Disjoncteur électrique à rupture de l'arc. La présente invention a pour objet un dis joncteur électrique à rupture -de l'arc, notam ment -pour courant alternatif, établi en vue de pouvoir interrompre des courants à haute tension et de grande intensité sans risque de reamorçage d e l'arc et avec un minimum de perturbation sur la ligne.
Dans les disjoncteurs à huile qui ont été jusqu'à présent utilisés exclusivement pour interrompre des circuits de grande puissance, l'interruption du courant est effectuée en tirant un arc dans l'huile afin de prévenir un reamorçage de l'arc après que la valeur du courant alternatif dans l'arc a 'passé par zéro.
Les disjoncteurs à huile actuels qui sont les seuls moyens qu'on a trouvés appropriés jusqu'à présent pour interrompre les circuits des installations de distribution à courant alternatif modernes capables de concentra tions d'énergie de l'ordre de un million de KVA, présentent de grand inconvénients. L'énergie de l'arc d'un violent court-circuit passant dans l'huile lors de l'ouverture des contacts produisant l'arc est susceptible de décomposer l'huile et de produire des gaz capables de donner lieu à des explosions.
Pour résister aux pressions formidables -dé veloppées par les gaz ainsi produits, on a enfermé les disjoncteurs à huile dans des ré cipients à huile énormes de construction mas sive.
Par suite des difficultés sus-énoncées, la construction rationnelle des disjoncteurs pour des installations de distribution d'énërgié électrique est devenue tout aussi importante que la construction de l'équipement généra teur fournissant le courant, et le coût de l'équipement interrupteur atteint souvent celui de l'équipement générateur.
Un autre grand désavantage des disjonc teurs à huile est le risque 'd'incendie et le danger pour le personnel qui .est chargé de les surveiller. Les gaz développés dans ces disjoncteurs à huile forment Vides mélanges explosifs et, dans bien des cas, les récipients à haute pression sont démolis par les explo sions y résultant, qui produisent l'inflam- mation de l'huile et mettent en danger l'ins tallation environnante et la vie du person nel.
Suivant l'invention, le disjoncteur com porte au moins une chambre à arc à travers laquelle est tiré l'arc électrique et des élé ments de désionisation électriquement con- ductifs disposés pour subdiviser ladite cham bre en petits espaces et supportés de façon qu'ils soient sensiblement incapables de con duire du courant d'arc.
Des formes d'exécution. de l'objet de l'in vention sont représentées, à titre d'exemple, au dessin annexé, dans lequel: La fig. 1 est une élévation latérale d'une première forme ,d'exécution du disjoncteur, une partie d'une chambre à arc étant repré sentée en coupe; La fig. 2 montre la chambre à arc du disjoncteur en coupe suivant la ligne II---II de la fig. 1; La fig. 3 est une vue de dessus de la chambre à arc et d'un électro-aimant de soufflage du disjoncteur; La fig. 4 est un schéma des connexions du disjoncteur;
Les fig. 5 et 6 donnent schématiquement une illustration de la désionisation de l'es pace à arc entre les deux électrodes à arc; Les fig. 7 et 8 sont des vues similaires aux fig. 5 et 6 et illustrent les conditions de progression de la désionisation lorsque des grilles sont placées dans l'espace entre les électrodes; La fig. 9 est un diagramme illustrant le phénomène se produisant après l'ouverture du disjoncteur; La fig. 10 montre une vue schématique des organes et circuits d'une seconde forme d'exécution;
Les fig. 11 à 29 se rapportent à d'autres formes d'exécution.
Les fig. 1 à 3 montrent un disjoncteur à air comprenant deux membres de contact principaux 1 et 2 montés sur des manchons isolants 3 et 4 fixés, l'un au-dessus ide l'au tre, sur un bâti de support métallique 5. Les membres de contact 1 et 2 comportent des tiges de bornes 6 et 7 s'étendant vers le côté arrière du bâti de support en passant par des perforations centrales des manchons isolants 3 et 4.
Le manchon isolant inférieur 4 et un iso lateur 11 en dessous de celui-ci supportent conjointement le support principal 12 du disjoncteur, qui porte un arbre ou pivot 13 sur lequel sont montés de façon à pouvoir tourner un bras de contact principal 14 et un bras de contact à arc 15 s'étendant vers le haut. Le bras de contact principal 14 main tient un balai de contact principal 17, cons titué de lames de cuivre, contre les membres de contact principaux 1 et 2.
Le bras de contact à arc 15 s'étendant vers le haut du disjoncteur porte un sabot de contact arqué mobile 19 s'engageant avec un membre de contact à are stationnaire 20, pour effectuer l'interruption finale idu cir cuit. Le membre de contact à are stationnaire possède un léger mouvement culbutant, ce membre étant pressé vers le bas, contre le sabot de contact 19, à l'aide d'un ressort.
Le membre de contact stationnaire 20 est con necté, au moyen d'un conducteur flexible 22, avec une borne 23 d'une bobine électro- magnétique de soufflage 24, l'autre borne, 25, de cette bobine étant connectée électri quement avec un cadre de support métallique 26 qui est en relation de conductibilité élec trique avec le membre de contact principal supérieur 1. Le sabot de contact à arc mo bile 19 est connecté électriquement avec le bras oscillant 15 lequel, à son tour, est con necté avec le membre de contact principal inférieur 2 par une dérivation flexible 27 ad jacente au pivot 13.
Les bras interrupteurs 14 et 15 sont ac tionnés par un mécanisme à genouillère com portant un levier coudé 28 qui est pivoté en 29 dans le support d'interrupteur 12. A l'ex trémité intérieure du levier coudé sont arti culées deux biellettes 30 et 31 qui sont con nectées aux deux bras interrupteurs 14 et 15 respectivement. Le bras interrupteur 15 est tiré vers sa position d'ouverture par un res sort 32 et la biellette de genouillère 31 qui y est reliée, est disposée au-dessus de la ligne des centres de la. 'genouillère de façon à verrouiller l'interrupteur en position de fermeture. Le disjoncteur est déclanché en déplaçant l'extrémité extérieure du levier coulé 28 vers le haut, ce qui débloque le mécanisme à genouillère.
Lorsque l'interrupteur est déclenché, le sabot à arc mobile 19, qui est de forme ar quée, ne rompt le contact avec le membre de contact stationnaire 20 qu'après que les mem bres de contact principaux 1 et 2 ont été dégagés du balai de contact principal 17. On a prévu également une paire de mem bres de contact auxiliaires 33 et 34 pour soustraire les membres de contact princi paux aux arcs se produisant incidemment lors du transfert du courant des membres de con tact principaux au circuit de dérivation in ductif comprenant les membres de contact 19 et 20 de rupture finale du courant et la bobine de soufflage 24.
Comme représenté à la fig. 1, le membre de contact auxiliaire stationnaire 33 est monté sur le cadre 26 qui est en contact électrique avec le membre de contact principal supérieur 1, et le mem bre de contact auxiliaire mobile 34 est monté au somet du balai de contact prin cipal 17 qui est en contact électrique avec le membre de contact principal inférieur 2 par le bras interrupteur 14. Le membre de con tact auxiliaire mobile 34 est pivoté en 35 et est pressé contre le membre de contact station naire à l'aide d'un ressort 36 afin d'assurer un mouvement de roulement et -de culbute lors de l'engagement ou du dégagement du membre de contact auxiliaire stationnaire 33.
Pour l'extinction @de l'arc tiré entre les membres de contact à arc 19 et 20 on a pré vu des moyens décrits ci-après. Une chambre à arc 40 est prévue au-dessus des membres de contact à arc 19 et 20;
La partie infé rieure de la chambre se" termine en deux plaques à arc 41 et 42, en forme de corne, la plaque 41 étant en relation de connexion électrique avec le membre de contact à arc stationnaire- 20, et la.plaque 42 étant pour vue de doigts élastiques 43 qui s'engagent avec le sabot de contact à arc mobile 19 lors que ce dernier est dans -sa position d'ouver ture finale, de façon que l'arc est transféré des membres de contact à arc 19 et 20 aux plaques en forme de corne 41 et 42 condui sant à la chambre à arc 40.
