Procédé pour couper un circuit éléctrzque, et appareil pour sa mise en aeuvre. L'invention se rapporte à un procédé pour couper un circuit électrique..
Les procédés employés jusqu'ici pour couper l'arc se formant par exemple lors de l'ouverture d'un interrupteur ou de la fusion d'un fusible, reposent sur l'allongement du- dit arc par séparation des contacts, avec ou sans soufflage magnétique. Dans le cas de dispositifs à bain d'huile, l'énergie libérée par l'arc est quelquefois @si considérable que l'interrupteur est endommagé ou détruit, et que des incendies prennent naissance.
Mais il a été trouvé que cette libération excessive d'énergie est .due à un allongement exagéré de l'arc par exemple par soufflage magné tique et qu'on peut la réduire considérable ment en provoquant la rupture du circuit au moyen d'arcs plus courts.
L'invention peut s'appliquer en particu lier aux circuits de force importants.
Le procédé consiste à communiquer à l'arc et à l'une au moins des surfaces entre lesquelles il se forme, un mouvement rela-
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l'arc, ce mouvement étant de longueur et de vitesse choisies d'avance.
Le procédé s'applique à des interrupteurs et à des coupe-circuits; le mouvement peut y être intermittent et se produire au moment du clanchement et .du déclanchement. On sait que dans des circuits à courant alternatif, l'arc ne peut se reformer que difficilement après le passage du courant à la valeur 0.
Le procédé peut comprendre un champ électromagnétique s'opposant à ce que les racines de l'arc se déplacent au delà d'une position choisie d'avance dans la direction du mouvement; ce champ peut être en outre prévu de façon à obliger au moins une. des racines de l'arc à se mouvoir sur la surface d'au moins un contact vers des places froi des sans accentuer sensiblement l'allongement de l'arc dû à l'écartement progressif des contacts.
Dans le procédé selon l'invention, on peut faire en sorte que la vitesse du mouvement; soit plus grande que celle avec laquelle la
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placer d'elle-même dans la, direction du mouvement. Il en résulte que l'arc est éteint alors que la distance entre les contacts est encore faible.
Dans le cas du courant alter natif par exemple, la vitesse du mouvement peut être suffisante pour que l'une au moins des extrémités de la bulle de gaz qui se forme pendant une demi-pulsation -du cou rant puisse se déplacer d'une place chaude, produite par l'arc sur l'un au moins des contacts pendant ladite demi-pulsation, vers une place froide des mêmes surfaces, avant que l'arc soit reformé dans le demi-cycle sui vant.
Par demi-pulsation il faut entendre l'onde entière de courant la plus longue qui puisse se présenter, soit positive, .soit. néga tive; dans le cas @du court circuit, cette demi-pulsation peut avoir la durée d'un cycle entier, le courant pouvant, clans ce cas, être déplacé entièrement d'un même côté de l'axe des abscisses et former une pulsation, soit entièrement positive, soit entièrement négative. On voit que l'on a cherché à utiliser cet avantage que l'arc prend naissance bien moins facilement sur une surface froide que sur une chaude.
Les surfaces entre lesquelles l'arc se forme sont de préférence séparées avant le mouvement relatif, ou pendant ce dernier, et elles sont écartées dans la direction dudit mouvement.
La longueur de celui-ci est choisie au moins égale à v
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où v est la. vitesse relative moyenne pendant le temps
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t la. .durée de séparation des contacts, comptée entre le moment où l'arc prend naissance et celui où la, position d'ouverture est atteinte, et ii, la fréquence.
Le mouvement relatif peut se produire naturellement soit entre le contact et le li quide, et l'arc, soit entre l'arc et le contact, et le liquide.
