EP0095406B1 - Interrupteur à arc tournant et à aimant permanent - Google Patents

Interrupteur à arc tournant et à aimant permanent Download PDF

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EP0095406B1
EP0095406B1 EP19830400933 EP83400933A EP0095406B1 EP 0095406 B1 EP0095406 B1 EP 0095406B1 EP 19830400933 EP19830400933 EP 19830400933 EP 83400933 A EP83400933 A EP 83400933A EP 0095406 B1 EP0095406 B1 EP 0095406B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
magnet
contact
permanent magnet
contacts
path
Prior art date
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Expired
Application number
EP19830400933
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0095406A1 (fr
Inventor
Georges Bernard
Pierre Leclercq
Serge Olive
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.)
Merlin Gerin SA
Original Assignee
Merlin Gerin SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Merlin Gerin SA filed Critical Merlin Gerin SA
Publication of EP0095406A1 publication Critical patent/EP0095406A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0095406B1 publication Critical patent/EP0095406B1/fr
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/18—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using blow-out magnet
    • H01H33/182—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using blow-out magnet using permanent magnets

Definitions

  • Document EP-A-37 765 relates to such a switch, and the permanent magnet is disposed inside a hollow conductive cylinder forming the fixed contact.
  • the current flowing through the fixed contact and the supply circuit does not pass through the permanent magnet and does not generate any magnetic field capable of demagnetizing the magnet housed inside the fixed contact.
  • the hollow cylinder of the fixed contact is provided with an annular rim disposed opposite a mating annular surface of the movable contact to cooperate by abutment in the closed position.
  • the rotary arc switch comprises two permanent annular magnets with radial magnetization and coaxially surrounding the separable contacts.
  • the flow of current through the contacts causes a magnetic field of demagnetization inside each magnet.
  • This type of switch is mainly used for breaking low currents, but it is unable to cut high currents, for example greater than 15 kA.
  • To reduce the demagnetization effect of the magnet it has already been proposed according to FIG.
  • the fixed and movable contacts are formed by hollow cylinders equipped with annular flanges coming into contact by abutment. Each cylinder is placed inside a permanent magnet, and the current is supplied by means of a conductive rod secured to the movable contact.
  • connection pads located axially on the same side with respect to the contact separation zone, with a risk of priming between the central current supply rod and the hollow cylinder associated with the fixed contact.
  • the present invention aims to allow the production of a reliable switch whose permanent magnet causing the rotation of the arc is protected from any demagnetization field regardless of the intensity of the current to be interrupted.
  • the switch according to the invention is characterized in that the permanent magnet is hollow while being crossed by one of the contacts, and in that the contact concerned is electrically connected to said first path of the current supply circuit disposed at the outside of said permanent magnet by a second path of the current supply circuit, said second path being disposed inside the hollow space of said magnet, so as to avoid any demagnetization field inside said hollow space said permanent magnet.
  • the second path of the current supply circuit comprises a U-shaped rim with a hairpin axial section extending along the internal face of the permanent magnet, the current flowing in opposite directions in the substantially parallel branches of the pin.
  • the second current path is advantageously formed by an internal ferrule one end of which is connected to the first external path and the opposite end of which is connected to a contact support tube or sleeve, the internal ferrule being arranged coaxially between the magnet and the tube or sleeve.
  • One of the contacts surrounded by a first permanent magnet can be fixed and has an annular contact end arranged in the vicinity (projecting or recessed) of the front front face of the magnet.
  • This contact can also be semi-fixed by being connected to the internal ferrule by means of a sliding contact or a contact clamp.
  • the other movable contact in translation passes axially through a second permanent fixed magnet and is electrically connected to the corresponding internal ferrule of the circuit by a sliding contact, the second magnet being placed opposite the first magnet and separated from the latter by a predetermined axial interval.
  • the magnetization of the permanent magnet (s) can be arbitrary, either radial or axial homopolar, or heteropolar.
  • the envelope is filled with an electronegative gas such as sulfur hexafluoride, and according to an important development of the invention, the magnetic blowing of the arc by the action of the permanent magnet (s) is combined with a pneumatic blowing. by self-expansion of compressed gases liable to escape through hollow contacts.
  • a pole of a switch 10 or of a rotary arc circuit breaker comprises a sealed casing 12 of molded insulating material, filled with insulating gas 13 of high dielectric strength, in particular sulfur hexafluoride.
  • the cylindrical casing 12 has an elongated shape, the upper part of which is closed off by a bottom 14 made of conductive material and with a radial tab shaped as a field 16 for supplying current.
