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K. KESL, résidant à LIEGE.
DISPOSITIF DE SOUFFLAGE D'ARC, PLUS SPECIALEMENT DANS LES DISJONCTEURS, -MACHINES ELECTRIQUES ET FUSIBLES.
Les cas où les disjoncteurs ou fusibles à haut pouvoir de cou- pure coupent les surcharges violentes pour lesquels ils sont dimensionnés sont, dans la pratique, très rares.
L'expérience a montré que dans presque 90 % des coupures provo- quées par les dispositifs de surcharge, soit dans les disjoncteurs ou, plus spécialement, dans les fusibles à haut pouvoir de coupure, il ne s'agissait que de surintensités ne dépassant pas 2 à 10 fois le courant nominal.
Or, l'interruption d'une surcharge relativement moins importan- te par les fusibles à très haut pouvoir de coupure est couteuse par suite du dimensionnement de ceux-ci. Il en résulte que les appareils de coupure montés dans les installations où des courants de court-circuits puissants pourraient éventuellement se produire, devraient être conçus de telle manière que le fu- sible ou l'appareil puisse interrompre, non seulement les surcharges de moin- dre importance qui se présentent normalement, mais le cas échéant, les sur- charges violentes correspondant à l'intensité du court-circuit.
Par exemple, un fusible à haute tension devrait être conçu dans une forme simplifiée correspondant à l'interruption des surcharges de l'or- dre de 10 à 15 fois l'intensité nominale, et être muni d'un dispositif supplémentaire qui n'interviendrait qu'au moment de l'interruption des surchar- ges dépassant les limites sus-mentionnées.
Dans ce cas-là, on peut concevoir un fusible avec des fils faci- lement remplaçables et non logés dans les liquides extincteurs ou dans les poudres favorisant l'extinction de l'arc. Un disjoncteur automatique pour- rait aussi être dimensionné pour l'interruption normale d'une surintensité de 10 à 15 fois le courant nominal avec un dispositif supplémentaire d'ex- tinction de l'arc, au moment de l'apparition de court-circuits violents.
Le problème sus-mentionné est résolu, d'après l'objet de l'in#
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vention, de la manière suivante:
Le dispositif supplémentaire favorisant l'extinction de l'arc au moment des surcharges violentes est conçu comme une bombe hermétique- ment close contenant des gaz comprimés et, éventuellement, une combinaison de liquides extincteurs remplissant en même temps le rôle d'une soupape hy- draulique avec des gaz comprimés, la soupape ou la membrane fermant hermé- tiquement la bombe n'étant ouverte, ou déflorée, que dans le cas de l'in- terruption des surcharges dépassant le pouvoir de coupure normal d'un dis- joncteur ou d'un fusible.
Suivant une autre variante d'invention, le même dispositif peut être appliqué universellement dans les endroits où peuvent se produi- re les arcs électriques ou même les incendies provoqués par ceux-ci, et plus spécialement en combinaison avec les disjoncteurs ultra-rapides à haut pouvoir de coupure montés directement sur la génératrice et commandés par les masses tournantes de celle-ci (comme il résulte du brevet n 511.619, plus particulièrement par les rotor). Dans ce cas, l'ouvertu- re de la soupape de la bombe remplie de gaz comprimés ou la défloration de la membrane sont particulièrement faciles étant donné la grande énergie mé- canique en réserve pour cette opération.
On utilise, d'après l'objet de l'invention, des petites bombes remplies de gaz comprimé, G02 plus spécialement, dont les orifices d'échap- pement des gaz sont fermés par une membrane mince soudée, telles qu'on les utilise par exemple couramment pour obtenir l'eau gazeuse et qui sont fabri- quées en grande série avec de bons résultats.
Pour les soufflages de l'arc dans les disjoncteurs à très haut pouvoir de coupure et tension de 120.000 volts, on compte avec 300 à 700 DM3 à projeter sur l'arc amorcé, afin d'obtenir l'extinction et 30 à 100 litres dans les disjoncteurs à air comprimé pour les tensions moyennes, c'est-à-dire jusqu'à 30. 000 volts (pouvoir de coupure environ 100.000 KVA), la pression du gaz atteignant 5 à 20 kgs/cm2. Or, une petite bombe de 10 cms de hauteur et 4 cms de diamètre peut contenir 60 DM3 de gaz extincteur sous 10 atmosphères ou 120 DM3 sous 20 atmosphères, soit une quantité lar- gement suffisante pour interrompre les énergies électriques puissantes.
