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"Perfectionnements aux interrupteurs de courant électrique"
L'invention concerne les dispositifs de rupture de courant tels que interrupteurs, fusibles, coupe-circuits, disjoncteurs et autres appareils analogues. Elle est relative, en particulier, aux moyens d'éteindre l'arc de rupture et plus spécialement aux dispositifs de désamorçage de l'arc, dans les- quels un jet de gaz est dirigé sur l'arc.
Dans certains dispositifs de ce genre l'arc est dirigé à travers un conduit long et étroit dont les parois produisent sous l'action ue l'arc un gaz non ionisé. Celui-ci en se mé- langeant au gaz ionise de l'arc contribue à son extinction.
Les gaz dégagés aans le conduit long et étroit ne peuvent s'é-
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chapper que par l'extrémité ouverte où l'arc est engendrée l'autre extrémité du conduit étant de préférence plus ou moins complètement obturée.
La longueur de paroi subissant l'action de l'arc dépend de la longueur de celui-ci, et le contact entre l'arc et les parois est d'autant plus intime que la section trans- versale du conduit est plus faible. Si le conduit est étroit et l'arc d'une grande longueur, un grand volume de gaz sera dégagé mais dans ces conditions la pression du gaz sera élevée. Pour des courants forts cette pression peut faire é- clater le tube. Il est difficule de réaliser un dispositif de ce genre qui n'éclate pas quand le courant dans l'arc est grand. Ce danger limite le courant maximum que des ap- pareils de cette espèce peuvent rompre.
Si le conduit a une forte section transversale et l'arc une faible longueur, le contact entre ce dernier et les parois du conduit est relativement peu efficace et une faible quantité de gaz est dégagée. Cette quantité peut être insuf- fisante pour désamorcer!'arc et le dispositif n'interrompera pas le courant pour cette raison.
De tels dispositifs comprennent ordinairement un élément fusible ou un relais d'intensité qui amorce l'arc en coupant les connexions métalliques par lesquelles le courant passe normalement. Le courant minimum pouvant amener ce ré- sultat ne donnera naissance qu'à un arc faible ; le con- duit est de forte section l'arc ne sera pas éteint. Cette circonstance détermine le courant minimum que des appareils de cette espèce peuvent rompre.
Le but principal de l'invention est de procurer un dispositif du genre indiqué ci-dessus qui puisse désamorcer l'arc Il pour une gamme plus étendue de forces du courant.
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L'interrupteur conforme a l'invention comporte des moyens d'amorcer l'arc, et un corps sensible à l'action de celui-ci et dégageant une vapeur non-ionisée, pour le désa- morcer, et l'invention consiste essentiellement en ce qu'au moins deux conduits de sections transversales différentes traversent le corps aestructeur d'arc, un de ces conduits étant de forte section transversale et provoquant l'interrup- tion finale en cas de courant fort, tandis qu'un autre con- duit est de faible section transversale et provoque l'in- terruption finale des courants faibles. four faire comprendre plus clairement l'invention on décrira maintenant à titre d'exemple, avec référence au dessin annexe, plusieurs formes constructives que l'inven- tion peut prendre.
La figure 1 est une coupe longitudinale d'une des formes du dispositif.
La figure montre, partie en élévation de côté et partie en coupe longitudinale, une variante de l'invention, le plan de la coupe étant perpendiculaire à celui de la coupe de la figure 1.
La figure 3 est une vue partie en coupe, analogue à la figure 2, d'une autre variante.
Sur le dessin, 1 est un tube en une matière isolante convenable, de la fibre par exemple, dont une extrémité est pourvue d'une virole métallique 2 destinée à fermer le circuit du fusible en coopérant avec des pinces ou d'autres disposi- tifs de connexion analogues. Pour le même motif l'autre ex- trémité du tube est pourvue d'un prolongement tubulaire 3 en bronze ou autre matière conductrice, relié au tube 1 par une partie rentrante 4 épousant la gorge d'une pièce métallique annulaire 5.
