DISJONCTEUR MULTIPOLAIRE BASSE TENSION DE TENUE ELECTRODYNAMIQUE ELEVEE, DONT L'ARBRE DES POLES EST DISPOSE DANS LE COMPARTIMENT DE LOGEMENT DES POLES L'invention concerne un disjoncteur multipolaire basse tension à forte intensité et à haute tenue électrodynamique. Dans le passé, les disjoncteurs à forte intensité (à titre indicatif entre 630 A et 6300 A) servant d'appareils de base au niveau des arrivées et départs dans les installations importantes, étaient constitués d'éléments composites assemblés sur un châssis métallique, d'où leur appellation de disjoncteurs de puissance « ouverts ». Mais progressivement les appareils de cette gamme ont hérité d'une partie de la technologie des disjoncteurs de moindre puissance, dits à « boîtier moulé » parce que caractérisés par une enveloppe protectrice isolante, généralement moulée en polyester armé, enfermant les pôles avec leurs chambres de coupure, ainsi qu'un mécanisme de commande et des déclencheurs.

L'enveloppe protectrice, en contribuant à assurer un confinement de la coupure et une limitation de ces effets extérieurs, un cloisonnement intégral entre pôles et une meilleure isolation entre le circuit de puissance et les auxiliaires, a permis en retour de diminuer considérablement l'encombrement des appareillages.

Le document EP-A-0 322 321 décrit un disjoncteur de ce type, dont le boîtier est constitué par l'assemblage d'un boîtier intermédiaire, du couvercle constituant la face avant du disjoncteur, et d'un socle postérieur. La face antérieure du boîtier intermédiaire divise le boîtier en un compartiment antérieur délimité par cette face et par le couvercle, et un compartiment postérieur destiné au logement des pôles et isolé électriquement du compartiment antérieur. Le compartiment antérieur renferme un mécanisme de commande agissant sur un arbre transversal de commutation commun à tous les pôles, dit arbre des pôles. Cet arbre est supporté par des paliers rapportés sur la face antérieure du boîtier intermédiaire. Le compartiment postérieur est quant à lui subdivisé en compartiments élémentaires de logement des pôles, par des cloisons isolantes de séparation. La paroi antérieure du boîtier intermédiaire comporte en outre, pour chaque pôle, une lumière d'accès au compartiment élémentaire correspondant. Chaque pôle comporte une paire de contacts séparables avec un contact fixe et un contact mobile, et une chambre d'extinction d'arc. Chaque contact mobile est lié mécaniquement à l'arbre transversal par l'intermédiaire d'une bielle traversant la paroi antérieure du boîtier intermédiaire par la lumière d'accès correspondante.

Chaque bielle liant l'un des contacts mobiles à l'arbre transversal, est disposée de telle manière qu'en position fermée des contacts, et dans un plan de section droite perpendiculaire à l'axe de pivotement de l'arbre des pôles, la distance entre une droite

passant par les axes de rotation de la bielle et l'axe de pivotement de l'arbre, soit faible. En d'autres termes, le bras de levier de la résultante des efforts exercés par les contacts sur l'arbre des pôles est faible, ce qui garantit que la bielle, lorsqu'elle transmet des efforts électrodynamiques importants, n'engendre qu'un faible couple au niveau de l'arbre. A l'équilibre statique en position fermée des contacts, le mécanisme de commande exerce sur l'arbre un couple opposé aux efforts électrodynamiques transmis par les bielles. Ce couple" n'engendre que des efforts réduits au niveau du mécanisme de commande. Par ailleurs, la résultante des forces de réaction au niveau des paliers de guidage de l'arbre est importante et s'oppose aux forces transmises par la bielle et par le mécanisme de commande.

