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EP1090404B1 - Disjoncteur multipolaire basse tension de tenue electrodynamique elevee, dont l'arbre des poles est dispose dans le compartiment de logement des poles - Google Patents

Disjoncteur multipolaire basse tension de tenue electrodynamique elevee, dont l'arbre des poles est dispose dans le compartiment de logement des poles Download PDF

Info

Publication number
EP1090404B1
EP1090404B1 EP99923677A EP99923677A EP1090404B1 EP 1090404 B1 EP1090404 B1 EP 1090404B1 EP 99923677 A EP99923677 A EP 99923677A EP 99923677 A EP99923677 A EP 99923677A EP 1090404 B1 EP1090404 B1 EP 1090404B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
circuit breaker
pole
shaft
pole shaft
compartment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP99923677A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP1090404A1 (fr
Inventor
Jean-Philippe Herpin
André Raso
Jean-Pierre Nebon
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schneider Electric Industries SAS
Original Assignee
Schneider Electric Industries SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schneider Electric Industries SAS filed Critical Schneider Electric Industries SAS
Publication of EP1090404A1 publication Critical patent/EP1090404A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1090404B1 publication Critical patent/EP1090404B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10Operating or release mechanisms
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10Operating or release mechanisms
    • H01H71/1009Interconnected mechanisms
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00Contacts
    • H01H1/12Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/14Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting
    • H01H1/22Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting with rigid pivoted member carrying the moving contact
    • H01H1/221Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting with rigid pivoted member carrying the moving contact and a contact pressure spring acting between the pivoted member and a supporting member
    • H01H1/226Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting with rigid pivoted member carrying the moving contact and a contact pressure spring acting between the pivoted member and a supporting member having a plurality of parallel contact bars
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H2009/0088Details of rotatable shafts common to more than one pole or switch unit
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/22Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H3/30Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using spring motor

Definitions

  • the invention relates to a high-current, high-current low-voltage multipole circuit breaker electrodynamic resistance.
  • high current circuit breakers for information between 630 A and 6300 A serving as basic devices for arrivals and departures in important installations, consisted of composite elements assembled on a metal chassis, hence their designation of “open” power circuit breakers.
  • molded case because characterized by a protective insulating jacket, generally molded in reinforced polyester, enclosing the poles with their interrupting chambers, as well as a control mechanism and triggers.
  • the protective envelope helping to ensure containment of the cut and a limitation of these external effects, complete partitioning between poles and better insulation between the power circuit and the auxiliaries, in turn allowed to decrease considerably the size of the equipment.
  • Document EP-A-0 322 321 describes a circuit breaker of this type, the housing of which is made up by assembling an intermediate box, the cover constituting the front face of the circuit breaker, and a rear base.
  • the front side of the intermediate case divides the case in a front compartment delimited by this face and by the cover, and a rear compartment intended to house the poles and electrically isolated from the anterior compartment.
  • the front compartment contains a control mechanism acting on a transverse switching shaft common to all the poles, known as the poles. This shaft is supported by bearings reported on the front side of the housing intermediate.
  • the rear compartment is further divided into compartments elementary pole housing, by insulating partitions.
  • Wall front of the intermediate box further comprises, for each pole, a light of access to the corresponding elementary compartment.
  • Each pole has a pair of separable contacts with a fixed contact and a movable contact, and an extinguishing chamber arc.
  • Each movable contact is mechanically linked to the transverse shaft via of a connecting rod crossing the anterior wall of the intermediate housing by the access lumen corresponding.
  • Each connecting rod connecting one of the movable contacts to the transverse shaft is arranged in such a way so that in the closed position of the contacts, and in a cross section plane perpendicular to the pivot axis of the pole shaft, the distance between a straight line passing through the axes of rotation of the connecting rod and the axis of pivoting of the shaft, is low.
  • the lever arm of the result of the forces exerted by the contacts on the pole shaft is weak, which guarantees that the connecting rod, when it transmits forces significant electrodynamics, generates only a low torque at the shaft.
  • the control mechanism acts on the shaft a torque opposite to the electrodynamic forces transmitted by the connecting rods. This couple" only generate reduced forces at the control mechanism.
  • the resulting from the reaction forces at the level of the shaft guide bearings is important and opposes the forces transmitted by the connecting rod and by the control mechanism.
  • circuit breakers with high electrodynamic resistance are characteristic of circuit breakers with high electrodynamic resistance.
  • these circuit breakers must, to ensure time discrimination in the electrical installation, be able to withstand the passage of established fault currents which generate significant electrodynamic forces tending to separate the contacts.
  • the relative arrangement of the pole shaft, connecting rods with the movable contacts and of the connecting rod to the control mechanism must therefore be such that these efforts do not not result in separation of the contacts or opening of the ordered.
  • the arrangement chosen allows these forces to be transmitted to the housing through the shaft bearings, so that the control mechanism is not subjected to excessive forces or torques.
  • the guidance of the pole shaft and the transmission of forces to the housing of the circuit breaker are not entirely satisfactory.
  • the transverse tree must be dimensioned, arranged and supported in such a way that its deformation is limited and does not interfere with its operation.
  • the bearings of the pole shaft require a efficient anchoring in the case because the significant efforts transmitted to them have tendency to tear them from the front face of the intermediate box to which they are fixed.
  • the stiffening of the assembly requires the use of expensive fasteners and bearings and bulky as well as additional provisions on the housing.
