Interrupteur électrique avec dispositif d'extinction d'are. La présente invention concerne un in terrupteur électrique avec dispositif -d'extinc tion d'arc et en particulier un interrupteur du type dans lequel l'arc tiré entre les contacts de l'interrupteur est exposé sur toute sa lon gueur ou -sur la plus grande partie au moins de celle-ci à l'action de plaques de désionisa- tion étroitement espacées disposées pour accé lérer la neutralisation des ions, de façon -que l'arc est empêché de se rallumer lorsque l'in tensité du courant passe par zéro.
Suivant le brevet suisse n 136755, les plaques de désionisation sont conformées de façon à former un chemin circulaire suivant lequel l'arc est chassé par un champ magné tique et dans lequel une armature électro- statique ou -de -distribution de potentiel est employée pour répartir uniformément la dif férence de potentiel entre les plaques succes sives.
Dans un autre brevet suisse n 143495, on a décrit lin interrupteur dans lequel on a employé un dispositif électromagnétique ser vant à engendrer un champ magnétique pour diriger l'arc entre les contacts de l'interrup teur dans une série de plaques de désionisa- tion. Ce .dispositif électromagnétique com- porte,des pièces polaires disposées sur des cô tés opposés de la série -de plaques de désioni- sation et reliées par une bande de fer ou un noyau qui entoure la série.
De la présence du noyau électromagnétique, il résulte l'in convénient qu'il se produit une différence de potentiel inégale entre des plaques successi ves lorsque la tension de ligne est envoyée aux plaques de bout .de la série.
Le but principal de la présente inven tion est d'obvier à cet inconvénient dans la ,construction ,de l'interrupteur du genre sus- décrit et de types similaires ayant une série de plaques de désionisation et une armature électrostatique pour la répartition uniforme de la .différence de potentiel sur des plaques successives de ladite série.
Ceci est réalisé dans un interrupteur électrique ayant une série de plaques de dé- sionisation dans laquelle l'arc produit est di rigé, et une armature électrostatique pour une répartition uniforme -de la différence de potentiel entre les plaques successives, par le fait que l'armature électrostatique a la forme d'un écran dont la largeur varie de sec tion en section, enfermé à l'intérieur d'une gaine isolante interposée entre la série sus mentionnée et une enveloppe de fer extérieure de l'interrupteur.
De préférence, l'armature électrostatique est constituée par une pièce de tôle m6talli- que dont une extrémité est reliée conducti- vement à une partie non mise à la terre de l'interrupteur, et dont la largeur diminue vers son autre extrémité pour compenser l'ef fet de la capacité non équilibrée -de l'ensemble de l'interrupteur sur les plaques de désioni- sation.
Des moyens peuvent être prévus pour em pêcher la. production d'une décharge corona entre l'armature électrostatique et les pla ques de clésionisation, et une feuille métalli que additionnelle peut être disposée à l'exté rieur de l'armature électrostatique et mise à un potentiel voisin .de celui de la structure- enveloppe de l'interrupteur.
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 vue en perspective et quelque peu schématique d'une partie d'un ensemble de plaques de désionisation d'un in terrupteur, des parties étant enlevées; La fig. 2 est un développement d'une pla- que-armature électrostatique de répartition de potentiel suivant une première forme d'exécution; La fig. 3 est une coupe longitudinale de l'ensemble d'un interrupteur;
La fig. 4 est un développement de l'ar mature de répartition -de potentiel de l'inter rupteur représenté à la fig. 3; La fig. 5 est une vue en bout, parties en coupe, de l'élément à plaques de -désionisation de l'interrupteur de la fig. 4, et La fig. 6 est une coupe longitudinale de cet élément, montrant le contour de .différen tes plaques constituant l'armature de réparti tion de potentiel employée dans cet interrup teur.
Dans la disposition représentée à la fig. 1, les plaques de désionisation 17 sont montées de manière connue -en une série et sont entourées d'une gaine isolante 23, de préférence en matière moulée, interposée en tre lesdites plaques 17 et une boîte de fer ex térieure 40 de l'interrupteur. La boîte 40 peut constituer la partie formant noyau d'un :électro-aimant de soufflage servant à diriger l'arc tiré entre les contacts de l'inter rupteur dans la série de plaques désionisan- tes 17.