Cette architecture est caractéristique des disjoncteurs à tenue électrodynamique élevée. Par définition en effet, ces disjoncteurs doivent, pour assurer la sélectivité chronométrique dans l'installation électrique, tre aptes à supporter le passage de courants de défauts établis qui engendrent des efforts électrodynamiques importants tendant à séparer les contacts. La disposition relative de l'arbre des pôles, des bielles de liaison avec les contacts mobiles et de la biellette de liaison au mécanisme de commande doit donc tre telle que ces efforts ne donne pas lieu à une séparation des contacts ou à une ouverture du mécanisme de commande. En l'espèce, la disposition choisie permet une transmission de ces efforts au boîtier par l'intermédiaire des paliers de l'arbre, de sorte que le mécanisme de commande n'est pas soumis à des efforts ou des couples trop importants.

Toutefois, le guidage de l'arbre des pôles et la transmission des efforts au boîtier du disjoncteur ne donnent pas entièrement satisfaction. En effet, l'arbre transversal doit tre dimensionné, disposé et supporté de telle manière que sa déformation soit limitée et n'entrave pas son fonctionnement. De plus, les paliers de l'arbre des pôles nécessitent un ancrage performant dans le boîtier car les efforts importants qui leurs sont transmis ont tendance à les arracher de la face antérieure du boîtier intermédiaire à laquelle ils sont fixés.

La rigidification de l'ensemble impose l'emploi de pièces de fixation et de paliers coûteux et encombrants ainsi que des dispositions complémentaires sur le boîtier. L'assemblage du disjoncteur nécessite un grand nombre de pièces, d'où un prix de revient élevé et un montage fastidieux. Par ailleurs, cette architecture limite la miniaturisation du disjoncteur.

Par ailleurs, les nombreuses ouvertures de passage des bielles de liaison entre l'arbre des pôles et chacun des pôles, nuisent à l'étanchéité des chambres de coupure. Or l'arc électrique et les vaporisations endothermiques qu'il génère au niveau de certains éléments des cloisons des chambres de coupure, sont à l'origine d'une surpression et d'un flux gazeux qui doit tre canalisé vers des orifices d'évacuation muni de filtres adéquats. Pour ne pas entraver l'entrée de l'arc dans la chambre de coupure, il est judicieux de placer ces

orifices d'évacuation au fond des chambres de coupure. La présence des ouvertures de passage des bielles, situées juste au dessus des contacts à l'entrée des chambres, entrave donc considérablement la circulation des gaz vers les orifices d'évacuation. Elle permet un flux gazeux non contrôlé au travers du compartiment antérieur et des ouvertures de la face avant, directement vers l'extérieur, sans filtre de protection.

L'invention vise donc à remédier aux inconvénients de l'état de la technique antérieure et notamment à accroître la rigidité du mécanisme d'un disjoncteur à forte tenue électrodynamique, à faible coût.

Selon l'invention, ce problème est résolu grâce à un disjoncteur basse tension de tenue électrodynamique élevée à boîtier en matériau isolant, comportant un mécanisme de commande lié à un arbre des pôles supporté par des paliers solidaires du boîtier, une pluralité de pôles, chaque pôle comportant au moins une paire d'organes de contact séparables, un au moins des organes de contact de chaque paire, dit organe de contact mobile, étant lié mécaniquement à l'arbre des pôles, l'arbre des pôles, le mécanisme de commande et l'organe de contact mobile étant déplaçables entre une position ouverte correspondant à la séparation des organes de contact de chaque paire, et une position fermée correspondant au contact entre les organes de contact de chaque paire, le boîtier du disjoncteur comportant un compartiment antérieur de logement du mécanisme de commande et un compartiment postérieur séparé du compartiment antérieur par une paroi intermédiaire et subdivisé en compartiments élémentaires par des cloisons de séparation, chaque compartiment élémentaire logeant l'un des pôles du disjoncteur, disjoncteur dont l'axe de rotation de l'arbre des pôles est localisé dans le compartiment postérieur.

Dans les dispositifs de l'état de la technique dont l'arbre des pôles était situé dans le compartiment antérieur, il était nécessaire de prévoir une distance minimale entre l'arbre des pôles et les organes de contact mobiles en position ouverte. En effet, la liaison entre les organes de contact mobiles et l'arbre se faisait au travers de la paroi intermédiaire entre le compartiment antérieur et le compartiment postérieur. La configuration selon l'invention permet de réduire considérablement cette distance jusqu'à l'annuler, puisqu'aucun élément ne vient plus s'interposer entre l'arbre et les organes de contact. L'encombrement du dispositif peut ainsi tre diminué.

