à l'intérieur de la cartouche, et au moins un moyen destiné à produire un champ magnétique axial dans la zone de formation de l'arc, cet interrupteur étant caractérisé en ce que le moyen précité comporte au moins deux portions de spire montées en parallèle autour des contacts, chaque portion de spire formant une fraction de spire de longueur inférieure à un tour complet et comprenant chacune une première extrémité reliée électriquement à l'un des contacts d'arc et une seconde extrémité reliée électriquement à la plage d'amenée de courant dudit contact, lesdites portions étant disposées à l'extérieur de la cartouche, au droit de l'intervalle de séparation des contacts d'arc.
L'invention a également pour objet un interrupteur électrique destiné à assurer la coupure dans un circuit électrique, du genre comprenant une cartouche allongée sous vide à enveloppe cylindrique obturée par deux fonds, dans laquelle sont logés deux contacts d'arc destinés à être reliés électriquement respectivement à deux plages d'amenée du courant dont l'un fixe, est solidaire de l'un des fonds précités tandis que l'autre, mobile, est monté à coulissement axial à l'intérieur de la cartouche, et au moins un moyen destiné à produire un champs magnétique axial dans la zone de formation de l'arc, cet interrupteur étant caractérisé en ce que le moyen précité comporte au moins deux portions de spire montées en parallèle autour des contacts, chaque portion de spire formant une fraction de spire de longueur inférieure à un tour complet et comprenant chacune une première extrémité reliée électriquement à l'un des contacts d'arc et une seconde extrémité reliée électriquement à la plage d'amenée de courant dudit contact et en ce que les première et seconde extrémités de chaque portion de spire sont reliées électriquement par un moyen de dérivation destiné à dériver une partie du courant principal à travers les portions de spire, pendant la coupure.
Selon une autre caractéristique, l'ensemble des portions de spire réunies forme une boucle complète.
Selon une caractéristique particulière, les portions de spire sont au nombre de deux.
Selon une réalisation particulière, les portions de spire ainsi que le moyen de dérivation M sont montés coaxialement à l'extérieur de la cartouche.
Selon une autre réalisation, les portions de spire ainsi que le moyen de dérivation sont montés coaxialement à l'intérieur de la cartouche.
Selon une autre caractéristique, les portions de spire ainsi que le moyen de dérivation sont montés entre le contact d'arc fixe et la plage d'amenée de courant correspondante.
Selon une réalisation particulière, les portions de spire ainsi que le moyen de dérivation font partie intégrante de l'un ou bien des deux contacts d'arc.
Avantageusement, les portions de spire étant au nombre de deux, la seconde extrémité de l'une des portions de spire est superposée à la première extrémité de l'autre des portions de spire.
Selon une autre réalisation particulière, l'interrupteur comprend une première cloche comportant plusieurs portions de spire reliées électriquement par l'une de leurs extrémités à la plage précitée (ou au contact d'arc) et par leur extrémité opposée à une seconde cloche conductrice disposée coaxialement à la cartouche et reliée électriquement au contact d'arc (ou respectivement à la plage précitée).
Avantageusement, la seconde cloche comporte également des portions de spire, un même nombre de portions de spire que la première, reliées électriquement par l'une de leurs extrémités, respectivement aux portions de spire de la première cloche et par leur extrémité opposée audit contact d'arc, les portions de spire associées à la première et à la seconde cloche étant agencées les unes par rapport aux autres de manière à annuler les composantes axiales des courants traversant les portions de spires.
Selon une autre caractéristique, le moyen de dérivation précité comporte un élément résistif et/ou un élément inductif monté en parallèle avec les portions de spire.
Mais d'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels :
- La figure 1 est une vue en perspective, illustrant une ampoule à vide conforme à une réalisation particulière de l'invention,
- La figure 2 est une vue en perspective, illustrant l'une des portions de spire utilisée dans la réalisation de l'ampoule de la figure précédente,
- La figure 3 est une vue en perspective illustrant les deux portions de spires utilisées dans cette même réalisation et constituant le moyen de création du champ axial.