  • the assembly of circuit breaker requires a large number of parts, resulting in a high cost price and a tedious assembly.
  • this architecture limits the miniaturization of the circuit breaker.
  • the numerous openings for passage of the connecting rods between the shaft of the poles and each of the poles affect the sealing of the breaking chambers.
  • Gold bow electric and the endothermic vaporizations it generates at the level of certain elements partitions of the breaking chambers are at the origin of an overpressure and a flow gas which must be piped to exhaust outlets fitted with suitable filters.
  • the presence of the openings of passage of connecting rods, located just above the contacts at the entrance to the chambers hinders therefore considerably the circulation of gases towards the evacuation orifices. It allows a uncontrolled gas flow through the anterior compartment and the face openings front, directly outwards, without protective filter.
  • the invention therefore aims to remedy the drawbacks of the state of the prior art and in particular to increase the rigidity of the mechanism of a high-resistance circuit breaker electrodynamics, at low cost.
  • a low-voltage withstand circuit breaker high electrodynamics with an insulating material housing comprising a control linked to a pole shaft supported by bearings integral with the housing, a plurality of blades, each pole comprising at least one pair of contact members separable, at least one of the contact members of each pair, called the contact member mobile, being mechanically linked to the pole shaft, the pole shaft, the control and the movable contact member being movable between an open position corresponding to the separation of the contact members of each pair, and a closed position corresponding to the contact between the contact members of each pair, the housing of the circuit breaker comprising a front compartment for housing the control mechanism and a rear compartment separated from the front compartment by an intermediate wall and subdivided into elementary compartments by partition walls, each elementary compartment housing one of the poles of the circuit breaker, circuit breaker whose axis of rotation of the pole shaft is located in the posterior compartment.
  • This arrangement also makes it possible to ensure that the electrodynamic forces acting on the contacts are taken up by the housing, without causing deformations important intermediate parts. Indeed, it becomes possible to place the bearings of support in the rear compartment. If we plan to join these bearings at least partially at the intermediate wall, it is then easy to ensure that the organs of joining together, in response to the electrodynamic forces exerted on the contact members mobile, work in compression instead of working in pullout.
  • this arrangement eliminates the passage holes of the connecting rods between the pole shaft and each movable contact member. Pollution of the compartment ' anterior is reduced and the circulation of cut gases to the orifices evacuation of the bottom of the improved breaking chamber.
  • the assembly is facilitated by the fact that it is no longer necessary to set up the connection between the pole shaft and each connecting rod through holes in the intermediate partition.
  • each of the partition walls supports one of said bearings and the pole shaft crosses each partition at one of said bearings.
  • This provision enables the bearings to be multiplied and distributed regularly along the pole tree, without increasing the overall size.
  • the bearings are arranged between the partition walls of the rooms, on stand-alone supports.
  • each of the partition walls comprises a partition element molded with the intermediate wall, in a rim of which is formed a semi-cylindrical sector constituting part of the corresponding level. We thus obtain a multifunctional part which facilitates assembly and reduces costs.
  • the intermediate wall includes a window for the passage of a mechanical connection between the pole shaft and the control mechanism.
  • the outer surface of the pole shaft is made of electrically material insulating, in particular in thermosetting polyester plastic.
  • thermosetting polyester plastic This provision allows obtain both electrical insulation between the poles and with the control mechanism.
  • the thermoset offers the advantage of good dielectric strength after switching off.
  • the tree can be made of solid thermoset.
  • the tree can have a soul metal covered with insulating material.
  • the circuit breaker comprises at least one connecting rod between the shaft of the poles and each movable contact member, linked to the pole shaft by a pivot in such a way that in a certain relative position of the shaft and the connecting rod, called the mounting position, the connecting rod can be freely moved parallel to the pivot axis, and once the connecting rod mounted and moved out of its mounting position, a positive connection is made prohibiting translative movement of the connecting rod parallel to the axis of the pivot, the position of mounting being such that in operating condition, the pole shaft and the connecting rod do not never by this position.
  • a non-limiting low-voltage circuit breaker 10 withstand high electrodynamics is arranged in a molded housing with a compartment front 12 and a rear compartment 14.
  • the front compartment 12 is limited by a front face 16, side faces 18 integrally formed with the front face, and a wall intermediate 20 separating it from the posterior compartment. It has openings in front front, for the passage of a pivoting lever 22 ensuring the resetting of a mechanism for controlling the circuit breaker 24, an opening push button and a push button closing.
  • the control mechanism 24 is housed in the front compartment 12.
  • the rear compartment 14 is limited by the intermediate wall 20, by a base 26 constituting a rear face, and by lateral faces 28, part of which came from material with the base and another is molded with the intermediate wall.
  • the base 26 supports connection pads 30 of the circuit breaker 10 to an external electrical circuit.
  • the base 26 and the intermediate wall 20 are fixed to each other by means of screws fixing 32 dimensioned so as to be able to withstand significant stresses removal.
  • a window 34 is made in the wall intermediate 20 and allows communication between the front compartment 12 and the rear compartment 14.
  • the rear compartment 14 is subdivided into compartments elementary 36 by partition walls 38. Each partition 38 has two parts side arranged on either side of a central part.
  • Each side part has a partition element 40 molded with the base and a partition element 42 molded with the intermediate wall, the partition elements 40, 42 being contiguous on the mounted device.