La chambre 40 est composée de quatre plaques conductrices verticalés espacées 44, 45, 46 et 47, devisant l'espace entre les ex trémités supérieures des plaques ,à arc en forme de corne 41 et 42 en trois chambres à arc séparées, connectées en série, 48, 49 et 50, les deux plaques extérieures 44 et 47 étant en connexion électrique avec les plaques à arc 41 et 42, respectivement. Chaque chambre à arc est subdivisée en un grand nombre de petits espaces au moyen de feuilles ou gril les conductrices 51 disposées parallèlement aux plaques à arc terminales 44 à 47. Les feuilles conductrices 51 sont réticulées comme il sera expliqué ci-après.
Dans la forme d'exé cution représentée à .la fig. 1, ces feuilles consistent en des grilles de fil -de laiton.
L'espace entre les plaques à arc en corne 41 et 42 est enfermé sur les côtés par de grands écrans isolants 52 s'engageant avec les bords des plaques. La, chambre à arc 40 est enfermée de façon analogue par des pla ques isolantes 53 s'engageant avec les bords des plaques 44 à 47.
L'arc électrique est forcé de passer dans les chambres à arc 48, 49 et 50 au moyen de la bobine de soufflage 24 qui est pourvue d'un noyau de fer feuilleté en fer à cheval 54 se terminant par des plaques polaires 55 et 56, les plaques 56 étant plus larges et étant disposées en engagement avec les parois isolantes 52 et 53, comme représenté à la fig. 2.
La fonction de la bobine de souf flage 24 est d'obliger le courant d'arc à se déplacer latéralement dans l'espace traversé par les feïiilles-grilles 51, pendant un inter- valle de temps qui est court en comparaison de la demi-période du courant alternatif du circuit auquel le disjoncteur est connecté, le courant d'arc se répartissant ainsi à travers ou entre les feuilles-grilles lorsque la valeur du courant passe pour la première fois par zéro après la production de l'arc.
Les feuilles-grilles 51 s'étendent à tra vers toute la largeur des chambres à arc, en tre les parois isolantes 53, et sont isolées en tre elles par des bandes isolantes 57 en mica ou autre matière résistant à la chaleur, comme représenté à la fig. 2, en laissant un passage d'air sensiblement non obstrué entre les plaques d'électrodes à arc opposées au milieu de chaque chambre.
Les feuilles-grilles ajourées 51 sont éta blies de préférence de façon à permettre l'établissement d'un arc continu entre les électrodes à arc et à affecter aussi peu que possible le jeu ou répartition de l'arc. Ce pendant, lorsque la valeur du courant de l'arc passe par zéro au commencement de la période suivante, les feuilles-grilles occu pant l'espace entre les électrodes à arc exer cent une énorme action de désionisation, comme il sera décrit plus loin, en rétablis sant rapidement la condition isolante primi tive de l'espace d'air dans une ou plusieurs des chambres à arc et en empêchant le ré- amorçage de l'arc après l'augmentation de la tension aux bornes qui suit l'extinction de l'arc dans ces chambres.
La chambre à grilles 40- est @de grandeur- suffisante, en comparaison de la vitesse du mouvement de l'arc dans celle-ci, pour as surer que l'interruption finale de l'arc soit accomplie à l'intérieur de la chambre. Le mouvement de l'arc à l'intérieur de la cham bre est rendu assez rapide pour empêcher une fusion des grilles ou une destruction de l'isolation près de l'arc dans des conditions de décharge ordinaires.
Afin de pouvoir comprendre l'action de désionisation des grilles utilisées dans les chambres à arc ou de désionisation du dis- joncteur, il sera utile de discuter brièvement les phénomènes qui se produisent dans des décharges à arc de courant alternatif.
Dans des conditions ordinaires, l'air et d'autres gaz sont d'excellents isolateurs. Ce pendant, lorsqu'on applique un potentiel suffisamment élevé à deux électrodes sépa rées par un espace d'air, l'état isolant nor mal @de l'air se trouve subitement changé en un état conducteur. Ce changement, connu comme décharge à étincelles, s'explique comme suit: L'air a normalement un degré d'ionisa tion très petit dû à la radiation d'éléments radioactifs dans la terre. Sous l'influence de petites augmentations de potentiel .électrique, cette ionisation provoque une légère conduc- tibilité qui ne peut être détectée que par les instruments les plus sensibles.
Sous l'in fluence de grands gradients-de potentiel élec trique, ces quelques ions se meuvent très ra pidement et leur collision avec des molécules neutres peut être tellement énergique qu'ils peuvent en scinder ou rompre quelques-unes en parties à charge positive et à charge né gative. De cette façon il se forme de nou veaux ions et électrons.
Supposons par exemple qu'il y ait un seul électron libre entre deux électrodes auxquel les une tension excédant une valeur de limite critique est appliquée. Cet électron se meut rapidement vers l'anode, et on supposera que parmi son grand nombre de collisions avec des molécules neutres, 1000 soient suffisam ment énergiques pour en produire la rup ture. On aura donc alors 1000 ions positifs nouveaux et 1000 ions négatifs nouveaux. Les 1000 ions positifs se mettent en mouve ment vers la cathode. Les ions positifs qui ont une masse .bien plus grande, sont beau coup moins efficaces que les électrons pour produire une ionisation par choc.
Supposons encore que ces ions positifs, dans leur mou vement vers la cathode, produisent seulement deux électrons nouveaux près de la cathode, Ces deux électrons se mouvant vers l'anode produiront alors 2000 paires d'ions nou veaux. Les 2000 ions positifs se mouvant vers la cathode produiront quatre électrons nouveaux; ces quatre électrons produiront 4000 ions positifs, et ainsi de suite jusqu'à ce qu'une grande conductibilité soit établie.
Le nombre de paires d'ions positifs et né gatifs produites par choc par un électron, par centimètre dans la direction du champ électrique, augmentera rapidement en fonc- tion- du gradient -de tension électrique.
Aussitôt qu'une décharge a été amorcée par l'opération d'ionisation par choc, comme susdécrit, le champ électrique subit une distorsion. Un fort gradient de tension est développé dans une couche mince, connue comme espace obscur de cathode, adjacente à la cathode. La chute de tension dans cette couche mince, ou la chute de tension à la cathode, est de l'ordre de grandeur de 300 volts pour les électrodes ordinaires dans de l'air.
Si les électrodes sont froides lorsque la décharge a lieu et que la densité île courant n'est pas trop élevée, la décharge affecte la forme d'une décharge luminescente, dans laquelle les ions positifs, et dans une plus petite mesure les électrons et les ions négatifs, se mouvant à travers le champ de gradient élevé de la chute de tension cathodique vers la cathode et l'a node, respectivement, continuent de produire ,de nouveaux électrons et ions par collision avec les molécules d'air .dans la couche mince dans laquelle se produit la chute de tension cathodique en fournissant de cette manière suffisamment. d'électrons et d'ions pour pro duire un état de conductibilité élevée, ou un faible gradient de voltage, dans le reste de l'espace.
Si l'énergie est suffisante en un point près de la cathode pour élever sa tempéra ture à un degré -tel qu'elle commence à émet-, tre des électrons par voie thermionique, ou pour chauffer une couche de gaz tout près de cet endroit à une température telle qu'il s'y produit une ionisation thermique, le-cou- rani se concentrera à cet endroit. Ceci est appelé décharge à arc.
La chute de tension à la cathode devient--alors beaucoup plus pe= tite que dans la décharge luminescente, parce que la conduction nécessaire est produite par une émission d'électrons thermioniquë, ou par une ionisation thermique de gaz tout près- de la cathode plutôt que par ionisa- tion par choc.
Il. est nécessaire, toutefois, que la chute de tension ans la mince couche voisine de la cathode soit suffisamment éle vée, afin que l'énergie fournie disponible puisse maintenir la cathode ou le gaz adja cent à une température produisant l'émis sion thermionique ou ionisation thermique requise. Il est, en général, également néces saire que la chute de tension dans la mince couche voisine de la cathode soit suffisam ment élevée pour y produire des électrons par ionisation pour -neutraliser la charge d'espace .des électrons.
Pour des matières d'électrodes ordinaires, une tension de vingt volts est suffisante pour les buts qui vien nent d'être mentionnés.