Le noyau d'électro-aimant constitué par la boîte de fer 40 produit en plus la ré partition de la différence de potentiel entre les plaques adjacentes 17, lorsque le voltage de ligne est imprimé aux plaques de bout de la série. Une feuille métallique 2 formant armature de répartition de potentiel 2 et constituée, par exemple, en étain, est placée à l'intérieur de la gaine isolante 23. La feuille 2 est de largeur variante de section en section, la largeur de chaque section déter minée -de la feuille dépendant de la relation entre la capacité plaque 17-feuille 2 et la .ca pacité plaque 17-boîte de fer 40 comme dé crit dans la suite.
Dans cette forme d'exécu- tion, la feuille 2 présente la forme représen tée à la fig. 2 .qui est sensiblement triangu laire.
Le mécanisme d'interrupteur représenté à la fig. 3 comporte un contact fixe 5 monté sur une corne à arc 6 constituée par des pla ques métalliques espacées .qui se terminent dans une ouverture de décharge 9 prévue dans la plaque de bout 11 du châssis de sup port.
Le conta-et mobile 12 est monté à pivot en un point non représenté à la fig. 3, de fa çon telle qu'il peut être mn vers la droite sous l'action d'un puissant ressort à traction (non représenté) lorsqu'un court-circuit se produit dans le circuit auquel l'interrupteur est relié, ce qui provoque le déclenchement automatique -de celui-ci par un mécanisme de déclenchement électromagnétique non repré senté.
L'interrupteur peut aussi être -déclan- ch6 à la main, de façon que le contact mo bile peut être mû à la position d'ouverture lorsque le surveillant le désire. Lorsqu'on ou vre le contact mobile, un arc .est tiré entre les contacts 5 et 12, dont une extrémité est transférée sur la corne à arc 13 qui comprend des plaques métalliques se terminant dans l'ouverture -clé décharge 14 prévue dans la plaque de bout 15 .du -châssis -de l'interrup teur.
Entre les plaques de bout 11 et 15 est disposée une série 16 de plaques métalliques de désionisation 17, ces plaques étant isolées les unes des autres par -des rondelles isolan tes 18 et des bandes 19 servant à former des espaces libres d'environ 1,5 mm entre les pla ques, l'épaisseur des plaques étant d'environ 1,5 mm.
Les plaques qui :ont chacune la forme indiquée à la fig. 1 et en pointillé à la fi. 5 sont munies d'entailles d'entrée 21 pour recevoir l'arc tiré entre les contants 5 et 12 qui est dirigé dans les entailles à par tir des cornes à arc 6 et 13 sous l'action du champ électro--rnagnétique -disposé à angle droit par rapport au plan -de la série de pla ques.
Lorsque l'arc atteint l'extrémité de l'entaille dans les plaques, il est. divisé en un certain nombre d'arcs courts correspondant au nombre de plaques de la, série et les arcs courts sont dirigés rapidement vers l'extré- mité élargie des plaques où ils sont influen cés par .des bobines 22 reliées en série, dispo sées entre des groupes des plaques tomme in diqué à la fig. <B>3</B>,
et qui sont enroulées con- centriquement par rapport au centre de la tête large circulaire cl-es plaques. Les bobi nes 22 obligent alors les arcs à se mouvoir suivant un chemin circulaire.
La série de plaques de désionisation est immédiatement entourée par la gaine isolante 23 dont le contour est conforme aux bords des plaques et qui vient buter par une extré mité contre la plaque 11 @du châssis de l'in terrupteur et s'étend à l'autre extrémité au delà de la, plaque extrême 15 du châssis, comme représenté à la fig. 3.
L'ensemble du châssis de l'interrupteur, des plaques de dé- sionisation et des bobines intermédiaires 2 2 est assujetti au moyen d'un boulon -d'assem blage central 24 qui s'étend à travers l'ouver ture centrale des plaques de désionisation et des plaques de bout 11 et 15 et qui est isolé du châssis et des plaques par des douilles iso lantes 25 et 26, les extrémités du boulon étant recouvertes -de chapeaux isolants 27.
La gaine 23 -est entourée par les pièces polaires de l'électro-aimant et le ruban de -connexion ou noyau 40 reliant les pièces po laires de l'électro-aimant 41 (fig. 5).
