L'invention concerne un interrupteur monopolaire à vide, pour courant électrique alternatif, à éléments de contact multiples
travaillant en série, ces éléments de contact appartenant à l'une,
respectivement à l'autre, de deux armatures de contact capables
de se mouvoir l'une par rapport à l'autre le long d'un axe de dé
placement, les éléments de contact d'une armature coopérant avec ceux de l'autre armature de manière à former ensemble une
chaîne d'éléments de contact constituant, lorsque cet interrupteur est fermé, un chemin de conduction passant alternativement par
les élements de contact de l'une et de l'autre de ces armatures, et
ménageant, lorsque cet interrupteur est ouvert, une série d'espaces d'interruption délimités alternativement par ces éiéments de con
tact,
les deux éléments extrêmes de cette chaîne étant reliés élec
triquement à l'une et à l'autre, respectivement, de deux bornes as
surant le raccordement de cet interrupteur à un réseau électrique.
Le problème de la coupure d'un circuit à courant alternatif à
haute tension s'est posé depuis longtemps, notamment dans le domaine des réseaux de transport d'énergie. Ce problème consiste à conférer au milieu dans lequel travaillent les éléments de contact et dans lequel jaillit la décharge consécutive à une coupure, I'apti-
tude à recouvrer très rapidement, après le passage à zéro du cou
rant, une rigidité diélectrique suffisante pour permettre à une tension de l'ordre de 100 kV de s'établir entre les éléments de contact sans donner lieu à un réamorçage de la décharge. En d'autres termes, c'est ie phénomène de la restauration diélectnque du milieu dans lequel jaillit la décharge qui constitue un des éléments clés du problème.
A part les solutions dans lesquelles ce milieu est constitué par un fluide sous pression (air comprimé, huile, hexafluorure de soufre) et dans lesquelles la restauration diélectnque est liée au mécanisme de désionisation, plusieurs solutions ont été préconisées dans lesquelles les éléments de contact travaillent sous vide. II s'agit alors des dispositifs connus sous ie nom d'interrupteurs à vide.
Dans les interrupteurs de ce type, la restauration diélectrique est liée à la condensation, sur les parois voisines de l'endroit où a eu lieu la décharge. et en particulier sur les éléments de contact euxmêmes, des porteurs de charge ainsi que de la vapeur Issue des points chauds de la cathode connus sous le nom de spots cathodiques. Comme cette condensation est d'autant plus rapide que les surfaces sur lesquelles elle a lieu sont rapprochées, les interrupteurs à vide sont caractérisés par un petit écartement des éléments de contact, de l'ordre du centimètre. Cela présente de grands avantages en ce qui concerne le mécanisme de commande, lequel n'a à déplacer les éléments de contact que sur des distances réduites: les forces d'inertie à vaincre sont donc faibles, ce qui rend l'interrupteur à vide peu bruyant.
Or, pour les arcs sous vide, il existe deux régimes pour le courant de décharge, à savoir le régime à arc diffus et le régime à colonne unique.
Dans le régime à arc diffus, qui prend naissance pour les faibles courants (intensités inféneures à 2 kA), le courant est véhiculé par plusieurs colonnes coniques parallèles les unes aux autres, dites cônes de Reece, dont les sommets sont situés sur la cathode et constituent les spots cathodiques dont il a été question plus haut. Ces spots cathodiques se déplacent en balayant la cathode, à la manière des molécules d'un gaz, avec des vitesses de l'ordre de 10 à 100 misez, et les cônes de Reece correspondants, qui ont une durée de vie très courte, de l'ordre de la microseconde à la milliseconde, se maintiennent par subdivision. Ils transportent chacun un courant ne dépassant pas 30 à 100 A. Dans ce régime à arc diffus, la cathode ne subit qu'une érosion faible, qui ne dépasse pas 50 à 100 iug/As.
Dans le régime à colonne unique, le courant est véhicule par une seule colonne qui résulte du regroupement des cônes de
Reece. Cette colonne unique, qui est le siège du courant total, est peu mobile et conduit de ce fait à une fusion destructrice des éléments de contact. Les zones fondues donnent naissance à une forte évaporation du métal, si bien que la décharge se comporte comme un arc à haute pression: la restauration diélectnque est alors compromise et la décharge se réamorce après le passage du courant à zéro.
Accroitre le refroidissement en vue d'empêcher la fusion et de limiter l'évaporation ne résout pas le problème. car la conductibilité thermique du métal dont sont formés les éléments de contact ne permet pas d'évacuer assez rapidement la chaleur engendrée au point d'impact de la décharge: celui-ci est en effet très peu mobile et il s'y concentre une puissance considérable. On a tenté d'obliger le point d'impact à se déplacer. par exemple en soumettant la décharge à un champ magnétique. II existe notamment des solutions dans lesquelles les éléments de contact sont divisés en pétales curvilignes par des fentes hélicoidales: le courant est alors obligé de parcounr dans les éléments de contact un chemin spiralé et d'engendrer de ce fait un champ magnétique propre à mouvoir l'arc par interaction électromagnétique.