  • the central part comprises a partition element 44 molded with the height base more important than the adjacent side elements 40.
  • This partition element 44 includes ribs 46 which cooperate during assembly with complementary grooves 48 of the side partition elements 42 integral with the intermediate wall 20.
  • the partition element central 44 of the base has a smooth semi-cylindrical surface 50.
  • the intermediate wall 20 comprises a complementary central partition element 52 of reduced height, which also has a smooth semi-cylindrical sector 54 opposite that of the element secured to the base.
  • each elementary compartment 36 is housed a pole 56 of the circuit breaker.
  • Each pole 56 includes an arc extinguishing chamber 58 and a contact device separable.
  • the latter comprises a fixed contact member 60 electrically connected to a connection pad 30 of the circuit breaker passing through the base 26 of the insulating housing, and a movable contact member 61.
  • This has a plurality of contact fingers 62 in parallel pivotally mounted on a first transverse axis 64 supported by a cage support 66.
  • the heel of each finger is connected by a flexible conductor 68 constituted by a metallic braid, to a second connection pad 30 of the circuit breaker.
  • Each finger 62 comprises a contact pad 70 cooperating with a pad 72 of the member fixed contact 60, in the closed position of FIG. 3.
  • the cage 66 is shaped like a U (see fig. 5). Its end located near the second connection pad is equipped with a pin 74 housed in a bearing integral with the insulating housing, so as to authorize the pivoting of the cage 66 between a closed position of the pole 56, shown in FIG. 3, and an open position, shown in Figure 4.
  • a spring pressure device contact 76 is disposed in a notch in the cage 66 and urges the contact fingers 62 into pivoting around the first axis 64 anticlockwise.
  • Arc extinguishing chamber 58 comprises a stack of arc deionization sheets electric drawn during the separation of the poles, as well as the gas exhaust ports cutoff. Further details on the structure of the poles 56 can be found in document FR-A-2 650 434, the description of which is incorporated here by reference.
  • a pole tree 78 is placed between the semi-cylindrical sectors 50, 54 which form, once mounted, sealed bearings for supporting the shaft 78 rotating around of its axis 79.
  • the shaft 78 is molded from thermosetting polyester.
  • Each of the cages 66 is coupled to the pole shaft 78 by a pair of parallel connecting rods 80 which rotate around a geometric axis coincident with the axis 64.
  • Each connecting rod 80 is linked to the pole shaft 78 by a pivot 81.
  • the control mechanism 24 includes a storage closure device of energy and an opening device.
  • This mechanism is known per se and we will refer for more details in document FR-A-2 589 626 which is incorporated here by reference on this point.
  • the opening device includes a device to knee brace which comprises two links 82, 84 articulated to each other by an axis of pivot 86, the lower transmission link 82 being mechanically coupled to the pole shaft 78 by a pivot axis 88 cooperating with a bearing made in a crank 90 secured to the shaft 78.
  • An opening spring 92 is anchored between the axis 88 and a fixed retaining cleat.
  • Figure 3 shows that in the closed position, the window 34 made in the intermediate wall 20 is used for the passage of the lower transmission link 82 and of the opening spring 92.
  • the lever arm of the connecting rods 80 on the shaft poles 78 is significantly weaker than that of the rod 82.
  • the distance between the axis 79 of the pole tree 78 and the plane which contains the axes 64, 81 of the pivots of the connecting rods 80 is less than the distance between the axis 79 of the pole shaft 78 and the plane which contains the axes 86, 88 of the pivots of the lower link 82.
  • the ratio of the two distances is less than 0.3.
  • the connecting rods 80 are therefore subjected at the level of their connecting pivot 64 to the cage 66, to a force directed towards their connecting pivot 81 with the pole shaft 78.
  • This force transmitted to the pivot 81, generates a moment around the axis 79 of the pole shaft 78.
  • the same phenomenon occurs for each of the poles.
  • Figures 5 to 8 describe the mounting mode of the pivot connection between the shaft of poles 78 and the connecting rods 80 for connection with each cage 66.
  • the shaft of the poles 78 comprises, for each pole, an arm 94 carrying two coaxial pivots 81, eccentric relative to the axis pivot 79 of the pole shaft 78. These pivots 81 are each located on a offset 98 from the lateral face 100 of the arm. A tongue 102 overhanging the offset 98 materializes a groove 104.
  • Each connecting rod 80 has, on the side intended to cooperate with the shaft 78, a bore cylindrical 108 intended to form a bearing for one of the pivots 81, and a flat 110.
  • the connecting rod 80 is presented so that the flat 110 is parallel with the lower edge of the tongue 100, in the relative mounting position shown on Figure 6. It is then possible to introduce the pivots 81 in the bores 108.
  • the assembly constituted by the connecting rods 80 and the pole shaft 78 is placed in the case, where it oscillates between two extreme positions: a position corresponding to the opening of the contacts and represented in FIG. 7 and a position corresponding to the contact closure and shown in Figure 8.
  • the connecting rods 80 cooperate with the corresponding grooves 104 of the pole shaft 78, which constitute a guide preventing any movement of the connecting rods 80 parallel to the pivot axis 81. This produces a simple positive connection which avoids the use of any intermediate piece additional.

