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On connait les avantages théoriques des interrupteurs ectrlques fonctionnant dans le vide ; lesinterrupteurs de ce genre sont connus depais lerg- temps mais, jusqu'ici, ils n'ont pa pu être utilisés pour des tensions et courants très élevés, en raison des phénomènos secondaires qui viennent rapidement pertur- ber le fonctionnement théorique, phénomènes secondaires qui sont notamment la formation de cratères sur les électrodes et le dégagement de vapeurs fortement ionisées, favorisant le réamorçage de l'arc.
La présente invention a pour objet un nouvel interrupteur électrique dans le vide qui ne comporte pas ces inconvénients et permet de couper des cou- rants de grande intensité, sous tension élevée, Ce nouvel interrupteur est
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essentiellement caractérisé en ce que, le degré du vide dans l'enceinte où sont placés les contacts étant un vide très poussé, ces contacts ont la forme d'anneaux ou de tores et sont placés dans un champ magnétique radial, de telle sorte que l'arc qui se forme à la séparation des contacts soit vivement sollicité à glisser le long des anneaux formant les contacts, en décrivant une surface cylindrique.
Dans ces conditions, la racine de l'arc séjournera trop peu de temps en chaque point des électrodes pour pouvoir échauffer les contacts et aucun phé- nomène secondaire n'interviendra pour amoindrir le degré de vide et créer des ions parasites. Au premier passage du courant par zéro, l'espace entre contacts se trouvera privé, presque instantanément, de ses éléments conducteurs (électrons et ions) et la rigidité diélectrique du milieu reprendra la valeur extrêmement élevée, caractéristique du vide, tout réallumage de l'arc étant ainsi évité.
En se référant aux figures schématiques ci-jointes, on va décrire des exemples, donnés à titre non limitatif, d'interrupteurs conformes à l'inven- tion. Les dispositions qui seront décrites à propos de ces exemples devront être considérées comme faisant partie de l'invention, étant entendu que toutes dispo- sitions équivalentes pourront être aussi bien utilisées sans sortir du cadre de celle-ci.
Dans l'exemple de la Fig.l (coupe axiale partielle par l'axe de séparation des contacts), 1 désigne l'enceinte étanche contenant l'interrupteur et dans laquelle on a fait un vide de l'ordre de celui qu'on réalise dans les tubes électroniques de T.S.F. modernes, ou d'une fraction de micron. Des traver- sées isolantes 2 & 3 permettent de connecter la ligne que l'interrupteur doit couper, aux contacts 4 & 5 de celui-ci.
Conformément à l'invention , ces contacts sont constitués par des anneaux; 4 est le contact fixe, porté par des isolateurs 6 supportés par le plancher de l'enceinte 1 ; 5 est le contact mobile, monté sur une bielle de commande isolante 7 ,qui traverse la paroi de l'enceinte 1 par un soufflet élastique étanche 8 .
A l'intérieur du système des contacts 4 & 5 et suivant leur axe est disposé un électro-aimant 9 excité par une bobine 10 montée en série avec l'arrivée du courant au contact 4 et porté par des isolateurs 11 ,
Dans la position de fermeture de l'interrupteur, le contact 5 repose sur le contact 4 . Si l'on tire, vers le haut, sur la bielle 7 , les contacts se séparent et un arc 12 éclate entre eux (position de la figure) et
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sous l'action du champ radial produit par 1'électro-aimant 9-10 ,glisse en tournant le long des anneaux que forment les contacts, en décrivant un cylindre creux.
L'électro-aimant 9-10 doit être dimensionné de manière à donner à la vitesse de rotation de l'arc une valeur suffisante pour maintenir l'échauf- fement des contacts dans les limites où il ne risque pas de se produire des cra- tères ou des dégagements de vapeurs ionisées susceptibles de perturber la coupure.
Lorsque l'interrupteur doit être utilisé sur du courant continu, il y a intérêt à le perfectionner en provoquant, à l'ouverture, le basculement du contact relié au pôle négatif, de manière à écarter les électrons émis par ce contact, de la surface de l'autre contact. Des dispositions sont avantageusement prises pour que, dans la position de la Fig. 2, les électrons émis par la surface active de 5 soient envoyés soit sur une surface isolante, soit sur une surface semi-conductrice, ayant une résistance très élevée, mais réduisant les surtensions de coupure.
La Fig.2 représente un interrupteur, du genre de celui de la Fig.l, mais perfectionné comme on vient de le dire. Une butée 13 ,portée par exemple par la paroi de l'enceinte 1 et décentrée par rapport à l'axe de déplacement de la bielle 7 ,vient, en fin de course d'touverture du contact mobile 5 (supposé connecté au pôle négatif de la ligne), faire basculer ce contact (position de la figure) autour de l'axe 14 qui l'articule à la bielle 7 . Ce basculement doit être suffisant pour que le contact fixe 4 - échappe dès lors, au moins, dans une large mesure, aux électrons émis par la surface active de 5 , qui quittent cette surface perpendiculairement à celle-ci.