Des solutions de ce genre sont décrites par exemple dans les brevets
USA NN 32i0505, 3185799,3185798, 3185797. 3089936.
2949520 et dans le brevet français N 1410884. Néanmoins. du fait de la forme complexe que revêtent les électrodes, ces solutions ne sont pas suffisantes pour suppnmer, lorsque le courant augmente, I'appantion du régime à colonne unique.
Or, il a été établi par C.W. Kimblin (J. Appl. Phys. 401969), p. 1744) que l'apparition du régime à colonne unique est liée à une augmentation sensible de la chute de tension anodique. laquelle peut atteindre plus de 100 V, et que cet effet est d'autant plus prononcé que les colonnes de l'arc diffus sont plus allongées, cet allongement pouvant être dû aussi bien à l'écartement entre les éléments de contact qu'a l'effet de bord de ces derniers. c'està-dire à la propension qu'ont les points d'impact des décharges à fuir vers les bords des éléments de contact.
Par ailleurs, tout interrupteur, lorsqu'il est ouvert, doit pouvoir résister à la disruption, c'est-à-dire supporter une tension élevé vée sans qu'une décharge jaillisse entre ses éléments de contact.
Cela signifie notamment que le milieu situé entre les éléments de contact doit avoir une rigidité diélectrique élevée et que ces derniers doivent avoir un excellent état de surfitcc. Or, le meilleur état de surface qui soit est très rapidement affecté par l'érosion que provoque la décharge résultant de l'ouverture de l'interrupteur. Quant à la ngidité diélectrique du milieu, elle est liée à la pression qui règne dans celui-ci. Cette pression doit rester telle que le libre parcours moyen d'une particule chargée soit suffisam- ment grand pour empêcher cette particule d'être accélérée au point d'engendrer un processus d'avalanche (décharge de Paschen).
Cela signifie qu'on ne peut se contenter de créer une fois pour toutes un vide élevé dans l'espace compns entre les éléments de contact: il faut encore empêcher que ces derniers soient le siège d'un dégazage ultérieur trop important. On est donc conduit à utiliser, pour fabriquer les éléments de contact, des métaux ultrapurs, notamment des métaux qui ont été purifiés par fusion de zone. La demière ressource pour accroitre la tenue à la tension consiste à accroitre la distance entre électrodes. Or, la tension de claquage ne croit linéairement avec la distance que pour des distances inféneurs à 10 mm environ; pour des distances supérieures.
la tension de disruption croît proportionnellement à la racine carrée de la distance, donc moins rapidement. Lorsque la tension à tenir dépasse quelques dizaines de kilovolts, la distance entre électrodes devient importante, ce qui, premièrement, va à l'encontre de la condition de maintien, lors de l'ouverture des éléments de contact, du régime d'arc diffus, et, deuxièmement, oblige à prévoir un mécanisme de commande puissant et bruyant (grand déplacement des éléments de contact en un temps très court). Aussi a-t-on proposé de fractionner l'espace entre les éléments de contact en plusieurs espaces partiels, et cela en disposant une chaine de paires d'éléments de contact, au sein de laquelle les paires sont montées en séne à la suite les unes des autres, chaque paire comptant au moins un élément de contact mobile.
De telles dispositions sont décntes notamment dans les brevets USA N 3185797, 3185798, 2976382, ainsi que dans un article de H.C. Ross, Va cuum Switch Properties of Power Switching Applications, paru dans Trans. AIEE 77(1958), p. 104-117.
Le constructeur d'interrupteurs à vide se trouve donc confronté à deux exigences contradictoires: une faible distance entre électrodes, afin d'empêcher le réamorçage de la décharge après le passage à zéro du courant et une distance élevée entre éléments de contact afin de garantir la tenue à la haute tension. II convient donc de trouver un compromis adéquat et économique entre ces deux conditions. C'est sur un nouveau compromis de ce genre que repose l'interrupteur qui fait l'objet de la présente invention.
Cet interrupeur est caractérisé par le fait que les éléments de contact intermédiaires, au moins, de ladite chaine sont pourvus de moyens de blindage qui leur sont reliés électriquement et qui sont disposés de manière à séparer les uns des autres les espaces d'interruption qui sont délimités par ces éléments de contact et à empécher une même ligne de champ électrique de s'étendre à travers plus qu'un de ces espaces d'interruption.
La description qui va suivre se rapporte à deux formes de réalisation, données à titre d'exemple, de l'interrupteur constituant l'objet de l'invention. Elle est illustrée par le dessin annexé, dans lequel:
La fig. I est une vue de profil, partiellement coupée, de la première forme de réalisation.
La fig. 2 représente une coupe d'une partie de l'interrupteur représenté à la fig. I, celui-ci se trouvant dans une première position particulière.