- La figure 4 est une vue en perspective illustrant l'un des contacts d'une ampoule conforme à une autre réalisation de l'invention,
- Les figures 5 et 6 sont des vues partielles illustrant en coupe axiale, deux autres réalisations d'un interrupteur à vide conforme à l'invention, et
- Les figures 7 et 8 illustrent respectivement une ampoule équipée de trois portions de spire montées en parallèle, et un tiers de spire.
Sur la figure 1, on voit un interrupteur à vide I comprenant une ampoule (ou cartouche) à vide C constituée principalement par une enveloppe cylindrique 1 fermée par deux fonds opposés dans laquelle sont logés deux contacts d'arc respectivement fixe 4 et mobile 5 (non visibles sur cette figure, mais visibles sur la figure 5). Le contact d'arc fixe 4 est solidaire du fond situé à la partie supérieure de l'enveloppe 1 tandis que le contact d'arc mobile 5 est monté à coulissement à travers l'autre des deux fonds.
Cet interrupteur I comporte également un moyen destiné à créer un champ magnétique axial entre les contacts 4, 5 afin d'obtenir une diffusion de l'arc. Conformément à la réalisation de l'invention illustrée sur cette figure, ce moyen comporte deux demi-spires 2, 20 symétriques telles que celle 2 illustrée sur la figure 2. Ces deux demi-spires 2, 20 sont montées à l'extérieur de l'ampoule C au droit de l'intervalle de séparation des contacts d'arc 4, 5, de manière à former une boucle complète. Chaque portion de spire 2, 20 est constituée par une demi-spire comportant deux extrémités 2a, 20a et 2b, 20b s'étendant parallèlement aux fonds de la cartouche C.
Ces extrémités comprennent une première extrémité 2a, 20a, destinée à être reliée électriquement au contact fixe 4, et une seconde extrémité 2b, 20b, destinée à être reliée électriquement à la plage 19 (non représentée sur cette figure) d'amenée du courant au contact d'arc fixe 4. Comme on le voit plus particulièrement sur la figure 3, les deux premières extrémités 2a, 20a, associées respectivement aux deux portions de spire sont de forme complémentaire et sont disposées bout à bout, de même que les deux secondes extrémités 2b, 20b. Avantageusement, une couche de matériau isolant 22 d'une épaisseur d'environ 1mm est interposée entre les premières 2a, 20a et les secondes 2b, 20b, extrémités, ladite couche 22 s'étendant jusqu'à la partie inférieure des portions de spire 2, 20. Les premières extrémités 2a, 20a de portion de spire sont reliées électriquement aux secondes extrémités 2b, 20b par un moyen de dérivation M monté en parallèle avec lesdites portions et constitué dans cette réalisation particulière, par un goujon 23 réalisé en acier inoxydable. Ce moyen est destiné à dériver une partie suffisante du courant à travers les portions de spire 2, 20.
Tandis que les portions de spire permettent d'obtenir des fractions
Sur la figure 7, l'ampoule est équipée de trois tiers de spire, lesquelles sont encore une fois symétriques. On utilise ainsi une pièce unique (fig.8) pour réaliser, après montage de plusieurs secteurs, une spire complète.
On notera également l'effet d'autoverrouillage des secteurs après montage du goujon 23, obtenu grâce à la forme particulière des extrémités des portions de spire.
En se reportant à la figure 4, on voit que conformément à une autre réalisation de l'invention, les deux demi-spires précitées 2, 20 sont formées à l'intérieur de l'un 4 des éléments de contact d'arc. On notera que dans cette forme de réalisation, les deux contacts d'arc 4, 5 pourront avantageusement être équipés de telles portions de spires.
Conformément à l'invention, l'ampoule C est entourée par plusieurs portions de spires. Il en résulte que des courants peuvent être crées dont la composante axiale est susceptible de produire des champs magnétiques indésirables dans la direction radiale, ces champs ayant pour effet de repousser l'arc en dehors de l'espace situé entre les contacts d'arc. Afin de compenser ces composantes axiales, dans les deux modes de réalisation précédemment décrits, les deux extrémités 2a, 2b ou 20a, 20b de chaque portion de spire 2, 20 sont décalées axialement, et les deux secondes extrémités 2b, 20b sont superposées respectivement aux deux premières extrémités 20a et 2a.