  • a fixed contact 18 cooperating with a movable contact 20 aligned and mounted to slide axially by means of an actuating rod of a control mechanism (not shown).
  • the fixed contact 18 in the form of a hollow cylinder with a diameter equivalent to that of the movable contact 20, is coaxially surrounded by a permanent and annular fixed magnet 22.
  • the permanent magnet 22 with radial magnetization generates in the arc zone a permanent radial magnetic field causing the rotation of the arc during the separation of the contacts 18, 20.
  • the end of the fixed contact 18 being in abutment with the movable contact 20 in the closed position, protrudes from the front end face 24 of the permanent magnet 22.
  • a current supply circuit 26 ensures the electrical connection of the fixed contact 18 with a central stud 28 of conductive material secured to the bottom 14.
  • the circuit 26 for supplying current to the tubular fixed contact 18 is formed by an annular conductive carcass of revolution about the longitudinal axis and having a recess 30 for housing the permanent magnet 22.
  • the carcass of the circuit 26 is shaped in loop surrounding the four faces of the annular permanent magnet 22, and comprises a conductive copper base with a U-section constituted, for example, by the assembly of two internal coaxial ferrules 32 and external 34 to an annular washer 36 covering the front face 24 anterior of the magnet 22.
  • the external ferrule 34 is connected to the central stud 28 by a conductive ring 38 extending parallel to the front face 40 posterior of the magnet 22 with the interposition of a ferromagnetic plate 42, by steel example.
  • the internal ferrule 32 Opposite the washer 36, the internal ferrule 32, isolated from the ring 38 and the stud 28, is secured to a tube 44 supporting the fixed contact 18 so as to form an annular flange 45 with an inverted U-shaped pin section. , said flange 45 being housed in the cylindrical internal space of the permanent magnet 22.
  • the internal ferrule 32 is interposed coaxially between the cylindrical lateral face 46 internal of the magnet 22 and the tube 44 made of metallic material, in particular copper or steel.
  • a thin sleeve (not shown) of insulating material can be inserted axially in the radial interval 48 of the inverted flange 45:
  • the circuit 26 for supplying current to the fixed contact 18 forms with the permanent magnet 22 and the stud 28 an assembly monobloc carried by the bottom 14.
  • the permanent magnet 22 is constituted by a ferrite magnet or a metallic magnet, and an insulating layer (not shown) can be interposed between the magnet 22 and the annular conducting carcass of the circuit 26.
  • the circuit 26 for supplying current to the fixed contact 18 has a first path outside the magnet, connected in series with a second path inside the annular magnet 22.
  • the first path includes the ring 38, the outer ring 34 and the washer 36 which respectively cover the plate 42 of the posterior front face 40, the external cylindrical side face 50, and the front front face 24 of the permanent magnet 22.
  • the second path includes the inverted rim 45 formed by the internal ferrule 32 associated with the tube 44 supporting the fixed contact 18.
  • the current flowing through the ring 38, the ferrule 34 and the washer 36 of the first external path does not pass through the annular permanent magnet 22 and does not generate any magnetic field capable of demagnetizing the magnet 22.
  • the ferrule 32 and the tube 44 of the second internal path are separated by the small radial interval 48 and are traversed in the opposite axial direction by the current. This results in compensation for the magnetic fields generated in the internal cylindrical space of the magnet 22 by the passage of current through the ferrule 32 and the tube 44.
  • the permanent magnet is thus protected from any demagnetization field , even in the presence of short-circuit currents of high intensity, for example greater than 20 kA.
  • the permanent magnet 22 generates a magnetic field which is permanently present in the breaking zone as soon as the contacts 18, 20 are separated.
  • the switch is opened by sliding the movable contact 20 downwards (see half-section left of Fig. 1), and the arc drawn between the contacts 18, 20 extends substantially in the axial direction.
  • the magnetic field of the permanent magnet 22 causes, in a well known manner, the rotation of the arc on the annular tracks of the hollow contacts 18, 20. It should be noted that the axial protrusion of the fixed contact 18 relative to the washer 36 of the conductive carcass maintains the arc roots on the annular tracks of the contacts 18, 20.
  • FIG. 2 represents an alternative embodiment, in which the axial length of the tube 44 supporting the fixed contact 18 is shortened so as to position the fixed contact 18 set back or in the vicinity of the washer 36.
  • the passage of the current in the supply circuit 26 is identical to that of the device in FIG. 1, and no demagnetization field affects the magnetization of the permanent magnet 22 thanks to the axial outward and return path of the current in the ferrule 32 and the tube 44.