La quantité de gaz pourrait être considérablement réduite si l'on utili- sait, au lieu d'air comprimé, des gaz favorisant plus énergiquement l'ex- tinction de l'arc ou des liquides extincteurs sous pression de gaz.
Suivant une autre variante de l'invention, le processus de souf- flage se produit tout d'abord par un jet puissant de liquide extincteur dans l'arc, suivi d'un jet de gaz, le liquide extincteur aménagé dans le réci- pient contenant le gaz comprimépouvant servir en même temps comme une sou- pape hydraulique.
Le principe sus-mentionné et sa réalisation pratique et simple ressortira le mieux des figures 1 à 7 où la figure 1 représente un fusible à haut pouvoir de coupure avec deux bombes symétriques, déflorables par des aiguilles commandées mécaniquement.
La figure 2, le dispositifd'un fusible ouvrant les bombes in- terchangeables contenant les gaz et le liquide extincteurs par un électro- aimant à maxima ou par un dispositif électrodynamique.
La figure 3 représente le dispositif de fils fusibles utilisés dans le dispositif suivant la figure 2, tandis que les figures 4 et 7 re- présentent schématiquement un exemple du dispositif à aiguilles déflorant les bombes à gaz.
La figure 5 représente, suivant l'objet de l'invention, le dis- positif électrodynamique repoussant la bombe contenant les gaz comprimés contre l'aiguille fixé défloratrice. Par contre, la figure 6 représente une autre variante du même dispositif, l'aiguille défloratrice étant logée à
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l'intérieur de la bombe et commandée par un noyau d'un électro-aimant à ma- xima ou par un dispositif électrodynamique, ces dispositifs pouvant être utilisés dans d'autres applications par exemple comme extincteurs de "flash" entre les balais des commutatrices, etc...
La fusible, d'après la figure 1, se compose d'un capot métalli- que 1 pouvant servir en même temps comme prise de courant, dans lequel sont logées deux petites bombes 2 et 3 contenant les gaz comprimés, éventuelle- ment avec liquide extincteur, dont les orifices de sortie des gaz pénètrent dans l'enceinte (4) en matière isolante de préférence, contenant le fil fu- sible 5 suspendu entre le support du collier de sortie du courant 6. Un sys- tème d'aiguilles 7a, 7b, reliées en forme de genouillère par l'axe 8 est prévu pour déflorer les orifices de sortie des gaz comprimés au moment où l'intervention énergique dans le processus de soufflage s'impose (ces ai- guilles s'appuyant sur la membrane 9 et 9a (fig. 4 ou 7) fermant hermétique- ment l'orifice des petites bombes 2 et 3).
La genouillère est liée avec le piston 10 attiré dans la direc- tion de la flèche S par le ressort 11, le dit piston se trouvant de préfé- rence au-dessus des orifices couverts par la membrane 9,9a.
Le couvercle flexible 12 peut se détacher de l'enceinte 4 au mo- ment où la pression dans celle-ci atteint une limite déterminée.
Le dispositif fonctionne comme suit:
En cas de surcharges se produisant couramment et ne dépassant pas une valeur déterminée, par exemple 10 à 15 fois l'intensité nominale, le fil fusible (pouvant être spécialement pour une surintensité de cet or- dre de surcharge logé librement dans l'enceinte protectrice,) fond sans faire intervenir la bombe à gaz comprimé, la légère augmentation de la pres- sion des gaz produite par la volatilisation du fil fusible étant insuffisan- te pour actionner le piston 10 commandant les aiguilles 7a, 7b, déflorant les bombes 2 et 3.
