Coupe-circuit électrique. La présente invention est relative à un coupe-circuit électrique et, en particulier, à un coupe-circuit à haute tension du type utili sant un jet de gaz d'expulsion pour éteindre l'arc formé du fait de l'interruption du cir cuit.
Les coupe-circuits à expulsion compren nent, en général, un passage tubulaire pour l'arc, un dispositif tel qu'un fusible ou un plongeur mobile servant. à tirer un arc dans le passage tubulaire pour l'arc et un dispo sitif servant à, produire un jet de gaz d'expul sion qui s'écoule longitudinalement en tra vers de l'arc en vue de provoquer son extinc tion. L'efficacité et la sûreté de fonctionne ment de ces dispositifs dépendent, dans une grande mesure, de la quantité et des caracté ristiques chimiques du gaz qui se trouve ex pulsé à travers l'arc pendant l'opération d'in terruption du circuit et le principal problème de cette technique a toujours été d'obtenir un volume de gaz adéquat ayant une compo sition chimique satisfaisante.
Le dispositif le plus satisfaisant obtenu jusqu'ici provoque le jet longitudinal désiré de gaz éteignant l'arc en garnissant le pas sage pour l'arc d'une matière isolante qui est susceptible de dégager une grande quan tité de gaz éteignant l'arc et qui ne perd pas son pouvoir isolant lorsqu'elle est placée au voisinage d'un arc électrique. De préférence, le gaz est de nature inorganique, facilement condensable et non inflammable. Tous ces desiderata sont réalisés par un garnissage composé d'acide borique comprimé, mais on a constaté que même cette disposition n'était pas entièrement exempte de défectuosités.
Le dégagement du gaz de la surface du garnissage du passage de l'arc dépend, dans une grande mesure, de l'intimité du contact entre le garnissage et l'arc et il est évident que le dégagement maximum possible de gaz (et le fonctionnement le plus efficace du coupe-circuit) s'obtient lorsque l'arc rem plit complètement le passage pour l'arc. Malheureusement, toutefois, la grandeur du courant de surcharge dans les circuits peut varier entre de grandes limites et les dimen sions physiques de l'arc varient, de même, en proportion directe.
Il peut sembler que ceci ne crée pas de difficultés sérieuses, étant donné que le passage pour l'arc peut être fait assez étroit pour assurer un contact in time entre le garnissage et la surface de l'arc de la plus faible amplitude possible, qui peut être tiré dans le passage de l'arc. Le problème ne se résoud pas aussi sim plement, car alors que le contact intime entre le garnissage du passage de l'arc et l'arc est impératif, il est possible d'avoir un passage pour l'arc qui soit trop étroit.
Si cela a lieu et si de forts ares y sont tirés, le volume du gaz dégagé peut être suffisamment grand pour provoquer une rupture des parois du passage de l'arc et, même si les parois du passage ne sont pas rompues, les surfaces de ces parois, qui sont exposées à l'arc, peuvent être chauffées suffisamment pour devenir conductrices et, par suite, rendre impossible l'interruption du circuit en jeu.
Cette possibilité d'une destruction effec tive du coupe-circuit ou le manque à fonc tionner du dispositif, lorsqu'il se produit des conditions de surcharge très élevées, oblige à ce que les dimensions physiques du passage de l'arc soient suffisamment grandes pour permettre de tirer dans le passage d'arc, sans danger de rupture ou de chauffage excessif, un arc de l'ampèrage le plus grand possible dans le circuit sur lequel le dispositif doit être utilisé.
Le résultat évident de ceci est que, pour la plupart des circuit, le passage d'arc doit avoir une section transversale très considérable et, lorsque l'interrupteur est en service dans ces circuits, les petits arcs pro duits par des surcharges normales ne rem plissent que partiellement le passage d'arc. Dans ces conditions, il ne se produit qu'un faible volume de gaz d'extinction de l'arc et l'efficacité du coupe-circuit est très faible.
En fait, si l'ampèrage du courant de l'arc est très faible, il peut être absolument impossible de l'éteindre. Pour remédier à cette difficulté, dans des dispositifs antérieurs, on a utilisé deux pas sages d'arc, l'un de grande section transver sale dans lequel des arcs de grand ampèrage sont interrompus et l'autre, de faible section transversale, dans lequel des arcs de plus fai ble ampèrage sont interrompus. Cette dispo sition nécessite un dispositif sélecteur faisant que l'arc est tiré dans le passage approprié et elle n'est pas entièrement satisfaisante au point de vue économique.