Il va de soi que les bobines pour produire le champ électro-magnétique destiné à déta cher l'art des contacts et à le diriger dans la série de plaques de désionisation sont norma lement désexcitées et sont seulement excitée par l'intermédiaire d'un relais au moment où un court-circuit se produit et que les bobines 22 pour produire le champ radial servant à mettre l'arc en rotation après qu'il est entré entre les plaques, sont reliées à des plaques de désionisation disposées sur des côtés oppo sés des bobines et immédiatement près de celle-ci.
Par conséquent, les bobines d<B>e</B> l'électro-aimant et les bobines du champ ra dial ne sont -excitées que pendant que l'inter ruption du circuit se produit.
Le fonctionnement. de l'interrupteur re présenté est le suivant: Lorsque les contacts 5 et 12 de l'interrup teur sont séparés, l'arc tiré entre eux est m-Cî vers le haut par le champ électromagnétique, les extrémités -de l'arc touchant d'abord les cornes à arc 6 et 13, et l'arc se dirige ensuite clans les entailles 21 des plaques de dé-sioni- sation, où il est finalement rompu en un grand nombre -de petits arcs séparés qui sont obligés de se mouvoir sur un chemin circu laire avec une grande vitesse jusqu'à ce que '.'intensité du courant alternatif passe par zéro.
Grâce à l'action @désionisante des pla ques expliquée dans la description du brevet susénancé n 143495, l'espace entre les pla ques subit une -désionisation, de telle manière qu'un rallumage de l'arc est empêché de se produire après que le courant a atteint la va leur zéro. L'arc est ainsi éteint en moins d'une demi-période et ne se rallume pas, pourvu qu'il y ait eu un nombre suffisant de plaques de désionisation prévues pour ré duire le voltage entre des plaques successives à la limite de fonctionnement .des plaques, cette limite de voltage étant, comme on a trouvé, à environ 250 volts par plaque.
On a trouvé, toutefois, que lorsqu'un vol tage était appliqué aux plaques de bout d'unc longue série uniforme de plaques isolées l'une de l'autre, le potentiel ne se répartit pas uni formément sur les plaques, mais la diffé rence de potentiel entre 4es plaques successi- \es au bout de 'la série peut être plusieurs fois plus grande que la différence de poten tiel entre .des plaques successives au milieu de la série. Ceci résulte des principes élé mentaires bien connus de l'électro-statique.
Comme susmentionné, la présence de par ties auxiliaires de l'interrupteur telles que les pièces de noyau et la bande de noyau 40 de l'électro-aimant entourant les plaques donne lieu encore à la tendance à affecter la répartition du potentiel sur les plaques cons tituant le moyen de désionisation et l'arma ture électrostatique susmentionnée produit donc une compensation de l'effet -de capacité déséquilibrant de l'appareil auxiliaire et ef fectue de cette façon une répartition de po tentiel sur les plaques, la .différence de po tentiel entre -des plaques successives étant pratiquement uniforme.
L'importance de maintenir une différence de potentiel pratiquement uniforme entre des plaques successives est apparente lorsqu'on se représente la manière dont un arc se ral lume -dans des appareils de ce genre. On a trouvé que, lorsqu'un voltage est imprimé aux plaques de désionisation qui peuvent être considérées comme des plaques de -condensa teur, .qu'il faut un potentiel d'environ 250 volts sur la cathode pour faire éclater un arc.
Bien que le voltage -de travail normal de l'interrupteur puisse bien être légèrement inférieur à 250 volts par plaque, si les pré- cautions nécessaires ne sont pas prises à ce point -de vue, la répartition du voltage sur les plaques ne sera pas à cette valeur uni forme, mais un potentiel considérablement plus élevé que ce potentiel de travail normal s'établira aux plaques -de bout.
En fonction nement alors, les ares entre -ces plaques de bout se rallumeront après .que le courant est devenu zéro, ceci provoquera un accroisse ment du potentiel imprimé aux plaques inter- médiaires, ce qui entraînera successivement un railumage des arcs entre ces plaques, d'oâ résultera une perturbation dans l'appareil en ce sens qu'il manquera de couper le -circuit.