En plus de la chute de tension à la ca thode, il y a une chute de tension de dix volts environ près de l'anode de l'arc. Des ions positifs sont produits dans le champ de la chute mentionnée en dernier lieu, par col lision des électrons se mouvant rapidement émanant de la cathode. Une température éle vée à l'anode n'est pas essentielle pour le maintien de l'arc.
L'augmentation de tension dans la partie principale de l'arc, entre les régions immé diatement adjacentes à la cathode et à l'a node, est très petite. Il n'est d'habitude pas suffisant de produire une ionisation par choc sensible. Les ions positifs nécessaires pour neutraliser la charge d'espace des électrons dans la partie principale du -parcours de l'arc résultent probablement de l'ionisation thermique,du gaz. Ainsi, dans un arc électrique, -la plus grande partie du courant est portée par les électrons animés d'un mouvement rapide qui se meuvent de la cathode et tendent vers l'anode.
L'espace- entre la cathode et l'anode est rempli d'ions positifs- neutralisant - la charge d'espace des-électrons et rendant l'arc hautement conductible. Les ions positifs sont produits par choc dans les espaces près de la cathode et de l'anode, et dans le reste du parcours de l'arc par ionisation thermique.
Dans un arc -de courant alternatif, le cou rant d'arc passe périodiquement par zéro. L'électrode qui était une cathode dans la période précédente devient une anode; l'a.. node -de cette période devient une cathode pour la période suivante.
Au moment exact où le courant devient zéro, l'espace entre les électrodes est encore fortement ionisé. Le gradient de la tension est presque zéro à travers tout l'espace d'arc de façon qu'il n'y a point d'ionisation par choc. L'électrode qui est sur le point de deve nir une cathode, est à une température trop basse pour émettre des électrons par voie thermionique. Une production thermique d'ions dans le gaz est rapidement réduite par le refroidissement du gaz. Très peu après que le courant est à zéro, la production d'ions nouveaux a pratiquement cessé.
En même temps, l'espace entre les élec trodes est rapidement désionisé. Une cer taine proportion des électrons viendra suf fisamment près d'ions positifs pour se réunir de nouveau avec ceux-ci, neutralisant ainsi leurs charges. L'importance de cette recom binaison est proportionnelle à la densité des ions positifs et négatifs dans l'espace. S'il n'y a pas de nouvelle alimentation en ions, la recombinaison réduira la densité d'ionisa tion inversement avec le temps. L'espace perd ainsi sa conductibilité et; si la forma tion d'ions nouveaux peut être empêchée, l'arc ne se rallumera. pas.
En se référant à la fig. 5, les signes -I- et - représentent les ions dans une dé charge à arc dans l'air, entre une électrode 79 qui est sur le point de devenir une ca thode, et une électrode 80 qui est sur le point de devenir une anode, au moment où la tension et le courant sont à zéro. I1 se pro duit une recombinaison, de façon qu'à la fig. 6, qui représente l'état de choses s'éta- blissant un peu plus tard, la densité d'ioni sation est réduite.
Pendant le temps s'écou lant entre les conditions représentées aux fig. 5 et 6, la tension s'est élevée en produi sant un gradient de tension qui fait éloigner les électrons de la cathode 79 et qui fait mouvoir les ions positifs vers la cathode 79.
De cette manière, il s'est formé une ré gion 81 près de la cathode qui est presque dénuée d'ions, et il n'y a que peu d'ions po sitifs en mouvement lent dans ladite région, sur leur chemin à la cathode. L'espace 81 adjacent à la. cathode aura ainsi une résis tivité beaucoup plus élevée que le reste de l'espace et, par conséquent, la plus grande partie de la tension appliquée aux électrodes apparaîtra dans ledit espace près de la ca thode, en y engendrant un champ électrique de gradient élevé. Après quelque temps, les électrons seront repoussés encore davantage de la cathode et l'étendue en épaisseur de la région à haute résistance augmentera encore.
Un écran similaire désionisé 82 apparaî tra également près de l'anode. Par suite de la mobilité relativement élevée des élec trons, le gradient dans cet écran sera beau coup plus petit que celui à la cathode; on n'en tiendra plus compte dans la suite.
Ainsi, comme résultat de l'action du champ électrique; deux régions de différentes caractéristiques seront produites. Dans la région 82 adjacente aux anodes, le gradient électrique est très faible et la perte d'ions se produit principalement par l'opération de recombinaison précédemment décrite. La ré gion 81 adjacente à la cathode est presque complètement désionisée par suite de la. ré pulsion entre la cathode et les électrons. La limite entre la région 81 et les espaces ioni sés continue à s'éloigner -de la cathode à. me sure que la désionisation progresse.
Pendant que la région désionisée 81 près de la cathode croît ainsi en épaisseur, la tension appliquée augmente également. Si la. valeur de l'augmentation de tension est telle ment élevée qu'elle communique à l'écran à haute résistance un gradient de voltage suf- fisant pour mouvoir le relativement petit nombre d'ions positifs restant dans ledit écran avec une vitesse à laquelle ils-produi- ront une ionisation thermique ou ionisation par choc, cette région perdra sa résistance élevée.
La tension qui serait autrement absorbée par l'écran à la cathode, est alors transférée à la masse de gaz encore hautement ionisée et hautement conductible, un puissant cou rant se produit et l'arc se rallume.
Si toutefois la désionisation progresse tellement vite que l'épaisseur de l'écran -à la cathode désionisé croît dans une mesure telle que le gradient de voltage dans cette ré gion n'atteint jamais une valeur .à laquelle une ionisation par choc se produit, et l'éner gie fournie n'est pas suffisante pour pro duire une ionisation thermique, l'espace en tier entre les électrodes devient graduellement isolant et l'arc ne se rallume pas. Le circuit est par suite interrompu.
Une analyse des phénomènes se produi sant à la suite de l'ouverture des contacts à arc d'un disjoncteur à courant alternatif, de la manière décrite ci-dessus, indique la mesure admissible d'augmentation de ten sion à laquelle il ne se produirait point de rallumage de d'arc entre des contacts tels qu'on les utilise ordinairement.
On a trouvé qu'avec un disjoncteur ordinaire opérant à l'air, la mesure admissible d'augmentation de tension est tellement basse qu'il n'est pas faisable d'établir des disjoncteurs industriels à grande intensité pour toutes tensions au- dessus de /valeurs relativement basses, en rai son des limitations physiques imposées par la matière des contacts, l'écartement des élec trodes et les constantes du circuit qui doit être interrompu.
Ainsi, pour une paire d'élec trodes de cuivre avec un écartement de 25 mm, par exemple, la mesure de désioni- sation est telle qu'il faut limiter la mesure de l'accroissement de tension à moins de 1 X 106 volts par seconde, si un rallumage doit être empêché. Si 'le courant alternatif devant être inter rompu est en phase avec la tension, c'est-à- dire si le facteur de puissance est égal à un, la mesure de l'accroissement de tension est celle de l'anode de la tension alternante.
Les circuits et conditions ordinaires, pour les quelles les disjoncteurs doivent travailler en pratique, demandent cependant l'interrup tion de courants ayant un facteur de puis sance considérablement différent de l'unité. Dans ce cas, la mesure maximum d'accroisse ment de tension aux bornes du disjoncteur dépend principalement des constantes du circuit. Ainsi, dans un circuit inductif, l'ac croissement de tension aux bornes ouvertes est presque instantané.
L'accroissement de tension dans ces con ditions peut, toutefois, être réduit à des va leurs plus petites en connectant une résis tance appropriée en parallèle avec les bornes de contact ouvertes. Pour limiter la mesure d'accroissement de tension à moins .de 1 X 10s volts par seconde, dans le cas susénoncé d'un écartement des contacts de 25 mm et d'un circuit à 2200 volts et à 60 périodes/sec., il faudrait des résistances en dérivation de grandeur et de prix considérables.
Des colis.- tructions de ce genre n'entrent pas en ligne de compte pour des disjoncteurs industriels.