  • the arc of the fixed contact 18 is switched to the washer 36, which then plays the role of an annular migration path of the rotating arc.
  • the current flows only in the first path of the circuit 26.
  • the arc turns in the SF6 gas under the action of the field of the magnet around the washer 36 and the annular end of the movable contact 20, the internal ferrule 32 and the tube 44 not being traversed by any current.
  • FIG. 3 illustrates another alternative embodiment in which the same reference numbers are used to designate identical or similar parts to those of FIGS. 1 and 2.
  • the magnetic blowing by rotation of the arc is accompanied by a double pneumatic blowing due to the thermal expansion of the gas generating a gas flow escaping through the fixed tubular contacts 18 and movable 20.
  • the interrupting chamber 54 of the switch 10 is separated from the casing 12 by an intermediate casing 56 constituted by a cylindrical wall coaxial with the casing 12, and transverse shutter partitions 58, 60.
  • the upper insulating partition 58 is crossed axially by the fixed stud 28 of tubular shape and with radial opening 62 formed between the bottom 14 and the partition 58.
  • the movable contact 20 is integral with a conductive sleeve 63 mounted to slide axially through a orifice in the lower partition 60, said sleeve 63 actuated by means of a control rod 64 sealingly passing through the conductive bottom 66 connected to a connection pad 68.
  • the sleeve 63 has radial openings 70 arranged between the partition 60 and the bottom 66.
  • the two areas 16, 68 for connecting the switch are arranged on either side of the contact separation zone.
  • the fixed contact 18 is surrounded inside the breaking chamber 54 by the annular permanent magnet 22 and the current supply circuit 26 as described with reference to FIG. 1.
  • the arc rotating under the action of the field of the magnet 22 causes, in a well known manner, the rise in pressure of the gas inside the interrupting chamber 54. This results in a gas flow which promotes extinction. from the arc, the gas escaping taking place towards the envelope 12 in opposite directions respectively through the fixed tubular contact 18 and the opening 62 of the stud 28, and through the movable contact 20 and the openings 70 of sleeve 63.
  • the magnetic blowing of the arc can be reinforced by using in the device of fig. 3 a second permanent magnet 72 coaxially surrounding the movable contact 20 inside the breaking chamber 54, and arranged opposite the first permanent magnet 22 associated with the fixed contact 18.
  • the second magnet 72 is fixed and axially separated from the first magnet 22 by a predetermined interval corresponding substantially to the axial length of the cut-off zone.
  • the movable contact 20 passes through the second annular permanent magnet 72, and is electrically connected to the bottom 66 of the connection pad 68 by means of a connection circuit 74 arranged to avoid demagnetization of the magnet 72.
  • the circuit of link 74 is similar to the circuit 26 for supplying current to the fixed contact 18, and comprises a sliding contact 76 formed at the level of the partition 60 between the sliding sleeve 63 and a coaxial conductive socket 78.
  • the internal diameter of the sleeve 78 corresponds substantially to the external diameter of the sleeve 63 with the interposition of a radial clearance allowing the bidirectional axial sliding of the sleeve 63.
  • the sleeve 78 extends along the internal side face of the magnet 72 and is electrically connected to a loop surrounding the magnet 72.
  • the loop is formed by an annular conductive carcass, of structure identical to that associated with the magnet 22 of FIG.
  • the extinction of the arc is facilitated by the reinforcement of the magnetic field in the breaking zone, resulting from the sum of the elementary radial fields of the two magnets 22, 72.
  • the magnetic blowing is combined with a pneumatic blowing by expansion of the SF6 gas through the tubular contacts 18, 20 in the direction of the casing 12.
  • the contact 18 instead of being fixed could be arranged in a semi-fixed manner thanks to the addition of an elastic means and a clamp or a sliding contact between the internal ferrule 32 and the contact 18.
  • the magnetization of the permanent magnet (s) 22, 72 is axial, but it is clear that the structure and the magnetization of the magnet can be arbitrary, in particular heteropolar or radial magnetization.

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  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)

Description

  • L'invention est relative à un interrupteur ou disjoncteur à arc tournant comprenant :
    • - une enveloppe étanche remplie de gaz isolant à rigidité diélectrique élevée,
    • - une paire de contacts séparables et alignés selon la direction axiale de l'enveloppe,
    • - un aimant permanent engendrant un champ magnétique dans la zone de séparation des contacts pour imposer une rotation de l'arc,
    • - une paire de plages de raccordement de liaison électrique avec les contacts, lesdites plages étant disposées de par et d'autre de la zone de séparation des contacts,
    • - et un circuit d'amenée de courant agencé entre la plage et le contact correspondant, et comprenant un premier trajet du courant à l'extérieur de l'aimant.
