EP2827352A1 - Circuit breaker and method of manufacturing a mobile contact of such a switch - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a circuit breaker and a method of manufacturing a movable contact included in such a circuit breaker.
- Such a circuit breaker comprises a fixed electrical contact and a movable electrical contact having two stable positions: a closed position, where it is electrically connected to the fixed contact and an open position, where it is electrically isolated from the fixed contact.
- the fixed contact is connected to a first connection terminal and the mobile contact is connected to a second connection terminal, the circuit breaker being able to open the electrical connection between the two connection terminals, for example in case of detection of a defect .
- a persistent challenge is to increase the longevity of the electrical contacts used in a circuit breaker.
- the circuit breaker is designed to interrupt, in the event of an electrical fault, a current of the order of several kilo-amperes (kA), while during electrical endurance operation.
- the circuit breaker is intended to interrupt currents of less than 1 kA, more precisely of the order of 0 to 100 amperes (A).
- a movable electrical contact of a circuit breaker which comprises a central body made of a first material and having a contact pad of composite material, on a lateral face generally perpendicular to a bearing plane with a fixed contact.
- the arrangement of the contact pad as described in this patent does not simultaneously promote excellent performance cut, by switching an electric arc formed between the fixed and movable contacts, and electrical endurance.
- the choice of a refractory material for the composite pellet allows a good erosion performance of the moving contact, during operation in electrical endurance, but does not promote the generation of metal vapors necessary for a good switching of the bow electrical, during a cut-off operation, while the choice of a low-refractory material promotes switching arc cutoff but does not allow minimal erosion in electrical endurance.
- the document FR-A-2,890,487 does not allow the realization of a solution for optimal operation of the circuit breaker and contacts both in electrical endurance and cut-off.
- the object of the present invention is therefore to provide a circuit breaker for optimal operation in cutoff, while having a longer operating life in electrical endurance.
- the invention relates to a circuit breaker comprising a fixed contact, and a movable contact having two stable positions: a closed position, where it is electrically connected to the fixed contact and an open position, where it is electrically isolated from the contact fixed; the movable contact comprising a first part made of a first conductive material and a second part made of a second conductive material distinct from the first material.
- the second part is arranged in an orifice arranged in the first part and comprises a free end projecting from the first part, said free end being intended to bear against the fixed contact in the closed position of the movable contact.
- the second part being, in a plane parallel to a support plane of the fixed and movable contacts, surrounded on its entire periphery by the first part.
- the ability to cut a high value short-circuit current is increased simultaneously with the number of open / close cycles at rated current, during which the circuit breaker and the contacts function stably, and this without significant increase in contact resistance.
- the positioning of the second part relative to the first part allows a rapid switching of an electric arc, generated at the opening of the movable contact, to the interrupting chamber. This leads to an increase in the longevity of the moving contact, in cut-off operation.
- the second part which is intended to be in abutment against the fixed contact when the movable contact is in the closed position, is in a second material, distinct from the first material of the first part, forming the body of the moving contact, and allows to increase the resistance to erosion of the moving contact in electrical endurance.
- a circuit breaker 10 comprises an electrical contact 12 movable relative to a fixed electrical contact 14, and a trigger device 16 to which the movable contact 12 is connected.
- the circuit breaker 10 also comprises a rod 18 around which a coil is wound 20 electrically connected to an arc horn 22, on which is positioned the fixed contact 14.
- the circuit breaker 10 comprises a breaking chamber 24, a switching horn 26 and a magnetic casing 28 positioned near the coil 20, the breaking chamber 24 being disposed between the switching horn 26 and the magnetic casing 28.
- the movable contact 12 is in the closed position and is then electrically connected to the fixed contact 14.
- the circuit breaker 10 comprises a first terminal E and a second connection terminal S of an electric circuit, not shown, intended to be connected by the circuit breaker 10.
- a current I flows between the two terminals E and S via the fixed and mobile contacts 12 and the coil 20.
- the electrical connection between the connection terminals E, S is closed, in the closed position of the contact mobile 12.
- the figure 2 presents the circuit breaker 10 when a fault current appears, involving the opening of the movable contact 12 relative to the fixed contact 14 and the appearance of an electric arc A between the movable contact 12 and the fixed contact 14
- the terminals E and S are, in this configuration, connected only by the electric arc A. This situation is transient, the breaking chamber 24 being able to eliminate the electric arc A.
- the circuit breaker 10 is able to operate under two modes, respectively called cut-off operation and operation in electrical endurance.
- the fault current that must be interrupted is of the order of several kiloamperes, while during endurance operation.
- electrical current, the current to be interrupted is less than 1 kA, for example of the order of 0 to 100 A.
- the rod 18 collides with the triggering device 16, which is connected to a movable contact carrier, not shown, and causes the contact carrier to move. mobile which leads to the opening of the movable contact 12 relative to the fixed contact 14.
- the figure 2 corresponds both to an electrical endurance operation and to a cut-off operation.
- the Figures 3 and 4 present the evolution of the displacement of the arc A in the case of a cut-off operation.
- the electric arc moves following the opening of the movable contact 12 in the direction of the switching horn 26 and along the arc horn 22, as shown in FIG. figure 3 . More specifically, the arc is between the movable contact 12 and the arc horn 22 and moves, until the switching of the electric arc A of the movable contact 12 to the switching horn 26. Following this switching , the electric arc A is present between the arc horn 22 and the switching horn 26, then is housed in the breaking chamber 24, adapted to attenuate it, as visible in FIG. figure 4 .
- the movable contact 12 is in the closed position and bears against the fixed contact 14.
- the movable contact 12 comprises a first portion 33 and a second portion 34, the second portion 34 being disposed in an orifice 35 arranged in the first portion 33.
- the orifice 35 is non-opening and formed in the first portion 33 at a zone intended to be in contact with the fixed contact 14, when the movable contact is in the closed position.
- the first part 33 is made of a first conductive material, the first material comprising for example copper or any other electrically conductive material.