Si les différences de potentiel .entre des plaques successives ne sont pas uniformes et que la différence de potentiel entre les pla ques de bout soit considérablement plus éle vée que celle entre les plaques placées centra lement, la possibilité de rallumage des ares entre les plaques -de bout. se trouve encore augmentée.
Afin d'égaliser la .différence -de potentiel entre des plaques successives dans l'interrup teur représenté, il. est nécessaire de prévoir un écran-armature électrostatique de form.# irrégulière, la forme étant influencée par l'ef fet -de capacité des appareils auxiliaires ad joints à la série -de plaques de désionisation et par les plaques d<B>ie,</B> désionisation. L'écran armature qui est interposé entre les plaques et les moyens auxiliaires, intercepte les li gnes de force électrique qui s'étendraient au trement à partir des.plaques vers les moyens auxiliaires adjacents ou autres objets.
La composante de courant, de charge correspon dant à un champ électrique s'étendant à<I>lia,</I> terre est ainsi remplacée par une autre qui correspond seulement au champ électrique en tre les plaques et l'écran-armature électro statique.
L'écran-armature de compensation de la construction représentée à la fig. 3 comporte une gaine isolante 23 ayant le contour des bords des plaques de désionisation consti tuant la série de plaques comme à la fig. 1., la forme de la gaine étant indiquée aux fig. 3 et 4. Afin de répartir le potentiel exactement sur les plaques, deux feuilles de compensa tion 28 et 29, de préférence en étain, sont noyées et isolées l'une de l'autre dans la gaine isolante 23 comme indiqué aux fig. 3 et 6.
Les feuilles 28 et 29 sont représentées à la fig. 4, la première ayant la forme indi quée en pointillé et la dernière étant simi laire à la feuille 28, sauf que la portion triangulaire 31 est enlevée. La feuille 29 est munie de bornes 32 qui s'étendent à l'exté rieur -de l'extrémité .de la feuille et sont fixées à la plaque -de bout 15 qui constitue<B>là,</B> borne sans connexion à la terre,de la série de plaques de désionisation. On a trouvé que, grâce à .ces feuilles d'étain, on obtient une différence de potentiel pratiquement uni forme entre des plaques successives de la série.
On décrira maintenant une méthode pour déterminer la forme à donner aux feuilles 28 et 29. Comme les feuilles 28 ,et 29 n'entourent pas entièrement les plaques 17, il: y aura en général une certaines capacité électro=statique Ci entre toute plaque particulière donnée et les parties reliées à la terre de l'interrupteur et cette capacité peut être calculée, ou mesu rée, par des moyens bien connus.
Il y aura également une capacité C2 figée par la forme et la position -des feuilles 28 et 29, entre la même plaque 1.7 et lesdites feuilles.
En pup- posant que, en concordance avec la réparti tion -de potentiel désirée parmi les plaques 17, une répartition rectiligne est ordinairement préférée comme susmentionné, la plaque par ticulière en considération devrait avoir un potentiel e par rapport au châssis relié à la terre; elle aura alors un potentiel E-e par rapport à la feuille 29, E étant le potentiel de celle-ci à tout instant par rapport à la terre.
La largeur -de la feuille 29 en face (le chaque plaque de désionisation sur laquelle elle empiète -devra alors être telle que Ci.e <I>.--.</I> C2 (E-e). Dans cette équation, C2 est la seule grandeur inconnue et peut être facilement évaluée.
Lorsque, comme dans l'interrupteur représenté, l'espacement entre la feuille 29 et les bords des différentes pla- ques 17 est uniforme, la capacité C2 est pro portionnelle à la largeur de la feuille 29 en face .de la plaque en question, de sorte que la largeur ,de la feuille 29 à l'endroit de sa sec tion -correspondant à. chaque plaque 17 peut facilement être déterminée.
Il est à noter que la feuille 29 ne s'étend pas suffisamment loin dans le sens longitudi nal .de la chambre pour empiéter sur toutes les plaques -de dés-ionisation 17; c'est la feuille 28, qui est située à la plus grand distance des bords de ces plaques, qui em piète sur les autres plaques de la série. Il est également clair que la feuille 28 et ia feuille 29 constituent les armatures d'une paire .de condensateurs en série entre les bords desdites autres plaques 17 et la borne 15 non reliée à la terre.
