Dispositif clé sûreté électrique à court-circuitage. La présente invention se rapporte à un dispositif de sûreté électrique à court-circui- tage, qui peut être utile dans les circuits .d'é- cla.irage en série et qui peut être établi de façon à, pouvoir fonctionner à des voltages -dessous de 350 volts et même jusqu'à. 30 <B>,</B> -iu volts par exemple.
Jusqu'à présent, on emploie dans les cas d'éclairage en série clés dispositifs de sûreté fonctionnant à des voltages élevés, mais ces dispositifs de sûreté ne sont pas susceptibles d'être utilisés clans des circuits d'un voltage inférieur à. environ 350 volts. Il existe une catégorie de dispositifs de sûreté de ce genre qui comportent un tissu enduit de vernis placé entre deux électrodes et qui ne sont utiles que pour un fonctionnement à. voltage élevé, alors que, d'autre part, ils ne sont pas susceptibles de régler exactement, dans les conditions de fonctionnement, le voltage au quel les ruptures se produisent.
On a. également proposé d'employer une poudre métallique dans des dispositifs de sû reté de ce genre. La. poudre métallique est une substance qui a une grande résistance électrique, celles-ci variant avec la nature du métal et avec la. finesse de la poudre, mais à certains voltages, la résistance de toute pou dre métallique sera rompue pour former un chemin conducteur de très faible résistance entre les bornes.
Le voltage de rupture pour une couche de poudre métallique de quantité et d'épaisseur données est influencé par le poids spécifique du métal, sa. susceptibilité de se tasser, sa finesse, la pression exercée sur elle, la pro priété du métal de s'oxyder à la surface pour former une pellicule isolante et par le point de fusion clé la substance. Il est également influencé par un enduit ou une séparation des particules métalliques au moyen de subs tances non conductrices ou faiblement con ductrices.
Or, le dispositif de sûreté suivant l'in vention comprend au moins une paire de corps conducteurs séparés par une couche in tercalaire de matière ayant normalement une résistance élevée, cette couche intercalaire renfermant une poudre, de préférence mé tallique, finement divisée et présentant une épaisseur et un volume déterminés.
Le voltage de rupture d'un pareil dispositif peut être varié en faisant varier l'épaisseur et le volume de la couche à. poudre métalli que, en faisant varier le genre de métal sui vant le genre particulier d'usage et en fai sant varier l'écartement entre les particules métalliques. Il peut être augmenté en utili sant plusieurs paires de corps conducteurs avec interposition, entre eux, d'une couche intercalaire à poudre finement divisée ou en faisant varier en conséquence le nombre to tal des corps -conducteurs.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La. fig. 1 est une vue en plan, à grande échelle, d'une première forme d'exécution; La. fig. 2 en est une coupe suivant la ligne II-II de la. fig. l; La fig. 3 est une vue en plan analogue d'une seconde forme d'exécution; La fig. 4 en est une coupe suivant la ligne IV-IV de la fig. 3: La fig. 5 est une coupe par un support de lampe électrique à incandescence muni d'une forme d'exécution du dispositif;
La fig. 6 montre le schéma d'une instal lation d'éclairage électrique à tension éle vée ayant les supports de lampe munis du dispositif.
La forme d'exécution des fi-. 1 et 2 comporte deux plaques conductrices 2, en aluminium ou autre matière électriquement conductrice, séparées par une rondelle d'é cartement annulaire 3 en mica, amiante ou toute autre matière non conductrice. La ron delle intercalaire 3 présente une ouverture centrale 4, qui est comblée de particules de métal finement divisé 5 en forme de pou dre. Cette matière de remplissage est de pré férence de la poudre d'aluminium. A l'état finement divisé cette poudre constitue un milieu sensiblement non conducteur ou iso- lant. La poudre d'aluminium se maintient en condition de non conductibilité jusqu'à ce qu'un voltage suffisamment élevé se mani feste pour, rompre l'isolation qu'elle procure.
