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" Dispositif de coupe-circuit "
La présente invention a trait à un dispositif de coupe-circuit destiné à fonctionner à haute puissance dans lequel la fusion d'un fusible donne naissance à un arc dont on assure automatiquement l'extinction par un moyen approprié.
On sait que, dans les coupe-circuits de ce genre utilisés jusqu'ici, la fusion d fusible s'effectue en général dans une boîte entièrement close, résistant à la pression, et que l'on remplit d'une matière extinctrice telle par exemple que du sable quartzeux ou autre. Cette disposition est défectueuse notamment en raison de ce que, si l'arc ne se trouve MR.
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pas éteint dès sa formation la boîte contenant le fusible vole en éclats.
On connaît bien également des coupe-circuits dans lesquels, grâoe à des moyens particuliers, l'extinction de l'arc du fusible est assurée dans l'intervalle d'une demipériode du courant de court-circuit à couper; cependant de tels coupe-circuits présentent l'inconvénient de donner faoilement naissance à des surtensions qui constituent un danger pour les diverses parties du réseau.
Le dispositif de coupe-circuit à haute puissance qui fait l'objet de la présente invention permet d'éviter les inconvénients rappelés ci-dessus en assurant l'extinction de l'arc par soufflage d'un courant de gaz sous pression produit par l'appareil lui-même, grâce à la disposition suivante : la botte ou enveloppe résistant à la pression, à l'intérieur de laquelle est monté le fusible, au lieu d'être entièrement olose, communique aveo un orifice muni d'une soupape ou autre organe d'obturation mobile qui en assure normalement la fermeture mais qui peut s'ouvrir vers l'extérieur sous l'effet d'une surpression intérieure provoquée par la fusion du fusible, l'extinction de l'arc étant assurée par le courant de gaz produit par la dite surpression.
A cet effet une communication entre la chambre dans laquelle se produit la surpression et la sortie du gaz commandée par l'obturateur est établie par exemple par ltin-
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termédiaire d'une ouverture ménagée dans l'une des coiffes métalliques ou autres entre lesquelles le fusible est tendu et qui assurent la fermeture, de part et d'autre, de l'enveloppe de la chambre de surpression en question.
Pour éviter que les gaz chauds qui prennent naissance sous l'effet de la chaleur dégagée par la fusion du fusible nuisent à l'extinction de l'arc, le dispositif de coupe-circuit conforme à l'invention comporte, de préférence en dehors de la chambre de surpression, un deuxième point d'interruption, par formation d'arc, sur le fusible, de telle sorte que le courant de gaz provoqué par la fusion du fusible ne passe sur l'arc en question, avant de sortir par une soupape ou autre, qu'après avoir fait un détour, en passant par exemple par une ohambre auxiliaire entourant la chambre de surpression et oommuniquant librement avec oelle-oi à l'extrémité opposée à la sortie du gaz.
On peut encore améliorer cette disposition, conformément à l'invention, - afin d'éviter que le gaz chaud restant dans la chambre de surpression vienne encore passer, après l'extinction de l'arc, sur le point où- cet arc s'est formé, et risque de le rallumer - , en disposant, dans la chambre auxiliaire extérieure un piston qui assure la séparation des gaz chauds et des gaz froids.
La disposition de ce piston est telle, que, sous l'effet de la surpression provoquée dans la chambre intérieure de surpression,le dit piston se déplaoe en chassant
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les gaz froids sur le point où l'arc s'est allumé et dégage à fin de course des orifices dont est munie la paroi de la chambre extérieure et par lesquels sortent les gaz chauds, qui s'échappent ainsi après l'extinction de l'arc, sans risquer de revenir rallumer celui-ci.
Une variante de l'invention consiste, en vue notamment de réduire la hauteur constructive des dispositifs coupeoirouits pour hautes tensions, à constituer le fusible à l'intérieur de la ohambre de surpression au moyen de deux fils fusibles reliés entre eux dont l'un est noyé dans une masse, sous la forme d'une cartouche par exemple, et l'autre est découvert et libre et peut être très court; oes deux fils fusibles étant montés de façon . être interchangeables.