- the first portion 33 surrounds the entire periphery of the second portion 34, in a plane P parallel to a plane X'Y 'of support of the fixed contacts 14 and movable 12.
- X is a longitudinal axis of the movable contact 12 and Z an axis perpendicular to the bearing plane X'Y '.
- the bearing plane X'Y ' is for example substantially longitudinal and the Z axis is then a vertical axis.
- the first material is clean, for fault currents greater than 1 kA, to undergo vaporization to allow, as presented above, the switching of the electric arc A of the movable contact 12, to the interrupting chamber 24, when operation in a short-circuit break.
- the first portion 33 is covered with a silver coating 37 on its outer periphery, the thickness measured along the Z axis, is between 2 and 40 microns.
- the second portion 34 is a second conductive material distinct from the first material. It comprises a free end 38 projecting from the first portion 33 along the Z axis and an inner end 39 located opposite the free end 38 in the direction of the Z axis.
- the second portion 34 comprises a body central 40 extending, along the Z axis, between the inner end 39 and the free end 38.
- the second portion 34 is generally perpendicular to the bearing plane X'Y 'of the fixed and movable contacts 14 and 14.
- second part 34 is for example in the form of a cylinder, or in other words in the form of a wire.
- the orifice 35 opens, towards the outside of the movable contact 12, at a bearing surface 41 of the movable contact 12 against the fixed contact 14 in the closed position of the movable contact.
- the second part 34 is surrounded over its entire periphery of the first material constituting the first part 33 along the plane P parallel to the bearing plane X'Y '.
- the second material constituting the second part 34 is a composite comprising a refractory element, preferably a metal oxide, for example a silver-based pseudo alloy capable of being wired and preferably an alloy of zinc and aluminum.
- a refractory element preferably a metal oxide, for example a silver-based pseudo alloy capable of being wired and preferably an alloy of zinc and aluminum.
- silver such as an alloy of silver and zinc oxide, denoted Ag-ZnO, or more preferably an alloy of silver and zinc oxide comprising 8% of zinc oxide and 92% of silver, noted Ag-ZnO / 92-8.
- This second material is resistant to erosion vis-Ã -vis the electric arc A, particularly in the case of operation in electrical endurance.
- the second material is more resistant to erosion than the first material.
- the height H 34 of the second portion 34 is between 1 mm and 5 mm, preferably between 1 mm and 3 mm.
- the diameter D 40 of the central body 40 measured parallel to the bearing plane X'Y ' is between 0.8 mm and 1.4 mm, preferably between 1 mm and 1.2 mm.
- the free end 38 protrudes with respect to the first portion 33 by a height H 38 , measured along the Z axis, and having a value of between 0.05 mm and 0.3 mm.
- the free end 38 is generally in the form of a spherical or cylindrical cap, as visible in FIG. figure 7 , with a diameter D 38 of between 0.8 mm and 1.4 mm parallel to the bearing plane X'Y '.
- the second part 34 is slightly flared on its height.
- the second portion 34 comprises a first portion H 341 , its height H 34 , a decreasing diameter and a second portion H 342 , its height H 34 , an increasing diameter.
- the second portion H 342 is further away from the bearing surface 41 than the first portion H 341 .
- the second portion 34 has, parallel to the bearing plane X'Y 'a minimum diameter for a plane P "passing through an intermediate point 42 strictly between the free ends 38 and 39 inside.
- W33 width of the first portion 33 measured perpendicularly to the longitudinal axis X and parallel to the bearing plane X'Y ', is between 1.6 mm and 3 mm.
- the second portion 34 is resistant to the electric arc during operation in electrical endurance and erodes moderately, but sufficient, so that the first portion 33 composed of the first material remains flush with the second portion 34, during opening / closing cycles of the movable contact 12.
- the second material avoids during the opening / closing cycles at the support surface 41 the formation of oxide, without promoting a weld of the movable contact 12 with the fixed contact 14.
- the height H 34 of the second portion 34 is between 1mm and 5mm allows good securing of the second portion 34 with the first portion 33.
- the mixed composition of the movable contact 12, at the level of the bearing plane X'Y ' makes it possible, on the one hand, to have a bearing surface 41 resistant to erosion because of the presence of the second material, and on the other hand, a good switching of the electric arc A, in cut-off operation, thanks to the presence of the first material constituting the first part 33.
- the second metal oxide material makes it possible to ensure a high erosion resistance during operation. an operation in electrical endurance, while ensuring a good stability of the contact resistance between the movable contact 12 and the fixed contact 14.
- the first material comprising for example copper, makes it possible to switch the electric arc in the interrupting chamber as explained above, and this despite the presence of the second part 34.
- the speed of the switching of the electric arc A is related to the ionization of the medium at the level of the bearing surface 41, during the appearance of the arc A, knowing that this ionization is obtained by vaporization of the first part 33.
- This rapid switching is important for two reasons: one is to limit the erosion of the movable contact 12 and the second part 34, and the other is to limit the electrical energy in the chamber cutoff 24.
- the manufacturing method of the circuit breaker 10 and more particularly of the movable contact 12 comprises various steps.
- the first step 120 consists in piercing the orifice 35 in the first part 33, in a direction substantially perpendicular to the bearing plane X'Y 'of the fixed and movable contacts 14 and 14.
- the orifice 35 pierced is non-opening and formed in the first portion 33 at a zone intended to be in contact with the fixed contact 14, when the movable contact 12 is in the closed position.
- the orifice 35 is, for example, pierced so that no tear appears on the edges of the orifice 35.
- a second step 130 consists in preparing the second portion 34 composed of the second material. Indeed, since the orifice 35, pierced during step 120, has a diameter of between 0.8 mm and 1.4 mm, preferably between 1 mm and 1.2 mm, the dimensions of the orifice 35 do not allow to sinter the second portion 34 directly into the orifice 35.
- the second portion 34 must be prepared, that is to say sintered, spun, or extruded before insertion.