La fig. 3 représente une coupe analogue, I'interrupteur se trouvant dans une seconde position particulière.
La fig. 4 est un agrandissement d'une partie de la fig. 3, illustrant le fonctionnement de la première forme de réalisation.
Les fig. 5 à 9 sont des schémas se rapportant à diverses dispositions que peuvent prendre certains éléments de cette première forme de réalisation.
Les fig. 10 et 11 représentent, en coupe partielle, deux variantes de la première forme de réalisation.
La fig. 12 est une vue de profil. partiellement coupée, de la deuxième forme de réalisation.
Les fig. 13 à 15 sont des coupes partielles de certains éléments visibles à la fig. 12.
La fig. 16 représente, à plus grande échelle, une partie de la fig. 12 et montre une variante.
Dans l'exemple représenté à la fig. 1, I'interrupteur comprend une enceinte à vide 1, étanche, qui repose sur une base 2, constituant le fond de la moitié inféneure lb de cette enceinte, et dans laquelle pénètre, par l'intermédiaire d'un joint étanche à soufflet 3, une tige de commande 4, conductrice, qui actionne l'arma- ture mobile de cet interrupteur. Cette armature mobile est formée par une série de trois coques métalliques circulaires 5, 6 et 7 qui sont suspendues coaxialement, les unes à l'intérieur des autres, à la tige de commande 4.
Ces coques sont isolées les unes des autres par des entretoises isolantes 8 et 9 et, à l'exception de la coque exteme 5, elles sont isolées de la tige de commande 4 grâce à des épaulements 10, 11 ménagés dans ces entretoises et grâce à une rondelle isolante 12 interposée entre la tête 13 de la tige 4 et la coque inteme 7. Les coques 5, 6, 7 et les éléments isolants 8, 9, 12 sont serrés contre la tête 13 par un écrou 14 qui, en même temps, applique la coque externe 5 contre un épaulement 15 ménagé sur la tige 4, de manière à assurer un contact électrique entre cette tige et cette coque externe. La tige 4 est liée de façon étanche, par une soudure 16, au sommet du soumet 3, lequel est attaché à la moitié supérieure la de l'enceinte 1 par une soudure 17.
L'armature fixe de l'interrupteur est formée de façon similaire, par une série de trois coques métalliques 18, 19 et 20 qui sont montées coaxialement, les unes à l'intérieur des autres, et fixées à la base 2 par une tige filetée conductnce 21. Ces coques sont isolées les unes des autres et de la base 2 par des entretoises isolantes 22, 23, 24 et, à l'exception de la coque inteme 20, elles sont isolées de la tige filetée 21 grâce à des épaulements 25, 26, ménagés dans les entretoises 22 et 23, respectivement. La tige filetée 21 est en outre isolée de la base 2 par une rondelle isolante 27 pourvue d'un épaule- ment 28. La coque interne 20 est prise sous la tète 29 de la tige filetée 21, de manière à être en contact électrique avec cette dernière.
Un écrou 30 assure simultanément l'assemblage des coques 18. 19. 20 et des éléments isolants 22, 23, 24 et 27, la fixation de ces piètes à la base 2 et le contact électrique entre la coque interne 20 et la tige filetée 21. La base 7 porte un téton fileté 31 qui est lié èlectnquement par une soudure 32. Les deux moitiés la et lb de l'enceinte 1 sont fixées l'une à l'autre par une soudure 33.
L'air de l'enceinte I est évacué à travers un tuyau d'évacuation 44.
qui, lorsque la pression atteint la valeur la plus basse possible (de l'ordre de 10-8 Torr et au-dessous), est scellé par pincement et rendu étanche par une soudure 45. La tige filetée 21 constitue l'une des bomes de l'interrupteur, borne à laquelle est connecté, par un écrou 34, un conducteur 35, lequel se trouve ainsi relié électriquement à la coque interne 20 de l'armature fixe; le téton 31 constitue l'autre bome de l'interrupteur. bome à laquelle est connecté, par un écrou 36, un conducteur 37, lequel se trouve ainsi relié électnquement à la coque externe 5 de l'armature mobile.
Chacune des armatures porte une séne d'éléments de contact qui ont une forme de révolution autour de l'axe 52 de l'interrup- teur. L'élément de contact de la coque externe 5 de l'armature mobile revêt la forme d'une couronne 38 disposée à plat et faisant saillie vers l'intérieur de cette coque. De même, I'élément de contact de la coque interne 20 de l'armature fixe revêt la forme d'une couronne 39 disposée à plat, mais faisant saillie vers l'extérieur de cette coque. Les éléments de contact des autres coques sont formés par des piéces de révolution ayant une section droite en forme de T, alternativement en position droite et en position renversée.