Une autre variante de l'invention consiste à prévoir une chambre intermédiaire pour débarrasser de leurs vapeurs métalliques les gaz sous pression sortant de la chambre de surpression où se produit la fusion du fusible; sans cette disposition, les gaz en se précipitant jusqu'au bout de leur trajet nuiraient à la résistance aux décharges, en particulier au point d'extinction à moins d'être obligé d'avoir un dispositif de longueur considérable.
On dispose à cet effet, pour les gaz sous pression entre la sortie de la chambre intérieure de surpression et l'entrée dans la chambre auxiliaire entourant cette chambre de surpression, une chambre intermédiaire qui est traversée
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obligatoirement par les gaz mélangés aux vapeurs métalliques et qui est munie intérieurement de parois de protection inoombustibles et interchangeables, sur lesquelles lesdites vapeurs métalliques se déposent.
L'invention vise encore d'autres dispositions de détail qui apparaîtront au cours de la description qui va suivre.
Aux dessins ci-joints on a représenté, à titre d'exemples non limitatifs, diverses formes de réalisation de l'objet de l'invention :
Dans ces dessins : fig.l est une vue en coupe de l'ensemble du dispositif coupe-circuit avec son support; fig.2 est une vue en coupe analogue d'un coupecircuit à double chambre de pression ; fig.3 est une variante de fig.2 ; fig.4 est une vue en coupe analogue à fig.2 d'un coupe-circuit muni d'un perfectionnement; fig.5 est une vue en coupe d'un coupe-circuit aveo dispositif de fusible interchangeable; fig.6 est une vue partielle montrant la chambre dans laquelle les vapeurs métalliques se déposent.
Le dispositif de coupe-circuit représenté à la fig.l comporte une chambre de pression dans laquelle est monté le fusible, délimitée par une enveloppe tubulaire 1. Ce tube 1
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est muni intérieurement d'un tube de protection 2 interohangeable, en matière isolante et résistant à la pression comme par exemple du papier durci. Les tubes 1-2 sont fermés à leurs deux extrémités par deux coiffes en métal 3 et 4 respectivement; la coiffe 4 comporte en son milieu un orifice 5.
Les deux coiffes 3-4 sont reliées par le fusible constitua par un fil métallique 10 tendu entre ces deux coiffes et comportant en 10', en regard de la coiffe 4, une portion de moindre résistance, formée par un rétrécissement, point de soudure ou autre moyen analogue. Au voisinage de la portion 10= du fusible, le tube 2 comporte un renforcement intérieur 2'.
Le coupe-circuit ainsi constitué est monté sur un support comportant des isolateurs A et B supportés par une plaque de base 0.
Sur ltisolateur A est fixé un support a qui porte la coiffe 3.
Sur l'isolateur B est fixée une coiffe ouverte 6 formant arceau de support ; à l'intérieur de cette coiffe est montée une soupape comportant un siège 7 et un cône d'obturateur 8 qui est supporté par une tige traversant la coiffe 6 et qui se déplace contre l'action d'un ressort de rappel 9. L'ensemble du dispositif de coupe-circuit se trouve donc monté rigidement entre les deux isolateurs A et B et l'intérieur de la chambre délimitée par les tubes 1-2, communique directement, par l'intermédiaire de l'orifice 5de la coiffe 4, avec l'orifice
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de sortie du gaz par la soupape 7-8. L'intérieur des tubes 1-2 constitue donc une chambre de pression fermée de tous côtés, sauf éventuellement à l'endroit de l'obturateur, si celui-ci vient à s'ouvrir sous l'aotion d'une surpression intérieure, aontre l'action du ressort 9.
Ce dispositif de coupe-circuit fonctionne de la façon suivante :
Lorsqu'un court-circuit se produit, le fusible fond à son endroit le plus faible, c'est-à-dire au voisinage immédiat du cône de soupape 8, ce qui donne naissance à un arc de fusion qui se trouve ainsi allumé entre les deux coiffes 3-4 et qui, par suite de son dégagement de chaleur, provoque une forte augmentation de pression à l'intérieur des tubes 1-2.