Landscapes

  • Breakers (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Switch Cases, Indication, And Locking (AREA)
  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Housings And Mounting Of Transformers (AREA)

Abstract

Un disjoncteur multipolaire (10) basse tension de tenue électrodynamique élevée comporte un boîtier en matériau isolant, subdivisé en un compartiment antérieur (12) de logement d'un mécanisme de commande (24) de l'ouverture et de la fermeture du disjoncteur et un compartiment postérieur (14) séparé du compartiment antérieur par une paroi intermédiaire (20). Le compartiment postérieur (14) est lui-même subdivisé en compartiments élémentaires (36) par des cloisons de séparation (38), chaque compartiment élémentaire (36) logeant l'un des pôles (56) du disjoncteur. Le mécanisme de commande (24) est lié à un arbre des pôles (78) commun à l'ensemble des pôles (56). L'arbre des pôles (78) est localisé dans le compartiment postérieur (14) et supporté par des paliers traversant les cloisons de séparation.

Description

L'invention concerne un disjoncteur multipolaire basse tension à forte intensité et à haute tenue électrodynamique. Dans le passé, les disjoncteurs à forte intensité (à titre indicatif entre 630 A et 6300 A) servant d'appareils de base au niveau des arrivées et départs dans les installations importantes, étaient constitués d'éléments composites assemblés sur un châssis métallique, d'où leur appellation de disjoncteurs de puissance « ouverts ». Mais progressivement les appareils de cette gamme ont hérité d'une partie de la technologie des disjoncteurs de moindre puissance; dits à « boítier moulé » parce que caractérisés par une enveloppe protectrice isolante, généralement moulée en polyester armé, enfermant les pôles avec leurs chambres de coupure, ainsi qu'un mécanisme de commande et des déclencheurs. L'enveloppe protectrice, en contribuant à assurer un confinement de la coupure et une limitation de ces effets extérieurs, un cloisonnement intégral entre pôles et une meilleure isolation entre le circuit de puissance et les auxiliaires, a permis en retour de diminuer considérablement l'encombrement des appareillages.
Le document EP-A-0 322 321 décrit un disjoncteur de ce type, dont le boítier est constitué par l'assemblage d'un boítier intermédiaire, du couvercle constituant la face avant du disjoncteur, et d'un socle postérieur. La face antérieure du boítier intermédiaire divise le boítier en un compartiment antérieur délimité par cette face et par le couvercle, et un compartiment postérieur destiné au logement des pôles et isolé électriquement du compartiment antérieur. Le compartiment antérieur renferme un mécanisme de commande agissant sur un arbre transversal de commutation commun à tous les pôles, dit arbre des pôles. Cet arbre est supporté par des paliers rapportés sur la face antérieure du boítier intermédiaire. Le compartiment postérieur est quant à lui subdivisé en compartiments élémentaires de logement des pôles, par des cloisons isolantes de séparation. La paroi antérieure du boítier intermédiaire comporte en outre, pour chaque pôle, une lumière d'accès au compartiment élémentaire correspondant. Chaque pôle comporte une paire de contacts séparables avec un contact fixe et un contact mobile, et une chambre d'extinction d'arc. Chaque contact mobile est lié mécaniquement à l'arbre transversal par l'intermédiaire d'une bielle traversant la paroi antérieure du boítier intermédiaire par la lumière d'accès correspondante.
Chaque bielle liant l'un des contacts mobiles à l'arbre transversal, est disposée de telle manière qu'en position fermée des contacts, et dans un plan de section droite perpendiculaire à l'axe de pivotement de l'arbre des pôles, la distance entre une droite passant par les axes de rotation de la bielle et l'axe de pivotement de l'arbre, soit faible. En d'autres termes, le bras de levier de la résultante des efforts exercés par les contacts sur l'arbre des pôles est faible, ce qui garantit que la bielle, lorsqu'elle transmet des efforts électrodynamiques importants, n'engendre qu'un faible couple au niveau de l'arbre. A l'équilibre statique en position fermée des contacts, le mécanisme de commande exerce sur l'arbre un couple opposé aux efforts électrodynamiques transmis par les bielles. Ce couple" n'engendre que des efforts réduits au niveau du mécanisme de commande. Par ailleurs, la résultante des forces de réaction au niveau des paliers de guidage de l'arbre est importante et s'oppose aux forces transmises par la bielle et par le mécanisme de commande.
Cette architecture est caractéristique des disjoncteurs à tenue électrodynamique élevée. Par définition en effet, ces disjoncteurs doivent, pour assurer la sélectivité chronométrique dans l'installation électrique, être aptes à supporter le passage de courants de défauts établis qui engendrent des efforts électrodynamiques importants tendant à séparer les contacts. La disposition relative de l'arbre des pôles, des bielles de liaison avec les contacts mobiles et de la biellette de liaison au mécanisme de commande doit donc être telle que ces efforts ne donne pas lieu à une séparation des contacts ou à une ouverture du mécanisme de commande. En l'espèce, la disposition choisie permet une transmission de ces efforts au boítier par l'intermédiaire des paliers de l'arbre, de sorte que le mécanisme de commande n'est pas soumis à des efforts ou des couples trop importants.
