Interrupteur à arc tournant par action d'un aimant permanent

Description

[0001] L'invention est relative à un interrupteur à arc tournant tel que défini dans le préambule de la revendication 1.

[0002] On connaît les avantages des interrupteurs à arc tournant, notamment la force réduite de commande et l'érosion limitée des contacts et des interrupteurs à bobine de soufflage de l'arc ont déjà été décrits (FR-A-2389219). Ces interrupteurs connus comprennent des dispositifs de mise en circuit de la bobine lors de l'apparition de l'arc généralement à électrode de commutation ce qui complique l'agencement des contacts de l'appareil. La commutation s'effectue avec un certain retard et il subsiste toujours le risque d'une migration de l'arc mettant hors circuit la bobine et handicapant la coupure.

[0003] Le document US-A-3082307 décrit un interrupteur sous vide ayant un aimant permanent de soufflage de l'arc en rotation. Pour permettre la mise en place ou le remplacement de l'aimant permanent après mise sous vide de l'enceinte, l'aimant est logé dans une chambre séparée ménagée à l'intérieur du contact en forme de cylindre. L'aimant est accolé au fond du cylindre, qui constitue la surface de contact, et est séparée de la zone d'arc d'une distance correspondant à l'épaisseur du fond. La piste d'arc est matérialisée par un bourrelet annulaire en faible saillie.

[0004] La présente invention a pour but de permettre la réalisation d'un autre type d'interrupteur à aimant permanent à soufflage énergique de l'arc et à maintien de l'arc dans la zone de soufflage maximal. Le but de l'invention est réalisé par les caractéristiques mentionnées dans la revendication 1.

[0005] En disposant l'aimant à l'intérieur de l'enceinte et à proximité immédiate de l'électrode annulaire, l'aimant n'est séparé de la zone d'arc que par l'épaisseur de l'électrode qui peut être faible. Le champ magnétique de soufflage est de ce fait intense ce qui favorise une extinction rapide de l'arc. La disposition de l'aimant à l'intérieur du contact et l'insertion d'une couche isolante met l'aimant à l'abri de tout champ démagnétisant. La cavité centrale de l'électrode annulaire et de l'aimant permanent évite tout accrochage de l'arc sur la partie centrale du contact dans la zone de champ nul. Dans l'intervalle de coupure délimité par les contacts il ne subsiste aucune pièce métallique susceptible d'attirer l'arc, et ce dernier est maintenu sur les pistes annulaires dans la zone de soufflage maximal sans faire usage de revêtements isolants soumis à l'action de l'arc.

[0006] Il est connu (FR-A-1171319, FR-A-1042344, DE-A-2752765) de pratiquer dans un contact d'un interrupteur à soufflage magnétique par aimant permanent un évidement central pour localiser les zones de contact sur la périphérie, mais la profondeur de cet évidement est forcément limitée par l'épaisseur du contact qui détermine à son tour l'écartement de l'aimant de la zone d'arc et l'intensité du champ magnétique de soufflage.

[0007] L'aimant permanent peut être conformé, selon l'un des modes de réalisation de l'invention, en cylindre plein à aimantation axiale présentant une cavité centrale borgne, ou selon un autre mode de réalisation en cylindre creux à aimantation radiale.

[0008] Un aimant permanent en forme de cylindre creux à aimantation radiale est décrit dans le document DE-B-1236628. L'aimant entoure extérieurement un contact en forme de cloche dont la bordure annulaire externe coiffe la face frontale de l'aimant et constitue la surface de contact. L'arc ancré sur la bordure annulaire peut se déplacer vers le centre et l'intérieur de la cloche où le champ magnétique est nul.

[0009] La couche isolante séparant l'aimant permanent du contact isole électriquement et thermiquement l'aimant. La cavité centrale de l'aimant est recouverte d'un écran métallique de protection de l'aimant, tandis que la face opposée arrière de l'aimant est en contact thermique avec une pièce métallique d'évacuation des calories pour éviter tout échauffement excessif de l'aimant. Cette pièce métallique peut être agencée en culasse magnétique de renforcement et d'orientation optimale des lignes de force du champ magnétique de soufflage.