Sous l'action de cette surpression, l'obturateur 8 s'ouvre contre la pression du ressort 9 et établit ainsi la communication entre la chambre de pression délimitée par les tubes 1-2 et les coiffes 3-4 et l'extérieur. Il s'établit alors un oourant de gaz sous pression très énergique qui a pour effet d'assurer une extinction rapide de l'ara allumé entre les coiffes 3-4. Il convient de noter que la valeur limite supérieure de la pression donnée au gaz sous l'effet de l'ara est déterminée par le ressort de rappel 9 de la soupape.
Le tube 2 est interchangeable de sorte que s'il se
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trouve qu'après quelque temps de la poussière métallique s'accumule sur sa faoe intérieure, en particulier à la suite de l'interruption de courants de court-circuit relativement grands et de nombreux remplacements du fusible, on n'a qu'à remplacer le tube 2 en question et la durée d'utilisation du coupe-circuit peut être ainsi très longue,
Le dispositif de coupe-circuit représenté à la fig.2 aomporte, de façon analogue, un tube extérieur 11 reliant les deux coiffes 13, formant contact de branchement en 13', et 16.
A l'intérieur de la chambre de pression 11a délimitée par le tube 11 est monté un deuxième tube 12, dont l'intérieur constitue une deuxième chambre de pression 12a, qui communique en 12' avec la chambre 11a.
Le fusible 10 est monté dans la chambre intérieure 12a, relie le contact de branchement 13' et le raccord 14 qu'il traverse, ce raccord étant monté également à la sortie de la chambre 12a, et aboutit au contact de fermeture 15,
La soupape oomporte comme précédemment un siège 17 et un cône d'obturateur 18 qui ferme l'orifice de sortie du gaz et se déplace contre l'action d'un ressort 19.
Le coupe-circuit ainsi constitué fonctionne comme suit :
Lorsque le fusible 10 fond, il se produit dans la chambre 12a une augmentation de pression qui se transmet au volume de gaz contenu dans la chambre extérieure 11a et assure
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par suite l'ouverture de l'obturateur 18 de la même façon qutil a été expliqué à propos de la fig.l.
En même temps la fusion du fil 10 donne également naissance à un arc entre le oontaot intermédiaire 14 et le contact de fermeture 15. La surpression produite dans la chambre 11a et l'ouverture de la soupape 17-18 provoquent un oourant de gaz qui a pour effet d'éteindre l'arc allumé entre les contacts 14 et 15.
L'extinction s'effectue de façon particulièrement simple et sûre, grâce au fait que le courant de gaz qui assure cette extinction ne subit aucun réchauffement préalable sous l'effet de l'aro; il est constitué au contraire par du gaz froid, que le gaz chaud sortant de la chambre 12a chasse sur l'aro allumé entre les contacts 14 et 15.
On peut encore améliorer le fonctionnement du ooupecircuit en assurant, à l'aide par exemple d'un piston monté dans la chambre de pression 11a, une séparation nette entre gaz chaud et gaz froid, ainsi qu'il sera décrit ci-après à propos de la fig.4.
A la variante de la fig.3, on retrouve les tubes 11 et 12 et les chambres 11a et 12a, que traverse le fusible 10.
La différence essentielle par rapport au dispositif de la fig.2 consiste en ce que le fusible, au lieu d'être monté indépendam- ment de l'obturateur, est relié directement audit obturateur par l'intermédiaire du raccord 14'; l'obturateur à cet effet -
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qui comporte comme précédemment un siège de soupape 17' et un cône mobile 18' - est constitué de manière à former en même temps contact de branchement, et le fusible le traverse comme indique à la fig.3. Dans ce cas, l'arc s'allume entre le contact auxiliaire 14' et l'obturateur lui-même. Cette disposition assure une simplification du montage du coupe-circuit ainsi que de sa remise en service par le remplacement du fusible fondu.