  • Le document EP-A-37.765 a trait à un tel interrupteur, et l'aimant permanent est disposé à l'intérieur d'un cylindre conducteur creux formant le contact fixe. Le courant parcourant le contact fixe et le circuit d'amenée ne traverse pas l'aimant permanent et n'engendre aucun champ magnétique susceptible de démagnétiser l'aimant logé à l'intérieur du contact fixe. Le cylindre creux du contact fixe est doté d'un rebord annulaire disposé en regard d'une surface annulaire conjuguée du contact mobile pour coopérer par aboutement en position de fermeture.
  • Les performances de coupure d'un tel interrupteur restent limitées à cause de l'agencement des contacts et de l'aimant permanent. Aucune possibilité n'est envisageable pour monter un contact semi-fixe ou pour associer un deuxième aimant permanent au contact mobile, en regard du premier aimant de part et d'autre de la zone de séparation des contacts.
  • Selon le document DE-B-1.236.628, l'interrupteur à arc tournant comporte deux aimants permanents annulaires à aimantation radiale et entourant coaxialement les contacts séparables. Le passage du courant dans les contacts provoque un champ magnétique de démagnétisation à l'intérieur de chaque aimant. Il en résulte un risque de désaimantation des aimants permanents qui dépend de l'intensité du courant circulant dans l'interrupteur et du matériau magnétique de l'aimant. Ce type d'interrupteur est principalement utilisé pour la coupure de courants de faibles intensités, mais il est incapable de couper des courants élevés, par exemple supérieurs à 15 kA. Pour réduire l'effet de démagnétisation de l'aimant, on a déjà proposé selon la figure 4 du document US-A-3.082.307, d'entourer l'aimant annulaire traversé par le contact fixe, au moyen d'un écran en forme de manchon de cuivre. Le flux, engendré par le passage du courant dans le contact, induit des courants de Foucault dans le manchon de protection de l'aimant. Il en résulte un flux antagoniste qui s'oppose au flux démagnétisant. Ce dispositif ne donne pas entière satisfaction, et le risque de désaimantation de l'aimant subsiste, surtout pour la coupure de courants continus.
  • Selon le document GB-A-1.078.863 relatif à un interrupteur à vide, les contacts fixe et mobile sont formés par des cylindres creux équipés de rebords annulaires venant en contact par aboutement. Chaque cylindre est disposé à l'intérieur d'un aimant permanent, et l'amenée de courant s'effectue au moyen d'une tige conductrice solidaire du contact mobile.
  • Le problème posé par un tel interrupteur est la disposition des plages de raccordement situées axialement du même côté par rapport à la zone de séparation des contacts, avec un risque d'amorçage entre la tige centrale d'amenée de courant et le cylindre creux associé au contact fixe.
  • La présente invention a pour but de permettre la réalisation d'un interrupteur fiable dont l'aimant permanent engendrant la rotation de l'arc est à l'abri de tout champ de démagnétisation indépendamment de l'intensité du courant à interrompre.
  • L'interrupteur selon l'invention est caractérisé en ce que l'aimant permanent est creux en étant traversé par l'un des contacts, et en ce que le contact concerné est raccordé électriquement audit premier trajet du circuit d'amenée de courant disposé à l'extérieur dudit aimant permanent par un deuxième trajet du circuit d'amenée du courant, ledit deuxième trajet étant disposé à l'intérieur de l'espace creux dudit aimant, de façon à éviter tout champ de démagnétisation à l'intérieur dudit espace creux dudit aimant permanent.
  • Le deuxième trajet du circuit d'amenée de courant comporte un rebord en U à section axiale en épingle à cheveux s'étendant le long de la face interne de l'aimant permanent, le courant circulant dans des directions opposées dans les branches sensiblement parallèles de l'épingle. Il en résulte qu'à l'intérieur de l'aimant, les champs magnétiques engendrés par le passage du courant dans les branches du U se compensent, sans aucun risque de désaimantation de l'aimant permanent.
  • En utilisant un aimant permanent annulaire, le deuxième trajet du courant est formé avantageusement par une virole interne dont l'une des extrémités est raccordée au premier trajet externe et dont l'extrémité opposée est reliée à un tube ou manchon de support du contact, la virole interne étant agencée coaxialement entre l'aimant et le tube ou manchon.