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Cette pièce annulaire 5 sert de support à la rondel- le 6. Au centre de celle-ci est ménagée une ouverture pour le passage d'un conducteur 7. Ce conducteur est fixé à une piè- ce à rebord 8 par une goupille 9. Sur le rebord de la piece 8 prend appui un ressort bandé 11 dont l'autre extrémité porte contre le support 5. Le ressort 11 tend donc à écarter le con- ducteur 7 de la virole 2.
Ce mouvement du conducteur 7 est empêché par la pièce fusible 12, reliée par soudure ou tout autre moyen ap- proprié au conducteur 7. Comme indique en 13 sur la figure 1, le conducteur 7 est fendu pour recevoir une des branches de la pièce 12. Dans la forme représentée, le fusible 12 compor- te deux parties ou branches qui s'étendent jusqu'à la virole 2 et y sont soudées ou autrement fixées. La forme bifurquée du lien fusible est préférable, mais on peut aussi employer un lien unique n'ayant qu'un seul point de contact avec la vi- role.
La liaison électrique entre le conducteur 7 et le tube 3 se fait par l'intermédiaire des fils flexibles 14, dont une extrémité est attachée à la pièce 5 et l'autre au conducteur 7, par des agrafes 16.
Entre la rondelle 6 et la virole 2, le tube est rempli d'une matière 17 qui, de préférence au contact de l'arc, engen- dre un gaz ou autre émanation pouvant désamorcer l'arc. Cette matière peut être de l'acide borique, par exemple sous forme de pastiller ou de tablettes, mais d'autres formes et d'au- tres matières peuvent convenir. Par exemple on peut employer du talc en cylindres à la dimensions du tube 1, ou en disques pouvant y être empilés. Des disques alternés de carton Fuller et d'asbeste trempés dans l'huile peuvent aussi convenir.
L'acide borique est avantageux car il dégage de la
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vapeur d'eau ininflammable et rapidement condensée.
Un conduit 18 s'étend à travers la matière 17 et sert de logement au conducteur 7. L'issue du côté de la virole 2, est évasée et forme une cloche 19, à l'intérieur de laquelle la pièce fusible 12 est logée. Un autre conduit 21 s'étend aussi à travers l'acide borique ou autre substance 17, depuis la rondelle 6 jusqu'à l'extrémité voisine de la virole 2.
Cette extrémitédu conduit 21 est trèsvoisine de l'extrémité du conduit 18, l'orifice de 21 pouvant être considéré comme débouchant dans la cloche 19.
Dans la forme du dispositif montré sur la figure 1, un conducteur 22, de préférence un fin fil de cuivre est logé dans le conduit 21 et s'étend du disque 6 auquel il est soudé ou relié électriquement de tout autre façon, à la vi- role 2. Le fil peut être relié directement à la pièce fusible 12 et à la virole 2 comme c'est montré en 23; il peut aussi être relié uniquement à la virole 2 ou uniquement au fusible 12, en un point qui n'est pas leur intersection.
Dans la variante représentée sur la figure 2, l'extré- mité supérieure du conducteur 22, est soudée ou reliée élec- triquement de tout autre façon, à une rondelle 24, noyée dans la substance 17, et pourvue d'une ouverture 25 dans l'aligne- ment du conduit 21, et d'une ouverture 26 dans l'alignement du conduit 18. La rondelle 24 est isolée de la virole 2 par la substance 17, et reliée à la rondelle 6 par le conducteur 22.
Dans la variante montrée sur la figure 3 une extré- mité du conducteur 22 est libre, et s'étend jusqu'à, ou au- delà de l'orifice du conduit 21, l'autre extrémité étant comme précédemment reliée à la rondelle 6.