Le dispositif de coupe-circuit représenté à la fig.4 comporte comme celui des fig.2 et 3, une chambre intérieure 12a délimitée par le tube 12, et dans laquelle est monté le fusible 10, et une chambre extérieure 11a, délimitée par le tube 11. Le fusible 10 part du contact de branchement 13' porté par la coiffe 13 et traverse le raccord 14 monté en manière de pointe d'extinction dans la chambre 12a et dont la perfora- tion, ménagée pour le passage du fusible, peut être rendue étanohe. Le fusible aboutit, après avoir traversé la soupape formée par le siège 17bis et l'obturateur 18 bis au contact de fermeture 25 fixé sur la coiffe 16,
Ce dispositif se différencie de celui représenté a à la fig.3 en ce que,
à l'intérieur de la chambre 11 qui communique en 22 avec la chambre 12a et dont l'enveloppe tubu- laire 11 est munie d'orifices extérieurs 21 pour la sortie du gaz, est monté un piston 23. Ce piston est disposé de telle sorte que dans sa position inférieure, il recouvre complètement
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les orifices 21 et empêche par conséquent toute sortie des gaz.
La position la plus haute du piston est limitée par une couronne de butée 24 portée par le tube 12. La soupape d'obturation 17bis- 18bis est prévue en vue de permettre une augmentation de la surpression et agencée de manière à ne s'ouvrir que sous l'effet d'une surpression déterminée.
Le fonctionnement de ce ooupe-airouit est le suivant:
Lors de la formation d'un arc entre les contacts 13' 14 et 25, provoqué par la fusion du fusible 10, il se produit une augmentation de pression qui vient agir, par la aommunioation 22, sur la faoe inférieure du piston 23 et le pousse de bas en haut, Le gaz froid qui se trouve dans la ohambre lla se trouve ainsi comprimé et s'échappe lorsque l'obturateur 18bis s'ouvre sous l'effet de la surpression; l'aro qui s'était allumé entre la pointe d'extinction 14 et le contact 25 est alors soufflé et éteint par le courant de gaz froid. L'extinction de l'arc est terminée avant que le piston 23 n'ait atteint sa position supérieure, qui est limitée par la couronne de butée 24.
Par suite ledit piston dégage les orifioes de sortie 21 au moment où. l'ara est complètement éteint, de telle sorte que les gaz chauds qui se sont accumulés dans la partie inférieure de la ohambre 11a s'échappent alors à l'extérieur par ces orifices 21. On obtient ainsi une extinction définitive de l'arc sans que celui-ci risque d'être rallumé par un retour de gaz chaud,.
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Lorsque les gaz chauds se sont éahappés à l'extérieur par les orifices 21, le piston est ramené à sa position primitive, soit par son propre poids, soit à l'aide d'un ressort de rappel ou autre organe analogue.
Il convient de remarquer que dans le cas où le coupeairauit ne doit fonctionner que pour de faibles surpressions, il peut être simplifié par la surpression de l'obturateur 18bis.
A la fig.5 on retrouve, comme aux fig.2-4 un tube extérieur 11 et un tube intérieur 12, qui délimitent entre eux la chambre 11a qui sert à produire la séparation entre les gaz chauds et les gaz froids. La chambre de surpression 12a communique avec la ahambre 11a par des orifices de passage 25 dont est muni le tube 12 à sa partie inférieure.
Dans la chambre 12a sont montés le fil fusible 26 qui est guidé librement, et le fusible 27, qui est noyé dans une masse constituée par une garniture intérieure fusible et enroulé autour d'une coiffe. Ce fusible 27 est agencé sous forme de cartouche avec contact à douille 28 et contact à fiche 29.
Au-dessus de la chambre 12a se trouve la pointe d'extinction 30 à laquelle est relié le fil fusible 31, fixé à une bague de contact 32, qui se trouve portée elle-même par le tube 12, par l'intermédiaire d'un support isolant 33. - 18 est l'organe obturateur, avec ressort de rappel 19, qui entre en aation lorsque la pression atteint une valeur déterminée dans la chambre 12a.