L'invention se rapporte aussi à un ap pareil pour la mise en ceuvre du procédé. Le dessin annexé en représente schéma tiquement cinq formes d'exécution, données à titre d'exemple, ainsi qu'une variante. Dans ce dessin: Fig. 1 est une coupe verticale d'une pre mière forme d'interrupteur bipolaire; Fig. 2 est, en perspective et à plus petite échelle, une vue de l'aimant qu'il comporte; Fig. 3 représente des parties d'une va riante;
Fig. 4 et 5 sont deux vues verticales, en position de fermeture, respectivement d'ouver ture, d'une seconde forme d'exécution, et Fig. 6 est un plan partiel des parties représentées à. la fig. 4; Fig. 7 et 8 sont deux vues d'un troisième interrupteur en position fermée et respective ment ouverte; Fig. 9 en est une coupe horizontale;
Fig. 10 représente en élévation une qua trième forme d'exécution, et Fig. 11 est une coupe suivant 11-11 de la fig. 10; enfin Fig. 12 est une vue en élévation d'un coupe-circuit à fusible.
Dans ces diverses figures, les mêmes chif fres désignent des pièces joùant le même rôle.
Faprès fi,-. 1, 20 est une barre mobile actionnée par une tige 21; 22 est un contact double fixe coopérant avec la, barre ?0 et portant un contact auxiliaire 23; ce contact 23 est appuyé par un ressort 25 contre un contact 24 de forme coudée et possédant un genou fixé à la. barre mobile 20. Une butée 26 sert à. limiter la. course du ressort 25.
Un noyau de fer 27, ayant la forme représentée par fig. ? et isolé des pièces sous courant, est disposé de manière que ses pôles 28 ne se trouvent qu'à une faible distance au-dessous de l'endroit où l'are se formera. entre les contacts auxiliaires ?3 et 24; ce noyau est entouré d'une ou plusieurs spires 29 traver sées par le courant de la ligne à couper, et produit un champ magnétique qui peut être intense si on le désire et. qui constitue une barrière empêchant l'arc de descendre en suivant le mouvement des parties, mobiles de l'interrupteur. La forme choisie pour le noyau de l'électro-aimant est telle que la dispersion magnétique est aussi faible que possible.
Pour le second pôle de l'interrupteur, la même disposition est prévue.
Le fonctionnement. est le suivant: Lorsqu'on déplace la tige 21 de haut en bas pour ouvrir l'interrupteur, les genoux -les contacts mobiles 24 viennent en prise avec les contacts auxiliaires 23 avant que les contacts principaux 20 et 22 se séparent. L'ouverture du circuit se fait entre ces ge noux et les contacts 23, et cela à un moment où les pièces mobiles possèdent une certaine vitesse de translation.
Comme l'arc ne peut traverser le champ magnétique produit par l'électro-aimant, et comme le contact 24 est, coudé de façon que sa surface frottante s'é loigne du contact 23, la racine de l'arc est obligée de s'écarter du genou du contact 24 et de se déplacer jusqu'à la rupture sur les surfaces froides de ce dernier.
Il est facile de choisir l'intensité du champ magnétique et la forme -de 24 de manière que l'arc soit coupé dans un temps aussi court qu'on le désire.
Dans la variante représentée, à l'exclusion des contacts principaux, par fig. 3, chacune des pièces 24 est isolée -de la barre 20 et com porte deux genoux coopérant avec deux con tacts auxiliaires 23. Il y a donc, pour cha que pôle de l'interrupteur, deux ruptures en série. On peut d'ailleurs augmenter à vo lonté le nombre de ces ruptures.
Dans la deuxième forme d'exécution selon fig. 4, 5 et 6, le contact auxiliaire .mobile 24 a la forme d'une tige rectiligne contre laquelle un contact auxiliaire 23 est poussé par un ressort 35 qui agit sur l'extrémité de la tige 34 dudit contact. Cette dernière peut coulisser dans un logement tubulaire 33 qui est porté lui-même en 32 par une ge nouillère 30 dont l'articulation fixe est en 31. Un ressort 38 tend à fermer la genouil lère, comme le montre fig. 5.