Toutefois, le guidage de l'arbre des pôles et la transmission des efforts au boítier du disjoncteur ne donnent pas entièrement satisfaction. En effet, l'arbre transversal doit être dimensionné, disposé et supporté de telle manière que sa déformation soit limitée et n'entrave pas son fonctionnement. De plus, les paliers de l'arbre des pôles nécessitent un ancrage performant dans le boítier car les efforts importants qui leurs sont transmis ont tendance à les arracher de la face antérieure du boítier intermédiaire à laquelle ils sont fixés. La rigidification de l'ensemble impose l'emploi de pièces de fixation et de paliers coûteux et encombrants ainsi que des dispositions complémentaires sur le boítier. L'assemblage du disjoncteur nécessite un grand nombre de pièces, d'où un prix de revient élevé et un montage fastidieux. Par ailleurs, cette architecture limite la miniaturisation du disjoncteur.
Par ailleurs, les nombreuses ouvertures de passage des bielles de liaison entre l'arbre des pôles et chacun des pôles, nuisent à l'étanchéité des chambres de coupure. Or l'arc électrique et les vaporisations endothermiques qu'il génère au niveau de certains éléments des cloisons des chambres de coupure, sont à l'origine d'une surpression et d'un flux gazeux qui doit être canalisé vers des orifices d'évacuation muni de filtres adéquats. Pour ne pas entraver l'entrée de l'arc dans la chambre de coupure, il est judicieux de placer ces orifices d'évacuation au fond des chambres de coupure. La présence des ouvertures de passage des bielles, situées juste au dessus des contacts à l'entrée des chambres, entrave donc considérablement la circulation des gaz vers les orifices d'évacuation. Elle permet un flux gazeux non contrôlé au travers du compartiment antérieur et des ouvertures de la face avant, directement vers l'extérieur, sans filtre de protection.
L'invention vise donc à remédier aux inconvénients de l'état de la technique antérieure et notamment à accroítre la rigidité du mécanisme d'un disjoncteur à forte tenue électrodynamique, à faible coût.
Selon l'invention, ce problème est résolu grâce à un disjoncteur basse tension de tenue électrodynamique élevée à boítier en matériau isolant, comportant un mécanisme de commande lié à un arbre des pôles supporté par des paliers solidaires du boítier, une pluralité de pales, chaque pôle comportant au moins une paire d'organes de contact séparables, un au moins des organes de contact de chaque paire, dit organe de contact mobile, étant lié mécaniquement à l'arbre des pôles, l'arbre des pôles, le mécanisme de commande et l'organe de contact mobile étant déplaçables entre une position ouverte correspondant à la séparation des organes de contact de chaque paire, et une position fermée correspondant au contact entre les organes de contact de chaque paire, le boítier du disjoncteur comportant un compartiment antérieur de logement du mécanisme de commande et un compartiment postérieur séparé du compartiment antérieur par une paroi intermédiaire et subdivisé en compartiments élémentaires par des cloisons de séparation, chaque compartiment élémentaire logeant l'un des pôles du disjoncteur, disjoncteur dont l'axe de rotation de l'arbre des pôles est localisé dans le compartiment postérieur.
Dans les dispositifs de l'état de la technique dont l'arbre des pôles était situé dans le compartiment antérieur, il était nécessaire de prévoir une distance minimale entre l'arbre des pôles et les organes de contact mobiles en position ouverte. En effet, la liaison entre les organes de contact mobiles et l'arbre se faisait au travers de la paroi intermédiaire entre le compartiment antérieur et le compartiment postérieur. La configuration selon l'invention permet de réduire considérablement cette distance jusqu'à l'annuler, puisqu'aucun élément ne vient plus s'interposer entre l'arbre et les organes de contact. L'encombrement du dispositif peut ainsi être diminué.
Cette disposition permet également de faire en sorte que les efforts électrodynamique s'exerçant sur les contacts soient repris par le boítier, sans engendrer de déformations importantes des pièces intermédiaires. En effet, il devient possible de placer les paliers de support dans le compartiment postérieur. Si l'on prévoit de solidariser ces paliers au moins partiellement à la paroi intermédiaire, il est alors aisé de faire en sorte que les organes de solidarisation, en réponse aux efforts électrodynamiques exercés sur les organes de contact mobile, travaillent en compression au lieu de travailler en arrachement.
Par ailleurs, cette disposition permet d'éliminer les orifices de passage des bielles de liaison entre l'arbre des pôles et chaque organe de contact mobile. La pollution du compartiment' antérieur s'en trouve diminuée et la circulation des gaz de coupure vers les orifices d'évacuation du fond de la chambre de coupure améliorée.
Le montage est facilité du fait qu'il n'est plus nécessaire de mettre en place la liaison entre l'arbre des pôles et chaque bielle au travers d'orifices de la cloison intermédiaire.
Préférentiellement, chacune des cloisons de séparation supporte l'un desdits paliers et l'arbre des pôles traverse chaque cloison au niveau d'un desdits paliers. Cette disposition permet de multiplier et de répartir régulièrement les paliers le long de l'arbre des pôles, sans augmenter l'encombrement de l'ensemble. Alternativement, il est également possible de prévoir que les paliers soient disposés entre les cloisons de séparation des chambres, sur des supports autonomes. Avantageusement, chacune des cloisons de séparation comporte un élément de cloison moulé avec la paroi intermédiaire, dans un rebord duquel est formée un secteur hémicylindrique constituant une partie du palier correspondant. On obtient ainsi une pièce multifonctionnelle qui facilite le montage et diminue les coûts.