- the second portion 34 is cut to the desired length before being inserted into the orifice 35 and its height, measured perpendicularly to its circular section, is, at this moment, preferably between 1 mm and 5 mm, more preferably between 1 mm and 4 mm, preferably equal to 2 mm.
- the height of the second portion 34, measured perpendicularly to the bearing plane X'Y 'when the second portion 34 is positioned in the first portion 33, is chosen to be greater than the height of the orifice 35, measured perpendicularly to the plane of X'Y 'support, less than 0.6 mm, so that the free end 38 protrudes from the first part 33 at the end of the manufacture of the movable contact 12.
- the diameter of the second portion 34 is smaller than the diameter of the orifice 35 so that the second portion 34 is inserted into the orifice 35.
- the second portion 34 is in the form of a cylinder with a circular base, with a height ratio of the second part 34, on the diameter, measured parallel to its circular section, of the second part 34, greater than 1, preferably greater than 2.
- the second portion 34 is positioned in the orifice 35, and protrudes in height, along the Z axis, from the orifice 35.
- a fourth step 150 following step 140, the second portion 34 is assembled to the first portion 33, and a shaped electrode, fixed on a welding machine type, comes to insert the second portion 34 at the bottom of the orifice 35. More precisely, the fourth step 150 consists of forming in an undercurrent welder, with application of a pressure of 20 to 80 kg / mm 2 by means of the shape electrode, of the second part 34 with the first portion 33. This electrode shapes the second portion 34 so that it comprises the first portion H 341 and the second portion H 342 , that is to say so that it has a flared shape.
- the electrode is positioned opposite and in contact with the second portion 34, to form the free end 38 in the form of a spherical or cylindrical cap, insert the second portion 34 at the bottom of the orifice 35 and inflate the second portion 34 at the inner end 29 to have a flare of the second portion 34 in the orifice 35.
- the temperature rise is less than 200 ° C, in order to do not change the mechanical properties of the materials.
- the maximum temperature reached by the first portion 33 is less than 200 ° C.
- a duration of the passage of the current through the second material 34 is preferably between 0.1 s and 0.5 s.
- the rise in temperature to less than 200 ° C and the mastery of the duration of current flow allow the swelling of the inner end 39, which ensures a good adhesion between the first portion 33 and the second portion 34, without significant change in the metallurgical properties of the first portion 33, including the hardness of Vickers of the first material of the first part 33.
- the temperature is maintained below 200 ° C through the mastery of the cooling of the movable contact 12 and the current flowing therethrough.
- the free end 38 is formed so as to protrude from the first part by a height of between 0.05 mm and 0.3 mm, and to be in the form of spherical or cylindrical cap.
- the movable contact 12, after step 150, comprises a second portion 34 and a first portion 33 whose dimensions are similar to those presented above with respect to Figures 5 to 7 .
- the movable contact 12 thus manufactured comprises the second part 34 which is strongly attached to the first part 33 and surrounded by the first part 33, so that the movable contact 12 has an optimal behavior when the circuit breaker works as well in electrical endurance, that 'in break.
- the life of the circuit breaker 10 comprising the movable contact 12 is increased compared to existing circuit breakers.
- the first portion 33 is, prior to the piercing step 120, covered with a layer of silver Ag on a thickness of 2 to 40 micrometers.
- the second portion 34 is not positioned perpendicularly to the bearing plane X'Y ', and during the drilling step 120 the orifice is drilled in a direction that is not perpendicular to the bearing plane X'Y .
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Abstract
Ce disjoncteur comprend un contact fixe, un contact (12) mobile ayant deux positions stables : une position fermée, où il est relié électriquement au contact fixe et une position ouverte, où il est isolé électriquement du contact fixe. Le contact mobile (12) inclut une première partie (33) réalisée en un premier matériau conducteur et une deuxième partie (34) réalisée en un deuxième matériau conducteur distinct du premier matériau. La deuxième partie (34) est disposée dans un orifice agencé dans la première partie et comprend une extrémité libre (38) en saillie de la première partie (33). L'extrémité libre (38) est destinée à être en appui contre le contact fixe en position fermée du contact mobile (12) et la deuxième partie (34) est, suivant un plan parallèle à un plan d'appui des contacts fixe et mobile (12), entourée sur toute sa périphérie par la première partie (33).This circuit breaker comprises a fixed contact, a movable contact (12) having two stable positions: a closed position, where it is electrically connected to the fixed contact and an open position, where it is electrically isolated from the fixed contact. The movable contact (12) includes a first portion (33) made of a first conductive material and a second portion (34) made of a second conductive material distinct from the first material. The second portion (34) is disposed in an orifice disposed in the first portion and includes a free end (38) projecting from the first portion (33). The free end (38) is intended to bear against the fixed contact in the closed position of the movable contact (12) and the second part (34) is, in a plane parallel to a support plane of the fixed and movable contacts. (12), surrounded on its entire periphery by the first part (33).
Description
La présente invention concerne un disjoncteur et un procédé de fabrication d'un contact mobile compris dans un tel disjoncteur.The present invention relates to a circuit breaker and a method of manufacturing a movable contact included in such a circuit breaker.
Un tel disjoncteur comprend un contact électrique fixe et un contact électrique mobile ayant deux positions stables : une position fermée, où il est relié électriquement au contact fixe et une position ouverte, où il est isolé électriquement du contact fixe. Le contact fixe est relié à une première borne de connexion et le contact mobile est relié à une deuxième borne de connexion, le disjoncteur étant propre à ouvrir la liaison électrique entre les deux bornes de connexion, par exemple en cas de détection d'un défaut.Such a circuit breaker comprises a fixed electrical contact and a movable electrical contact having two stable positions: a closed position, where it is electrically connected to the fixed contact and an open position, where it is electrically isolated from the fixed contact. The fixed contact is connected to a first connection terminal and the mobile contact is connected to a second connection terminal, the circuit breaker being able to open the electrical connection between the two connection terminals, for example in case of detection of a defect .