Ainsi. les coques 18 et 19 de l'armature fixe ont des éléments de contact 40 et 41, respectivement, dont la section droite est un T renversé, tandis que les coques 6 et 7 de l'armature mobile ont des éléments de contact 42 et 43, respectivement, dont la section droite est un T droit. Ces pièces de révolution sont fixées aux bords des coques correspondantes par le milieu de leurs parties horizontales, de manière que ces parties horizontales débordent à l'intérieur et à l'extérieur de la coque correspondante.
Les dimensions des éléments de contact sont telles que leurs parties horizontales 46 se recouvrent les unes les autres de manière à entrer en contact lorsque l'armature mobile est poussée contre l'armature fixe (interrupteur fermé, fig. 2), tandis que leurs parties verti cales 47 forment des écrans, qui interdisent toute < < vue directe entre éléments de contact contigus, même quand l'armature mobile est éloignée de l'armature fixe (interrupteur ouvert, fig. 3). Le mouvement de l'armature mobile est commandé par un mécanisme non représenté, qui actionne la tige de commande 4, laquelle peut se mouvoir axialement par rapport à l'enceinte 1 grâce à la présence des joints à soufflet 3.
Lorsque les divers éléments qui constituent l'interrupteur sont montés dans l'enceinte 1 et une fois que cette dernière est soudée de façon étanche le long de l'arête 33, on crée dans l'interrupteur un vide élevé en raccordant le tuyau d'évacuation 44 à un groupe de pompage pour haut vide, permettant d'atteindre une pression inférieure à 10.8 Torr. Pendant le pompage, on procède à un dégazage intense, par chauffage, de manière à réduire le plus possible le dégazage subséquent, tant pendant le stockage que pendant la période de service de l'interrupteur.
En effet, on verra plus loin que la pression dans l'enceinte 1 ne doit pas remonter à une valeur supérieure à une limite pl définie par pl.d 4 7.10-2 Torr/cm, la longueur d étant celle de la plus longue ligne de champ pouvant apparaitre dans l'interrupteur. C'est pourquoi le pompage est poursuivi aussi longtemps que la pression ne s'abaisse pas à une valeur de 10-8 Torr. Quand la pression se stabilise à cette valeur, on arrête le pompage, pince le tuyau 44 et on le scelle à la soudure. La pression remonte alors lentement, par suite d'un lent dégazage subséquent, mais reste inférieure à une valeur de l'ordre de 10-4 Torr.
Le fonctionnement de l'interrupteur décrit est le suivant. Supposons l'interrupteur fermé, ses élétneits de contact occupant les positions représentées à la fig. 2. Au moment où l'armature mobile s'éloigne de l'armature fixe, et sorte les éléments de contact (fig. 3), la tension régnant entre deux éléments de contact contigus est égale à la tension régnant entre les conducteurs 35 et 37 divisée par le nombre d'espaces d'interruption qui apparaissent entre les élements de contact, c'est-à-dire par le nombre total de coques diminué d'une unité (dans l'exemple décrit, il y a trois coques (5. 6. 7) pour l'armature mobile et trois coques (18, 19, 20) pour l'armature fixe. soit au total six coques, donc cinq interruptions le long de la chaîne 38, 40, 42, 41, 43, 39).
Du fait de la faible pression qui règne dans l'enceinte, cette tension réduite ne donne naissance qu'à une décharge du type à < < arc diffus , formée par plusieurs colonnes parallèles coniques (dites cônes de Reece), dont les sommets sont situés sur celui des éléments de contact qui se trouve être négatif par rapport à son voisin. Ainsi, si l'on admet que l'interruption a lieu au moment où la borne 21 est positive par rapport à la borne 31, les polarités sont celles qui sont in diquées à la fig. 3.
Les décharges en arc diffus qui prennent naissance ont l'aspect représenté à grande échelle à la fig. 4, où l'on voit que les sommets 49 des cônes de Reece 48 prenant naissance dans l'espace d'interruption compris entre les parties hori- zontales des éléments de contact contigus 41 et 43 sont situés sur l'élément de contact 41, alors que les cônes de Reece 50 prenant naissance dans l'espace d'interruption compris entre les éléments de contact contigus 42 et 41 ont une orientation inverse, leurs sommets 51 étant situés sur l'élément de contact 42. Ces sommets, qui constituent des points de concentration d'échauffement (spots cathodiques), sont très mobiles à la surface des éléments de contact correspondant et, de ce fait, ne produisent pas une érosion importante de cette surface.
La vaporisation du métal de la cathode est donc faible et les cônes de Reece ne contiennent que peu de vapeur. Etant donné que le vide dans l'enceinte I est très élevé, il ne règne entre éléments de contact contigus pas d'autre tension que la chute cathodique; en particulier, il n'y a pas de tension d'arc supplémentaire qui soit due à des collisions de particules chargées (électrons ou ions de vapeur du métal de la cathode) avec des molécules de gaz résiduel.