Par contre, en cas de coupure d'une surcharge violente, les gaz comprimés dans l'enceinte 4 mettent en mouvement le piston 10 déflorant les orifices 9,9a des bombes, les aiguilles 7a, 7b se retirant ensuite des ori- fices au moment où la genouillère 7a, 7b, 8 dépasse le point mort 0, 0'. A ce moment-là, les gaz favorisant l'extinction de l'arc sont dirigés vers celui-ci, et la pression dans l'enceinte 4 ayant atteint une valeur déter- minée, fait sauter le couvercle 12 pour provoquer leur échappement et ex- pansion.
Dans la figure 2, la défloration de la bombe 2 est effectuée par un système analogue à celui décrit précédemment, la genouillère étant commandée par le noyau 13 d'un électro-aimant 14 ou par un système électro- dynamique. L'opération provoquant la défloration de la bombe 2 sus-mention- née peut être obtenue, suivant l'objet de l'invention, par un dispositif électromagnétique ou électrodynamique représenté dans les figures 5 et 6.
La bombe 7 soutenue dans la position normale par le ressort 27 ou la membrane 27a est munie d'une bague conductrice 25 disposée contre la bobine 24 (ou spire de celle-ci) parcourue par le courant principal à sur- veiller .
Le capot 9 est placé contre l'aiguille 23. Au moment des court- circuits puissants, la bombe est repoussée par les efforts élecroedynaim- ques qui s'exercent entre la bague 25 et les spires 24 contre l'aiguille 23.
Une autre alternative, toujours suivant l'objet de l'invention, est représentée dans la figure 6 dans laquelle le noyau 13 portant l'ai- guille 26 est attiré par l'enroulement 14 disposé à l'extérieur de la bom- be, le noyau 13 étant accéléré par le champ magnétique créé par l'enroule- ment sus-mentionné pendant le trajet X heurtant le gougeon 28 sur la tige
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26 et détruisant ainsi par son énergie cinétique (mv2) la membrane.
Suivant l'objet de 3'invention, le fil fusible se compose de deux branches parallèles 15 et 16 (fig. 3) la branche 16 étant dimension- née de telle manière qu'elle fond avant la branche 15.
La branche 16 est exécutée de préférence comme fil logé dans le tube 17 dont l'orifice élargi 18 est en face de l'orifice 19 de la bombe 2.
Au moment des surcharges ou court-circuits puissants dont la valeur peut être réglée par le ressort 22 appuyant le noyau mobile 13, le processus de soufflage se développe de la manière suivante :
Après la défloration de la membrane 9 par le système d'aiguil- les commandé par le noyau 13, le liquide extincteur 20 est projeté dans un tube contenant le fil fusible 16, décourcircuitant par sa fusion le fil ré- sistant 15, le système des deux branches fusibles parallèles se comportant ainsi comme disjoncteur à résistance.
Le liquide extincteur peut être suivi par les gaz favorisant l'extinction de l'arc (d'une importance réduite) provoqué par la fusion de la branche 15. On voit que le dispositif décrit ci-dessus supprime le grand inconvénient des fusibles connus jusqu'à présent consistant en la nécessité de changer la cartouche entière lorsqu'elle a fonctionné sur des surcharges relativement inoffensives, comme il est observé dans la majeure partie des cas.
Il est parfaitement possible d'exécuter les fils fusibles d'une manière qui permette leur remplacement rapide sur place.
Le même principe peut être utilisé dans n'importe quel dispo- sitif de disjoncteur. Il suffit d'intercaler, sous les contacts de ces ap- pareils, l'orifice de sortie des liquides extincteurs ou des gaz comprimés contenus dans l'enceinte; l'ouverture de la dite enceinte étant provoquée par un électro-aimant à maxima d'intensité ou par un dispositif électro- dynamique.
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K. KESL, residing in LIEGE.
ARC BLOWING DEVICE, MORE SPECIFICALLY IN CIRCUIT BREAKERS, -ELECTRICAL MACHINES AND FUSES.
The cases where the circuit breakers or fuses with high breaking capacity cut the violent overloads for which they are designed are, in practice, very rare.
Experience has shown that in almost 90% of outages caused by overload devices, either in circuit breakers or, more specifically, in fuses with high breaking capacity, they were only overcurrents not exceeding 2 to 10 times the rated current.