La valeur du voltage .de rupture pour de la poudre d'aluminium dans son état de fine division n'est pas élevée. Quand de la pou dre d'aluminium est placée dans une ouver ture d'un diamètre de 6,25 mm pratiquée dans une rondelle isolante d'une épaisseur de 0,25 mm entre deux électrodes en forme de disque s'appliquant sur les deux faces de la. rondelle, l'effet d'isolation de la poudre sera. rompu à un voltage de courant alterna tif d'environ 50 volts. Lorsque cette rupture se manifeste, il s'établit un chemin conduc teur entre les électrodes, qui peut être consi déré comme s'étant formé par une interfusion presque imperceptible des particules métalli ques entre les électrodes en travers de la masse de celles-ci ou par leur agglomération en fusion sous forme de goutte relativement grande -de métal fondu.
Dans la forme d'exécution des fig. 3 et 1, la pièce intercalaire 7 entre les plaque conductrices 6 consiste en un disque-support de toile, .de papier poreux, etc. avec des in terstices ou orifices chargés de poudre mé tallique. Cette poudre métallique peut êtn appliquée sur son support par voie d'endui- sage, auquel effet on peut se servir d'une composition comprenant 209 parties de pou dre rie carborundum, 239 parties de suie et 259 parties de zinc pulvérisé (finesse 30 mailles au centimètre) liées ensemble au moyen de silicate de potasse et traitées au chlorure d'ammonium.
A la. place du zinc, on peut, aussi employer de la poudre d'alu minium ou de la poudre de fer.
Dans l'emploi, un dispositif ainsi établi peut être monté dans un support de lampe. Un exemple de ce genre de montage est re présenté à la. fig. 5. La douille .de la lampe S est supportée par la. base 9 pourvue d'un chapeau 10. Les fils de ligne du circuit d'é clairage se raccordent à des bornes -de con nexion 11 (on n'en voit qu'une seule au des sin). Des lames conductrices élastiques 12 fixées sur la base 9 au moyen de vis 32 font contact avec les lames similaires 13 qui sont fixées à la douille 8 au moyen de vis 33, 34.
Les lames 13 sont conformées dans leur par lie supérieure de façon à. constituer des doigts élastiques 14 pour tenir entre eux le dispositif de sûreté 1. de l'une -des construc tions susdécrites et pour s'engager avec les parties terminales ramenées vers l'extérieur des lames 12 de manière à retenir la douille de lampe 8 à la base 9 lorsque les parties sont assemblées.
Pour le service de la lampe, le dispositif de sûreté 1 est inséré entre les doigts .de re tenue 14. iSi une interruption du circuit s'é tablit dans la lampe, le voltage aux bornes de celle-ci augmente immédiatement. Lors qu'un voltage prédéterminé est atteint, l'iso lation procurée par la poudre métallique sera rompue et il s'établira un chemin con ducteur dans celle-ci de façon à court ç-ircuiter la lampe.
Ce genre de dispositifs de sûreté peut être utilisé dans les lampes d'un circuit d'é clairage à tension élevée, comme représenté en fig. 6. Dans ce circuit, les lampes électri ques 16, 17, 18, 19 fonctionnant normale ment à 20 volts sont reliées à un branche ment 22 au moyen de transformateurs série 23, 24, 25, 26. Le branchement 22 se relie au secondaire 27 d'un transformateur à courant constant 28, dont le primaire 29 est relié à. la. ligne principale 30, 31. Les transformateurs de lampe 23, 24, 25, 26 sont proportionnés de manière à. fournir le voltage approprié aux lampes qu'ils alimen tent.
Lorsqu'une interruption du circuit s'é tablit dans une lampe, comme par exemple en raison -de la rupture de ;son filament, il se produit l'augmentation de voltage signalée et un court-cireuitage automatique de la lampe défectueuse s'établit entre les doigts 14 par la. poudre métallique du dispositif de sûreté engagé entre ces derniers. De cette façon, le voltage aux bornes du secondaire du transformateur associé à la lampe défec tueuse sera réduit sensiblement à zéro. L'avantage, des dispositifs de sûreté dé crits est que ces derniers peuvent être cons truits de façon à pouvoir rompre leur isola tion à un voltage de l'ordre de grandeur de 50 volts, si on le désire.