Cette disposition permet également de faire en sorte que les efforts électrodynamique s'exerçant sur les contacts soient repris par le boîtier, sans engendrer de déformations importantes des pièces intermédiaires. En effet, il devient possible de placer les paliers de support dans le compartiment postérieur. Si l'on prévoit de solidariser ces paliers au moins

partiellement à la paroi intermédiaire, il est alors aisé de faire en sorte que les organes de solidarisation, en réponse aux efforts électrodynamiques exercés sur les organes de contact mobile, travaillent en compression au lieu de travailler en arrachement.

Par ailleurs, cette disposition permet d'éliminer les orifices de passage des bielles de liaison entre l'arbre des pôles et chaque organe de contact mobile. La pollution du compartiment antérieur s'en trouve diminuée et la circulation des gaz de coupure vers les orifices d'évacuation du fond de la chambre de coupure améliorée.

Le montage est facilité du fait qu'il n'est plus nécessaire de mettre en place la liaison entre l'arbre des pôles et chaque bielle au travers d'orifices de la cloison intermédiaire.

Préférentiellement, chacune des cloisons de séparation supporte l'un desdits paliers et l'arbre des pôles traverse chaque cloison au niveau d'un desdits paliers. Cette disposition permet de multiplier et de répartir régulièrement les paliers le long de l'arbre des pôles, sans augmenter l'encombrement de l'ensemble. Alternativement, il est également possible de prévoir que les paliers soient disposés entre les cloisons de séparation des chambres, sur des supports autonomes. Avantageusement, chacune des cloisons de séparation comporte un élément de cloison moulé avec la paroi intermédiaire, dans un rebord duquel est formée un secteur hémicylindrique constituant une partie du palier correspondant. On obtient ainsi une pièce multifonctionnelle qui facilite le montage et diminue les coûts.

Avantageusement, la paroi intermédiaire comporte une fentre de passage d'un organe de liaison mécanique entre l'arbre des pôles et le mécanisme de commande.

Préférentiellement, la surface extérieure de l'arbre des pôles est en matière électriquement isolante, en particulier en plastique polyester thermodurcissable. Cette disposition permet d'obtenir à la fois l'isolation électrique entre les pôles et avec le mécanisme de commande.

Le thermodur offre l'avantage d'une bonne tenue diélectrique après coupure. En pratique, l'arbre peut tre réalisé en thermodur massif. Alternativement, l'arbre peut avoir une âme métallique recouverte d'un matériau isolant.

Avantageusement, le disjoncteur comporte au moins une bielle de liaison entre l'arbre des pôles et chaque organe de contact mobile, liée à l'arbre des pôles par un pivot de façon telle que dans une certaine position relative de l'arbre et de la bielle, dite position de montage, la bielle puisse tre librement déplacée parallèlement à l'axe du pivot, et qu'une fois la bielle montée et déplacée hors de sa position de montage, une liaison positive soit réalisée interdisant un mouvement translatif de la bielle parallèlement à l'axe du pivot, la position de

montage étant telle qu'en état de fonctionnement, l'arbre des pôles et la bielle ne prennent jamais par cette position.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés dans lesquels : 0 * la figure 1 représente une vue en perspective d'un disjoncteur selon l'invention, coupé au niveau d'un pôle.

* la figure 2 représente une vue éclatée d'un arbre des pôles et d'une partie d'un boîtier du disjoncteur selon l'invention. la figure 3 représente une coupe du disjoncteur de la figure 1, en position fermée la figure 4 représente une coupe du disjoncteur de la figure 1, en position ouverte * la figure 5 représente une vue en perspective de l'arbre des pôles et d'une bielle de liaison à l'un des pôle dans une position précédent leur montage * la figure 6 représente une vue en perspective de l'arbre des pôles et d'une bielle de liaison à l'un des pôle dans une respective dite de montage la figure 7 représente une vue en perspective de l'arbre des pôles sur lequel est monté la bielle de liaison, dans leur positionnement l'un par rapport à l'autre lorsque le disjoncteur est ouvert * la figure 8 représente une vue en perspective de l'arbre des pôles sur lequel est monté la bielle de liaison, dans leur positionnement l'un par rapport à l'autre lorsque le disjoncteur est fermé.