However, the interruption of a relatively less significant overload by fuses with very high breaking capacity is expensive as a result of the sizing of the latter. As a result, breaking devices fitted in installations where strong short-circuit currents could possibly occur should be designed in such a way that the fuse or the device can interrupt, not only lower overloads. of importance which normally occur, but where appropriate, violent overloads corresponding to the intensity of the short-circuit.
For example, a high voltage fuse should be designed in a simplified form corresponding to the interruption of overloads of the order of 10 to 15 times the nominal current, and be provided with an additional device which would not intervene. only when the overloads exceeding the above-mentioned limits are interrupted.
In this case, one can design a fuse with easily replaceable wires and not housed in the extinguishing liquids or in the powders promoting the extinction of the arc. An automatic circuit breaker could also be sized for the normal interruption of an overcurrent of 10 to 15 times the nominal current with an additional device for extinguishing the arc, at the time of the appearance of short circuits. violent.
The above-mentioned problem is solved, according to the subject of in #
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vention, as follows:
The additional device for the extinction of the arc at the time of violent overloads is designed as a hermetically sealed bomb containing compressed gases and, possibly, a combination of extinguishing liquids fulfilling at the same time the role of a hy- hydraulic system with compressed gases, the valve or the diaphragm hermetically closing the canister being opened, or deflowered, only in the event of the interruption of overloads exceeding the normal breaking capacity of a circuit breaker or a fuse.
According to another variant of the invention, the same device can be applied universally in places where electric arcs or even fires caused by them can occur, and more especially in combination with ultra-fast high-speed circuit breakers. breaking capacity mounted directly on the generator and controlled by the rotating masses of the latter (as it results from patent no. 511,619, more particularly by the rotor). In this case, the opening of the valve of the bomb filled with compressed gas or the defloration of the membrane is particularly easy given the great mechanical energy reserved for this operation.
According to the object of the invention, small bombs filled with compressed gas, more especially G02, the gas outlets of which are closed by a thin welded membrane, as used are used. for example commonly to obtain carbonated water and which are mass-produced with good results.
For the arc blowing in circuit breakers with very high breaking capacity and voltage of 120,000 volts, there are 300 to 700 DM3 to be projected on the initiated arc, in order to obtain extinction and 30 to 100 liters in compressed air circuit breakers for medium voltages, that is to say up to 30,000 volts (breaking capacity approximately 100,000 KVA), the gas pressure reaching 5 to 20 kgs / cm2. However, a small bomb 10 cms high and 4 cms in diameter can contain 60 DM3 of extinguishant gas at 10 atmospheres or 120 DM3 at 20 atmospheres, that is a quantity largely sufficient to interrupt the powerful electric energies.
The quantity of gas could be considerably reduced if one used, instead of compressed air, gases which are more energetic for the extinction of the arc or extinguishing liquids under gas pressure.
According to another variant of the invention, the blowing process takes place first of all by a powerful jet of extinguishant liquid in the arc, followed by a gas jet, the extinguishant liquid arranged in the receptacle. containing the compressed gas which can serve at the same time as a hydraulic valve.
The aforementioned principle and its practical and simple implementation will emerge best from Figures 1 to 7 where Figure 1 shows a high breaking capacity fuse with two symmetrical bombs, deflowered by mechanically controlled needles.
FIG. 2, the device of a fuse opening the interchangeable bombs containing the extinguishing gases and liquid by a maxima electromagnet or by an electrodynamic device.
FIG. 3 represents the fusible wire device used in the device according to FIG. 2, while FIGS. 4 and 7 diagrammatically represent an example of the needle device deflowering gas bombs.
FIG. 5 represents, according to the object of the invention, the electrodynamic device pushing the bomb containing the compressed gases against the fixed deflowering needle. On the other hand, FIG. 6 represents another variant of the same device, the deflowering needle being housed at
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inside the bomb and controlled by a core of an electromagnet with magnitude or by an electrodynamic device, these devices being able to be used in other applications for example as extinguishers of "flash" between the brushes of the commutators , etc ...