Ainsi, la différence de potentiel totale entre lesdites autres pla ques 17 et la borne i5 -est subdivisée entre deux .diélectriques en série, l'un qui inter vient entre la feuille 29 et la feuille 28, et l'autre qui intervient entre la feuille 28 et lesdites autres plaques 17. La capacité du condensateur compound ainsi .constitué est plus petite que celle de chacun de ses cons tituants séparément; et, d'autre part, la capa cité de ce condensateur .compound peut être facilement calculée.
La capacité du consti tuant de condensateur compound .qui com prend le diélectrique entre les feuilles 28 et 29 peut être facilement calculée, lorsqu'on a une fois déterminé la forme de la feuille 29 comme susdécrit. La capacité nette C2 re quise pour chacune desdites autres plaques 17 étant également connue par suite des cal culs susindiqués, il est une chose très sim ple de déterminer la largeur qu'il faut donner à la feuille 28 en face de chaque plaque 17 ,qui n'est pas couverte par la feuille 29. Ainsi, les formes complètes des feuilles \?8 et 29 peuvent être déterminées.
Avec un écran-armature comme susdécrit, on obtient une différence de potentiel éle vée existant entre chaque plaque de -désioni- sation et l'une ou l'autre feuille d'étain. Cette -différence de potentiel .donnera lieu à un gradient élevé dans l'espace d'air entre les plaques et et une dé charge se produira entre les feuilles-écran de compensation et les plaques 17.
De façon similaire, il y aura une grande différence de potentiel entre la feuille d'étain respective ut le noyau d'électro-aimant 40, ce qui provo quera une décharge corona. Comme une dé charge pareille est indésirable à cause de son action nuisible sur l'isolation de l'écran armature .compensateur, @on a prévu des moyens pour empêcher la formation de dé charges coronaires dans les intervalles d'air entre l'écran-armature et les plaques et le noyau d'électro-aimant respectivement.
A cet effet, une plaque de protection 33 en feuille d'étain de la forme indiquée aux fig. 3, 5 et 6 .est noyée dans la gaine isolante 23 du côté extérieur -de la feuille 28 et cette plaque est reliée par -des bornes 34 au noyau d'électro aimant 40, afin d'avoir à la plaque 33 le même potentiel :qu'audit noyau.
Des bandes parallèles isolées 35 en feuille d'étain sont également noyées dans la gaine isolante 23 du côté intérieur -de la feuille compensatrice 29, lesdites bandes étant .disposées circonférentiellement et iso lées l'une de l'autre. Le potentiel imprimé aux bandes est pratiquement le même que celui imprimé aux plaques de désionisation immédiatement adjacentes qui sont entourées par la bande. Par suite de cette disposition.
tous les efforts de potentiel qui existeraient sans cela entre les feuilles de compensation et le noyau d'électro-aimant et les plaques de désionïsation respectivement, seront impri més à la feuille d'étain 33 et aux bandes 35, ces efforts étant, par conséquent, ramenés en tièrement à l'intérieur de la gaine isolante oà aucun effet de corona, qui serait nuisible à l'isolation, ne peut se produire.
Comme la plaque protectrice 33 a le même potentiel que le noyau d'électro-aimant qui l'entoure et comme les bandes 35 ont sensiblement ie même potentiel que celui imprimé aux -pla ques, il n'y aura pas de gradient de voltage élevé entre les éléments respectifs -où il y a des intervalles d'air.
Dans tous les cas, les feuilles précitées se trouvent proportionnées par rapport à l'appareil de façon que le gra dient électrique perpendiculaire à la surface externe de l'écran armature est inférieur à 35000 volts par centimètre, ou un potentiel au-dessous de celui auquel un effet -de corona se produit, aucun effet de corona n'ayant par suite lieu dans l'intervalle existant entre eux.
Il résulte des explications précédentes qu'on a réalisé ainsi des constructions simple, et peu conteuses pour répartir la différence de potentiel uniformément entre -des plaques de désionisation successives et que le rende ment de l'interrupteur à désionisation est considérablement augmenté. Les construc tions -décrites éliminent également les déchar ges de corona inadmissibles se produisant dans les interrupteurs de ce genre avec écran armature de répartition de potentiel.