En fonctionnement,le dispositif est inséré dans le circuit d'un interrupteur de n'importe quel type usuel, le
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courant circulant entre le tube 3 et la virole 2. Le dispo- sitif peut être utile pour couper des arcs de courant continu, mais son champ d'application principal est la coupure des arcs alternatifs. Pour de tels arcs le courant passe par une valeur nulle après chaque demi-période.
La pièce fusible 12 s'intercale donc dans le circuit à protéger. Quand le courant dans ce circuit augmente au-delà de la valeur pour laquelle l'interrupteur a été prévu, la pièce fusible 12 fond à sa partie la plus mince, clairement indiquée sur les figures et 3. Aussitôt que la pièce fusible 12 est suffisamment fondue pour ne plus pouvoir résister à la tension du ressort 11, le conducteur 7 descend sous l'action du ressort, séparant ainsi la pièce 12 en deux parties, et un arc jaillit entre ces parties. Il y aura aussi dans le fil fin 22 un courant suffisant pour le faire fondre ; arc est donc amorcé dans le couloir étroit 21.
Si le courant dans l'arc est moindre, ou seulement un peu plus fort, que le minimum nécessaire pour fondre le lien fusible 12, le fil fin 22 ne fond pas immédiatement. Cette connexion de faible résistance entre'la virole 2 et la rondelle
6 subsiste jusqu'à ce que le conducteur 7 ait effectué un grand déplacement. Cette connexion désamorcera tout arc entre les extrémités rompues du lien 12, et empêchera même peut être la formation d'un arc en cet endroit.
Si le courant passe pas sa valeur nulle avant la fu- sion du conducteur 22, ce conducteur peut empêcher l'arc de se réamorcer entre les extrémités fondues du lien 12. Lors de la fusion du fil fin un arc s'amorce, partiellement à l'ori- fice du conduit 21, mais surtout à l'intérieur du conduit 21.
Le courant étant faible, la tension aux bornes de l'arc dans /]Le conduit 21 ne sera pas suffisante pour provoquer le réamor-
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çage de l'arc à travers l'espace croissant entre la virole 2 et l'extrémité du conducteur mouvant 7.
Cet arc de faible courant est balayé par les gaz sortant du conduit 21. Ce conduit étant bouché à son extré- mité inférieure, tous les gaz dégagés par l'action de l'arc sur l'acide borique ou autre substance, doivent passer par l'arc pour sortir du conduit. Les gaz ionisés de l'arc, et les gaz non ionisés dégagés par l'acide borique sont donc par- faitement mélangés, et l'effet désionisant de chaque parti- cule de l'émanation peut agir pleinement. L'arc sera donc ra- pidement étouffé. Dans l'hypothèse envisagée le courant dans l'arc est faible, la quantité de gaz dégagée l'est aussi,,. et sapression sera:insuffisante pour faire éclater le tube, malgré la faible section du conduit.
L'expérience a montré que le fonctionnement décrit ci-dessus a lieu pour des courants faibles, mettant plus d'une période et demie pour fondre le conducteur 22.
Quand une forte et brusque)augmentation de courant produit la rupture de la pièce 12, l'arc résultant transporte un courant fort, même après la séparation des deux extrémités de la pièce 12. Dans ces conditions le fil fin 22 fond quasi instantanément sur toute sa longueur, il en résulte que l'arc dans le petit conduit 21 occupe pratiquement toute la longueur de celui-ci et a donc une grande résistance si on le compare au petit arc entre la pièce 12 ou la virole 2 et .l'extrémité voisine du conducteur 7 au début du mouvement de celui-ci. Le conducteur 22 peut être fondu avant la première extinction de l'arc entre les extrémités rompues de la pièce 12. Si l'arc est déjà éteint il sera réamorcé presque instantanément.
La chute de potentiel dans le grand arc à l'extrémité du conducteur 7 est donc trop faible pour maintenir l'arc dans
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le petit conduit 21, et l'arc dans ce conduit est éteint si rapidement que la quantité de gaz dégagée y est trop faible pour faire éclater le tube.