Avec la disposition représentée aux fig. 1 à 4, on obtient en première ligne une aug mentation artificielle de la mesure de dés- ionisation de l'espace de l'arc résultant du déclenchement du disjoncteur,. immédiate ment après le passage du courant d'arc par zéro, en introduisant un grand nombre de ce qu'on peut appeler cathodes _ "artificielles" dans l'espace d'arc, multipliant ainsi l'action désionisante de la cathode principale et ré duisant le temps de désionisation à une fraction de la valeur qui serait autrement nécessaire.
Les résistances en dérivation, si l'on en emploie, seront proportionnées de façon , à éviter un gradient de voltage auquel se pro- durait une ionisation par choc. Dans le disjoncteur représenté aux fig. 1 à 4, les cathodes artificielles sont établies en forme de grilles de fil 51 disposées à travers le chemin de l'arc et assemblées en une struc ture unitaire. Lorsque le bras de contact "à arc 15 s'ouvre et tire l'arc, celui-ci est souf flé vers le haut entre les grilles par le champ de la bobine de soufflage. L'arc est fendu ou scindé en trois sections d'arc en série l'une avec l'autre pour des raisons expliquées plus loin.
Dans chaque section d'arc, un flux d'arc s'étend entre les plaques terminales à arc 44 à 47, respectivement, jouant libre ment à travers les ajours dans les grilles.
Les ions qui se déchargent aux grilles de fil- sont probablement peu nombreux en comparaison du nombre d'ions constituant le flux de l'arc. Mais, au moment où la va leur du courant de l'arc passe par zéro, l'ionisation par choc a cessé et le gaz de vient trop froid pour une ionisation ther mique; il se produit une recombinaison ré duisant la densité des ions, et, à ce moment, la décharge d'ions vers les fils de grille ré duit radicalement la conductibilité de l'es pace autour des grilles. Les parties métal liques des grilles agissent ainsi, dans une certaine mesure, comme cathodes formant des centres de désionisation, comme il sera décrit plus loin.
A la fig. 7, les fils de grille 51 sont dis posés dans l'espace entre les électrodes 44 et 45 de la fig. 1, à un moment .qui se pré sente bientôt après que la première est de venue une cathode et la dernière une anode comme dans le cas de la fig. 6. Un peu avant, lorsque la valeur du courant passait par zéro, l'espace autour des grilles avait été fortement ionisé de part en part, rempli d'électrons et d'ions positifs, comme indi qué à la fig. 5.
Au moment choisi pour la fig. 7, les lignes de force du champ électrique crois- sont, entrant dans les fils de grille d'un côté et les quittant de l'autre côté, ont pour effet que les côtés de fils en face de la ca thode agissent comme anodes et que les côtés en face de l'anode agissent comme cathodes. Un écran 83 est formé sur le côté cathode de chaque fil, semblable à l'écran 81 à la fig. 6.
Sous l'influence de la tension crois sante, les écrans 83 autour de tous les fils croissent en prenant la forme représentée -à la fig. 7, jusqu'à ce que les écrans indivi duels se fondent en un seul écran 84 par des sus toute la surface d'une grille 51, comme représenté à la fig. 8, semblable, sous tous les rapports, à l'écran 81 près de la ca thode.
De la manière qui vient d'être décrite, la désionisation progresse rapidement à par tir d'un grand nombre d'écrans ou noyaux désionisants 84 agissant comme autant d'é crans de cathode. La tension croissante est maintenant répartie sur un grand nombre de régions désionisées à haute résistance, de façon que le gradient de tension est suffi samment réduit pour empêcher une ionisa tion par choc dans l'espace entre les élec trodes.
La mesure à laquelle les ajours dans les grilles sont désionisés, de façon que la grille entière commence à agir comme une seule surface désionisante similaire à la ca thode, dépend de la grandeur de ces ajours. On a trouvé que, si les ajours dans les grilles sont suffisamment petits, la mesure de l'élé vation de tension peut être de 5 X 106 volts par seconde par grille, sans danger d'ionisa tion et de rallumage de l'arc.
Ainsi, en interposant neuf grilles du ca ractère susmentionné à travers le chemin de l'arc dans l'espace entre les électrodes écar tées de 25 mm, comme dans le cas précé demment considéré, la mesure admissible de l'élévation de tension sera augmentée de moins de 1 X 10s à environ 50 X 106 volts par seconde.
Dans un circuit à 2200 volts, 60 périodes par seconde, les résistances de dérivation n'auraient à supporter qu'un peu plus de 2 6/o "du courant interrompu afin d'empêcher un rallumage. En choisissant un nombre approprié de grilles désionisantes, la mesure de désionisation peut être réglée très exactement et des disjoncteurs à air indus triels peuvent être construits pour fonction ner dans des conditions que l'on croyait jus qu'à présent tout-à-fait au delà :de l'étendue de fonctionnement possible de ces appareils.
Si le disjoncteur fonctionnait dans un circuit sans résistance composé d'une source de courant alternatif et d'une inductance connectées en série et si le circuit était inter rompu lorsque le courant est à zéro, la ten sion aux bornes d'interruption s'élèverait instantanément à la tension de crête de la source; c'est-à-dire -que la mesure de l'élé vation de tension serait infinie.
Dans tout circuit d'usage pratique, ce pendant, l'élévation de tension n'est pas ins tantané par suite de la capacité et des fuites inhérentes, mais elle est d'habitude très rapide. Lorsque le disjoncteur décrit est uti lisé dans tout circuit d'usage pratique con duisant un courant suffisamment faible, la mesure @de l'élévation de tension, dans les li mites imposées par le circuit, sera plus petite que celle qui est nécessaire pour rallumer l'arc qui est désionisé à l'aide de l'ensem ble de grilles susdécrit. Si toutefois les cou rants sont très élevés, la mesure de l'éléva tion de tension, dans les limites imposées par le circuit,
peut être plus grande que celle qui est nécessaire pour empêcher le rallu- mage de l'arc, comme .expliqué ci-dessus.
Afin d'assurer un déclenchement certain du disjoncteur, indépendamment de l'ampli tude du courant qui doit être interrompu et indépendamment des constantes du circuit, le disjoncteur représenté aux fig. 1 et 4 est disposé pour réduire d'abord le courant qui doit être interrompu à une fraction de sa valeur maximum de court-circuit, avant d'in terrompre finalement le circuit.
Dans ce but, l'arc tiré par les contacts à arc du disjonc teur est fendu -en trois sections comme pré cédemment expliqué, chaque section d'arc jouant dans une chambre séparée; la 'pre mière chambre à arc 48 est shuntée par une résistance 85, comme représenté au schéma clé la, fig. 4, la secondé chambïe à arc 49 étant shuntée par une résistance beaucoup plus grande 86, et la dernière chambre-à arc 50 étant sans shuntage.
Au fonctionnement, lorsque le bras de contact à arc 15 est ouvert, l'arc qui est tiré entre les membres de contact 19, 20 est souf flé dans les trois chambres du .disjoncteur, les trois sections d'arc étant en série. Les conditions électriques dans le circuit, sont représentées à la fig. 9, dans laquelle la courbe sinusoïdale 87 représente la tension de l'alternateur par rapport au temps, la courbe en pointillé gras 88 le courant de ligne, la courbe en pointillé mince 89 la ten sion aux bornes de la première chambre à .arc 48, et la courbe en traits mixtes 90 la tension aux bornes des deux autres chambres à. arc 49 et 50 en série.
Les conditions représentées à la fig. 9 correspondent à celles existant dans un cir cuit inductif qui impose le devoir le plus dur à la capacité d'interruption du disjoncteur. Le courant est représenté comme étant dé calé de presque 90 par rapport à la tension.
Lorsque la valeur du courant passe par zéro en 91, la tension aux bornes du disjoncteur s'élève presque instantanément à approxima tivement la valeur totale dé la tension de l'alternateur et entraînerait un rallumage. dans toutes les trois sections<B>de</B> la chambre à arc, mais par le fait que l'élévation de tension oblige un courant à passer par la ré sistance relativement faible 85, fig. 4; il se produit une mise en parallèle de la première section 48 de la chambre à arc.
La mesure de l'élévation de tension aux bornes de cette section de la chambre à -arc est ainsi abois= sée; comme représenté par la partie raide 89' de la courbe en pointillé mince 89.