Dans le domaine des disjoncteurs, il est connu que la présence d'un défaut électrique au niveau du disjoncteur provoque une brusque ouverture de ses contacts électriques. Cette ouverture rapide est généralement accompagnée de la naissance d'un arc électrique susceptible d'endommager les contacts du disjoncteur, et plus particulièrement les surfaces ou zones d'appui de ces contacts.In the field of circuit breakers, it is known that the presence of an electrical fault at the circuit breaker causes a sudden opening of its electrical contacts. This rapid opening is usually accompanied by the birth of an electric arc may damage the contacts of the circuit breaker, and more particularly the surfaces or bearing areas of these contacts.
Un enjeu persistant est donc d'augmenter la longévité des contacts électriques utilisés dans un disjoncteur. Pour cela, il est connu de modifier la structure de la surface ou zone d'appui des contacts électriques du disjoncteur, sachant que les disjoncteurs considérés fonctionnent suivant deux régimes appelés respectivement fonctionnement en coupure et fonctionnement en endurance électrique. Lors d'un fonctionnement en coupure le disjoncteur est destiné à interrompre, en cas d'apparition d'un défaut électrique, un courant de l'ordre de plusieurs kilo-ampères (kA), tandis que lors d'un fonctionnement en endurance électrique le disjoncteur est destiné à interrompre des courants inférieurs à 1 kA, plus précisément de l'ordre de 0 à 100 ampères (A).A persistent challenge is to increase the longevity of the electrical contacts used in a circuit breaker. For this, it is known to modify the structure of the surface or area of support of the electrical contacts of the circuit breaker, knowing that the circuit breakers considered operate in two regimes respectively called cut-off operation and operation in electrical endurance. During a cut-off operation, the circuit breaker is designed to interrupt, in the event of an electrical fault, a current of the order of several kilo-amperes (kA), while during electrical endurance operation. the circuit breaker is intended to interrupt currents of less than 1 kA, more precisely of the order of 0 to 100 amperes (A).
On connait du document
Le but de la présente invention est donc de proposer un disjoncteur permettant un fonctionnement optimal en coupure, tout en ayant une longévité de fonctionnement accrue en endurance électrique.The object of the present invention is therefore to provide a circuit breaker for optimal operation in cutoff, while having a longer operating life in electrical endurance.
A cet effet, l'invention a pour objet un disjoncteur comprenant un contact fixe, et un contact mobile ayant deux positions stables : une position fermée, où il est relié électriquement au contact fixe et une position ouverte, où il est isolé électriquement du contact fixe ; le contact mobile comprenant une première partie réalisée en un premier matériau conducteur et une deuxième partie réalisée en un deuxième matériau conducteur distinct du premier matériau. Conformément à l'invention, la deuxième partie est disposée dans un orifice agencé dans la première partie et comprend une extrémité libre en saillie de la première partie, ladite extrémité libre étant destinée à être en appui contre le contact fixe en position fermée du contact mobile, la deuxième partie étant, suivant un plan parallèle à un plan d'appui des contacts fixe et mobile, entourée sur toute sa périphérie par la première partie.For this purpose, the invention relates to a circuit breaker comprising a fixed contact, and a movable contact having two stable positions: a closed position, where it is electrically connected to the fixed contact and an open position, where it is electrically isolated from the contact fixed; the movable contact comprising a first part made of a first conductive material and a second part made of a second conductive material distinct from the first material. According to the invention, the second part is arranged in an orifice arranged in the first part and comprises a free end projecting from the first part, said free end being intended to bear against the fixed contact in the closed position of the movable contact. , the second part being, in a plane parallel to a support plane of the fixed and movable contacts, surrounded on its entire periphery by the first part.
Selon des aspects avantageux de l'invention, le disjoncteur comprend en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement admissibles :
- l'extrémité libre de la deuxième partie dépasse par rapport à la première partie d'une hauteur comprise entre 0,05 et 0,3 mm perpendiculairement au plan d'appui ;
- l'extrémité libre de la deuxième partie présente, suivant un plan parallèle au plan d'appui, un diamètre compris entre 0,8 et 1,4mm, l'extrémité libre étant de préférence en forme d'une calotte sphérique ou cylindrique ;
- le disjoncteur comprend une chambre de coupure propre à atténuer un arc électrique généré lors de l'ouverture du contact mobile, alors que le premier matériau est propre à subir une vaporisation afin de permettre la commutation de l'arc électrique du contact mobile vers la chambre de coupure pour des courants supérieurs à 1 kA ;
- le premier matériau de la première partie est un matériau à base de cuivre ;
- le deuxième matériau est un matériau composite à base d'argent comportant un élément réfractaire, de préférence un oxyde métallique, de préférence encore un alliage d'argent et d'oxyde de zinc (Ag-ZnO), de préférence encore un alliage d'argent et d'oxyde de zinc comprenant 8% d'oxyde de zinc et 92% d'argent (Ag-ZnO/92-8), et alors que le deuxième matériau est plus résistant à l'érosion que le premier matériau ;
- la hauteur de la deuxième partie suivant une direction perpendiculaire au plan d'appui est comprise entre 1 mm et 5 mm, de préférence entre 1 mm et 3 mm ;
- la deuxième partie présente, selon une direction perpendiculaire au plan d'appui et à l'opposé de l'extrémité libre, une extrémité intérieure, tandis que la deuxième partie présente, parallèlement au plan d'appui, un diamètre minimal pour un plan passant par un point intermédiaire strictement compris entre les extrémités libre et intérieure ;
- la deuxième partie est sensiblement perpendiculaire au plan d'appui, alors qu'elle comprend un corps central s'étendant entre les extrémités libre et intérieure et tandis que le corps central présente parallèlement au plan d'appui, un diamètre compris entre 0,8mm et 1,4mm, de préférence compris entre 1 mm et 1,2mm ;
- l'orifice est non débouchant et ménagé dans la première au niveau d'une zone destinée à être en contact avec le contact fixe, lorsque le contact mobile est en position fermée.