[0010] L'enveloppe est remplie d'un gaz électronégatif tel que l'hexafluorure de soufre et selon un développement important de l'invention, le soufflage magnétique de l'arc est combiné à un soufflage pneumatique obtenu par une subdivision du volume de l'enveloppe en deux chambres, dont l'une contient les contacts séparables et dont l'autre constitue un volume d'échappement des gaz comprimés par l'action de l'arc, la communication entre les deux chambres étant agencée en buse de soufflage pneumatique de l'arc. Cette communication peut être constituée par le contact mobile tubulaire traversant la cloison de séparation des deux chambres. L'espace interne du contact tubulaire communique avec les deux chambres respectivement par des orifices radiaux et par l'extrémité ouverte formant la surface de contact.

[0011] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de deux modes de mise en ceuvre, donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés au dessin annexé, dans lequel:

la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un interrupteur selon l'invention, représenté en position «ouvert»;

la figure 2 est une vue partielle, analogue à celle de la figure 1, d'une variante de réalisation.

[0012] Sur les figures, une enveloppe isolante 10 de forme cylindrique est obturée à ses extrémités par des fonds 12, 14, l'enveloppe étant remplie d'un gaz électronégatif, tel que l'hexafluorure de soufre, avantageusement sous pression. A l'intérieur de l'enveloppe 10 sont disposés axialement un contact fixe, désigné par le repère général 16, et un contact mobile 18, monté à coulissement axial et solidarisé à une tige de commande 20, qui traverse d'une manière étanche le fond 14. Une cloison interne 22 subdivise le volume interne de l'enveloppe 10 en deux chambres 24 et 26, le contact mobile 18 traversant la cloison 22. La chambre 24 constitue la chambre de coupure de l'interrupteur dans laquelle sont disposés les contacts 16, 18, tandis que la chambre 26 constitue un volume d'échappement des gaz comprimés par l'action de l'arc tiré dans la chambre 24. Le contact mobile tubulaire 18 constitue une communication entre les chambres 24, 26, le volume interne 28 du contact tubulaire communiquant d'une part par des orifices radiaux 30 avec la chambre 26, et par l'extrémité ouverte 32 avec la chambre 24. Le bord annulaire 34 du contact mobile 18 constitue la surface annulaire de contact coopérant par aboutement en position de fermeture de l'interrupteur avec le contact fixe 16. Le bord 34 constitue une poste annulaire de migration de la racine d'arc tiré entre les contacts séparés 16, 18.

[0013] Le contact fixe 16 en forme de cylindre creux d'un diamètre équivalent à celui du contact mobile 18 présente sur sa face plane en regard du contact mobile 18 une électrode ou surface annulaire 36 de contact coopérant en position de fermeture avec la surface annulaire conjuguée 34. A l'intérieur du cylindre creux formant le contact 16 est disposé un aimant permanent 38 en forme de cylindre dont le fond est accolé à la face postérieure de l'électrode annulaire 36. L'aimant permanent 38 à aimantation axiale présente dans sa partie centrale en regard de l'orifice de l'électrode annulaire 36 une cavité ou trou borgne 40. Un écran métallique 42 recouvre la paroi de l'évidement 40 et se raccorde aux bords circulaires de l'électrode 36. Il est facile de voir que la face de l'aimant 38 en regard du contact mobile 18 est recouverte sur son pourtour externe par l'électrode annulaire 36 et sur sa partie centrale par l'écran métallique 42. Le contact fixe 16 est accolé et fixé au fond 12 de l'enveloppe 10, lequel est traversé par une borne 44 d'amenée du courant. L'aimant permanent 38 est isolé électriquement et thermiquement du contact fixe 16 par une couche isolante 46 recouvrant d'une part la surface cylindrique de l'aimant 38 et d'autre part la face plane accolée à l'électrode 36. Il est clair que le courant parcourant le contact fixe 16 reste confiné dans la partie cylindrique externe du contact 16 et n'engendre aucun champ magnétique à l'intérieur du contact susceptible de démagnétiser l'aimant permanent 18. La face postérieure de l'aimant permanent 38 est accolée à une carcasse magnétique 48 qui facilite le refroidissement par conduction thermique de l'aimant 38. La présence de la carcasse 48 accroît l'intensité du champ magnétique engendrée par l'aimant 38 et cette carcasse 48 se prolonge avantageusement par une couronne 50 externe du contact 16. En se référant plus particulièrement à la figure 1, sur laquelle sont représentées les lignes de force 51 de l'aimant 38, on voit que la partie 50 de la carcasse 48 modifie l'orientation des lignes de force, de manière à orienter ces dernières sensiblement horizontalement sur la figure dans la zone de séparation des contacts 16, 18. Les contacts 16, 18 sont en un matériau amagnétique.