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L'entrée et la sortie du courant se font sur le contact creux 34, au-dessus duquel est monté l'obturateur, et sur le contact 35. Le dispositif fusible comporte à sa partie inférieure une coiffe de fermeture 36 résistant à la pression et qui permet de changer très faoilement le fusible.
On a donc, grâoe à cette disposition, l'avantage d'avoir un fusible interchangeable. L'assemblage des différentes garnitures intérieures fusibles 26,27 et 31 et leur réunion en une seule pièce avec le tube 12 qui les entoure et la coiffe de fermeture 36 permettent de changer toute la garniture intérieure de façon très simple et très rapide.
Le. dispositif perfectionné de la fig.5 présente par ailleurs les particularités suivantes :
La disposition combinée d'un fil fusible 26 guidé librement et d'un fusible 27 noyé dans une masse permet d'obtenir une faible hauteur constructive pour le coupe-circuit. En particulier le fil fusible libre 26 ne sert qu'à assurer la production d'une surpression et peut n'avoir qu'une très faible longueur. Quant au fil fusible 31, il ne sert qu'à produire, entre la pointe d'extinction 30 et le contact de branchement 34, un arc dont l'extinction est assurée par le gaz froid sortant de la chambre 11a. L'extinction s'effeotue très faoilement, la pointe d'extinction étant montée fixe dans la position la plus avantageuse et le soufflage de l'aro est parfait.
A la fig.6 on a représenté la partie inférieure d'une
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variante du dispositif décrit ai-dessus, comportant une chambre 37 prévue spécialement pour la précipitation des vapeurs métalligues.
Le fusible 27 est relie à cet effet à une coiffe de fermeture 38 constituant à la fois le fond et le support du dispositif de coupe-circuit.
Cette coiffe de support 38 se trouve fixée par ses parois 38 au moyen d'un pas de vis ou autrement, sur le tube 11' formant la paroi de la ohambre de pression extérieure 11'a.
L'étanchéité de cette ohambre 11'a vers l'extérieur est assurée par une bague de fermeture 39.
Les parois du support de fermeture 38 délimitent la chambre 37 servantà la précipitation des vapeurs métalliques et qui constitue un élargissement de la partie inférieure de la chambre 11a. Les parois latérales du support 38 sont munies intérieurement à cet effet d'une garniture 40, servant de paroi de protection interchangeable. Cette garniture 40 est en mica, amiante ou autre matière analogue incombustible.
Les gaz et les vapeurs sortent de la chambre 12a par les orifices de passage 25 et entrent dans la chambre 37 où les vapeurs métalliques se précipitent. à cet effet la chambre 37 est agencée de telle sorte que les vapeurs métalliques se déposent sur les parois protectrices interchangeables 40, On évite ainsi toute montée des vapeurs métalliques et par aonsé- quent tout risque d'entraînement de ces vapeurs jusqu'au point
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d'extinotion.
Après avoir traversé la chambre 37 et s'être ainsi débarrassés des particules métalliques, les gaz montent dans la chambre 11'a par l'ouverture inférieure 11'b du tube 11'.
Grâce à la disposition des garnitures de protection 40 qui sont insérées pour recueillir les gaz et vapeurs métalliques, on évite la nécessité d'un nettoyage particulier de la paroi intérieure du coupe-circuit. Lorsqu*on remplaoe le fusible, on remplace en même temps les parois de protection 40. L'ensemble du dispositif est donc entièrement interchangeable.
Il est bien entendu par ailleurs que les dispositifs de réalisation décrits ci-dessus ont été indiqués uniquement à titre d'exemples, et que l'on pourra y apporter toutes modifications d'exécution et de forme sans sortir du cadre de l'invention.
Sans modifier le principe de l'invention, on peut employer comme agent extinoteur un liquide ou une vapeur au lieu de gaz.
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