Avec de fortes intensités.'-les mesures dé l'élévation de tension dans la grande résis tance ën dérivation 86 de la seconde' section 49 de -la chambre à arc 40 et dans la sec= Lion non-shuntée 50 de la' chambrè à arc serbnt tellement élevées que l'arc peut se ral lumer dans ces sections pendant la demi-pé- riode suivante, comme indiqué par la 'der- nière demi-période de la courbe de courant représentée en 88 à la fig. 9.
Toutefois, le déphasage du courant par rapport à la ten sion sera fortement modifié par le fait que la résistance 85 :est maintenant en série avec le circuit, de façon que le courant qui ali mente maintenant l'arc dans les deux cham bres à arc 49 et 50, sera presque en phase avec la tension et passera par zéro lorsque la tension est égale à zéro. En même temps, la résistance 85 réduira le courant passant par le disjoncteur à une fraction de sa valeur originale. A la prochaine inversion du cou rant, lorsque le courant passe par zéro, la mesure de l'élévation de tension sera pra tiquement celle d'une onde de 60 périodes et ne sera pas suffisante pour provoquer un rallumage de l'arc dans la seconde et la troisième section de la chambre à arc.
Lors de l'interruption de courants de grande intensité, comme dans le cas considéré ci-dessus, la première section 48 de la cham bre désionisante 40 est usuellement suffi sante pour réduire le courant interrompu à une fraction de sa valeur primitive et pour améliorer son facteur de puissance de façon que la. section non-shuntée 50 du disjoncteur est suffisante alors pour ouvrir complète ment le circuit. Dans ces cas, la seconde sec tion à arc du disjoncteur n'a aucune fonc tion à remplir.
Lorsque toutefois le courant interrompu est d'intensité faible et d'un facteur de puis sance bas, tel que le courant magnétisant de transformateurs reliés à la. ligne, la résis tance 85 shuntant la première section 48 de la chambre de @désionisation est d'habitude tellement petite en comparaison de la réac tance du circuit qu'elle est pratiquement sans influence sur l'amplitude et le facteur de puissance du courant de ligne; dans ce cas, toutefois, la seconde section 49 de la cham bre de désionisation s'ouvre ensemble avec la première. section 48 à la première valeur de zéro kdu courant.
La résistance relative ment grande 86 shuntant la seconde section de ladite chambre est suffisante pour ré- luire sensiblement le petit courant magné tisant et pour améliorer son facteur de puis sance de façon que la section non-shuntée 50 du disjoncteur est capable d'interrompre le courant résiduel avant la période suivante.
Ainsi, -dans le cas de courants relative ment puissants, avec un petit facteur de puissance, la première section de la chambre de désionisation rompt le courant à la pre mière valeur de zéro du courant, la seconde et la troisième section rompant le courant ensemble à la seconde valeur de zéro du courant. Dans le cas de courants relative- ments faibles avec un petit facteur de puis sance, la première et la seconde section rom pent le courant à la fois à la première pé riode du courant, tandis que la troisième, non shuntée, rompt le courant à la seconde période. Des courants à facteur de puissance élevé, d'intensité quelconque, sont d'habi tude interrompus par toutes les trois sections à la première valeur de zéro du courant.
Dans un disjoncteur typique construit pour 8600 volts, comme représenté à la fig. 1, trois sections de désionisation 48, 49 et 50 sont employées, chaque section mesurant par exemple 100 mm entre les bornes à arc, avec 16 grilles sur 25 mm. Les-grilles peu vent être en gaze de laiton d'une épaisseur de fil de 0,8 mm et avec des ajours d'une grandeur de 0,8 mm. Le disjoncteur est établi pour interrompre des courants de l'ordre 20.000 ampères. La résistance 85 shuntant la première section du dispositif de désionisation utilisé dans ce disjoncteur peut être de 8 ohms et la résistance shuntant la seconde section de 160 ohms.
La chute à arc aura une hauteur de 600 mm et la vi tesse du mouvement de l'arc sera approxi mativement de 30 m par seconde.
La fig. 10 montre une autre forme d'exé cution dans laquelle les trois sections d'arc du disjoncteur sont combinées en unités sé parées 91, 92, 93, chaque section ayant ses propres bornes à arc 94, 95 et 96 et des bornes auxiliaires séparées de transfert d'arc 97, 98 et 99, avec les bobines de soufflage séparées 100, 101- et 102 connectées en série avec les différentes unités d'arc.
La pre mière section à arc 91 est shuntée par une impédance en forme d'un condensateur 103 réduisant le courant d'arc à une fraction de sa valeur; la seconde section 92 est shuntée par un condensateur 104 ayant une impé dance beaucoup plus élevée pour réduire en core davantage lé courant d'arc; et la der nière section 93 est non-shuntée. Les bo bines de soufflage 100 à 102 coopérant avec les sections à arc individuelles ont un nom bre de spires croissant graduellement afin de fournir l'action -de soufflage nécessaire, les courants d'arc allant en. diminuant de sec tion en section.
La séparation mécanique des différents contacts auxiliaires ou de transfert d'arc du disjoncteur de la fig. 10 est -de préférence établie de façon que-les ouvertures des con tacts de transfert d'arc 97, 98 et 99 respec tivement se suivent l'une l'autre dans des intervalles d'une demi-période ou davantage de manière que l'arc est d'abord interrompu seulement dans la première section 91 en ré duisant le courant de ligne passant par l'im pédance en série 103. La section 92 rompt alors le courant en réduisant davantage le courant résiduel au moyen de l'impédance 104. La dernière section 93 rompt finalement le courant pour interrompre complètement le circuit.
A la place des shunts à condensateur 103, 104 représentés à la fig_ 10, on peut uti liser une résistance de shuntage, comme re présenté à- la fig. 4, ou une impédance de shuntage plus complexe.
Pour la construction du 'dispositif de désionisation utilisé dans le disjoncteur, il est avantageux d'observer les points suivants. Avant tout, il est jugé désirable de. faire les grilles avec des ajours suffisamment larges pour permettre à l'arc dé jouer à travers eux, comme s'il n'y avait pas d'obstruction dans l'espace entre les surfaces *d'électrodes opposées entre lesquelles s'établit l'arc. Il est désirable que l'arc joue librement à tra vers les orifices -des grilles sans se fendre en beaucoup de petits arcs indépendants connec tés en série.
Avec les vitesses d'arc pouvant être obtenues dans une chambre de longueur modérée et avec des courants de 10.000 am pères et davantage, il se formerait autrement des taches chaudes à la cathode fondant le métal des grilles et les vapeurs chauffées ré duiraient la mesure de désionisation.
D'autre part, il est désirable -de faire les orifices dans les grilles aussi petits que pos sible, afin d'augmenter la mesure de désioni- sation qui est d'autant plus grande que le métal des feuilles de désionisation est ré pandu plus uniformément à travers l'espace d'arc. Ainsi, la construction pratique des grilles est un compromis entre, d'une part, l'exigence -de larges ajours dans le chemin de l'arc afin d'empêcher l'arc de se fendre en beaucoup de petits arcs et, d'autre part, l'exigence de petits ajours de grilles afin d'assurer une grande mesure d'élévation de la tension de rallumage.
La mesure-limite d'élévation de tension qui peut être appliquée sans rallumage de l'arc paraît être une fonction de la grandeur des ajours des grilles, de l'épaisseur des gril les, de la distance entre les grilles et du nom- bre.des grilles. En général, la mesure-limite de ,l'élévation de tension par grille est aug mentée en réduisant la distance des grilles, en réduisant la grandeur des ajours des grilles et en augmentant l'épaisseur des- grilles.
Par exemple, avec des grilles<B>de</B> gaze de laiton tissées de fils d'un diamètre de 0,8 mm environ et avec 0,8 mm de distance entre les fils, la mesure-limite de l'élévation de tension a été trouvée de 3,3 X 10s volts par seconde par grille quand les grilles étaient distantes de 2,1 mm l'une de- l'autre, et de 5,1 X 10s volts par seconde par grille, quand leur écartement était de 0,75 mm, ce qui montre l'avantage de petites distances entre les grilles.
En outre, avec des grilles en plaques de cuivre d'une épaisseur de 1,6 mm avec des ajours circulaires d'un diamètre de 2 mm, et un écartement de 2,5 mm, la me sure-limite de l'élévation de tension a été trouvée comme étant clé 2 X 106 volts par seconde par grille.