- the free end of the second part protrudes from the first part by a height of between 0.05 and 0.3 mm perpendicularly to the support plane;
- the free end of the second portion has, in a plane parallel to the support plane, a diameter of between 0.8 and 1.4 mm, the free end preferably being in the form of a spherical or cylindrical cap;
- the circuit breaker comprises a breaking chamber adapted to attenuate an electric arc generated during the opening of the movable contact, while the first material is adapted to undergo vaporization to allow switching of the electric arc of the movable contact to the chamber cutoff for currents greater than 1 kA;
- the first material of the first part is a copper-based material;
- the second material is a silver-based composite material comprising a refractory element, preferably a metal oxide, more preferably an alloy of silver and zinc oxide (Ag-ZnO), more preferably an alloy of silver and oxide zinc comprising 8% zinc oxide and 92% silver (Ag-ZnO / 92-8), and while the second material is more resistant to erosion than the first material;
- the height of the second portion in a direction perpendicular to the support plane is between 1 mm and 5 mm, preferably between 1 mm and 3 mm;
- the second part has, in a direction perpendicular to the support plane and opposite the free end, an inner end, while the second part has, parallel to the support plane, a minimum diameter for a passing plane; by an intermediate point strictly between the free and inner ends;
- the second part is substantially perpendicular to the support plane, while it comprises a central body extending between the free and inner ends and while the central body has parallel to the support plane, a diameter of between 0.8mm and 1.4mm, preferably between 1mm and 1.2mm;
- the orifice is non-opening and formed in the first at a zone intended to be in contact with the fixed contact, when the movable contact is in the closed position.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un contact mobile d'un disjoncteur comprenant un contact fixe, le contact mobile ayant deux positions stables : une position fermée, où il est relié électriquement au contact fixe et une position ouverte, où il est isolé électriquement du contact fixe, le contact mobile comprenant une première partie réalisée en un premier matériau conducteur et une deuxième partie réalisée en un deuxième matériau conducteur distinct du premier matériau. Conformément à l'invention, le procédé comprend les étapes suivantes,
- a) la réalisation d'un orifice dans la première partie,
- b) la préparation de la deuxième partie de forme adaptée pour être insérée dans l'orifice ;
- c) le positionnement de la deuxième partie dans l'orifice,
- d) l'assemblage de la deuxième partie avec la première partie, la deuxième partie comprenant suite à l'étape d'assemblage une extrémité libre en saillie de la première partie, ladite extrémité libre étant destinée à être en appui contre le contact fixe en position fermée du contact mobile, et la deuxième partie étant, suivant un plan parallèle à un plan d'appui des contacts fixe et mobile, entourée sur toute sa périphérie par la première partie.
- a) making an orifice in the first part,
- b) preparing the second portion of shape adapted to be inserted into the orifice;
- c) the positioning of the second part in the orifice,
- d) the assembly of the second part with the first part, the second part comprising following the assembly step a free end projecting from the first part, said free end being intended to bear against the fixed contact in closed position of the movable contact, and the second part being, in a plane parallel to a bearing plane of the fixed and movable contacts, surrounded on its entire periphery by the first part.
Selon d'autres aspects avantageux de l'invention, le procédé de fabrication comprend en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement admissibles :
- lors de l'étape de préparation, la deuxième partie est frittée, filée ou extrudée, alors que la hauteur de la deuxième partie, mesurée perpendiculairement au plan d'appui lorsque la deuxième partie est positionnée dans la première partie, est supérieure de moins de 0,6 mm par rapport à la hauteur de l'orifice, mesurée perpendiculairement au plan d'appui ;
- après l'étape de préparation, la deuxième partie est en forme de cylindre à base circulaire, avec un ratio de la hauteur, mesurée perpendiculairement à sa section circulaire, sur le diamètre, mesuré parallèlement à sa section circulaire supérieur à 1, de préférence supérieur à 2 ;
- l'étape d'assemblage est réalisé grâce à un formage dans une soudeuse sous courant, avec application d'une pression de 20 à 80 kg/ mm2 au moyen d'une électrode de forme, de la deuxième partie avec la première partie, tandis qu'au cours de l'étape d'assemblage, la température maximale atteinte par la première partie est inférieure à 200°C, et la durée du passage du courant à travers le deuxième matériau est de préférence comprise entre 0,1 s et 0,5 s.
- during the preparation step, the second part is sintered, spun or extruded, while the height of the second part, measured perpendicularly to the support plane when the second part is positioned in the first part, is less than 0.6 mm from the height of the orifice, measured perpendicular to the support plane;
- after the preparation step, the second part is in the form of a cylinder with a circular base, with a ratio of the height, measured perpendicularly to its circular section, on the diameter, measured parallel to its circular section greater than 1, preferably greater than at 2;
- the assembly step is carried out by forming in an undercurrent welder, with application of a pressure of 20 to 80 kg / mm 2 by means of a shaped electrode, of the second part with the first part, while during the assembly step, the maximum temperature reached by the first part is less than 200 ° C, and the duration of the flow of the current through the second material is preferably between 0.1 s and 0.5 s.