[0014] L'interrupteur selon l'invention fonctionne de la manière suivante:

En position fermée de l'interrupteur, le courant passe du contact fixe 16 vers le contact mobile 18 par les surfaces annulaires de contact aboutées 34, 36 d'une manière bien connue des spécialistes. Le courant parcourant les contacts 16, 18 ne traverse pas l'aimant permanent 38 et n'engendre aucun champ magnétique susceptible de démagnétiser l'aimant logé à l'intérieur du contact fixe 16. L'aimant 38 engendre un champ magnétique présent en permanence. L'ouverture des contacts par coulissement vers le bas sur la figure du contact mobile 18 provoque une séparation des surfaces annulaires de contact 34, 36 et l'arc tiré entre les surfaces annulaires 34, 36 s'étend sensiblement dans la direction axiale de l'interrupteur. Le champ magnétique de l'aimant 38, qui est présent dès l'apparition de l'arc, provoque la rotation de l'arc sur les pistes annulaires formées par les surfaces de contact 34, 36 et l'extinction rapide de l'arc d'une manière bien connue. Il convient de noter que l'arc est maintenu sur les pistes annulaires 34, 36 du fait de l'absence de toute autre pièce métallique dans cette zone. L'écran 42 protège l'aimant 38 de l'action de l'arc, favorisée par l'écoulement gazeux s'échappant par le contact tubulaire 18 vers la chambre 26. Il est à noter que la présence de la cavité 40 permet une disposition de l'aimant permanent 38 à proximité immédiate de la zone de coupure, l'intensité du champ magnétique de soufflage étant de plus accrue par la carcasse 48, 50. Malgré cette disposition de l'aimant permanent à proximité de la zone de coupure cet aimant est parfaitement protégé d'une part par l'écran métallique 42 et d'autre part par la couche isolante 46 de séparation du contact fixe 16. La carcasse 48 constitue un radiateur d'évacuation de calories évitant tout échauffement excessif de l'aimant 38 et ce dernier, logé à l'intérieur du contact 16, est à l'abri de tout champ de démagnétisation. La combinaison des particularités selon l'invention permet la réalisation d'un interrupteur fiable susceptible d'être utilisé pour la coupure de courants importants de moyenne tension.

[0015] La figure 2 illustre une variante de réalisation dans laquelle les mêmes numéros de repère sont utilisés pour désigner des pièces identiques ou analogues à celles de la figure 1. Dans la variante selon la figure 2, l'aimant permanent 52, logé à l'intérieur du contact fixe 16, est en forme de cylindre creux dont le diamètre de l'ouverture centrale 54 correspond sensiblement au diamètre du trou central de l'électrode annulaire 36. Le cylindre creux est aimanté radialement et il est facile de voir que les lignes de force 51, schématiquement représentées sur la figure 2, présentent une configuration voisine de celle obtenue par l'aimant cylindrique plein 38 dans la variante selon la figure 1. Le carcasse 48 est supprimée et l'écran 42 esttransformé en un écran en forme de virole 56 gainant intérieurement le cylindre creux 52. La partie cylindrique du contact 16 peut être en un matériau ferromagnétique diminuant la réluctance du circuit magnétique. La forme tubulaire de l'aimant permanent 52 autorise un échappement des gaz à travers le contact fixe 16 et un double soufflage de l'arc. Il est inutile de décrire le fonctionnement de cette variante de réalisation, fonctionnement absolument identique à celui décrit ci-dessus.