Comme, de plus, la pression résiduelle est telle que le libre parcours moyen des électrons est supéneur à la moitié de la plus grande distance séparant les piéces de l'interrupteur qui se trouvent à des potentiels différents, ce qui fait que des collisions avec des atomes ou molécules de gaz résiduel ne sauraient en aucune manière donner naissance à un processus d'avalanche lors de la remontée de tension consécutive à l'interruption du courant. II en résulte que la restauration diélectrique du milieu dans les espaces ou ont lieu des décharges (c'est à-dire entre éléments de contact voisins) se fait sans difficulté dés que le courant de décharge passe par zéro. II n'y a de ce fait pas de phénomène de réamorçage.
Par ailleurs. les parties verticales 47 des éléments de contact intermédiaires empêchent toute vue directe d'un espace d'interruption à l'autre, par quoi il faut entendre que ces parties verticales d'une part empêchent une particule de passer d'un espace d'interruption à l'espace d'interruption suivant, ce qui correspond à l'interdiction d'une vue directe au sens optique de l'expression vue directe , d'autre part empêchent que des lignes de champ traversent plus d'un espace d'interruption ou joignent deux élements de contact non adjacents, ce qui correspond au sens électnque de l'expression vue directe .
En effet, à part les lignes de champ qui sont situées dans l'espace d'interruption compris entre deux éléments de contact contigus, comme la ligne de champ 274 (fig. 3), il peut y avoir des lignes de champ qui joignent un élé- ment de contact à la partie verticale de l'élément de contact adjacent, comme la ligne de champ 275, ou à la coque portant l'élément de contact suivant de la méme armature, comme la ligne de champ 276. Il ne saurait apparaitre une ligne de champ telle que la ligne 277 (tracée en trait interrompu) joignant deux éléments de contact non contigus. De ce fait, les espaces d'interruption peuvent être considérés comme indépendants en ce qui concerne leur restauration diélectrique.
II résulte de cette disposition que. d'une part. la vitesse de restauration diétectrique de l'ensemble des espaces d'interruption est accrue. l'independance de ceux-ci permettant d'additionner les vi- tesses de restauration propres à chacun d'eux. et que, d'autre part, la valeur statique de la tension de disruption est augmentée, puisque aucune ligne de champ ne peut traverser plusieurs sauts de potentiel. ce qui réduirait le niveau final de la restauration.
En d'autres termes. l'interrupteur décnt empêche le pheno- mène de réamorçage. accroit la tenue à la disruption et réduit la durée au bout de laquelle cette résistance à la disruption est atteinte.
On voit que la particularité de l'interrupteur décnt réside: dans le fait que l'interruption du circuit n'est pas localisée, mais distribuée en plusieurs interruptions donnant lieu à une cascade de chemins de décharge montés en séne; dans la présence de chi- canes empêchant la vue directe d'un chemin de décharge quelconque vers le chemin de décharge voisin; et dans la présence de coques disposées de manière à assurer des blindages interdisant l'existence de longues lignes de champ ou de lignes de champ à grande chute de potentiel.
Dans la forme de réalisation qui vient d'être décrite et qui est schématisée à la fig. 5. les chicanes sont simples, en ce sens que, à l'exception des éléments de contact terminaux 55 et 56, chaque élément de contact ne porte qu'une seule chicane, laquelle est disposée symétriquement par rapport à cet élément, comme le montre l'élément 57 et sa chicane 58 dessinés en trait épais. D'autres dispositions peuvent être imaginées, comme celle de la fig. 6 où les éléments de contact non terminaux sont tous identiques et sont pourvus, comme l'élément 59. d'une seule chicane 60, laquelle est placée asymétriquement.
Les fig. 7 et 8 schématisent le cas où certains éléments de contact, comme les éléments 61 et 64, respectivement sont pourvus de deux chicanes 62, 63 et 65, 66, respectivement. tandis que d'autres. tels que les éléments 67 et 68. respectivement, en sont dépourvus: dans le cas de la fig. 7, les chicanes 62. 63 sont disposées symétriquement sur l'élément 61; dans le cas de la fig. 8, les chicanes 65, 66 sont disposées asymétriquement sur l'élément 64. Enfin, la fig. 9 montre le cas où certains éléments, tels que l'élément 69, sont pourvus de trois chicanes disposées symétriquement, comme les chicanes 70, 71 et 72, alors que d'autres, comme les éléments 73, en sont dépourvus. Comme on le voit, il y a de nombreuses vanantes possibles quant au nombre de chicanes, à leur emplacement et à leur disposition.
L'interrupteur représenté à la fig. I comporte trois éléments de contact par armature. à savoir les éléments 38, 42 et 43 pour l'armature mobile et les éléments 39, 40, 41 pour l'armature fixe, ce qui conduit à cinq interruptions du circuit. Il est évident que ce nombre de trois éléments par armature n'est pas impératif et que, suivant les cas, notamment suivant la puissance transportée par le circuit et suivant sa tension, on peut recourir à un plus grand nombre d'éléments de contact, ce qui donne naissance à un fractionnement plus important de l'interruption du circuit.