Avantageusement, la paroi intermédiaire comporte une fenêtre de passage d'un organe de liaison mécanique entre l'arbre des pôles et le mécanisme de commande.
Préférentiellement, la surface extérieure de l'arbre des pôles est en matière électriquement isolante, en particulier en plastique polyester thermodurcissable. Cette disposition permet d'obtenir à la fois l'isolation électrique entre les pôles et avec le mécanisme de commande. Le thermodur offre l'avantage d'une bonne tenue diélectrique après coupure. En pratique, l'arbre peut être réalisé en thermodur massif. Alternativement, l'arbre peut avoir une âme métallique recouverte d'un matériau isolant.
Avantageusement, le disjoncteur comporte au moins une bielle de liaison entre l'arbre des pôles et chaque organe de contact mobile, liée à l'arbre des pôles par un pivot de façon telle que dans une certaine position relative de l'arbre et de la bielle, dite position de montage, la bielle puisse être librement déplacée parallèlement à l'axe du pivot, et qu'une fois la bielle montée et déplacée hors de sa position de montage, une liaison positive soit réalisée interdisant un mouvement translatif de la bielle parallèlement à l'axe du pivot, la position de montage étant telle qu'en état de fonctionnement, l'arbre des pôles et la bielle ne prennent jamais par cette position.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va 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 représente une vue en perspective d'un disjoncteur selon l'invention, coupé au niveau d'un pôle.
  • la figure 2 représente une vue éclatée d'un arbre des pôles et d'une partie d'un boítier du disjoncteur selon l'invention.
  • la figure 3 représente une coupe du disjoncteur de la figure 1, en position fermée
  • la figure 4 représente une coupe du disjoncteur de la figure 1, en position ouverte
  • la figure 5 représente une vue en perspective de l'arbre des pôles et d'une bielle de liaison à l'un des pôle dans une position précédent leur montage
  • la figure 6 représente une vue en perspective de l'arbre des pôles et d'une bielle de liaison à l'un des pôle dans une respective dite de montage
  • la figure 7 représente une vue en perspective de l'arbre des pôles sur lequel est monté la bielle de liaison, dans leur positionnement l'un par rapport à l'autre lorsque le disjoncteur est ouvert
  • la figure 8 représente une vue en perspective de l'arbre des pôles sur lequel est monté la bielle de liaison, dans leur positionnement l'un par rapport à l'autre lorsque le disjoncteur est fermé.
En référence aux figures 1 à 3, un disjoncteur 10 basse tension non limiteur à tenue électrodynamique élevée est disposé dans un boítier moulé comportant un compartiment antérieur 12 et un compartiment postérieur 14. Le compartiment antérieur 12 est limité par une face avant 16, des faces latérales 18 venues de matière avec la face avant, et une paroi intermédiaire 20 le séparant du compartiment postérieur. Il comporte des ouvertures en face avant, pour le passage d'une manette pivotante 22 assurant le réarmement d'un mécanisme de commande du disjoncteur 24, d'un bouton poussoir d'ouverture et d'un bouton poussoir de fermeture. Le mécanisme de commande 24 est logé dans le compartiment antérieur 12.
Le compartiment postérieur 14 est limité par la paroi intermédiaire 20, par un socle 26 constituant une face postérieure, et par des faces latérales 28 dont une partie est venue de matière avec le socle et une autre est moulée avec la paroi intermédiaire. Le socle 26 supporte des plages de raccordement 30 du disjoncteur 10 à un circuit électrique extérieur. Le socle 26 et la paroi intermédiaire 20 sont fixés l'un à l'autre par l'intermédiaire de vis de fixation 32 dimensionnées de manière à pouvoir résister à des efforts importants à l'arrachement. Une fenêtre 34, visible notamment sur la figure 2, est pratiquée dans la paroi intermédiaire 20 et permet la communication entre le compartiment antérieur 12 et le compartiment postérieur 14. Le compartiment postérieur 14 est subdivisé en compartiments élémentaires 36 par des cloisons de séparation 38. Chaque cloison 38 comporte deux parties latérales disposées de part et d'autre d'une partie centrale. Chaque partie latérale comporte un élément de cloison 40 moulé avec le socle et un élément de cloison 42 moulé avec la paroi intermédiaire, les éléments de cloisons 40, 42 étant jointifs sur l'appareil monté. La partie centrale comporte un élément de cloison 44 moulé avec le socle de hauteur plus importante que les éléments latéraux 40 adjacents. Cet élément de cloison 44 comporte des nervures 46 venant coopérer lors du montage avec des rainures complémentaires 48 des éléments de cloison latéraux 42 solidaires de la paroi intermédiaire 20. L'élément de cloison central 44 du socle comporte une surface hémicylindrique lisse 50. La paroi intermédiaire 20 comprend un élément de cloison central complémentaire 52 de hauteur réduite, qui comporte lui aussi un secteur hémicylindrique lisse 54 en regard de celui de l'élément solidaire du socle.