Le fonctionnement est le suivant: Quand on agit de haut en bas sur la tige 21, le contact mobile, principal porté par la
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<B>7_ <SEP> nn <SEP> 7 <SEP> .7 <SEP> 1 <SEP> n <SEP> n <SEP> n# <SEP> nn</B> les contacts auxiliaires 23 demeurent en prise avec la tige 24 et cela jusqu'à ce qu'un crochet 36 porté par la barre 20 entraîne une saillie 37 portée par la genouillère; dès que celle-ci est déformée, le ressort 38 agit et provoque une rupture rapide de l'arc. Comme précédemment, un électro-aimant 27 est pré vu près de l'arc pour s'opposer au passage de celui-ci.
On pourrait donner à la tige 24 une forme coudée, semblable à celle de fig. 1 comme, représenté en traits mixtes sur fig. 4- et 5.
Les fig. 7, 8 et 9 représentent une troi sième forme d'interrupteur unipolaire, dans lequel les contacts sont formés par deux secteurs 40 pouvant tourner chacun autour d'un pivot 45 qui peut se déplacer horizon talement dans une coulisse 46 pratiquée dans une pièce fixe 47; les pivots 45 sont portés par les bras 41 de deux genouillères dont les autres bras 42, 43 ont la forme de leviers coudés peuvent pivoter sur deux chevilles 44.
Le fonctionnement est le suivant: Dans la position de fermeture de l'inter rupteur (fig. 7), une traverse 39 fixée à l'extrémité -de la partie mobile 21 de l'inter rupteur appuie de bas en haut sur l'extré mité des bras 43; cette pression se com munique par les bras 42 et 41 et par les pi vots 45 aux deux secteurs 40, qui appuient par suite fortement l'un contre l'autre et assurent le contact.
Dès que la tige 21 est mue de haut en bas, .des ressorts 50, exer çant une traction sur les bras 43, écartent les secteurs 40 pendant que ceux-ci, action nés par deux coulisses 49 qui agissent sur deux chevilles 48, prennent un mouvement de rotation autour de leurs pivots 45, et viennent finalement dans la position re présentée par fig. 8, Un électro-aimant 27, 28 (fig. 9) pro duit un champ magnétique,
qui est localisé au-dessous @de la position où l'arc se forme et qui constitue un obstacle au déplacement
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<B>1 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 1</B> La quatrième forme :
d'exécution, repré sentée en vue verticale par fig. 10, et en coupe horizontale par fig. 11, comporte un disque de contact 20 mobile, fixé à la tige 21 et auquel des moyens non représentés sur le dessin, .mais faciles à imaginer, com muniquent, pour l'ouverture, un mouvement de rotation en même temps qu'un mouvement vertical de haut en bas. La partie fixe de l'interrupteur porte des contacts 22, 24 et 122; ces derniers, en forme de pistons, peu vent se déplacer légèrement dans leur loge ment.
Le fonctionnement est le suivant: Dans la position de fermeture (fig. 10), le courant passe, par les contacts 22 et 122, ces derniers étant appuyés contre le disque par des ressorts 51, mais non par les contacts auxiliaires 24. Au fur et à mesure que, tout en tournant, le disque 20 s'abaisse, il se sé pare des contacts 22, puis vient en prise avec les contacts 24, ensuite se sépare des contacts 122 et enfin établit deux arcs entre lui et lesdits contacts auxiliaires 24. Ces arcs se forment donc à un moment où la vi tesse angulaire du disque est élevée, et leur racine se déplace sur le disque.
En outre., un électro-aimant 27, dont l'ar mature est constituée par un cylindre @de fer 52 porté par la tige 21, crée un champ magné tique qui s'oppose à l'allongement des ares.
Il suffit que la vitesse du mouvement de rotation du disque soit maximale quand ce lui-ci quitte les contacts 24; cette vitesse doit être maintenue pendant
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seconde, où n indique la fréquence du courant.
Le disque 20 peut être perforé à sa péri phérie, formé d'un certain nombre de seg ments séparés les uns des autres et portés chacun par un bras, ou établi de toute ma nière propre à s'opposer à une succion inop portune de la bulle de gaz, ou de manière que les surfaces de contact s'éloignent de ladite bulle.