L'arc dans le grand conduit dégage moins de gaz qu'un arc similaire dans un plus petit trou, et ne fait pas écla- ter le tube car le conduit a une section transversale et une longueur telle que tous les gaz peuvent s'échapper sans engendrer une pression trop forte. Pour les courants très forts assez de gaz sont dégagés dans la première demi-période pour empêcher l'arc de se réamorcer lors de l'augmentation de tension pendant la demi-période suivante. La quantité de gaz dégagé en une demi-période, représente donc la pression maximum que le tube doit pouvoir supporter.
Du moment que la quantité de gaz dégagés pendant la première demi-période est insuffisante pour désamorcer l'arc, elle est insuffisante aussi pour faire éclater le tube.
L'arc se réamorcera pendant la deuxième demi-période, que si le courant est insuffisant pour engendrer la quantité de gaz nécessaire pour l'éteindre pendant la première demi-pé- riode; un tel courant est trop faible pour engendrer une pression pouvant faire éclater le tube, mette après plusieurs demi-périodes. Après plusieurs demi-périodes le ressort 11 a attiré le conducteur 7 suffisamment loin pour empêcher un réamorçage de l'arc après passage du courant par la valeur nulle.
Ce dispositif peut donc interrompre des courants à peine assez intenses pour faire fondre le fusible, tout aussi bien que des courantsde court-circuit franc. Des cou- rants pouvant faire éclater le tube par la pression gazeuse développée pendant la première demi-période, peuvent se préA
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senter, mais alors ils dépassent les limites pour lesquelles le dispositif est conçu.
Dans la variante illustrée par la figure 2, lorsque la pièce fusible 12 se rompt, l'arc entre cette pièce et le conducteur 7 sautera à la rondelle 24, car le gaz entre la virole 2 et la rondelle 24 est fortement ionisé ; une faible chute de tension dans l'arc entre la pièce 7 et la virole 2 suffira donc pour rompre le diélectrique entre la virole 2 et la rondelle 24. L'arc est donc transféré au conduit étroit pour de faibles rourant s, et le fonctionnement y sera celui décrit pour la figure 1.
De même, dans la variante indiquée sur la figure 3, l'impédance entre la virole 2 et l'extrémité libre du conduc- teur 22 est plus faible que l'impédance entre la virole .3 et la pièce 7 sitôt que celle-ci s'est un peu déplacée. Dans le cas des figures 2 et 3, l'extrémité évasée est après la formation de l'arc, remplie de gaz ionisés s'étendant jus- qu'à l'orifice du conduit étroit 21. Le chemin de l'arc vers le conducteur 22 n'a qu'une faible résistance par suite de cette ionisation. Pour des courants forts le conducteur 22 fond presque instantanément, et l'arc dans le conduit 21, shunté par l'arc de plus faible impédance du conduit 18, sera rapidement désamorcé.
Au lieu d'amorcer l'arc par la fusion d'une pièce, on peut l'amorcer par la séparation de deux pièces, dont 1-lune est mobile mécaniquement. L'extrémité supérieure du conduc- teur 7 peut par exemple s'étendre entre deux lames de contact et être retenue par un cliquet; n'importe quel moyen usuel peut être employé pour faire déclancher le cliquet par le cou- rant.
L'invention concerne l'extinction de l'arc plutôt
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que la combinaison du dispositif d'extinction avec un dis- positif particulier d'amorçage.
REVENDICATIONS
1. Interrupteur de courant comportant un dispositif pour amorcer un arc et contenant un corps qui sous l'action de l'arc dégage une émanation désamorçant celui-ci, carac- térisé en ce qu'à travers ce corps s'étendent au moins deux conduits de sections transversales différentes, dont l'un a une forte section transversale et sert à l'interruption finale des courants forts, tandisqu'un autre des conduits a une section transversale faible et produit l'interruption finale des courants faibles.