Interrupteur électrique. La présente invention se rapporte à un interrupteur électrique du type comprenant une chambre évacuée refermant une paire de pièces de contact disposées pour pouvoir se séparer perpendiculairement à leur surface de contaet.
Son but est de prévoir des moyens grâce auxquels des particules déchargées par l'arc ne pourront pas affecter défavorablement le fonctionnement de l'interrupteur.
A cet effet, suivant l'invention, la cham bre précitée est relativement peu profonde dans la direction du mouvement relatif des pièces de contact et a ses parois latérales amplement espacées du chemin de l'arc entre les pièces de contact, mais à une distance inférieure à la longueur du libre parcours moyen des électrons déchargés par l'arc pour le degré de vide établi dans ladite chambre, des écrans s'étendant à partir des parois de la chambre en travers du chemin des parti cules déchargées par -le courant d'arc. Le dessin annexé représente, à titre d'egem- ple, une forme d'exécution de l'objet dé l'in vention.
La fig. 1 en est une coupe verticale; La fig. 2 est une coupe de. détail mon trant des moyens pour isoler lesdits écrans des parois de la chambre évacuée.
En se référant à la fig. 1, l'interrupteur comporte une plaque de support 3 montée sur des piliers isolants 4 qui peuvent être fixés sur un tableau de base quelconque. Une chambre métallique 5 relativement peu profonde sert à la réception de deux pièces de contact 6, 7, l'une mobile par rapport à l'autre et dont la première, 6, est montée sur une borne 8 fixée par soudage à une plaque 9. La plaque 9 est montée sur une douille isolante 11 qui entourne la borne 8 et qui repose sur la paroi de fond 12 de la chambre 5.
Une liaison à joint étanche est établie entre la plaque 9 et la douille isolante 11 au moyen -de rondelles flexibles 13 -qui sont soudées ou autrement figées à la douille isolante ainsi qu'à la plaque 9 et à la paroi de fond 12, d'une manière bien connue des hommes du métier.
La pièce de contact mobile 7 est montée sur une borne 14 qui est supportée par une paroi flexible 15 de la chambre 5, cette paroi 15 étant fixée à demeure par soudage de son bord marginal à une enveloppe fixe. La paroi 15 qui est annulaire est rendue flexible par la présence d'ondulations établies de façon qu'un mouvement d'écartement en plein de la pièce de contact mobile 7 puisse avoir lieu sans pour cela faire subir à aucune portion de la paroi 15 des efforts dépassant la limite d'élasticité de celle-ci.
La borne 14 portant la pièce de contact 7 est sollicitée en position d'ouverture du contact par l'effet d'un ressort 16 intercalé entre la plaque de support 3 et l'extrémité libre d'un levier 17 tourillonné en 18 sur une console fixée sur la plaque de support 3. Le contact de l'interrupteur peut être main tenu à l'état de fermeture par le moyen d'un électro-aimant 19 relié à un circuit de com mande 21. Les parties de commande du contact ou interrupteur, qui sont représentées ici quelque peu schématiquement, sont établies de manière à pouvoir actionner la borne de contact 14 sous les conditions de pression existant lorsque la chambre 5 est hautement évacuée.
La plaque 9 est élastiquement sollicitée vers l'intérieur par un ressort 22, son dépla cement à l'encontre de ce ressort étant limité par un bossage 23 prévu sur le couvercle 24 qui entoure la douille isolante 11. L'espace compris à l'intérieur du couvercle autour de la douille isolante 11 est rempli d'un liquide isolant, tel que de l'huile. Le couvercle 24 lui-même est fait en matière isolante et est fixé, à sa base, par une bague 25 sur la paroi de fond 12 de la chambre 5.
On a constaté que lorsqu'un arc se forme dans un vide élevé, son établissement est totalement différent de ce qui se produit lors qu'un arc est tiré dans l'air à la pression atmosphérique. Les seuls gaz présents dans le premier cas pour supporter l'arc sont les vapeurs produites par volatilisation de par ticules des pièces de contact. Des électrons sont déchargés latéralement dans toutes les directions à des vitesses relativement élevées et un espace de grande ampleur devra être réservé pour l'expansion de l'arc momentané, environnant les pièces de contact séparables sans lui permettre de venir en contact avec les parois de la chambre à vide.
Les paroiè latérales de la chambre 5 sont, pour cette raison, disposées à une distance relativement grande du point où se forme l'arc, cette distance étant cependant inférieure au libre parcours moyen des électrons dans les conditions de vide existantes, empêchant par là une collision des électrons tendant à ioniser l'espace à l'intérieur de la chambre, avec les parois latérales de celle-ci.
Des écrans ou chicanes 26 en forme de troncs de cône sont prévus à l'intérieur de la chambre 5 de là façon représentée à la fig. 1, ces écrans se logeant les uns dans les autres et étant fixés aux parois de la chambre au moyen de bouchons filetés 27 (fig. 2) noyés dans des blocs isolants 28 fixés par un cimentage 29 dans des creusure pratiquées dans les parois respectives, lesdits bouchons recevant des vis 31 servant à la fixation des écrans 26.