Avec la même épaisseur de plaque, et le même écartement des grilles, mais avec des ajours de 1 mm, la mesure-limite de l'élé vation de tension fut trouvée de 3,7 X 106 volts par seconde par grille, ce qui montre l'avantage d'ajours plus petits.
Avec des grilles similaires d'une épais seur de 1,5 mm et un écartement de 0,75 mm, avec un diamètre des ajours de 2 mm, la limite de la mesure de l'élévation de tension fut trouvée de 3,4 X 106 volts par seconde par grille, tandis que pour des grilles d'une épaisseur de 2,3 mm, un écartement de 0,78 mm et un diamètre des ajours de 2 mm, la limite de la mesure de l'élévation de ten sion fut trouvée de 6 X 106 volts par se conde par grille. Cela montre l'avantage des grilles plus épaisses.
Les chiffres donnés ci-dessus montrent que l'écartement des grilles et la grandeur des ajours de ces dernières devraient être aussi petits qu'il est compatible avec les exi gences mécaniques de la. construction et le risque de fusion par suite d'arcs séparés.
De très bons résultats ont été obtenus avec -des grilles espacées de 0,78 mm l'une de l'autre. Une réduction de l'écartement clés grilles provoque des difficultés par suite du déjettement naturel de la matière des grilles quia pour effet qu'elles viennent se toucher, et par suite de la difficulté méca nique de prévoir un agent isolant appro prié de l'épaisseur nécessaire.
Comme il a été mentionné précédemment, il y a, tendance, lors d'une réduction de la grandeur des ajours des grilles, de fendre l'arc en plusieurs arcs courts séparés. Avec une vitesse du mouvement de l'arc telle qu'elle peut être obtenue dans une chambre à arc de longueur modérée, les bornes d'arc sur les grilles amèneront leur fusion et un décroissement de l'action idésionisante. On a. trouvé que cette action des grilles a lieu lorsque la tension d'arc devient plus grande que 25 volts ;environ par grille. On a trouvé en outre qu'il faut un champ magnétique d'une force beaucoup plus grande; pour ame ner l'arc à se mouvoir dans les grilles sans qu'il ne les fonde lorsque la grandeur des ajours de la grille est réduite.
Il est évidemment désirable, pour réaliser avec succès l'action désionisante, que l'é1é- vation de tension aux bornes de l'arc lorsque le courant devient zéro, soit répartie unifor mément entre les grilles interposées entre les bornes de l'arc afin d'empêcher une ten sion excessive entre chaque paire de grilles.
Pour des applications de haute-tension, où le nombre de grilles en série est relativement grand, il peut arriver que, par suite de la ca pacité des grilles par rapport à la terre et par suite de la différence des charges ac quises pendant l'établissement de l'arc précé dant la valeur zéro du courant, la tension ne soit pas répartie uniformément entre les gril les de façon que quelques-unes en deviennent surchargées et provoquent un rallumage de l'arc.
Afin d'assurer une distribution uniforme de la tension sur toutes les grilles de la. chambre de désionisation, on peut prévoir une résistance compensatrice de haute impé dance shuntant les différentes grilles. Ainsi, comme représenté à la. fig. 11, une cham bre à rupture d'arc unique peut avoir une pluralité de grilles 105 montées entre des électrodes à arc 106 et 107. Les grilles in dividuelles ont des bornes .108 s'étendant à l'extérieur de la chambre à arc et une résis tance élevée 109 est connectée en dérivation sur les différentes grilles.
L'impédance de la résistance -de shuntage 109 est tellement élevée que le courant y passant est sensible ment négligeable, la fonction principale de la résistance étant de maintenir un gradient de tension uniforme entre les grilles. Comme mentionné ci-dessus, la relation entre l'épaisseur des grilles et la grandeur de leurs ajoure influence l'opération du disjonc teur de deux manières. D'abord, jusqu'à un certain point, plus le fil des grilles est épais, pour une grandeur donnée des ajoure des grilles, plus la mesure admissible de l'éléva tion de tension sans rallumage est élevée.
D'autre part, un accroissement de l'épaisseur des grilles augmente la tension d'arc par grille pour la période avant l'extinction de l'arc, provoquant un scindage de l'arc et un échauffement excessif des grilles, avec -dé croissement de l'action de désionisation.
La valeur du courant passant directement au métal des grilles dans un arc est une fonction de la tension d'arc par grille et est négligeable pour moins de 20 volts par grille. Un accroissement de la tension d'arc par grille à<B>plus</B> de 30 volts produit cependant d'habitude un courant de grille excessif et les grilles commencent à fonctionner comme électrodes à arc, d'où résulte une fusion des grilles.
Comme représenté à la fig. 12, les avan tages des grilles épaisses par rapport à la mesure élevée admissible de l'élévation de voltage peuvent être combinés avec les avan tages de grilles minces par rapport aux petites tensions d'arc par grille en connec tant des grilles de fil mince ensemble par paires par des résistances 110. Lorsque l'arc y joue, il n'y a pas de courant appréciable dans les résistances 110 entre les grilles de chaque paire, les ajoure des grilles étant as sez grands pour permettre un libre jeu de l'arc shuntant lesdites résistances.
Lorsque le courant d'arc atteint la valeur zéro, les grilles formant une paire sont -de même po tentiel par suite des. connexions) de résis tance entre elles, et désionisent l'espace à arc comme une grille épaisse.
La vitesse avec laquelle l'action -désioni- sante a lieu dans un dispositif de désionisa- tion donné dépend de la vitesse avec laquelle les ions positifs se meuvent à travers l'es- puce à arc sous l'action du champ électrique. La vitesse que.les ions acquièrent sous l'ac tion d'un champ de l'unité d'intensité est une mesure de la mobilité des ions et varie dans des gaz en proportion inverse de leur poids moléculaire. Ainsi, les ions positifs se meu vent dans de l'hydrogène sept ou huit fois plus vite que les ions positifs dans de l'air.
Par conséquent, si une chambre désionisante est entourée d'une atmophère d'hydrogène, les ajoure dans les grilles peuvent être sept fois plus grands qu'ils ne doivent être dans de l'air pour donner le même degré de dés- ionisation.
A la fig. 13, on a représenté une variante dans laquelle un. dispositif de désionisation 111 est enfermé dans une chambre 112 qui est remplie d'hydrogène introduit par des ou vertures 113 en venant d'un générateur d'hy drogène ou réservoir 114. Le dispositif de désionisation comprend deux bornes à parc 119 et une rangée de grilles disposées entre elles. L'arc est amorcé par le fonctionne ment d'un mécanisme de commande approprié 121 pour interrompre la connexion entre les bornes à arc 119 "du circuit.
Le degré de désionisation de l'espace à arc peut également être augmenté en rédui sant la pression de l'agent gazeux dans le quel l'arc -est tiré, comme représenté sché matiquement à la fig. 14, dans laquelle un dispositif de désionisation 122 tel que celui représenté à la fig. 13, est entouré d'une chambre 123 dans laquelle est maintenue une pression réduite à l'aide d'une pompe à vide 124. Comme la vitesse des ions, acquise sous l'action d'un champ électrique donné, croît avec un décroissement de la pression, l'action désionisante est fortement amé liorée par l'opération dans ces conditions.
Ainsi, si la pression est réduite à '/,a de la pression atmosphérique, des grilles ayant des ajoure d'une -largeur de 12,5 mm donneront le même degré<B>dé</B> désionisation que des gril les ayant des ajoure de 1,25 mm de largeur à la pression atmosphérique. Afin d'obtenir le plein effet de désioni- sation de l'ensemble des grilles, il est évidem ment important que l'arc tiré entre les con tacts à arc soit amené dans les grilles avant que le courant ne passe par la prochaine valeur zéro. Il faut une force relativement grande pour amener l'arc dans l'ensemble des grilles.
Par conséquent, il faut que les moyens de soufflage magnétiques, comme représenté aux fig. 1 à 3, produisent un puis sant champ magnétique à travers l'espace où l'arc est tiré, afin d'empêcher l'arc de rester accroché aux bords d'entrée des grilles et de les fondre.