II peut y avoir intérêt à augmenter la souplesse des coques, de manière à permettre à la pression de contact de se distribuer plus uniformément sur toute la périphérie des éléments de contact.
Dans ce cas, on a avantage à agrandir le diamètre des fonds plats en donnant aux coques une forme cylindrique, comme le montre la fig. 10 pour les coques 74, 75 de l'armature mobile et pour les coques 76, 77 de l'armature fixe, en lieu et place des coques tronconiques 5, 6, 7 et 18, 19, 20, respectivement, visibles à la fig. 1.
II peut y avoir intérêt, toujours pour favoriser une répartition uniforme de la pression de contact, à scinder, au moins dans une des deux armatures, un élément de contact en deux parties dont chacune est supportée par une coque qui lui est propre. C'est ce que montre la fig. I I où l'on voit comment la piéce de contact 78 de l'armature fixe est scindée en deux parties 78a, 78b dont cha cune est supportée par sa propre coque 78'a. 78'b. ces deux coques étant raccordées à une partie centrale commune 78". de ma nière à constituer un support support composite pour l'élément de contact ( < fractionné > 78.
De même, l'élément de contact 79 de l'arma- ture fxe est scindé en deux parties 79a, 79b. supportées par des coques 79'a. 79'b raccordées à une partie centrale commune 79''
Cette disposition permet aux deux parties 78a, 78b de se déplacer l'une par rapport à l'autre, de sorte qu'elles peuvent coopérer indépendamment l'une de l'autre avec les éléments de contact contigus 53 et 255 de l'armature mobile, Il en est de mème pour les deux parties 79a. 79b de l'élément de contact 79. qui peuvent ainsi coopérer indépendamment l'une de l'autre avec les éléments de contact contigus 255 et 54 de l'armature mobile.
Bien entendu. la section droite en forme de T droit et renversé, que possèdent les éléments de contact de l'interrupteur représenté a la fig. I ne constitue qu'une possibilité parmi plusieurs, et d'autres sections droites peuvent être imaginées, par exemple en forme de U. droit et renversé, les jambages des uns venant s'insérer entre les Jambages des autres. C'est à des formes de ce genre que conduisent d'ailleurs certaines des dispositions dont on a parlé plus haut, notamment celle qui est schématisée par la fig. 1.
La fig, 12 représente une deuxième forme de réalisation, dans laquelle les éléments de contact. au lieu d'être répartis dans un méme plan, selon des diamètres croissants. comme c est le cas dans la premi d'un U renversé asymétrique dont les jambages 162 et 163 sont inégaux, le jambage long 162 étant situé à l'extérieur et le jambage court étant situé à l'intérieur. Le jambage long 162 de cette pièce 159 prend place dans la cuvette périphérique que forme la première 160. des deux pièces attachées à l'armature fixe, première pièce dont la section droite revêt la forme d'un U droit asymétrique comportant un jambage long 164 éloigné de l'axe et un jambage court 165 rapproché de l'axe.
Le jambage court 163 de la pièce 159 prend place dans la cuvette périphérique que forme la seconde, 161, des deux pièces attachées à l'armature fixe, seconde pièce dont la section droite revêt la forme d'un U droit asymétrique comportant un jambage court 166 éloigné de l'axe et un jambage long 167 rapproché de l'axe, ce jambage long étant prolongé vers le bas par une queue 168.
Chacune des piéces 159, 160 et 161 comprend une aile de fixation 169, 160' et 161', respectivement, par laquelle elle est attachée à l'armature correspondante: ainsi, la piéce 159 de l'étage 156 est attachée par l'aile de fixation 169 à l'extrémité de la coque 105. la pièce 160 de ce même étage est attachée par l'aile de fixation 160' à la partie plane 9683 de l'assiette 83 et la pièce 161 est attachée par l'aile de fixation 161' à la partie plane 9684 de l'assiette 84.
Lorsque l'interrupteur est fermé, la liaison électrique entre les éléments de contact de l'étage 156 se fait par le fond 172 de la cuvette pénphénque que constitue la piéce 160, le sommet 173 du bord externe 162 de la cuvette périphérique inversée que constitue la pièce 159, le sommet 174 du bord interne 163 de cette même cuvette et le fond 175 de la cuvette périphérique que constitue la pièce 161. C'est ce que montrent les tracés en trait interrompu visibles à la fig. 16.
Il s'établit ainsi, au niveau de l'étage 156, une liaison électrique entre les assiettes 83 et 84 de l'armature fixe, au niveau de l'étage 157, une liaison électrique entre les assiettes 85 et 86 de cette même armature fixe, et, au niveau de l'étage 158, une liaison électrique entre les assiettes 87 et 88 de celle-ci.
