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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.