The fuse, according to figure 1, consists of a metal cover 1 which can serve at the same time as a socket, in which are housed two small bombs 2 and 3 containing the compressed gases, possibly with liquid. fire extinguisher, the gas outlet orifices of which penetrate into the chamber (4) preferably of insulating material, containing the fusible wire 5 suspended between the support of the current outlet collar 6. A needle system 7a , 7b, connected in the form of a toggle by axis 8 is provided to deflower the compressed gas outlet orifices at the moment when energetic intervention in the blowing process is required (these needles resting on the membrane 9 and 9a (fig. 4 or 7) hermetically closing the opening of the small bombs 2 and 3).
The toggle is linked with the piston 10 attracted in the direction of the arrow S by the spring 11, said piston preferably being located above the orifices covered by the membrane 9,9a.
The flexible cover 12 can be detached from the enclosure 4 at the moment when the pressure therein reaches a determined limit.
The device works as follows:
In the event of overloads that commonly occur and do not exceed a determined value, for example 10 to 15 times the nominal current, the fuse wire (which can be specially for an overcurrent of this overload order housed freely in the protective enclosure ,) melts without involving the compressed gas bomb, the slight increase in the pressure of the gases produced by the volatilization of the fusible wire being insufficient to actuate the piston 10 controlling the needles 7a, 7b, deflowering the bombs 2 and 3.
On the other hand, in the event of a violent overload cut-off, the compressed gases in the chamber 4 set the piston 10 in motion, deflowering the orifices 9,9a of the bombs, the needles 7a, 7b then withdrawing from the orifices at the moment. where the toggle 7a, 7b, 8 exceeds the dead center 0, 0 '. At this moment, the gases promoting the extinction of the arc are directed towards it, and the pressure in the enclosure 4 having reached a determined value, blows the cover 12 to cause their escape and ex - expansion.
In FIG. 2, the defloration of the bomb 2 is carried out by a system similar to that described above, the toggle being controlled by the core 13 of an electromagnet 14 or by an electro-dynamic system. The operation causing the defloration of the above-mentioned bomb 2 can be obtained, according to the object of the invention, by an electromagnetic or electrodynamic device shown in FIGS. 5 and 6.
The bomb 7 supported in the normal position by the spring 27 or the membrane 27a is provided with a conductive ring 25 disposed against the coil 24 (or coil thereof) through which the main current to be monitored.
The cover 9 is placed against the needle 23. At the time of strong short circuits, the bomb is pushed back by the electroedynamical forces exerted between the ring 25 and the turns 24 against the needle 23.
Another alternative, still according to the object of the invention, is shown in FIG. 6 in which the core 13 carrying the needle 26 is attracted by the winding 14 arranged outside the bomb, the core 13 being accelerated by the magnetic field created by the aforementioned winding during the path X striking the stud 28 on the rod
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26 and thus destroying the membrane by its kinetic energy (mv2).
According to the object of the invention, the fusible wire consists of two parallel branches 15 and 16 (fig. 3), the branch 16 being dimensioned in such a way that it melts before the branch 15.
The branch 16 is preferably made as a wire housed in the tube 17, the enlarged orifice 18 of which is opposite the orifice 19 of the bomb 2.
At the time of strong overloads or short circuits, the value of which can be adjusted by the spring 22 supporting the movable core 13, the blowing process develops as follows:
After the membrane 9 has deflowered by the needle system controlled by the core 13, the extinguishant liquid 20 is projected into a tube containing the fusible wire 16, discourcing by its fusion the resistant wire 15, the system of two parallel fuse branches thus behaving as resistance circuit breaker.
The extinguishing liquid can be followed by the gases promoting the extinction of the arc (of reduced importance) caused by the melting of the branch 15. It can be seen that the device described above eliminates the great drawback of fuses known until now. now consisting of the need to change the entire cartridge when it has been operated at relatively harmless overloads, as is observed in most cases.
It is perfectly possible to execute the fusible wires in a manner which allows their rapid replacement on site.
The same principle can be used in any circuit breaker device. It suffices to insert, under the contacts of these devices, the outlet opening for the extinguishing liquids or the compressed gases contained in the enclosure; the opening of said enclosure being caused by an electromagnet with maximum intensity or by an electro-dynamic device.