Lorsqu'on emploie une poudre métalli que de propriétés données, la valeur du vol tage à laquelle s'établit le court-circuitage peut être aisément réglée. Le voltage de rupture peut être augmenté par l'emploi d'une rondelle intercalaire plus épaisse et d'une ouverture plus petite. Inversement, si la rondelle est plus mince et l'ouverture plus grande, le voltage de rupture sera réduit. LTne compression de la poudre métallique or. poudre d'aluminium réduira sensiblement la voltage -de rupture.
Un traitement d'une poudre d'aluminium avec une solution diluée d'acide fluorhydri que ou chromique donne lieu,à la formation d'une pellicule sur les particules d'alumi nium. Ce traitement peut être employé lorsqu'on désire augmenter le voltage de rupture et isoler les particules et faire en sorte que -des variations de la température de fonctionnement n'affectent pas sensible ment le voltage de rupture. Des expériences ont montré qu'une décharge occasionnée par un dégagement d'une charge accumulée, telle que de la foudre, ne produisait pas de rup ture ni sur de la poudre d'aluminium ainsi traité, ni sur de la poudre -d'aluminium non traitée.
Lien entendu, les dispositifs de sûreté décrits peuvent s'employer dans toute ins tallation électrique appropriée autre que des circuits d'éclairage.
Short-circuiting electric safety key device. The present invention relates to a short-circuiting electrical safety device which can be useful in series lighting circuits and which can be set up so that it can operate at voltages. below 350 volts and even up to. 30 <B>, </B> -iu volts for example.
Hitherto, key series lighting safety devices have been employed, operating at high voltages, but these safety devices are not likely to be used in circuits with a voltage lower than. about 350 volts. There is a category of such safety devices which comprise a varnish coated fabric placed between two electrodes and which are useful only for operation. high voltage, while, on the other hand, they are not likely to regulate exactly, under operating conditions, the voltage at which breaks occur.
We have. It is also proposed to employ a metal powder in such safety devices. Metal powder is a substance which has a great electrical resistance, these varying with the nature of the metal and with the. fineness of the powder, but at certain voltages the resistance of any metal powder will be broken to form a conductive path of very low resistance between the terminals.
The breakdown voltage for a layer of metal powder of the given quantity and thickness is influenced by the specific gravity of the metal, sa. susceptibility to settling, its fineness, the pressure exerted on it, the property of the metal to oxidize on the surface to form an insulating film and by the key melting point the substance. It is also influenced by coating or separating the metal particles by means of non-conductive or weakly conductive substances.
However, the safety device according to the invention comprises at least one pair of conductive bodies separated by an intermediate layer of material normally having a high resistance, this intermediate layer containing a powder, preferably metallic, finely divided and exhibiting a thickness and volume determined.
The breakdown voltage of such a device can be varied by varying the thickness and volume of the layer. metallic powder, by varying the kind of metal according to the particular kind of use and by varying the spacing between the metallic particles. It can be increased by using several pairs of conductive bodies with interposition between them of an interlayer with finely divided powder or by varying the total number of conductors accordingly.
The appended drawing represents, by way of example, several embodiments of the object of the invention.
Fig. 1 is a plan view, on a large scale, of a first embodiment; Fig. 2 is a section along the line II-II of the. fig. l; Fig. 3 is a similar plan view of a second embodiment; Fig. 4 is a section along the line IV-IV of FIG. 3: Fig. 5 is a section through an incandescent electric lamp holder provided with an embodiment of the device;
Fig. 6 shows the diagram of a high voltage electric lighting installation having the lamp holders fitted with the device.
The form of execution of fi-. 1 and 2 comprises two conductive plates 2, made of aluminum or other electrically conductive material, separated by an annular spacer washer 3 of mica, asbestos or any other non-conductive material. The spacer 3 has a central opening 4, which is filled with particles of finely divided metal 5 in the form of powder. This filling material is preferably aluminum powder. In the finely divided state, this powder constitutes a substantially non-conductive or insulating medium. The aluminum powder remains in a condition of non-conductivity until a sufficiently high voltage manifests itself to break the insulation it provides.