On notera que les écrans 26 s'étendeni angulairement en travers du chemin radia de particules déchargées de l'arc tiré entre les pièces de contact 6, 7 pour intercepte ce passage des particules, telles que de molécules de gaz et des électrons, afin di condenser par là les molécules de gaz et d, désioniser l'arc presxu'instantanément aprè sa formation.
Les écrans interceptent 1 passage de particules électrisées avant qu'elle aient atteint des vitesses suffisantes pou ioniser par collision ou choc tout gaz résidu( se trouvant à l'intérieur de l'espace. L'espac est par conséquent désionisé de façon efficace La proximité immédiate des écrans par ral port au courant d'arc pourvoit à des surface sur lesquelles les vapeurs métalliques prove nant de la sublimation de la surface de électrodes se condensent rapidement,
ces vapeurs servant de la sorte de capteur pour les gaz éventuellement présents dans l'espace â arc ou qui pourraient avoir été dégagés par les pièces de contact ou par la matière constituant les parois de la chambre.
Les écrans 26 peuvent être en matière isolante ou en métal et dans l'un et l'autre cas, leurs parties superficielles peuvent être en une substance, telle que de l'aluminium, ayant une bonne affinité chimique pour les gaz résiduels qui peuvent être présents dans la chambre. Dans pareil cas, les gaz se trou vent alors éliminés par combinaison chimique avec la substance superficielle des écrans. Les parties superficielles de ceux-ci peuvent aussi renfermer une substance susceptible d'être sublimée par la chaleur émanant de l'arc et qui, en se condensant, produit alors un effet de captation de gaz.
En raison du maintien du vide élevé et de l'espace désionisé autour des pièces de contact, l'arc sera éteint définitivement sen siblement au moment où le potentiel zéro du cycle de voltage est atteint. Après que l'arc a été éteint, le vide élevé existant dans la chambre empêchera une reformation de l'arc quand bien même les pièces de contact sont séparées d'une distance relativement courte.
La chambre 5 est pourvue d'une valve à vide 32 d'un type connu.
Pour maintenir le degré de vide élevé désirable pour le fonctionnement de l'inter rupteur à vide, il est avantageux de prévoir un moyen pour éliminer les gaz tels que ceux qui peuvent être dégagés par les pièces de contact ou par la matière constituant la chambre à vide. A cet effet, on a prévu une pompe de captation 33 qui comprend une paire d'électrodes 34 établies en calcium ou @n une autre matière similaire, dont les vapeurs ont susceptibles de se condenser facilement ,t qui peut, par suite, servir de moyen cap ;eur efficace pour tout gaz qui pourrait se ;rouver à l'intérieur de la chambre à vide. Un voltage constant est imprimé aux bornes des électrodes 34 par l'intermédiaire d'un transformateur 35.
Les extrémités des élec trodes 34 sont espacées à une distance suffi sante pour occasionner la formation, entre elles, d'un arc qui peut être appelé "arc de captation de gaz", lorsque la pression à l'in térieur de la chambre à vide atteint une valeur prédéterminée. La matière d'électrode activée absorbera alors les gaz à l'intérieur de ladite chambre. Lorsque la pression dans la chambre a été réduite suffisamment pour permettre un fonctionnement efficace de l'in terrupteur, ledit arc de captation de gaz s'éteindra automatiquement en raison du manque de particules gazeuses capables de l'entretenir.
Electric switch. The present invention relates to an electrical switch of the type comprising an evacuated chamber closing a pair of contact parts arranged to be able to separate perpendicularly to their contact surface.
Its purpose is to provide means by which particles discharged by the arc will not be able to adversely affect the operation of the switch.
For this purpose, according to the invention, the aforementioned chamber is relatively shallow in the direction of the relative movement of the contact pieces and has its side walls widely spaced from the path of the arc between the contact pieces, but at a distance less than the length of the mean free path of the electrons discharged by the arc for the degree of vacuum established in said chamber, screens extending from the walls of the chamber across the path of the particles discharged by the current d 'bow. The accompanying drawing represents, by way of example, an embodiment of the object of the invention.
Fig. 1 is a vertical section; Fig. 2 is a cut of. detail showing the means for isolating said screens from the walls of the evacuated chamber.
Referring to fig. 1, the switch has a support plate 3 mounted on insulating pillars 4 which can be fixed on any base board. A relatively shallow metal chamber 5 serves to receive two contact pieces 6, 7, one movable relative to the other and the first of which, 6, is mounted on a terminal 8 fixed by welding to a plate 9 The plate 9 is mounted on an insulating sleeve 11 which surrounds the terminal 8 and which rests on the bottom wall 12 of the chamber 5.