En référence aux figures 1 à 3, un disjoncteur 10 basse tension non limiteur à tenue électrodynamique élevée est disposé dans un boîtier moulé comportant un compartiment antérieur 12 et un compartiment postérieur 14. Le compartiment antérieur 12 est limité par une face avant 16, des faces latérales 18 venues de matière avec la face avant, et une paroi intermédiaire 20 le séparant du compartiment postérieur. Il comporte des ouvertures en face avant, pour le passage d'une manette pivotante 22 assurant le réarmement d'un mécanisme de commande du disjoncteur 24, d'un bouton poussoir d'ouverture et d'un bouton poussoir de fermeture. Le mécanisme de commande 24 est logé dans le compartiment antérieur 12.

Le compartiment postérieur 14 est limité par la paroi intermédiaire 20, par un socle 26 constituant une face postérieure, et par des faces latérales 28 dont une partie est venue de matière avec le socle et une autre est moulée avec la paroi intermédiaire. Le socle 26 supporte des plages de raccordement 30 du disjoncteur 10 à un circuit électrique extérieur.

Le socle 26 et la paroi intermédiaire 20 sont fixés l'un à l'autre par l'intermédiaire de vis de fixation 32 dimensionnées de manière à pouvoir résister à des efforts importants à

l'arrachement. Une fentre 34, visible notamment sur la figure 2, est pratiquée dans la paroi intermédiaire 20 et permet la communication entre le compartiment antérieur 12 et le compartiment postérieur 14. Le compartiment postérieur 14 est subdivisé en compartiments élémentaires 36 par des cloisons de séparation 38. Chaque cloison 38 comporte deux parties latérales disposées de part et d'autre d'une partie centrale. Chaque partie latérale comporte un élément de cloison 40 moulé avec le socle et un élément de cloison 42 moulé avec la paroi intermédiaire, les éléments de cloisons 40,42 étant jointifs sur l'appareil monté. La partie centrale comporte un élément de cloison 44 moulé avec le socle de hauteur plus importante que les éléments latéraux 40 adjacents. Cet élément de cloison 44 comporte des nervures 46 venant coopérer lors du montage avec des rainures complémentaires 48 des éléments de cloison latéraux 42 solidaires de la paroi intermédiaire 20. L'élément de cloison central 44 du socle comporte une surface hémicylindrique lisse 50. La paroi intermédiaire 20 comprend un élément de cloison central complémentaire 52 de hauteur réduite, qui comporte lui aussi un secteur hémicylindrique lisse 54 en regard de celui de l'élément solidaire du socle.

Dans chaque compartiment élémentaire 36 est logé un pôle 56 du disjoncteur. Chaque pôle 56 comporte une chambre d'extinction d'arc 58 ainsi qu'un dispositif de contacts séparables. Ce dernier comporte un organe de contact fixe 60 connecté électriquement à une plage de raccordement 30 du disjoncteur traversant le socle 26 du boîtier isolant, et un organe de contact mobile 61. Celui-ci est doté d'une pluralité de doigts de contact 62 en parallèle montés pivotants sur un premier axe transversal 64 supporté par une cage de support 66. Le talon de chaque doigt est connecté par un conducteur souple 68 constitué par une tresse métallique, à une deuxième plage de raccordement 30 du disjoncteur. Chaque doigt 62 comporte une pastille de contact 70 coopérant avec une pastille 72 de l'organe de contact fixe 60, dans la position de fermeture de la figure 3. La cage 66 est conformée en U (cf. fig. 5). Son extrémité située à proximité de la deuxième plage de raccordement est équipée d'un axe 74 logé dans un palier solidaire du boîtier isolant, de façon à autoriser le pivotement de la cage 66 entre une position fermée du pôle 56, représentée sur la figure 3, et une position ouverte, représentée sur la figure 4. Un dispositif à ressorts de pression de contact 76 est disposé dans une encoche de la cage 66 et sollicite les doigts de contact 62 en pivotement autour du premier axe 64 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.