Lorsque toutefois l'arc est arrivé dans le dispositif à grilles, il n'est pas dési rable de le faire mouvoir trop vite, parce qu'il est difficile de maintenir toutes les par ties de l'arc à la même vitesse et que l'arc a la tendance de se rompre en plusieurs arcs séparés. L'électro-aimant de soufflage repré senté aux fig. 1 à 3 est établi de façon à ré duire l'intensité du champ magnétique dans la partie supérieure de la chute à arc, les pièces polaires 55 se terminant au milieu de la chute à arc et la moitié supérieure des plaques polaires 56 étant d'épaisseur réduite.
A la fig. 15, on a représenté un disposi tif de chambre à arc désionisante simple 150 dans lequel le champ magnétique à l'inté rieur de l'ensemble de grilles est réduit en core davantage, en prévoyant des plaques polaires 151 disposées de chaque côté, des brilles avec de grandes perforations 152 augmentant fortement la réluctance de cette partie du circuit magnétique avec un décrois sement résultant de l'intensité du champ.
La fig. 16 montre une chambre à arc si milaire à celle de la fig. 15, dans laquelle le champ magnétique à l'intérieur de l'en semble de grilles est réduit encore davan tage en prévoyant des plaques non-magné- tiques et fortement conductives 161 des deux côtés de l'ensemble de grilles adjacentes aux plaques polaires 162.
Cette construction as sure une diminution rapide du champ ma gnétique lorsque l'arc entre dans l'ensemble de grilles, attendu que les courants de Fou cault dans les plaques non-magnétiques et fortement conductibles<B>161</B> exercent un effet de protection empêchant le flux induit par les pièces polaires 162 d'entrer dans la par tie supérieure du dispositif de désionisation.
Il peut être désirable d'empêcher un mou vement de l'arc vers le haut, à l'extérieur des grilles. Dans ce but, un électro-aimant de soufflage 163 peut être monté des deux côtés de la partie supérieure de la structure de grilles 164 de la chambre de désionisation. L'électro-aimant de soufflage 163 est excité de façon appropriée pour exercer sur l'arc une force dirigée vers le bas.
La fig. 17 montre une autre construction avantageuse qui assure le décroissement dé siré du champ magnétique du dispositif à grilles. Les pièces polaires 171 sont dépla cées l'une par rapport à l'autre et le champ qu'elles produisent de cette façon a la ten dance de chasser l'arc vers un côté du che min libre 173 dans les grilles de la chute à arc. Ce mouvement de l'arc favorise la con tinuité de l'arc et empêche le fendage de celui-ci. Les plaques hautement conductibles non-magnétiques 174 s'étendent au-dessus des pièces polaires 171 pour empêcher que le flux induit par les pièces polaires entre dans la structure de grilles.
L'arc se meut dans la chambre principalement par suite des courants de convection des gaz entou- rants, comme dans le cas de la corne d'arc bien connue dans les parafoudres à cornes.
En se référant de nouveau à la fig. 1, il faut remarquer -que, lorsque l'arc passe dans le dispositif à grilles, une .couche de gaz chauds ionisés adhère d'habitude aux parois isolantes 52 des deux côtés des cornes à arc 41 et 42. Comme les plaques conductrices ou cornes 41 et 42 dans cet espace sont à une distance mutuelle très grande, la désionisa- tion de cette couche de gaz chauds peut se faire très lentement et provoquer un rallu- mage après que la tension commence à s'é lever dans la prochaine période.
Afin de - surmonter cette -difficulté dans la forme d'exécution représentée à la fig. 17, les parois isolantes 178 fermant les- côtés de la chambre -à arc 179 en- forme de corne peu vent être garnies d'une pluralité de corps métalliques isolés juxtaposés constituant des grilles désionisantes en miniature des deux côtés de la chambre à arc en forme de corne. Ainsi, à la fig. 17, des feuilles de grilles 177 sont disposées des deux côtés de la cham bre à arc 179. Les grilles individuelles sont isolées à l'aide de pièces d'entretoisement en mica 180.
La fig. 18 montre une chambre de dès- ionisation dans laquelle l'arc est amené dans la chute à arc 181 à l'aide d'un jet d'air. L'arc est tiré. entre deux électrodes en forme de cornes 182 à l'aide d'un contact à arc 183. Une tuyère à air 184 qui est alimentée par une source d'air à haute pression à l'aide d'un tuyau 185, dirige un jet d'air sur l'arc qui est tiré entre les électrodes à arc 182. Grâce au passage relativement étroit pour l'air à la partie inférieure des électrodes à .arc 182, la vitesse de l'air est très grande et provoque un mouvement de l'arc dans les grilles comme il est nécessaire pour un fonctionne ment satisfaisant.
La section transversale de la chambre à arc 181 est toutefois beaucoup plus grande que l'ouverture à la partie infé rieure de la corne à arc 182. La vitesse du jet d'air est par suite fortement réduite et le mouvement de l'arc est ralenti à une va leur nécessaire pour un fonctionnement sa tisfaisant du disjoncteur.
Pour désioniser les couches de gaz près des parois isolantes (non représentées) des deux côtés des plaques à arc en forme de cor nes 182, les grilles 186 de la chambre -de dés- ionisation ont des prolongements 187 s'éten dant vers le bas près des parois isolantes lais sant un espace libre au milieu pour le mou vement du bras de contact à arc 183.
Les difficultés qui se présentent poixr tirer l'arc entre les électrodes en dehors de l'ensemble de. grilles et le souffler ensuite dans l'ensemble de grilles, peuvent être évi- tées en tirant l'arc à travers les ouvertures dans l'ensemble -de grilles lui- même. Une construction de ce genre est représentée à la fig. 19, dans laquelle les grilles 191 dans la chute à arc 192 sont pourvues d'une perfo ration longitudinale 193 à -travers laquelle le membre de contact à arc .l94 est mû à l'aide d'un bras de contact ,à arc 195 simi laire au bras de contact à arc 15 à la fig. 1.
Le.membre de contact à arc 194 -qui tire l'arc. a de préférence une section transversale rectangulaire, de petite largeur et d'une hauteur relativement grande, de façon que la ,perforation dans les grilles a une làrgeur telle que la désionisation de l'espace d'arc est assurée au cas. où des arcs de petite in tensité continueraient à jouer dans la perfora tion<B>193</B> sans passer- dans les grilles.
Une construction pour assurer que l'arc soit tiré dans l'ensemble de grilles est re présentée à la fig. 20, dans laquelle l'élec trode à arc mobile 207 établit un contact avec les grilles 202 au fond de la chambre de désionisation 203. Une extrémité -du membre de contact à arc 207 est couverte d'un bloc de matière isolante 204 qui est à fleur avec la surface du membre de contact à arc 207 de façon qu'il glisse au-dessous des grilles derrière la surface conductrice du membre de contact. L'arc est tiré par le membre de contact mobile 207 et est forcé de passer dans l'ensemble de grilles par le bloc isolant 2.04.
Dans les explications précédentes, on a. décrit des dispositifs avec des grilles éta blies en gaze métallique. Il va de soi qu'on peut utiliser toute autre construction qui sub divise l'espace entre les électrodes à arc en un grand nombre de petits espaces, tous les espaces étant pourvus de centres ou noyaux conductifs pour exercer une action désioni- saute à travers l'espace entier entre les élec trodes à arc.
Dans les fig. 21 et 22 (fig. 22 étant une coupe suivant XXII-XXII de fig. 21)., les grilles sont représentées en forme de feuil les métalliques 210 ayant des perforations 211 présentant un chemin libre pour le jeu de l'arc entre les électrodes .à arc 212. Dans le type particulier de grilles représenté dans cette figure, les perforations sont éta blies de façon à former un double peigne en face des deux côtés d'une lame d'interrup teur à arc 213. Les feuilles de grilles sont établies en matière élastique, telle que du bronze de phosphore.
L'espace entre les ex trémités des dents de peigne 214 est plus étroit que la largeur de la lame d'interrup teur<B>213</B> de façon que lorsque celle-ci est clans sa position de fermeture représentée au dessin, les dents des peignes désionisants sont recourbées vers l'extérieur, prêtes à re bondir et à former une fente étroite immé diatement après le retrait de la lame d'in terrupteur.