  • L'un des contacts entouré par un premier aimant permanent peut être fixe et présente une extrémité annulaire de contact disposée au voisinage (en saillie ou en retrait) de la face frontale antérieure de l'aimant. Ce contact peut également être semi-fixe en étant relié à la virole interne par l'intermédiaire d'un contact glissant ou d'une pince de contact.
  • L'autre contact mobile en translation traverse axialement un deuxième aimant permanent fixe et est connecté électriquement à la virole interne correspondante du circuit par un contact glissant, le deuxième aimant étant disposé en regard du premier aimant et séparé de ce dernier par un intervalle axial prédéterminé.
  • L'aimantation du/des aimants permanents peut être quelconque, soit homopolaire radiale ou axiale, soit hétéropolaire. 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 par l'action du/des aimants permanents est combiné à un soufflage pneumatique par autoexpansion des gaz comprimés susceptible de s'échapper par les contacts creux.
  • D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de différents modes de mise en oeuvre, donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés au dessin annexé dans lequel :
    • la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe axiale d'un interrupteur à arc tournant selon l'invention, représenté en position de fermeture sur la demi-vue droite, et en position de coupure sur la demi-vue gauche ;
    • la figure 2 est une vue partielle, analogue à celle de la fig. 1 d'une variante de réalisation ;
    • la figure 3 montre une vue en coupe axiale d'une autre réalisation.
  • Sur la figure 1, un pôle d'un interrupteur 10 ou d'un disjoncteur à arc tournant comporte une enveloppe 12 étanche en matériau isolant moulé, remplie de gaz 13 isolant à rigidité diélectrique élevée, notamment de l'hexafluorure de soufre. L'enveloppe 12 cylindrique présente une forme allongée dont la partie supérieure est obturée par un fond 14 en matériau conducteur et à patte radiale conformée en plage 16 d'amenée de courant. A l'intérieur de l'enveloppe 12 sont disposés axialement un contact fixe 18 coopérant avec un contact mobile 20 aligné et monté à coulissement axial par l'intermédiaire d'une tige d'actionnement d'un mécanisme de commande (non représenté).
  • Le contact fixe 18 en forme de cylindre creux d'un diamètre équivalent à celui du contact mobile 20, est entouré coaxialement par un aimant permanent 22 annulaire et fixe. L'aimant permanent 22 à aimantation radiale engendre dans la zone d'arc un champ magnétique radial permanent provoquant la rotation de l'arc lors de la séparation des contacts 18, 20. L'extrémité du contact fixe 18 se trouvant en aboutement avec le contact mobile 20 en position de fermeture, fait saillie de la face frontale 24 antérieure de l'aimant permanent 22. Un circuit 26 d'amenée de courant assure la liaison électrique du contact fixe 18 avec un plot 28 central en matériau conducteur assujetti au fond 14.
  • Le circuit 26 d'amenée de courant au contact fixe 18 tubulaire est formé par une carcasse conductrice annulaire de révolution autour de l'axe longitudinal et présentant un évidement 30 de logement de l'aimant permanent 22. La carcasse du circuit 26 est conformée en boucle entourant les quatre faces de l'aimant 22 permanent annulaire, et comporte une base conductrice en cuivre à section en U constituée à titre d'exemple par l'assemblage de deux viroles coaxiales interne 32 et externe 34 à une rondelle 36 annulaire coiffant la face frontale 24 antérieure de l'aimant 22. La virole 34 externe est connectée au plot 28 central par une bague 38 conductrice s'étendant parallèlement à la face frontale 40 postérieure de l'aimant 22 avec interposition d'une plaquette 42 ferromagnétique, par exemple en acier. A l'opposé de la rondelle 36, la virole 32 interne, isolée de la bague 38 et du plot 28, est solidarisée à un tube 44 support du contact fixe 18 de manière à former un rebord 45 annulaire à section en épingle à U renversé, ledit rebord 45 étant logé dans l'espace interne cylindrique de l'aimant permanent 22. La virole 32 interne se trouve intercalée coaxialement entre la face latérale cylindrique 46 interne de l'aimant 22 et le tube 44 en matériau métallique, notamment en cuivre ou en acier.
  • Un manchon (non représenté) mince en matériau isolant peut être inséré axialement dans l'intervalle radial 48 du rebord 45 renversé: Le circuit 26 d'amenée de courant au contact fixe 18 forme avec l'aimant permanent 22 et le plot 28 un ensemble monobloc porté par le fond 14. L'aimant permanent 22 est constitué par un aimant en ferrite ou un aimant métallique, et une couche isolante (non représentée) peut être intercalée entre l'aimant 22 et la carcasse conductrice annulaire du circuit 26.