Dans chaque compartiment élémentaire 36 est logé un pôle 56 du disjoncteur. Chaque pôle 56 comporte une chambre d'extinction d'arc 58 ainsi qu'un dispositif de contacts séparables. Ce dernier comporte un organe de contact fixe 60 connecté électriquement à une plage de raccordement 30 du disjoncteur traversant le socle 26 du boítier isolant, et un organe de contact mobile 61. Celui-ci est doté d'une pluralité de doigts de contact 62 en parallèle montés pivotants sur un premier axe transversal 64 supporté par une cage de support 66. Le talon de chaque doigt est connecté par un conducteur souple 68 constitué par une tresse métallique, à une deuxième plage de raccordement 30 du disjoncteur. Chaque doigt 62 comporte une pastille de contact 70 coopérant avec une pastille 72 de l'organe de contact fixe 60, dans la position de fermeture de la figure 3. La cage 66 est conformée en U (cf. fig. 5). Son extrémité située à proximité de la deuxième plage de raccordement est équipée d'un axe 74 logé dans un palier solidaire du boítier isolant, de façon à autoriser le pivotement de la cage 66 entre une position fermée du pôle 56, représentée sur la figure 3, et une position ouverte, représentée sur la figure 4. Un dispositif à ressorts de pression de contact 76 est disposé dans une encoche de la cage 66 et sollicite les doigts de contact 62 en pivotement autour du premier axe 64 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.
La chambre d'extinction d'arc 58 comporte un empilage de tôles de déionisation de l'arc électrique tiré lors de la séparation des pôles, ainsi que des orifices d'échappement des gaz de coupure. De plus amples détails sur la structure des pôles 56 pourront être trouvés dans le document FR-A-2 650 434, dont la description est sur ce point incorporée ici par référence.
Un arbre des pôles 78 vient se placer entre les secteurs hémicylindriques 50, 54 qui forment, une fois montés, des paliers étanches de support de l'arbre 78 en rotation autour de son axe 79. L'arbre 78 est moulé en polyester thermodurcissable. Chacune des cages 66 est accouplée à l'arbre des pôles 78 par une paire de bielles de transmission 80 parallèles qui pivotent autour d'un axe géométrique confondu avec l'axe 64. Chaque bielle 80 est liée à l'arbre des pôles 78 par un pivot 81.
Le mécanisme de commande 24 comporte un dispositif de fermeture à accumulation d'énergie et un dispositif d'ouverture. Ce mécanisme est connu en soi et on se reportera pour plus de détails au document FR-A-2 589 626 qui est incorporé ici par référence sur ce point. On se contentera de rappeler ici que le dispositif d'ouverture comporte un dispositif à genouillère qui comprend deux biellettes 82, 84 articulées l'une à l'autre par un axe de pivotement 86, la biellette inférieure de transmission 82 étant accouplée mécaniquement à l'arbre des pôles 78 par un axe de pivotement 88 coopérant avec un palier pratiqué dans une manivelle 90 solidaire de l'arbre 78. Un ressort d'ouverture 92 est ancré entre l'axe 88 et un taquet fixe de retenue. La figure 3 montre qu'en position fermée, la fenêtre 34 pratiquée dans la paroi intermédiaire 20 sert au passage de la biellette inférieure de transmission 82 et du ressort d'ouverture 92. En position fermée, le bras de levier des bielles 80 sur l'arbre des pôles 78 est sensiblement plus faible que celui de la biellette 82. En d'autres termes, la distance entre l'axe 79 de l'arbre des pôles 78 et le plan qui contient les axes 64, 81 des pivots des bielles 80 est plus faible que la distance entre l'axe 79 de l'arbre des pôles 78 et le plan qui contient les axes 86, 88 des pivots de la biellette inférieure 82. En pratique, le rapport des deux distances est inférieur à 0,3.
Dans la position de fermeture représentée sur la figure 3, on observe pour chaque pôle 56 que les pastilles de contact 70 des doigts de contact 62 se trouvent en appui sur la pastille 72 de l'organe de contact fixe 60. La pression de contact est assurée par le dispositif à ressorts 76 qui permet de rattraper le jeu éventuel du mécanisme et l'usure des pastilles 70, 72. Les efforts électrodynamiques s'exerçant sur les doigts de contact 62 sont repris au niveau de la cage 66 par les surfaces d'appui des ressorts 76 et par l'axe 64, et génèrent un moment autour de l'axe de pivotement 74 de la cage 66, tendant à faire pivoter la cage 66 dans le sens de la séparation des contacts. Ce moment est compensé par un moment opposé exercé par les bielles 80 sur la cage 66 au niveau de leur axe de pivotement relatif 64. A l'équilibre dynamique, les bielles 80 sont donc soumises au niveau de leur pivot de liaison 64 à la cage 66, à une force dirigée vers leur pivot de liaison 81 avec l'arbre des pôles 78. Cette force, transmise au pivot 81, engendre un moment autour de l'axe 79 de l'arbre des pôles 78. Le même phénomène se produit pour chacun des pôles. A la somme des moments des forces exercées par toutes les bielles 80 et par le ressort d'ouverture 92 sur l'arbre 78, s'oppose un moment généré par la biellette inférieure 82 de la genouillère du dispositif d'ouverture. Du fait de la position relative des bielles 80, de la biellette 82 et de l'arbre des pôles 78, c'est-à-dire de la faiblesse du bras de levier des bielles 80 par rapport à celui de la biellette 82, la résultante au niveau de la biellette 82 reste modérée. On retrouve donc ici les caractéristiques d'un disjoncteur de tenue électrodynamique élevée, puisque les efforts. électrodynamiques sur les organes de contact n'engendrent que des sollicitations limitées sur le mécanisme de commande de sorte que se dernier peut s'y opposer. A l'équilibre, l'arbre des pôles 78 exerce au niveau des paliers de support, des efforts de pression dont la résultante est une force de réaction s'opposant à la somme des forces exercées par les bielles 80 et la biellette 82. Ces efforts de pression relativement importants s'exercent principalement sur le secteur hémicylindrique 54 formé dans la paroi intermédiaire 20.