A tight seal connection is established between the plate 9 and the insulating sleeve 11 by means of flexible washers 13 which are welded or otherwise fixed to the insulating sleeve as well as to the plate 9 and to the bottom wall 12, d a manner well known to those skilled in the art.
The movable contact piece 7 is mounted on a terminal 14 which is supported by a flexible wall 15 of the chamber 5, this wall 15 being permanently fixed by welding its marginal edge to a fixed envelope. The wall 15 which is annular is made flexible by the presence of corrugations established so that a full spreading movement of the movable contact piece 7 can take place without thereby subjecting any portion of the wall 15 to forces exceeding the elastic limit thereof.
The terminal 14 carrying the contact piece 7 is biased in the open position of the contact by the effect of a spring 16 interposed between the support plate 3 and the free end of a lever 17 journalled at 18 on a bracket fixed on the support plate 3. The contact of the switch can be kept in the closed state by means of an electromagnet 19 connected to a control circuit 21. The control parts of the contact or switch, which are shown here somewhat schematically, are set so as to be able to actuate the contact terminal 14 under the pressure conditions existing when the chamber 5 is highly evacuated.
The plate 9 is resiliently biased towards the inside by a spring 22, its displacement against this spring being limited by a boss 23 provided on the cover 24 which surrounds the insulating sleeve 11. The space included in the The interior of the cover around the insulating sleeve 11 is filled with an insulating liquid, such as oil. The cover 24 itself is made of an insulating material and is fixed, at its base, by a ring 25 on the bottom wall 12 of the chamber 5.
It has been found that when an arc is formed in a high vacuum, its establishment is totally different from what happens when an arc is fired in air at atmospheric pressure. The only gases present in the first case to withstand the arc are the vapors produced by volatilization of particles from the contact parts. Electrons are discharged laterally in all directions at relatively high velocities and a large space will have to be reserved for the expansion of the momentary arc, surrounding the separable contact pieces without allowing it to come into contact with the walls of the arc. the vacuum chamber.
The side walls of the chamber 5 are, for this reason, arranged at a relatively large distance from the point where the arc is formed, this distance being however less than the mean free path of the electrons under the existing vacuum conditions, thereby preventing a collision of electrons tending to ionize the space inside the chamber, with the side walls thereof.
Screens or baffles 26 in the form of truncated cones are provided inside the chamber 5 as shown in FIG. 1, these screens being housed in each other and being fixed to the walls of the chamber by means of threaded plugs 27 (fig. 2) embedded in insulating blocks 28 fixed by cementing 29 in recesses made in the respective walls, said plugs receiving screws 31 serving for fixing screens 26.
It will be noted that the screens 26 extend angularly across the radia path of particles discharged from the arc drawn between the contact pieces 6, 7 to intercept this passage of particles, such as gas molecules and electrons, in order to thereby condensing the gas molecules and deionizing the arc almost instantaneously after its formation.
The screens intercept 1 passage of electrified particles before they have reached sufficient speeds to ionize by collision or shock any residual gas (found inside the space. The space is therefore deionized effectively. Immediate shielding by arc current port provides surfaces on which the metallic vapors from the sublimation of the electrode surface condense rapidly,
these vapors serving as a sort of sensor for the gases possibly present in the arc space or which could have been given off by the contact parts or by the material constituting the walls of the chamber.
The screens 26 may be of insulating material or of metal and in either case their surface parts may be of a substance, such as aluminum, having good chemical affinity for the residual gases which may be. present in the room. In such a case, the gases are then eliminated by chemical combination with the surface substance of the screens. The surface parts of these can also contain a substance capable of being sublimated by the heat emanating from the arc and which, by condensing, then produces a gas capture effect.
Due to the maintenance of the high vacuum and the deionized space around the contact parts, the arc will be permanently extinguished significantly by the time the zero potential of the voltage cycle is reached. After the arc has been extinguished, the high vacuum existing in the chamber will prevent reformation of the arc even though the contact pieces are separated a relatively short distance.
The chamber 5 is provided with a vacuum valve 32 of a known type.
In order to maintain the high degree of vacuum desirable for the operation of the vacuum interrupter, it is advantageous to provide a means for removing gases such as those which may be given off by the contact parts or by the material constituting the vacuum chamber. empty. To this end, a collection pump 33 has been provided which comprises a pair of electrodes 34 made of calcium or another similar material, the vapors of which are liable to condense easily, which can therefore serve as a average cap; eur effective for any gas which could be found inside the vacuum chamber. A constant voltage is printed across the electrodes 34 through a transformer 35.
The ends of the electrodes 34 are spaced apart a sufficient distance to cause an arc to form between them which may be called a "gas capture arc" when the pressure inside the vacuum chamber reaches a predetermined value. The activated electrode material will then absorb the gases within said chamber. When the pressure in the chamber has been reduced enough to allow efficient operation of the interrupter, said gas capture arc will automatically extinguish due to the lack of gaseous particles capable of sustaining it.