La fig. 12 est une vue verticale d'un coupe-circuit à fusible; celui-ci se compose de. deux châssis conducteurs du courant 60, de deux leviers 61 pivotés en 62 sur les dits châssis et également conducteurs, et d'un élément fusible 63 placé entre les extré mités inférieures des leviers et tendant à les maintenir rapprochées.
Chacun des deux châssis, avec les parties qu'il porte, mais à l'exception du fusible, est isolé électriquement de l'autre, et poussé ver ticalement de haut en bas par un puissant ressort 64; quand l'élément fusible est in tact, la position des organes ,de l'interrup teur est celle que montre la. fig. 12, les châs sis 60 étant accrochés à l'extrémité de sup ports isolés 65 par des crochets qui termi nent les leviers 61.
Quand, par contre, le fusible se rompt, des ressorts 66 font basculer les leviers 61 dans la position indiquée en traits mixtes sur fig. 12 et les décrochent des supports 65; les châssis 60 peuvent alors descendre sous l'action des ressorts 64 et l'arc qui a pris naissance au fusible s'établit entre deux organes de contact 67 solidaires de chacun des châssis.
Un électro-aimant 2 7 produit, entre ses pôles 28, un champ localisé se trouvant au- dessous de la place où l'arc prend naissance. et s'opposant à son déplacement de haut en bas.
Dans les formes d'exécution qui viennent d'être décrites, le mouvement relatif trans versal à l'arc pourrait prendre fin avant l'ouverture complète du circuit. Dans le cas d'un courant alternatif, ce mouvement rela tif ,doit durer au moins un temps égal à.
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où n est la fréquence dudit courant. Mais, si l est l'allongement dans la direction du mouvement relatif de l'arc, .mesuré à partir du point où celui-ci prend naissance, on choisira comme valeur minimale de l:
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où v est la, vitesse moyenne du mouvement transversal pour le temps
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et où t est le temps de séparation des contacts dans la di rection de l'axe de l'arc, c'est-à-dire celui qui s'écoule entre la naissance de celui-ci et le moment où la position d'ouverture extrême est atteinte, et n la fréquence.
Dans le cas .d'un coupe-circuit, ce temps t est celui qui s'écoule entre le moment où le fusible fond et celui où l'arc prend. nais sance entre les surfacés des contacts par exemple entre les surfaces 67 dans le cas de fig. 12.
Dans le cas de contacts inclinés ou in curvés, la longueur l est la projection des- dits contacts dans un plan normal à l'arc.
On a trouvé dans la pratique -que, pour le cas de fig. 1, par exemple, les valeurs sui vantes pour le champ de l'électro-aimant donnent .de bons résultats.
Densité du flux entre les faces polaires: 11000 lignes par cm\ pour une amplitude du courant de 5000 ampères; surface polaires: 50,8 mm de largeur et 25,4 mm de hauteur; vitesse du mouvement relatif entre le contact auxiliaire et l'arc, dans une direc tion transversale à l'arc: 100 cm par se conde, approximativement; .
longueur totale de l'espace où l'arc jail lit: environ 3,5 cm.
On a trouvé qu'avec les valeurs ci-des sus une puissance monophasée de 10000 kV A. sous 5000 Volts peut être coupée, l'are étant rapidement éteint avec libération d'une quan tité d'énergie relativement petite, par rap port à celle des interrupteurs usuels.
Pour des tensions plus élevées la lon gueur indiquée pour l'espace où jaillit l'arc semble être proportionnelle, mais susceptible d'être réduite, en augmentant la vitesse re lative du mouvement entre l'arc et les con tacts.
La disposition de l'électro-aimant. doit être telle que le champ auquel il ,donne naissance ne produise pratiquenient aucun soufflage sur le corps de l'arc.
Dans les constructions où le mouvement relatif des contacts et de l'arc est de même direction, comme par exemple dans le cas de fig. 12, il est avantageux de revêtir les con tacts 67 sur une courte longueur, par exemple 25,4 mm à partir de leurs extrémités infé rieures., de fer ou d'une autre matière ma- gnétique.
Enfin, on peut réduire à volonté la puis sance de l'électro-aimant et même, dans cer tains cas, supprimer complètement celui-ci.