Grâce à l'invention, la capacité à couper un courant de court-circuit de forte valeur est augmentée simultanément avec le nombre de cycles d'ouverture/fermeture à courant nominal, pendant lesquels le disjoncteur et les contacts fonctionnent de manière stable, et ceci sans augmentation significative de la résistance de contact. En effet, dans le contact mobile, le positionnement de la deuxième partie par rapport à la première partie, permet une commutation rapide d'un arc électrique, généré à l'ouverture du contact mobile, vers la chambre de coupure. Ceci conduit à une augmentation de la longévité du contact mobile, en fonctionnement en coupure. De plus la deuxième partie, qui est destinée à être en appui contre le contact fixe lorsque le contact mobile est en position fermée, est en un deuxième matériau, distinct du premier matériau de la première partie, formant le corps du contact mobile, et permet d'augmenter la résistance à l'érosion du contact mobile en endurance électrique.Thanks to the invention, the ability to cut a high value short-circuit current is increased simultaneously with the number of open / close cycles at rated current, during which the circuit breaker and the contacts function stably, and this without significant increase in contact resistance. Indeed, in the movable contact, the positioning of the second part relative to the first part, allows a rapid switching of an electric arc, generated at the opening of the movable contact, to the interrupting chamber. This leads to an increase in the longevity of the moving contact, in cut-off operation. In addition the second part, which is intended to be in abutment against the fixed contact when the movable contact is in the closed position, is in a second material, distinct from the first material of the first part, forming the body of the moving contact, and allows to increase the resistance to erosion of the moving contact in electrical endurance.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en se référant aux dessins sur lesquels :
- la
figure 1 est une représentation schématique d'un disjoncteur dans lequel un contact mobile est en position fermée et relié électriquement à un contact fixe, - la
figure 2 est une représentation schématique du disjoncteur de lafigure 1 , le contact mobile étant en position ouverte par rapport au contact fixe, un arc électrique apparaissant entre le contact fixe et le contact mobile, - les
figures 3 et 4 montrent le déplacement de l'arc électrique de lafigure 2 suite à l'ouverture du contact mobile, - la
figure 5 est une vue schématique, de côté, du contact mobile de lafigure 1 en appui sur le contact fixe 14, - la
figure 6 est une vue de dessous du contact mobile de lafigure 1 , - la
figure 7 est une représentation à plus grande échelle de la zone VII de lafigure 5 , et - la
figure 8 est un organigramme des étapes d'un procédé de fabrication du contact mobile selon l'invention.
- the
figure 1 is a schematic representation of a circuit breaker in which a movable contact is in the closed position and electrically connected to a fixed contact, - the
figure 2 is a schematic representation of the circuit breaker of thefigure 1 the moving contact being in the open position relative to the fixed contact, an electric arc appearing between the fixed contact and the moving contact, - the
Figures 3 and 4 show the displacement of the electric arc of thefigure 2 following the opening of the mobile contact, - the
figure 5 is a schematic view, from the side, of the moving contact of thefigure 1 resting on the fixedcontact 14, - the
figure 6 is a bottom view of the moving contact of thefigure 1 , - the
figure 7 is an enlarged representation of zone VII of thefigure 5 , and - the
figure 8 is a flowchart of the steps of a method of manufacturing the movable contact according to the invention.
Sur la
Le disjoncteur 10 comprend une chambre de coupure 24, une corne de commutation 26 et une carcasse magnétique 28 positionnée à proximité de la bobine 20, la chambre de coupure 24 étant disposée entre la corne de commutation 26 et la carcasse magnétique 28.The
A la
En outre, le disjoncteur 10 comprend une première borne E et une deuxième borne S de connexion d'un circuit électrique, non représentés, destinées à être reliés par le disjoncteur 10. Ainsi, à la
La
Le disjoncteur 10 est propre à fonctionner sous deux régimes, appelés respectivement fonctionnement en coupure et fonctionnement en endurance électrique. Lors du fonctionnement en coupure le courant de défaut qui doit être interrompu est de l'ordre de plusieurs kilo-ampères, tandis que lors du fonctionnement en endurance électrique, le courant qui doit être interrompu est inférieur à 1 kA, par exemple de l'ordre de 0 à 100 A.The
Lors d'un fonctionnement en coupure et de l'apparition d'un courant de défaut, la tige 18 percute le dispositif de déclenchement 16, qui est relié à un porte-contact mobile, non représenté, et provoque le déplacement du porte-contact mobile qui conduit à l'ouverture du contact mobile 12 par rapport au contact fixe 14.During a cut-off operation and the appearance of a fault current, the
Dans le cas du fonctionnement en endurance électrique, il n'y a pas de percussion du dispositif de déclenchement 16 et du porte-contact mobile par la tige 18, lors de l'ouverture du contact mobile 12 par rapport au contact fixe 14. Cette ouverture se fait par l'intermédiaire d'un mécanisme, non représenté, actionnant le porte-contact mobile. Dans le cas du fonctionnement en endurance électrique, l'arc A est de plus petite dimension que lors d'un fonctionnement en coupure et reste plus longtemps sur les deux contacts mobile 12 et fixe 14, à l'ouverture du contact mobile 12, que lors d'un fonctionnement en coupure.In the case of operation in electrical endurance, there is no
La
Les
Sur la
Plus précisément, l'orifice 35 est non débouchant et ménagé dans la première partie 33 au niveau d'une zone destinée à être en contact avec le contact fixe 14, lorsque le contact mobile est en position fermée.More specifically, the
La première partie 33 est en un premier matériau conducteur, le premier matériau comportant par exemple du cuivre ou en tout autre matériau conducteur d'électricité. La première partie 33 entoure toute la périphérie de la deuxième partie 34, suivant un plan P parallèle à un plan X'Y' d'appui des contacts fixe 14 et mobile 12.The