Lors de l'ouverture du disjoncteur, la biellette 82 cesse de s'opposer à la rotation de l'arbre des pôles dans le sens contraire des aiguilles d'une montre. Cette rotation, générée conjointement par le ressort d'ouverture 92 et la résultante des efforts électrodynamiques ramenés au niveau des pivots 81 de liaison des bielles 80 et de l'arbre 78, entraíne l'ensemble des cages 66 vers la position ouverte représentée sur la figure 4. Dans cette position, la manivelle 90 de l'arbre des pôles 78 émerge légèrement de la fenêtre 34.
Les figures 5 à 8 décrivent le mode de montage de la liaison par pivot entre l'arbre des pôles 78 et les bielles 80 de liaison avec chaque cage 66. L'arbre des pôles 78 comporte, pour chaque pôle, un bras 94 portant deux pivots coaxiaux 81, excentrés par rapport à l'axe de pivotement 79 de l'arbre des pôles 78. Ces pivots 81 sont situés chacun sur un décrochement 98 de la face latérale 100 du bras. Une languette 102 surplombant le décrochement 98 matérialise une rainure 104.
Chaque bielle 80 comporte, du côté destiné à coopérer avec l'arbre 78, un alésage cylindrique 108 destiné à former un palier pour l'un des pivots 81, et un méplat 110. Lors du montage, la bielle 80 est présentée de manière à ce que le méplat 110 soit parallèle avec le rebord inférieur de la languette 100, dans la position relative de montage représentée sur la figure 6. Il est alors possible d'introduire les pivots 81 dans les alésages 108. Une fois monté, l'ensemble constitué par les bielles 80 et l'arbre des pôles 78 est placé dans le boítier, où il oscille entre deux positions extrêmes : une position correspondant à l'ouverture des contacts et représentée à la figure 7 et une position correspondant à la fermeture des contacts et représentée à la figure 8. Dans l'une et l'autre de ces deux positions, ainsi que dans toutes les positions intermédiaires, les bielles 80 coopèrent avec les rainures 104 correspondantes de l'arbre des pôles 78, qui constituent un guidage interdisant tout mouvement des bielles 80 parallèlement à l'axe de pivotement 81. On réalise ainsi une liaison positive simple qui permet d'éviter l'emploi de toute pièce intermédiaire supplémentaire.

Claims (6)

  1. Disjoncteur (10) basse tension de tenue électrodynamique élevée à boítier en matériau isolant, comportant un mécanisme de commande (24) lié à un arbre des pôles (78) supporté par des paliers solidaires du boítier, une pluralité de pôles (56), chaque pôle (56) comportant au moins une paire d'organes de contact séparables (60, 61), un au moins des organes de contact de chaque paire, dit organe de contact mobile (61), étant lié mécaniquement à l'arbre des pôles (78), l'arbre des pôles (78), le mécanisme de commande (24) et l'organe de contact mobile (61) étant déplaçables entre une position ouverte correspondant à la séparation des organes de contact (60, 61) de chaque paire, et une position fermée correspondant au contact entre les organes de contact (60, 61) de chaque paire, le boítier du disjoncteur comportant un compartiment antérieur (12) de logement du mécanisme de commande (24) et un compartiment postérieur (14) séparé du compartiment antérieur (12) par une paroi intermédiaire (20) et subdivisé en compartiments élémentaires (36) par des cloisons de séparation (38), chaque compartiment élémentaire (36) logeant l'un des pôles (56) du disjoncteur (10), caractérisé en ce que l'axe de rotation (79) de l'arbre des pôles (78) est localisé dans le compartiment postérieur (14).
  2. Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune desdites cloisons de séparation (38) supporte l'un desdits paliers et en ce que l'arbre des pôles (78) traverse chaque cloison (38) au niveau d'un desdits paliers.
  3. Disjoncteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacune desdites cloisons de séparation (38) comporte un élément de cloison (52) moulé avec la paroi intermédiaire (20), dans un rebord duquel est formée un secteur hémicylindrique (54) constituant une partie du palier correspondant.
  4. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi intermédiaire (20) comporte une fenêtre (34) de passage d'un organe de liaison mécanique (82) entre l'arbre des pôles (78) et le mécanisme de commande (24).
  5. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface extérieure de l'arbre des pôles (78) est en matière électriquement isolante, en particulier en plastique polyester thermodurcissable.
  6. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une bielle de liaison (80) entre l'arbre des pôles (78) et chaque organe de contact mobile (61), cette bielle (80) étant liée à l'arbre des pôles (78) par un pivot (81) de façon telle que dans une certaine position relative de l'arbre (78) et de la bielle (80), dite position de montage, la bielle (80) puisse être librement déplacée parallèlement à l'axe du pivot (81), et qu'une fois la bielle (80) montée et déplacée hors de sa position de montage, une liaison positive soit réalisée interdisant un mouvement translatif de la bielle (80) parallèlement à l'axe du pivot (81), la position de montage étant telle qu'en état de fonctionnement, l'arbre des pôles (78) et la bielle (80) ne prennent jamais par cette position.
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