  • On remarque que le circuit 26 d'amenée de courant au contact fixe 18 comporte un premier trajet à l'extérieur de l'aimant, connecté en série avec un deuxième trajet à l'intérieur de l'aimant 22 annulaire. Le premier trajet comprend la bague 38, la virole externe 34 et la rondelle 36 qui recouvrent respectivement la plaquette 42 de la face frontale 40 postérieure, la face latérale cylindrique externe 50, et la face frontale 24 antérieure de l'aimant permanent 22. Le deuxième trajet comporte le rebord 45 renversé formé par la virole interne 32 associée au tube 44 support du contact fixe 18.
  • L'interrupteur selon la figure 1 fonctionne de la manière suivante :
    • En position de fermeture de l'interrupteur, représentée sur la demi-coupe droite de la fig. 1, le courant rentre par la plage 16 associée au fond 14 et circule dans le plot 28 et le circuit d'amenée 26 au contact fixe 18 selon le sens indiqué par les flèches. Le trajet à partir du plot 28 central est le suivant : bague 38, virole externe 34, rondelle 36, virole interne 32, tube 44, contact fixe 18 et contact mobile 20 en aboutement.
  • Le courant parcourant la bague 38, la virole 34 et la rondelle 36 du premier trajet externe ne traverse pas l'aimant permanent 22 annulaire et n'engendre aucun champ magnétique susceptible de démagnétiser l'aimant 22. La virole 32 et le tube 44 du deuxième trajet interne sont séparés par le faible intervalle 48 radial et sont parcourus en sens axial contraire par le courant. Il en résulte une compensation des champs magnétiques engendrés dans l'espace cylindrique interne de l'aimant 22 par le passage du courant dans la virole 32 et le tube 44. L'aimant permanent se trouve ainsi à l'abri de tout champ de démagnétisation, même en présence de courants de court- circuit de fortes intensités, par exemple supérieures à 20 kA.
  • L'aimant permanent 22 engendre un champ magnétique présent en permanence dans la zone de coupure dès la séparation des contacts 18, 20. L'ouverture de l'interrupteur s'opère par coulissement vers le bas du contact mobile 20 (voir demi-coupe gauche de la fig. 1), et l'arc tiré entre les contacts 18, 20 s'étend sensiblement dans la direction axiale. Le champ magnétique de l'aimant permanent 22 provoque d'une manière bien connue la rotation de l'arc sur les pistes annulaires des contacts 18, 20 creux. Il est à noter que le dépassement axial du contact fixe 18 par rapport à la rondelle 36 de la carcasse conductrice assure le maintien des racines d'arc sur les pistes annulaires des contacts 18, 20.
  • La figure 2 représente une variante de réalisation, dans laquelle la longueur axiale du tube 44 support du contact fixe 18 est raccourcie de manière à positionner le contact fixe 18 en retrait ou au voisinage de la rondelle 36. En position de fermeture, le passage du courant dans le circuit 26 d'amenée est identique à celui du dispositif de la fig. 1, et aucun champ de démagnétisation n'affecte l'aimantation de l'aimant permanent 22 grâce au trajet axial aller et retour du courant dans la virole 32 et le tube 44. Au début de la course d'ouverture des contacts 18, 20 s'opère la commutation de l'arc du contact fixe 18 vers la rondelle 36, laquelle joue alors le rôle de piste annulaire de migration de l'arc tournant. Après la commutation, le courant circule uniquement dans le premier trajet du circuit 26. L'arc tourne dans le gaz SF6 sous l'action du champ de l'aimant autour de la rondelle 36 et de l'extrémité annulaire du contact mobile 20, la virole interne 32 et le tube 44 n'étant parcourus par aucun courant.
  • La figure 3 illustre une autre variante de réalisation dans laquelle les mêmes numéros de repère sont utilisés pour désigner des pièces identiques ou similaires à celles des figures 1 et 2. Le soufflage magnétique par rotation de l'arc est accompagné d'un double soufflage pneumatique dû à l'expansion thermique du gaz engendrant un écoulement gazeux s'échappant par les contacts tubulaires fixe 18 et mobile 20. La chambre de coupure 54 de l'interrupteur 10 est séparée de l'enveloppe 12 par un carter 56 intermédiaire constitué par une paroi cylindrique coaxiale à l'enveloppe 12, et des cloisons 58, 60 transversales d'obturation. La cloison 58 supérieure isolante est traversée axialement par le plot 28 fixe de forme tubulaire et à ouverture 62 radiale ménagée entre le fond 14 et la cloison 58. Le contact mobile 20 est solidaire d'un manchon 63 conducteur monté à coulissement axial à travers un orifice de la cloison 60 inférieure, ledit manchon 63 actionné par l'intermédiaire d'une tige de commande 64 traversant de manière étanche le fond 66 conducteur relié à une plage 68 de raccordement. Le manchon 63 comporte des ouvertures 70 radiales agencées entre la cloison 60 et le fond 66. Les deux plages 16, 68 de raccordement de l'interrupteur sont disposées de part et d'autre de la zone de séparation des contacts.