[0016] L'aimant permanent 38, 52 peut être un aimant en ferrite ou un aimant métallique ou tout autre type approprié et la couche isolante 46, intercalée entre l'aimant et le contact, peut être à base de polytétrafluoréthylène. L'ensemble est particulièrement simple et ne nécessite pas une force de commande importante. Aucune des pièces n'est soumise à des forces électrodynamiques de répulsion qui posent des problèmes serieux dans les interrupteurs à arc tournant utilisant les bobines de soufflage.

[0017] L'invention n'est bien entendu nullement limité aux modes de mise en oeuvre plus particulièrement décrits.

Revendications

1. Interrupteur électrique à arc tournant ayant une enceint étanche (10) formant une chambre de coupure d'un arc tiré entre une paire de contacts (16, 18) ayant des surfaces (34, 36) de contact annulaires et parallèles, l'un (16) desdits contacts ayant un logement interne dont la paroi en regard de l'autre contact (18) est constituée par une électrode portant la surface annulaire (36) de contact, un aimant permanent (38, 52) disposé dans ledit logement interne, ledit aimant (38, 52) étant accolé à ladite électrode à la face opposée à celle portant la surface annulaire (36) de contact pour engendrer un champ magnétique radial dans la zone de séparation desdites surfaces annulaires (34, 36) et souffler en rotation l'arc s'étendant entre lesdites surfaces annulaires, une couche isolante (46) isolant l'aimant permanent (38, 52) du contact (16) associé, caractérisé en ce que ledit logement appartient à ladite enceinte (10), remplie d'un gaz à rigidité diélectrique élevée, ladite électrode ayant un orifice central et ledit aimant permanent (38, 52) ayant un cavité centrale (40, 54) adjacente audit orifice central, de façon à empêcher tout accrochage de l'arc sur la partie centrale constituée par ledit orifice et ladite cavité et à maintenir l'arc dans la zone annulaire d'intensité maximale du champ magnétique de soufflage.

2. Interrupteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que, ledit aimant permanent (38) étant en forme de cylindre plein aimanté axialement, la face polaire plane accolée à ladite électrode a une cavité (40) centrale borgne.

3. Interrupteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite cavité borgne (40) est revêtue d'un écran conducteur (42) de protection de l'aimant permanent (38) de l'action de l'arc.

4. Interrupteur selon la revendication 1, caractérisée en ce que, ledit aimant permanent (52) étant en forme de cylindre creux aimanté radialement, l'une des faces terminales planes de l'aimant est accolée à ladite électrode dont l'orifice central se raccorde à la partie creuse (54) dudit cylindre formant ladite cavité centrale.

5. Interruptur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le contact (16) et l'aimant permanent (52) associé sont en forme de cylindre creux pour former un conduit d'échappement des gaz comprimés par l'action de l'arc.

6. Interrupteur selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé par une carcasse (48) disposée à l'arrière de l'aimant permanent (38) pour renforcer le champ magnétique de soufflage, ladite carcasse (48) se prolongeant a l'extérieur du contact (16) pour donner un spectre optimal du champ dans la zone de séparation des contacts.

7. Interrupteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite carcasse (48) est accolée à la face postérieure de l'aimant permanent (38) et constitue un radiateur d'évacuation de calories.

Ansprüche

1. Elektrischer Schalter mit einem drehenden Lichtbogen, mit einem eine Schaltkammer eines zwischen einem Kontaktpaar (16, 18) gezogenen Lichtbogens bildenden dichten Raum (10), wobei die Kontakte ringförmige, parallele Kontaktoberflächen (34, 36) und einer (16) der genannten Kontakte eine innere Wohnung aufweisen, deren dem anderen Kontakt (18) gegenüberstehende Wand durch eine die ringförmige Kontaktoberfläche (36) tragende Elektrode gebildet wird und einem in der internen Wohnung aufgestellten Dauermagnet (38, 52), welcher Dauermagnet (38, 52) an der die ringförmige Kontaktoberfläche (36) tragenden Seite gegenüberliegende Seite der genannten Elektrode anliegt, um ein radiales magnetisches Feld in der Trennungszone der genannten ringförmigen Oberflächen (34, 36) zu erzeugen und den zwischen den genannten ringförmigen Oberflächen sich erstreckenden Lichtbogen in Drehung zu blasen, wobei der Dauermagnet (38, 52) durch eine Isolierschicht (46) von dem zugeordneten Kontakt (16) isoliert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Wohnung zu dem genannten mit einem Gas hoher dielektrischer Festigkeit gefüllten Raum (10) gehört, wobei die genannte Elektrode eine zentrale Öffnung und der genannte Dauermagnet (38, 52) eine der zentralen Öffnung anliegende zentrale Höhle (40, 54) aufweist, um jegliches Anhängen des Lichtbogens auf dem durch die genannte Öffnung und die genannte Höhle gebildeten zentralen Teil zu vermeiden und den Lichtbogen in der ringförmigen Zone von grösster magnetischer Blasfeldstärke zu halten.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte volle zylinderförmige Dauermagnet (38) achsial magnetisiert ist und die flache und der genannten Elektrode anliegende Polfläche eine geschlossene zentrale Höhle (40) hat.

