FR2711012A1 - Circuit breaker with improved arc extinction chamber. - Google Patents
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Abstract
Le contact mobile (14, 14a, 14b) d'un disjoncteur s'engage à l'intérieur d'une chambre d'extinction d'arc (32) jusqu'au fond des fentes en U des différents tôles ou séparateurs (34). Le contact fixe (18, 20) est disposé au voisinage d'une tôle d'extrémité à la base du volume de confinement des fentes. Cet agencement contribue à un refroidissement précoce de l'arc, ce qui réduit le volume de gaz en maintenant la pression interne à une valeur modérée. Application: disjoncteurs à basse tension.The movable contact (14, 14a, 14b) of a circuit breaker engages inside an arc extinguishing chamber (32) to the bottom of the U-shaped slots of the various sheets or separators (34) . The fixed contact (18, 20) is disposed in the vicinity of an end plate at the base of the containment volume of the slots. This arrangement contributes to early cooling of the arc, which reduces the volume of gas while keeping the internal pressure at a moderate value. Application: low voltage circuit breakers.
Description
DISJONCTEUR A CHAMBRE D'EXTINCTION D'ARC PERFECTIONNEECIRCUIT BREAKER WITH PERFECTED ARC EXTINGUISHING CHAMBER
L'invention est relative à un disjoncteur électrique ayant un contact fixe, un contact mobile actionné par un mécanisme de commande entre une position fermée dans laquelle le contact mobile est en engagement avec le contact fixe, et une position ouverte après séparation desdits contacts pour l'interruption du courant traversant le disjoncteur, une paire de conducteurs d'amenée de courant; et au moins une chambre d'extinction d'arc disposée au voisinage des contacts pour refroidir et interrompre l'arc pendant la phase de séparation desdits contacts, ladite chambre comprenant un empilage de séparateurs parallèles de désionisation équipés de The invention relates to an electric circuit breaker having a fixed contact, a movable contact actuated by a control mechanism between a closed position in which the movable contact is in engagement with the fixed contact, and an open position after separation of said contacts for the interrupting the current flowing through the circuit breaker, a pair of current leads; and at least one arc extinguishing chamber disposed in the vicinity of the contacts for cooling and interrupting the arc during the separation phase of said contacts, said chamber comprising a stack of parallel deionization separators equipped with
fentes en forme de U renversé.U-shaped slits reversed.
L'usage de séparateurs parallèles en acier magnétique dans une chambre d'extinction d'arc permet d'augmenter la surface d'échange entre les gaz chauds et le métal, et dans les cas favorables, de fractionner l'arc en une pluralité d'arcs courts permettant une élévation de la tension d'arc d'une vingtaine de volts par séparateur. Dans les disjoncteurs connus, les contacts sont souvent agencés dans une chambre de formation d'arc séparée de la chambre d'extinction d'arc par une certaine distance autorisant le développement de l'arc. Le volume de gaz engendré par l'arc étant proportionnel à sa température, la pression à l'intérieur de la chambre peut atteindre une valeur élevée lorsque le volume de gaz devient trop grand. Ce phénomène existe notamment avec l'usage de matériaux isolants gazogènes en contact avec l'arc. En pratique, l'arc ne s'insère correctement entre les séparateurs que pour les courants relativement faibles. Au delà d'une certaine intensité, il reste dans la chambre de formation d'arc, ou rentre que partiellement dans la chambre d'extinction à cause de l'effet de bouchon dû à la pression élevée. L'arc arrive néanmoins à se refroidir par un effet combiné de convection, de conduction au contact de la tranche des séparateurs, et également de rayonnement. L'insertion de l'arc devient possible lorsque le diamètre de l'arc diminue, ce qui se produit quand le courant commence à décroître après limitation. Un tel dispositif retarde The use of parallel separators made of magnetic steel in an arc extinguishing chamber makes it possible to increase the exchange surface area between the hot gases and the metal, and in favorable cases, to divide the arc into a plurality of short arcs allowing a rise of the arc voltage of twenty volts per separator. In known circuit breakers, the contacts are often arranged in an arc forming chamber separated from the arc extinction chamber by a certain distance allowing the development of the arc. The volume of gas generated by the arc being proportional to its temperature, the pressure inside the chamber can reach a high value when the volume of gas becomes too large. This phenomenon exists in particular with the use of gasogenic insulating materials in contact with the arc. In practice, the arc fits properly between the separators only for relatively weak currents. Above a certain intensity, it remains in the arc-forming chamber, or only partially enters the extinguishing chamber because of the plug effect due to the high pressure. The arc nevertheless manages to cool by a combined effect of convection, conduction in contact with the edge of the separators, and also radiation. The insertion of the arc becomes possible when the diameter of the arc decreases, which occurs when the current begins to decrease after limitation. Such a device delays
l'instant de l'extinction de l'arc.the moment of extinction of the arc.