  • Le contact fixe 18 est entouré à l'intérieur de la chambre de coupure 54 par l'aimant permanent 22 annulaire et le circuit 26 d'amenée de courant tel que décrit en référence à la fig.1. L'arc tournant sous l'action du champ de l'aimant 22 provoque d'une manière bien connue la montée en pression du gaz à l'intérieur de la chambre de coupure 54. Il en résulte un écoulement gazeux qui favorise l'extinction de l'arc, l'échappement du gaz s'effectuant vers l'enveloppe 12 selon des sens inverses respectivement à travers le contact tubulaire fixe 18 et l'ouverture 62 du plot 28, et à travers le contact mobile 20 et les ouvertures 70 du manchon 63.
  • Le soufflage magnétique de l'arc peut être renforcé en utilisant dans le dispositif de la fig. 3 un deuxième aimant permanent 72 entourant coaxialement le contact mobile 20 à l'intérieur de la chambre de coupure 54, et disposé en regard du premier aimant permanent 22 associé au contact fixe 18. Le deuxième aimant 72 est fixe et séparé axialement du premier aimant 22 par un intervalle prédéterminé correspondant sensiblement à la longueur axiale de la zone de coupure. Le contact mobile 20 traverse le deuxième aimant permanent 72 annulaire, et est relié électriquement au fond 66 de la plage 68 de raccordement par l'intermédiaire d'un circuit de liaison 74 agencé pour éviter la démagnétisation de l'aimant 72. Le circuit de liaison 74 est similaire au circuit 26 d'amenée de courant au contact fixe 18, et comporte un contact glissant 76 ménagé au niveau de la cloison 60 entre le manchon 63 coulissant et une douille 78 conductrice coaxiale. Le diamètre intérieur de la douille 78 correspond sensiblement au diamètre extérieur du manchon 63 avec interposition d'un jeu radial autorisant le coulissement axial bidirectionnel du manchon 63. A l'opposé du contact glissant 76, la douille 78 s'étend le long de la face latérale interne de l'aimant 72 et est raccordé électriquement à une boucle entourant l'aimant 72. La boucle est formée par une carcasse conductrice annulaire, de structure identique à celle associée à l'aimant 22 de la fig. 1, et comprenant une rondelle 36a, une virole externe 34a, une bague 38a. Cette dernière est connectée à un tube conducteur 80 fixe en liaison électrique avec le fond 66, et traversant la cloison 60 inférieure selon une direction axiale de manière à entourer coaxialement la douille 78 et le manchon 63.
  • Le fonctionnement de l'interrupteur 10 selon la fig. 3 est le suivant :
    • En position de fermeture représentée sur la demi-vue gauche, le parcours du courant dans le circuit d'amenée 26 au contact fixe 18 correspond à celui de l'interrupteur de la fig.1. Le courant passe du contact fixe 18 vers le contact mobile 20 et le manchon 63, puis son sens s'inverse dans la douille 78 après passage dans le contact glissant 76. Le courant circule ensuite dans la rondelle 36a, la virole externe 34a, la bague 38a, le tube 80, le fond 66 et arrive à la plage de raccordement 68. On remarque que la circulation inverse du courant dans le contact mobile 20 et la douille 78 à l'intérieur de l'aimant 72 annulaire n'engendre aucun champ de démagnétisation susceptible d'affecter l'aimantation du deuxième aimant 72.
  • Lors de la séparation des contacts 18, 20, l'extinction de l'arc est facilitée grâce au renforcement du champ magnétique dans la zone de coupure, résultant de la somme des champs radiaux élémentaires des deux aimants 22, 72. Le soufflage magnétique est combiné à un soufflage pneumatique par expansion du gaz SF6 à travers les contacts tubulaires 18, 20 en direction de l'enveloppe 12.
  • Selon une variante (non représentée), le contact 18 au lieu d'être fixe pourrait être agencé de manière semi-fixe grâce à l'adjonction d'un moyen élastique et d'une pince ou d'un contact glissant entre la virole interne 32 et le contact 18. Dans les dispositifs des fig. 1 à 3, l'aimantation du/des aimants 22, 72 permanents annulaires est axiale, mais il est clair que la structure et l'aimantation de l'aimant peut être quelconque, notamment une aimantation hétéropolaire ou radiale.