The breakdown voltage value for aluminum powder in its finely divided state is not high. When aluminum powder is placed in an opening with a diameter of 6.25 mm made in an insulating washer with a thickness of 0.25 mm between two disc-shaped electrodes applying to the two faces of the. washer, the powder insulation effect will be. broken at an alternating current voltage of about 50 volts. When this rupture occurs, a conductive path is established between the electrodes, which can be considered to have been formed by an almost imperceptible interfusion of the metallic particles between the electrodes across the mass thereof or by their molten agglomeration as a relatively large drop of molten metal.
In the embodiment of FIGS. 3 and 1, the spacer 7 between the conductive plates 6 consists of a support disc of fabric, porous paper, etc. with interstices or orifices loaded with metallic powder. This metallic powder can be applied to its support by coating, to which effect a composition can be used comprising 209 parts of carborundum powder, 239 parts of soot and 259 parts of powdered zinc (fineness 30 meshes. per centimeter) bonded together with silicate of potash and treated with ammonium chloride.
To the. Instead of zinc, it is also possible to use aluminum powder or iron powder.
In use, a device thus established may be mounted in a lamp holder. An example of this kind of assembly is shown in. fig. 5. The lamp socket S is supported by the. base 9 provided with a cap 10. The line wires of the lighting circuit are connected to terminals -de connection 11 (only one of them is seen at the bottom). Elastic conductive blades 12 fixed to the base 9 by means of screws 32 make contact with the similar blades 13 which are fixed to the bush 8 by means of screws 33, 34.
The blades 13 are shaped in their upper lie so as to. constitute elastic fingers 14 to hold the safety device 1 between them - of one of the aforementioned constructions and to engage with the end parts brought back towards the outside of the blades 12 so as to retain the lamp socket 8 at the base 9 when the parts are assembled.
For the service of the lamp, the safety device 1 is inserted between the retaining fingers 14. If an interruption of the circuit is established in the lamp, the voltage across the latter increases immediately. When a predetermined voltage is reached, the insulation provided by the metal powder will be broken and a conductive path will be established therein so as to bypass the lamp.
This kind of safety device can be used in the lamps of a high voltage lighting circuit, as shown in fig. 6. In this circuit, the electric lamps 16, 17, 18, 19 normally operating at 20 volts are connected to a branch 22 by means of series transformers 23, 24, 25, 26. Branch 22 connects to the secondary. 27 of a constant current transformer 28, whose primary 29 is connected to. the. main line 30, 31. The lamp transformers 23, 24, 25, 26 are proportioned so as to. supply the correct voltage to the lamps they supply.
When an interruption of the circuit is established in a lamp, as for example due to the rupture of its filament, the signal voltage increase occurs and an automatic short-circuiting of the defective lamp is established. between the fingers 14 by the. metal powder of the safety device engaged between them. In this way, the voltage across the secondary of the transformer associated with the defective lamp will be reduced substantially to zero. The advantage of the described safety devices is that they can be constructed so as to be able to break their insulation at a voltage of the order of magnitude of 50 volts, if desired.
When a metallic powder of given properties is employed, the value of the vol tage at which the short-circuiting occurs can be easily adjusted. The breakdown voltage can be increased by the use of a thicker spacer washer and a smaller opening. Conversely, if the washer is thinner and the opening larger, the breakdown voltage will be reduced. LTne compression of the gold metal powder. aluminum powder will significantly reduce the breakdown voltage.
Treatment of an aluminum powder with a dilute solution of hydrofluoric or chromic acid gives rise to the formation of a film on the aluminum particles. This treatment can be employed when it is desired to increase the breakdown voltage and isolate the particles and ensure that changes in the operating temperature do not substantially affect the breakdown voltage. Experiments have shown that a discharge caused by the release of an accumulated charge, such as lightning, does not produce a rupture either on the aluminum powder thus treated, or on the aluminum powder. not treated.
Obviously, the safety devices described can be used in any suitable electrical installation other than lighting circuits.