3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte geschlossene Höhle (40) von einem den Dauermagnet (38) vor der Lichtbogenwirkung schützenden leitenden Schild (42) überdeckt ist.

4. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte zylinderförmige Dauermagnet (52) radial magnetisiert ist und eine der flachen Endflächen des Magnets an der genannten Elektrode anliegt, deren zentrale Öffnung sich an den hohlen die genannte zentrale Öffnung bildenden Teil (54) des genannten Zylinders anschliesst.

5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakt (16) und der zugeordnete Dauermagnet (52) hohlzylinderförmig ausgebildet sind, um eine Auspuffleitung der durch die Lichtbogenwirkung komprimierten Gase zu bilden.

6. Schalter nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch ein hinter dem Dauermagnet (38) zur Verstärkung des magnetischen Blasfeldes aufgestelltes Joch (48), welches sich ausserhalb des Kontaktes (16) verlängert, um eine optimale Verteilung des Feldes in der Kontakttrennzone zu erreichen.

7. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Joch (48) an der Hinterseite des Dauermagneten (38) anliegt und einen die Kalorien abführenden Kühler bildet.

Claims

1. Electric switch with rotating arc having a tight enclosure (10) forming a breaking chamber of an arc drawn between a pair of contact (16, 18) having ring-shaped and parallel contact areas (34, 36), one (16) of said contacts having an inner housing of which the wall facing the other contact (18) is made up by an electrode carrying the contact ring-shaped area (36), a permanent magnet (38, 52) disposed inside said inner housing, said magnet (38, 52) being coupled to said electrode to the side opposite the one carrying the contcat ring-shaped area (36) in order to generate a radial magnetic field in the separation zone of said ring-shaped areas (34, 36) and to blow out in rotation the arc extending between said ring-shaped areas, an insulating coating (46) insulating the permanent magnet (38, 52) from the associated contact (16), characterized in that said housing belongs to said enclosure (10), filled with a high dielectric strength gas, said electrode having a central aperture and said permanent magnet (38, 52) having a central cavity (40, 54) adjacent to said central aperture, so as to prevent any arc latching on the central part made up by said aperture and said cavity and to keep the arc in the ring-shaped zone of maximum intensity of the blow-out magnetic field.

2. Switch according to claim 1, characterized in that said permanent magnet being shaped as an axially magnetized solid cylinder, the flat polar side coupled to said electrode has a blind central cavity (40).

3. Switch according to claim 2, characterized in that said blind cavity (40) is coated by a conducting screen (42) to protect the permanent magnet (38) from the arc effect.

4. Switch according to claim 1, characterized in that said permanent magnet (52) being shaped as a radially magnetized hollow cylinder, one of the flat terminal sides of the magnet is coupled to said electrode, the central aperture of which fits together with the hollow part (54) of said cylinder forming said central cavity.

5. Switch according to claim 4, characterized in that the contact (16) and the associated permanent magnet (52) are in the form of hollow cylinder to make an exhaust pipe of gases compressed by the arc effect.

6. Switch according to claim 1, 2 or 3, characterized by a frame (48) disposed at the back of the permanent magnet (38) to strengthen the blow-out magnetic field, said frame (48) extending outside the contact (16) to give a field optimum tracing in the separation zone of the contacts.

7. Switch according to claim 6, characterized in that said frame (48) is coupled to the back side of the permanent magnet (38) and forms a radiator to remove the calories.

Dessins