Le but principal de la présente invention est, par suite, de réaliser un coupe-circuit du type à expulsion du genre ci-dessus qui utilise un passage d'arc unique et qui soit pourvu de moyen assurant l'interruption sa tisfaisante dans ce passage, à la fois des arcs à courant faible et à courant important.
Ce coupe-circuit comporte un élément tu bulaire formant un passage, garni au moins en partie, d'une matière susceptible de déga ger un gaz éteignant l'arc, lorsqu'elle est pla cée au voisinage d'un arc électrique, et des moyens pour établir un arc dans ce passage, et il se distingue par un dispositif en ma tière isolante susceptible de pénétrer dans le passage pendant l'ouverture du circuit, afin de provoquer un contact intime entre l'arc et la partie de la garniture dégageant du gaz.
Ce dispositif en matière isolante, en péné trant dans ledit passage, restreint la section transversale du passage de l'arc de façon telle que, même les arcs de faible ampèrage sont amenés en contact intime avec le garnissage du passage et il en résulte qu'un volume suf fisant de gaz extincteur de l'arc se dégage de façon à assurer une extinction rapide et com plète de l'are.
Au dessin annexé, donné à titre d'exem ple: La fig. 1 est une vue en coupe, partie en élévation, d'un coupe-circuit du type à ex pulsion, établi conformément à l'invention; La fig. 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la fig. 1; La fig. 3 est une vue de détail, partielle ment en coupe, représentant une variante d'un plongeur utilisable avec le coupe- circuit des fig. 1 et 2.
Le coupe-circuit à expulsion représenté sur le dessin comprend un tube 1 en une ma tière isolante qui possède une résistance suf fisante pour résister aux pressions qui se dé veloppent généralement à, l'intérieur de ces dispositifs, un chapeau métallique 3 fermant l'extrémité supérieure du tube isolant prin cipal 1 et une virole 5 comportant au cen tre une ouverture centrale 7, virole qui s'a dapte sur l'extrémité inférieure du tube iso lant. Le chapeau supérieur et la virole infé rieure sont fixés en position au moyen de fi letages appropriés 9 et 11, ménagés dans les parties coopérantes de ces pièces et du tube 1.
Une pièce tubulaire 13, en matière conduc trice, présentant une partie filetée 15 à une extrémité, partie qui s'engage dans une par tie taraudée de façon analogue 17 du chapeau 3, est placée à l'intérieur du tube principal 1, à la fois pour renforcer ce tube et pour compléter le circuit électrique allant du cha peau supérieur à la plaque annulaire 19, dis posée au-dessous de l'extrémité inférieure de la pièce tubulaire 13.
Une pièce cylindrique 21, de préférence en acide borique comprimé ou autre substance dégageant du gaz, comportant un passage 23 disposé au centre, est placée dans la partie inférieure du tube principal 1. Le passage 23 constitue le passage pour l'arc, l'arc s'y établissant sous l'action du système de plon geur mobile 25. La pièce en acide borique 21 est maintenue en position dans le tube princi pal 1 par une plaque annulaire 19 qui porte contre la partie inférieure du tube conduc teur 13 et par la virole 5. L'ouverture 27 de la plaque annulaire 19 a sensiblement la même dimension que le passage 23 pour l'arc et ce passage se termine par une ouverture en forme d'entonnoir 29 dont le plus grand diamètre est sensiblement le même que celui de l'ouverture 7 de la virole 5.
Le système de plongeur 25 comporte une tige ou plongeur comportant une partie con ductrice 31 servant à tirer l'arc dans le pas sage de l'arc 23, une partie isolante 33 ser- vant à limiter la section transversale du pas sage de l'arc, une liaison mécanique entre les parties conductrices et isolantes du plongeur et des moyens servant à déplacer le système de plongeur dans le passage de l'arc. La partie conductrice 31 comporte une tige cir culaire en matière conductrice dont l'extré mité supérieure 35 est filetée de façon à se visser dans un taraudage approprié de l'élé ment de piston mobile 37.