Claims (10)

1. Interrupteur (10) ou disjoncteur à arc tournant comprenant :
- une enveloppe (12) étanche remplie de gaz isolant à rigidité diélectrique élevée,
- une paire de contacts (18, 20) séparables et alignés selon la direction axiale de l'enveloppe,
- un aimant permanent (22, 27) engendrant un champ magnétique dans la zone de séparation des contacts pour imposer une rotation de l'arc,
- une paire de plages (16, 68) de raccordement de liaison électrique avec les contacts (18, 20), lesdites plages étant disposées de part et d'autre de la zone de séparation des contacts,
- et un circuit (26, 74) d'amenée de courant agencé entre la plage (16, 68) et le contact (18, 20) correspondant, et comprenant un premier trajet du courant à l'extérieur de l'aimant,
caractérisé en ce que l'aimant permanent (22, 72) est creux en étant traversé par l'un des contacts, et en ce que le contact concerné est raccordé électriquement audit premier trajet du circuit d'amenée de courant (26, 74) disposé à l'extérieur dudit aimant permanent (22, 72) par un deuxième trajet (32, 44, 45) du circuit d'amenée du courant, ledit deuxième trajet étant disposé à l'intérieur de l'espace creux dudit aimant (22, 72), de façon à éviter tout champ de démagnétisation à l'intérieur dudit espace creux dudit aimant permanent (22, 72).
2. Interrupteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le deuxième trajet du circuit (26, 74) d'amenée de courant comporte un rebord en U à section axiale en épingle à cheveux s'étendant le long de la face interne de l'aimant permanent (22, 72), le courant circulant dans des directions opposées dans les branches sensiblement parallèles dudit rebord en U.
3. Interrupteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'aimant permanent (22, 72) présente une forme annulaire et que le deuxième trajet du courant est formé par une virole (32, 78) interne dont l'une des extrémités est raccordée au premier trajet externe et dont l'extrémité opposée est reliée à un tube (44) ou manchon (63) de support du contact (18, 20), la virole interne (32, 78) étant agencée coaxialement entre l'aimant (22, 72) et le tube (44) ou manchon (63).
4. Interrupteur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que l'ouverture du U de l'épingle à cheveux du deuxième trajet du courant est dirigée vers la zone de séparation des contacts, et que le diamètre des contacts (18, 20) est inférieur à celui de la virole interne (32,·78) correspondante.
5. Interrupteur selon la revendication 2, 3 ou 4, caractérisé par le fait que l'un (18) des contacts entouré coaxialement par un premier aimant permanent (22) creux est fixe, et présente une extrémité annulaire de contact disposée au voisinage de la face frontale (24) antérieure de l'aimant (22).
6. Interrupteur selon la revendication 3 ou 4, caractérisé par le fait que l'un (18) des contacts entouré coaxialement par un premier aimant permanent (22) creux est semi-fixe par déplacement limité en translation axiale, et que le tube support (44) associé audit contact (18) est relié à la virole interne (32) par l'intermédiaire d'un contact glissant ou d'une pince de contact.
7. Interrupteur selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé par le fait que l'autre contact (20) mobile en translation traverse axialement un deuxième aimant permanent (72) fixe et est connecté électriquement à la virole interne (78) correspondante du circuit (74) par un contact glissant (76), le deuxième aimant (72) étant disposé en regard du premier aimant (22) et séparé de ce dernier par un intervalle axial prédéterminé.
8. Interrupteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que les premier et deuxième trajets du courant dans les circuits (26, 74) sont connectés en série pour former une carcasse conductrice fendue de révolution autour de l'axe longitudinal de l'enveloppe (12), ladite carcasse étant dotée d'un évidement annulaire de logement de l'aimant permanent (22, 72) correspondant.
9. Interrupteur à auto-expansion selon l'une quelconque des revendications précédentes, l'enveloppe (12) étant subdivisée en une chambre de coupure et une chambre d'expansion, caractérisé par le fait que l'un ou les deux contacts (18, 20) sont creux pour autoriser l'échappement du gaz vers la chambre d'expansion par l'action de l'arc tournant dans la chambre de coupure.
10. Interrupteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'aimant permanent (22, 72) associé au contact correspondant (18, 20) possède une aimantation homopolaire radiale ou axiale, ou une aimantation hétéropolaire.
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