La chambre d'extinction d'arc 58 comporte un empilage de tôles de déionisation de l'arc électrique tiré lors de la séparation des pôles, ainsi que des orifices d'échappement des gaz de coupure. De plus amples détails sur la structure des pôles 56 pourront tre trouvés dans le document FR-A-2 650 434, dont la description est sur ce point incorporée ici par référence.

Un arbre des pôles 78 vient se placer entre les secteurs hémicylindriques 50,54 qui forment, une fois montés, des paliers étanches de support de l'arbre 78 en rotation autour de son axe 79. L'arbre 78 est moulé en polyester thermodurcissable. Chacune des cages 66 est accouplée à l'arbre des pôles 78 par une paire de bielles de transmission 80 parallèles qui pivotent autour d'un axe géométrique confondu avec l'axe 64. Chaque bielle 80 est liée à l'arbre des pôles 78 par un pivot 81.

Le mécanisme de commande 24 comporte un dispositif de fermeture à accumulation d'énergie et un dispositif d'ouverture. Ce mécanisme est connu en soi et on se reportera pour plus de détails au document FR-A-2 589 626 qui est incorporé ici par référence sur ce point. On se contentera de rappeler ici que le dispositif d'ouverture comporte un dispositif à genouillère qui comprend deux biellettes 82,84 articulées l'une à l'autre par un axe de pivotement 86, la biellette inférieure de transmission 82 étant accouplée mécaniquement à l'arbre des pôles 78 par un axe de pivotement 88 coopérant avec un palier pratiqué dans une manivelle 90 solidaire de l'arbre 78. Un ressort d'ouverture 92 est ancré entre l'axe 88 et un taquet fixe de retenue. La figure 3 montre qu'en position fermée, la fentre 34 pratiquée dans la paroi intermédiaire 20 sert au passage de la biellette inférieure de transmission 82 et du ressort d'ouverture 92. En position fermée, le bras de levier des bielles 80 sur l'arbre des pôles 78 est sensiblement plus faible que celui de la biellette 82. En d'autres termes, la distance entre l'axe 79 de l'arbre des pôles 78 et le plan qui contient les axes 64,81 des pivots des bielles 80 est plus faible que la distance entre l'axe 79 de l'arbre des pôles 78 et le plan qui contient les axes 86,88 des pivots de la biellette inférieure 82. En pratique, le rapport des deux distances est inférieur à 0,3.

Dans la position de fermeture représentée sur la figure 3, on observe pour chaque pôle 56 que les pastilles de contact 70 des doigts de contact 62 se trouvent en appui sur la pastille 72 de l'organe de contact fixe 60. La pression de contact est assurée par le dispositif à ressorts 76 qui permet de rattraper le jeu éventuel du mécanisme et l'usure des pastilles 70,72. Les efforts électrodynamiques s'exerçant sur les doigts de contact 62 sont repris au niveau de la cage 66 par les surfaces d'appui des ressorts 76 et par l'axe 64, et génèrent un moment autour de l'axe de pivotement 74 de la cage 66, tendant à faire pivoter la cage 66 dans le sens de la séparation des contacts. Ce moment est compensé par un moment opposé exercé par les bielles 80 sur la cage 66 au niveau de leur axe de pivotement relatif 64. A l'équilibre dynamique, les bielles 80 sont donc soumises au niveau de leur pivot de liaison 64 à la cage 66, à une force dirigée vers leur pivot de liaison 81 avec l'arbre des pôles 78. Cette force, transmise au pivot 81, engendre un moment autour de l'axe 79 de l'arbre des pôles 78. Le mme phénomène se produit pour chacun des pôles. A la somme des moments des forces