On note X un axe longitudinal du contact mobile 12 et Z un axe perpendiculaire au plan d'appui X'Y'. Le plan d'appui X'Y' est par exemple sensiblement longitudinal et l'axe Z est alors un axe vertical.X is a longitudinal axis of the
Le premier matériau est propre, pour des courants de défaut supérieurs à 1 kA, à subir une vaporisation afin de permettre, comme présenté précédemment, la commutation de l'arc électrique A du contact mobile 12, vers la chambre de coupure 24, lors d'un fonctionnement en coupure de court-circuit.The first material is clean, for fault currents greater than 1 kA, to undergo vaporization to allow, as presented above, the switching of the electric arc A of the
En complément, la première partie 33 est recouverte d'un revêtement 37 en argent sur sa périphérie extérieure, dont l'épaisseur mesurée suivant l'axe Z, est comprise entre 2 et 40 micromètres.In addition, the
La deuxième partie 34 est en un deuxième matériau conducteur distinct du premier matériau. Elle comprend une extrémité libre 38 en saillie de la première partie 33 suivant l'axe Z et une extrémité intérieure 39 située à l'opposé de l'extrémité libre 38 selon la direction de l'axe Z. La deuxième partie 34 comprend un corps central 40 s'étendant, suivant l'axe Z, entre l'extrémité intérieure 39 et l'extrémité libre 38. La deuxième partie 34 est globalement perpendiculaire au plan d'appui X'Y' des contacts fixe 14 et mobile 12. La deuxième partie 34 est par exemple en forme d'un cylindre, ou autrement dit en forme de fil.The
L'orifice 35 débouche, vers l'extérieur du contact mobile 12, au niveau d'une surface d'appui 41 du contact mobile 12 contre le contact fixe 14 en position fermée du contact mobile. Ainsi, lorsque le contact mobile 12 est en position fermée, la deuxième partie 34, et plus précisément son extrémité libre 38, est en appui contre le contact fixe 14, comme présenté à la
La deuxième partie 34 est entourée sur toute sa périphérie du premier matériau constituant la première partie 33 suivant le plan P parallèle au plan d'appui X'Y'.The
Le deuxième matériau composant la deuxième partie 34 est un composite comportant un élément réfractaire, de préférence un oxyde métallique, par exemple, un pseudo alliage à base d'argent apte à être mis sous forme filaire et de préférence un alliage de zinc et d'argent, tel qu'un alliage d'argent et d'oxyde de zinc, noté Ag-ZnO, ou de préférence encore un alliage d'argent et d'oxyde de zinc comprenant 8% d'oxyde de zinc et 92% d'argent, noté Ag-ZnO/92-8. Ce deuxième matériau est résistant à l'érosion vis-à -vis de l'arc électrique A, particulièrement dans le cas d'un fonctionnement en endurance électrique. Le deuxième matériau est plus résistant à l'érosion que le premier matériau.The second material constituting the
La hauteur H34 de la deuxième partie 34, mesurée suivant l'axe Z, est comprise entre 1 mm et 5 mm, de préférence entre 1 mm et 3 mm.The height H 34 of the
De même, le diamètre D40 du corps central 40, mesuré parallèlement au plan d'appui X'Y' est compris entre 0,8 mm et 1,4 mm, de préférence entre 1 mm et 1,2 mm.Similarly, the diameter D 40 of the
L'extrémité libre 38 dépasse par rapport à la première partie 33 d'une hauteur H38, mesurée suivant l'axe Z, et de valeur comprise entre 0,05 mm et 0,3 mm. L'extrémité libre 38 est globalement en forme de calotte sphérique ou cylindrique, comme visible à la
Comme observé à la
L'évasement de la deuxième partie 34 favorise l'accroche de la deuxième partie 34 avec la première partie 33, qui l'entoure. La largeur W33 de la première partie 33, mesurée perpendiculairement à l'axe longitudinal X et parallèlement au plan d'appui X'Y', est comprise entre 1,6 mm et 3 mm.The flaring of the
La deuxième partie 34 est résistante à l'arc électrique lors d'un fonctionnement en endurance électrique et s'érode de manière modérée, mais suffisante, pour que la première partie 33 composée du premier matériau reste affleurant à la deuxième partie 34, au cours des cycles d'ouverture/fermeture du contact mobile 12. Le deuxième matériau permet d'éviter au cours des cycles d'ouverture/fermeture au niveau de la surface d'appui 41 la formation d'oxyde, sans pour autant favoriser une soudure du contact mobile 12 avec le contact fixe 14.The
Le fait que la hauteur H34 de la deuxième partie 34 soit comprise entre 1mm et 5mm permet une bonne solidarisation de la deuxième partie 34 avec la première partie 33.The fact that the height H 34 of the
La composition mixte du contact mobile 12, au niveau du plan d'appui X'Y' permet d'avoir, d'une part, une surface d'appui 41 résistante à l'érosion du fait de la présence du deuxième matériau, et d'autre part, une bonne commutation de l'arc électrique A, en fonctionnement en coupure, grâce à la présence du premier matériau composant la première partie 33. Le deuxième matériau en oxyde métallique permet d'assurer une forte tenue en érosion lors d'un fonctionnement en endurance électrique, tout en assurant une bonne stabilité de la résistance de contact entre le contact mobile 12 et le contact fixe 14. Le premier matériau, comportant par exemple du cuivre, permet d'assurer la commutation de l'arc électrique dans la chambre de coupure comme expliqué précédemment, et ceci malgré la présence de la deuxième partie 34. En effet, à cause de la présence de la deuxième partie 34, l'arc électrique A a parfois tendance à rester sur le contact fixe 14 et mobile 12, mais la vaporisation du premier matériau qui compose la première partie 33, favorise la commutation de l'arc électrique A dans la chambre de coupure 24 destinée à atténuer l'arc électrique A.The mixed composition of the
Plus spécifiquement, la rapidité de la commutation de l'arc électrique A est liée à l'ionisation du milieu au niveau de la surface d'appui 41, lors de l'apparition de l'arc A, sachant que cette ionisation est obtenue par vaporisation de la première partie 33. Cette commutation rapide est importante pour deux raisons : l'une est de limiter l'érosion du contact mobile 12 et de la deuxième partie 34, et l'autre est de limiter l'énergie électrique dans la chambre de coupure 24.More specifically, the speed of the switching of the electric arc A is related to the ionization of the medium at the level of the bearing