L'objet de l'invention consiste à limiter la pression engendrée dans une chambre d'extinction d'arc d'un disjoncteur et à améliorer la coupure indépendamment de la valeur du courant de court-circuit. Le disjoncteur selon l'invention est caractérisé en ce que le contact fixe est logé à l'intérieur de la chambre d'extinction d'arc, et coopère avec la pièce de contact du contact mobile déplaçable dans le volume de formation d'arc formé par les fentes étroites des séparateurs successifs, que les parois latérales de confinement des fentes entourent à faible jeu le contact mobile, et que The object of the invention is to limit the pressure generated in an arc extinguishing chamber of a circuit breaker and to improve the cutoff independently of the value of the short-circuit current. The circuit breaker according to the invention is characterized in that the fixed contact is housed inside the arc extinguishing chamber, and cooperates with the contact piece of the movable contact movable in the formed arc formation volume. by the narrow slots of the successive separators, that the lateral confinement walls of the slots surround the moving contact with a slight clearance, and that
l'extrémité de la pièce de contact mobile parcourt une trajectoire proche du fond des fentes. the end of the movable contact piece travels a path close to the bottom of the slots.
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Selon une caractéristique de l'invention, le contact fixe est porté par un conducteur d'amenée de courant dans le volume de formation d'arc, et au voisinage d'une tôle d'extrémité de la According to a characteristic of the invention, the fixed contact is carried by a current supply conductor in the arc-forming volume, and in the vicinity of an end plate of the
chambre d'extinction d'arc.arc extinction chamber.
La disposition de la zone de formation d'arc dans le volume de confinement des fentes des tôles de la chambre d'extinction réduit le développement de l'arc à une trajectoire minimum qui contribue à un refroidissement précoce de l'arc. nl en résulte une diminution notable du volume de gaz qui maintient la pression interne à une valeur modérée, même en présence d'un courant de court-circuit élevé. L'arc pénètre rapidement dans les interstices des différentes tôles en se fractionnant en plusieurs arcs courts. L'accroissement rapide de la tension d'arc est alors favorable à une extinction rapide de l'arc, quel que soit la valeur du courant à interrompre. The arrangement of the arc-forming zone in the confinement volume of the slits of the quenching chamber plates reduces the development of the arc to a minimum trajectory that contributes to early cooling of the arc. This results in a significant decrease in the volume of gas which keeps the internal pressure at a moderate value, even in the presence of a high short-circuit current. The arc penetrates quickly into the interstices of the various sheets by splitting into several short arcs. The rapid increase of the arc voltage is then favorable for rapid extinction of the arc, whatever the value of the current to be interrupted.
s D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va Other advantages and features will become clearer from the description that will be
suivre d'un mode de réalisation 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 d'un pôle de disjoncteur équipé de chambres follow of an embodiment of the invention, given by way of non-limiting example, and shown in the accompanying drawings, in which: Figure 1 is a schematic sectional view of a circuit breaker pole equipped with chambers
d'extinction d'arc selon l'invention. arc extinction according to the invention.
La figure 2 est une vue en coupe selon la ligne 2-2 de la figure 1. Figure 2 is a sectional view along the line 2-2 of Figure 1.
La figure 3 montre une variante de la figure 2. Figure 3 shows a variant of Figure 2.
La figure 4 est une vue de profil de la figure 3. FIG. 4 is a side view of FIG.
Sur la figure 1, un pôle 10 d'un disjoncteur électrique à boîtier 12 isolant moulé, comporte un contact mobile 14 en forme de pont porté par un barreau 16 de commutation en matériau isolant. Le pont de contact mobile 14 est doté de deux pièces de contact 14a, 14b coopérant d'un côté avec un premier contact fixe 18, et du côté opposé avec un deuxième contact fixe 20. Le pont de contact 14 est monté flottant sur le barreau 16 par l'intermédiaire de deux ressorts 22, 24 de pression de contact. Le premier contact fixe 18 est raccordé à une plage 26 d'amenée de courant, et le deuxième contact fixe 20 est relié à une autre plage 28 d'amenée de In FIG. 1, a pole 10 of an electrical circuit breaker with a molded insulating housing 12 comprises a mobile bridge-shaped contact 14 carried by a switching rod 16 of insulating material. The movable contact bridge 14 is provided with two contact pieces 14a, 14b cooperating on one side with a first fixed contact 18, and on the opposite side with a second fixed contact 20. The contact bridge 14 is mounted floating on the bar 16 through two springs 22, 24 of contact pressure. The first fixed contact 18 is connected to a range 26 of current supply, and the second fixed contact 20 is connected to another range 28 of supply of
courant, laquelle est diamétralement opposée par rapport à l'axe 30 de rotation du barreau 16. current, which is diametrically opposite with respect to the axis of rotation of the bar 16.