exercées par toutes les bielles 80 et par le ressort d'ouverture 92 sur l'arbre 78, s'oppose un moment généré par la biellette inférieure 82 de la genouillère du dispositif d'ouverture. Du fait de la position relative des bielles 80, de la biellette 82 et de l'arbre des pôles 78, c'est- à-dire de la faiblesse du bras de levier des bielles 80 par rapport à celui de la biellette 82, la résultante au niveau de la biellette 82 reste modérée. On retrouve donc ici les caractéristiques d'un disjoncteur de tenue électrodynamique élevée, puisque les efforts électrodynamiques sur les organes de contact n'engendrent que des sollicitations limitées sur le mécanisme de commande de sorte que se dernier peut s'y opposer. A l'équilibre, l'arbre des pôles 78 exerce au niveau des paliers de support, des efforts de pression dont la résultante est une force de réaction s'opposant à la somme des forces exercées par les bielles 80 et la biellette 82. Ces efforts de pression relativement importants s'exercent principalement sur le secteur hémicylindrique 54 formé dans la paroi intermédiaire 20.

Lors de l'ouverture du disjoncteur, la biellette 82 cesse de s'opposer à la rotation de l'arbre des pôles dans le sens contraire des aiguilles d'une montre. Cette rotation, générée conjointement par le ressort d'ouverture 92 et la résultante des efforts électrodynamiques ramenés au niveau des pivots 81 de liaison des bielles 80 et de l'arbre 78, entraîne l'ensemble des cages 66 vers la position ouverte représentée sur la figure 4. Dans cette position, la manivelle 90 de l'arbre des pôles 78 émerge légèrement de la fentre 34.

Les figures 5 à 8 décrivent le mode de montage de la liaison par pivot entre l'arbre des pôles 78 et les bielles 80 de liaison avec chaque cage 66. L'arbre des pôles 78 comporte, pour chaque pôle, un bras 94 portant deux pivots coaxiaux 81, excentrés par rapport à l'axe de pivotement 79 de l'arbre des pôles 78. Ces pivots 81 sont situés chacun sur un décrochement 98 de la face latérale 100 du bras. Une languette 102 surplombant le décrochement 98 matérialise une rainure 104.

Chaque bielle 80 comporte, du côté destiné à coopérer avec l'arbre 78, un alésage cylindrique 108 destiné à former un palier pour l'un des pivots 81, et un méplat 110. Lors du montage, la bielle 80 est présentée de manière à ce que le méplat 110 soit parallèle avec le rebord inférieur de la languette 100, dans la position relative de montage représentée sur la figure 6. Il est alors possible d'introduire les pivots 81 dans les alésages 108. Une fois monté, l'ensemble constitué par les bielles 80 et l'arbre des pôles 78 est placé dans le boîtier, où il oscille entre deux positions extrmes : une position correspondantà l'ouverture des contacts et représentée à la figure 7 et une position correspondant à la fermeture des contacts et représentée à la figure 8. Dans l'une et l'autre de ces deux positions, ainsi que dans toutes les positions intermédiaires, les bielles 80 coopèrent avec les rainures 104 correspondantes de l'arbre des pôles 78, qui constituent un guidage interdisant

tout mouvement des bielles 80 parallèlement à l'axe de pivotement 81. On réalise ainsi une liaison positive simple qui permet d'éviter l'emploi de toute pièce intermédiaire supplémentaire.

Naturellement, l'invention n'est pas limitée à 1'exemple décrit ci-dessus. Il est clair par exemple que l'axe de pivotement des bielles 80 sur les cages 66 n'est pas nécessairement confondu avec l'axe de pivotement des doigts 62. Il peut d'ailleurs n'exister qu'une seule bielle 80 par pôle Par ailleurs, des dispositions peuvent tre prises pour augmenter l'étanchéité au niveau des paliers traversant les cloisons. On peut ainsi prévoir un palier ayant un profil en chicane avec une rainure annulaire centrale coopérant avec une aspérité complémentaire de l'arbre. On peut également prévoir des paliers supplémentaires au niveau des parois latérales externes du boîtier. Le disjoncteur décrit dans 1'exemple comporte un mécanisme à accumulation d'énergie. Toutefois, dans le cadre de l'invention, le mécanisme de commande de l'arbre des pôles est indifférent. On peut donc remplacer le mécanisme décrit par tout autre mécanisme connu, que ce soit un mécanisme à réarmement manuel ou motorisé.