La combinaison de la résistance à l'érosion de la deuxième partie 34 et de la commutation rapide de l'arc électrique A de la première partie 33, lors d'un fonctionnement en coupure permet d'augmenter la durée de vie du contact mobile 12, et donc également celle du disjoncteur 10.The combination of the erosion resistance of the
Le procédé de fabrication du disjoncteur 10 et plus particulièrement du contact mobile 12 comprend différentes étapes. La première étape 120 consiste à percer l'orifice 35 dans la première partie 33, suivant une direction sensiblement perpendiculaire au plan d'appui X'Y' des contacts fixe 14 et mobile 12. Au cours de l'étape 120, l'orifice 35 percé est non débouchant et ménagé dans la première partie 33 au niveau d'une zone destinée à être en contact avec le contact fixe 14, lorsque le contact mobile 12 est en position fermée. L'orifice 35 est, par exemple, percé de manière à ce qu'aucune déchirure n'apparaisse sur des bords de l'orifice 35.The manufacturing method of the
Une deuxième étape 130 consiste à préparer la deuxième partie 34 composée du deuxième matériau. En effet, étant donné que l'orifice 35, percé lors de l'étape 120, a un diamètre compris entre 0,8 mm et 1,4 mm, de préférence compris entre 1 mm et 1,2 mm, les dimensions de l'orifice 35 ne permettent pas de fritter la deuxième partie 34 directement dans l'orifice 35. La deuxième partie 34 doit donc être préparée, c'est à dire frittée, filée, ou extrudée avant insertion. Ainsi, lors de l'étape 130, la deuxième partie 34 est coupée à la longueur désirée avant d'être insérée dans l'orifice 35 et sa hauteur, mesurée perpendiculairement à sa section circulaire, est, à cet instant, de préférence comprise entre 1 mm et 5mm, de préférence encore entre 1 mm et 4 mm, préférentiellement égale à 2 mm. La hauteur de la deuxième partie 34, mesurée perpendiculairement au plan d'appui X'Y' lorsque la deuxième partie 34 est positionnée dans la première partie 33, est choisie supérieure à la hauteur de l'orifice 35, mesurée perpendiculairement au plan d'appui X'Y', de moins de 0,6 mm, afin que l'extrémité libre 38 dépasse de la première partie 33 à l'issue de la fabrication du contact mobile 12. Le diamètre de la deuxième partie 34 est inférieur au diamètre de l'orifice 35 de manière à ce que la deuxième partie 34 soit insérée dans l'orifice 35. De plus, après la deuxième étape 130, la deuxième partie 34 est en forme de cylindre à base circulaire, avec un ratio de la hauteur de la deuxième partie 34, sur le diamètre, mesuré parallèlement à sa section circulaire, de la deuxième partie 34, supérieur à 1, de préférence supérieur à 2.A
Puis, au cours d'une troisième étape 140, la deuxième partie 34 est positionnée dans l'orifice 35, et dépasse en hauteur, suivant l'axe Z, de l'orifice 35.Then, during a
Au cours d'une quatrième étape 150, suite à l'étape 140, la deuxième partie 34 est assemblée à la première partie 33, et une électrode de forme, fixée sur une machine de type soudeuse, vient insérer la deuxième partie 34 au fond de l'orifice 35. Plus précisément, la quatrième étape 150 consiste en le formage dans une soudeuse sous courant, avec application d'une pression de 20 à 80 kg/ mm2 au moyen de l'électrode de forme, de la deuxième partie 34 avec la première partie 33. Cette électrode façonne la deuxième partie 34 de sorte qu'elle comprenne la première portion H341 et la deuxième portion H342, c'est-à -dire de sorte qu'elle ait une forme évasée. Plus particulièrement, l'électrode vient se positionner en regard et au contact de la deuxième partie 34 , afin de former l'extrémité libre 38 en forme de calotte sphérique ou cylindrique, insérer la deuxième partie 34 au fond de l'orifice 35 et gonfler la deuxième partie 34 au niveau de l'extrémité intérieure 29 afin d'avoir un évasement de la deuxième partie 34 dans l'orifice 35. Au cours de cette étape, l'élévation de la température est inférieure à 200 °C, afin de ne pas changer les propriétés mécaniques des matériaux. Ainsi, la température maximale atteinte par la première partie 33 est inférieure à 200°C. De plus, une durée du passage du courant à travers le deuxième matériau 34 est de préférence comprise entre 0,1 s et 0,5 s. L'élévation de la température à moins de 200 °C et la maitrise de la durée de passage du courant permettent le gonflement de l'extrémité intérieure 39, ce qui permet de garantir une bonne adhérence entre la première partie 33 et la deuxième partie 34, sans modification notable des propriétés métallurgiques de la première partie 33, notamment de la dureté de Vickers du premier matériau de la première partie 33. La température est maintenue inférieure à 200 °C grâce à la maitrise du refroidissement du contact mobile 12 et du courant le traversant.During a
Au cours de la quatrième étape 150 d'assemblage, l'extrémité libre 38 est formée de manière à dépasser par rapport à la première partie d'une hauteur comprise entre 0,05 mm et 0,3 mm, et à être en forme de calotte sphérique ou cylindrique.During the
Le contact mobile 12, suite à l'étape 150, comprend une deuxième partie 34 et une première partie 33 dont les dimensions sont similaires à celles présentées précédemment en regard des
Le contact mobile 12 ainsi fabriqué comprend la deuxième partie 34 qui est fortement accrochée à la première partie 33 et entourée de la première partie 33, de sorte que le contact mobile 12 a un comportement optimal lorsque le disjoncteur fonctionne aussi bien en endurance électrique, qu'en coupure. Ainsi, la longévité du disjoncteur 10 comprenant le contact mobile 12 est augmentée par rapport aux disjoncteurs existants.The
En complément, lors de la fabrication du contact mobile, la première partie 33 est, préalablement à l'étape de perçage 120, recouverte d'une couche d'argent Ag sur une épaisseur de 2 à 40 micromètres.In addition, during the manufacture of the movable contact, the
En variante, la deuxième partie 34 n'est pas positionnée perpendiculairement au plan d'appui X'Y', et lors de l'étape de perçage 120 l'orifice est percé dans une direction non perpendiculaire au plan d'appui X'Y'.In a variant, the
Claims (14)
le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
the method being characterized in that it comprises the following steps:
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---|---|---|---|
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Publications (2)
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EP2827352A1 true EP2827352A1 (en) | 2015-01-21 |
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