Le basculement pourrait être réalisé par une commande ou télécommande quelconque, par exemple une commande magnétique évitant la nécessité d'une traver- sée matérielle de la paroi 1 .
Les interrupteurs conformes à l'invention peuvent être à coupures multiples; ils peuvent être montés en série avec un sectionneur, comporter un parafoudre extérieur, dérivé entre leurs contacts, pour réduire les surtensions et en général'comporter tous dispositifs auxiliaires usités suivant la technique connue.-.
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We know the theoretical advantages of electrical switches operating in a vacuum; switches of this type have been known for a long time but, until now, they have not been able to be used for very high voltages and currents, because of the secondary phenomena which quickly come to disturb the theoretical operation, secondary phenomena which are in particular the formation of craters on the electrodes and the release of strongly ionized vapors, favoring the re-ignition of the arc.
The object of the present invention is a new vacuum electric switch which does not have these drawbacks and makes it possible to cut high intensity currents under high voltage. This new switch is
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essentially characterized in that, the degree of the vacuum in the enclosure where the contacts are placed being a very high vacuum, these contacts have the form of rings or toroids and are placed in a radial magnetic field, so that the The arc which forms when the contacts separate is strongly urged to slide along the rings forming the contacts, describing a cylindrical surface.
Under these conditions, the root of the arc will stay too little time at each point of the electrodes to be able to heat the contacts and no secondary phenomenon will intervene to reduce the degree of vacuum and create parasitic ions. At the first passage of the current through zero, the space between contacts will be deprived, almost instantly, of its conductive elements (electrons and ions) and the dielectric strength of the medium will resume the extremely high value, characteristic of vacuum, any reignition of the arc being thus avoided.
With reference to the accompanying schematic figures, examples, given without limitation, of switches in accordance with the invention will be described. The arrangements which will be described with regard to these examples should be considered as forming part of the invention, it being understood that all equivalent arrangements can be used equally well without departing from the scope thereof.
In the example of Fig.l (partial axial section through the axis of separation of the contacts), 1 designates the sealed enclosure containing the switch and in which a vacuum of the order of that which has been created. realized in the electronic tubes of TSF modern, or a fraction of a micron. Insulating feedthroughs 2 & 3 are used to connect the line that the switch must cut, to contacts 4 & 5 of this switch.
According to the invention, these contacts are constituted by rings; 4 is the fixed contact, carried by insulators 6 supported by the floor of the enclosure 1; 5 is the movable contact, mounted on an insulating control rod 7, which passes through the wall of the enclosure 1 by a sealed elastic bellows 8.
Inside the system of contacts 4 & 5 and along their axis is arranged an electromagnet 9 excited by a coil 10 mounted in series with the arrival of current at contact 4 and carried by insulators 11,
In the closed position of the switch, contact 5 rests on contact 4. If we pull upwards on the connecting rod 7, the contacts separate and an arc 12 breaks out between them (position of the figure) and
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under the action of the radial field produced by the electromagnet 9-10, slides rotating along the rings formed by the contacts, describing a hollow cylinder.
The electromagnet 9-10 must be dimensioned so as to give the speed of rotation of the arc a sufficient value to keep the heating of the contacts within the limits where there is no risk of cracking. ions or releases of ionized vapors liable to disturb the cut.
When the switch must be used on direct current, it is advantageous to improve it by causing, on opening, the tilting of the contact connected to the negative pole, so as to keep the electrons emitted by this contact away from the surface. from the other contact. Arrangements are advantageously taken so that, in the position of FIG. 2, the electrons emitted by the active surface of 5 are sent either to an insulating surface or to a semiconductor surface, having a very high resistance, but reducing the cut-off overvoltages.
Fig.2 shows a switch, of the kind of that of Fig.l, but improved as we have just said. A stop 13, carried for example by the wall of the enclosure 1 and off-center with respect to the axis of displacement of the connecting rod 7, comes, at the end of the opening travel of the movable contact 5 (assumed to be connected to the negative pole of the line), switch this contact (position in the figure) around the axis 14 which articulates it to the connecting rod 7. This tilting must be sufficient so that the fixed contact 4 - therefore escapes, at least, to a large extent, the electrons emitted by the active surface of 5, which leave this surface perpendicular to the latter.
The tilting could be achieved by any control or remote control, for example a magnetic control avoiding the need for a material crossing of the wall 1.
The switches according to the invention can be with multiple cuts; they can be mounted in series with a disconnector, include an external surge arrester, branched off between their contacts, to reduce overvoltages and in general 'include all auxiliary devices used according to the known technique.