Selon une autre réalisation décrite sur la figure 5, l'interrupteur I comporte une première cloche 14 comportant un certain nombre de portions de spires 18 par exemple sept.
Ces portions de spire comprennent une extrémité reliée électriquement à une plage d'amenée du courant 19 au contact fixe 4 et une extrémité reliée électriquement à une seconde cloche conductrice 15 montée à l'intérieur de la première 14 et reliée électriquement au contact d'arc fixe 4, cette seconde cloche 15 réalisant la compensation des composantes axiales de courant précitées. On notera que cette seconde cloche 15 peut avantageusement faire partie intégrante de l'enveloppe 1 de l'ampoule comme représenté en figure 5, et être fixée à la première par brasure. On notera également que cette seconde cloche 15 aurait pu également être placée à l'extérieur de la première. Dans cette réalisation, le moyen de dérivation M est constitué par un élément résistif 6 en forme de disque interposé entre les deux cloches précitées 14, 15.
Selon un autre mode de réalisation illustré sur la figure 6, l'interrupteur I comporte, comme dans la réalisation précédente, deux cloches coaxiales 14, 16, reliées électriquement à leur partie inférieure, dont l'une extérieure 14 comporte des portions de spire 18 reliées électriquement à la plage d'amenée de courant 19 du contact d'arc fixe 4. Cependant, dans cette réalisation, la compensation des composantes axiales de courant est obtenue par le fait que la cloche intérieure 16 comporte également des portions de spire 17, lesdites portions 17 étant situées dans le prolongement des portions de spire 18 de la cloche extérieure 14 et reliées électriquement au contact d'arc fixe 4. Dans ce cas, les portions de spires appartenant aux deux cloches sont agencées les unes par rapport aux autres de manière à faire remonter le courant de façon que les courants orientés dans la direction axiale s'annulent. Ainsi, le rapport entre le champ radial et le champ axial est réduit, d'où il résulte que les effets des composantes axiales de courant précitées sont diminués.
Le fonctionnement d'un interrupteur selon l'une ou l'autre des réalisations précitées sera décrit brièvement dans ce qui suit en référence aux figures.
Selon la réalisation illustrée sur les figures 1 à 4 pendant la coupure, une dérivation du courant se produit à travers les portions de spire 2, 20. Il en résulte la création d'un champ magnétique axial dans la zone de séparation des contacts d'arc 4, 5. Lorsqu'on utilise deux portions de spire, pour une section donnée, chaque portion faisant un demi-tour, on obtient une perte correspondant à 25 % de celle créée dans le cas où la totalité du courant traversait une spire complète.
De façon générale, pour un pouvoir de coupure de 25kA efficace, il est avantageux d'obtenir un champ magnétique axial correspondant à un courant de 10kA traversant une spire. Il en résulte que seulement 40 % du courant disponible doit traverser une spire entourant l'ampoule complètement.
Avec une seule spire, et dans le cas où tout le courant traverse ladite spire, on obtient pendant la coupure, un champ magnétique axial bien trop important ; ainsi, pendant le passage d'un courant permanent de 1250 A, on crée une perte de 68 Watts.
En utilisant une spire complète et un moyen de dérivation, on peut ajuster le courant qui passe par la spire et on obtient exactement le champ magnétique axial souhaité. Cependant, pendant le passage du courant permanent de 1250 A, les pertes sont de 34 Watts.
Avec un système constitué de deux portions de spire en parallèle et un moyen de dérivation, on peut également ajuster le courant dérivé (jusqu'à 40 % de courant traversant les portions de spire. La perte pendant la passage du courant permanent est alors réduite et atteint seulement 17 Watts. Dans ce dernier cas, le moyen de dérivation peut être réalisé par un simple goujon qui supporte les deux portions de spire et l'ampoule, seulement 20 % du courant traversant ce goujon, ce qui facilité davantage le montage.
Selon les réalisations illustrées sur les figures 5 et 6, le courant dérivé passe tout d'abord à travers les portions de spire 18 de la première cloche 14 puis à travers la seconde cloche 15, 16 avant de traverser les contacts d'arc 4, 5.
On notera qu'un shunt inductif aurait aussi bien pu être utilisé à la place d'un shunt résistif ou une combinaison d'un shunt inductif et d'un shunt résistif.