Etant donné que les assiettes 84 et 85. d'une part, 86 et 87, d'autre part, sont en contact électrique l'une avec l'autre, et étant donné que l'assiette inférieure 83 est en contact électrique avec la base 81, que l'assiette supérieure 88 est en contact électrique avec le tube de serrage 100 par l'intermé- diaire de la pièce de serrage 99, et que le tube de serrage 100 est en contact électrique avec le support 103 par l'intermédiaire de la douille 102 et de l'écrou 101, on voit que, en position fermée, l'interrupteur établit une liaison électrique entre la base 81 et le sup port 103. C'est donc à ces derniers que sont fixées les bornes 176 et 177 par lesquelles l'interrupteur est connecté aux câbles d'amenée du courant 178 et 179, respectivement.
Afin d'éviter au courant de passer par le filetage de l'écrou 101 et de la douille 102, il est prévu une bretelle 180 assurant une liaison électrique directe entre le support 103 et le tube de serrage 100.
On voit que cet interrupteur s'apparente à celui qui a été décnt à propos de la fig. 11: les pièces 159 appartenant aux étages 156, 157, 158 (fig. 12) constituent les éléments de contact de l'armature mobile, alors que les pièces en U inféneures appartenant à un étage (par exemple la pièce en U 160a de l'étage 157) et les pièces en U supérieures appartenant à l'étage sousjacent (par exemple la pièce en U 161 de l'étage 156) constituent les deux par ties d'éléments de contact < ( scindés de l'armature fixe, les as- siettes auxquelles sont fixées ces pièces (par exemple les asslettes 87, 86 et les assiettes 85, 84 respectivement) constituant les supports composites correspondants.
Le fonctionnement de cette deuxième forme de réalisation est en tous points semblable à celui de la première forme de réalisation représentée à la fig. 1. Les bords 164 et 165 (fig. 16) de la cuvette périphérique que forme la partie 160 et les bords 166 et 167 de la cuvette périphérique que forme la partie 161 constituent au sein d'un étage quelconque les chicanes empêchant la vue directe d'un espace d'interruption à l'autre, par exemple de l'espace d'interruption 181 à l'espace d'interruption 182 de l'é- tage 156 représenté a cette figure. II en est de même pour les autres étages 157 et 158 (fig. 12).
En revanche, l'écran cylindrique qui a pour section droite la queue 168 (fig. 16) du jambage
long 167 de la partie 161 de l'étage 156, de même que les écrans analogues des autres étages n'existent pas à la fig. I : ce sont des écrans dits < antivapeur , empêchant la vapeur engendrée par les décharges dans les espaces d'interruption 181 et 182 de diffuser à
l'intérieur de l'enceinte 80. Quant à la coque auxiliaire 134, elle constitue simultanément. d'une part, un autre écran antivapeur supplémentaire et, d'autre part, une chicane supplémentaire empéchant la vue directe entre la pièce de serrage 99 et la coque interne 107.
Comme on l'a vu plus haut, l'écrou 101 sert à assurer le serrage des pièces constituant l'armature fixe et leur fixation au support 103 et à la base 81. Quant au bouchon fileté 146, il permet de régler la précontrainte du ressort 148, ressort qui applique l'armature mobile contre l'armature fixe: c'est donc lui qui exerce la pression de contact entre les éléments de contact des étages 156 et 158 et c'est contre lui que s'applique l'effort exercé par la tige de commande 139 lorsqu'elle provoque la séparation de ces éléments de contact au moment de l'ouverture de l'interrupeur.
On voit que cette deuxième forme de réalisation présente, par rapport à la première, l'avantage d'être réalisée à partir d'un nombre restreint de pièces standard, ce qui réduit le nombre des opérations d'usinage. Les assiettes 83 à 88 sont identiques et sont exécutées facilement par emboutissage. Les éléments de contact des divers étages ne comportent que trois types de pièces différentes, les pièces 159, 160 et 161, lesquelles ne différent d'un étage à l'autre que par le diamètre de leurs ailes de fixation 169. 160' et 161', respectivement: de simples opérations de tournage permettent de donner facilement à ces diamètres les valeurs correspondant aux étages auxquels elles sont destinées.
Les cloches 105, 106 et 107 sont toutes identiques quant à leur profil, profil qui se prête très bien à une fabncation par emboutissage; seule la longueur de leur jupe 115 (fig. 14) diffère d'une cloche à l'autre, de sorte qu'elles s'obtiennent toutes à partir de la plus longue d'entre elles, à savoir la cloche externe 118, par un simple abattage de la longueur en excès. Les pièces d'appui 123, 124, 125 sont toutes identiques et elles sont conçues pour être fabriquées par emboutissage. De plus, la disposition adaptée permet de modifier dans une large mesure le nombre des espaces d'interruption sans avoir à recourir à des piéces nouvelles: il suffit d'augmenter le nombre d'étages empilés.
ce qui accroît la longueur de l'interrupteur sans en modifier sensiblement le diamètre.