L'élément de piston 37 est de contour circulaire et a un diamètre un peu plus petit que celui de l'élément con ducteur tubulaire 13 dans lequel il se déplace. L'extrémité inférieure de la partie conduc trice 31 du plongeur comporte une partie 39 de plus petite section transversale. Cette par tie plus petite est filetée de façon à se visser dans l'extrémité supérieure de la partie iso lante 33 et elle sert à réaliser un système de liaison mécanique, sensible à l'action de l'é lectricité, entre les deux parties du plongeur. L'élément de piston 37, et avec lui les deux parties reliées mécaniquement du plongeur proprement dit, sont poussées dans la direc tion du chapeau 3, en tout temps, par un res sort à boudin 41.
Le déplacement en ce sens est empêché par un fusible 43 dont une extré mité se loge dans une cavité appropriée 45 de la partie supérieure ou chapeau 47 de la partie isolante du plongeur et dont l'autre extrémité se loge dans une cavité ana logue 49 de la virole 5.
La partie isolante 33 du plongeur peut être faite d'un certain nombre de substances différentes. Si le coupe-circuit doit être utilisé à l'extérieur, il peut être bon de faire cette pièce en une matière céramique ou autre qui n'absorbe pas l'humidité. Si le dispositif doit être utilisé à l'intérieur, la tige peut être en fibre ou en d'autres matières plus ou moins hygroscopiques, Dans l'un ou l'autre cas, la matière doit être susceptible de conser ver ses propriétés isolantes lorsqu'elle est pla cée au voisinage d'un arc électrique.
Pour certaines applications, il peut être bon de faire la partie isolante 33 en une ma tière qui soit susceptible de dégager un gaz extincteur de l'arc lorsqu'elle est amenée au voisinâge d-'un -arc électrique, cette disposi tion convenant particulièrement bien pour ser vir, dans des circuits dans lesquels il est bon que la durée de l'arc soit aussi réduite que possible.
Si l'on utilise dans ce but de l'acide borique ou autre matière peu résistante au point de vue construction, il est bon de renfor cer le plongeur et on a représenté sur la fig. 1 une construction de ce genre-. La partie iso lante- 33 de ce dispositif, représentée sur cette figure, est constituée par une matière peu ré sistante au point de vue construction et une pièce tubulaire de renforcement 51 est prise par moulage dans cette matière ou en fait partie intégrante. Cette pièce tubulaire de renforcement 51 comporte une partie filetée 53 à .
sa partie supérieure lui permettant de se visser dans un taraudage correspondant de la partie supérieure ou chapeau métallique 47 de l'élément isolant 33.
Cette partie, en forme de chapeau 47, comporte également une deuxième cavité ta raudée 55 servant à recevoir l'extrémité file tée de la partie réduite 39 de la partie conduc trice 31 du plongeur. Cette cavité 55 com munique avec la cavité 45 qui est prévue pour recevoir une extrémité du fusible 43 et lors que le dispositif est complètement monté, l'ex trémité filetée de la partie 39 est vissée sur l'extrémité du fusible 43, de façon à complé ter le circuit électrique allant de la partie conductrice 31 au fusible 43 et à relier méca niquement le fusible avec le plongeur.
La variante de la partie isolante du plon geur . représentée sur la fig. 3 est utilisable avec des matières isolantes ayant une résis tance mécanique suffisante pour éviter d'a voir à renforcer la partie isolante 33 du plon geur ou de prévoir un système de chapeau. Lorsque l'on utilise des matières de ce genre, l'extrémité supérieure de la tige isolante 57 peut être pourvue d'une cavité 59 servant à recevoir une extrémité du fusible 43 et d'une ouverture taraudée 61 servant à recevoir l'ex trémité filetée de façon correspondante de la tige conductrice 31.
Le circuit électrique passant par le fusible est relativement direct. En partant du cha- peau 3, le courant passe successivement dans l'élément conducteur tubulaire 13, la plaque annulaire 19, le shunt flexible 63 disposé en tre la plaque annulaire 19 et l'élément de pis ton 37, puis dans l'élément de piston 37 et la partie conductrice 31 du plongeur 25. pour aller au fusible 43 et, par lui, à la virole 5.
S'il se produit une surcharge déterminée, modérée, dans le circuit où se trouve ce dis positif, le fusible 43 fond, ce qui libère le plongeur et permet à l'élément de se déplacer pour venir dans la position d'ouverture du circuit sous la poussée du ressort 41. La par tie conductrice 31 du plongeur, du fait de ce mouvement, tire l'arc dans le passage de l'arc 23 et en même temps fait que la partie iso lante 33 du plongeur pénètre dans ce passage. La partie isolante 33 réduit la section trans versale du passage de l'arc et amène l'arc en contact intime avec la surface de la garni ture en acide borique 21.