A chaque paire de contacts 14a, 18; 14b, 20 du pôle 10 est associée une chambre d'extinction d'arc '32 formée par un empilage de séparateurs ou tôles 34 de désionisation, s'étendant To each pair of contacts 14a, 18; 14b, 20 of the pole 10 is associated an arc extinguishing chamber 32 formed by a stack of separators or plates 34 deionization, extending
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sensiblement parallèlement les unes par rapport aux autres, en étant séparées par des intervalles réguliers. Chaque tôle 34 ou séparateur est réalisé en acier magnétique, et est conformé en une plaque quadrangulaire, équipée d'une fente 36 centrale en U (figure 2), substantially parallel to each other, being separated by regular intervals. Each sheet 34 or separator is made of magnetic steel, and is shaped as a quadrangular plate, equipped with a U-shaped central slot 36 (FIG. 2).
adaptée au passage du contact mobile 14. adapted to the passage of the movable contact 14.
La présence des tôles 14 parallèles dans la chambre 32 augmente la surface d'échange entre les gaz chauds et le métal, suivi du fractionnement de l'arc en une pluralité d'arcs partiels accrochés entre les tôles 34 successives. Il en résulte une augmentation de la tension d'arc, et The presence of the parallel plates 14 in the chamber 32 increases the exchange surface between the hot gases and the metal, followed by the splitting of the arc into a plurality of partial arches hung between the successive plates 34. This results in an increase of the arc voltage, and
une extinction rapide de l'arc.a rapid extinction of the arc.
Sur la figure 2, on remarque que le contact fixe 18 est logé à l'intérieur de la chambre d'extinction 32, et que le débattement de la pièce de contact 14a du contact mobile 14 dans les fentes 36 des tôles 34 s'effectue avec un faible jeu. L'extrémité de la pièce de contact 14a se déplace en regard du fond 38 de la fente 36 de chaque tôle 34, et les parois latérales 40, 42 de la fente 36 étroite épousent sensiblement la forme du contact mobile 14. Une telle pénétration du contact mobile 14 dans les fentes 36 des tôles 34 permet d'obtenir la naissance de l'arc directement à l'intérieur de la chambre 32. L'arc initial se développe dans le volume des fentes 36, et s'accroche rapidement sur les tôles 34 en se fractionnant en plusieurs arcs courts. Le refroidissement précoce de l'arc restreint le volume occupé par ce dernier dans la chambre d'extinction 32, et maintient de ce fait la pression à une valeur modérée, même en présence In FIG. 2, it can be seen that the fixed contact 18 is housed inside the extinguishing chamber 32, and that the displacement of the contact piece 14a of the movable contact 14 in the slots 36 of the plates 34 is effected. The end of the contact piece 14a moves opposite the bottom 38 of the slot 36 of each sheet 34, and the side walls 40, 42 of the narrow slot 36 substantially conform to the shape of the movable contact 14. Such penetration of the movable contact 14 in the slots 36 of the plates 34 makes it possible to obtain the birth of the arc directly inside the chamber 32. The initial arc develops in the volume of the slots 36, and quickly hangs on the sheets 34 by splitting into several short arcs. The early cooling of the arc restricts the volume occupied by the arc in the extinguishing chamber 32, and thereby maintains the pressure at a moderate value, even in the presence of
d'un courant de court-circuit.a short circuit current.
La plage d'amenée de courant 26, 28 servant de support au contact fixe 18, 20 associé est avantageusement conformée en demi-boucle favorisant le développement rapide de l'arc vers The current supply range 26, 28 serving as a support for the fixed contact 18, 20 associated is advantageously shaped in half-loop favoring the rapid development of the arc towards
les tôles 34.the sheets 34.
Selon la variante illustrée aux figures 3 et 4, les tôles 134 de la chambre d'extinction d'arc 132 comportent également des fentes 136 étroites en forme de U à parois latérales 140, 142, mais l'épaisseur des deux branches latérales 140a, 142a disposées de part et d'autre des fentes 136 est supérieure à celle de la partie postérieure 143 commune. Après séparation des contacts 18, 14a; 20, 14b, l'arc s'insère rapidement par attraction magnétique dans les interstices 145, 146, 147 ménagés entre les parties postérieures 143 des tôles 134 successives. Chaque intervalle entre les tôles 134 au niveau de la partie antérieure des branches 140a, 142a présente une épaisseur sensiblement égale à la moitié de l'épaisseur des interstices 145, 146, 147. Une According to the variant illustrated in FIGS. 3 and 4, the plates 134 of the arc extinguishing chamber 132 also comprise narrow U-shaped slots 136 with side walls 140, 142, but the thickness of the two lateral branches 140a, 142a disposed on either side of the slots 136 is greater than that of the rear portion 143 common. After separation of the contacts 18, 14a; 20, 14b, the arc is inserted quickly by magnetic attraction in the interstices 145, 146, 147 formed between the rear portions 143 of successive sheets 134. Each gap between the plates 134 at the anterior portion of the branches 140a, 142a has a thickness substantially equal to half the thickness of the gaps 145, 146, 147. A
telle chambre d'extinction 132 permet d'obtenir une coupure rapide de l'arc. such extinction chamber 132 allows to obtain a rapid cut of the arc.
Les tôles peuvent également être remplacées par des séparateurs en matériau réfractaire poreux. The sheets may also be replaced by separators made of porous refractory material.
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