II convient de remarquer que la disposition adoptée dans cette deuxième forme de réalisation évite d'avoir à exposer inutilement au vide les pièces purement mécaniques. Ainsi le ressort de serrage 148 et le dispositif 146, 147 permettant de modifier sa précontrainte se trouvent hors de l'enceinte à vide 80; il en est de même pour le dispositif de serrage de l'armature fixe, à savoir l'écrou 101, la douille 102, et le tube 100. De plus, la tige de commande 139 n'est soumise à aucune traction: elle n'agit que par poussée contre la force exercée par le ressort 148, de sorte que, même quand l'interrrupteur est fermé, elle reste soumise à un effort de compression et jamais à un effort de traction.
On voit enfin que, dans cet interrupteur, les bornes 176 et 177 sont toutes deux reliées électriquement à la seule armature fixe, à savoir aux éléments de contact extrêmes de celleci. l'armature mobile n'étant reliée à aucune borne.
Bien entendu, l'une comme l'autre des deux formes de réalisation décrites peuvent être équipées du dispositif de confinement de la décharge appelée barrière cathodique et décrit dans le brevet suisse N 532832. C'est ce qui est représenté schématiquement à ta fig. 16 où apparaissent, pour le confinement de la décharge dans l'espace d'interruption 181, les barrières cathodiques annulaires 184, 185, ménagées sur la pièce 160, et les barrières cathodiques 186, 187 ménagées sur l'élément de contact 159, et, pour le confinement de la décharge dans l'espace d'interruption 182, les barrières cathodiques annulaires 188, 189 ménagées sur l'élément de contact 159, et les barrières cathodiques 190. 191 ménagées sur la pièce 161.
De plus. il peut être avantageux de munir les éléments de contact < blindés , comme l'élément 159 (fig. 16) de l'étage 156 (lequel est /(blind du fait que ses bords 162 et 163 sont emprisonnés dans les cuvettes périphériques 160 et 161. respectivement). de fentes hélicoïdales telles que les fentes 195, ménagées sur le bord externe 162, et que les fentes 196, ménagées sur le bord interne 163 de cet élément de contact 159.
En effet, comme cela est connu dans les interrupteurs classiques, une telle disposition provoque un déplacement rapide des points d'impact des décharges le long des < < < > pètales hélicoïdaux que ces fentes délimitent dans l'élément de contact, comme le < ( pétale 197 ou le pétale 198. Ce déplacement contnbue à répartir l'échauffement dû à ces décharges et limite l'érosion des surfaces de contact, donc la vaporisation du métal dont elles sont constituées. Ces fentes hélicoïdales, toutefois. ne doivent pas atteindre les barrières cathodiques 186, 187 et 188, 189, respectivement, faute de quoi l'efficacité de ces dernières seralt compromise.
Etant donné que ce découpage en pétales a pour but de canaliser dans des chemins hélicoïdaux le courant qui circule dans les éléments de contact, on peut obtenir un effet analogue, bien que moins prononcé, en traçant sur ces éléments de contact des rainures au lieu de fentes, la présence de ces rainures ayant pour effet d'accroitre localement. d'une quantité finie, la résistance électrique de ces éléments de contact alors que celle des fentes rend cet accroissement infini. Ces rainures à résistance accrue qui, deux par deux. délimitent des pétales le long desquels le courant est canalisé, peuvent être tracées sur les collerettes 166, 167 et sur le fond 175 de la pièce 161, ainsi que sur les collerettes 164, 165 et sur le fond 172 de la pièce 160.
Elles doivent être ménagées de préférence sur les faces de ces pièces qui sont opposées aux faces entre lesquelles s'établissent les décharges. Elles dessinent le long de ces faces des tracés hélicoïdaux ou spiralés tels que le courant canalisé par ces rainures crée un champ magnétique ayant une composante capable de faire circuler la décharge le long des éléments de contact en un mouvement de translation circulaire centré sur l'axe 97 de ces derniers.
Une disposition similaire peut être prévue dans l'interrupteur de la fig. I. Pour cela, il convient de tracer les rainures sur les faces des éléments de contact qui sont opposées aux chicanes (ou collerettes de blindage) 47. Ainsi, en se reportant à la fig. 4, les rainures seront tracées sur ia face inférieure de l'élément 41 et sur les faces supérieures des éléments 42 et 43.
A propos des dispositions représentées aux fig. 10 et 11, il convient de remarquer que l'accroissement de souplesse que celles-ci confèrent aux armatures peut, dans certains cas, être gênant pour l'armature mobile, car il accroit l'aptitude de cette dernière à vibrer. Dans de tels cas, il y a lieu de maintenir pour l'armature mobile des coques de forme conique, comme les coques 5, 6 et 7 de la fig. 1, et de n'utiliser les coques souples telles que les coques 76 et 77 (fig. 10) ou 78'a, 78'b, 78" et 79'a, 79'b, 79" (fig. 11) que pour l'armature fixe.