Cette construction assure une forte action désionisante après le déclen chement du disjoncteur, parce que l'arc tiré par la lame d'interrupteur 213 dans l'es pace entre les dents 214 des grilles 210 est entouré dans toutes ses parties d'un membre désionisant conducteur qui assurera un ré tablissement rapide de l'état primitif non- conducteur de l'espace d'arc, sans nécessité d'un mouvement d'arc ultérieur.
Pour actionner le disjoncteur susdécrit, la partie à droite 215 de l'ensemble de gril les en forme de peignes peut être déplacée un peu vers la droite de façon à créer une ouverture suffisamment large pour insérer la lame d'interrupteur 213. Le dispositif à peignes est ensuite ramené dans la position de travail normale dans laquelle les dents de peigne des grilles sont courbées par la lame d'interrupteur, comme représenté au dessin. Le disjoncteur peut également être construit de façon que la lame d'interrup teur soit insérée dans l'ensemble en forme de peignes -d'un côté et retiré de celui-ci de l'autre côté, comme indiqué par la flèche 216 à la fig. 22.
Un dispositif de grilles addi tionnel 217 peut être placé au-dessus de l'en semble en forme de peignes pour recevoir l'arc tiré entre les grilles en forme de peignes si l'arc devait se mouvoir vers le haut. Dans les fig. 23 et 24 (fig. 24 étant une coupe suivant YXIV-XXIV de fig. 23), on a représenté une chambre de -désionisa- tion qui assure l'effet de la disposition en forme de peignes représentée aux fig. 21 et 22, avec une construction utilisant des gril les en gaze métallique.
La chambre de dés- ionisation est divisée en une partie infé rieure 231 et une partie supérieure 232 pressant des deux côtés sur une lame d'in terrupteur d'arc 233, les grilles étant éta blies en matière élastique et les fentes pour la lame d'interrupteur étant un peu plus étroites que la largeur de l'interrupteur, .de façon que les extrémités des grilles en face de la lame d'interrupteur rebondissent après que la lame a été retirée de l'ensemble de grilles, dans la direction représentée par la flèche 234.
Lin mécanisme très simple pour élimi ner le risque de rallumage par suite du fait que l'arc manque de passer dans le dispositif de désionisation à grilles est représenté à la fig. 25. L'une des électrodes à arc est re présentée en forme d'une cuve conductrice 251- contenant du mercure 252, l'autre élec trode étant établie en forme d'une plaque métallique 253 qui est mobile vers le bas jusqu'à ce qu'elle fait contact avec le mer cure. La plaque métallique 253 porte une boîte isolante 254 dans laquelle est montée une rangée de grilles 255 disposées horizon talement.
Les grilles 255 sont situées au- dessous de l'électrode mobile 253 et sont en tièrement immergées lorsque l'électrode mo bile est en contact avec le mercure. Lors que l'électrode 253 est élevée à- sa position déclanchée représentée au dessin, l'arc est tiré entre la surface d'électrode et le mer cure et est limité sur l'espace occupé par-les grilles 255, ce qui assure une - prompte ac tion de désionisation.
Un autre mécanisme pour tirer l'arc par les grilles de désionisation à l'aide de mer cure est représenté à la fig. 26, dans laquelle un récipient 260, de matière. isolante, est monté à pivot de façon à pouvoir se mouvoir de la position horizontale représentée au dessin à une position verticale.
Le récipient 260 a deux compartiments élargis 261 et 262,à ses extrémités, et l'espace entre les deux compartiments est rempli d'une rangée de grilles 263 d'une construction similaire à celle décrite en connexion avec les. autres dispositifs désionisants. Des électrodes 264 et 265 pénètrent dans les compartiments 261 et 262, respectivement, les deux électrodes cons tituant des bornes à arc du disjoncteur. Le récipient 260 contient une quantité de mer cure qui remplit sa partie inférieure en éta blissant ainsi une connexion électrique entre les électrodes 264 et 265.
En tournant le récipient 260 à la position verticale, le mercure rompt le contact avec l'électrode 264 .-qui est mue vers le haut, -et le mercure qui revient tire un arc à travers les grilles, -dans lesquelles l'arc est subsé quemment désionisé.
Pour la construction de la chambre de désionisation, -il faut avoir 'soin d'éviter une détérioration des feuilles de grille par 'l'arc tiré entre les plaques à arc principales. Dans ce but, il est désirable d'assurer un mouve ment de l'arc dans la chambre à arc afin d'empêcher que l'arc ne devienne station naire et ne joue seulement dans une portion particulière de l'ensemble de grilles. On .a trouvé toutefois que le jet de vapeurs éma nant des bornes à arc sur les plaques des deux côtés de l'ensemble de grilles peut dans certaines conditions exercer un effet nuisible sur les grilles.
L'échauffement des grilles désionisantes clans la chambre à arc a lieu de deux ma nières, premièrement par radiation et con- duction thermique à partir des gaz chauds de l'arc, et deuxièmement par production directe de chaleur à la surface de la matière de grille par les courants circulant dans les grilles. On a trouvé que lorsqu'un fil est dans un arc près d'une borne à arc et qu'un potentiel lui est appliqué, un courant con sidérable passe par le fil.
Si le fil est loin de la borne à arc, le courant dans le fil de vient négligeable. Ainsi dans le cas d'un. arc clé 50 ampères, un fil placé à une distance de 1,55 mm de chaque électrode et main tenu à 30 volts négatifs par rapport à l'arc conduisait un courant élevé, tandis que le même fil placé à une distance de 12,5 mm de la borne à arc et maintenu à 140 volts négatifs par rapport à l'arc ne conduisait qu'un courant très faible.
On croît que le changement de la valeur <B>du</B> courant passant par le fil en fonction de la distance entre celui-ci et les électrodes est dû au fait que les électrodes @ à arc dégagent de considérables quantités de vapeurs de mé tal. Ces vapeurs ont un potentiel d'ionisa tion beaucoup plus faible que l'air et sont, par conséquent, sujettes à une ioni sation thermique à une température bien plus basse que l'air. Par conséquent, un fil qui est très proche de l'une des électrodes à arc, sera entouré de vapeurs de métal et un potentiel relativement bas suffira pour produire un courant élevé dans le fil.
Lors que le fil est. toutefois plus loin de l'élec trode, il est entouré d'air et le courant y sera négligeable, même si le potentiel ap pliqué est relativement .élevé.
La fg. 27 montre une chambre de dès ionisation dans laquelle les feuilles de grille 270 sont protégées contre l'effet du jet de vapeurs 271 émanant des bornes à arc 272 sur les électrodes, en recourbant les plaques de bornée 273 dans une direction s'éloi gnant de la structure de grilles et en leur donnant une forme de corne. . Comme l'are 275 est mû vers le haut dans l'ensemble de grilles, les bornés à arc se meuvent vers l'ex térieur sur les plaques de bornes 273 et le jet de vapeurs 271 est dirigé de façon à s'éloigner des grilles au lieu: d'y entrer, comme dans le cas où les plaques de borne sont parallèles aux feuilles de grille.
Bien d'autres constructions peuvent être utilisées pour protéger les feuilles de grille contre l'action directe du jet de vapeurs émanant des électrodes à arc. Ainsi, à la fig. 28, la chambre à arc 280, similaire à celle à la fig. 11, est munie de barrières isolantes 281 obstruant le chemin direct entre les plaques de borne 282 et les feuilles désionisantes 283, l'arc entre les deux plaques de borne 282 passant ainsi par un chemin sinueux à travers les ouver tures déplacées 28.1 dans les barrières iso lantes:
La fig. 29 montre une autre variante dans laquelle les feuilles de grille 290 sont maintenues entre des plaques isolantes 291 qui sont pourvues, au milieu, d'ouvertures 292 pour l'arc. Les plaques de bornes, en tre lesquelles est soufflé l'arc tiré par les bornes d'interruption, sont placées à l'exté rieur des plaques isolantes 2.91 et sont dis posées de façon que le soufflage d'arc 294 émanant des bornes à arc soit dirigé dans un sens s'éloignant des ouvertures à arc 292 dans les plaques isolantes 291 des deux côtés des grilles.