Il se dégage, du fait de ce contact intime, une quantité considé rable de vapeur d'eau et, étant donné que le seul chemin par lequel cette vapeur peut s'é chapper est l'ouverture de la virole inférieure 5, il se produit une expulsion rapide de gaz extincteur de l'arc qui, en général, provoque l'interruption de l'arc en un petit nombre de demi-périodes.
Alors que, comme indiqué ci-dessus, il est nécessaire que l'arc soit amené en contact intime avec la garniture, dégageant du gaz, du passage de l'arc, de façon à assurer le fonctionnement satisfaisant du coupe-circuit, on a constaté que les dimensions des diffé rentes parties ne sont pas très critiques. Ceci résulte du fait que dans les circuits ordi naires utilisés habituellement, les surcharges rentrent d'habitude dans deux classes géné rales:
la première de ces classes comporte les surcharges normales résultant d'une charge excessive de l'équipement protégé et leur valeur dépasse rarement la pleine charge normale du courant de plus de quelques cen taines pour cent. L'autre classe de surcharges est celle résultant de court-circuits ou de dé fectuosités dans la ligne et celles-ci sont, en général, de beaucoup plus grande valeur, plu- sieurs milliers pour cent de la pleine charge normale du courant.
Par suite, si le passage de l'arc et les moyens servant à limiter la sur face de celui-ci sont faits de façon à pouvoir avoir une interruption satisfaisante du cir cuit pour la gamme habituelle des valeurs normales de surcharge et si des moyens sont prévus pour tenir compte des très grandes surcharges qui résultent de courts-circuits ou analogues, il est extrêmement improbable que le coupe-circuit ne fonctionne pas avec succès dans toutes les conditions possibles.
Ceci, en effet, est ce qui a lieu avec le type perfec tionné de coupe-circuit qui comporte normale ment un faible passage pour l'arc pour inter rompre le courant de surcharge habituel et qui est pourvu de dispositifs sensibles à l'ac tion de l'électricité en vue d'augmenter la surface du passage de l'arc pour interrompre avec succès des courts-circuits ou autres cou rants comportant une très grande surcharge.
Le fonctionnement du dispositif, lors de grandes surcharges ou d'un court-circuit, est le suivant: Dans le cas où ces circonstances se réalisent, le fusible 43- fond, libérant ainsi le plongeur qui est alors déplacé sous l'action du ressort 41, de façon à former l'arc dans le passage d'arc 23. Toutefois, du fait que la section transversale de la partie 39 de la partie conductrice 31 du plongeur, laquelle partie 39 est utilisée pour relier mé caniquement la partie conductrice et la partie isolante du plongeur, est de section réduite, il se produit un échauffement considérable en ce point.
Si l'amplitude du courant d'arc est suffisamment élevée, cet échauffement provoque la fusion de la partie 39 de l'élé ment conducteur et la partie isolée 33 du plongeur est déconnectée mécaniquement de la partie conductrice 31, ce qui fait que l'arc est tiré dans le passage d'arc dont la section transversale tout entière est disponible pour recevoir les grands volumes de gaz qui y passent produits par un arc de grande inten sité.
Il est possible, sous certaines conditions, que la valeur de la surcharge soit insuffisante pour que la partie isolée 33 du plongeur soit déconnectée d'avec la partie 31 du plongeur tirant l'arc, avant que l'extrémité supérieure de la partie isolante ait été tirée dans le pas sage d'arc. Si cela a lieu, lorsqu'un très grand volume de gaz est engendré dans le passage d'arc 31, il existe une force très considérable sur la partie isolante 33 du plongeur qui tend à le faire sortir du passage d'arc et, avant que la pression dans le passage d'arc ait at teint une valeur dangereuse, la partie isolante 33 est éjectée de ce passage.
Le point de fu sion de la liaison mécanique entre les parties conductrices et isolantes du plongeur doit, évidemment, être réglé de façon appropriée, en tenant compte des caractéristiques du cir cuit dans lequel le dispositif doit être uti lisé et de la capacité d'interruption du pas sage d'arc.